DOI: https://doi.org/10.30970/sbi.1903.838
تاريخ النشر: 2025-09-01
المؤلف: H. Tutova وآخرون
الموضوع الرئيسي: دراسات المناظر الطبيعية والثقافة
نظرة عامة
أدى تدمير سد كاخوفكا خلال الغزو الروسي لأوكرانيا إلى كارثة بيئية كبيرة، تتميز بتصريف سريع للخزان، مما أدى إلى فقدان المواطن المائية والتنوع البيولوجي، وتعطيل الدورات الهيدرولوجية، وتلوث واسع النطاق. في أعقاب ذلك، ظهرت نوعان من الأشجار، الصفصاف الهجين (Salix × rubens) والبلوط الأسود (Populus nigra)، كمتعمرين رئيسيين للأرض المكشوفة، مكونين غابات رائدة كثيفة تساهم في احتجاز الكربون، واستقرار التربة، وتنظيم المناخ المحلي. إن فهم الديناميات وخدمات النظام البيئي لهذه التشكيلات الجديدة أمر بالغ الأهمية لتطوير استراتيجيات استعادة مستدامة للمناظر الطبيعية المتضررة.
أجريت مسوحات ميدانية في أبريل 2025 لتقييم 158 قطعة على سرير الخزان السابق، قياس وجود الأشجار، والمعايير المورفومترية، والظروف البيئية. أظهرت النتائج عملية استعمار سريعة، مع أنماط مكانية مميزة بين النوعين تأثرت بخصائص التربة والميكروتضاريس. كشفت النماذج المضافة العامة أن S. × rubens تفضل الظروف الرطبة، والمالحة قليلاً، والمستقرة حرارياً، بينما يظهر P. nigra تحملًا بيئيًا أوسع. ومن الجدير بالذكر أن الغابات الشابة من كلا النوعين أظهرت إمكانات كبيرة لاحتجاز الكربون، مع تقديم P. nigra قيمة اقتصادية أكبر لكل هكتار. تؤكد هذه النتائج على الأهمية البيئية لاستعادة الغابات العفوية وتدعو إلى الحفاظ على هذه النظم البيئية الجديدة كجزء من جهود الاستعادة الموجهة نحو الطبيعة، بدلاً من الاعتماد فقط على إعادة بناء البنية التحتية المتضررة.
مقدمة
ت outlines مقدمة ورقة البحث العواقب البيئية والصحية العامة الخطيرة لحرب روسيا ضد أوكرانيا، خاصة بعد تدمير سد كاخوفكا. بحلول نهاية عام 2024، كانت الأضرار البيئية تقدر بأكثر من 56.4 مليار دولار، مع تأثيرات كبيرة على جودة الهواء والماء والتربة، بالإضافة إلى تدهور حوالي 30% من المناطق المحمية. أدى انهيار السد إلى إطلاق أكثر من 90,000 طن من الرواسب السامة، مما نتج عنه فيضانات واسعة النطاق، وتدهور النظام البيئي، ومخاطر طويلة الأمد على التنوع البيولوجي والصحة العامة. أثر التلوث على نهر دنيبر والبحر الأسود، مما يبرز الحاجة الملحة لمراقبة واستعادة طويلة الأمد.
تناقش الورقة أيضًا العواقب البيئية للكوارث، بما في ذلك تدمير المواطن، وفقدان النباتات والحيوانات، والتغيرات في النظام الهيدرولوجي الإقليمي. تؤكد على ظهور نظم بيئية جديدة تهيمن عليها أنواع الصفصاف والبلوط على سرير الخزان السابق، والتي، على الرغم من نموها السريع، لا يمكنها تكرار الظروف المناخية الدقيقة قبل السد. تهدف الدراسة إلى التحقيق في أنماط تأسيس النباتات الرائدة، مع التركيز على أدوار Salix × rubens وPopulus nigra في الخلافة البيئية وخدمات النظام البيئي المحتملة. ستستكشف الفرضيات المقترحة تأثير الظروف المحلية على توزيع النباتات، والعلاقات النمائية الخاصة بالأنواع، وإمكانات احتجاز الكربون لهذه النظم البيئية الجديدة، داعية إلى إعادة النظر في استراتيجيات الإدارة لتفضيل الحفاظ عليها.
الطرق
في هذه الدراسة، أجريت مسوحات ميدانية في أبريل 2025 على جزيرة خورتيتسيا، أوكرانيا، مع التركيز على النظم البيئية الجديدة المعرضة للفيضانات الناتجة عن تصريف خزان كاخوفكا. تم إنشاء 158 نقطة أخذ عينات لتقييم التحمل البيئي للصفصاف الشاب (*Salix × rubens*) والبلوط (*Populus nigra*) عبر ظروف التربة المختلفة. تم تصنيف المواقع بناءً على وجود الغطاء النباتي الخشبي، وتم قياس المتغيرات البيئية الرئيسية مثل الرقم الهيدروجيني للتربة، والتوصيل الكهربائي (EC)، ومحتوى الرطوبة، ودرجة الحرارة باستخدام أدوات معايرة. استخدمت الدراسة نموذجًا هندسيًا لتقدير الكتلة الحيوية للساق للأشجار الشابة، مع ثوابت محددة لكل نوع، وحسبت الكتلة الحيوية الإجمالية بناءً على نسب ثابتة من الساق، والتاج، وأنظمة الجذور.
لتقييم القيمة الاقتصادية لاحتجاز الكربون، قدرت الدراسة محتوى الكربون في الكتلة الحيوية وطبقت نهج نموذج مضاف عام (GAM) لتحليل استجابة الأنواع للتدرجات البيئية. نمذجة GAMs وفرت نماذج وفرة الأنواع مقابل المتغيرات البيئية، مما أسفر عن أوصاف مثل الأمثل، ونطاق التحمل، وعرض التحمل لكل من *Salix × rubens* و*Populus nigra*. تم إجراء جميع التحليلات باستخدام برنامج R، مع إنشاء التصورات من خلال وظائف رسم R الأساسية، مما يوفر رؤى حول الديناميات البيئية لهذه الأنواع الرائدة في المواطن المتضررة من الفيضانات.
النتائج
تشير النتائج إلى أن Salix × rubens وُجدت في 27.8% من القطع التي تم مسحها، بينما كان Populus nigra حاضرًا في 33.5%، مع وجود كلا النوعين معًا في 29.1% من الحالات. كان التواجد المشترك غير عشوائي بشكل كبير (χ² = 10.22، df = 1، P = 0.0014)، مما يشير إلى ارتباط سلبي بين النوعين. عند التواجد معًا، كانت كثافات سكانهم مرتبطة سلبًا (r = -0.42، P = 0.04). لم تنحرف التوزيعات العامة للأشجار عن التوقعات العشوائية (χ² = 0.63، P = 0.426)، مما يدل على عدم وجود تفضيل أو تجنب على نطاق المناظر الطبيعية. أظهرت Salix × rubens كثافة متوسطة أعلى (23.6±3.1 فرد·م⁻²) مقارنةً بـ Populus nigra (12.2±1.1 فرد·م⁻²)، مع فرق كبير في نجاح الاستعمار (اختبار ويلش t: t = 3.47، P = 0.0010).
كشفت خصائص السكان أن ارتفاع الأشجار كان مشابهًا بين الأنواع، بينما كان قطر الساق عند ارتفاع الطوق أكبر قليلاً في Populus nigra (8.7±0.5 مم) مقارنةً بـ Salix × rubens (7.9±0.6 مم)، على الرغم من عدم كونه ذا دلالة إحصائية. كانت الظروف البيئية متغيرة على نطاق واسع، حيث تراوح الرقم الهيدروجيني للتربة من 2.98 إلى 9.20 ومتوسطه 6.44±0.10. أشارت النماذج المضافة العامة (GAMs) إلى استجابات خاصة بالأنواع للتدرجات البيئية، حيث أظهرت Salix × rubens أفضليات مميزة لدرجة حرارة التربة ومحتوى الماء، بينما أظهر Populus nigra مرونة بيئية أوسع. أظهرت القيم المقدرة لاحتجاز ثاني أكسيد الكربون علاقات غير خطية مع كثافة الغابة، حيث حقق Populus nigra قيمة احتجاز قصوى أعلى بحوالي 1.75 مرة من تلك الخاصة بـ Salix × rubens، مما يبرز الإمكانات الاقتصادية لاحتجاز الكربون تحت الظروف المثلى.
المناقشة
تسلط قسم المناقشة في ورقة البحث الضوء على التحولات البيئية التي تلت تدمير محطة كاخوفكا للطاقة الكهرومائية في 6 يونيو 2023. أدى الانهيار إلى اختفاء شبه كامل لخزان كاخوفكا، مما نتج عنه ظهور شبكة من فروع الأنهار والبحيرات التي رعت نظمًا بيئية جديدة على اليابسة. من الجدير بالذكر أن الصفصاف الهجين، *Salix × rubens*، والبلوط الأسود، *Populus nigra*، ظهرا كمتعمرين رئيسيين، حيث أظهرا نموًا سريعًا وكثافات عالية من الشتلات. أظهر *Salix × rubens* نجاحًا استعماريًا استثنائيًا بفضل إنتاجه الغزير للبذور، وسرعة إنباتها، وقدرتها على التكيف مع ظروف الرطوبة المتغيرة، حيث وصلت ارتفاعات تزيد عن 3 أمتار خلال موسم نمو واحد. لا تساهم هذه الأنواع فقط في السلامة الهيكلية للغابات الجديدة التي تشكلت على ضفاف الفيضانات، ولكنها أيضًا توفر خدمات بيئية أساسية، بما في ذلك احتجاز الكربون، واستقرار التربة، وتنظيم المناخ المحلي.
تؤكد الدراسة على التفضيلات البيئية المميزة لـ *Salix × rubens* و*Populus nigra*، والتي تؤثر على توزيعها المكاني وتأسيس المواطن. بينما يزدهر *Salix × rubens* في البيئات الرطبة ومنخفضة الملوحة، يظهر *Populus nigra* تحملًا بيئيًا أوسع، مما يسمح له باستعمار الركائز الأكثر جفافًا وندرة في العناصر الغذائية. تشير النتائج إلى أن الغابات الجديدة من الصفصاف والبلوط لديها إمكانات كبيرة لاحتجاز الكربون، حيث يُقدر أن *Populus nigra* يحتجز CO₂ بقيمة اقتصادية أعلى من *Salix × rubens*. تدعو الأبحاث إلى اتباع نهج استعادة قائم على الطبيعة، مما يبرز أهمية الحفاظ على هذه النظم البيئية الناشئة بدلاً من إعادة بناء الخزان، حيث توفر وظائف بيئية حيوية وتساهم في مرونة المناخ في المنطقة. يُوصى بإجراء دراسات مستقبلية لمراقبة الديناميات طويلة الأمد لهذه النظم البيئية ودورها في إدارة الأراضي المستدامة والحفاظ على التنوع البيولوجي.
DOI: https://doi.org/10.30970/sbi.1903.838
Publication Date: 2025-09-01
Author(s): H. Tutova et al.
Primary Topic: Landscape and Cultural Studies
Overview
The destruction of the Kakhovka Dam during the Russian invasion of Ukraine has led to a significant environmental disaster, characterized by the rapid draining of the reservoir, which resulted in the loss of aquatic habitats and biodiversity, disruption of hydrological cycles, and widespread contamination. In the aftermath, two tree species, hybrid willows (Salix × rubens) and black poplars (Populus nigra), have emerged as dominant colonizers of the exposed land, forming dense pioneer stands that contribute to carbon sequestration, soil stabilization, and microclimate regulation. Understanding the dynamics and ecosystem services of these new formations is crucial for developing sustainable restoration strategies for the affected landscape.
Field surveys conducted in April 2025 assessed 158 plots on the former reservoir bed, measuring tree presence, morphometric parameters, and environmental conditions. The results indicated a rapid colonization process, with distinct spatial patterns between the two species influenced by soil characteristics and microrelief. Generalized additive models revealed that S. × rubens prefers moist, slightly saline, and thermally stable conditions, while P. nigra exhibits broader ecological tolerance. Notably, young stands of both species demonstrated significant carbon sequestration potential, with P. nigra providing greater economic value per hectare. These findings underscore the ecological importance of spontaneous forest recovery and advocate for the preservation of these newly formed ecosystems as part of nature-oriented restoration efforts, rather than relying solely on technical reconstruction of the damaged infrastructure.
Introduction
The introduction of the research paper outlines the severe environmental and public health repercussions of Russia’s war against Ukraine, particularly following the destruction of the Kakhovka Dam. By the end of 2024, environmental damages were estimated to exceed $56.4 billion, with significant impacts on air, water, and soil quality, as well as the degradation of approximately 30% of protected areas. The dam’s collapse led to the release of over 90,000 tons of toxic sediments, resulting in extensive flooding, ecosystem degradation, and long-term risks to biodiversity and public health. The contamination affected the Dnipro River and the Black Sea, highlighting the urgent need for long-term monitoring and restoration efforts.
The paper further discusses the ecological consequences of the disaster, including habitat destruction, loss of flora and fauna, and alterations to the regional hydrological regime. It emphasizes the emergence of new ecosystems dominated by willow and poplar species on the former reservoir bed, which, despite their rapid growth, cannot replicate the pre-dam microclimatic conditions. The study aims to investigate the patterns of pioneer vegetation establishment, focusing on the roles of Salix × rubens and Populus nigra in ecological succession and their potential ecosystem services. The hypotheses proposed will explore the influence of local conditions on vegetation distribution, species-specific growth relationships, and the carbon sequestration potential of these new ecosystems, advocating for a reconsideration of management strategies to prioritize their conservation.
Methods
In this study, field surveys were conducted in April 2025 on Khortytsia Island, Ukraine, focusing on newly exposed floodplain ecosystems resulting from the Kakhovka Reservoir’s drainage. A total of 158 sampling points were established to assess the ecological tolerance of young willow (*Salix × rubens*) and poplar (*Populus nigra*) across various soil conditions. The sites were categorized based on the presence of woody vegetation, and key environmental variables such as soil pH, electrical conductivity (EC), moisture content, and temperature were measured using calibrated instruments. The study employed a geometric model to estimate the stem biomass of the young trees, with specific constants for each species, and calculated total biomass based on fixed proportions of stem, crown, and root systems.
To evaluate the economic value of carbon sequestration, the study estimated carbon content in biomass and applied a generalized additive model (GAM) approach to analyze species responses to environmental gradients. The GAMs modeled species abundance against environmental variables, yielding descriptors such as optimum, tolerance range, and tolerance width for both *Salix × rubens* and *Populus nigra*. All analyses were conducted using R software, with visualizations generated through base R plotting functions, providing insights into the ecological dynamics of these pioneer species in disturbed floodplain habitats.
Results
The results indicate that Salix × rubens was found in 27.8% of surveyed plots, while Populus nigra was present in 33.5%, with both species co-occurring in 29.1% of cases. The co-occurrence was significantly non-random (χ² = 10.22, df = 1, P = 0.0014), suggesting a negative association between the two species. When co-occurring, their population densities were negatively correlated (r = -0.42, P = 0.04). The overall distribution of trees did not deviate from random expectations (χ² = 0.63, P = 0.426), indicating no preference or avoidance at the landscape scale. Salix × rubens exhibited a higher mean density (23.6±3.1 individuals·m⁻²) compared to Populus nigra (12.2±1.1 individuals·m⁻²), with a significant difference in colonization success (Welch’s t-test: t = 3.47, P = 0.0010).
Population characteristics revealed that tree height was similar between species, while stem diameter at collar height was slightly greater in Populus nigra (8.7±0.5 mm) than in Salix × rubens (7.9±0.6 mm), though not statistically significant. Environmental conditions varied widely, with soil pH ranging from 2.98 to 9.20 and a mean of 6.44±0.10. Generalized additive models (GAMs) indicated species-specific responses to environmental gradients, with Salix × rubens showing distinct optima for soil temperature and water content, while Populus nigra exhibited broader ecological plasticity. The estimated carbon dioxide sequestration values demonstrated non-linear relationships with stand density, with Populus nigra achieving a maximum sequestration value approximately 1.75 times higher than that of Salix × rubens, highlighting the economic potential for carbon capture under optimal conditions.
Discussion
The discussion section of the research paper highlights the ecological transformations following the destruction of the Kakhovka Hydroelectric Power Plant on June 6, 2023. The collapse led to the near-complete disappearance of the Kakhovka Reservoir, resulting in the emergence of a network of river branches and lakes that fostered new terrestrial ecosystems. Notably, the hybrid willow, *Salix × rubens*, and black poplar, *Populus nigra*, emerged as dominant colonizers, exhibiting rapid growth and high densities of seedlings. *Salix × rubens* demonstrated exceptional colonization success due to its prolific seed production, rapid germination, and adaptability to varying moisture conditions, reaching heights of over 3 meters within a single growing season. These species not only contribute to the structural integrity of the newly formed floodplain forests but also provide essential ecosystem services, including carbon sequestration, soil stabilization, and microclimate regulation.
The study underscores the distinct ecological preferences of *Salix × rubens* and *Populus nigra*, which influence their spatial distribution and habitat establishment. While *Salix × rubens* thrives in moist, low-salinity environments, *Populus nigra* exhibits broader ecological tolerance, allowing it to colonize drier and more nutrient-poor substrates. The findings indicate that the newly established willow-poplar forests have significant carbon sequestration potential, with *Populus nigra* estimated to sequester CO₂ at a higher economic value than *Salix × rubens*. The research advocates for a nature-based restoration approach, emphasizing the importance of preserving these emergent ecosystems rather than reconstructing the reservoir, as they provide critical ecological functions and contribute to climate resilience in the region. Future studies are recommended to monitor the long-term dynamics of these ecosystems and their role in sustainable land management and biodiversity conservation.