Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Экологическая оценка техногенного воздействия на еловые леса Кольского полуострова

ВАК РФ 03.00.16, Экология

Автореферат диссертации по теме "Экологическая оценка техногенного воздействия на еловые леса Кольского полуострова"

министерство науки, высшего образования и

технической политики российской федерации МОСКОВСКИЙ ЛЕСОТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

На правах рукописи ТОКАРЕВА,Татьяна Георгиевна

ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ТЕХНОГЕННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ЕЛОВЫЕ ЛЕСА КОЛЬСКОГО ПОЛУОСТРОВА

03.00.16 — Экология

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации нч соискание ученой степени кандидата биологических наук

v

Л1 о с к в а — 19 9 2

Работа выполнена на кафедре промышленной экологии и защиты .леса Московского лесотехнического института.

Научный руководитель —доктор биологических наук,

профессор В. С. Николаевский.

Официальные оппоненты — доктор биологических наук,

С. И. Демченко;

кандидат биологических'наук, А. А. Мартынюк.

Ведущая организация —'Ботанический институт

им. В. Л. Комарова РАН

Защита состоится « » г'"^г^^^г^г^т . . . 1992 г. на заседании специализированного совета Д. 053.31.05 при Московском лесотехническом институте в 10 час. 30 мин., аудитория 313.

Отзывы на автореферат в ДВУХ ЭКЗЕМПЛЯРАХ С ЗАВЕРЕННЫМИ ПОДПИСЯМИ просим направлять по адресу: 141001, Мытищи-1, Московской области, Московский лесотехнический институт. Ученому секретарю.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского лесотехнического института.

Автореферат разослан « ^т»» . . 1992 г.

Ученый секретарь специализированного совета, кандидат биологических наук, доцент Е. Г. КУЛИКОВА.

Подписано в печать 18.02.92 г. Зак. 137 Тир. 100

Типография Московского лесотехнического института

ОБЩАЯ ХАРЖГЕРИСТИКА РАБОТЫ /

Актуальность теш. Опасность хронических нарушений сосистем под влиянием умеренных доз загрязнения заключает-I в их медленном, но постоянном прогрессирующем охвате эдыаих пространств в течение длительного времени. Дальней-ай процесс деградации совершается ускоренным темпом, поэ- , ому трудно предотвратить и даже ослабить деградацию эко-истем на стадии видимых нарушений. Несмотря на многочис-енные исследования атмосферного загрязнения на раститель-ость (Красшский, 1250; Николаевский, 1562,1991; Кулагин, 964,1981), недостаточно изученньа® остаются шрфо-физиоло-о- биохимические реакции хвойных лесообразующих пород, в [астности, ели европейской на различные дозы загрязнения. !лабо разработаны метода ранней диагностики^ задачи определения биоиндикативных легко измеряемых параметров и процес-:ов,.а такне установление йороговых значений элементов-загрязнителей для лесных экосистем (Михайлова, 1965; Мэннинг, ¿едер, 1985; Байнерт и др.$ 1968). Эти исследования необходимы для прогнозирования состояния древостоя при разных /ровнях атмосферного загрязнения. .

Цель и задачи исследований. Определить влияние различных доз атмосферного загрязнения./иа примерехромышленкых выбросов металлургического концерна "Сёвероникель"/ на изменение морфологических, физиологических, -биохимических параметров елового древостоя в условиях Кольского полуострова.

В программу исследований входило:

1. Установление зависимости степени дигрессии лесного ценоза от концентрации загрязняющих веществ в воздухе:.

; . сернистого ангидрида и тяжёлых металлов.

2. Изучение корфо-биометрических'параметров и физиоло-го-биохишческих процессов у хвои ели европейской.

3. Выделение информативных признаков, отражавших, реакции ели европейской на загрязнители на ранних стадиях повреждения. / .

4. Разработка математической ».'одели для прогнозирования изменения параметров елового древостоя.

Научная новизна. Выявлена зависимость степени дигрессии елового древостоя от концентрации загрязняющих веществ. в воздухе. Получены новые данные по накоплению серы и тяжелых металлов хвоей ели европейской при различной степени . загрязнения воздуха. Впервые для условий Кольского полуострова изучен годный режим хвои ели европейской под воздействием промышленных загрязнителей...

На основе изученных показателей была выявлена группа информативных параметров хвои, определены форма и теснота связи -мезду. нкуй и связь их с состоянием еловых•насаждений. Разработана модель прогноза для мониторинга.

Практическая ценность. Результаты исследований могут быть использованы для нормирования техногенного воздействия на лесные экосистемы. Установлены критические концентрации загрязняющих веществ» которые позволяют прогнозировать воздействие атмосферного загрязнения на еловые леса. Выявлен- ■ ные бкоиндикационные параметры хвои ели европейской позволяют обнаружить начальные изменения в жизненном состоянии этой хвойной породы. •

Апробация работн. Материалы диссертационной работы докладывались на республиканской научно-технической конференции /Донецк, 1923/; Всесоюзных научных конференциях в ВШШИ -/Цуякико, 1990/,' МЯТИ /шытящи, 1990/, Архангельск /1921/, ЮШ1. Д'осква, 1991/, на ежегодных итоговых конференциях в

-ш'л. : - :. •

; Публикация. По материалам диссертации опубликовано.8 . работ.,' ;

,лу;чкый .вклад. Автором осуществлен сбор экспериментального'' материала,'обработка.его, анализ. Сделаны соответствующие выводы'и даны рекомендации.

Структура и объеа работы. Диссертация состоит из введе-'нйл,'.1С глав; общих выводов и списка литературы. Список используемой литературы вкдзчает 2о9 источников, из них 76 иностранных. Общий объем работы 165' страниц машинописного текст« вкаачая 45 таблиц к 16 рисунков. В-приложение еошди рззуяма!

:атистической обработки экспериментальных данных.

Объект и методы' исследований. Объектом исследования злились разновозрастные еловые древостой, находящиеся под 5"ствкем промышленных выбросов комбината "Североникель". робные площади выбирались в соответствии с розой господст-гтсщих ветров, в шном направлении от завода. Пробные площа-{ были расположены в 4 зонах дигрессии еловых насаждений барабань, 1988). Зона полной дигрессии (I) находится на асстолнии до 9 км от источника загрязнения и представляет эбой "техногенную пустыню" с отдельными живыми деревьями си, березы; зона сильной дигрессии (П) - 9-12 км от з'авода, олнота 0,3, суховершинных деревьев ели до 40/5; зона средней игрессии (Ш ..на расстоянии 25 км - полнота 0,5, суховершин-ых деревьев ели до 1С%. Зона слабой дигрессии С1У) - 22 км т источника, по внешним признакам не отличается от здоровых асандениР. Контроль закладывался на.расстоянии 45 и 65 км т источника загрязнения в здоровых еловых насаждениях. Кая-,ая пробная площадь характеризовала насаждение с определений степенью загрязнения воздуха. Пробные площади были зало-;ены в типах леса ельнике-черничнике и ельнике-вороничнике. [сследования проводились в вегетационный период с июня по :ентябрь на протяжение 3 лет с 1939-1991 гг.- Степень загряз-¡ения воздуха сернистым ангидридом определялась колсриметричее сим методом с фуксшфор^альдегпдным реактивом (Перегуд, Гер-шт, 'Быховская, 1979). Снегосъемка на пробных площадях прово-;штсь по стандартной методике в фезрале-карте. ■

Характеристика древостоев: таксационное описание.пробных моцадей проводилось в соответствии с'"Инструкцией по проведению лесоустройства в едином государственном лесном фонде ХСР", (1986). Описание санитарного состояния еловых насаждений проводилось по действующим "Санитарным правилам в лесах СССР", (1970). Процент.покрытия почвы темнили иным растением определялся на метровых площадках (фрей, 1965;Накаревич, 1966 ) Цорфокетричесхие показатели определялись на модельных

б

деревьях на ветвях в различных частях кроны. Для этого срезали 3 ветви из верхней, средней, нижней частей кроны. Определяли количество хвои на побегах разного возраста в ьту-нах, длину побега мерной линейкой, время низнк хвои минимальное и максимальное. Бес 100 штук сырой и абсолютно сухой хвои, высушенной в термостате С t=IC5°), определяли взвешиванием на торзионных весах. Содержание воды в листьях определяли йо общепринятой методике, где разность между начальной массой и массой после высушивания в термостате при Ю5°С до абсолютно сухого состояния. выражали в процентах к сырому (сухому) весу . Водоудерживаюцая способность хвои ели определялась количеством потерянной воды б процессе обезвоживания через 2, 4, 24 часа и выражалась в процентах от сырой массы (Ничлпорович, 1926). В наших исследованиях побеги срезались из верхней, средней и нишей частей кроны без применения парафина (Матвеев, 1953; Родионов, 1255).

Содержание общей серы в различных компонентах лесного биоценоза: верхних горизонтах почбы (A0Aj), напочвенном покрове, отдельно в лишайниках, в коре ели, березы, хвое ели, листве березы определяли по методу Ю.И.Маслова (IS78). Валовое содержание.металлов,.в том числе'тяжелых, определяли в ' лаборатории ЭДСХШа на атокно-абсорбцйоннсм спектрофотометра со сжиганием в'снеси кислот по стандартной методике.

Все.показатели определялись в каждом возрасте хвои (1-5 лет) с учетом возраста деревьев. Химические анализы выполнялись е 3 кратной повторкости, морфобиометрические в 15 кратной. Всего было обследовано IC5 модельных деревьев, общее число проанализированных проб составляет более II25. Математическая обработка полученных данных проведена методами статистического анализа (ГЬохшский, I27C) с применением программ Statis,Golfl, Ее ere а (Зеликов,Рйсин.Щепаценко,1989^Е® • {Рожков, 1989) на im.Eototron.

. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЗЩОВАШЙ ' АККУМУЛЯЦИЯ СЕШСТОГО ГАЗА ДЕСШШ ЭКОСИСТШАШ

Международные оценки экономического ущерба, наносимого' лесу показывают, что важнеШим из повреждающих агентов является двуокись серы (Дочинжер, 1982). В ряде работ приводятся данные по накоплению S02 ассимиляционными органами растений из воздуха, его транслокации и выделению корнями и листьями (Крокер, IS50; Илькун, 1971; Ziegler, 1375; Чер-ншенко, I9S8).

Годовой выброс сернистого ангидрида комбинатом "Севе-роникель" составляет 200 тыс.тонн. Вредное воздействие газа усиливается тек, что в условиях полярного дня древесные породы фотосинтезируэт круглые сутки. Концентрация сульфат; ■' .. Таблица I.

Содержание серы в компонентах биогеоценоза в различных зонах, дигрессии насаждений

дигре-'разошеЛкон-? Саддаме сер, % к абс.сух.весу""

ССИЙ íf^g,^no4Balrf-í едь ;

f мгДг !_¡ники ¡ хвоя 'кора : листва! кора

I . 0,16-0,3 ' 0,388. - ' 0,431- 0,219 0,750 С,275

П' 0,14-0,2 0,626 0,650' 0,471 0,560 1,225 0,213

И- 0,08-0,13 0,275 0,508 0,414 0,171 1,000 0,219

1У 0,06-0,09 0,300 0,588 0,214. 0,154 0,500 0,213

Контроль 0,04-0,06 0,156 0,315 0,224 0,169 0,225 0,159

кона в пересчете на серу в снеговой воде похрофилю пробных площадей следующая: в I зоне - 4,4 кг; во. П - 4,0 мг; в Ш -2,68 мг; D" зоне - 2,6 кг; на, контроле2,4 и1 в 1 л фильтрата. Всего годовое выпадение серы в I зоне составило 1846,9 кг/т?, на контрольное участие - 525,6 кг/к-/".

Наши исследования показали,-что увеличение концентрации

502в воздухе ведет к накоплению избыточного количества серы в различных компонентах биогеоценоза (табл. I).

В результате исследований получены различия в содержании серы в разновозрастной хвое ели европейской. В I зоне количество серы в 1-летней хвсе - 0,37®, е 3-летней -0,420%, на контроле в I-летней хвое - 0,196$, в 4-летней - 0,250% к абс.сух.весу. Увеличение содержания серы в хвое старших возрастов наблюдается во всех зонах дигрессии насаждений.

■На контрольном участке содержание серы б хвое увеличивается пряио пропорционально возрасту деревьев ели от С,420% в хвое молодых дерезьев, до 0,6<£Й к абс.сух.весу в хвое спелых деревьев.В загрязненных зонах (I, П) наибольшее количество серы накапливает хвоя средневозрастных деревьев - 0,708% к абс.сух.весу. В загрязненных участках содержание серн в хвое ели различается на протяжении кроны дерева Хвоя в верхней части.кроны содержат серы в 2 раза больше, чем¡в нижней - 1,0253 и С,63-Й к абс.сух.весу соответственно. 'Частично это объясняется тем, что в зишее врегля снеговой покров закрывает никкие.ветЕИ и препятствует поглощению сернистого газа из воздуха. . |

ЗАГРЯЗНЕНИЕ БШДУХА И СОДЕР/лАНИЕ ЬЕТАЛлОВ В РАСТИТЕ1ЫМ ОБРАЗЦА- И ПСЧЗЕ

Суммарное поступление медко-нккелевой-пыли- на пробных площадях, составляет от 10 до 80 Нрш.ю пропорциональ-

но концентрации загрязняющих-веществ в воздухе увеличивается накопление тянелых металлов растенкяки (Тарабрш, 1973; ,Карабань, Т^-дкева, 1938; Чернавская, 1983).

т .Содержание кобальта в серхякс горизонтах почвы (А0А1) ъ аоке сильной дигрессии насавдекий'и.на контроле соответственно:. О,0231рм? , 0,0052; кеди: 0,7277 рр^, 0,012 рр«; никеля: С,С5'?9ррл1, 0,С083рр»г..

, В яшайшсах.содержанке кобальта, 1.:еди, никеля, свинца, цинка на контрольно:.! участке 0,010;0,004;0,С09;0,014;0,026.р{ .соответственно. Б I зоне накопление металлов возрастает в

'-13 раз и составляет 0,0396; 1,508; 0,9858; 0,0891; О.СЗЗЗ ргТ1 соответственно. Однолетняя хвоя ели европейской во П )оне содержит в 5 раз металлов больше, чем в контроле - 0,157;; ),029ррй? соответственно. По данным анализов наиболее 1ктиЕно накапливаются хвоей металлы из группы окислителей [медь, никель, свинец, кобальт, железо). Из щелочных металлов наиболее активен цинк. Нами былч прослежена динамика накопления металлов хвоей ели на побегах разного возраста. Содержание цинка в 8-летней хвое составляет 0,1237 РР«, что ; почти в 3 раза больше, чем в I летней хвое - 0,0544 ЕРЧ-Максимальное накопление кобальта наблюдается в 4-6 летней хвое и в хвое текущего года. Аналогичная картина содержания никеля, железа, марганца, хрома в разновозрастной хвое.

На считаем, что увеличение накопления металлов связано не только с повышением содержания их в атмосферном воздухе, но и с особенностями физиологических процессов у древесных растений в разные, не всегда одинаковые по метеоусловиям года. В .годы с повышенным'количеством летних осадков (620 мм) в 1990 г. и'повышенной влашостьи воздуха усиливается осаждение из воздуха промышленных поллютантов, вымывание поглощенных растениями ингредиентов, что снижает их повревдение и меньше сказывается на росте и многих биометрических параметрах вегетативных органоЕ ели. . - .. "

Наш выявлены различия.в накоплении металлов деревьями ели.разных возрастов. На контрольном участке накопление пинка, кобальта, меди в хвое прямо пропорционально возрасту деревьев. Хвоя средневозрастных деревьев содержит наибольшее количество элементов. При приближении "к комбинату картина изменяется. В'1 зоне максимальное количество элементов-загрязнителей аккумулирует хвоя молодых" деревьев. В загрязненных зонах (I, Щ максимальное, количество свинца накапливается в хвое молодых деревьев ел;!-ц0051 то время как на контроле наибольшее содержание этого металла наблюдается в хвое спелых деревьев - 0?028 рри^.

'ИЗМЕНЕНИЕ HEKO'íüffiX ПОКАЗАТЕЛЕЙ XBOíí ЕШ ЕВРОПЕЙСКОЙ ПОД ЕЛЙШШ ПКШХВШХ БЬЕРОСОВ

Первыми от воздействия повышенных концентрациГ: загрязняющих веществ страдает ассимиляционные органы растени", так как они находятся в непосредственном к яостсянноы контакте с воздушными потоками Быстрое усыханке и опадение хвои, ее хлороз и некроз отмечается ьяогдаи авторами (Ишьин, 1953; Иатерна, 1963; Кулагин, 1974).

По нашим наблюдениям количество хвои на I см побега текущего года в различных зонах дигрессии практически одинаково. Достоверно? разницы ыезду охвоенностьа кокодах, средневозрастных, пркспеьаацах и спелых деревьев на побеге текущего года не наблюдалось. Так, по данным I9G9 года в I зоне наблюдалось 19 шт/см, во П зоне - 19 ат/см, в а зоне - 17,5 шт/см, в ХУ зоне - 18,5 от/си, на контроле-15 пт/см. Однако, с течением времен« положение меняется.;В загрязненных участках многолетняя хвоя опадает, часто на побегах остается хвоя 1-е летнего возраста. „

Нами было принято за 1С0> количество хвои на побеге текущего года во всех зонах дигрессии.'Количество хвои на побегах предыдущих лет вычислялось в процентах к первоначально^. Таким образом, в зоне полно» и•сильной 'дигрессии на 45-летнем побеге остается .38,6-46,83 хвои от первоначально:". Причем, чуть меньше половины хвои опадает в первые Z года. В незагрязненном районе к 5 году остается 81, хеок и хвоя опадает равномерно по годам. Некоторое увеличение количества хвой на побегах те:-<уцаго года в загрязненных зонах, по сраа-кенйю с контролем, мы рассматриваем как реакц:® дерева на гибель 2, 3, 4 летней хвои к стремление сохранить фотосште-тичеекк!5 аппарат за счет хзок первого года.

В зонах с высоким содержанием сернистого газа отмечается ке только скияенле срока жизни хвои, но к скикение активности фотосинтеза (Николаевский, Беляева, ISU7), Нами о'ш проанализированы сырой и абсолютно сухой вес 100 шт хвои на побегах одного возраста и различных зонах дигрессии. Данные по абсолютным значениям сухого веса ICO. шт хвои в 1369 и 1990

гг., приведенные в табл. 2,указывают на увеличение фитомас-сы в незагрязненных'районах в 1,2-2 раза по сравнению с районами, поврежденными промвьтбросами.

Сырой вес 100 шТ хвои последовательно увеличивается от зоны полной дигрессии-G,553 г до С,718 г б контроле. Приведенные к процентному соотношению цифры показывают какую величину от контрольной составляют данные по зонам дигрессии.

Таблица 2.

Абсолютно сухой вес 100 шт хвои ели европейской в различных зонах дигрессии ." насаждений

Возраст хвои, лет

pec-i i ! х : т : Г 2

сии ?_1 ' ? ¿ ? ■ 6 . ? • 4

I .0,252+0,029 0,S06¿0,029 0,363+0,045 0,463+0,047

П 0,£35+0,OSO 0,119+0,027 0,137+0,020 O', 425±0,07 4

Ш 0,378+0,020 0,432+0,025. 0,43040,024- 0,426-0,037

1У 0,420+0,018 ' 0,400+0,026 0,493+0,034 0,508+0,040

Контроль 0,526+0,039 0,612+0,043'. 0,613+0,036 0,754^0,060

Вес сырой хвои в зоне полной и сильной дигрессии составляет 77,0 и 75,83 от контрольноЪо, g то время как в зоне слабой ди1'р&ссии"98,£$. Данные сухого веса хвои без учета вода, еще показательнее. В зоне полной дигрессии абсолютно cyxoíl вес 100 шт первого года хвои составляет 47-603 от контрольного, в зоне сильной дигрессии 60-62,5£, в зоне средней дигрессии 63,3-70,3;$, в зоне слабой 69,6-78,4*. Сухой вес 100 шт двухлетней хвои, выраженный в процентах, уменьшается от ICO* на. контрольном участке до 71,5-68,в зоне.полной дигрессии.

Нами были проанализированы показатели сухого веса 100 шт хвои у деревьев разных возрастных групп и установлено, что на контрольном участке масса хвои у молодых, средаевозраст-

ных, спелых деревьев ели европейской прямо пропорциональна возрасту - С,283; 0,340; 0,416 г соответственно. На загрязненных участках наименьший.вес 100 шт хвои наблюдается у деревьев среднего.¿возраста — 0,2оЗ г. Различия абсолютно сухого и сырого, веса ICO шт хвои прослеживаются по зонам дигрессии насаждений в зависимости от степени влияния прок-выбросов и могут быть отражены регрессионным уравнением. Оно Определено для средневозрастных деревьев: ' У!= 0,3SI х I,0Ix^ Е = 0,25 Мг= 0,053 о,89 где У - вес 100 шт хвои, г; х - расстояние от источника промвыбросов, km;r - кбэ^фициект корреляцииг - ошибка коэффициента корреляции; н2 - коэффициент детерминации.

Таким образом, результаты исследований отражают обратную: связь между сырам и абсолютно сухим весом 100 шт хвои с одной стороны и уровнем загрязнения воздуха с другой.

у ' ВОДНЫЙ FESHÚ ХВОИ ЕйИЕВРОПЕЙСКОЙ В УСЛОВИЯХ ПРОШШНОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ .

Водоудерживающую способность хвои многие авторы рассматривают как. важнейший показатель устойчивости растения к обезвоживанию (Цельникер, 1955; БеЕдеыан, 1269; Антипов, 1971; Алексеенко, 1977; Белая, IS7Ö). Под влиянием кислых газов происходит окисление липопротеиновых клеточных мембран что ослабляет их регулкторную функцию и увеличивает чисто физическое испарение воды хвоей (Николаевский, Г37Э; Крэнг, 1982).

■ Нами были проанализированы оводненкость и водоудернива-одая способность (скорость потери воды) хеои ели европейской в различных зонах дигрессии насаждений. Оводнешость I. летней хвои в зоне, полной дигрессии незначительно отличается от таковой на контроле - 43,82í и 46,0& соответственно, а в зоне сильной дигрессия эта величина несколько выше контрольной,- 49,0$. С возрастом хвои оводненкость последовательно уменьшается во Есех зонах дигрессии. Оводнешость I-летней и 5-летней хвои на контроле составляет соответствен но 46,8-40,39%; в I зоне - 43,82-29,5955; во П зоне - 4-1,6-

Скорост:^ потери 1

0,02 о,о4 0,03 ах

Содержание никеля в хвое еля европейской. мг/г

Рас.Г ЗлЖайе никеля вд зодоудормивающуп способность хвои ели европойской-

0.28 ■■

п

С! О

п

Т-?

о;

004

%

.100

84"

70 56.

42' 23 • 14

II 1У

Зоны дигрессии насажден«!.!

Рис.2 Скорость потер/ воды хвоей ели,в различных зонах дигрессии насаждений

1-Стх в хьое

2-ш. в хвое

3-ВДС (2 ч завядания) Б в хвое

5-ДДС (4ч завядания)

6- ве с 100 шт абс. су х. хв..

7-ободнэнность 'Злет.хвои 3-вес 100 шт сырой хвои . 9-ЗЛС (24 ч завядания) Ю-озодкенность Хлет.хво;:

а

I ¿3 4 5 6 7 8 9 10 Рис.3 Диапазон изменений показателей хвои ели в зависимости от концентрации загрязняющих веществ

23,583; в 1У зоне - 44,79-40,12%. Однако, уменьшение показателя на контроле произошло на 5,41$, в загрязненных зонах разница в 2,6 раза, больше и составила 14,2Кб. Это говорит о большей обезвоженности многолетней хвои на загрязненных учгс-тках.

Изменение водоудерживающей способности хвои в зависимости от степени загрязнения воздуха показано на рис. 2. Хвоя деревьев ели из I зоны теряет 'I2& влаги от первоначальной, что почти в 2 раза больше, чек на контроле - 7% в I3G3 году и 163 и 6% соответственно в ISS0 году. Такая тенденция наблюдается у хвои с загрязненных зон во все временные интервалы. Скорость потери воды (СШ) с возрастом хвои уменьшаете; из-за снижения оводненности шоголетней хвои. Но в загрязненных зонах (I, П, 12) СПБ З-леткей хвоей составляет 55,53 от I-летней хвои, в то вреь:я как на контрольном участке эта величина шого шие - 31,7%. -

В результате исследований была определена.взаимосвязь мезду скоростью потери воды хвоей ели к содержанием в ней никеля (рис.. I). Эта связь средняя прямая. Таким образ ол;, с увеличением загрязнения воздуха и накоплением вегетативными opranai.ni элементов - загрязнителей наблюдается дефицит влаги особенно в старевщей хвое и снижение водоудеркивакцей способности, что обуславливает более быстрое-в 2-3 раза обезвокиза-ние к усахсине хвои. - .

РАЗРАБОТКА Ш1ИШМЕСКСЙ ¿СЩЗШ ПРОГНОЗА

состояния ¿dOBüX ш^САдай

В предыдущих главах было рассмотрено поведение биологических показателей,чутко реагируюлих на загрязнение окружавшей среди. Количественные характеристики,основанные на математических зависимостях мезду параметрами хвои ел л евро-.neKciioii и состоянием еловых наса:хцеш*Л позволяют построить соответствующую модель,характеризующую состояние леса по биэанджашюшшм параметрам хзои .

Решение этой задачи проводилось в 3 этапа: 1-анализ тес-готн связи меулу изученными параметрами и состоянием насак-:еняй;2- отбор небольшого ч"сла вдорматквнкх признаков ,иаи->олее чувствительных и легко определяемых в полевых условиях утя установления сзязи с более трудоемкими; З-вичисленае рег-эессионннх уравнений,поззолпэдкх прогнозировать. состояние нападений по наиболее чувствительна:.! и ин»$ор«атишт к-араглетрагл свои.

Из первом этапа был осуществлен корреляцийimuií анализ . табл.3), свщетельствуюпци" о высокой сале связи меяду морфо-

Таблииа 3

ГЛатрица'коэффициентов корреляция некоторых показателей елового насаждения 1 2 3 4 5 6 7 3 Э 10 11 1 ;

2 0,57 • ' •

3 0,73 0,95 .

4 0,35 0,92 0,77 •

5 ■ 0,43 0,95 0,39 0,33

6' 0,53.0,93 0,92 0,34 0,93

7 0,33 0,84 0,67 0,55 0,33 0,91

8 • 0,43 0,31 0,62 0,»39 0.7Э 0,39 Q,S7

9 0,54 0,90 0,95 0,35 0,30 0,97 0,93 0,74

10 0,24 0,34 0,77 0,73 0,34 0,34 0,95 0,53 0,92 И С,40 0,38 0,73 0,92 С,79 0,74 0,85 0,67 0,84 0,79 12 0,33 0,Э2 0,97 0,7Э 0,79 0,34 0,SG 0,57 0,33 0,57 0,33

Примечание: 1-IOiacc по Храфту, 2 - категория санитарного состояния, 3 - S0¿ з воздухе, 4 - сера в хвое, 5 - средняя длина побега, 6 - среднее количество хвол на побеге, 7 -вес ICO si? хвои сирой, 3 - вес 100 шт абсолютно сухоГ. хвои, 9 - оводяе:ыость 5-летло^ хвоя, 10 - скорость потеря воды через 4 часа завядаккя, 11 - электропроводность, 12 - содержание никеля з хвое. •

.логическими,физиологическими,биохимическими.параметрами хвои и состоянием насаждений.

На втором этапе были отобраны наиболее чувствительные параметры хвои ели к изменению' концентрации загрязняющих веществ С рис.3). Изменение параметров дано в относятельннх величинах(в процентах от их максимального значения ), ■ . их нумерация составлена по убыванию чувствительности. Наиболее чувствительными оказались : содержание меди,никеля в хвое,содержание серы в хвое, водоудерживашая способность хвои черэз. 2 и 4 часа заведания, вэс 100 шт абсолютно сухой хвои.

Таблица 4 ;

Регрессионные уравнения исследуемых признаков

Пара признаков ! Уравнении !Оииб-Юшиб-!йоэф. ?Кри-' ,

____:___'_! поЛЛ,,т, !ка !ка !кор- ! герж!

----j --—-тГ! регрессии , !регре-!ре31я-!Стью-

J_! _! о ?ссии !чип ? цента ;

Вес 100 Содержание. У=3,02-5,971 1,69 0,08 0,337 3,520 шт абс. серн в-хзое ■ '

сух.хв. ;

Вес 100 Скорость по- У=54,34-53,31 9,97 2,30 0,952 5,330 ; шт сн- тори воды1 хв. poll хв. 4 час завяд.

Конпент.Сэдерзание У=-0,02+0,5Х 0,07 0,01 0,970 Б,379 S02b : Sb хвое .: __ . '

воздухе содержанке. У=-0,01+0,27X0,07 0,01 0,916 3,950 -"- А5г в хвое

Содерж.: Зэс 100 шт 7=0,49-0,1351 0,01 0,0.1 0,837 3,520.-S в хв. абс.сух.хв.

Применение кластерного анализа с лосгрзением дендрограшгы основанной на оценке меры сходства признаков в относительных единицах Домков,1989) позволило зычяекить наиболее информативные признаки( а корреляционный анализ показал, что наименее- связанными в изучаемой системе оказалась пере-кенные Х3-Х3; Ml*? ..

Таблица 5

Использование биоимдикационных параметров хвои ели для прогноза

Наименование переменных

~~Г рТг

Ч

X

2

Уравнения. регрессии

Дисперсия

о5щая{оста"

:точн.

Коэф.IКрите-детер|рий мина-1 значи-ции ¡мости

Категория Вес 100 санитарного абс^сух. состояния хвои насаждения

У»б,705+8,23Х1 1,103 0,366 0,692 3,112

Степень ■

дигрессии

насаждений

Скорость Содержание У=0,319+3,045Хт+ 13,55 0,272 0,98 33,92,

^ ч .0.039Х2+18,65Л3

завядая.

Накопление У=0,985-2,ЧЗЦ+

У=7,08+1,9ХГ ■-0,06Х2-1,16Х3 У=-1,978+И,ЗХ1

1,103 0,068 0,95 16,31

2,1« 0,133 0,95 16,12 2,1« 0.758 0,671 2,83

Р0.05 =

Для построения модели были отобраны наиболее чувствительные и информативные параметры с учетом силы связи медцу нами. 3 эту группу биоиндикационных параметров хвои вошли: морфологический - вес 100 шт абсолютно сухой хвои, физиологичен * кий - скорость потери воды через 4 часа зазядания, биохимический - содержание в хвое никеля. По ним можно судить об изменениях в состоянии древесных пород и насаждении на ранних стадиях повреждения до появления видимых признаков.

Высокие корреляционные связи между параметрами среды и фитоценозом (г =0,97; ¿=5,832) позволяли рассчитать систему парных линейных уравнений. По легко определяема параметрам можно прогнозировать значения более трудоемких,а такке влияние промышленных выбросов на эколого.-физиологическую функцию древесных пород,в частности,ели европейской.Регрессионные уравнения приведены в таблице 4.

Возможность применения биоиндикапионных параметров хвои' . ели и факторов среда для прогноза санитарного состояния и степени дигрессии еловых насаждений под .влиянием промышленных выбросов металлургического комбината показана на примере' множественных линейных регрессионных уравнений (табл. 5) • При использовании нескольких параметров точность прогностической оценки^ увеличивается. ■

' В Ы ВОД и

. I. Интенсивное и длительное загрязнение сернистым газом и тяжелыми металлами со стороны концерна "Североникель" вызвало прогрессирующую дигрессия лесных экосистем, в особенности в юаном и северном направлении в соответствии с изменением нагрузки поллютантов.

2. Степень дигрессии еловых насаждений, как и влияние на биометрические и некоторые физиологические параметры вегетативных органов ели,находится в прямой зависимости от загрязне ния среды газом и тяжелыми металлами к обратно пропорциональна расстоянию от источника.

3. Сернистый газ и тяжелые металлы вызывают у ели европейской уменьшение фитоыассы хвои каждого возраста в 2 - 3

раза, сншается водоудержйвагацая способность, б результате чего срок жизни хвои сокращается в 2 и более раз.

Степень нарушения водного режима, фотоскнтетической деятельности у хвои прямо пропорционально ноличествунакоплен-ной серы и TLi из воздуха.

Наиболее чувствительными к загрязнению воздуха являются средневозрастные деревья и хвоя старших возрастов.

4. Среди тяжелгос металлов наибольшее влияние оказывают медь, никель, кобальт. Вместе с тем, суммарное действие сернистого газа и ТЫ усиливают повреждающий эффект.

5. На основе изученных факторов выявлена группа информативных признаков-биоиндикаторов для хвои ели европейской, среди которых: Еес 100 шт абсолютно сухой хвои, скорость потери воды через 4 часа завядания, содержание в хвое элементов-загрязнителей: (меди, никеля, серн).

Определена форма и теснота связи между ними и состоянием еловых древостоев. Получены регрессионные уравнения прогноза состояния еловых древостоев по биоиндикативным параметрам хвои. .-■'•■"■

6. Лесные экосистемы выполняют роль экологического барьера на пути распространения промышленных выбросов.. В условиях северной тайги величина допустимой критической нагрузки окислов серы на еловые насаждения, по нашим данным, должна не превышать 8 кг серы на I га в год, суммарное количество кедно-никелезой пыли не более 5 кг на I га в год.

По материалам диссертации опубликованы следующие работы:

1. Токарева Т.Г. Изменение хвои ели европейской в уело-/ виях промышленного загрязнения северной тайги // Промышленная ботаника: состояние и перспективы развития. - Тез.докл. респ. сои.. - Донецк, 1ЭЭЗ. - С. 32.

2. Токарева Т.Г. Влияние промышленных загрязнений на состояние ели обыкновенной в условиях северной тайги // Вопросы защиты охраны леса и озеленения городов. - Научн.тр.ШТИ. Вып. 22-1, И., 1990. - С. 38-41.

3. Токарева Т.Г. Изменение концентрации металлов в хвое ели европейской з условиях атмосферного загрязнения // Совершенствование научного обеспечения лесохозяйствекного производства. - Тез.докл. Всес.кокф.молодых ученых. - Пушкино, 1090.

- С. 146.

4. Токарева Т.Г. Влияние промышленных газов на водоудер-живающую способность хвои ели европейской // Охрана и рациональное использование лесных ресурсов. - Тез.докл. Всес.кокф. молодых ученых и специалистов. - М., 1990. - С. 53-54.

5. Токарева Т.Г. Изменение водного рекима хвои ели европейской в условиях прошаленного загрязнения // Охрана лесных экосистем и рациональное использование лесных ресурсов. - Тез .докл. П Всес.конф. - ¿1., 1991. - С. 52-53.

6. Токарева Т.Г. К вопросу о биосферной роли хвойных древостоев в условиях цэомышленного пресса // сколого-геогра- . фические проблемы сохранения и восстановления лесов Севера. -'Тез.докл. Бсес.конф. - Архангельск, 1991. - С.-39-41

7. Токарева Т.Г. Аккумуляция серосодержащих промышленных загрязнителей еловыми насаждениями северной тайги. - Научн. тр.Ь&ТИ, 1991 С в печати)

8. Токарева Т.Г. О некоторых показателях для оценки реакции хвойных пород на действие промышленных эмиссий." - Экология и завдта леса, (в печати )