Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Биоиндикация аэротехногенного загрязнения в условиях Енисейского Севера

ВАК РФ 11.00.11, Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

Автореферат диссертации по теме "Биоиндикация аэротехногенного загрязнения в условиях Енисейского Севера"

АКАДЕМИЯ НАУК СССР ИНСТИТУТ ЭВОЛЮЦИОННОЙ МОРФОЛОГИИ и экологии ЖИВОТНЫХ им. А. Н. СЕВЕРЦОВА

На правах рукописи ВЛАСОВА Татьяна Михайловна

УДК 502.55:632.151 (571.511/512)

БИОИНДИКАЦИЯ АЭРОТЕХНОГЕННОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ В УСЛОВИЯХ ЕНИСЕЙСКОГО

СЕВЕРА

11.00.11 —охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

МОСКВА 1990

*

Работа выполнена в ордена «Знак Почета» Научно-исследовательском институте сельского хозяйства Крайнего Севера СО РАСХН (г. Норильск).

Научные (руководители: доктор биологических наук, академик АН Эстонии X. X. Трасс, доктор биологических наук Р. П. Щелкунова.

Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор В. Б. Куваев, кандидат географических наук Л. К. Казаков.

Ведущее учреждение — Всесоюзный научно-исследовательский институт охраны природы и заповедного дела Госкомприроды СССР.

Защита состоится «. _1990 г.

ММ

в_£2_ часов на заседании специализированного совета

Д 002.48.03 по защите диссертаций на соискание ученой степени доктора наук при Институте эволюционной морфологии и экологии животных им. А. Н. Северцова АН СССР по адресу: 117071, Москва В-71, Ленинский проспект, 33.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Отделения общей биологии АН СССР, Москва, В-71, Ленинский проспект, 33.

Автореферат разослан Р/С-А1 Лд/3¿? 1990 г

Ученый секретарь специализированного совета — кандидат биологических наук

Н. В. Вронский

олш! у^рлгачсрпсг.цсл РАБОТЫ

Актупя ыюотъ тет.ч;. Норильский территориально-промышленный комплекс обладает мощнс!'иш индустриальным потенциалом, что определяет его исключительную, значимость в процессах техногенеза Арктики. Активное антропогенное вмешательство в природшю системы при ДОС'НЧО и переработке полезных ископаемых ведет к прогресс нру даму загрязнении региона промшлоинши отходами. Это породило возникновение зон экологического неблагополучия и связанного с нши комплекса проблем, требувдих незамедлительного реюоийя. В связи с высокой ранимостью северных экосистем совмещение т) продолах одного региона развитой горно-добивавдой и пе-рорабатыв-^ ¡'¡ей промышленности с ршшоиалышм использованием биологических ресурсов приобретает в условиях Заполярья особую остроту.

При суг'ествувщем уровне решения вопросов природопользования в окрестностях индустриальных комплексов образуются очаги высоких концентраций загрязняющих веществ. Динамика расширения их границ, перераспределение количеств поллюгангов, а следовательно, и закономерности влияния загрязнителей на природные сообщества определяется спецификой производства, климатически-мн, ландша^тпши и другими условиями.

Растительность, и в особенности ее компонент пшайники, аккумулируют значительные количества загрязняющих веществ, что обусловливает возможность их использования при биоивдикация уровня загрязненности территорий и мониторинге фоновых районов. Однако, до сих пор не было попыток оценить общий уровень загрязнения природной среды региона, определить количественные показатели поллг:тангов, накопленных в биологических объектах, установить характер воздействия промышленных выбросов на структурно-функциональную организацию фитоценозов, что определило цель и задачи работы.

Цель и задачи исследований. Цель настоящей раооти - на основе биошщтаъши дать оценку загрязненности территории региона компонентами аорогехногоюшх вк<Гросои. Для ее реализация были поставлен!; следугщпо задачи:

- определять содержание в растениях основных ингредиентов промшплешшх энпсвяП и вшщлть закономерности, опродедяггже их концентрации;

- кзучсть особенности язггснеияд р.'!да компонентов ^пго'-.рио-

зов под действием аэротехногенного загрязнения;

- выявить виды растений, пригодные для бибшщикадш: регионального загрязнения природной среди, дать оценку возможности дх применения;

- апробировать метод биоиндикационного картировании загрязненности территорий в условиях Енисейского Севора.

Научная новизна, Впервые проведены многодетно исследования, позволяющие дагь оценку современной экологической ситуации, сложившейся в условиях интенсивного горно-металлургического производства. Проанализировано изменение содержания основных олемен-тов-загрязнителей в растениях зоны аэротокногенного воздействия, определены особенности изменения лишайникового покрова вследствие влияния поллюгангов, выявлены растения-индикаторы из флоры сосудистых растеши и лишайников, определены критерии выделения зон по степени аэротехногенной нагрузки, составлена карта-схема загрязненности территории в условиях Норильского промышленного района.

Практическое значение, Результаты исследований являются научной основой при разработке стратегия и тактики улучшения экологической обстановки региона. Методы, примененные в работе, можно использовать для анализа состояния растительных сообществ и осуществления экологического мониторинга на обширных территориях Севера. Полученные значения уровней загрязненности растений тяжелыми металлами и серой могут служить начальной точкой отсчета для дальнейшего слежения за динамикой процесса. Результаты исследований применимы при бяоиндикацвонном картирования территории Енисейского Севера в целом. /Лагериалы работы использованы при подготовке Постановления Госкомитета СССР по охране природы и0 выполнении Норильским горно-металлургическим комбинатом природоохранительного законодательства..." (1990 г.), вошли составной частью в рекомендации "Система ведения сельского и промыслового хозяйства на Енисейском Севере" (1990 г.), явились основой для проектирования использования оленьих пастбищ совхоза "Хантайскяй" и-ОПХ "Потаповское" (Таймырский автономный округ).

Апробация работы. Материалы диосертадия доложены на Всесоюзном совещании "Прогноз развитая науки по исследованию и охране природных ресурсов Арктики" (г. Норильск, 1985), регис-

пальмой конференции молодых ученых СО ВАСХШШ (г. Норильск, 1907), Всероссийском совещании по дикому северному оленю (г. Норильск, 1989), Всероссийском совещании по исследованию состояния оленьих пастбищ (г. Норильск, 1990), Научно-технической конференций "Итоги научно-исследовательских работ за ХП пятилетку. Поли и задачи на ХШ пятилетку. Секция охрани окружалцей среды (г. Норильск, 1990), Международной конференции "Роль полярных регионов в глобальном изменешш" (г. Фэрбенкс, США, 1990), Международном симпозиуме "Северные леса: состояние, динамика, антропогенное воздействие" (г. Архангельск, 1990), Научной конференции "Экологические и экономические аспекты охраны и рационального использования охотничьих животных и растительных пищевых ресурсов Сибири" (п.Шушенское, 1990), обсуждались на заседаниях Ученого Совета НШСХ Крайнего Севера.

Публикации. По теме диссертация опубликовано 7 работ, 5 находятся в печати.

Структура и об-;см диссертации. В диссертации обобщены исследования автора; литературные данные использованы для характеристики современного состояния изученности вопроса. Работа состоит из введения, 5 глав, выводов, рекомендаций, приложения. Материал изложен на Т74 страницах машинописного текста, включая 19 рисунков и 21 таблицу. Список цитированной литературы состоит из 198 наименований, из них 99 на иностранных языках.

С0ДЕР2АНИЕ РАБОТЫ

Во введении показана актуальность темы диссертации, обоснована важность углубления исследований в этой направления, их перспективность при поиске путей и методов улучшения экологической обстановки и проведении регионального экологического мониторинга.

Глава I. Современное состояние изученности вопросов аэротохногеиного воздействия на растения (обзор литературы).

Проанализированы шетаисся сведения о воздействия различных загрязнителей на растительный покров и его компоненты, а также основные подходи к изучению проблемы в целом. Особое внимание уделено изучошюсги вопросов в отношения состояния север-

них экосистем.

Наиболее освещены в литературе аспекты воздействия тяжелых металлов и двуокиси сори на лшшшшш, прошуцосиюшю ОПИфИПШО (Grin.lou, 1В!;у; U^ljmdor, UCC$ Hat»!::n.yi'ti«, 1971, 1904; ilavk-::v.'ort)i, ltooa, 1970; lluo, Leiilanc, VjUi O'iiui-e, 1973; Puckutt et al., 197-1; Puokett, 1970; Toi:..,aujai ul al., 1977; lliob&er 'et al., 1976; ilauh et al., Vjol; kooclcy ct al. , 1931} Pearwon ct al., 19"1; liouoaouu, 1WI'; Lartia, V.k/?.\ Louoniua, ¡Cuc.pulainou, 13u3$ i'^rli, 19^3; i4o»or ct al., 19b3; Holopainon, 19li4; Jiolopulnen, Kariinluispi, 19--1; Kiolaa, utCla-ir, 1984; Мартин, I9ti5). Определение содержания поллптантов на единицу сухого вещества у различных видов лишайников целесообразно использовать для оценки степени загрязненности воздуха (Горбач, Гетко, IS76). Концентрация химических элементов в кусткетт: напочвешшх лишайниках в наименьшей степени зависит от концентрации их в субстрате ( Pakarinun, pji.il), что свидетельствует об удобство их применения для индикации атмосферных выпадений (Плакунова, 1985; Ccimburt et al., 196'.'; Xuomi-nen, 1907; Schofield et al. , 1970"; Kauppi, 197C, 19"0; liolm et al., 1977; Boooatrotex* ot al., 1977; -iomuuaini ot al., 1977; Lane et ul. , 1979; Ooyal et' al., 1901, 19«ii; Boileaii et al.,195 Взаимодействие -представителей высшей растительности с загрязнителями атмосферного воздуха исследовано несколько хуае. Известно, что поступал в внсиие растения из почви в виде рас торов пли из воздуха в видо нили, загрлзняадио вещества накапливаются в фитоценозах, создавая условна;, ведущие к их распаду, снижению общей про,пуктивности растительного соослдесгьа, исчезновению хвойных пород, замещению одних видов растении другими (Кулиев, I97b, 1979; Дочшшер, 1У82; Второьа, I<Jb3, 1985; Егорова, Пьявченко, 19У4; Зорин и да., 1964; PrcuaL.au, Hutchiriuou,I900).

Ивученносгь этих вопросов и направлений па йншииекоа Севере крайне недостаточна, что является сущоствоннш препятит-вием при разработке концепции улучшения 'экологической обстановки зоны действия крупнейшего в Арктике террпторпальио-иро-ьшиленного комплекса, проведения регионального мониторинга, охране природа в целом.

Глава П. Объект и методы исследований

Промышленные выброси ШЖ наиболее. губительно воздействуют на природные комплексы северо-запада Средне-Сибирского плоскогорья. Физико-географические условия региона, структур-ко-функционалышс особенности составляющих его ландшафтов в сочетании с производственной мощью комбината, специфичностью состава и динамикой эмиссий определяют характер и масштабы аэротехногенного загрязнения биоценозов Енисейского Севера, а следовательно, и закономерности их нарушений я гибели.

Физико-географические, условия района исследований

Горно-металлургическое производство комбината локализовано в низменности между двумя горними массивами - плато Путора-на и хребтом Лонтокойский камень. Горн Путорака простираются

о

на восток и юго-восток от комбината, их площадь 250 ООО км , господствующие высоты от 1500 до 1700 м. Расположенный на юго-западе хребет Лонтокойский камень существенно меньше - 3500 ш"^, его bucotu достигают лишь 600 м над ур.м. Север и юг региона заняты низменностями. Климат континентальный, с холодной продолжительной зимой и относительно прохладным летом (продельная амплитуда температур превышает 100°). Полярный день длится 75, полярная ночь - 56 суток. Продолжительность снежного периода 220-260 суток, вегетационный период длится 70-80 дней. Для всего года характерны сильные частые ветры, в период вегетации исключительно западного и северо-западного направлений. Располагаясь в непосредствеиной близости к комбинату, Большие Норильские озера, озеро Пясино, Хантайское водохранилище создают повышенную влажность, она усиливается слабой испаряемостью осадков. Для почв характерно сплошное распространение много-' яетнемерзлых пород, малая величина почвенно-грунтового стока, слабое развитие гумусового горизонта. Преобладают почвы тундровые глеевие типичные, иногда слабо оподзояенные.

Многие условия и факторы внешней среды способствуют распространении и накоплений загрязнителей в природных комплексах, усиливая отрицательный эффект их воздействия.

Растительность

Представленные в районе исследований зональные сообщества типичных и кжных тундр, лесотундры (равнинной л горной), северной raftrjr отлкчаг.гсл..друг от друга суцествсииши осооенносгят-чи

Принципиальные различил этих сообществ проявляются в участии растений различных таксонов и характере вертикально-ярусной структуры растительного покрова (Чернов, 190,')).

Подзона субарктических тундр занимает крашю'.: северную часть района. Здесь наибольшее распространение имеют кустарниковые (ивняковые, ерпиковие, ольховнпковые) моховые тундр« иногда со з.тчятслыни участием кустарничков (дриады, багульника, кассиолеи). ЛшаЯншювий покров не развит, встречаются отдельные куртшки кустистых кладонии, цогрария. По долинам рек типичны травяные болотные ц.орлащш (Щелкунова, 1377). Наибольшая площадь, яегштыващая а^ротехпогошюе загрязнение, за-1шта лесотундрой, для ¡tea характерно островное чередование посту. {12%), редколесных доминируют лиственничные кустар-ничково-лииайниковые с под-леском из ерника), тундровик 132/j с преобладанием кустарничково-ыохово-лишайниковых гупдр), кустарниковых (14$) и болотных преимущественно Оугрпсто-мочаяишшх) сообществ. Из ллаайников широко иредставлени кла-•дини и многочисленные вида кладоний, образуйте местами почти сплошной покров. На юге лесотундра сменяется лиственничными лишайниковыми лесами с участием березы и ели. Состав напочвенной лихенефлоры довольно разнообразен, фон создам? кустистые лишайники, появляются эпифиты. Распределение лесных формаций услошшется горным рельефом, развитием обширных площадей гор-' |шх тундр, кустарников, разреженной растительностью сспдсй и скал (плато Путорана). Детальные характеристики структурно-функциойалышх особенностей растительного покрова зональных cO'o6«ceiB Приведена в работах О.Н.Ыиропонко (K'GG, 1975), НЛМоскаленко (IS65), Н.С.Водопьяновой (1975, ГЭ76а, 197G6), Д|И.Малышева (1976), В.Б.Куваева (1975, I97G, I960), Л. В..Закаевой (1976), Б. 11.Корина и др. (1986).

Пространственная неоднородность растительного покрова, существенное разнообразие слагающих его ассоциаций, специфичность их реакций На аэрогехиогенное воздействие опосредует ряд важнейших закономерностей динамики яаруиепвя природных комплексов, что позволлет использовать характеристики состояния растительности для биоиндикации загрязнения окрукащей среди.

Антропогенное воздействие на приводу региона

Являясь крупнейшим индустриальным комплексом Зипол^ил СССР, определяя экономическое, социальное развитие к нколаги-

тскуп обстановку региона, НГ.К оказывает масштабное негатив-чое влшшке па природное соойщиства Книсе?ского Севера. По своим отрицательным последствиям г. наиболее вродиш формам антропогенного воздействия на биоценозы первое место зшшмгшг выброс» предприятиями комбината твердых и газообразных веществ, ежегодное количество которпх превыпает 4,4 млн тонн (в т.ч. 2,3 млн тонн двуокиси cep¡;}. Промышленные эмиссии обусловливает не только региональный фон аклосфорн, по и <1>оркируют трансграничные потоки переноса загрязнении на дальние расстояния. Существенно пополняют загрязнение пылящие поверхности отвердевшей промышленной пульпы, открытые разработки полезных ископаемых, сброс загрязненных сточных вод. Б результате суммарного действия этих и других антропогенных футоров на огромных территориях наблпдается повреждение и уничтожение растительного покрова тундры и лесотундры, гибель лесов, деградация оленьих пастбищ. Общая- площадь погибших и поврежденных лесов в 1989 г. составила 565 тыс. га (Ковалев, Филипчук, 1990); площадь водоемов, потерявших рыбохозяйственное значение, превышает 200 тыс.га.

Развитие комбината, отличающегося высокой ресурсоемкоетыо, осуществлялось без должного учета экологических последствий, в результате чего сашвосстановителышй потенциал экосистем оказался исчерпан. Деградация природной среды продолжается.

Материал и методики

Работа основана на материалах полевых исследований

1985-1989 гг. За II месяцев полевых работ наземно обследовано

р

1,5 тыс. кгл , выполнено более 100 часов аэровизуальной таксации растительного покрова лесотундры и северстаежных лесов Енисейского Севера (долины рек Норильская, Рыбная, Ергалах, Хантайка, Кулшбе, Черная, окрестности озер Пясино, Туручедо, Токачье, Мелкое, Лама, Глубокое, Кета, Арбакли, Хантайское), Описание растительных группировок (п=250) выполняли по общепринятой методике (Программа я методика биоценологических исследований, 1974); степень повреждения растений определяли визуально (í¡ о berta, Ihompson, 1980; Kauppi, l.:ikkonen, 1980), Исследование лкшайлшкового покрова включало учет видового состава (гербаризировано 738 образцов с 594 учетных площадок размером I м**), покрытия и встречаемости (Lesione, Desoover,

1970), жизненности видов'(Трасс, 1985). Определение годичного прироста и возраста кустистых лишайников рода 01аЛпа проводили по методике А.С.Салазкина (1937) - обработано 225 образцов лишайниковой дернины, запаса фитоыасои - весовым методом (450 укосов). Морфологические изменения у лишайников определяли путем сравнения параметров нормального "среднего" состояния вида и отклонений от него, наиболее типичные образцы фотографировали. Для изучения содержания химических элементов па пробных площадях (п=50) отбирали образцы почв (п=80) я растений (п=1927), учитывая при этом их массовость, распростране!ше, условия произрастания (Методика, по проведению полевых и лабораторных исследований почв и растеши! при контроле загрязнения среды металлами, 1984). Б пробах определяли содержание серы весовым методом Бенедикта-дениса (Лебедев, Усович, 1969), марганца, железа, кобальта, никеля, меда, цинка, стронция, кадмия, свинца - методом атомно-абсорбционной спектрофогомегрии. Коэффициенты биологического поглощения растениями меди, никеля. . расчитывали как отношение содержания элемента в сухом, веществе растения к ого содержанию в аккумулятивных горизонтах почвы. Коэффициенты контрастности накопления меди, никеля, кобальта, цинка и серы вычисляли как отношение максимальной концентрации элемента в растениях к его минимальной концентрации. За региональный биогеохжш-ческий фон принято модальное содержание металлов в растениях вне зоны аэротехногенного загрязнения. Статистическую обработку данных проводили по Н.А.Плохинскому (1970), достоверность определяли по таблице распределения выборочного коэффициента Пирсона.

Глава Ш. Особенности накопления элементов компонентами растительных сообществ

Накопление тяжелых металлов в почвах

В окрестностях ШЖ почвы загрязнены прогелупссгвсшю соединениями меди, никеля, цинка. Количество, распределение по горизонтам и соотношение их в почвах меняется в заьшшо-ти от расстояния до легочника выбросов. Но валовому оодохса-шш преобладает соединения никеля, среди кго лотоцчстьор!.-ш;: форм - соединения меди. Никель, по сравнен'.:,о с други :л элемента. 1И, разносится на »опилю раестиики , основная гисса.

его выпадает на расстоянии 35-40 км, соединения меди и кобальта рассоииактся на территории свыше 100 км от источника эмиссий. Загрязнение почв отмечается до глубины 30 ом, характеризуется резко выраженным максимумом в верхних аккумулятивных горизонта:;. Отмечены концентрации цинка, превышающие фоновые характеристики в 40 и более раз. Характер распределения элементов в почвах обусловливает их содержание в растениях, а концентрация варьирует в широких пределах (табл. I).

Накопление никеля растениями

На территории, прплегащей к промышленному комплексу, со-деркание никеля неодинаково и колеблется от 0,5 до 210 мг/кг*, в среднем составляет 30,9 кг/кг. Интенсивно накапливают элемент лишайники, мхи, кора лиственницы, листья березки карликовой, шикша. черная. Максимальное содержание никеля обнаружено в отмерших побегах осоки и составляет 147-210 мг/кг на расстоянии 35 км, минимальное - 0,5 мг/кг - в лишайниках, произрастаниях вне зоны загрязнения. Особенности накопления элемента различными группами растений представлены на рис. I, при этом коэффициенты биологического поглощения изменяются от 7,3 до 133,6$.

Накопление меди

Содержание меди в растениях колеблется от 4,2 до 530 мг/кг. Минимальные значения отмечены для всех групп растений и составляет 4,2-7,3 мг/кг вне зоны загрязнения. Концентрация элемента закономерно возрастает с приближением к источнику выбросов (рис. 2). Максимальные показатели отмечены в коре ели и лиственницы (480-530 мг/кг). листьях березки карликовой и березы пушистой (400 и 290 мг/кг соответственно); существенное количество меди содержат осоки и хвощи, листья багульника болотного и иикши черной (280-300 мг/кг). О сильном обогащении растений мелыо в зоне загрязнения свидетельствуют коэффициенты биологического поглощения, которые изменяются от 10,3% в контроле до 308,3% в эпицентре выбросов. При фоновых значениях растения накапливают элемент практически одинаково. С возрастанием содержания меди в окруяашей

* Здесь и далее концентрация элементов в растениях приводятся для воз,'5уг:но-оузсого состояния.

Таблица I. Предела в:контрастность содерЕания элементов в растениях, vrr/tr

Группы растешй : -Медь ' - Никель : Кобальт : Цинк : : Cena

.Деревья. 530.0-5.0 77,0-2.5 0.30-0,10 438,0-9,0 2360-260

106,0 _ 28,8 3,0 48,е 9,1

Дуегаршки 480,0-5.2 S7.0-7.5 1.00-0,25 206,0-15.0 24I0SS0

92,3 12,S 4,0 13,9 2,7

Кустарнички 300,0-7.2 '70.0-5,0' 0,32-0,11 44,0-4,8 2870-850

: 41,7 14,0 3,0 9,2 3,4

Осоки 280,0-6,0 : 210,0-12,0 - 36,0-13,0 -

: 46,7 17,5 2,8 .

Злаки ,88,0-6.£ • 22.0-15,0 30,0-14.1 1230-1000

II, ci 1,5 2,1 1,2

Разнотравье 230.0-7Л 42,0-17,0 0.60-С,4С 43,0-22.0 8S60-I6I0

39,4 О £ т ^ 2,2 5,6

Sjma^sKKE 220,1-4,2 S5.0-0.5 0,66-0,16 5S, 0-6,5 2870-80

52,4 ISö.O 4,1 e,s 38,9

Растендя всех 5v3vj, о—4,2 210,0-0.5 I.00-C.I0. 436,0-4,8 S9Ô0-S0

групп I2ô,2 420,С 10,0 91,3 112,0

Рис. I. Накопление растения!.® я inca ля

« го зо <0 so 60 7» ао log по мо но мо «о а» «?о

Рис. 2. Накопление растениями меди

Условные обозначения к рис. I, 2

_______Г] лиственница |------[ кустарнички

.х —«.— кустарники I----

лгоааишки

А - содержание элемента, мг/кг возвдшно-сухого вещества;

Б - расстояние от источника выбросов.

среде более интенсивно его концептрируиг береза пушистая, березка карликовая, багульник болотный, шшдаа черпая, лишайники.

Накопление цинка

Концентрации цинка ь растениях варьируют в продолах 4,Ь-43Ц,0 мг/кг и в сродней составляют 44,1 мг/кг. Наибольшей поглотительной способностью к данному элементу обладал; береза пушистая, в листьях которой накапливается макспмалыюс количество цинка, береза карликовая - 20У мг/кг и ива пошагал - 176 мг/кг Кустарниковая и травянистая растительность аккумулируют цинк в количествах кижс средней концентрации. В лишайниках и мхах содержание элемента различается по концентрации в «ивой и отмершей частях (в соотношении приблизительно 3:1), но количество его не превышает биологической нормы. Высокая коицонградия цинка у представителе!! семейства березовик но вызывает видимых повреждений растений, что, вероятно, обусловлено видовой избира- . тельностьи относительно аккумуляции этого элемента.

Накопление кобальта, опикца. кадмия, железа. мапганца

и стронция в лшайкиках

Данные по содержанию элементов в образцах зонн промшлен-' ного загрязнения не подтверждает предположения о техногенном поступлении их в растения. Не установлена зависимость между концентрацией их в лишайниках а расстоянием до источника выбросов, на всех пробных площадях количество элементов было примерно одинаковым. Содержание кобальта составляет в среднем 0,33 мг/кг при колебаниях от 0,15 до 0,70 мг/кг. Количество свинца у представителей рода схасЛпа составляет 0,05-11,66 мг/кг (в среднем 3,0 мг/кг), что соответствует (¡юновш концентрациям (Парибок, Алексеева-Попова, 1926; Ьойшааа, 1956). Содержание кадовя соста-

вяло 0,04-0,24 иг/кг (в среднем 0,12 мг/кг). Отмеченная в лиге-ратуре способность накапливать железо преимущественно в базалъ-ной части проявилась и для наших условий. В отмерших частях по- -дециов кустистых кладик аккумулировалось в 2 раза солите яелеэа, особенно у CXadina rangifcrina . Содержание марганца (>ыло несколько вше, чем данные, приводимые в литературе (Лодкорытов, 1967),и составляло в среднем 30,6 мг/кг (7,6-80,4 мг/кг). Накопление стронция в среднем составило 0,31 мг/кг, что не превышает ('{оновых значений.

Накопление серы как показатель- степени загрязненности

воздуха SO?

Содержание серы в лишайниках колеблется ог 80 до 2870 ыг/кг в зависимости ог расстояния до источника выбросов. В больней степени элемент накапливает Cetraria iciandica . Сравнение с литературными данными показывает значительное превышение фоновых характеристик в лишайниках Таймыра по содержании серы, количество его близко к концентрациям элемента в лишайниках из других промышленных районов. Для арктических районов американского севера без антропогенного влияния количество серы в лишайниках в среднем составляет 210 мг/кг и 400-2800 мг/кг в окрестностях медеплавильного завода ( liiebocr, Puckett et al.,1975).

. . Анализ данных по абсолютному содержании серы в составе высших растений под воздействием различных доз сернистого ангидрида . показал значительные видовые различия в накоплении элемента. Наименьшие концентрации содержатся в коре березы и лиственницы (260-390 мг/кг), наяболыше — в хвоще (6540—8960 мг/кг), активно накапливают серу бахулышк, ива мохнатая, иван-чай узколистный.

В условиях сильного загрязнения воздуха двуокись» серы содержание элемента в лишайниках приблакается к таковому у сосудистых растений, а в менее загрязненных районах количество серн, поглощенной лиаайниками, в 4-5 раз меньше. Следовательно, более четко отражает характер распространения so2накопление элемента лишайниками (коэффициент корреляции -0,81, рсО.Оэ), что вероятно, связано с фЕзиолого-биохямическими особенностями этих, растений. У сосудистых растений четкая зависимость между содержанием элемента установлена только для багульника я хвоща, для других видов этот показатель недостоверен. По-видимому, сульфаты, выпадающие с осадками, накапливается. в кориеобитаеном слое почвы и являются

как бы постоянным источником серы для высших растений. Кустистые идадшш шест минимальную связь с субстрата.!, поэтому подвергаются действии разовых концентрации поллптанта. Там же, где двуокись серы присутствует в воздухе практически постоянно и в больших концентрациях, лишайники "успевает" поглотить из воздуха и о осадками значительное количество серы.

Глава 1У. Изменение состояния некоторых групп растеши! в зоне аэротехногенного воздействия

Характер изменения состояния древесно-кустарниковой

растительности

Постоянное загрязнение атмосферы сернистыми соединениями и другими вредными веществами привело к значительным нарушениям целостности лесных биоценозов, их дестабилизации и замене на другие формация. II зависимости от расстояния до источника выбросов наблюдается различная степень поврездепносги древесно-кустар-никового яруса (Власова, йшяипчук, 1990). Пожелтение хвои лиственница начиняется с расстояния 170 кг.! в юго-восточном направлении, а с расстояния 120 км весь древостой отнесен к категории "погибший". Наиболее чувствительным компонентом древесного яруса является лиственница, несколько более устойчивы ель и береза.

В кустарниковом ярусе повреждения отмечены, начиная с 70 км, максимальное угнетение кустарников наблюдается на расстояний 7-15 км от источника .выбросов. Более восприимчив к действию загрязнения ольховник, среднее положение занимает березка карликовая, более устойчива ива мохнатая.

Характеристика травяко-кустарничкового яруса

Повреждение растений начинает проявляться с расстояния 70 км: на листьях кустарничков и травянистых растений появляются коричневые пятна, доля их возрастает с усилением загрязненности воздуха, на расстоянии 7-50 юл отмечается максимум поврежденных экземпляров - до 70%. С уменьшением расстояния, начиная с 50 км до очага эмиссий, существенно возрастает участие злаков и хвощей в сложении яруса, роль кустарничков заметно снижается, у злаков в осок возрастает масса отмерших побегов - до 80%. Отмечена зависимость в снижении числа видов, слагающих травяно-кус-харпячковый ярус» однако связи между процентом проективного покрытия и расстоянием до промышленного комплекса не установлено.

- Ib -

Наиболее жйаиоспосоошш в зкстрешпышх условиях являются багульник оолопшй и осоки, более чувствительны к воздействию за-грязнящих веществ голубика и особенно шиша черная: доля этих кустарничков среди поврежденных растений наиболее значительная.

Состояние лишайникового покрова

Для незагрязненных местообитаний (свыше 170 км от источника эмиссий) характерны массивы с развитым лишайниковым покровом, в котором преобладают кустистые виды Cladina . Проективное покрытие лишайниковыми синузиями достигает 70-80/;!, а покрытие (густота) лишайников внутри синузии - 70-90$. В сложегши эпипо-крова принимают участие более 90 видов (табл. 2), Благодаря высоким темпам ежегодного прироста обеспечивается максимальный запас, фито'/.ассц, составляющий более 22 ц/га в воздушно-сухом состоянии. Ухудшение лшашшкового покрова отмечается с приближением к источнику выбросов на 120 км, в 50 км от комбината 'наблюдаются наибольшие повреждения, а в радиусе 35-40 км лишайники исчезли из напочвенного покрова.

Различные дозы полЯ'.>тантов вызывают разную степень повреждения лишайников, но в целом выявлены четкие закономерности в деградация лишайникового покрова от незагрязненных местообитаний до районов с сильным загрязнением (Власова, 1987, 1988, 1989, 1990а, 19906): происходит изменение состава лихенофлоры за счот исчезновения чувствительных к загрязнению видов, снижается покрытие лишайниками, сокращается высота лишайникового покрова, уменьшается величина годичного прироста и соответственно запас фитомассы, у некоторых видов появляются морфологические изменения..

Сравнение степени поврекдонности растений под влияние промышленных выбросов показало, что все растения реагируют на загрязнение внешними проявлениями. Лучшим показателем загрязненности воздуха служит состояние лишайникового покрова, так как гибель и степень угнетения лишайников прямо пропорциональны расстоянии до источника эмиссий.

Глава У, Киоиндикационная оценка загрязненности территории

При анализе уровней загрязненности территории тяжелыми металлами. и двуокись:.; серы на оояово корреляционного анализа ус-

Taójiima 2. XapaKiepncTiïKa cocroaimi fliaiafiHUKOBoro noupoca b 3ouax asporexuorûnnoro 3arp/í3neimíi

A &

¿d P5*

O 11 CO X

i-Q C-i O

o

S m

CJ o

32 K

m t=í

N cj

A,B,C,D,E - COCTOB jinxeHo§j!op u

o

« •t :

El C) <D o

O O « o

0) S n ctf

№ m w a o

i* cu «joa :

BÍ t=t EI a 9&ÍJ:

o « o o

« « K CV, a ;

4 5 6 :

i

; i-' o

ü o

ftü N cj X K

; -: o n; g

: o tí o

3

X

* ** *K* *

□

A (Cetraria jelandica, Cla- 0-4 + donia chlorophaoa, Alectoria ochrolouoa)

B (Peltigera ap.ithosa, Cet- 5-20 1-5 raria cucullata, C.nivalis, C.pinaiitri, Clacina arbur;-oula, C.mitiE:, C.rangiferi-na, C. c l.ellario, Cladonia araaurooraea, G.bacillifor-mio, C.deformic, C.goneha, C.uncJalis) +A

0 (nephroma arcticum, Hypo- 21-34 6-20 gymnia bitteri,. Cetraria laevigata, Dactylina arctica, Alectoria nigricans, Stereocaulon alpinum, S.pa-schale, Cladonia botrytes, C.coniocraea, C.crispata, C.ecmocyna, C.gracilis, C. furcata, C.grayi, C.macro-ceras, C.phylophora, C.ple-urota, Thamnolia eubulifor-min) +A+B

D (Peltigera leucophlebia, P.rufescena, P.scabroca, Solorino biopora, liephroma -expallidum, Hypogymnia phy-sodes, H.vittata, Anahinea echolanderi, Cetraria nigricans, C.tileGii, Parmolia olivacea, P.sulcata, Coelo-caulon aculeatum, Cladonia carneóla, C.cenotea, C.coc-cifera) +A+B+C

B (Peltigera Balacea, Ilypo-gynmia austerodec, Cetraria andrejevii, C.juniperina, O.Bepincola, Parmelia incurva, P.omphalodeo, P.separata,

1-5

0-8

9-16

5-10 17-24

>34 21-30 10-15 25-32

>90 31-45 >20 >33

0

1

2

3

4

Продолжение табл. 2

1:2:_3_: 4 : 5 : 6 : 7

Егуог1а ЫсоХог, В .п1Ы<.1и!а, Сое1осаи1оп сНуегсепа, С. ос1ог^е11а, Еуеггиа тепотог-рЬа, С1аЛоп1а асшз1лаЪа, С. ЬасИ1аг1а, С.сиг1ова, С. сегу1согп1а, C.disitаtа, С. fimbгiata, С.:Г1оегсеапа, С .1ер1<1ога, С .гаасгорЬуПа, О.пог11п11. О.сЬХогосНгоа, С.рух1<Ша) +А+В+С+В

к Условные обозначения дани в соответствии с рис. 3.

тановлено, что не у всех компонентов фитоценозов содориание элементов достоверно возрастает при уменьшении расстояния до промышленного комплекса.

Приняв, что недостоверными считаются значения при рр>0,05, растения по пригодности их для биоаккумуляционной индикации разделены на три группы (табл. 3).

Таблица 3. Достоверность биоаккумуляционной индикации видов

Группы, виды

Высоко!! степени : Сродной степени : Недостоверная достоверности : достоверности : (р >0,05)

(р^0,01) : (р-й.0,05) :

С1аЛпа игЪипои1а, Ьаг1х егаеНпИ,

С.гап(г1 Гег1па, С.а1е!-ВиооЬе1с1а ¡Гг-и^сопа,

йиг!о, Се1:гаг1а 1в- Ве1и1а папа

1аш11оа, Р1сса оЬоуп-

Ъа, Ьес1ига ра1ио1;ге,

О й1апя^гоп 1иявп-

с1ог1'И, ааИх 1апа1а

Betulа риЪеосепа, Уасс1п1шп и31я1йо-сшп, Еаре(;:гига п1кгит, Сагех вр., 1^и1аи1им1 рга^он-ае, СЬатег1оп апЕие'ЬИ'оНит

13 группу високоя -степени достоверности попадает практически все наиболее массовке виды эпигейних лишайников района исследований, что свидетельствует об их приоритетной роли для

це л о! б I; о: ш. д,г яки ц: и.

При хйздолоияя территории по степени загрязненности за основу вз;.го состояние л тайникового покрова. Всего вкдедено 5 зуп: *^;кол'.:плмюго (лтШииюикш пустиня), сильного, сред-

него, слабого загркзпсш: л ускозио-чкста-ч (рис. 3).

Зона макоглаяыюго загрязнения (люаГ.шжоз&я пустим) вытянута в юго-восточно;'.: направлении на 50-55 к.1 г. охватывает почти всю долину р.Рыбная г. ¡жнис окрестности оз.Пяспно (до 35 ш к северо-западу). ,йровосн::;1 ярус практически полиостьэ состоит из погибших деревьев, усыхает до 70$ кустов, среди кустарничков и трав доля поврежденных экземпляров составляет 70$, а у злаков я осок более 50$ приходится на засохшие побег::. Лишайниковый покров отсутствует.

Зона сильного загрязнения простирается к сокоро-згладу на 50 иа, к иго-воотоку - на 25-30 км от границы предыдущей зоны, ларакториауегся преобладание-;.! в древесном ярусе погибших и усикащкк деревьев, усыханнем 20-50$ кустарников. Несколько лучше, по сравнении с предыдущей зоной, жизненное состояние тразяно-кусгарничкового яруса - доля поврелдешшх экземпляров составляет 40$. В напочвенном покрове появляется лишайники, но состояние их неудовлетворительное.

Зона сродного загрязнения охватывает северные окрестности Хантайекого водохранилища, а таете западные окрестности' озер Лама, Глубокое, Кета. В древесном ярусе до 50$ погибших лиственниц, поврежденные ели и березы. Состояние кустарникового и травяно-кустарничкового ярусов удовлетворительное, поврежденных растений не более 10$. В лишайниковом покрове отмечено до 34 видов. '

Зона слабого загрязнения занимает территорию к западу от хребта Лонтокойсквй камень, к югу от оз.Хантайское, восточные окрестности озер Лама, Глубокое. Растительность практически без признаков повреждения, только в древесном ярусе отмечены лиственницы с пожелтевшей хвоей. Лишайниковый покров довольно развит.

. Условно-чистая зона, где растения не имеют видимых признаков повреждения, лишайниковый покров характеризуется типичным для лесотундры набором видов.

Концентрация элементов в растениях соответствующих зон приведена в табл. 4.

Конфигурация зон повторяет направление розы ветров, важное. значение дмеег орографический фактор: уступы плато Путора-на сдерживают проникновение поллвтацгов в юго-восточном и восточном направлениях, и только по долинам рек и озерным котлови-

- 1Й -

Рис. 3. Аэротохногенное загрязнение Енисейского Севера •Зоны загрязнения:

рТЗл^ максимального I | условно-чистая I"- (лишайниковая пустыня) ■ I. . . _I

¡V.'-''.'•'.! сильного Г—граница горных

1-1 шссиеоб

к ''- ''Л стецнзго

, |- ^ | источник

слабого | о 1 вибросов

Таблица 4. Уровни накопления поллютантов лишайниками и высшими растениями, мг/кг

Пределы накопления элементов

медь_; никель ; сера .

1:2 : I ; 2 : I : 2

Максимального (лишайниковая пустыня)

Сильного Среднего Слабого

Условно-чистая

Примечание: содержание элементов (числитель - минимум, знаменатель - максямум) в лтаЗишках .- I, высших растениях - 2.

нам, открытым с северо-западной стороны, загрязнение проникает в горные районы. Хребет Лонгокойскяй камень не является существенным препятствием для распространения потока эагрязшшци веществ: обтекая его с залада л востока,, воздушные массы смыкаются на кеных склонах хребта.

Выделенные зоны не имеют четких границ, между шили сущест вуюг переходные полосы большей или меньшей протяженности, что соответствует выявленным закономерностям изменения концентраций элементов в рас т с пил х.

выводу

1. Аэротехногеннис выбросы предприятий Норильского горно-металлургического комбината вызывают прогрессирующее загряз некие природной среды региона на обширных площадях (15,6 тыс.к и являются причиной деградаций и гибели растительного покрова.

2. Основными элементами-загрязнителями являются медь, никель, цинк, сера.

3. Различные виды растений в неодинаковой степени от ракш-уровни загрязнения территории промышленными отходами. По степе

Зоны загрязнения

46.2 . 30 20.3 27 1717 -

220 530 57,3' 2Г0 ,2340

37.5 II 15,9 Е 528 1000

94,8 90 30,1 40 630 8960

21,6 3.8 _4 380 .390

27,5 ' 30* 17,6 20 467 7020

12.8 _6 2.2 7,5 225 260

26,7 13 9,1 - 400 6540

4.8 5.3 0.5 5,0 80 -

12,2 10 7,0 . 7,5 260

достоверности признака они образуют группы: I - высокой степени достоверности (p¿0,01) -Clacirm arbuuculü, 0.ra¡if;ii"arii>a, j.otellaric, Cetraria islándica, Picea obovutu, Ledum paluntro, Suliiitbirrositio lancedorfii, Salix lauuta; 2 - средней степени достоверности (p¿ 0,05) -Lurix gmelinii, Pur.olioUlu f.rutioonu, Ее tula папа ^недостоверная (p?0,05) - Ее tula ,.ubc!iotim, Vuo-o 1 uiuin uligitiüíjum, BmpotruM nigrum, Curex p¿>., Unuiuotum pratense, ahor.erion anguotifoiium. В качество 0И0акку?.1уЛЯЦШЖ1ШХ индикаторов атмосферного загрязнения целесообразно использование растений первых двух групп, включающих массовые виды лишай-пиков и ввди-эдифякатори из числа флоры сосудистых растений,

4. Состояние кустистых лишайников рода оindina служит надежным показателем загрязненности территории, так как степень угнетения и гибели лишайников прямо пропорциональны расстоянию до источника выбросов. Видовое разнообразие лишайников, общее покрытие, зипасы фитомасси снижаются с увеличением степени загрязнения, Эти параметры зависят от накопления меди, никеля, серп и не зависят от накопления цинка я кобальта.

5. Из признаков загрязненности территории компонентами промышленных выбросов достоверными являются: содержание элементов в индикаторных видах, состав и состояние напочвенной лихо-HOi-ЛОры,

6. Выявленные па основе корреляционного анализа закономерности накопления растениями элементов-загрязнителей п характер изменения состояния лишайникового покрова позволяют выделить зоны с различной степенью загрязненности. Они не являнтся дискретными образованиями, между ними существуют переходные полосы.

7. Но степени загрязненности выделяются: I) зона максимального загрязнения (лишайниковая пустыня), площадь 3 тыс. i-j,i2, превышение фоновых значений меда - в 20, никеля - 8,9, серь - 40 раз; 2) зона сильного загрязнения - площадь 3,8 тыс. км**, содержание меди превышает фоновый уровень в 5,5, никеля - 5,2, серы - 8 раз; 3) зона среднего загрязнения -площадь 4,2 тыс. км", превышение фоновых значений для меди

в 2, никеля - 1,5, серы - 6 раз; 4) зона слабого загрязнения -площадь 4,6 тыс. км", превышение фоновых уровней у никеля не :;абя;:дао)>ся, у меди - в 1,2, серы - 5 раз; 5) условно-чистая айна - фоиовье показатели по меди и никел.«, з&грязнещк серой лакплишК кырвктер.

'8, Границы выделенных: зон. не постоянны, в зависимости от изменения уровней аэротехногенной нагрузки может произойти изменение их конфигураций и площадей.

9. При существующем уровне решения природоохранных вопросов единственным способом прекратить прогрессирумцее загрязнение природной среды региона является сокращение объемов выбросов. В противном случае, деградация биоты будет усиливаться, что приведет к превращению окружающих г. Норильск территорий в мертвые ландшафты.

РЕКОМЕНДАЦИИ

Состояние и направленность изменения компонентов фитоцено зов свидетельствуют, что при существующем уровне загрязнешш среди в Норильском промышленном районе разрушение биоценозов будет усиливаться. Негативные последствия аэротехногенного загрязнения на исчерпываются деградацией и гибелью растительных сообществ. Активная циркуляция накапливающихся элементов-загрязнителей по пищевым цепям биоценозов создает серьезную угре зу для кивих организмов, включая человека. Восстановление pací тельного покрова до исходного состояния при современном объеме промышленных выбросов и уровне изученности вопроса является трудноразрешимой проблемой. В связи с этил слетует:

1) биошгдакаодтошгые доследования проводить регулярно для выявления тенденций'В изменения степени загрязненности среди, используя при этом индикаторные виды растений;

2) полученные данные по содержанию тяжелых металлов я coi в растениях зоны загрязнения считать начальной точкой отсчета для дальнейшего слеяония за динамикой процесса;

3) незамедлительно организовать систему регионального мониторинга с цель» выявления закономерностей в течении процессе на биогеоценотическом уровне. По мере накопления фактического материала перейти к моделированию и долгосрочному прогнозировс яиго экологической ситуации.

Список работ, опубликованных по теме диссертации:

1. Власова Т./¿.Состояние лишайников в условиях агмосфернс загрязнения. - В сб.: Научные и организационные основы развит! АПК на Крайнем Севере. Новосибирск, 1907, вып. 24/25, с.27-30,

2.'Власова Т.М. Накопление тякелих металлов в растениях оленьих пастбищ в условиях промышленного загрязнения (лесотун;

Таймыра). В со.: Кормовые ресурсы животноводства Крайнего Севера: оценка, повышение продуктивности. Новосибирск, 1"9Ьв, вып. 1/2, с.63-68.

3. Власова Т.М. Влияние промышленных эмиссий на лишайники. В сб.: Ресурсы, экологии и охрана млекопитающих и птиц на Енисейском Севере. Новосибирск, 1989, вып. 1/2, с.Ы-55.

4. Власова Т.Н. Воздействие горно-металлургического производства на растительные сообщества Енисейского Севера. В сб.: Экологические и экономические аспекты охрани и рационального использования охотничьих яивотных и расгителышх пищевых ресурсов Сибири (Тез.докл.науч.конфер., пос. Шушенское, 3-7 сентября 1990 г.). Ыушонокоо, I9S0, с.22-23.

5. Власова Т.М., Филипчук А.Н. Выбор биоиндикаторов для организации локального мониторинга северных лесов в условиях аэротохпогенного воздействия. Тр. Междунар. Симпозиума "Совер-1ше леса: состояние, динамика, антропогенное воздействие"

(г. Архангельск, 16-26 июля 1990 г.). М., 1990, т. 1У, с.6~17.

6. Власова Т.М. К воздействию аэротехногешшх выбросов тяжелых металлов и двуокиси серы на кормовые стация лося. Тез. докл. Ш Междунар. Симпозиума по лосю (27 азгусга-5 сентября 1990 г., Сыктывкар). Сыктывкар, 1990, с.20.

7. VZuoova Т.К. the response of lichena to atmospheric pollution In the Siberian Arctic. Almtr. of the Intern.Confer. "The Role of the Polar Regions in Global Chanso" (Univer.of Alanka, Fairbanks, USA, 11-15 June, 1990). I'airtBnico, 1990, p. 119.