Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Биоиндикация антропогенных изменений в сосновых насаждениях ЦЧР

ВАК РФ 03.00.16, Экология

Автореферат диссертации по теме "Биоиндикация антропогенных изменений в сосновых насаждениях ЦЧР"

рг О

ВОРОНЕЖСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ЛЕСОТЕХНИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ

На правах рукописи

МАТВЕЕВ Сергей Михайлович

БИОИНДИКАЦЙЯ АНТРОПОГЕННЫХ ИЗМЕНЕНИЙ В СОСНОВЫХ НАСАЖДЕНИЯХ ЦЧР

03.00.16. - Экология

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

ВОРОНЕЖ-1994

Работа выполнена на кафедре лесоводства Воронежской Государе твенной лесотехнической академии.

Научный руководитель - доктор биологических наук, профессор, член-корреспондент АЕН РФ, Заслуженный лесовод России В.И. Таранков.

Официальные оппоненты - доктор сельскохозяйственных наук, профессор В.В. Успенский, кандидат биологических наук A.M. Луговс'кой.

Ведущая организация - Воронежское управление лесами.

Защита диссертации состоится «£&>1994 г. в часов на заседании специализированного советз К 064.06.01 Воронежской государственной лесотехнической академии.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ВГЛТА.

Отзывы на автореферат (в двух экземплярах, заверенных печатъю) просим присылать по адресу: 394613, г. Воронеж, ул. Тимирязева, 8, ВГЛТА, ученому секретарю.

Автореферат разослан <<£&>'>¿¡¿ш£рЯ.1994 г.

Ученый секретарь специализированного совета кандидат биологических наук,

доцент Н.М. Попова

Введение

Актуальность темы; В настоящее время техногенное, рекреационное и хозяйственное воздействие человеке нз окружающую среду прин-

\

носит опасные изменения как в экологические системы в целом, так и в отдельные ее компоненты. Поскольку устойчивость к 'антропогенному воздействию даже растений одного вида зависит от многих причин, среди которых немаловажное значение имеют климатические и эдафи-ческие факторы, то диагностика повреждений лесов должна иметь региональный характер и базироваться на лесотипологической основе. Одним из наиболее перспективных и быстро развивающихся направлений в экологии является дендрохронология. Вопросы установления степени и характера влияния не лес природных и антропогенных факторов успешно решаются дендрохронологическими методами. Работа посвящена актуальна/ вопросам биоиндикации состояния лесных экосистем и отвечает задачам регионального экологического мониторинга.

Дель и задачи исследований. Целью исследований является оценка влияния антропогенных факторов на продуктивность, устойчивость, закономерности динамики прироста сосны обыкновенной в лесостепной зоне ЦЧР.

В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи:'

1) на основе дендроклимзтического анализа выявить закономерности динамики прироста в связи с солнечной активностью, осадками, температурой'по 100-летнему ряду наблюдений и оценить возможности ее прогнозирования;

2) изучить изменение степени уплотнения почвы и динамику радиального прироста в естественных сосняках У-У1 класса возраста . в связи с различной интенсивностью рекреационной нагрузки .(1-У стадия дигрессии);

3) проанализировать количество и характер выбросов загрязняющих веществ в атмосферу на территории Воронежз и Воронежской об-

ласти;

4} ВЫЯВИТЬ ВОЗМОЖНОСТИ ИСПОЛЬЗОЕЗНИЯ ДеНДрОХрОНС-ЛОГИЧеСКОГС анализа сосна обыкновенной в целях экологического мониторинга;

5} изучить дендрохронолоп-яескими методами влияние атмосферного загрязнении от стационарны;', (промышленные предприятия) и подвижных (автотранспорт, авиация) источников на лесные культуры сосны обыкновенной а преобладающих типах лесорастителышх условий; 'выявить воздействие указанных факторов на количественные и качественные характеристики радиального прироста древостоев;

6) выяснить динамику содержания тяжелых металлов в сосновых' биогеоценозах в связи с техногенным загрязнением атмосферы;

7) дать рекомендации по сохранению устойчивости и целевых функций соснякое в пригородных лесах.

Научная новизна результатов исследования. Впервые в условиях ЦЧР изучены возможности использования дендрохронологического метода исследований в целях экологического мониторинга, доказзно повышение надежности ранней диагностики повреждения лесов при использовании данного метода для анализа ситуации. Выявлены закономерности влияния техногенного загрязнения атмосферы от стационарных (промпредприятия) и подвижных (автотранспорт, авиация) лоточников на качественные и количественные характеристики радиального прироста (всего годичного кольца и поздней древесины) сосны обыкновенной; дан анализ содержания тяжелых металлов в различны:-: компонентах лесного биогеоценоза. Разработана программа (на языке "Бейсик") для расчета относительных индексов прироста (с 11-летним и 21-летким периодом скользящего сглаживания); проведен корреляционный и регрессионный анализ связей прироста и основных климатических показателей, предложена упрощенная модель динамики радиального прироста в зависимости от климатических факторов и солнечной активности. Еыявлена степень уплотнения почвы под воздействием рекреационной нагрузки и разработана элементарная типовая классифика-

' ция рекреационных участков для оценки степени уплотнения почвы.

. Практическая значимость работы. Полученные данные предполагается использовать для оценки состояния сосновых лесов лесостепи (программа "Черноземье"), в целях экологического мсниторин' . для ранней диагностики повреждений лесов,при разработке ЦДК. для -есных биогеоценозов и при ведении хозяйства в пригородных лесах. Результаты проведенных исследований используются в учебном процессе на лесс-хозяйственном факультете ВГЛТА.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на ежегодных конференциях профессорско-преподавательского состава ЕЛБ1 в 1992-1994 гг, на научно-технической конференции, посвященной 125-дети» со дня рождения Г.Ф.Морозова (Воронеж, 1992 г), на Всероссийской конференции "Сосновые леса России в системе многоцелевого лесопользования" (Воронеж, 1993 г), на Всероссийской научно-технической конференции "Охрана лесных экосистем и рациональное использование лесных ресурсов" (Москва, 1994 г), обсуждались на 9-ой международной Дендроэкологической полевой неделе (Вологда, 1994 г). Результаты исследований вошли в научные отчеты кафедры лесоводства за 1991-1994 годы.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 5 работ, 2 работы находятся в печати.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, семи глав, заключения, списка пспсдьгзвакной литературы, приложений. Общий объем работы составляет 227 страниц, в том числе 36 таблиц, 30 рисунков, приложения на 37 страница:-:. Список литературы включает 218 наименований, б том чи:ле 39 на иностранных языках.

- 5 -СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

ГЛАВА I. СОСТОЯНИЕ ИЗУЧЕННОСТИ ВОПРОСА

Рассматривается применение дендрохронологических методов при изучении динамики лесных биогеоценозов, при определении степени воздействия человека на лесные экосистемы (Шиятов, Комин, 1936; Комин, 1990; Алексеев, 1990).

Дан OÖ8CP публикаций по дендрохронологическим исследованиям, связанным с антропогенным влиянием на лес (Ловелиус, 1979; Стра-винскене, 1987; Сабиров, 1987; Чубаков, 1989; Барткявичюс, Агус-таитис, 199D; Shweingruber, 1979; Kort, 1Ö86; Rieger, 1987; 'Pelz-¡nann," 1989; Kaoh, Yokobori, 1990; Грейбилл, 1991 и др.) .Отмечена слабая изученность вопроса о влиянии автотранспортного загрязнения на изменчивость радиального прироста деревьев (Лиела и др., 1983; Gwinner,1984; Kr.offacher,198&; Дарховокий,1990).

Проанализированы работы по проблеме воздействия поллютантов на лесные экосистемы (Клькун,1978; Николаевский, 1979, 1983; Смит, 1985; Мэннинг, Федер, 1985; Трешоу, 1988 и др.) и, в частности, по накоплению тяжелых металов гчЧетвериков, 1933, 1986; Тэрыце, Бал-тер, 1988; Tender, Wolf, 1988; Хантемироз, 1990; Stewart и др, 1991; Габукова, Ильинова, 1992; Ярмишко, 1992; Никонов, Лукина, 1994 и др.). Освещено влияние рекреационных нагрузок на лесные биогеоценозы (Казанская и др., 1975, 1977; Таран, Спиридонов, 1977; Полякова и др., 1981; Комаров, 1989 и др.).

ГЛАВА 2. ПРИРОДНЫЕ УСЛОЕИЯ РАЙОНА ИССЛЕДОВАНИЙ

В раздела;-: главы 1) Климатические условия; 2) Рельеф и почвы; 3) Лесная растительность ЦЧР дакз краткая характеристика района

исследований, расположенного в лесостепной зоне. Особое внимание обращено на неустойчивый характер увлажнения, периодичность повторения засух, распространение естественных насаждений сосны обыкновенной и лесокультурный фонд региона, типологию сосновых насаждений в условиях ЦЧР.

ГЛАВА 3. МЕТОДИКА И ОБЪЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

3.1. Методика исследований

Для оценки антропогенных воздействии на динамику радиального прироста сосны обыкновенной применен метод контрольных древостоев (Битвинскас, 1974; Юкнис, 1990). Пробные площади заложены в двух наиболее распространенных в ЦЧР типах условий местопроизрастания и типах леса: Вг, Сдтр - сосняк травяной с дубом, (п.п. 1-6,9-11, М-24); Аз , Стр- сосняк травяной (п.п.7,3,12-17). Для дендрохронологического анализа на каждой пробной площади отоб-рзно возрастным буравом на высоте 1,3 м по 10 образцов (кернов) древесины, что обеспечило ЮХ точность рассчитанной средней величины годичного кольца при среднем коэффициенте вариации ЗОХ.

Для оценки динамики содержания тяжелых металлов, в зависимости от интенсивности техногенного загрязнения, проведен анализ различных компонентов лесного биогеоценоза (почва, лесная подстилка, древесина) и снега. Сбор образцов проведен на 7 пробных площздях. Анализ проводили в почвенно-химической лаборатории на атомно-аб-сорбционном спектрофотометре С-115 М1, по стандартным методикам. Для талых вод определили также РН раствора.

При установлении степени влияния рекреационной нагрузки на лесной биогеоценоз проведено обследование плотности почвы твердомером Ревякина. Для измерения ширины годичных колец использован стереоскопический микроскоп МБС-1, снабженный окулярмикрометренной

шкалой. Точность измерений - 0.05 мм. Измеряли и в дальнейшем анализировали общую ширину годичного кольца и отдельно ширину поздней древесины. Всего сделано сЕьше 30 тысяч первичных замеров годичных колец. Параллельно с измерением ширины годичных колец проведен визуальный анализ кернов. Для исключения фактора возраста, выявления влияния климатических факторов и для приведения дендрохронологи-ческих данных к сопоставимому виду применен метод относительных индексов (Битвинскас, 1974; Молчанов, 1976).

3.2. Объекты исследований

Таксационная характеристика древостоев

N Состав Воз- Класс Гус- Ср. Ср. Сумма Пол- Запас Рзсстс-

п/п раст бони- тота диа- высо- плод. но- живых яние от

лет тета шт метр, та, сече- та ство- источни-

гз см и ний, м / га лов , MJT3 ка Без-

• действия юл

Р( ;креац1 т

1 ЮС 120 II 203 37 28 22.3 0.60 ггт"» 0

2 ЮС 85 II 208 38 26 23.6 0.63 282 0.05

g ЮС 85 II 208 35 25 19.7 0.55 209 0.14

4 ЮС 110 II 200 36 26 20.5 0.56 231 0.31

5 ЮС 90 II 230 35 25 21.7 0.60 223 0.42

6 ЮС 125 11 216 36 26 22 1 0.60 2 50 0.64

18 ЮС 105 11 200 37 26 20'.0 0.60 230 0

17 ЮС . Автотранспортное загрязнение и аэропорт

40 Ш 1200 15 12 21.0 0.70 130 0

7 ЮС 40 II 1205 15 12.5 20.9 0.65 1.37 0.05

"8 ЮС 40 I 1590 15 16.5 28.2 0.87 227 0.50

9 10С+Д 65 I 548 25 21 26.3 0.76 248 0

10 10С+Д 65 I 508 26 21 26.3 0.76 258 0.10

11 8С2Д 65 1а 679 26 26 30.4 0.88 339 1.40

19 7СЗД 45 1а 700 28 23 24.0 0.70 310 1.00

ЮС Промышленное загрязнение атмосферы

12 40 I 1855 14 14.5 27.7 0.90 204 2.00

13 ЮС 40 I 1445 14 15 22.7 0.80 177 4.00

14 ЮС 40 I 1944 15 16.5 34.1 1.00 283 0.50

15 ЮС 40 I 1900 15 16 28.0 0.90 250 13.00

16 ЮС 40 II 1200 13 12 20.0 0.70 120 город

20 ЮС 80 IV 500 24 16 22.0 0.60 150 город

21 юс. 70 III 535 22 17.5 20.2 0.56 173 город

22 юс 65 I 455 26 24 25.9 0.63 283 8.00

23 ЮС 55 1а 700 24 25 26.0 0.70 310 23.00

24 ЮС 95 • I 350 36 29 28.0 0.70 440 23.00

Для изучения антропогенного влияния на сосновые леса ЦЧР был подобран ряд объектов, которые наиболее ярко отражают влияние различных видов антропогенного воздействия, позволяют выделить влияние определенного фактора, исключив или сведя до минимума влияние других антропогенны;-: факторов.

На территории Воронежской и Липецкой областей заложено 14 постоянных пробных площадей, 2 временных пробных Площади и Э глазо-мерно-измерительных участков. Из них 7 объектов по изучению влияния рекреации (I-'/ стадия рекреационной дигрессии), 6 для оценки .автотранспортного загрязнения, 10 для оценки воздействия промышленных выбросов от стационарных источников загрязнения и 1 - б районе аэропорта (тзбл. 1).

ГЛАВА 4. ДЕНДРОКЛИМАТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ соекк ОБЫКНОВЕННОЙ И СОСТОЯНИЕ ЕСТЕСТВЕННЫХ СОСНОВЫХ НАСАЖДЕНИЙ 5 СВЯЗИ С РЕКРЕАЦИОННЫМ ВОЗДЕЙСТВИЕМ

4.1. Дендроклиматотеский анализ сосны обыкновенной

Антропогенные воздействия на природу невозможно оценить без учета ее естественной динамики, поэтому изучение климатических колебаний в районе исследований должно предшествовать анализу динамики лесов в связи с антропогенным воздействием.

Центральная лесостепь характеризуется засушливыми климатическими условиями с неравномерным увлажнением как в течение года, так и по отдельным годам, поэтому фактором, лимитирующим радиальный прирост древесных пород является в основном влага. В связи с этим, для анализа связей климатических факторов с радиальным приростом сосны обыкновенной были выбраны следующие показатели: солнечная активность (числа Вольфа), осадки зз год, осадки за вегетационный период, гидротермический коэффициент (ГТК) Г.Т. Селяниноза. Метео-

рологнческие данные представлены по метеостанции "Воронеж". Данные радиального прироста приведены по результатам замеров на двух учзстках естественных насаждений сосны обыкновенной в типе леса сосняк травяной с дубом (Сдтр) и Time лесорастительных условий Вг.

При анализе динамики прироста и колебаний климатических факторов в пределах 11-летнего цикла солнечной активности (методом наложенных эпох) установлено, что как для всего кольца, так и для поздней древесины, максимальные величины прироста наблюдались на ветви подъема за 2-3 года до эпохи максимума солнечной активности, а минимум прироста - на ветви спада. Колебания в 11-летнем цикле климатических факторов (осадков за год, осадков за вегетационный период, ГТК за календарный год) в целом сходны с колебаниями индексов прироста, но здесь наблюдаются двойные и тройное экстремумы различной интенсивности за период цикла.

По результатам математической обработки данных, предложено уравнение и рассчитаны коэффициенты регрессии многофакторной модели, характеризующей радиальный прирост древесины через анализируемые климатические факторы.

Для индексов прироста всего годичного кольца (Yj.) уравнение примет вид:

Yi = 14.5182-ХГ0-0131-Х20Л77б-Хз0-1523-Х4"0-0226

Для индексов прироста поздней древесины (Уг) уравнение примет

вид:

Y2 ■= 6.5679-ХГ°-05-Х2°-3533.Хз0.1397.у<-0.1161 _

где Xi - солнечная активность (числа Вольфа); Хг - осадки за вегетационный период, мм; Хэ - осадки за год, мм;" Х4 - гидротермический коэффициент (ГТК).

Оценка адекватности модели по критерию Фишера показала ее достоверность (FT < Fe).

4.2. Состояние естественных сосковых насаждений в связи с рекреационным воздействием

Изложены результаты изучения уплотнения почвы, а также рассматриваются данные, реакции древостоя на рекреационное воздействие полученные непосредственно дендрохронологическим методом.

Степень уплотнения верхних слоев почвы на участках в различной степени подверженных рекреационной нагрузке значительно -»»ькрует. Для характеристик!! рекреационных участков по степени уплотнения почвы разработана элементарная типовая классификация:

1. Ненарушенный участок - нетронутая почва, напочвенный покрое представлен лесными и лесо-луговыми видами.

г. Слабонарушенный участок - почва слегка уплотнена, напочвенный покров разрежен, с преобладанием злаков.

3. Сильненарушенный участок - почва уплотнена очень сильно, напочвенный покров редкий, из слаборазвитых злаков или полностью вытоптанные участки.

4. Тропинка.

5. Лесная дорога.

Первые три типа подразделяются на два подтипа каждый: а) приствольная часть; б) открытое место.

В соответствии с приведенной классификацией определено процентное соотношение (по площади) участков всех типов в пределах каждой пробной площади, заложенной для изучения рекреационного воздействия. ■■

Выявлено возрастание удельного сопротивления верхних, слоев почвы от типа Iе к типу 5 на любой.глубине (в пределах измерений), а также увеличение различия между подтипами от 1-го к 5-му типу участков (табл.2).

Таблица 2

Удельное сопротивление почвы вдавливзнию (кг/см2) в различных типах участков

Глубина (см) Тип участка

1а 16 2а 26 За 36 4 5

1 3 5 10 15 20 0 0 0,3 1,2 1,6 6,0 6,0 9,5 1.2 1,6 4,9 5,7 7,3 9,2 10,1 - 2.8 4,1 7,6 8,2 8,9 - - 7.3 8,2 - - - - - 8.9 8,9 - - - -9,8 9,8 - - - - -

Динамика колебаний радиального прироста сосны на всех обследуемых .пробных площадях до начала рекреационного воздействия (до 1965 г) очень близка. В дальнейшем произошло нарушение цикличности радиального прироста на пробных площадях, подверженных рекреационному воздействию как по ширине всего годичного кольца, так и г.с поздней древесине, особенно на п.п.18 (V стадия дигрессии). Можно утверждать, что насаждения, подверженные сильной рекреационной нагрузке (III-V стадии дигрессии) слабо и нечетко реагируют на изменение климатически;', факторов.

ГЛАВА 5. АСПЕКТЫ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА: ИСТОЧНИК}! ЗАГРЯЗНЕНИЯ АТМОСФЕРЫ, ЗАГРЯЗНЯЮЩИЕ ВЕЩЕСТВА, БИОМОНИТОРИНГ

Дан анализ основных антропогенных источников поступления загрязняющих атмосферу веществ по Воронежу и Воронежской области. Представлен объем выбросов вредных веществ по предприятиям, воздействие которых на сосновые насаждения рассматривается в диссертации. Прослеживается динамика выбросов загрязняющих веществ по Воронежской области (от стационарных источников, от автотранспорта) за 1989-1991 гг. по видам и отдельным ингридиентам. Приведены

ПДК загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населенных мест и временные нормативы ПДК атмосферных загрязнителей для основных ле-сообразующих древесных пород (в сравнении).

Растения в целом и, в частности, сосна обыкновенная обладают относительно ■ высокой чувствительностью к воздействию загрязняющих веществ. Поэтому их можно использовать в качестве индикаторов для выявления загрязнения и определения его уровня,' а также при осуществлении мониторинга состояния атмосферы. Преимущество биологической индикации в том, что растения реагируют на весь комплекс воздействующих веществ, который очень сложно и неполно определяется с помощью приборов.

В этом.разделе рассматриваются также повреждения древесных пород техногенными атмосферными загрязнителями (острые, хронические, скрытые), реакция сосны обыкновенной на техногенное загрязнение.

ГЛАВА 6. ДЕНДРОХРОНОЛОГИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ИСКУССТВЕННЫХ НАСАЖДЕНИЙ СОСНЫ ОБЫКНОВЕННОЙ ПОДВЕРЖЕННЫХ ТЕХНОГЕННОМУ ЗАГРЯЗНЕНИЮ

6.1. Анализ 40-летних лесных культур з зеленой зоне города Воронежа

Дендрохронологический анализ лесных культур, подверженных промышленному атмосферному загрязнению в зеленой зоне г.Воронежа проводился на образцах, отбранных с пробных площадей 12-16.

Осредненные по пробным площадям данные погодичной динамики радиального прироста всего кольца и поздней древесины в. абсолютных единицах (мм) и относительных индексах (%) представлены в виде таблиц и графически.

Выявлено нарушение цикличности прироста на загрязненных пробных площадях, увеличение амплитуды колебаний и снижение радиально-

го прироста при приближении к источнику загрязнения и с ростом продолжительности загрязнения.

• Самый глубокий 'минимум прироста наблюдается в насаждении городского парка, и затем возрастает по мере удаления от источника загрязнения. В 0.5 км от алюминиевого завода минимальное значение (1.2 мм) наблюдается в 1974 г, сразу после введений его в действие. Для оценки количественных изменений прироста под воздействием атмосферного загрязнения, • проанализирован средний радиальный прирост в абсолютных единица:-: (мм) за последние 20 и 10 лет (табл.3).

Таблица 3

Средний радиальный прирост' сосны на п. п. 12-16

Показатель N пробной площади

12 13 14 15(контр.) 16

Удаление от пром-

узла, км 2,0 4,0 0,5 13,0 город

Прирост за 20 лет

мм 1,96 2,19 2,14 2,13 1,83

» 92 103 101 100 86

Прирост за 10 лет

сред, арифм., мм 1,95 1,98 2,09 2,1, ' 1,20

93 94 ■ 99 .100 58

Ошибка средней

арифметической(т) 0,118 0,126 0,142 0,169 0,160

Существенность

различия (1) 0,73 0,58 0,06 1 3,87

Прирост всего кольца за последние 20 лет минимален в насаждении городского парка (п.п.16) и в.2 км от промузла' (п.п.12). Некоторое повышение прироста на п.п.13 (в 4 км от промузла) обусловлено сравнительно небольшой интенсивностью атмосферного загрязнения, а на п.п.14 (0,5 км от алюминиевого завода) - более поздним (с 1974 г) началом воздействия загрязнителя. Первоначальное кратковременное повышение прироста под влиянием загрязнения воздуха отме-

чалось и другими исследователями (Алексеев, 1990). В последнем десятилетии влияние техногенного загрязнения на снижение прироста выражено в большей степени. Особенно глубокая депрессия прироста отмечена в насаждении городского парка (п.п.16), и здесь наблюдается статистически достоверное различие радиального прироста с контролем. Очевидно, что в остальных случаях падение радиального прироста еще не достигло критического уровня, подтверждаемого статистическими методами анализа.

Дендрохронологический анализ лесных лесных культур, подверженных загрязнению выбросами автотранспорта, вдоль автотрассы Воронеж-Ростов проведен на образцах, отобранных с пробных площадей 17, 7 и 8.В качестве контроля использовалась п.п.15.

Сравнительный анализ графиков радиального прироста древостоев выявил резкое возрастание амплитуды колебаний прироста при приближении к автотрассе, нарушение цикличности.

Средний радиальный прирост всего кольца (мм) за. последние 20 и 10 лет возрастает от источника загрязнения (автотрассы) к контролю. В последнем десятилетии средний прирост уменьшается на всех-пробных площадях, но наиболее интенсивно при приближении к автотрассе (п.п.17). Колебания прироста поздней древесины в основном повторяют динамику всего годичного кольца.

Статистически достоверное различие между радиальным приростом вдоль автотрассы и контролем можно считать доказанным с 97% значением вероятности.

9.2. Анализ лесных культур (65-летних) подверженных совместному воздействию рекреационной нагрузки и выбросов автотранспорта *

Совместное влияние рекреационного воздействия и выбросов автотранспорта наиболее характерно для насаждений, произрастающих • вдоль оживленных пригородных магистралей. Оценка такого влияния проведена на образцах, взятых с п.п.9 (возле автотрассы), 10 (50 м

от автотрассы) и 11 (контроль). П.п.9 и 10 находятся на Ш-ей стадии рекреационной дигрессии, п.п.11 практически не подвержена влиянию рекреации.

На п.п.9 и 10 хорошо прослеживается депрессия прироста с 1948-1950 гг. (т.е. с 20-летнего возраста культур) вызванная рекреационным воздействием. Возле автотрассы с 1977 г (в этом" году автотрасса расширялась) колебания прироста переходят на солее высокий уровень. В контроле (п.п.11) циклические колебания прироста в основном совпадают с изменением климатических условий.

6.3. Состояние лесных культур разного возраста в зоне действия Новолипецкого металлургического комбината

.Наиболее мощным промышленным'предприятием в ЦЧР является Новолипецкий металлургический комбинат (НЛМК), он является также и крупнейшим загрязнителем атмосферы в регионе. В результате исследований установлено, что на п.п.20 (примыкает к НЛМК) наблюдается неуклонноеt все возрастающее падение прироста. Насаждение этой пробной площади, кроме безусловно преобладающего воздействия пром-выбросов, испытывает, также рекреационное воздействие, очевидно, что именно суммарный эффект антропогенного влияния привел к такому результату. На п.п.21 (примыкает к НЛМК) рекреационное воздействие отсутствует, но падение прироста также заметно. На загрязненных пробных площадях (20 и 21) ярко выражен глубокий спад прироста в 80-е годы, наиболее глубокие минимумы прироста приходятся на последнее десятилетие (1983 и 1985 гг.), тогда как на остальных пробных площадях они связаны с наиболее неблагоприятными и климатическими условиями (засухи 1939, 1972 гг.).

Для оценки количественных изменений радиального прироста под воздействием выбросов НЛМК проанализирован средний прирост в абсолютных величинах (мм) за последние 20 и 10 лет, я в относительных индексах (X) за последние 15 и 5 лет (табл. 4).

Прослеживается четкая закономерность в снижении радиального

прироста при приближении к источнику загрязнения и в более интенсивном снижении прироста загрязненных участков в последнем десятилетии (т. е. с увеличением продолжительности техногенного' воздействия) . Результаты равнозначны как для прироста всего кольца, так и для прироста поздней древесины.

Таблица 4

Средний радиальный прирост сосны на п:л.20-24

N пробной площади (расстояние от нлмк в км) Возраст древостоя, лет Показатели прироста (по годичным кольцам)

за 20 лет мм за 10 лег мм Индексы за 15 лет % Индексы за 5 лет /л

20 (0) 80 0,53 0,43 92 70 21 (0). 70 1,17 0,89 96 72 22 (3) 65 1,48 1,49 99 101 23 (23) 55 1,91 1,9 99 100 24 (23) 95 0,77 0,87 99 101

Проведено обследование участка сосны (п.п.19) расположенного на расстоянии около 1 км от территории Воронежского аэропорта па направлению взлета и посадки самолетов, влияние выбросов авиации на радиальный прирост деревьев не выявлено.

7. ДИНАМИКА СОДЕРЖАНИЯ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В СОСНОВЫХ БИОГЕОЦЕНОЗАХ В СВЯЗИ С АТМОСФЕРНЫМ ЗАГРЯЗНЕНИЕМ

Поверхность почвы и растений выступает в качестве основного поглотителя примесей, поступающих в наземные экосистемы. С различней интенсивностью поглощаются 2п, ей, Си, N1, Мп, Ре, т.е. элементы связанные с поступлением твердых частиц из атмосферы.

7.1.- Содержание тяжелых металлов в почве, лесной подстилке и снегу

Известно, что почвы и, особенно, их глинистые и органические коллоидные компоненты служат превосходными сорбентами тяжелых металлов. По особенностям своего распространения, а также физических и химических свойств лесные почвы выступают как наиболее эффективные кратковременные и долговременные поглотители.

Выявлено накопление при приближении к источнику загрязнения в почве, и, особенно, в лесной подстилке 1з\, Си, РЬ, Ре и уменьшение Мп. Содержание N1 в- лесной подстилке увеличивается, а в почве уменьшается. В лесной подстилке содержание тяжелых металлов на по- ' рядок выше, чем в почве (таОд. 5).

Таблица 5

Содержание тяжелых металлов в лесной подстилке сосновых биогеоценозов подверженных техногеному загрязнению (мг/кг)"

N Удаление от РЬ Сй

п.п. источника загрязнения (км) . 2Л Си N1 МП ?е

а) промышленное загрязнение

14. 0,5 80 10,1 80 0,6 • 11,7 390 1050

12. 2 100 12,9 60 0,8 16,0 240 1300

13. 4 80 9,6 35 0,7 13,5 720 920

15. 13, контроль 70 8,2 35 0,8 11,0 480 1000

б) автотранспортное загрязнение

9. 0 280 17,1 130,0 1,0 17,5 310 2350

10. 0,1 120 а,а 65 1,0 10,5 480 850

11. 1,4,контроль 90 9,6 65 . 1,0 11,7 880 900

Уменьшение содержания N1 в почве при приближении к источнику загрязнения нельзя считать закономерным, т.к. концентрация его находится на пределе чувствительности прибора, ■ применяемого для анализа что неизбежно влияет на результаты исследований. Уже в поде-

тилке , где содержание тяжелых металлов на порядок выше, проявляется четкое увеличение концентрации никеля при приближении к источнику. загрязнения.' Снижение концентрации Мп при приближении к источнику загрязнения имеет устойчивый характер, прослеживается и в почве, и" в подстилке, а также отмечалось в работах других исследователей (Stewart и др., 1991; Гитарский и др., 1992; Брус-кина, Карабань, 1992).

В талых водах отмечаются низкие концентрации тяжелых металлов, что, очевидно, связано с поздним выпадением снега в сезон обследования (зима 1992-1993 гг.). Содержание каждого из контролировавшихся элементов не превышает ПДК для воды.

7.2. Содержание тяжелых металлов в древесине Способность частиц тяжелых металлов вмешиваться в циклы питательных веществ и метаболизм деревьев с перспективой уменьшения продуктивности лесной экосистемы рассматривается как серьезная проблема, тлеющая опасные последствия для больших территорий. Механизм этого процесса пока еще далеко не ясен. Существуют различные точки зрения и нередко противоречащие друг другу экспериментальные данные о динамике содержания и накопления тяжелых металлов в древесине (Karandinos и*др., 1985; Kanerva и др.,■1988; Ogner, Bjor, 1988; Tendel-, Wolf, 1988; Stewart и др., 1991 и др.).

В этом разделе представлены результаты анализа образцов древесины. Содержание тяжелых металов определяли отдельно в старой древесине (первая половина жизни дерева) и молодой древесине (вторая половина жизни дерева).

Выявлено накопление некоторых тяжелых металлов при приближении ¡1 источнику загрязнения. При обследовании загрязнения от стационарных источников и автотранспортного - результаты различны. В первом случае наблюдается рост содержания Cu, Ni, Mn, Fe в старой древесине, Zn и РЬ на более загрязненных пробных площадях накапливается в молодой древесине, а на менее загрязненных и в контроле -

в старой. Во втором случае происходит накопление 1п, РЬ и N1 (в большей степени - в старой древесине). Максимальному содержанию Мп соответствует минимальное содержание Ре.

Заключение

В заключение вынесены основные выводы по данным диссертационной работы.

1. При проведении дендроклиматического анализа выявлена значительная связь радиального прироста древесины с климатическими факторами (корреляционное отношение > 0,51) и умеренная связь с солнечной актцвностьп (корреляционное отношение > 0,4), как для всего годичного кольца, так и для поздней древесшш; разработана упрощенная многофакторкая модель адекватно отражайся характер этих связей^

2. В динамике радиального прироста древесины хорошо прослеживается 2-3, 4-7-летняя цикличность, со средним 11-летним, 22-летним периодом, 34-летняя.

3. За вековой период колебании (1890-1990 гг.) наблюдается увеличение увлажнения, т.е. в лесостепи наступил многоводный период.

4. Отрицательное влияние рекреационного лесопользования на рост деревьев наиболее выражено в нарушении цикличности радиального прироста. Насаждения подверженные сильной рекреационной нагрузке (Ш-У стадии дигрессии) слабо и нечетко реагируют на изменения климатических факторов.

5. Удельное сопротивление верхних слоев почвы вдавливанию (уплотнение почвы) возрастает с увеличением рекреационной нагрузки, также возрастает различие в уплотнении почвы приствольной части и открытого места. В целом рекреационное лесопользование приводит к

- 20 -

снижению устойчивости и продуктивности насаждений.

6. На участках, подверженных интенсивному, воздействию антропогенных факторов: загрязнение атмосферы от стационарных и подвижных источников, рекреация - происходит неуклонное значительное снижение радиального прироста древостоев (п.п. 15, 17, 20, 21). В последнем десятилетии (с увеличением продолжительности техногенного воздействия) интенсивность падения прироста на загрязненных пробных площадях увеличилась.

7. При приближении к источникам загрязнения прослеживается четкая закономерность а падении среднего абсолютного прироста древостоев, наблюдается увеличение амплитуды колебаний и нарушение цикличности прироста, уменьшается поздняя зона годичного кольца, что отрицательно отражается на качестве древесины и в целом на устойчивости биоценоза.

8. Статистически достоверное различие радиального прироста древостоев наблюдается между контролем (п.п.15) и наиболее загрязненным насаждением городского парка (п.п.15). Различие между радиальным приростом вдоль автотрассы (п.п.17) и контролем (п.п.15) можно считать доказанным с 977. значением вероятности. Очевидно, что в • остальных случаях падение радиального прироста еще не достигло критического уровня, подтверждаемого статистическими методами анализа.

9. Отмечено определенное различие в воздействии на радиальный прирост древостоев разных антропогенных факторов, рекреационное воздействие в молодняках снижает средний радиальный "прирост, е спелых насаждениях значительное снижение прироста наблюдается только в первые годы после начала воздействия, затем он восстанавливается, но серьезно нарушается цикличность радиального прироста. Техногенное загрязнение снижает средний радиальный прирост (в первые годы после начала воздействия несколько повышает его) и нарушает цикличность колебаний. Амплитуда колебаний прироста особенно

- 21 -

сильно увеличивается при автотранспортном загрязнении.

10. При приближении к источнику загрязнения наблюдается накопление в почве-и, особенно, в лесной подстилке тяжелых металлов: 2п, Си, РЬ, Ге и уменьшение Мп. Содержание N1 в лесной подстилке увеличивается, а в почве уменьшается. Концентрация М почти не изменяется. Содержание тяжелых металлов в почве не превышает ДЦК, но в ряде случаев превышает фоновые значения. В лесной подстилке содержание тяжелых металлов на порядок выше, чем в почве. В талых водах выявлены низкие концентрации тяжелых металлов, не превышающие ЭДК для воды.

11. При обследовании загрязнения от стационарных источников наблюдается рост содержания Си, N1, Ге в старой древесине. Концентрация 2п и РЬ.на более загрязненных пробных площадях растет в молодой древесине, а на менее загрязненных и в контроле - в старой. В целом наблюдается возрастание содержания тяжелых металлов при приближении к источнику загрязнения.

12. При обследовании автотранспортного загрязнения выявлено накопление в древесине при приближении к источнику загрязнения 7п, РЬ и N1. Содержание Си не изменяется. Максимальному содержанию Мп соответствует минимальное содержание Ге.

Рекомендации и предложения. Предлагается комплекс административных, законодательных, технологических мероприятий по регулированию уровня техногенного загрязнения воздушного басоейна.

Система лесохоэяйственных мероприятий в пригородных лесах также теет существенное значение. Она включает следующие основные задачи:

- повышение устойчивости лесных насаждений и снижение уровня техногенного загрязнения атмосферы формированием оптимальной (хозяйственно-целесообразной) лесистости;

- создание системы защитных насаждений на всей территории региона вдоль путей транспорта и вокруг промышленных предприятий;

-22- планирование 'десохозяйственных мероприятий осуществлять в соответствии с радиально-зональным принципом и с учетом направления преобладающих ветров.

На основании проведенных исследований предлагается следующее радиально-зональное подразделение лесов, подверженных техногенному загрязнению, по отношению к.источнику загрязнения:

1) зона сильного атмосферного загрязнения радиусом до 5 км;

2) зона среднего атмосферного загрязнения радиусом от 5 до 15

км;

3) зона слабого атмосферного загрязнения радиусом свыше 15 км.

Мероприятия в первой и второй зонах:

- территориальное размещение лесных насаждений, направление технологических коридоров, создание рядов лесных культур осуществлять таким образом, чтобы обеспечить барьеры для проникновения загрязнителей в лесные насаждения, с одной стороны, и максимальную проветриваемость лесных массивов, с другой;

- рубки ухода за лесом проводить с меньшей интенсивностью, из-реживзть неравномерно-куртинами или полосами (с учетом выше изложенных соображений);

- возрасты рубок переформирования устанавливать с учетом ' состояния. лесных насаждений (как правило, ниже чем не подверженных техногенному воздействию);

- лесные культуры создавать смешанные по породному составу, с участием 20-40& газоустойчивых пород, в зоне очень сильного техногенного загрязнения удельный вес хвойных пород следует снизить до 50" и менее;

- для снижения рекреационной нагрузки необходимо вовлечение большей территории под рекреационное лесопользование и улучшение организации имеющейся .По материалам диссертации опубликованы следующие работы:

1. Некоторые оценочные характеристики устойчивости сосны обык-.

нсвенной к воздействию промышленных эмиссий в ЦЧР. - М., 1992а, 10 С. - Деп. В ВИНИТИ 10.06.92., N 908 -дх 92.

2. О влиянии автотранспортного загрязнения на сосновые насаждения зеленой зоны г.Воронежа. - М., 19926. - 8 с." - Деп. в ВИНИТИ 10.06.92, N 910-ЛХ 92.

3. Дендрохронологический анализ техногенной устойчивости сосны обыкновенной в ЦЧР //Матер, конф. посвященной 125-летию со дня рождения Г.Ф. Морозова 12-13 марта 1992 г.: Тез. докл. - М., 1993а. - С.44-45-, Деп. в ВИНИТИ 30.03.93, N 922-лх 93.

4. Динамика прироста сосны обыкновенной в связи с техногенным воздействием в пригородных лесах Воронежа //Сосновые леса России в системе многоцелевого лесопользования: Тез. докл. Всероссийской конф.'29 сентября-1 октября 1993 г. - Воронеж, 19936. - С.97-98.

5. Количественная оценка техногенного воздействия на сосновые насаждения// Всероссийская научно-техническая конференция "Охрана лесных экосистем и рациональное использование лесных • ресурсов": Тез. докл.- М., 1994,- Т.4.- С.47-49.

6. Реакция прироста сосны обыкновенной на многолетнее воздействие промвыбросов Новолипецкого металлургического комбината'/ Тез. докл. Российской научно-практической конференции "Фундаментальная и методическая подготовка будущего'специалиста по экологии и охране природы" г.Орел 22-24 ноября 1994 г. (в печати).

7. Радиальный прирост древостоев сосны обыкновенной е зоне действия промышленного загрязнения// "Лесной журнал" (в печати).

Все работы в соавторстве с В.И. Таранковым.

г. Воронеж "Леспроект" Заказ № 949 тираж 400от I5.-ii.9Nr.

У //.у.