Биологическая продуктивность ели и пихты в градиенте атмосферных загрязнений на Урале: сравнительный анализ и составление таксационных таблиц

Бергман, Игорь Евгеньевич

Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему
Биологическая продуктивность ели и пихты в градиенте атмосферных загрязнений на Урале: сравнительный анализ и составление таксационных таблиц
ВАК РФ 06.03.02, Лесоустройство и лесная таксация

Автореферат диссертации по теме "Биологическая продуктивность ели и пихты в градиенте атмосферных загрязнений на Урале: сравнительный анализ и составление таксационных таблиц"

Бергман Игорь Евгеньевич

Биологическая продуктивность ели и пихты в градиенте атмосферных загрязнений на Урале: сравнительный анализ н составление таксационных таблиц

06.03.02 - Лесоведение, лесоводство, лесоустройство и лесная таксация

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

1 9 МАЙ 2011

Екатеринбург - 2011

4846823

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Уральский государственный лесотехнический университет»

Научный руководитель: доктор сельскохозяйственных наук,

профессор

Усольцев Владимир Андреевич;

Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор

Махнев Африкан Кузьмич; кандидат сельскохозяйственных наук, доцент

Голиков Дмитрий Юрьевич

Ведущая организация: ФГОУ ВПО «Оренбургский государственный аграрный университет»

Защита состоится 9 июня 2011 г. в 10.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.281.01 при Уральском государственном лесотехническом университете по адресу: 620100, г. Екатеринбург, Сибирский тракт, 36, ауд. 320.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Уральского государственного лесотехнического университета.

Автореферат разослан 4 мая 2011 г.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат сельскохозяйственных наук / A.B. Бачурина

ВВЕДЕНИЕ. Общая характеристика работы

Актуальность темы. Загрязнение окружающей среды достигло глобальных масштабов. Нынешние темпы изменения химического состава атмосферы и гидросферы многократно превышают скорость преобразования геохимии триасового периода, когда в течение миллиона лет атмосфера из углекислотной превратилась в кислородосодержащую (Цветков, 2002). Изменениям экосистем, испытывающих действие промышленных выбросов, посвящено много исследований, однако имеются лишь единичные попытки построения зависимостей «доза-эффект» на экосистемном уровне. Для разработки проблемы необходимы соответствующие экспериментальные полигоны. Такой полигон должен представлять территорию, в пределах которой крупный длительно действующий точечный источник эмиссии поллютантов "погружен" в фоновую среду (Воробейчик, 2005).

На Урале одним из наиболее интенсивных источников токсичных выбросов (главным образом, это соединения серы и тяжелые металлы) в атмосферу является медеплавильное производство, в частности, Средне-уральский медеплавильный завод (СУМЗ) в Свердловской области.

Исследования автора проводились в 2007-2011 гг. в рамках проектов «Разработка системы пространственного анализа депонирования углерода лесными экосистемами Уральского региона» и «Первичная биологическая продуктивность лесных экосистем в градиенте промышленного загрязнения», гранты РФФИ № 07-07-96010 и 09-05-00508.

Цель и задачи исследования. Целью диссертационной работы является сравнительная оценка количественных и квалиметрических показателей фитомассы и чистой первичной продукции (41111) ели и пихты сибирской в градиенте загрязнений от СУМЗ.

В связи с поставленной целью конкретные задачи исследования:

• заложить пробные площади в количестве, обеспечивающем их репрезентативность и достаточном для вычленения антропогенной обусловленности наблюдаемых изменений в градиенте загрязнений, и выполнить на них определения фитомассы и 41111 насаждений;

• установить закономерности изменения продуктивности ассимиляционного аппарата ели и пихты в градиенте загрязнений, в том числе по схеме «доза-эффект»;

• составить таблицы для определения количественных и квалиметрических показателей фитомассы и 41111 деревьев ели и пихты сибирской в градиенте загрязнений от СУМЗ.

На защиту выносятся следующие положения: • сравнительная характеристика биологической продуктивности ели и пихты сибирской в градиенте загрязнений от СУМЗ, выраженная в абсолютных и относительных количественных показателях;

• закономерности изменения плотности и содержания сухого вещества (ССВ) в фитомассе ели и пихты в градиенте загрязнений;

• таблицы для таксации количественных показателей фитомассы и ЧПП деревьев ели и пихты сибирской, а также для определения квалимет-рических характеристик в градиенте загрязнений от СУМЗ.

Научная новизна. Впервые дана сравнительная характеристика продуктивности хвои ели и пихты сибирской в градиенте загрязнений от СУМЗ и построены зависимости для биологической продуктивности насаждений типа «доза - эффект»; составлены таблицы для определения количественных и квалиметрических показателей фитомассы и ЧПП деревьев ели и пихты и дан их сравнительный анализ в градиенте загрязнений.

Практическая значимость работы. Результаты работы могут быть полезны для эколого-экономической оценки воздействий на окружающую среду, оказываемых медеплавильным производством на Урале, а также при установлении предельно допустимых нагрузок на лесные экосистемы и используются Институтом экологии растений и животных УрО РАН, Институтом глобального климата и экологии Росгидромета и РАН и Уральским экологическим союзом (имеются соответствующие справки).

Обоснованность выводов и предложений. Обширный экспериментальный материал и применение адекватных методов статистического анализа, системный подход при анализе фактических материалов и интерпретации полученных результатов, реализация поставленных задач на уровне регрессионных моделей, использование современных компьютерных программ определяют обоснованность приведенных в диссертации выводов.

Личное участие автора. Постановка проблемы, сбор исходного материала, его анализ и обработка, формулировка итоговых результатов осуществлены автором или при его непосредственном участии.

Апробация работы. Основные результаты исследований изложены на международных научно-технических конференциях «Международное сотрудничество в лесном секторе: баланс образования, науки и производства» (Йошкар-Ола, 2009); «Математическое моделирование в экологии» (Пущино, 2011); «Лесное хозяйство и зеленое строительство в Западной Сибири» (Томск, 2011); VII всероссийской научно-технической конференции студентов и аспирантов «Научное творчество молодежи - лесному комплексу России» (Екатеринбург, 2011); VIII международной научно-технической конференции «Формирование регионального лесного кластера: социально-экономические и экологические проблемы и перспективы лесного комплекса» (Екатеринбург, 2011) и всероссийской научной молодежной школе-конференции «Биологическая рекультивация и мониторинг нарушенных промышленностью земель» (Екатеринбург, 2011).

Публикации. Основное содержание диссертации изложено в 11 печатных работах, в том числе 3 - в журналах, рекомендованных ВАК.

Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 159 страницах, состоит из введения, 7 глав и 5 приложений. Список использованной литературы включает 163 наименования, в том числе 36 иностранных. Текст иллюстрирован 44 таблицами и 28 рисунками.

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ

Значительное загрязнение окружающей среды происходит за счет газообразных и пылевидных поллютантов, поступающих в природные комплексы воздушным путем. Обычно при оценке состояния пораженных лесов сравниваются один или несколько показателей, в той или иной мере отражающих состояние объектов. Наиболее распространены методики визуальной оценки степени поражения насаждений по внешним (балльным) признакам (Кулагин, 1974; Коженков, 1983; Аннука, Раук, 1984; Марты-нюк, 1985; Аугустайтис и др., 1985; Менщиков, 1991). Количественные оценки осуществляются по таксационным или физиологическим признакам (Антипов, 1975; Гальперин, Фимушин, 1975; Фимушин, 1976, 1986; Мешковский, 1984; Шяпетене, Вянцкус, 1986; Ватковский, 1986; Армолай-тис, Вайчис, 1986; Скуодене, 1988; Махнев и др., 1990; Цветков, 1991; Бабушкина и др., 1991; Калинин и др., 1991; Brassel et al., 1992; Shavnin et al., 1997; Фомин, 1998; Bussotti et al., 2005-2006; Завьялов, 2009).

500 лет назад Леонардо да Винчи (цит. по: The notebooks of Leonardo da Vinci, 1970), анализируя систему ветвления деревьев, отметил, что суммарное сечение ветвей и ствола одной градации толщины на любом уровне кроны равно сечению ствола у ее основания. После работ П. Жаккарда (Jaccard, 1913, 1915), Б. Хубера (Huber, 1925, 1927, 1928), И. Ямаоки (Yamaoka, 1952, 1958) группой японских исследователей (Shinozaki et al., 1964) была сформулирована теория «модели трубок» (пайп-модель), согласно которой растение рассматривается как совокупность элементарных трубок (сосудов ксилемы), каждая из которых завершается элементарной массой листьев и выполняет проводящие и поддерживающие функции.

С другой стороны, с конца прошлого века известна взаимосвязь массы хвои с количеством депонируемых ассимилятов в виде объемного прироста (Hartig, 1896). В дальнейшем эта закономерность была проверена, подтверждена и развита многочисленными исследованиями (Burger, 1929; Busse, 1930; Коссович, 1940; Георгиевский, 1948; Полякова, 1954; Satoo, 1970; Albrektson, 1980; White, 1993).

В.А. Усольцевым (1998) названные две концепции были совмещены в одной модели и установлено, что при фиксированных значениях диаметра под кроной и прироста ствола масса хвои в сосняках Урала на 17-18% выше, чем в Тургае, а ее продуктивность, выраженная отношением прироста площади сечения к сухой массе хвои, - соответственно ниже. Реали-

зация подобного подхода на серии пробных площадей в градиенте загрязнений (например, в районе СУМЗ) может стать количественной характеристикой степени поражения насаждений.

При оценке фитомассы и 41111 деревьев и древостоев значительная доля затрат приходится на оценку квалимегрических характеристик (плотности и ССВ) фракций дерева, необходимых для перевода объемных единиц ствола в единицы сухой массы, и массы кроны в свежем состоянии - в абсолютно сухое. Методика таких определений достаточно разработана и выведены закономерности изменения квалимегрических показателей по определяющим факторам (Поздняков и др., 1969; Уткин, 1970; Поздняков, 1973; Полубояринов, 1973, 1976а; Технеряднов, Шоманов, 1976; Семечки-на, 1978; Успенский, 1980; Усольцев, 1988). Закономерности их изменения в градиентах загрязнений не исследованы.

СУМЗ функционирует с 1940 года, и из его газообразных выбросов 98% по массе составляет сернистый ангидрид. Для запаса стволовой древесины пихтарников в градиенте загрязнений на прилегающих территориях исследована зависимость «доза - эффект», где в хачестве дозы принят индекс токсической нагрузки как сумма превышений локальных концентраций Си, РЬ и Cd над фоновыми значениями (Воробейчик, Хантемирова, 1994). Изменение биопродуктивности лесов в градиентах аэрозагрязнений от СУМЗ исследовали в разные годы Б.С. Фимушин (1979), И.А. Юсупов (1996), Н.Ф. Низаметдинов (2009).

Анализ результатов исследований по проблематике загрязнений экосистем показал, что ни один полигон не соответствует понятию идеального эксперимента, требующего пространственной однородности фоновой среды, которая была бы обеспечена до начала действия источника выбросов (Воробейчик, 2004). На экосистемном уровне в методическом отношении наиболее сложна оценка влияния промышленных аэрозагрязнений на биологическую продуктивность лесных экосистем, где имеет место совмещенный эффект антропогенных и природных факторов, соотношение между которыми неизвестно. Учет последних можно обеспечить путем набора достаточного количества повторностей, охватывающих полный спектр морфологической изменчивости (Воробейчик, 2005). Однако этот принцип соблюдается редко.

ГЛАВА 2. ХАРАКТЕРИСТИКА ПРИРОДНЫХ УСЛОВИЙ И ЛЕСНОГО ФОНДА В РАЙОНАХ ИССЛЕДОВАНИЯ

Поскольку исследования биопродуктивности ели и пихты выполнены как в фоновых, так и импактных зонах, в диссертации приведены показатели лесного фонда соответственно для Нижне-Сергинского и Билимба-евского лесничеств. По лесорастительному районированию Б.П. Колесни-

кова (Колесников и др., 1973) территория лесничеств отнесена к подзоне южно-таёжных лесов и приурочена к Среднеуральской горной провинции. В диссертации описаны лесорастительные и климатические условия района, рельеф и почвы, гидрография и гидрологические условия.

ГЛАВА 3. МЕТОДИКА, ОБЪЕКТЫ И ОБЪЕМ ВЫПОЛНЕННЫХ РАБОТ

В условиях фонового загрязнения исследования структуры фитомас-сы ельников и пихтарников выполнены в Нижне-Сергинском лесничестве Свердловской области. Изучены ельники (б пробных площадей) и пихтарники (б пробных площадей) мшистые одного возрастного рада. Пробные площади закладывались с учетом теоретических положений лесной таксации согласно ОСТ 56-69-83 "Пробные площади лесоустроительные". После рубки модельных деревьев, взятых по ступеням толщины, ствол делили на 10 секций, на середине каждой секции и на расстоянии 1,3 м от комля выпиливали диски и определяли диаметры ствола в коре и без коры. По этим замерам рассчитывали объем древесины и коры дерева. Диски взвешивали с точностью до 0,1 г и использовали далее для определения содержания коры и абсолютно сухого вещества в древесине и коре. По этим значениям рассчитывали абсолютно сухую фитомассу древесины и коры ствола. Возраст устанавливался по годичным кольцам на пне.

Фитомасса структурных частей кроны определялась после ее деления на три одинаковые по длине секции. После взвешивания каждой секции кроны с точностью до 50 г производилось деление их на охвоенные и неохвоенные ветви. Масса неохвоенных и охвоенных ветвей взвешивалась с точностью до 50 г. Затем из охвоенной части каждой секции отбиралась навеска (около 0,5 кг) для установления соотношения хвои и скелетных частей. С этой целью хвоя в навеске отделялась от ветвей и отдельно взвешивалась масса этих компонентов с точностью до 1 г. По установленным соотношениям определяли фитомассу хвои и древесных частей для каждого слоя, а затем - для всей кроны. Для определения влажности и абсолютно сухой массы хвои и ветвей из каждой части кроны взяты их образцы, которые взвешивались с точностью до 0,01 г. По полученным значениям рассчитывали абсолютно сухую массу хвои и ветвей дерева. Сушка всех образцов производилась до постоянного веса в термостатах.

Закономерности изменения биологической продуктивности ели и пихты в градиенте загрязнений от СУМЗ выполнено на территории Би-лимбаевского лесничества на полигоне заложенном в 1989 г. сотрудниками Института экологии растений и животных УрО РАН (Воробейчик, Ханте-мирова, 1994). Полигон был подразделен на три зоны: импактную (расстояние от источника загрязнений 1 и 2 км), буферную (расстояние 4 и 7

фракции (Цша = 0,24-^0,42< to5 = 2,0). Аналогичный результат дало сопоставление двух трендов для ЧИП (рис. 16).

Рис. 1. Связь надземной фито-массы (а) и ЧПП (б) елово-пихтового древостоя с расстоянием от СУМЗ по уравнению (12) и ее соотношение с фактическими данными; 1- кривая, полученная на основе данных обобщенного уравнения; 2 -кривая, полученная на основе данных локальных уравнений.

Таким образом, в градиенте загрязнений фитомасса и ЧПП древостоев по мере удаления от СУМЗ резко увеличивается в диапазоне от 1 до 4 км, а при дальнейшем удалении стабилизируется.

Характер изменения продуктивности нижнего яруса (куда вошли подрост, подлесок и живой напочвенный покров) в градиенте загрязнений принципиально отличается от закономерности, установленной для основного яруса: после резкого увеличения продуктивности на первых километрах удаления происходит не стагнация, а постепенное ее снижение (рис. 2). Это обусловлено тем, что кроме изменения уровня загрязнений на продуктивность нижнего яруса влияет изменение морфоструюуры и продуктивности основного яруса в градиенте, который конкурентно подавляет нижний ярус в насаждении. Закономерность резкого возрастания показателя с последующим постепенным снижением удовлетворяет условию функции Г. Бакмана (Васктап, 1938), которая была введена в биологию для обоснования понятия «органического времени».

Выявленные закономерности изменения биологической продуктивности елово-пихтовых древостоев в градиенте загрязнений от СУМЗ служат основой для корректного картографирования продуктивности лесов. Для экологов более важны оценки устойчивости экосистем, прогнозирования их реакции на поллютанты и нахождение предельно допустимых нагрузок на лесные экосистемы, а для этого продуктивность последних необходимо связывать не с расстоянием от загрязнителя, а с изменением уровня поллютантов в соответствующих градиентах с построением зависимостей «доза - эффект». Реакция экосистем на техногенную нагрузку имеет нелинейный характер - явление известно как гистерезисный, или триггер-

I * 1 § Í

300

250 200 1Í8 100 5« в U 12 10 8 6 4 2 0

—3Ü-

-i**-—í

Í=E=

б *

% *х X

. * * -i- JÍ

х; г5*""? , * 1

Расстояние, км

40 --2

Таблица 1

Таксационная характеристика пихтово-еловых насаждений

км Породный состав Возраст, лет Класс бонитета Средняя высота, м Средний диаметр, см Густота, экз/га »а Ч « я В 1 | 2 С и 3 Я рт 5

Л** 7ИвЗБ 67 IV 11,9 12,9 176 2,29 14,5

6Б4Ив 61 IV 10,5 11,0 240 2,29 20,1

6Е4П+Б 76 IV 14,2 15,1 1456 26,2 175

1а ЗЕ1П2Б4С 82 IV 15,6 16,6 768 16,7 121

5Е4П1Б +Ив;С 74 IV 13,6 13,9 1072 16,2 Ш

5Е4П1Б+С 78 IV 14,8 15,4 1104 20,6 147

16 6Е4П+Б;Ос 76 IV 14,2 15,2 1456 26,4 177

7ЕЗП+Б 85 IV 16,3 17,0 976 22,2 163

4ЕЗБ20с1П 61 IV 10,5 10,7 1664 15,1 108

1,5 ЗЕ4П1Б2С 75 III 18,5 18,8 1152 31,8 258

ЗЕ6П1Б+С 81 пг 16,7 16,0 1312 26,2 201

4Е2ПЗС1Б+Ив 81 III 18,1 15,5 1472 27,6 249

2 ЗЕ4П2Б10с 82 IV 15,2 2080 30,6 220

5ЕЗП20с 84 IV 17,3 16,9 1504 33,8 265

5Е4П1Б+ОС 87 IV 16,3 15,4 2160 40,0 307

4Е5П1Б+ОС 85 IV 16,1 14,5 2272 37,5 294

2Е7ШОс+Б 90 IV 15,3 14.3 1968 31,6 223

4 8Е1П1Б+Ос 115 III 23,0 23,4 1104 47,3 448

ЗЕ5П2Б+Ос 100 111 18,8 15,6 2000 38,1 309

9Е1П+Б 127 II 26,1 29,4 544 37,0 387

ЗЕбПЮс 109 III 21,2 19,6 1504 45,3 405

6Е2П2Б 119 III 23,9 26,9 752 42,8 401

6 ЗЕ6П1Б+С 86 III 20,1 20,7 1232 41,4 373

ЗЕ6П1Б+Ос;С 85 III 19,7 20,3 1312 42,3 381

4ЕЗП2Б1ЛЦ+С 85 III 21,0 20,1 1504 47,8 471

7 2Е6П2Б 89 III 21,3 21,6 1200 43,8 405

2ЕбП2Б+Ос 90 III 21,5 22,7 1088 44,0 405

4ЕЗПЗБ+Ос 94 II 23,1 26,3 944 51,4 476

1Е5ПЗБЮс 91 III 22,0 21,9 1184 44,5 398

7ПЗБ+Е 90 III 21,5 22,5 1360 54,0 478

10 4ЕЗПЗБ+С;Ос 89 III 21,4 21.1 1152 40,2 352

5Е4П1Б+ОС 87 III 20,3 20,5 992 32,7 288

4ЕЗП2Б10с 87 III 20,4 22,1 896 34,3 291

20 2Е5П20с1Б+С 99 II 23,6 24,0 912 41,3 401

2Е4П20с1Б1С 100 II 22,8 23,7 1040 45,8 408

30 2Е8Л 102 II 22,8 22,7 1120 45,2 420

4Е6П 98 III 20,8 21,0 1024 35,4 305

2Е6П2Б 101 III 22,4 22,3 1328 51,9 465

4Е6П 102 III 22,5 24,9 704 34,3 319

7П2Б1Е 102 III 22,7 23,8 1344 59,9 530

34 ЗЕ5П2Б 99 III 21,6 23.4 880 37,8 334

5ЕЗП2Б+С 102 II 23,7 23,7 1088 48,2 466

4Е4П2Б+Ос 100 III 22,0 21,4 960 34,5 317 |

* Ь- здесь и далее расстояние от источника загрязнений.

**П- здесь и далее техногенная пустошь.

Модельные растения каждого вида взяты на пробных площадях по градиенту загрязнения, по одному растению в каждой ступени толщины. Растения высотой менее 0,5 м фракционировали, взвешивали и сушили при 105°С до постоянной массы. У корневой шейки по годичным кольцам определяли возраст, делением на который полученной массы скелетной части растения определена ее первичная продукция. Первичная продукция хвои определена путем деления ее массы на средний (по нескольким мутовкам) возраст хвои.

У растений высотой более 0,5 м секатором отделяли охвоенные побеги, из их общего количества брали навеску массой около 500 г, взвешивали; у нее отделяли хвою и повторно взвешивали. Затем хвою и остальную часть навески сушили раздельно до постоянной массы, снова взвешивали и рассчитывали ССВ в обеих фракциях. По их значениям определяли сухую массу фракций всего растения. Первичную продукцию скелетной части рассчитывали делением массы на возраст деревца, а хвои - делением ее массы на средний возраст хвои. Полученные значения фракционного состава модельных растений каждого вида отдельно соотносили с их суммой площадей сечений и затем по общей сумме площадей сечений, полученной перечетом на каждой из трех мини-площадок, находили значение фитомассы скелетной части и хвои и переводили ее на 1 га. Аналогично о рассчитывали первичную продукцию скелетной части и хвои на 1 га.

Мы признательны сотрудникам Института экологии растений и животных УрО РАН Е.Л. Воробейчику и М.Р. Трубиной, любезно предоставившим нам данные о фитомассе и ЧПП живого напочвенного покрова и мхов (приложение 5), а также Е.Л. Воробейчику, С.Ю. Кайгородовой, П.Г. Пшцулину, А.В. Щепеткину и И. Биктимирову, предоставившим данные по индексам токсичности в градиенте загрязнений.

ГЛАВА 4. СТРУКТУРА ФИТОМАССЫ И ПЕРВИЧНОЙ ПРОДУКЦИИ ДЕРЕВЬЕВ ЕЛИ СИБИРСКОЙ И ПИХТЫ СИБИРСКОЙ В ГРАДИЕНТЕ ЗАГРЯЗНЕНИЙ: СРАВНИТЕЛЬНЫЙ

АНАЛИЗ И СОСТАВЛЕНИЕ ТАКСАЦИОННЫХ ТАБЛИЦ

При исследовании биопродуктивности деревьев ели и пихты в градиенте аэрозагрязнений мы использовали структуру аллометрического уравнения, в котором ценотическое положение включено в качестве независимой переменной и которое представляет степенную функцию, линеаризованную путем логарифмирования. Уравнение позволяет исключить варьирование биопродуктивности, обусловленное ценотическим положением дерева. Поскольку на наших пробных площадях возраст деревьев варьирует в диапазоне от 37 до 164 лет, в уравнение включен в качестве

второй независимой переменной возраст дерева. В качестве третьей независимой переменной в уравнение введено расстояние от СУМЗ.

Нам необходимо выявить различия в структуре фитомассы двух пород (если они существуют) и степень изменения этого различия в градиенте загрязнений. Но чтобы «гармонизировать», или согласовать между собой уравнения для двух разных древесных пород, необходимо их объединить в некую систему. Принадлежность уравнения к той или иной древесной породе может быть выражена с помощью специальной, так называемой бинарной переменной (Дрейпер, Смит, 1973), когда одно из сопоставляемых множеств кодируется нулем, а другое - единицей. Анализ исходных данных массы хвои показал, что тренды ее изменения в градиенте загрязнений у ели и пихты имеют разные углы наклона по отношению к оси абсцисс. Для учета этого различия в уравнение введен синергизм X(lnL).

В результате выполненного расчета получено для массы хвои следующее итоговое уравнение

\rJ>f= -2,738+ 2,3091nD -0,371 Ш -0,0590 InL -0,0537 X(lni)+ 0,628 X; (1) R2 =0,959; стандартная ошибка уравнения SE = 0,241.

В уравнении (1) Pf - масса хвои, кг; D - диаметр ствола на высоте груди, см; А - возраст дерева, лет; X - бинарная переменная, равная 1 и 0 соответственно для ели и пихты. Значимость констант при переменных liiD, 1лA, InL и X составила, по Стьюденту, соответственно 33,0; 3,1; 3,2 и 6,2, что больше 2,0. Знаки при переменных уравнения (1) показывают, что масса хвои равновозрастных деревьев увеличивается пропорционально толщине ствола, но ее масса у равновеликих деревьев снижается с возрастом дерева (в диапазоне от 40 до 160 лет), а масса хвои у равновеликих и равновозрастных деревьев снижается по мере удаления от СУМЗ.

Установлено статистически достоверное снижение массы хвои у равновозрастных и равновеликих деревьев обеих древесных пород по мере удаления от СУМЗ в диапазоне от 1 до 30 км, причем различное у двух пород: у ели на 32, а у пихты - на 18%. Если в импактной зоне масса хвои у пихты на 47% ниже, чем у ели, то на контроле - лишь на 36%. Таким образом, при равном удалении от СУМЗ равновеликие и равновозрастные деревья ели обладают существенно большей фитомассой хвои по сравнению с пихтой. Поскольку визуально в названном градиенте какой-либо закономерности в изменении степени «прозрачности» кроны (crown transparency degree) не наблюдалось, единственно, чем можно объяснить статистически достоверное снижение массы хвои у равновозрастных и равновеликих деревьев по мере удаления от СУМЗ - это увеличение плотности охвоения побегов в кроне по мере повышения уровня загрязнения соединениями серы (Ярмишко, 1997). Для практического использования уравнения (1) путем подстановки соответствующих задаваемых значений независимых переменных получена таксационная таблица, предназначенная для количест-

венной оценки ассимиляционного аппарата ели и пихты в градиенте загрязнений от СУМЗ.

При расчете уравнения (1) оказалось, что степень удаления от СУМЗ не оказывает существенного влияния на массу ветвей, ствола и всей надземной. Влияние возраста дерева на массу названных фракций также оказалось не значимым, и вместо возраста введена высота дерева Я, м. В результате структура уравнения (1) модифицирована и приведена к виду 1пР, =ао +а11п£Н- а21пЯ + а3 X, (2)

характеристика которого дана в табл. 2. Все константы в (2) значимы на 95-процентном уровне.

Таблица 2

Характеристика уравнения (2) _

Зависимая переменная 1пР, для: Константы и независимые переменные Я* Стандартная ошибка уравнения

ао а, 1п£> а21п# а3Х

стволов -3,3612 1,8928 0,7626 0,0793 0,991 0,132

ветвей -3,4900 2,9095 -0,8493 0,3767 0,944 0,293

хвои -3,8426 2,3453 -0,2645 0,5402 0,941 0,273

На основе уравнения (2) составлена таксационная таблица, предназначенная для оценки всей надземной фитомассы деревьев ели и пихты и ее полной фракционной структуры и позволяющая проследить основные тенденции в изменении фракционного состава фитомассы ели и пихты по определяющим факторам и дать им количественную характеристику. Во-первых, фитомасса деревьев пихты по сравнению с равновеликими деревьями ели существенно меньше, а именно, по массе ствола, ветвей и хвои соответственно на 8, 31 и 42%. При увеличении диаметра ствола с 12 до 40 см фитомасса стволов, ветвей и хвои увеличивается соответственно в 10, 33 и 17 раз. С изменением высоты дерева фитомасса связана намного слабее: например, в диапазоне высот от 8 до 24 м фитомасса ствола возрастает в 2,0 раза, а ветвей и хвои снижается соответственно в 2,5 и 1,3 раза.

Структура уравнения для ЧПП принята по аналогии со структурой уравнения (1) и имеет общий вид

1п£ = а«, ч-аДп/Н а2ЬЛ + а3Ы + а4Х, (3)

где - ЧПП 2Ьг, г/я 2а) фракции дерева в абсолютно сухом состоянии (соответственно ЧПП стволов в коре, ветвей, хвои и надземной), кг. Оказалось, что степень удаления от СУМЗ не оказывает существенного влияния на фракционный состав ЧПП деревьев ели и пихты: значение 1факт константы при переменной 1п1 составило для ЧПП стволов, ветвей, хвои и надземной ЧПП соответственно 1,2; 0,48; 1,1 и 0,15, что меньше ^5= 2,0), и эта переменная была также исключена из расчета. В итоге рассчитано уравнение

1п7, = ао +а11п£>+ а2Ы + а3 X, (4)

характеристика которого дана в табл. 3. Все константы уравнения (4) значимы на 95-процентном уровне и выше. Уравнение (4) явилось основой для составления таксационных таблиц, предназначенных для оценки ЧПП деревьев ели и пихты сибирской на Среднем Урале. Путем его табулирования по задаваемым значениям независимых переменных, которые в этом случае служат в качестве «входов», составлена таблица для оценки фракционного состава ЧПП деревьев ели и пихты.

Таблица 3

Характеристика уравнения (4)___

Переменная 1п2, для: Константы и независимые переменные Я2 БЕ

ао а ,1п£> а21пЛ а3Х

стволов -2,1895 2, 3226 -0,6858 0,4848 0,925 0,326

ветвей -3,0175 2,1539 -0,8902 0,3792 0,928 0,285

хвои -4,1287 2,2246 -0,4408 0,5350 0,915 0,357

Соотношения в фракционной структуре ЧПП и закономерности ее изменения по определяющим факторам существенно отличаются от таковых, установленных для фитомассы деревьев. ЧПП деревьев пихты по сравнению с равновеликими и равновозрастными деревьями ели существенно меньше, а именно, по массе ствола, ветвей и хвои соответственно на 38, 32 и 41%. При увеличении диаметра ствола с 16 до 40 см и при условии одних и тех же значений высоты и возраста дерева ЧПП ствола, ветвей и хвои у обеих пород возрастает в 7-8 раз. При увеличении возраста равновеликих деревьев с 40 до 160 лет ЧПП ствола, ветвей и хвои сокращается соответственно в 2,6; 3,5 и 1,8 раза вследствие возрастного сдвига деревьев одного и того же диаметра из лидеров в кандидаты на отмирание.

ГЛАВА 5. ПРОДУКТИВНОСТЬ АССИМИЛЯЦИОННОГО АППАРАТА ЕЛИ И ПИХТЫ СИБИРСКОЙ В ГРАДИЕНТЕ ЗАГРЯЗНЕНИЙ ОТ СУМЗ

В результате модификации методики Й. Сидаравичюса (1985) по совокупности модельных деревьев нами рассчитаны уравнения 1п (г/Р7)=14,010 -5,9951Ы+0,592(Ы)2+0,05971п1+0,165Х(1п1)-0,197Х, (5)

Я2 = 0,584; БЕ = 0,279; 1п (2/С2) = 0,428 -0,635Ы +0,134 Ы, +0,270 Х(1п!) -0,328Х, (6)

Я2 = 0,523; БЕ = 0,365; где Zg - годичный прирост площади сечения ствола на высоте 1,3 м (см2), средний за последние 5 лет; Сг - площадь сечения заболони ствола (см2) на

высоте 1,3 м; Р/~ масса хвоя дерева, кг; А- возраст дерева, лет. Константы достоверны на 95-процентном уровне.

Результаты их табулирования показали (табл. 4), что продуктивность хвои снижается с возрастом дерева в пределах одной зоны загрязнения, а у деревьев одного и того же возраста - по мере приближения к источнику загрязнений. В импактной зоне продуктивность хвои у пихты выше, чем у ели, а в буферной и на контроле - наоборот, причем эта закономерность является общей для всех возрастов в исследуемом диапазоне и не зависит от выбранного показателя продуктивности.

Количественные характеристики трендов различаются как по принятому показателю продуктивности, так по видовой принадлежности дерева. У ели при увеличении расстояния от СУМЗ с 1 до 30 км показатель 1/Р/ возрастает в 2 раза, а показатель в 4 раза, тогда как у пихты - соот-

ветственно на 22 и 57%. Таким образом, на продуктивность хвои ели один и тот же уровень загрязнений оказывает значительно более сильное воздействие по сравнению с хвоей пихты.

Таблица 4

Изменение продуктивности хвои деревьев пихты разного возраста

в связи с удалением от СУМЗ

L, км Продуктивность хвои Z/Pf (см2/кг) при возрасте дерева, лет Продуктивность хвои Z/Gz (см2/см2) при возрасте дерева, лет

40 60 80 120 | 160 40 60 | 80 120 | 160

Ель

1 0,783 0,446 0,337 0,268 0,256 0,106 0,082 0,068 0,053 0,044

2 0,915 0,521 0,394 0,313 0,300 0,140 0,109 0,090 0,070 0,058

4 1,069 0,609 0,460 0,366 0,350 0,186 0,144 0,120 0,092 0,077

7 1,212 0,691 0,522 0,415 0,397 0,233 0,180 0,150 0,116 0,097

30 1,680 0,958 0,723 0,575 0,550 0,419 0,324 0,270 0,208 0,174

Пихта

1 0,953 0,543 0,410 0,326 0,312 0,147 0,114 0,095 0,073 0,061

2 0,993 0,566 0,428 0,340 0,325 0,162 0,125 0,104 0,080 0,067

4 1,035 0,590 0,446 0,354 0,339 0,177 0,137 0,114 0,088 0,074

7 1,071 0,610 0,461 0,367 0,351 0,191 0,148 0,123 0,095 0,079

30 1,168 0,666 0,503 0,400 0,382 0,232 0,180 0,150 0,116 0,096

ГЛАВА 6. ПЛОТНОСТЬ И СОДЕРЖАНИЕ СУХОГО ВЕЩЕСТВА В ФИТОМАССЕ ЕЛИ И ПИХТЫ СИБИРСКОЙ В ГРАДИЕНТЕ ЗАГРЯЗНЕНИЙ ОТ СУМЗ

Квалиметрические характеристики фракций фитомассы проанализированы методом многофакторного регрессионного моделирования согласно структуре уравнения:

рш и S = ао +ai D +а2Л + a3¿ + а4Х, (7)

где рш - плотность каждой фракции в свежем состоянии, кг/м3; S-ССВ, %; D - диаметр ствола на высоте груди, см; h - относительная высота сечения ствола, в долях от общей высоты дерева; X - бинарная переменная, равная 1 и 0 соответственно для ели и пихты.

В процессе расчета уравнения (7) установлено, что по показателю плотности древесины и коры ель и пихта не различаются (составила соответственно 0,86 и 1,83, что меньше toj - 2), и расчетная структура уравнения редуцирована к виду:

рш = ао +ai D +a2/i + a3L, (8)

тогда как для ССВ оставлена структура уравнения (7). Характеристика уравнений, полученных по фактическим данным модельных дисков, показывает, что все константы уравнений (7) и (8) значимы на 95-процентном уровне и выше. На их основе составлены соответствующие таблицы.

Таким образом, установлены статистически достоверные зависимости изменения содержания сухого вещества в древесине деревьев ели и пихты сибирской от степени удаления от источника загрязнений. Если по показателю плотности как древесины, так и коры стволов, ель и пихта достоверно не различаются, то по содержанию сухого вещества различия есть: по древесине названный показатель выше у ели, а по коре, наоборот, у пихты. ССВ в древесине повышается: у равновеликих деревьев по мере удаления от СУМЗ, а в пределах одной зоны загрязнения - по мере увеличения толщины ствола. ССВ в древесине в диапазоне от 0,2 до 0,8 высоты дерева снижается у ели на 13-15% и у пихты на 15-17%, а в коре соответственно на 10 и на 9%.

Для оценки ССВ ветвей и хвои принята структура регрессионной модели:

S = a« +ai D + а2А + a,L +a*X, (9)

где А - возраст дерева, лет. Поскольку расстояние от СУМЗ не оказывает влияния на содержание сухого вещества в ветвях и хвое (t,^ равно соответственно 1,51 и 0,60, что меньше tos = 2), переменная L исключена, и получены уравнения:

- для ветвей S = 43,28+0,0945D +0.0427Л +9,484Х; ДЧ),583; SE=4,20; (10)

- для хвои S = 40,61+0,06501) +0.0189Л +4,780Х; R2=0,638; SE=1,90; (11)

Все константы уравнений (10) и (11) значимы на 95-процентяом уровне и выше. На их основе составлена соответствующая таблица. Установлено, что у обеих пород ССВ в ветвях существенно выше, чем в хвое, и величина этого превышения различается по породам. В ветвях названный показатель равновеликих деревьев выше у ели по сравнению с пихтой на 19-21%, а в хвое лишь на 11%.

Имеется некоторое повышение ССВ в ветвях и хвое равновозрастных деревьев ели и пихты по мере увеличения толщины ствола и равновеликих

деревьев - по мере увеличения возраста дерева. Поскольку уровень загрязнений в данном случае не оказывает на названный показатель существенного влияния, можно предполагать, что в основе выявленных закономерностей лежат физиологические процессы.

Для предварительных расчетов или в случаях, когда нет возможности для определения плотности и ССВ в фракциях фитомассы термовесовым методом при ее оценке на пробных площадях в древостоях ели и пихты, необходимы средние значения названных показателей. Они рассчитаны нами по фактическим исходным данным образцов-навесок: ССВ в древесине ствола, коре ствола, ветвях и хвое составляет у ели соответственно 46,2; 43,9; 58,0 и 48,0, а у пихты соответственно 42,7; 44,4; 49,0 и 44,0, и видовые различия по всем фракциям достоверны за исключением коры ствола. Плотность в свежем состоянии древесины и коры ствола составляет у ели соответственно 803 и 871 кг/м3, и у пихты соответственно 805 и 847 кг/м3 при отсутствии достоверности видовых различий по данному показателю.

Таким образом, показатели ССВ и плотности коры, а также плотности древесины ствола в свежем состоянии, можно использовать как значения, общие для ели и пихты, а по остальным квалиметрическим показателям существуют достоверные видовые различия.

ГЛАВА 7. ФИТОМАССА И ПЕРВИЧНАЯ ПРОДУКЦИЯ ЕСТЕСТВЕННЫХ ЕЛОВО-ПИХТОВЫХ НАСАЖДЕНИЙ В ГРАДИЕНТЕ ЗАГРЯЗНЕНИЙ ОТ СРЕДНЕУРАЛЬСКОГО МЕДЕПЛАВИЛЬНОГО ЗАВОДА

Фракционная структура фитомассы естественных ельников и пихтарников средней тайги Урала в условиях фонового загрязнения.

По результатам перечетов древостоев на пробных площадях, заложенных в фоновых условиях загрязнения на территории Нижне-Сергинского лесничества, и полученным данным о фитомассе модельных деревьев регрессионным методом рассчитаны таксационная характеристика и показатели фракционной структуры надземной фитомассы ельников (с долей участия ели от 60 до 90%) и пихтарников (с долей участия пихты тоже от 60 до 90%). Классы бонитета - III- IV, возраст от 20 до 130 лет.

Поскольку среднетаежные темнохвойные леса представлены смешанными елово-пихтовыми древостоями, представляло интерес выяснить, в какой степени для оценки их фитомассы необходимы раздельные нормативы и можно ли разрабатывать и использовать нормативы, пригодные как для чистых, так и для смешанных елово-пихтовых древостоев.

Регрессионный анализ показал, что при условии равенства возраста нет статистически достоверных различий между пихтарниками и ельника-

кова (Колесников и др., 1973) территория лесничеств отнесена к подзоне южно-таёжных лесов и приурочена к Среднеуральской горной провинции. В диссертации описаны лесорастательные и климатические условия района, рельеф и почвы, гидрография и гидрологические условия.

ГЛАВА 3. МЕТОДИКА, ОБЪЕКТЫ И ОБЪЕМ ВЫПОЛНЕННЫХ РАБОТ

В условиях фонового загрязнения исследования структуры фитомас-сы ельников и пихтарников выполнены в Нижне-Сергинском лесничестве Свердловской области. Изучены ельники (6 пробных площадей) и пихтарники (6 пробных площадей) мшистые одного возрастного ряда. Пробные площади закладывались с учетом теоретических положений лесной таксации согласно ОСТ 56-69-83 "Пробные площади лесоустроительные". После рубки модельных деревьев, взятых по ступеням толщины, ствол делили на 10 секций, на середине каждой секции и на расстоянии 13 м от комля выпиливали диски и определяли диаметры ствола в коре и без коры. По этим замерам рассчитывали объем древесины и коры дерева. Диски взвешивали с точностью до 0,1 г и использовали далее для определения содержания коры и абсолютно сухого вещества в древесине и коре. По этим значениям рассчитывали абсолютно сухую фитомассу древесины и коры ствола. Возраст устанавливался по годичным кольцам на пне.

Фитомасса структурных частей кроны определялась после ее деления на три одинаковые по длине секции. После взвешивания каждой секции кроны с точностью до 50 г производилось деление их на охвоенные и веохвоенные ветви. Масса неохвоенных и охвоеваых ветвей взвешивалась с точностью до 50 г. Затем из охвоенной части каждой секции отбиралась навеска (около 0,5 кг) для установления соотношения хвои и скелетных частей. С этой целью хвоя в навеске отделялась от ветвей и отдельно взвешивалась масса этих компонентов с точностью до 1 г. По установленным соотношениям определяли фитомассу хвои и древесных частей для каждого слоя, а затем - для всей кроны. Для определения влажности и абсолютно сухой массы хвои и ветвей из каждой части кроны взяты их образцы, которые взвешивались с точностью до 0,01 г. По полученным значениям рассчитывали абсолютно сухую массу хвои и ветвей дерева. Сушка всех образцов производилась до постоянного веса в термостатах.

фракции Офит = 0,24-Ч),42< to5 = 2,0). Аналогичный результат дало сопоставление двух трендов для 41111 (рис. 16).

Характер изменения продуктивности нижнего яруса (куда вошли подрост, подлесок и живой напочвенный покров) в градиенте загрязнений принципиально отличается от закономерности, установленной для основного яруса: после резкого увеличения продуктивности на первых километрах удаления происходит не стагнация, а постепенное ее снижение (рис. 2). Это обусловлено тем, что кроме изменения уровня загрязнений на продуктивность нижнего яруса влияет изменение морфострукгуры и продуктивности основного яруса в градиенте, который конкурентно подавляет нижний ярус в насаждении. Закономерность резкого возрастания показателя с последующим постепенным снижением удовлетворяет условию функции Г, Бакмана (Васкшап, 1938), которая была введена в биологию для обоснования понятия «органического времени».

Расстоянпе, км

ный эффект (Алексеев, 1976; Ведюшкин, 1989; Воробейчик, Хантемирова, 1994).

S 2 0 н

10,0

8,0

6,0

4,0

2,0:

0,0 2,0

1,6

1,2

0,8

0,4

^ Я.

ж г

•У1

0,0

Рис. 2. Связь надземной фитомассы (а) и ЧПП (б) нижнего яруса елово-пихтового древостоя с расстоянием от СУМЗ, описываемая функцией Бакма-на, и их соотношение с фактическими данными.

В простейшем случае такие зависимости описываются логистической кривой как нисходящей составляющей петли гистерезиса. Зависимость продукционных показателей древостоев от индекса токсической нагрузки аппроксимировали логистическим уравнением, которое имеет вид:

Расстояние, км

(А - в0)

г 1 + exp(b0 + bi*index2) 0 где, Р, - фитомасса ¡-ой фракции (эффект); А - максимальный уровень Р,; ао - минимальный уровень />,; Ь0 и Ь, - коэффициенты; index2 - индекс токсичности (доза) по трем наиболее "техногенным" металлам, т.е. тем металлам, у которых на 3-х самых "грязных" участках наибольшие превышения над минимальным уровнем, а на 3-х самых дальних от источника выбросов участках - наименьшие превышения; в данном случае index2 рассчитан по Си, РЬ и Fe. Индекс токсичности рассчитан по формуле:

index2 =\* (14)

где, к - количество элементов (в нашем случае три); Х,} - концентрация г'-го элемента на j-ом участке; X, тт - минимальная концентрация ¡'-го элемента по всем участкам. Графическая интерпретация логистических зависимостей на фоне поля распределения экспериментальных данных в исследуемом градиенте (рис.3) показывает, что переход экосистем из одного состояния в другое происходит в интервале индекса токсичности от 20 до 40.

о в

240 200 160 120 80 40

Рис. 3. Зависимость «доза - эффект» для надземной фитомассы

(а) и годичной продукции (ЧПП)

(б) елово-пихтовых древостоев в градиенте загрязнений от СУМЗ.

к ^ 2 « Я я

б : * ;

1 х «■ .

* *

* * * ---—

0 20 40 60 80 100 Индекс токсичности

120

121 6 -----ВЫВОДЫ

1. По мере удаления от СУМЗ с 1 до 30 км масса хвои равновеликих деревьев у ели снижается на 32, а у пихты - на 18%. По-видимому, известная тенденция увеличения охвоенно-сти побегов по мере приближения к источник}' загрязнений в данном случае перекрывает другую известную тенденцию - увеличение «прозрачности» крон в том же направлении.

2. При равном удалении от СУМЗ равновеликие и равновозрастные деревья ели обладают существенно большей фитомассой хвои по сравнению с пихтой. Различия в охвоенности ели и пихты при прочих равных условиях могут служить в качестве их специфичных видовых характеристик.

3. Если на массу хвои и ее продуктивность удаление от СУМЗ оказывает существенное влияние, то на всю надземную фитомассу равновеликих деревьев ели и пихты влияние загрязнений отсутствует.

5. На годичный прирост (ЧПП) равновеликих и равновозрастных деревьев ели и пихты удаление от СУМЗ не оказывает достоверного влияния, но имеются существенные межвидовые различия.

6. Если масса хвои ели и пихты по мере приближения к источнику загрязнений возрастает, то по показателям относительной продуктивности хвои закономерность прямо противоположная, свидетельствующая о снижении продуктивности хвои в том же направлении. На продуктивность хвои ели один и тот же уровень загрязнений оказывает значительно более сильное воздействие по сравнению с хвоей пихты.

8. В условиях фонового загрязнения нет достоверного различия по фракционному составу фитомассы между ельниками с примесью пихты и пихтарниками с примесью ели при условии равенства их основных таксационных показателей, поэтому для таксации фитомассы смешанных елово-пихтовых древостоев применим составленный для них общий норматив.

9. Поскольку не установлено существенного влияния удаления от СУМЗ на фитомассу и ЧПП равновеликих деревьев как ели, так и пихты, расчет названных показателей на 1 га елово-пихтовых древостоев в градиенте загрязнений выполнен в двух вариантах: на основе обобщенного ал-лометрического уравнения и локальных уравнений, полученных по зонам загрязнений. Установлено, что между продукционными показателями, рассчитанными по двум вариантам, нет достоверного различия, и при оценке фитомассы и ЧПП в градиенте загрязнений можно использовать обобщенные уравнения того и другого показателя.

10. Если на уровне деревьев в градиенте загрязнений не выявлено достоверного их влияния на продукционные показатели, то на уровне древостоев такое влияние существенно: фитомасса и ЧПП древостоев по мере удаления от СУМЗ резко увеличивается в диапазоне от 1 до 4 км, а при дальнейшем удалении стабилизируется. Это означает, что на изменение биологической продуктивности древостоев в градиенте загрязнений влияет не структура фитомассы и ЧПП составляющих их деревьев, а таксационная структура древостоев.

11. Характер изменения продуктивности нижнего яруса принципиально отличается от закономерности, установленной для основного яруса: после резкого увеличения продуктивности на первых километрах удаления происходит не стагнация, а постепенное ее снижение вследствие возрастающего подавления основным ярусом.

12. Полученные закономерности изменения биологической продуктивности елово-пихтовых древостоев в градиенте загрязнений по мере удаления от СУМЗ служат основой для корректного картографирования продуктивности лесов. Для экологов более важно знание предельно допустимых нагрузок на лесные экосистемы, а для этого продуктивность последних необходимо связывать не с расстоянием от загрязнителя, а с изменением уровня поллютантов в соответствующих градиентах.

13. Зависимость фитомассы и ЧПП древостоев в градиенте загрязнений от индекса токсичности описана логистической кривой как нисходящей ветвью петли гистерезиса. Установлено, что переход экосистем из од-

ного стабильного состояния (в фоновой зоне) в другое (в импактной зоне) происходит в интервале индекса токсичности от 20 до 40.

ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ СЛЕДУЮЩИЕ РАБОТЫ:

По списку ВАК:

1. Усольцев В.А., Воробейчик Е.Л., Хантемирова Е.В., Бергман И.Е., Уразова А.Ф. Исследование биологической продуктивности насаждений по градиентам аэрозагрязнений: методический анализ и перспективы // Вестник МагГТУ (Йошкар-Ола). 2009. № 2(6). С.67-76.

2. Усольцев В.А., Бергман И.Е., Уразова А.Ф., Борников A.B., Жа-набаева A.C., Воробейчик Е.Л., Колтунова А.И.. Изменение продуктивности хвои деревьев в градиенте промышленных загрязнений на Среднем Урале // Известия Оренбургского гос. аграрного ун-та. 2010. № 1(25). С. 40-43.

3. Накай Н.В., Уразова А.Ф., Бергман И.Е., Сопига В.А. Фракционная структура фитомассы естественных пихтарников и ельников Среднего Урала // Естественные и технические науки. 2010. № 3 (47). С. 130-132.

Статьи в прочих журналах:

4. Усольцев В.А., Уразова А.Ф., Бергман И.Е. Изменение квагш-метрических характеристик фитомассы деревьев ели и пихты вблизи Среднеуральского медеплавильного завода // Леса России и хоз-во в них. 2010. №3(37). С. 37-41.

Статьи в тематических сборниках:

5. Усольцев В.А., Воронов М.П., Часовских В.П., Накай Н.В., Бергман И.Е., Уразова А.Ф., Борников A.B., Жанабаева A.C. Разработка системы пространственного анализа депонирования углерода лесными экосистемами Уральского региона. Аннотационный отчет по гранту РФФИ «Урал» № 07-07-96010 // Региональный конкурс РФФИ «Урал», Свердловская область. Результаты научных работ, полученные за 2008 г. Екатеринбург: Региональный научно-технический центр, 2009. С. 252-255.

6. Усольцев В.А., Накай Н.В., Уразова А.Ф., Борников A.B., Жанабаева A.C., Бергман И.Е. Углерододепонирующая способность лесов: базы данных, методы оценки, география // Генетика, экология, и география дендропопуляций и ценоэкосистем. Екатеринбург: УрО РАН, 2010. С. 8088.

7. Усольцев В.А., Воронов М.П., Часовских В.П., Накай Н.В., Семы-шев М.М., Бергман И.Е, Уразова А.Ф., Борников A.B., Жанабаева A.C. Разработка системы пространственного анализа депонирования углерода лесными экосистемами Уральского региона // Разработка системы пространственного анализа депонирования углерода лесными экосистемами Уральского региона // Аннотационный отчет по гранту РФФИ «Урал» №

07-07-96010. Региональный конкурс РФФИ «Урал», Свердловская область. Результаты научных работ, полученные за 2007-2009 гг. Екатеринбург: Региональный научно-технический центр, 2010. С. 233-237.

Статьи в материалах конференций:

8. Усольцев В.А., Бергман И.Е., Уразова А.Ф., Воробейчик E.JI. Изменение продуктивности листвы деревьев под действием загрязнений: новый метод оценки // Международное сотрудничество в лесном секторе: баланс образования, науки и производства. Матер, международной конфер. Йошкар-Ола: МарГТУ, 2009. С. 64-68.

9. Усольцев В.А., Борников A.B., Жанабаева A.C., Уразова А.Ф., Бергман И.Е. Фитомасса лесных экосистем Урала по градиентам промышленных загрязнений // Лесное хозяйство и зеленое строительство в Западной Сибири. Матер. V международной интернет-конференции. Томск: Изд-во ТПУ, 2011. С. 185-188.

10. Бергман И.Е., Уразова А.Ф., Усольцев В.А. Изменение плотности и содержания сухого вещества во фракциях надземной фитомассы ели и пихты в районе Среднеуральского медеплавильного завода // Научное творчество молодежи - лесному комплексу России: Материалы VII всероссийской научно-технической конф. студентов и аспирантов. Екатеринбург: УГЛТУ, 2011. С. 12-13.

11. Уразова А.Ф., Бергман И.Е., Усольцев В.А. Изменение фитомассы елово-пихтовых насаждений в градиенте промышленных загрязнений на Среднем Урале // Формирование регионального лесного кластера: социально-экономические и экологические проблемы и перспективы лесного комплекса: Материалы VIII международной конф. Екатеринбург: УГЛТУ, 2011. С. 239-241.

Отзывы на автореферат просим направлять в двух экземплярах с заверенными печатью подписями по адресу: 620100, г. Екатеринбург, Сибирский тракт, 37, УГЛТУ, ученому секретарю диссертационного совета Бачуриной A.B. Факс: (343) 254-62-25; e-mail: dissovet.usfeu@mail.ru.

Подписано в печать 29.04.2011. Объем 1,0 п. л. Заказ № -<96. Тираж 100. 620100, г. Екатеринбург, Сибирский тракт, 37. Уральский государственный лесотехнический университет. Отдел оперативной полиграфии.

Содержание диссертации, кандидата сельскохозяйственных наук, Бергман, Игорь Евгеньевич

Введение. Общая характеристика работы.

Глава 1. Состояние проблемы.

1.1. Аэрозагрязнение окружающей среды и лесные экосистемы.

1.2. О некоторых особенностях оценки воздействия аэрозагрязнений на лесные экосистемы.

1.3. Физиологически обусловленные аспекты оценки фитомассы деревьев, в том числе в условиях атмосферного загрязнения.

1.4. Методы и результаты оценки квалиметрических показателей фитомассы деревьев.

Глава 2. Характеристика природных условий и лесного фонда в районах исследования.

2.1. Билимбаевское лесничество Свердловской области.

2.2. Нижне-Сергинское лесничество Свердловской области.

Глава 3. Методика, объекты и объем выполненных работ.

3.1. Методика полевых работ при закладке пробных площадей в условиях фонового загрязнения.

3.2. Методика полевых работ при закладке пробных площадей в градиенте загрязнения от СУМЗ.

Глава 4. Структура фитомассы и первичной продукции деревьев ели сибирской и пихты сибирской в градиенте загрязнений: сравнительный анализ и составление таксационных таблиц.

4.1. Расчет и сравнительный анализ аллометрических уравнений фитомассы деревьев ели и пихты и составление таксационных таблиц.

4.2. Расчет и сравнительный анализ аллометрических уравнений ЧПП деревьев ели и пихты и составление таксационных таблиц.

Глава 5. Продуктивность ассимиляционного аппарата ели и пихты сибирской в градиенте загрязнений от СУМЗ.

5.1. Общие положения.

5.2. Регрессионные модели и таблицы для оценки продуктивности хвои деревьев в градиенте загрязнений от СУМЗ.

Глава 6. Плотность и содержание сухого вещества в фитомассе ели и пихты сибирской в градиенте загрязнений от СУМЗ.

6.1. Регрессионные модели и таблицы для оценки квалиметрических показателей фитомассы стволов деревьев в градиенте загрязнений от СУМЗ.

6.2. Регрессионные модели и таблицы для оценки квалиметрических показателей фитомассы крон деревьев в градиенте загрязнений от СУМЗ.

Глава 7. Фитомасса и первичная продукция естественных елово-пихтовых насаждений в градиенте загрязнений от СУМЗ.

7.1. Фракционная структура фитомассы естественных ельников и пихтарников средней тайги Урала в условиях фонового загрязнения.

7.2. Структура фитомассы и первичной продукции елово-пихтовых насаждений и анализ их связи с расстоянием от источника загрязнений.

7.3. Структура фитомассы и первичной продукции елово-пихтовых насаждений в градиенте загрязнений: зависимости «доза — эффект».

Выводы.

Введение Диссертация по сельскому хозяйству, на тему "Биологическая продуктивность ели и пихты в градиенте атмосферных загрязнений на Урале: сравнительный анализ и составление таксационных таблиц"

Изменениям экосистем, испытывающих действие промышленных выбросов, посвящено много исследований, однако имеются лишь единичные попытки построения зависимостей «доза-эффект» на экосистемном уровне. Причины этого вытекают из прикладного характера большинства подобных исследований и, как следствие, - недостаточного количества экспериментальных данных для адекватного представления траектории реакции экосистемы (Воробейчик, 2005).

Для разработки проблемы необходимы соответствующие экспериментальные полигоны. В идеале такой полигон должен представлять территорию, в пределах которой крупный длительно действующий (порядка 50-80 лет) точечный источник эмиссии поллютантов "погружен" в фоновую (т.е. мало затронутую хозяйственной деятельностью) среду.

На Урале одним из наиболее интенсивных источников токсичных выбросов (главным образом, это соединения серы и тяжелые металлы) в атмосферу является медеплавильное производство, в частности, Среднеуральский медеплавильный завод (СУМЗ) в Свердловской области.

Цель и задачи исследования. Целью диссертационной работы является сравнительная оценка количественных и квалиметрических показателей фитомассы и чистой первичной продукции (41И1) ели и пихты сибирской в градиенте загрязнений от СУМЗ.

В связи с поставленной целью конкретные задачи исследования:

На защиту выносятся следующие положения:

• сравнительная характеристика биологической продуктивности ели и пихты сибирской в градиенте загрязнений от СУМЗ, выраженная в абсолютных и относительных количественных показателях;

• закономерности изменения плотности и содержания сухого вещества в фитомассе ели и пихты в градиенте загрязнений;

• таблицы для определения количественных показателей фитомассы и 41Ш деревьев ели и пихты сибирской, а также их квалиметрических характеристик в градиенте загрязнений от СУМЗ.

Научная новизна. Впервые дана сравнительная характеристика продуктивности хвои ели и пихты сибирской в градиенте загрязнений от СУМЗ и построены зависимости для биологической продуктивности насаждений типа «доза - эффект»; составлены таблицы для определения количественных и квалиметрических показателей фитомассы и 41Ш деревьев ели и пихты сибирской и дан их сравнительный анализ в градиенте загрязнений от СУМЗ.

Апробация работы. Основные результаты исследований изложены на международных научно-технических конференциях «Международное сотрудничество в лесном секторе: баланс образования, науки и производства» (Йошкар-Ола, 2009); «Математическое моделирование в экологии» (Пущино, 2011); «Лесное хозяйство и зеленое строительство в Западной Сибири» (Томск, 2011); VII всероссийской научно-технической конференции студентов и аспирантов «Научное творчество молодежи — лесному комплексу России» (Екатеринбург, 2011); VIII международной научно-технической конференции «Формирование регионального лесного кластера: социальноэкономические и экологические проблемы и перспективы лесного комплекса» (Екатеринбург, 2011) и всероссийской научной молодежной школе-конференции «Биологическая рекультивация и мониторинг нарушенных промышленностью земель» (Екатеринбург, 2011).

Заключение Диссертация по теме "Лесоустройство и лесная таксация", Бергман, Игорь Евгеньевич

ВЫВОДЫ

1. Чтобы исключить варьирование биопродуктивности, обусловленное ценотическим положением дерева, использована структура аллометрическо-го уравнения, в котором ценотическое положение включено в качестве одной независимой переменной, а в качестве второй независимой переменной - степень удаления от СУМЗ. Установлено, что по мере удаления от СУМЗ с 1 до 30 км масса хвои равновеликих деревьев у ели снижается на 32, а у пихты — на 18%. По-видимому, известная тенденция увеличения охвоенности побегов по мере приближения к источнику загрязнений в данном случае перекрывает другую известную тенденцию - увеличение «прозрачности» крон в том же направлении.

2. Если в импактной зоне масса хвои у пихты на 47% ниже, чем у ели, то на контроле — лишь на 36%. Таким образом, при равном удалении от СУМЗ равновеликие и равновозрастные деревья ели обладают существенно большей фитомассой хвои по сравнению с пихтой. Различия в охвоенности ели и пихты при прочих равных условиях могут служить в качестве их специфичных видовых характеристик. При увеличении возраста от 40 до 160 лет масса хвои равновеликих деревьев ели и пихты в одной и той же зоне загрязнения снижается одинаково — на 40%.

4. Установлены видовые различия и по структуре фитомассы деревьев: у пихты по сравнению с равновеликими деревьями ели масса ствола, ветвей и хвои соответственно на 8, 31 и 42% меньше. Небольшая (8-процентная) разница в массе стволов, по-видимому, обусловлена более низкой условной (базисной) плотностью древесины пихты по сравнению с елью. При увеличении диаметра ствола с 12 до 40 см фитомасса стволов, ветвей и хвои обеих пород увеличивается соответственно в 10, 33и17 раз. С изменением высоты дерева фитомасса связана намного слабее: например, в диапазоне высот от 8 до 24 м i фитомасса ствола, ветвей и хвои возрастает соответственно в 2,0; 2,5 и 1,3 раза.

5. На годичный прирост (41111) равновеликих и равновозрастных деревьев ели и пихты удаление от СУМЗ не оказывает достоверного влияния, но имеются существенные межвидовые различия: у пихты показатели названных деревьев по массе ствола, ветвей и хвои соответственно на 38, 32 и 41% ниже, чем у ели. При увеличении диаметра ствола с 16 до 40 см при прочих равных условиях Hi 111 ствола, ветвей и хвои у обеих пород возрастает в 7-8 раз. При увеличении возраста равновеликих деревьев с 40 до 160 лет 41111 ствола, ветвей и хвои сокращается соответственно в 2,6; 3,5 и 1,8 раза вследствие возрастного сдвига деревьев одного-и того же диаметра из лидеров в кандидаты на отмирание.

6. Если масса хвои ели и пихты по мере приближения к источнику загрязнений возрастает, то по показателям относительной продуктивности хвои закономерность прямо1 противоположная, свидетельствующая о снижении продуктивности хвои'в том, же направлении. В пределах одной зоны загрязнения-названные показатели снижаются с возрастом'дерева. В импактной зоне продуктивность хвои у пихты выше, чем у ели, а в буферной и на контроле - наоборот, причем эта закономерность является общей для всех возрастов в исследуемом диапазоне и не зависит от выбранного показателя продуктивности. Установлено, что на продуктивность хвои ели один и тот же уровень загрязнений оказывает значительно более сильное воздействие по сравнению с хвоей пихты.

7. Установлены закономерности изменения плотности в свежем состоянии и содержания сухого вещества в различных фракциях фитомассы ели и пихты в связи с основными определяющими факторами и составлены соответствующие таблицы. Для практического использования выведены средние показатели: содержание сухого вещества в древесине ствола, коре ствола, ветвях и хвое составляет у ели соответственно 46,2; 43,9; 58,0 и 48,0, а у пихты соответственно 42,7; 44,4; 49,0 и 44,0, и видовые различия по всем фракциям достоверны за исключением коры ствола. Плотность в свежем состоянии древесины и коры ствола составляет у ели соответственно 803 и 871

3 л кг/м , и у пихты соответственно 805 и 847 кг/м при отсутствии достоверности видовых различий по данному показателю.

9. Поскольку не установлено существенного влияния удаления от СУМЗ на фитомассу и 411L1 равновеликих деревьев как ели, так и пихты, расчет названных показателей на 1 га елово-пихтовых древостоев в градиенте загрязнений выполнен в двух вариантах: на основе обобщенного аллометрического уравнения и локальных уравнений, полученных по- зонам загрязнений. Установлено, что между продукционными показателями, рассчитанными по двум вариантам, нет достоверного различия, и при оценке фитомассы и 41Ш в градиенте загрязнений можно использовать обобщенные уравнения того и другого показателя.

10. Если на уровне деревьев в градиенте загрязнений не выявлено достоверного их влияния на продукционные показатели, то на уровне древостоев такое влияние существенно: фитомасса и 41111 древостоев по мере удаления от СУМЗ резко увеличивается в диапазоне от 1 до 4 км, а при дальнейшем удалении стабилизируется. Это означает, что на изменение биологической продуктивности древостоев в градиенте загрязнений влияет не структура фитомассы и 41Ш составляющих их деревьев, а таксационная структура древостоев.

11. Характер изменения продуктивности нижнего яруса принципиально отличается- от закономерности, установленной для основного яруса: после резкого увеличения продуктивности на первых километрах удаления происходит не стагнация, а постепенное ее снижение. Это обусловлено тем, что кроме изменения уровня загрязнений на продуктивность нижнего яруса влияет изменение морфоструктуры и продуктивности основного яруса в градиенте, который конкурентно «изгоняет» нижний ярус из структуры насаждения. Закономерность резкого возрастания показателя с последующим постепенным снижением удовлетворяет условию функции Г. Бакмана.

12. Полученные закономерности изменения биологической продуктивности елово-пихтовых древостоев в градиенте загрязнений по мере удаления от СУМЗ служат основой для корректного картографирования продуктивности лесов. Для экологов более важно знание предельно допустимых нагрузок на лесные экосистемы, а для этого продуктивность последних необходимо связывать не с расстоянием от загрязнителя, а с изменением уровня поллю-тантов в соответствующих градиентах.

13. Зависимость фитомассы и 41111 древостоев в градиенте загрязнений от индекса токсичности описана логистической кривой как нисходящей ветвью петли гистерезиса. Установлено, что переход экосистем из одного стабильного состояния (в фоновой зоне) в другое (в импактной зоне) происходит в интервале индекса токсичности от 20 до 40.

Библиография Диссертация по сельскому хозяйству, кандидата сельскохозяйственных наук, Бергман, Игорь Евгеньевич, Екатеринбург

1. Акимова Т.А., Хаскин В.В. Экология. Человек-Экономика-Биота-Среда: Учебник для вузов. М : ЮНИТИ-ДАНА, 2001. 566 с.

2. Алексеев A.C. Радиальный прирост деревьев и древостоев в условиях атмосферного загрязнения // Лесоведенье. 1993. №4. С. 66-69.

3. Алексеев A.C., Лайранд Н.И., Поповичев Б.Г., Яценко-Хмелевский A.A. Прогноз состояние древостоев; подверженных токсическому действию атмосферных загрязнителей //Бот. Журнал. 1986. № 11. С. 1567-1580;

4. Алексеев А.С, Тарасов Е.В: Состояние древостоев сосны в зоне промышленного загрязнения в связи с накоплением никеля и меди в биомассе хвои и напочвенного покрова // Экология; и защита леса. С-Петербург: ЛТА, 1992. С. 10-15.

5. Алексеев В 3. Биогеоценозы автогенераторы и триггеры // Журн. общей биологии. 1976. Т. XXXVII. № 5. С. 738-744.

6. Алексеев В.А., Андреева E.H., Горшков В.В., Друзина В.Д., МеньшиковаГ.И., Чертов 0;Г., Ярмишко В.Т. Влияние выбросов работающей на угле электростанции на заболоченные северотаежные сосняки // Бот. журн. 1986. Т. 71. №5. С. 664-672.

7. Альберт Э. Избирательная токсичность. М.: Мир, 1971. 431 с.

8. Антанайтис В.В. Мониторинг лесов и лесоустройство // Мониторинг лесных экосистем.: Тез. докл. науч. конф. Каунас-Академия, 1986. С. 5-6.

9. Антипов В.Г. Отношение древесных растений к промышленным газам: Автореф. дис. докт. биол. наук. Л., 1975. 50 с.

10. Арманд А.Д., Ведюшкин М.А., Тарко A.M. Модель воздействия промышленных загрязнений на лесной биогеоценоз // В кн.: Воздействие промышленных предприятий на окружающую среду. М., 1987. С. 291-296.

11. Арманд А.Д., Кайдакова В.В., Кушнарева Г.В., Добродеев В.Г. Определение пределов устойчивости геосистем на примере окрестностей Мончегорского металлургического комбината // Изв. АН СССР. Сер. географич. 1991. № 1.С. 93-104.

12. Армолайтис К., Вайчис К. К вопросу оценки газоустойчивости и жизнеспособности древесных растений в зоне влияния заводов азотных удобрений // Тез. докл. научн. конф. «Мониторинг лесных экосистем». Каунас, 1986. С. 211-212.

13. Аугустайтис A.A. Особенности формирования надземной фитомассы сосновых молодняков в условиях загрязнения природной среды // Проблемы экологического мониторинга и моделирования экосистем. Т. 12. JL: Гидро-метеоиздат, 1989. С. 32-51.

14. Будун A.C. Влияние выбросов предприятий цветной металлургии на окружающую среду // Бюллетень почвенного института имени В.В. Докучаева. Загрязнение среды. Вып. 24. М., 1980. С. 22-24.

15. Васильева Н.П., Гитарский M.JL, Карабань Р.Т. и др. Мониторинг поврежденных загрязняющими веществами лесных экосистем России // Лесоведение. 2000. №1. С. 23-31.

16. Ватковский О.С. Оценка текущего состояния насаждений таксационными методами // Тез. докл. научн. конф. «Мониторинг лесных экосистем». Каунас, 1986. С. 9-10.

17. Ведюшкин М.А. Гистерезис в конкурентных системах // Факторы и механизмы устойчивости геосистем. М.: Ин-т географии АН СССР, 1989.* С. 215-225.

18. Венчиков А.И. Биотика. М.: Медгиз, 1962. 235 с.

19. Влияние загрязнений воздуха на растительность: Причины. Воздействие. Ответные меры. Под ред. ДеслераХ.Г. М.: Лесн. пром-сть, 1981. 184 с.

20. Воробейчик Е.Л. «Грязная» экология в ИЭРиЖ // Уральская экологическая школа: вехи становления и развития. Екатеринбург, 2005. С. 175-217.

21. Воробейчик Е.Л., Садыков О.Ф., Фарафонтов М.Г. Экологическое нормирование техногенных загрязнений наземных экосистем (локальный уровень). Екатеринбург: Наука, 1994. 280 с.

22. Воробейчик Е.Л., Хантемирова Е.В. Реакция лесных фитоценозов на техногенное загрязнение: зависимость «доза-эффект» // Экология. 1994. № 3. С. 31-43.

23. Гальперин М.И., Фимушин Б.С. Использование связи прироста деревьев по диаметру с размерами их крон для оценки жизнеустойчивости пригородных сосновых древостоев // Текущий прирост древостоев. Минск: Урад-жай, 1975. С. 133-136.

24. Георгиевский Н.П. О развитии насаждений при рубках ухода // Развитие русского лесоводства. М.; Л.: Гос. лесотехнич. изд-во, 1948. С. 112-179.

25. Голиков В.В. Плотность коры ветвей светлохвойных пород Сибири // Лиственница и ее использование в народном хозяйстве. Красноярск: СТИ, 1982. С. 23-25.

26. Горчаковский П.Л. Растительность Свердловской области // Природа Свердловской области. Свердлгиз, 1958. С. 86-142.

27. Горчаковский П.Л. Темнохвойная тайга Среднего Урала и прилегающей части Среднего Урала // Материалы по классификации растительности Урала. Тезисы докл. Свердловск, 1959 (Ин-т биол. Уральского фил. АН СССР). С. 18-22.

28. Горчаковский П.Л. Некоторые вопросы классификации растительности Урала. Вопросы классификации растительности. Тр. Ин-та биол. Уральского фил. АН СССР. Вып. 27. Свердловск, 1961. С. 61-70.

29. Григорьев В.П., Юргенсон H.A. Адсорбционная способность соснового насаждения и его устойчивость к промышленным эмиссиям // Экология. 1982. №6. С. 14-21.

30. Гудериан Р. Загрязнение воздушной среды. М.: Мир, 1979. 200 с.

31. Дрейпер Н., Смит Г. Прикладной регрессионный анализ. М.: Статистика, 1973. 392 с.

32. Завалишин A.A. Почвы Кузнецкой лесостепи // Тр. СОПС Академии наук. Сер. сибир., 1936. Т. 20. С. 165.

33. Завьялов К.Е. Состояние искусственных насаждений березы повислой (Betula pendula Roth) в условиях магнезитового загрязнения: Дис. .канд. с.-х. наук. Екатеринбург: БС УрО РАН, 2009. 131 с. (Фонды УГЛТУ)

34. Иванов А.И., Дубинин А.И. Площадь сечений заболони и площадь зоны транзита влаги в ней у сосны обыкновенной // Лесоведение. 1992. № 5. С. 28-37.

35. Израэль Ю.А. Экология и контроль состояния природной среды. М.: Гидрометеоиздат, 1984. 560 с.

36. Калинин В.А., Крюк В.И., Луганский H.A., Шавнин С.А. Модель оценки состояния пораженных древостоев // Экология. 1991. № 3. С. 21-28.

37. Коженков Л.Л. К методике оценки состояния лесных насаждений, подверженных воздействию промышленных выбросов // Повышение устойчивости и природоохранной роли лесов. М., 1983. С. 115-119.

38. Колесников Б.П. Леса Свердловской области // Леса СССР. Т. 4. М.: Наука, 1969. С. 64-124.

39. Колесников Б.П., Зубарева P.C., Смолоногов Е.П. Лесорастительные условия и типы лесов Свердловской области. Свердловск: УНЦ АН СССР,1973. 176 с.

40. Коновалов H.A. Типы хвойных лесов Урала и их хозяйственное значение. Украинское совещание по лесной типологии. Тез. докл. Харьков: Укр-НИИЛХ, 1961. С. 9-11.

41. Коссович Н.Л. Влияние рубок ухода на ассимиляцию, освещение и прирост ели в елово-лиственном древостое // Рубки ухода за лесом. Л.: ЦНИИЛХ, 1940. С. 90-135.

42. Кругооборот веществ в природе. Киев: Наукова думка, 1971. 120 с. Крючков К.В. Влияние факелов по сжиганию попутного газа на лесные насаждения: Автореф. дис.канд. с.-х. наук. Екатеринбург: УГЛТА, 2000. 20с.

43. Кулагин Ю.З. Древесные растения и промышленная среда. М.: Наука,1974. 124 с.

44. Кулагин Ю.З. Лесообразующие виды, техногенез и прогнозирование. М.: Наука, 1980. 116 с.

45. Кулагин Ю.З., Сергейчик С.А. О газоаккумулирующей функции древесных растений //Экология. 1982. №6. С. 9-14.

46. Кулагин A.A., Шагиева Ю.А. Древесные растения и биологическая консервация промышленных загрязнителей. М.: Наука, 2005. 190 с.

47. Лазарева Н.П., Кучко A.A., Кравченко A.B. и др. Влияние аэротехногенного загрязнения на состояние сосновых лесов Северной Карелии. Петрозаводск: Институт леса, 1992. 52 с.

48. Лиепа И.Я., Никодемус О.Э., Раман К.К., Скудра А .Я. Временной ход реакции сосняков в условиях изменчивого загрязнения воздуха // Темпоральные аспекты моделирования и прогнозирования в экологии. Сб. научн. тр. Рига: ЛатГУ, 1986. С. 114-127.

49. Лукина Н.В., Никонов В.В. Изменение первичной продуктивности еловых древостоев под влиянием техногенных загрязнений на Кольском // Лесоведение. 1991. № 4. С. 37-45.

50. Мажейка Ю.Ф., Рупшис П.П. Оценка состояния и степени сохранности лесных экосистем //Мониторинг лесных экосистем. Каунас, 1986. С. 19-20.

51. Маковская М.А., Земкова Е.И., Кругликов С.А. Влияние промышленных,загрязнителей на зольный состав листьев древесных растений и заселенность их членистоногими // Экология. 1984. № 3. С. 17-22.

52. Мартынюк A.A. Густота охвоения побегов как показатель степени' ослабления деревьев сосны промышленными выбросами // Основы выращивания защитных насаждений на водосборных бассейнах малых рек. М., 1985. С. 115-121.

53. Мартынюк A.A., Данилов Н.И. Влияние промышленных выбросов на рост и производительность сосновых древостоев // Лесное хозяйство. 1989. № 4. С. 17-19.

54. Махнев, А.К., Трубина М.Р., Прямоносова С.А. Лесная растительность в окрестностях предприятий цветной металлургии // Естественная растительность промышленных и урбанизированных территорий Урала. Свердловск: УрО АН СССР, 1990. С.3-41.

55. Менщиков С.Л. Мониторинг загрязненных предтундровых лесов на юге Таймыра // Динамика лесных фитоценозов и экология насекомых вредителей в условиях антропогенного воздействия. Свердловск: УрО АН СССР, 1991. С. 15-25.

56. Менщиков С.Л., Ившин А.П. Закономерности трасформации предтундровых и таежных лесов в условиях аэротехногенного загрязнения. Екатеринбург: УрО РАН, 2006. 295 с.

57. Методы изучения лесных сообществ (под ред. В.Т. Ярмишко и И.В1 Лянгузовой). СПб.: НИИХимии СПбГУ, 2002. 240 с.

58. Мешковский- З.Д. Изменение динамики реакции древесных растений под влиянием антропогенного воздействия: Автореф. дис. . канд. биол. наук. Ленинград: ЛКУ, 1984. 19 с.

59. Низаметдинов Н.Ф. Оценка-состояния сосновых древостоев в условиях аэропромышленного загрязнения атмосферы по цифровым! фотографиям-крон деревьев и спутниковым фотоснимкам: Автореф. дис. канд. с.-х. наук. Екатеринбург: УГЛТУ, 2009. 19 с.

60. Никитин К.Е., Швиденко А.З. Методы и техника обработки лесово-дственной информации. М.: Лесная пром-сть, 1978. 272 с.

61. Николаевский B.C. Биологические основы газоустойчивости растений. Новосибирск: Наука, 1979. 280 с.

62. Николаевский B.C. Лес и промышленные выбросы // Лесное хоз-во. 1987. №10. С. 63-65.

63. Перелыгин A.M., Уголев Б.Н. Древесиноведение. М.: Лесная пром-сть, 1971.318 с.

64. Петров B.B. Банк семян в почвах лесных фитоценозов Европейской части СССР. М.: МГУ, 1989. 176 с.

65. Писаренко А.И. Глобальная деградация лесов и проблемы лесного хозяйства//Лесн. хоз-во. 1989. № 10. С.5-10.

66. Поздняков Л.К. Лесное ресурсоведенье. Новосибирск: Наука. Сиб. отделение, 1973. 120с.

67. Поздняков Л.К., Протопопов В.В., Горбатенко В.М. Биологическая продуктивность лесов Средней Сибири и Якутии. Красноярск: Книжное изд-во, 1969. 120 с.

68. Полубояринов О.И. Плотность древесины. Л.: ЛТА, 1973. 76 с. Полубояринов О.И. Влияние лесохозяйственных мероприятий на качество древесины. Л.: ЛТА, 1974. 96 с.

69. Полубояринов О.И. Плотность древесины. М.: Лесная пром-сть, 1976а.160 с.

70. Полякова Н.Ф. Соотношения между массой листвы, приростом древесины и транспирацией // ДАН СССР. 1954. Т. 96. № 6. С. 1261-1263.

71. Проблемы экологии растительных сообществ. Отв. ред. В.Т. Ярмишко. СПб.: ООО «ВВМ», 2005. 450 с.

72. Растительный покров СССР. Пояснит. Текст к «Геобот. карте СССР». Под ред. А. М. Лавренко и В. Н. Сочавы, ч. 1. М. Л.: Изд-во АН СССР, 1956. 460 с.

73. Родин А.Е., Ремезов Н.П., Базилевич Н.И. Методические указания к изучению динамики и биологического круговорота в фитоценозах. Л.: Наука, 1968. 143 с.

74. Рожков A.A., Козак В.Т. Устойчивость лесов. М.: Агропромиздат, 1989.239 с.

75. Рунова Е.М., Нежевец Г.М. Некоторые аспекты влияния промвыбросов на! состояние древостоев в условиях Братска // Науч. техн. разраб. пробл. лес. комплекса. СПб., 1992. С. 12-16.

76. Рупшис П.П. Взаимозаменяемость показателей оценки сохранности лесных экосистем//Мониторинг лесных экосистем. Каунас, 1986. С. 193-194.

77. Русаленко А.И. Петров Е.Г. Определение прироста фитомассы в сосновых насаждениях // Текущий прирост древостоев: матер, конф. Минск, 1975. С. 139-140.

78. Селиховкин A.B., Поповичев В.Г. Лесное хозяйство и промышленное загрязнение // Научно-исследовательские работы за 1981-1985 гг.: Сб. науч. тр. М.: Лесн. пром-сть, 1985. С. 198-202.

79. Семечкина М.Г. Структура фитомассы сосняков. Новосибирск, 1978.165 с.

80. Сидаравичюс И.М. Изменение биологической продуктивности деревьев при различном уровне атмосферного загрязнения // Закономерности роста и производительности древостоев. Каунас: ЛитСХА, 1985. С. 228-230.

81. Сидорович Е.А., Рупасова Ж.А., Бусько Е.Г. Функционирование лесных фитоценозов в условиях антропогенных нагрузок. Минск.: Наука и техника, 1985. 205 с.

82. Скуодене Л. Метод определения физиологического состояния деревьев по проницаемости клеточных мембран для ионов калия // Труды ЛитНИ-ИЛХ. 1988. Т. 28. С. 26-33.

83. Смирнов В.В. Органическая масса в некоторых лесных фитоценозах европейской части СССР. М.: Наука, 1971. 362 с.

84. Смит У. Лес и атмосфера. М.: Прогресс, 1985. 430 с.

85. Степанов A.M. Методология биоиндикации и фонового мониторинга экосистем суши // Экотоксикология и охрана природы. М., 1988. С. 28-108.

86. Технеряднов|А.В., Шоманов Ж.Ш. Определение весевого запаса стволов с помощью условной« плотности древесины в культурах сосны Чалдай-ского лесхоза // Науч. тр. КазСХИ. 1976. Т.19. № 3. С. 93-100.

87. Туганаев В.В. Моя Вселенная. Ижевск: Изд-во «Удмуртский ун-т», 2011. 197 с.

88. Усольцев В.А. Березовые сучья — сырье для производства древесностружечных плит // Информатор'ЛатНИИЛХП: Обзоры текущих исследовании. Рига: ЛатНИИЛХП, 1971. С.78-83;

89. Усольцев В.А. Вес кроны березы и осины в насаждениях Северного Казахстана//Вестник с.-х. науки (Алма-Ата). 1972. № 4. С. 77-80.

90. Усольцев В.А. Элементы биологической продуктивности березово-осиновых лесов, Северного Казахстана: Автореф. дис. канд. с.-х. наук. Свердловск: УЛТИ, 1973. 26 с.

91. УсольцевВ.А. Фитомасса крон спелых березово-осиновых насаждений в Северном Казахстане // Лесоведение. 1974. № 2. С. 86-88.

92. Усольцев В.А. Тонкомерные сортименты березы и осины для производства древесно-стружечных плит // Плиты и фанера: Реф. информация. 1975. № 10. С.6-7.

93. Усольцев В.А. Моделирование структуры и динамики фитомассы древостоев. Красноярск: Изд-во Красноярского университета, 1985. 191 с.г

94. Усольцев В.А. Рост и структура фитомассы древостоев. Новосибирск: Наука, 1988. 253 с.

95. Усольцев В. А. Биоэкологические, аспекты таксации фитомассы* деревьев. Екатеринбург: Изд-во УрО РАН, 1997. 216 с.

96. Усольцев В.А. Формирование банков данных о фитомассе лесов. Екатеринбург: УрО РАН, 1998. 540 с.

97. Усольцев В.А., Воробейник Е.Л., Хантемирова Е.В., Бергман И.Е., Ура-зова А.Ф. Исследование биологической продуктивности насаждений по градиентам аэрозагрязнений: методический анализ и перспективы // Вестник МагГТУ (Йошкар-Ола). 2009. № 2(6). С.67-76.

98. Успенский В.В. Изменчивость плотности древесины сосны и ее использование в весовой таксации // Лесн. журнал. 1980. № 6. С. 9-12.

99. Уткин А.И. Исследования по первичной биологической продуктивности лесов в СССР // Лесоведение. 1970. № 3. С. 58-89.

100. Уткин А.И. Биологическая продуктивность лесов: Методы изучения и результаты // Лесоведение и лесоводство: Итоги науки и техники. М.: ВИНИТИ, 1975. Т. 1. С. 9-189.

101. Уткин А.И., Рождественский С.Г., Гульбе Я.И. Анализ продукционной структуры древостоев. М.: Наука, 1988. 240 с.

102. Фимушин Б.С. Закономерности роста сосновых древостоев и методика оценки ущерба, наносимого им промышленными выбросами в условиях пригородной зоны Свердловска: Автореф. дис. канд. с.-х. наук. Свердловск: УЛТИ, 1979. 20 с.

103. Фимушин Б.С. Зависимость текущего прироста сосновых древостоев от размеров ассимилирующей поверхности в зоне промышленных выбросов на Урале // Мониторинг лесных экосистем. Каунас, 1986. С. 247-248.

104. Фоменко В.Н., Стрекалова Э.Е. Мутагенное действие некоторых промышленных ядов в зависимости от концентрации и времени экспозиции // Токсикология новых промышленных химических веществ. М., 1973. Вып. 13. С. 51-57.

105. Фомин В.В. Морфофизиологическая оценка состояния сосновых мо-лодняков в зоне действия атмосферных загрязнений Первоуральско

106. Ревдинского промышленного узла: Автореф. дис. канд. с.-х. наук. Екатеринбург: УГЛТА, 1998. 23 с.

107. Харук В.И., Винтербергер К., Цибульский Г.М. и др. Техногенное повреждение притундровых лесов норильской долины // Экология. 1996. № 6. С. 424-430.

108. Цветков В.Ф. Повреждение лесов промышленными выбросами медно-никелевого комбината Мурманской области // Ботанические исследования за полярным кругом. Кировск, 1990. С. 185-196.

109. Цветков В.Ф. «Экономика природы» и состояние окружающей среды: Учебное пособие. Архангельск: Изд-во АрхГТУ, 2002. 268 с.

110. Цветков В.Ф., Цветков И.В. Лес в условиях аэротехногенного загрязнения. Архангельск: ОГУП «Соломбальская типография», 2003. 354 с.

111. Чазов Б.А. Восточный (горный) лесной естественно-исторический район Молотовской области. Уч. зап. Пермского ун-та, 1956. Т. 10. № 2.

112. Чиллингуорт Д. Структурная устойчивость математических моделей. Значение методов теории катастроф // Математическое моделирование. Под ред. Дж. Эндрюса и Р. Мак-Лоуна. М.: Мир, 1979. С. 249-276.

113. Шяпетене Я., Вянцкус Л. Методика оценки состояния хвойных лесов в процессе лесоустройства при локализованном загрязнении среды // Лесн. хоз-во. 1986. № 10. С. 47-49.

114. Юсупов И. А. Состояние и устойчивость искусственных сосновых мо-лодняков в условиях аэропромвыбросов на Среднем Урале : Дис. . канд. с,-х. наук. Екатеринбург: УГЛТА, 1996. 107 с. (фонды УГЛТУ).

115. Юсупов И.А., Луганский H.A., Залесов C.B. Состояние искусственныхfсосновых молодняков в условиях аэропромвыбросов. Екатеринбург: УГЛТА, 1999. 185 с.

116. Ярмишко В.Т. Сосна обыкновенная и атмосферное загрязнение на европейском Севере. СПб.: БИН РАН, 1997. 210 с.

117. Alberti М., Parker J.D. Indices of environmental quality. The search for credible measures // Environmental Impact Assessment Review. 1991. Vol. 11. P. 771-775.I

118. Albrektson A. Relations between tree biomass fractions and conventional silvicultural measurements //Ecol. Bull. 1980. No. 32. P. 315-327.

119. Bache D.H. Particulate transport within canopies. Prediction of deposi-tijnnve-locitie//Atmos. Environ, 1979. Vol. 13. N 12. P. 1681-1687.

120. Backman G. Drei Wachstumsfunktionen (Verhulst's, Gompertz', Back-man's.). Wilhelm Roux'Arch. Entwicklungsmechanik der Organismen. 1938. N 138. S. 37-58.

121. Bortitz S. Einflüsse industrieller Immissionen auf die Vegetation // Biol. 93, 1974. P. 341-349.

122. Brassel P., Schwyzer A. Ergebnisse der Waldschadeninventur 1992 // Sanasilva-Waldschadenbericht 1992. Bern und Birmensdorf: WSL, 1992. S. 7-18.

123. Burger H. Holz, Blattmenge und Zuwachs. 1. Mitteilung: die Weymouth-foehre //Mitt. Schweiz. Anstalt Forstl. Versuchswesen. 1929. Bd. 15. S. 243-292.

124. Busse W. Baumkrone und Schaftzuwachs // Forstwissenschaft. Centralblatt. 1930. Bd. 52. S. 310-318.

125. Denne M.P., Dodd R.S. Control of variation in wood quality within hardwood and soft trees // Mitt. Bundesforschugsanstalt Forst und Holzwirtschl. 1980. No: 131. S. 7-30.

126. Götze H., Günther B., Luthard H., Schulze-Dewitz G. Eigenschaften und Verwertung des Astholzen von Kiefer ( Pinns silvestris L.) und Rotbuche (.Fagus silvatica) : 2. Mitt. //Holztechnologie. 1972. Bd 13. H.l. S.20-27.

127. Hakkila P. Investigations on the basic density of finnish pine,spruce and birch wood // Commun. Inst. Forest. Fenn. 1966. Vol. 61. No. 5. P. 1-98.

128. Hartig R. Wachstumsuntersuchungen an Fichten // Forstlich-naturwissenschaftl. Zeitschrift. 1896. Bd. 5. S. 1-15, 33-45.

129. Horntvedt R. Crown density of spruce trees related to needle biomass // Forest Ecol. Manage. 1993. Vol. 59. P. 225-235.

130. Huber B. Die physiologische Leistungsfähigkeit des Wasserleitungssystems der Pflanze // Berichte der Deutschen Botanischen Gesellschaft. 1925. Bd. 43. S. 410-418.

131. Huber B. Aus der Biologie der, Baumkrone // Mitteilungen der Deutschen Dendrologischen Gesellschaft. 1927. Bd. 38. S. 60-64.

132. Jaccard P. Eine neue Auffassung über die Ursachen des Dickenwachstums der Bäume // Naturwissenschaftliche Zeitschrift für Forst- und Landwirtschaft. 1913. Bd. 11. H. 5-6. S. 241-279.

133. Jaccard P. Neue Untersuchungen über die Ursachen des Dickenwachstums der Bäume // Naturwissenschaftliche Zeitschrift für Forst- und Landwirtschaft. 1915. Bd. 13. H. 8-9. S. 321-360.

134. Kaufmann M.R., Watkins R.K. Characteristics of high- and low vigor lodge pole pine trees in old-growth stands // Tree Physiology. 1990. Vol. 7. P. 239-246.

135. Morikawa Y. Sap flow in Chamaecyparis obtusa in relation to water economy of woody plants // Bull. Tokyo Univ. Forests. 1974. Vol. 66. P. 251-297flltoh.).

136. Paine T.D., Malinoski M.K., Scriven G.T. Rating Eucalyptus vigor and the risk of insect infestation: leaf surface area and sapwood: heartwood ratio // Can. J. For. Res. 1990. Vol. 20. P. 1485-1489.

137. Satoo T. A synthesis of studies by the harvest method: primary production relations in the temperate deciduous forests of Japan // Ecol. Studies: Analysis and Synthesis. Vol. 1. N.Y.: Springer Verlag, 1970. P. 55-72.

138. Satoo T., Senda M. Materials for the studies of growth in stands. 4'. Amount of leaves and production of wood in a young plantation of (Chamaecyparis obtusa) //Bull. Tokyo Univ. Forests. 1958. Vol. 54. P: 71-100 (anoH.).

139. Sawa Y., Berninger F. Sulphur deposition causes a large-scale growth decline in boreal forests in Eurasia // Global Biogeochemical Cycles. 2010. Vol. 24. P.1-14. GB3002, doi: 10.1029/2009GB003749.

140. The notebooks of Leonardo da Vinci. Compiled and edited by J.P. Richter. N.Y.: Dover Publications, 1970. Vol. 1.

141. Waring R.H. Characteristics of trees predisposed to die // Bioscience. 1987. Vol. 37. P. 569-574.

142. Waring R.H., Thies W.G., Muscato D. Stem growth per unit of leaf area: a measure of tree vigor //Forest Sci. 1980. Vol. 26. P. 112-117.

143. West P.W., Wells K.F. Estimation of leaf weight of standing trees oî Eucalyptus regnans II Can. J. For. Res. 1990. Vol. 20. P. 1732-1738.

144. White D.A. Relationships between foliar number and the cross-sectional areas of sapwood and annual rings in red oak (Quercus rubra) crowns // Can. J. For. Res. 1993. Vol. 23. P. 1245-1251.

145. Whitehead D., Edwards W.R.N., Jarvis P.G. Conducting sapwood area, foliage area and permeability in mature trees of Picea sitchensis and Pinus contorta II Can. J. For. Res. 1984. Vol. 14. P. 940-947.

146. Yamaoka Y. Measurement of the total transpiration from a forest // Bull. Govern. Forest Exper. Station. 1952. Vol. 54. P. 187-206.

147. Yamaoka Y. The total transpiration from a forest // Trans. Amer. Geophys. Union. 1958. Vol. 39. P. 266-272.

Информация о работе

Бергман, Игорь Евгеньевич
кандидата сельскохозяйственных наук
Екатеринбург, 2011
ВАК 06.03.02

Диссертация

Биологическая продуктивность ели и пихты в градиенте атмосферных загрязнений на Урале: сравнительный анализ и составление таксационных таблиц - тема диссертации по сельскому хозяйству, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы