Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ДЛИТЕЛЬНОГО ТЕХНОГЕННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ХВОЙНЫЕ ДРЕВОСТОЙ ПРИАНГАРЬЯ

ВАК РФ 03.00.16, Экология

Автореферат диссертации по теме "ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ДЛИТЕЛЬНОГО ТЕХНОГЕННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ХВОЙНЫЕ ДРЕВОСТОЙ ПРИАНГАРЬЯ"

/1-36069

На правах рукописи

Пуза нова Ольга Анатольевна

ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ДЛИТЕЛЬНОГО ТЕХНОГЕННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ХВОЙНЫЕ ДРЕВОСТОЙ ПРИАНГАРЬЯ

Специальность 03.00.16. - «Экология»

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Братск 2005

Работа выполнена на кафедре Технологии и оборудования лесопромышленного производства ГОУВПО «Братский государственный университет».

Научный руководитель - доктор сельскохозяйственных наук,

профессор Е.М. Рунова

Официальные оппоненты - доктор технических наук,

профессор Алпатов Ю.Н. кандидат сельскохозяйственных наук, доцент Ковылин Н.В.

Ведущая организация - ОАО «Сибирский научно-исследовательский институт лесной, целлюлозно-бумажной промышленности» (СибНИИ ЦБП)

Защита состоится ноября 2005 г. в 10 ч. на заседании диссертационного совета К 212.018.02. в Братском государственном университете по адресу: 665709, г. Братск, ул. Макаренко, 40. Факс: (3953) 33-20-08

Отзывы на автореферат в двух экземплярах с заверенными подписями просим присылать ученому секретарю диссертационного совета К 212.018.02.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке БрГУ.

Автореферат разослан «15» октября 2005 г.

Ученый секретарь диссертационного совета ?

кандидат сельскохозяйственных наук, ^^

доцент ^П--,' "" Чжан СЛ.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Сохранение лесов к повышение их продуктивности • одно из необходимых условий устойчивого развитая человеческого сообщества в XXI веке. Поэтому детальное изучение лесов н их влияния на глобальные биосферные процессы должно базироваться на глубоких теоретических представлениях о динамике лесных экосистем и характере взаимодействия слагающих их компонентов. Глобальной проблемой современности является загрязнение лесов в результате различных факторов антропогенного воздействия. Одним из регионов, в котором прослеживается негативное воздействие антропогенных факторов, являются лесные массивы Прнангарья.

Настоящая работа является результатом многолетних исследований ло изучению процессов деградации насаждений в районе г. Братска, в котором сконцентрированы предприятия, выбрасывающие в атмосферу большое количество вредных веществ. Основным вопросом является изучение состояния древостоев второй генерации свеглохвойных лесов ГТриангарья в зонах промышленного загрязнения.

Цель работы -- оценка экологического состояния второй антропогенной сукцессии слесоводственно-таксационной точки зрения. К основным задачам диссертационной работы относятся: - исследование степени повреждения древесной растительности в зависимости от уровня загрязнения;

исследование состояния вторичной антропогенной сукцессии светлохвойных древостоев;

исследование относительной влажности прикамбнального слоя в стволах деревьев различной степени жизнеспособности;

• разработка мероприятий по предотвращению техногенной сукцессии в хвойных древостоях Братского района.

Научная новизна работы. Выявлен характер воздействия техногенного загрязнения на ход вторичных антропогенных сукцессий светлохвойных таежных лесов Прнангарья. Определено влияние промышленного загрязнения на степень жизнеспособности сосновых насаждений первой и второй генерации, на таксационные показатели древостоев. Определена взаимосвязь факторов, влияющих на жизнеспособность хвойных древостоев в зонах промышленных выбросов. Изучены закономерности распределения влаги в стволах деревьев различной степени жизнеспособности.

Положения, выносимые на защиту:

11 Оценка промышленного загрязнения на степень жизнеспособности лесов второй генерации в районе города Братска.

ЦНБ МСХА

фонд научной лга

2. Оценка состояния сложных древостоев по бноиндикаиионным показателям.

3. Моделирование процессов вторичной антропогенной сукцессии светлохвойных лесов методом регрессионного анализа.

4. Рекомендации по повышению жизнеспособности лесов второй генерации в зонах промышленных выбросов.

Практическая значимость. Практическая ценность работы состоит в получении результатов воздействия антропогенных факторов на продуктивность и санитарное состояние древостоев первой и второй генерации в условиях длительного промышленного загрязнения, которые могут быть использованы природоохранными службами и администрацией города при проведении работ по восстановлению защитных свойств лесов Братского района.

Исследования выполнялись в рамках научного направления Братского государственного университета: «Мониторинг н управление экологической ситуацией Братско-Усть-Ил им с кого ТПК», по госбюджетной теме: «Разработка и обоснование технологии лесопользования в зоне Брате ко-Усть-Ил и некого ТПК», в рамках фундаментальной НИР по единому заказ-наряду Федерального агентства по образованию РФ «Экологический мониторинг и влияние лесопользования на водные ресурсы Приангарья».

Обоснованность выводов н достоверность результатов подтверждены данными исследований, обработанных с использованием методов статистики н математического моделирования, экспериментальных данных, собранных на постоянных и временных пробных площадях.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на международной научно-технической конференции «Леса Европейского региона - устойчивое управление и развитие» (г. Минск, 2002 г.), на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава и аспирантов БрГУ, международной научно-технической конференции «Социально-экономические и экологические проблемы лесного комплекса» (г. Екатеринбург, 2003 г.), международных конференциях «Актуальные проблемы лесного комплекса » (г. Брянск, 2004, 2005 г.г.), международной научно-практической конференции «Лесопользование, экология н охрана лесов: Фундаментальные и прикладные аспекты» (г. Томск, 2005 г.).

Результаты работы экспонировались на выставках-ярмарках "Снбле-сопользование - 2000 -2004 " (г. Иркутск).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 23 научные работы.

Структура диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, списка литературы (153 наименований). Она изложена на 145 страницах, включая 61 рис. и 20 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение содержит актуальность, научную новизну, апробацию работы. Поставлены цель и задачи исследования, сформулированы положения, выносимые на защиту, обоснована практическая значимость работы.

1. Состояние вопроса. Многое ученые (Т.А. Михайлова, Н.С. Коч-марская, Л.В. Анцифирова, A.C. Плешанов, Е.Г. Мозолевская, Т.В.Шарапа, О.А.Катаев, Е.Ю.Потапова, В.А. Липаткин, А.В.Баканов, В.А. Соколов С.К. Фарбер, Е.М. Рунова и др.) детально изучают состояние лесов в различных точках нашей страны, В качестве индикаторов состояния лесов н состояния природной среды используют сумму признаков и интегральных показателей, характеризующих последовательно состояние древостоев и ряда других компонентов лесных биогеоценозов. Состояние древостоев оценивается по их структуре, количественному соотношению деревьев разных категорий и их ловрежденности. К настоящему времени очевидна масштабность и глубина деградации лесных экосистем под влиянием техногенного загрязнения. Результаты воздействия могут носить характер нарушений, бедствий или катастроф. Древесные породы и вся лесная растительность вынуждены приспосабливаться к воздействию новых экологических факторов. Основной предпосылкой длительного существования лесных биогеоценозов является стабильность биогеохимических циклов элементов.

Сукцессионные смены обычно связывают с тем, что существующая экосистема (сообщество) создает неблагоприятные условия для наполняющих ее организмов (почвоутомление, неполный круговорот веществ, самоотравление продуктами выделения шш разложения и т.п.). Такие явления реальны, но не объясняют всех случаев смей экосистем. Основное отличие этих сукцессии заключается в том, что они протекают несравненно быстрее первичных, так как начинаются с промежуточной стадии (трав, кустарников или древесных растений-пионеров) н на фоне более богатых почв.

На основании литературных источников можно сделать выводы, что большие площади лесов в той или иной степени подвержены деградации под воздействием техногенных нагрузок, поэтому требуется особое внимание проблеме лесных сукцессий, происходящих под воздействием длительного влияния промышленных эмиссий. Влияние промышленных выбросов на рост и развитие второй генерации древесной растительности, требует постоянного изучения.

2. Программа, методика, объекты и объем исследований. Программа работ предусматривала сопряженные решения следующих вопросов; изучение характеристики лесов второй генерации в зонах промышленных выбросов; породного и возрастного состава, продуктивности, полноты, запаса, типов леса н типов лесорастительных условий; монито-

ринга лесных массивов, определения динамики состояния насаждений по среднему баллу категории состояния, классу дефолиации, определения изменения таксационных показателей древостое в (высоты, диаметра, запаса, полноты, радиального прироста) по материалам постоянных и временных пробных площадей; разработка на основании данных постоянных и временных пробных площадей математических моделей процессов, происходящих в насаждениях, подверженных техногенному воздействию; разработка мероприятий по предотвращению техногенной сукцессии в хвойных древостоях Приангарья.

Основным методом сбора информации о состоянии древесной растительности являлось полевое обследование на пробных плошадях, которые закладывались по стандартным методикам (ГОСТ 16128-70 «Пробные плошади лесоустроительные»).

На каждой пробной площади производилось лесоводственно-геоботаническое описание фитоценозов, с указанием особенностей древостоя, подроста, подлеска, напочвенного покрова. Отмечалось наличие местных источников загрязнения и расстояние до них, а так же состав и объемы выбрасываемых примесей. Оценивалось состояние насаждений: характер охвоення, продолжительность жизни хвои, размеры, цвет и величина некрозов на листьях, наличие сухих ветвей и суховершинностей).

Измерялись следующие таксационные и биоиндикашонные показатели: высота, диаметр, возраст деревьев, возраст и длина хвои, ее состояние, а также устанавливались класс дефолиации и балл категории состояния согласно «Методике организации н проведения работ по мониторингу лесов СССР».

Определялась влажность пр»камбиального слоя в стволах деревьях различной степени жизнеспособности.

Для определения радиального прироста были взяты образцы древесины с помощью возрастного бурава на высоте груди (1,3 м).

Сведения о климатических показателях, а также данные о химическом анализе проб атмосферного воздуха на содержание сернистого газа, окислов азота, аммиака, хлора, фтора брались по данным метеостанции г. Братска. Агрохимический анализ почв проводился по общепринятым методикам (Арину шки на Е.В., 1970).

Для определения режима ведения хозяйства в насаждениях, поврежденных промышленными выбросами, выделены 3 условные зоны: I - зона сильного загрязнения промышленных выбросов, в которую вошли, в основном, усыхающие н погибшие древостой, протяженность зоны от источников загрязнения - от 8 до 20 км; II - зона среднего загрязнения промышленных выбросов, в которую вошли в основном, сильно ослабленные насаждения, протяженность зоны от!2 до 36 км; Ш - зона слабого загрязнения промышленных выбросов, объединившая ослабленные, а также

здоровые с признаками влияния промышленных выбросов насаждения, протяженность зоны от 32 до 50 км(Е.М. Рунова, С.А, Чжан, 1999).

Экспериментальные данные обработаны статистически. Применялись методы математического моделирования с использованием компьютерных программ, законов теории вероятностей и теорий множеств.

Объектами исследований являлись леса в районе промышленного узла г. Братска.

Исследования проводились на постоянных и временных пробных площадях. Всего пробных площадей было заложено 227, в том числе 4 постоянных пробных площади и 223 временных пробных площади.

3. Характеристика объекта исследования. Данная глава отражает анализ экологического состояния лесных массивов Пркангарья.

Основными загрязнителями атмосферного воздуха являются выбросы загрязняющих веществ от стационарных источников и автотранспорт. Наибольший вклад вносят предприятия теплоэнергетики, химической и нефтехимической, целлюлозно-бумажной промышленности, цветной металлургии (алюминиевого производства). Из-за близкого расположения промышленных источников относительно друг друга происходит перемешивание пылегазовых выбросов, что затрудняет определение доли участия каждого предприятия в загрязнении природной среды

Леса в районе Братска относятся к светлохвойным лесам таежной зоны, в которой преобладающими породами являются сосна {Pinus sylvestris L.) и лиственница (Larix sibirica Ldb).

Повреждения насаждений, произрастающих в районе действия промышленных выбросов, проявляются в преждевременном пожелтении и опадении хвои, снижении прироста, ослаблении и в конечном итоге усыхали и деревьев.

Кроме промышленных выбросов на состояние лесов оказывают отрицательное влияние и ряд следующих факторов: наличие внелесосечной захламленности; большая горимость лесов; загрязнение лесов бытовыми отходами; излишняя рекреационная нагрузка на лесные массивы. На основании анализа состояния лесов Братского района,' подверженных влиянию промышленных выбросов и городских лесов г. Братска, можно сделать вывод о том, что состояние лесов Братского района лучше, чем состояние городских лесов г, Братска. Это объясняется более близким расположением городских лесов к источникам промышленных выбросов и высокой рекреационной нагрузкой.

4. Исследование состояния материнского древостоя. Исследования велись на постоянных и временных площадях.

Данные временных пробных площадей показывают, что насаждения в 1 зоне относятся к категории «усыхающих» во II зоне - «сильно ослабленных», и в III зоне - к категории «ослабленных».

Для изучения влияния промышленных выбросов на ход роста насаждений был сделан анализ модельных деревьев, в насаждениях всех категорий состояния и на различном удалении от источников загрязнения. Распределение взрослых насаждений в зонах промышленных выбросов по категориям состояния представлено на рис.1.

Рис. 1. Распределение взрослых насаждений в зонах промышленных выбросов по категориям состояния

Как видно на рис Л. большую площадь занимают ослабленные и сильно ослабленные насаждения. Это связано с продолжающимся неблагоприятным влиянием промышленных выбросов на насаждения, К категории здоровых можно отнести 10,7 % насаждений. С момента пуска основных промышленных предприятий, площадь насаждений, поврежденных промышленными выбросами, постоянно увеличивалась. Площадь взрослых насаждений, подверженных влиянию промышленных выбросов в настоящее время составляет 46215,6 га. На рис. 2 представлена зависимость среднегодового прироста по диаметру древостоя в тонах загрязнения промышленных выбросов.

I

= 1 «

I

и

'Л Л I дома мгрпмеини

вромйыбрФс»»

Рис. 2. Зависимость среднегодового прироста по диаметру древостоя в зонах загрязнения л ром выбросов

До начала воздействия промышленных выбросов средний прирост сосны по диаметру во всех зонах был равен 1,24 мм/год. С момента воздействия промышленных выбросов по настоящее время падение прироста составило в первой зоне - 32,5 %, во второй - 24,8 %, в третьей - 20,2 %. В111 зоне в настоящее время среднегодовой прирост наибольший.

Длина хвои находится в прямой зависимости от состояний деревьев. Средний размер ее колеблется от 5,5 см у здоровых деревьев до 3,2 см - у усыхающих.

В таблице 1 представлены биоиндикаиионные показатели в зависимости от зон загрязнения промышленных выбросов.

Таблица 1

Возраст, длина и интенсивность повреждения хвои сосны в

пределах зон загрязнения промышленных выбросов в насаждениях

л X С Длина хдои, см | i i? 4> X ■ X 31

t i. i* «Г е £ II £ К t к 1 L ы X . з * 5 5 В. 2 ъ а гл •rt S ОС к Z 1 г Г. s s 1 i с a 5 я * It i III f = I I'S

t 2 3 4 5 6 7 8 9

■ II III IV Средняя 4.2 '3,2 2.3 1,5 2,8 6,2 5.4 4 2,2 4.5 5,5 4,9 4,3 3.5 4.6 4,9 4,7 4,5 3,9 4,5 5,5 5 4,3 3,2 46 53 71 93 66 3 5 10 15 8.3

11 1 II Ш IV Средняя 4.3 3,9 3,7 2.4 3,6 6,4 5,8 4.6 3.7 5,1 5,5 5,2 5 3,7 4,9 4.8 4.9 4,7 4 4,6 5,6 5,3 4,8 3.8 4.9 43 51 65 89 62 1 3 9 10 5,8

III I 1С 111 IV Средняя 4.5 4,1 3.6 2,5 3.7 5,9 5,4 4,8 2,6 4,7 5.3 4.7 4.4 2.8 43 4,7 4.4 4.5 4,3 V 5,3 4,8 4,6 3.2 4,5 41 50 60 78 57 2 4 5 3,8

Возраст хвои зависит от состояния деревьев, и колеблется от 5 лет у здоровых деревьев, до 2,6 лет - у усыхающих. Средний возраст хвои увеличивается по мере удаленности насаждений от источников промышленных выбросов.

На основании многолетних наблюдений за развитием сосновых дре-востоев в зонах действия алюминиевого и целлюлозно-бумажного производства в районе г. Братска прослеживается сукцессия древоетоев, связанная с ослаблением и гибелью сосняков, приводящая к смене древесных пород.

Из 12 заложенных постоянных пробных площадей к 2003 году сохранились только 4 площади. Причинами гибели лесов явились лесные пожары, сплошные санитарные рубки, проводимые в ослабленных древо-стоях, а также самовольная вырубка леса в последние годы. Тем не менее, весьма ценным является исследование изменения состояния сосняков на оставшихся пробных площадях за 28 лет регулярных наблюдений.

При рассмотрении состояния древостоев, подверженных промышленным выбросам на постоянных пробных площадях нельзя не отметить нарушение соотношения средней высоты и среднего диаметра. Наибольшая степень деградации прослеживается в зонах с сильным и средним уровнем загрязнения в радиусе до 20 км от промышленных предприятий.

В связи с достаточно интенсивными процессами гибели древостоев, в зоне сильного загрязнения остались единичные деревья сосны в возрасте более 100 лет, находящиеся в состоянии сильного ослабления или усыха-нкя. Более жизнеспособными оказываются деревья сосны второй генерации под пологом леса, появившиеся после введения в действие промышленных предприятий. За почти 30-летний период средняя высота I яруса не претерпела изменений, т.е. прирост по высоте практически отсутствует = 1 -10 см в год), что связано с отмиранием наиболее высоких деревьев.

В настоящее время не наблюдается существенного различия в состоянии сосновых древостоев в зоне сильного и среднего загрязнения.

В зоне слабого загрязнения происходит более значительное увеличение средней высоты и среднего диаметра, что свидетельствует о более высокой жизнеспособности древостоев,

В целом средняя таксационная характеристика постоянных пробных площадей претерпела следующие изменения: состав и тип леса остался прежним, зато снизился класс бонитета с III до IV, а в некоторых случаях и до V, и уменьшилась полнота с 0,7 до 0,4-0,5.

На основании изложенного можно сделать следующие выводы: под влиянием техногенного воздействия ускоряются процессы усыхания приспевающих и спелых древостоев, что является свидетельством ярко выраженной техногенной сукцессии. Нарушается корреляция между основными таксационными показателями; резко ухудшается состояние насаждений. Древостой требуют выборочных или сплошных санитарных рубок, с проведением мероприятий по содействию естественному возобновлению.

Почва, являясь одним из наиболее важных компонентов лесных экосистем, испытывает сильное влияние ингредиентов промышленных выбросов, поскольку способна к их аккумуляции. Наиболее распространенными на территории Братского района являются дерново-подзолистые остэточно-карбонатные почвы.

При воздействии загрязненного атмосферного воздуха, почва поглощает значительную часть загрязняющих веществ, при этом изменяются ее химический состав, физико-механические свойства особенно верхних, корнеобитаемых горизонтов почвы, активность микробиологической трансформации веществ в почве. В результате почва сама становится токсичной, для роста и развития растений, средой, а также источником вторичного загрязнения биосферы.

Вокруг каждого промышленного предприятия химические элементы накапливаются в почвах в определенных ассоциациях, отражающих специфику производства предприятия. Ввиду того, что твердое вещество выбросов алюминиевого завода в атмосферу на 60-70 % состоит из окиси алюминия и на 15-20% так называемой «анодной массы», вокруг завода образуется ареал с повышением содержания в почвах фторидов, кремния н алюминия (рис. 3,4,5), Особенно насыщен этими элементами слой подстилки мощностью 6-8 см. Содержание здесь алюминия достигает 3035%, а фтора 1,5-2% от абсолютно-сухого вещества почвы. Повышенное содержание фтора, который, как известно, отрицательно влияет на жизнедеятельность микрофлоры, замедляет процесс разложения подстилки. Поэтому, её мощность значительна (6-$ см), то есть в 2-3 раза больше чем в фоновых лесах. Был проведен анализ содержания химических элементов в почве на глубинах 0-2 см; 2-7 см; 13-24 см; 24-45 см на расстоянии 500 метров от лесопромышленного комплекса (БЛ ПК) и 1000 метров от алюминиевого завода (БрАЗа), Результаты анализа дают представление об обшем содержании загрязняющих веществ в почве и изменении нх концентрации в зависимости от глубины.

40

3530' 25' 20 15 10 5 0

□л» расстоянии) н* от ЬрАЗя

■ не расстоянии 600 м от БЛПК

ДО Д2 ВС к к^чиииыйщмюп

Рис. 3. Содержание фтора в лесной подстилке и дерново-подзолистой остаточно-карбонатной почве (в % на воздушно-сухое вещество)

и. -

гШМп

АО А2 ВС«

Она расетО№«и 1 «нот БрАЗа

■на расстоянии 500 и е<г Б ЛПК

почммный горизонт

Рис. 4. Содержание алюминия в лесной подстилке и дер но во-подзолистой остаточно-карбонатной почве {в % на воздушно-сухое вещество)

ВС* ВСк

д на расстоянии 1 км

от БрАЭа

щ и* расстоянии 300 м отБЛПК

почвыный юр««-10мт

Рис. 5. Содержание кремния в лесной подстилке и дерново-подзолистой остаточно-карбонатной почве (в % на воздушно-сухое вещество)

На основании химического анализа верхних горизонтов почвы можно сделать следующие выводы: наибольшее накопление загрязняющих веществ характерно для лесной подстилки и гумусово-аккумулятивного горизонта почвы; в гумусово-элювиальном и элювиальном горизонте почвы в результате процессов выноса органических и минеральных веществ количество загрязняющих компонентов существенно снижается. Фтор, кремний и алюминий при значительном накоплении ухудшают жизнеспособность древесной растительности.

5. Исследования состояния древостое в второй генерации. Вопрос состояния молодняков является существенным в силу того, что молодое поколение леса должно прийти в свое время на смену древостоев старших возрастов, которые в настоящее время сильно повреждены. Молод няки (1-2 классов возраста) на территории Братского района по данным лесоустройства 2000 года занимают около 57,8 % от покрытой лесом

площади. Это древостой естественного происхождения, возникшие на местах сплошных рубок и гарей. Породный состав молодняков разнообразен. В большинстве своем онн предстаапяют собой смешанные сосново-березовые и березово-осиновые насаждения с примесью лиственницы, елн и пихты. В результате проведенного обследования установлено, что промышленные выбросы предприятий, и в первую очередь БрАЗа оказывают влияние на состояние молодняков. Оценка состояния молодняков проводилась по той же методике, которая применялась при оценке состояния других возрастных групп. Характерными признаками повреждения молодняков промышленными выбросами являются: суховершинность, наличие сухих ветвей, побурейие хвои, изреженность кроны за счет сокращения срока жизни хвои, отставание в росте. В зоне сильного загрязнения все древесные породы в той или иной степени повреждены промышленными выбросами. Наиболее сильно повреждается сосна. Количество деревьев без признаков ослабления составляет 7,1 % от общего числа учтенных деревьев.

На рис. 6 показано распределение хвойных молодняков по категориям состояния, по данным пробных площадей.

Общее состояние хвойных молодняков, можно оценить, как, удовлетворительное - доля условно здоровых составляет 43,5%, ослабленных -42,7%, а сильно ослабленных — Категории усыхающих и погибших

насаждений представлены незначительно.

На рис, 7 представлено распределение лиственных молодняков по категориям состояния, по данным временных пробных площадей.

.....................

— — —

— \Г 1: —* Ь»1 3 1_

'Условно здоровы«

10 Ослибленны*

& Сильно О Усыкнои*«

СЗпвгнбиэге

Рис. 6. Распределение хвойных молол ля ков по категориям состояния

И

Iв

и

и

* 2

190

80- ■

69-'

40-'

2(1-! • Иг™)

О Ус«ми* 1нор>им

□ Сити»

гсяАжмяме О У<У11»«м

еПвт4ва*е

113 4 5

Рис. 7. Распределение лиственных молоди я ков по категориям состояния

■ На обследованной территории общее состояние лиственных молод-няков вполне удовлетворительное - доля ослабленных составляет 7,4%, а сильно ослабленных 0,6% от общей площади лиственных молодых насаждений.

Влияние промышленных выбросов на прирост деревьев по диаметру и высоте устанавливалось на модельных деревьях сосны в возрасте до 40 лет.

На рис. 8, 9, 10 показано воздействия промышленных выбросов на прирост по диаметру в сосновых молодняках в зонах загрязнения за 5 лет (1999-2004 гг.).

мм/год

ЗЭп ш*горк4

. «ОСЧяни*

* 4 ♦!!'] ЧГ.ГЧПН1

г «ОСТОЯНШ

^ кивкам

19» г.

1004 г.

Рис. 8. Влияние промышленных выбросов на прирост по диаметру в зоне сильного загрязнения

Средний ежегодный прирост деревьев сосны в зоне сильного загрязнения можно описать следующим уравнением:

27 = ],5794е~°',20бх ,

(О

где - снижение прироста деревьев за последние 5 лет; х ~ средний балл категории состояния деревьев.

Как видно из уравнения (1) существует обратная зависимость между процентом прироста и баллами категории состояния древостоев.

мм/годи 1,4 1,2 1 0,8 0,6 в,4

<и 0

М1п т«тцш

МП "«ММ

Г.—1Л II *0 1Ш1р1И

______1»* (ОСП мпгараа ЬЦРв*

МП ИМИ

1999 г.

2004 г.

Рис. 9. Влияние промышленных выбросов на прирост по диаметру в зоне среднего загрязнения

Средний ежегодный прирост деревьев сосны в зоне среднего загрязнения можно описать следующим уравнением:

^ = 1,7б71еЧ)'240и, (2)

где ~ снижение прироста деревьев за последние 5 лег; х - средний балл категории состояния деревьев.

На основании уравнения (2) можно сделать вывод, что во 2 зоне происходит снижение прироста по диаметру, но с меньшей интенсивностью.

19*9 г. 1МИ г.

Рис. 10. Влияние промышленных выбросов на прирост по диаметру в зоне слабого загрязнения

Средний ежегодный прирост деревьев сосны в зоне слабого загрязнения можно олнеать следующим уравнением:

7ср 0,381 и

= 0,4782« , (3)

где 2с£ - увеличение прироста деревьев за последние 5 лет;

х — средний балл категории состояния деревьев.

В 3 зоне происходит увеличение прироста по диаметру только у мо-лодняков. Это можно объяснить тем, что 3 зона достаточно удалена от главных источников загрязнения.

Возраст хвои является важным биоиндикационным признаком жизнеспособности деревьев. На рис. 11 показана зависимость возраста хвои деревьев от их категории состояния.

Возраст хвои заметно сокращается по мере приближения к источнику загрязнения атмосферы, в среднем с 5 лет до 2,6 года.

Длина хвои на модельных деревьях во всех зонах примерно равная, но повреждаемость ее промышленными выбросами (побурение кончиков), в зоне их сильного влияния заметно выше, чем во второй и, особенно, третьей зонах, & целом же учитывая хороший прирост по высоте, можно сделать вывод, что влияние промышленных выбросов на росте молодняков сказывается незначительно.

Рис. 11. Зависимость возраста хвои деревьев от их категории состояния

Для прогнозирования развития лесных экосистем необходим анализ полученных результатов и разработка математических моделей, отражающих процессы их развития и деградации. Определены факторы, влияющие на жизнеспособность лесных биогеоценозов. Процессы эти весьма специфичны, на них оказывают влияние климатические и почвенные факторы, они зависимы от наличия к характера промышленных загрязнителей, от концентрации промышленных выбросов в воздухе и почве.

На жизнеспособность лесных биогеоценозов влияет ряд факторов, которые взаимодействуют между собой (рис. 12).

Рис. 12. Схема факторов, воздействующих на жизнеспособность древостоев и их взаимосвязь

Как видно из рис. 12 воздействие промышленных выбросов усугубляют грибные заболевания, пожары и вредители леса, которые в конечном

результате влияют на жизнеспособность древостоя и такие его выходные параметры, как средний прирост по диаметру, средний балл категории состояния и вызывают нарушение корреляции между высотой и диаметром.

Пробные площади по изучению влажности стволов закладывались по зонам загрязнения промышленных выбросов в районе города Братска. На каждой пробной площади измерения проводились по 30-100 модельных деревьев разных категорий состояния.

По полученным данным были построены зависимости содержания влажности в стволах деревьев от балла категории состояния. На рисунках 13,14,15 представлены зависимости влажности от баллов состояния по зонам загрязнения промышленных выбросов.

Фат состояния

Рис. 13. Зависимость влажности от баллов состояния в I зоне загрязнения

у = -0.03922*2 - 0,5433л + 69,125, (4)

где у- влажность в прикамбиальном слое на высоте 1,3 м при 1=25°С и относительной влажности воздуха 65 %; д; - балл состояния.

70 I . . . —--

0 113 4

Саля состояние

Рис. 14. Зависимость влажности от баллов состояния во II зоне загрязнения

= -0,0066л2 - 0,5166л + 75,354,

(5)

где у- влажность 8 прикамбиальном слое на высоте 1,3 м при 1=25°С и относительной влажности воздуха 65 %; Х- балл состояния.

6м

Рис. 15. Зависимость влажности от баллов состояния в Ш зоне загрязнения

у =-0,2373л:2 + 0,]869л + 76,589, (б)

где у - влажность в прнкамбнальном слое на высоте 1,3 м при 1=25°С и относительной влажности воздуха 65 %; х -балл состояния.

По проведенным исследованиям в насаждении содержание влаги в стволах деревьев различных баллов категорий состояния сильно изменяется в зависимости от степени их развития. Максимальное содержание влаги в прнкамбнальном слое характерно для деревьев первой, второй категории состояния. Минимум влаги содержат деревья четвертой н пятой категории состояния, т.е. сухостойные деревья.

Также можно сказать, что деревья, выросшие в густом древостое беднее водой, чем в редком древостое. В редком сосняке влажность стволовой древесины в среднем равняется <54 %, а в густом - 54 %.

Из всего вышесказанного можно сделать следующие выводы: влажность при камбиального слоя древесины при соответствующих климатических условиях и условиях местопроизрастания древостоя в существенной степени зависит от жизнеспособности деревьев. При ослаблении и отмирании угнетенных деревьев происходит снижение влажности древесного ствола на глубине 1-1,5 см от камбия, что может быть индикатором состояния древостоя. Сухостойные деревья теряют влагу, в результате происходит усушка, нередко сопровождающаяся образованием продольных трещин на стволах, в том случае, если сухостойные деревья лишены коры. Подводя итоги исследований состояния молодняков в зонах загазованно-

сти можно сделать вывод, что в пределах зон загрязнения промышленных выбросов молодня ки в настоящее время находятся в удовлетворительном состоянии. В основном молодняки находятся под пологом спелых и перестойных насаждений, находящихся в состоянии деградации, но оказывающих существенную защитную функцию для мелодия ко в.

Молодняки в меньшей степени подвержены воздействию промышленных выбросов, чем взрослые насаждения. Ослабление их отмечено лишь в зоне сильного загрязнения промышленных выбросов, причем, хвойные породы менее устойчивы, чем лиственные. Критический возраст, с которого наблюдается интенсивное усыхание хвойных пород, равен 5060 годам.

6. Мероприятия по снижению темпов техногенной сукцессии в хвойных древостоя* Прнакгарья. В работе были предложены следующие мероприятия по снижению техногенной сукцессии в хвойных древо-стоях Приангарья:

в 1 зоне - зоне сильного загрязнения: полное сохранение материнского древостоя вне зависимости от усыхающих деревьев - с целью защиты хвойных пород второй генерации, находящихся под пологом леса или во втором ярусе; проведение выборочных санитарных рубок в молодняках, сформированных на месте вырубки погибших от промвыбросов насаждений; сохранение подроста как хвойных, так и лиственных пород; в непосредственной близости от источников загрязнения создание защитных посадок из газоустойчивых пород: тополя невского, караганы древовидной, шиповника; внесение удобрений, увеличивающих резистентность растений к загрязняющим веществам.

во 1Г - Iii зонах - среднего и слабого загрязнения: проведение выборочных санитарных рубок, при которых вырубаются усохшие и усыхающие деревья, процент выборки не более 20-25%; сохранение более жизнеспособных пород при проведении рубок ухода; проведение рубок ухода в более позднем "возрасте (начиная примерно с 30-40 лет) по технологии, обеспечивающей минимальное отрицательное воздействие на древостой; создание защитных опушек и полос плотной конструкции из лиственных деревьев и кустарников в направлениях, перпендикулярных основным направлениям feerpo в.

Основные выводы и рекомендации, В результате проведенных исследований получены результаты, по которым можно сделать следующие выводы:

I. В районе г. Братска в настоящее время продолжается процесс усы-хання насаждений начавшийся в 1963 году под воздействием промышленных выбросов в атмосферу, причем деревья первой генерации практически погибли и этот процесс является необратимым, деревья второй генерации в загрязненных лесах развиваются практически нормально до 5060 - летнего возраста. Затем начинается их ослабление.

2. Основной причиной ослабления и усыхания насаждений является постоянное воздействие на них токсичных для растений промышленных выбросов в атмосферу г. Братска (хлор, фтор, алюминий и кремний). На части площади насаждений вредное влияние промышленных выбросов усугубляется рядом причин как биотического, так н абиотического характера. К таковым относятся: пожары, стволовые и корневые гнили и др.

3. Границы распространения поврежденных промышленными выбросами древостоев определяется направлением и повторяемостью ветров, а также концентрацией в воздухе вредных соединений. Степень усыхания древостоев убывает по мере удаленности их от источников промышленных выбросов.

4. Наиболее подвержены вредному воздействию промышленных выбросов хвойные породы. Устойчивость всех пород падает с увеличением их возраста.

3. Под воздействием промышленных выбросов снижается прирост деревьев. Снижение прироста составляет в среднем от 40 % в первой зоне до 20 % в третьей зоне.

6. Средняя скорость усыхания древостоев на территории, а также интенсивность самого процесса в настоящее время несколько снизилась по сравнению с предыдущими годами, что является результатом частичного сокращения общего количества промышленных выбросов, а также повышенной устойчивости оставшихся деревьев.

7. Вторичные антропогенные сукцессии сосновых древостоев происходят с меньшей скоростью. Это объясняется тем, что происходит прорастание семян от более устойчивых деревьев, появляется более высокая пластичность деревьев. Ослабление молодняков отмечено лишь в зоне сильного загрязнения промышленными выбросами.

8. Древостой второй генерации лучше переносят промышленное загрязнение, чем первой генерации и требуются дальнейшие эксперименты по наблюдению состояния древостоев второй генерации в возрасте спелости.

9. Предложен комплекс лесохозяйственных мероприятий, который позволит снизить темпы деградации хвойных насаждений второй генерации в зонах промышленного загрязнения.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ СОИСКАТЕЛЯ

1. Чжан, С.А. Состояние подроста в зонах промвыбросов. [Текст] /С.А. Чжан, O.A. Пуза нова// XVn НТК Тезисы доклад,- Братск: БрИИ, 1996.-с. 53.

2. Чжан, С.А. Влияние гидрологического режима почв на лесовосста-новительный процесс. [Текст] /С.А. Чжан, О .А, Пузанова // Естественные и инженерные науки - развитию регионов: Материалы межрегиональной научно-технической конференции.-Братск: БрГТУ, 2002.- с. 122.

X Рунова, Е.М. Влияние промышленных выбросов на состояние хвои и прирост насаждений. [Текст] /Е.М, Рунова, С.А. Чжан, O.A. Пузанова // Леса Европейского региона - устойчивое управление и развитие: Материалы докладов Международной научно-технической конференции 4-6 декабря 2002., г. Минск: в 2 ч. - Мн: БГГУ, 2002. - 4.2 - с. 80-84.

4v: Рунова, Е.М. Некоторые закономерности влияния экологических факторов на,, интегральный показатель жизнеспособности древостоев, [Текст] /Е.М. Рунова, С.А. Чжан, O.A. Пузанова// Социально-экономические н экологические проблемы лесного комплекса: Сб. матер. Между нар. науч.-техн. конф. /Урал. гос. лесотехн. ун-т. - Екатеринбург, 2003.-е. 98-99.

5. Экологические аспекты производства алюминия и обустройство саннтарно-затитных зон алюминиевых заводов. [Текст] /О.Г. Шихранов, O.A. Пузанова; Братск. Гос.техн.ун-т - Братск, 2003. - И с. - Деп. в ВИНИТИ 19.02.03, № 329 - В2003.

6. Рунова, Е.М. Микробиологическая активность почв при загрязнении фторидами. [Текст] /Е.М, Рунова, CA. Чжан, О.Г. Шихранов, O.A. Пузанова// Естественные и инженерные науки- развитию регионов: Материалы межрегиональной НТК.- Братск: БрГТУ,2003. - с. 198-199.

7. Рунова, Е.М. Состояние лесной растительности в санитарно-защьггной зоне Братского алюминиевого завода. [Текст] /Е.М. Рунова, С.А. Чжан, О.Г. Шихранов, O.A. Пузанова// Естественные и инженерные науки- развитию регионов: Материалы межрегиональной НТК,- Братск: БрГТУ,2003. -С.202.

8. Рунова, Е.М. Экологическая оценка состояния древесной растительности санитарно-защитных зон. {Текст] /Е.М. Рунова, С.А. Чжан, О.Г. Шихранов, O.A. Пузанова// Труды Братского государственного технического университета. - Том 1. - Братск: ГОУВПО «БрГТУ», 2003 (Естественные и инженерные науки развитию регионов) - с. 238-241.

9. Рунова, Е.М. Принципы повышения экологической устойчивости состояния санитарно-защитных зон. [Текст] /Е.М. Рунова, С.А. Чжан, O.A. Пузанова// Естественные и инженерные науки - развитию регионов: Ма-

териалы межрегиональной научно-технической конференции. - Братск: БрГТУ, 2003,- с. 203.

10. Рунова, Е.М. Влияние экологических факторов на лесные фито-ценозы. [Текст] /Е.М. Рунова, С.А. Чжан, O.A. Пузанова// Актуальные проблемы лесного комплекса. Сб. науч. тр. - Брянск, 2002. - с. 55-58.

11. Рунова, Е.М. Специфика лесных почв в пределах сан ига р но-защитной зоны Братского алюминиевого завода. [Текст]/Б.М. Рунова, С.А. Чжан, O.A. Пузанова// Лесной комплекс: состояние и перспективы развития. Сборник научных трудов. Выпуск 5. -Брянск, 2003. - с. 140-142.

12. Чжан, С.А. Состояние молодняков в зонах промышленных выбросов. [Текст] /С.А. Чжан, O.A. Пузанова, A.A. Понедельченко// Естественные и инженерные науки - развитию регионов: Материалы межрегиональной научно-технической конференции. - Братск: БрГТУ, 2004. - с. 169.

13. Рунова, Е.М. Влияние низовых пожаров на состояние насаждений в зонах промвыбросов. [Текст] /Е.М. Рунова, С.А. Чжан, O.A. Пузанова // Естественные и инженерные науки - развитию регионов: Материалы межрегиональной научно-технической конференции. - Братск: БрГТУ, 2004. — с. 169-170.

14. Рунова, Е.М. Оценка антропогенной сукцессии сосновых древо-стоев Приангарья. [Текст] /Е.М. Рунова, С.А. Чжан, O.A. Пузанова// Актуальные проблемы лесного комплекса. Сб. науч. тр. по итогам 5-ой международной научно-технической конференции. - Брянск, БГИТА, 2004. - с. 118-121.

15. Рунова, Е.М. Санитарное состояние средневозрастных насаждений и молодняков в районе города Братска. [Текст] /Е.М. Рунова, С.А, Чжан, O.A. Пузанова // Актуальные проблемы лесного комплекса/ Под ред. Е.А. Памфилова. Сб. науч. тр. Выпуск 9. - Брянск: БГИТА, 2004. - с. 120-122

16. Чжан, С.А. Повышение экологической устойчивости лесных экосистем в зонах промышленных выбросов. [Текст] /С.А. Чжан, O.A. Пузанова // Формирование регионального лесопромышленного комплекса инновационного типа: сб. науч. тр. - Иркутск: Изд-во БГУЭП.2004. - с. 110112.

17. Пузанова, O.A. Определение и возможности использования дополнительного количества древесины для нужд промышленности г. Братска за счет сухостойных и усыхающих древостоев в зонах промвыбросов и затопленной древесины в русле водохранилища. [Текст] /O.A. Пузанова, A.A. Понедельченко, К.В. Хаертди нов // Будущее Братска: Тезисы докладов молодежной научно-практической конференции. - Братск: ГОУВПО «БрГТУ», 2003.- с. 62-63.

18. Пузанова, O.A. Состояние лесных почв в зонах техногенного загрязнения. [Текст] /O.A. Пузанова, Е.А. Ивкова // Естественные и ниже-

i/ъ

24 K»19 5 4 S

нерные науки - развитию регионов: Материалы межрегиональной научно-технической конференции. - Братск: БрГТУ, 2004, - с. 155-156,

19. Пузанова, О-А, Влияние промышленных выбросов на химический состав и состояние лесных почв. [Текст] /O.A. Пузанова // Труды Братского государственного технического университета. - Том 2. - Браггск: ГОУВПО «БрГТУ», 2004. - (Естественные и инженерные науки — развитию регионов) - с.273-277.

20. Пузанова, O.A. Исследования распределения влаги в стволах деревьев. [Текст1/О.А. Пузанова// Естественные и инженерные науки - развитию регионов: Материалы Межрегиональной научно-технической конференции. - Братск: ГОУ ВПО «БрГУ», 2005. - с. 112-113.

21. Рунова, Е.М, Санитарное состояние техногенных древостоев второй генерации в лесах Приангарья. [Текст] /Е.М. Рунова, С.А, Чжан, O.A. Пузанова// Лесопользование, экология и охрана лесов: Фундаментальные и прикладные аспекты. Материалы Международной научно-практической конференции, Томск, 21-22 марта 2005 г. - Томск: STT, 2005. - с. 29-31.

■■22; Пузанова, O.A. Экологическое и санитарное состояние лесов При-ангарья;' [Текст] /O.A. Пузанова// Лесопользование, экология и охрана лесов: Фундаментальные и прикладные аспекты. Материалы Международной научно-практической конференции, Томск, 21-22 марта 2005 г, -Томск: STT; 2005. -с. 192-193.

23. Рунова, Е.М. Влияние промышленных выбросов на прирост хвойных насаждений. [Текст] /Е.М. Рунова, С.А. Чжан, O.A. Пузанова// Акту* альные проблемы лесного комплекса / Под ред. Е.А. Памфилова. Сб. науч. тр. по итогам международной научно-технической конференции. Выпуск 10. - Брянск: БГИТА, 2005. - с, 129-131.

Подписано к печати 10.10.05, ЗаказМ® 4S7 Объем - уел п.л. 1,4. Тир. 100 экз.

ГОУ ВПО «Братский государственный университет» 665709, г. Братск, ул. Макаренко, 40