Ecological patterns for vegetation cover formation in the mining waste dumps of the Lviv-Volyn coal basin

Abstract

Purpose. Determination of ecological patterns for vegetation cover formation in the mining waste dumps of the Lviv-Volyn coal basin based on the ecotopes floristic composition analysis of waste heaps reclaimed and non-reclaimed. Methods. The phytoindication of ecological regimes is used based on the ecological parameters of herbaceous species of vegetation covering the mining waste dumps; data retrieval techniques (Data Mining methods); plant species multivariate ordination based on the main components analysis (Principle Component Analysis); statistical processing of ecotopes ecological parameters of the mining waste dumps. Findings. A phytoindication assessment has been performed of the conditions in the places of growing 8 ecological-cenotic groups and 5 subgroups of plant species representing various ecotopes of reclaimed and non-reclaimed waste dumps of mines according to nine parameters: Tm – thermal regime, Kn – climate continentality, Om – ombroclimate, Cr – cryoclimate, Hd – soil moisture, Tr – salt content, Rc – soil acidity, Nt – mineral nitrogen, Lc – luminosity-shadowing regime. It has been found that with decreasing parameters of climate humidity, shadowing in cenosis and soil moisture, the indexes of thermal regime, continentality, soil pH and salt content increase. It is recommended to present the typological scheme of the vegetation covering the mining waste dumps in the form of a quadrangle, in the centre of which meadow and synanthropic vegetation is located, and in the corners – boreal and psammophilous vegetation; nemoral-forest; hydrophilous; meadow-steppe and calcetrophilic. Originality. It has been revealed that the vegetation covering the mining waste dumps of the Lviv-Volyn coal basin is cha-racterized by an ecological-cenotic areal. It has been assessed on the basis of the species ordination on the axes of complex environmental gradients, and the center of this areal is occupied by meadow and synanthropic species, which demonstrate greatest sustainability under the conditions of mining waste dumps. The most vulnerable species are meadow-steppe, calciphilous, hydrophilous vegetation, the ecological-cenotic areal of which is characterized by the location on the periphery of the general vegetation areal of mining waste dumps. Practical implications. The ecological parameters of flora species make it possible to determine their position in the ecological-cenotic areal of vegetation covering the mining waste dumps of the Lviv-Volyn coal basin, as well as to predict their sustainability and dynamics.

Мета. Встановлення екологічних закономірностей формування рослинного покриву гірничих відвалів шахт Львівсько-Волинського вугільного басейну на основі аналізу флористичного складу екотопів рекультивованих і нерекультивованих териконів. Методика. Використано фітоіндикацію екологічних режимів на основі екологічних параметрів трав’янистих видів рослинного покриву відвалів шахт; методи добування даних (Data Mining methods); багатовимірна ординація рослинних видів на основі аналізу головних компонент (Principle Component Analysis); статистична обробка екологічних параметрів екотопів породних відвалів шахт. Результати. Виконано фітоіндикаційну оцінку умов місцевиростання 8 еколого-ценотичних груп та 5 підгруп видів рослин, які представляють різноманітні екотопи рекультивованих і нерекультивованих відвалів шахт, за дев’ятьма параметрами: Tm – термічний режим, Kn – континентальність клімату, Om – омброклімат, Cr – кріоклімат, Hd – вологість ґрунту, Tr – вміст солей, Rc – кислотність ґрунту, Nt – мінеральний азот, Lc – режим освітленості-затінення. Встановлено, що із зменшенням параметрів вологості клімату, затінення у ценозі і вологості ґрунту зростають показники термічного режиму, континентальності, рН ґрунту і вмісту солей. Рекомендовано типологічну схему рослинного покриву породних відвалів шахт представляти у вигляді чотирикутника, у центрі якого розташовані лучна і синантропна рослинність, а в кутах – бореальна і псаммофільна; неморальнолісова; гідрофільна; лучно-степова і кальцепетрофільна. Наукова новизна. Виявлено, що рослинний покрив породних відвалів шахт Львівсько-Волинського вугільного басейну характеризується еколого-ценотичним простором, оцінку якого виконано на основі ординації видів на осях комплексних градієнтів середовища, при чому центр цього простору займають лучні і синантропні види, які в умовах породних відвалів шахт демонструють найбільшу стійкість. Найбільш вразливими є види лучно-степової, кальцефільної, гідрофільної рослинності, еколого-ценотичний простір яких характеризується розташуванням на периферії загального простору рослинності породних відвалів шахт. Практична значимість. Встановлені екологічні параметри видів флори дозволяють визначити їх положення в еколого-ценотичному просторі рослинного покриву породних відвалів шахт Львівсько-Волинського вугільного басейну та прогнозувати їх стійкість і динаміку.

Цель. Установление экологических закономерностей формирования растительного покрова горных отвалов шахт Львовско-Волынского угольного бассейна на основе анализа флористического состава экотопов рекультивированных и нерекультивированных терриконов. Методика. Использована фитоиндикация экологических режимов на основе экологических параметров травянистых видов растительного покрова отвалов шахт, методы добычи данных (Data Mining methods), многомерная ординация растительных видов на основе анализа главных компонент (Principle Component Analysis), статистическая обработка экологических параметров экотопов породных отвалов шахт. Результаты. Выполнена фитоиндикационная оценка условий местопроизрастания 8 эколого-ценотических групп и 5 подгрупп видов растений, представляющих различные экотопы рекультивированных и нерекультивированных отвалов шахт, по девяти параметрам: Tm – термический режим, Kn – континентальность климата, Om – омброклимат, Cr – криоклимат, Hd – влажность почвы, Tr – содержание солей, Rc – кислотность почвы, Nt – минеральный азот, Lc – режим освещенности-затенения. Установлено, что с уменьшением параметров влажности климата, затенения в ценозе и влажности почвы растут показатели термического режима, континентальности, рН почвы и содержания солей. Рекомендовано типологическую схему растительного покрова породных отвалов шахт представлять в виде четырехугольника, в центре которого расположены луговая и синантропная растительность, а в углах – бореальная и псаммофильная; неморальнолесная; гидрофильная; лугово-степная и кальцепетрофильная. Научная новизна. Выявлено, что растительный покров породных отвалов шахт Львовско-Волынского угольного бассейна характеризуется эколого-ценотическим пространством, оценку которого выполнено на основе ординации видов на осях комплексных градиентов среды, причем центр этого пространства занимают луговые и синантропные виды, которые в условиях породных отвалов шахт демонстрируют наибольшую устойчивость. Наиболее уязвимыми являются виды лугово-степной, кальцефильной, гидрофильной растительности, эколого-ценотическое пространство которых характеризуется расположением на периферии общего пространства растительности породных отвалов шахт. Практическая значимость. Установленные экологические параметры видов флоры позволяют определить их положение в эколого-ценотическом пространстве растительного покрова породных отвалов шахт Львовско-Волынского угольного бассейна и прогнозировать их устойчивость и динамику.