Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

ИЗУЧЕНИЕ НЕГАТИВНОГО ВЛИЯНИЯ ТЕХНОГЕННОГО АТМОСФЕРНОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ НА ЛЕСНЫЕ НАСАЖДЕНИЯ СОСНЫ ОБЫКНОВЕННОЙ И РАЗРАБОТКА КОМПЛЕКСА МЕРОПРИЯТИЙ ПО ПОВЫШЕНИЮ ИХ УСТОЙЧИВОСТИ, ПРОДУКТИВНОСТИ И СРЕДОЗАЩИТНЫХ ФУНКЦИЙ (НА ПРИМЕРЕ ГОМЕЛЬСКОГО ПРОМЫШЛЕННОГО Р

ВАК РФ 06.03.01, Лесные культуры, селекция, семеноводство

Автореферат диссертации по теме "ИЗУЧЕНИЕ НЕГАТИВНОГО ВЛИЯНИЯ ТЕХНОГЕННОГО АТМОСФЕРНОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ НА ЛЕСНЫЕ НАСАЖДЕНИЯ СОСНЫ ОБЫКНОВЕННОЙ И РАЗРАБОТКА КОМПЛЕКСА МЕРОПРИЯТИЙ ПО ПОВЫШЕНИЮ ИХ УСТОЙЧИВОСТИ, ПРОДУКТИВНОСТИ И СРЕДОЗАЩИТНЫХ ФУНКЦИЙ (НА ПРИМЕРЕ ГОМЕЛЬСКОГО ПРОМЫШЛЕННОГО Р"



На правах рукописи

Коровин Николай Васильевич

Изучение негативного влияния техногенного атмосферного загрязнения на лесные насаждения сосны обыкновенной и разработка комплекса мероприятий по повышению их устойчивости, продуктивности и средозащитных функций (на примере Гомельского промышленного района)

06.03.01 -Лесные культуры, селекция, семеноводство

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Брянск - 2003

Работа выполнена в Брянской государственной инженерно-технологической академии и Институте леса Национальной академии наук Беларуси,

Научный руководитель: доктор сельскохозяйственных наук, профессор

Та расе н ко Василий Петрович Научный консультант: доктор сельскохозяйственных наук, профессор

Цыганков Владимир Викторович

Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук, профессор,

академик РАСХН Писаренко Анатолий Иванович

кандидат сельскохозяйственных наук Шершнев Иван Васильевич

Ведущая организация (предприятие):

ФҐУП - Западное государственное лесоустроительное предприятие

Защита состоится « 19 » ноября 2003г. в часов на

заседании диссертационного совета Д 212.019.01 в Брянской государственной инженерно-технологической академии по адресу: 241037 г.Брянск, пр-т Станке Димитрова, 3

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Брянской государственной инженерно-технологической академии.

Автореферат разослан «, /Гъ октября 2003г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Ткаченко А.Н.

Общая характеристика работы

Актуальность темы. Негативное влияние техногенного атмосферного загрязнения на жизнедеятельность биосферы Земли в целом и лесных экосистем в отдельности является одной из важнейших проблем современности.

Особенно сильно этот процесс проявляется в зоне воздействия техногенного атмосферного загрязнения крупных промышленных центров -гг. Брянск, Гомель и др..

Процесс деградации биосферы Земли & целом, конкретных регионов в отдельности начинается с деградации лесных экосистем как одних из наиболее продуктивных и эффективных средообразующих фактров

В связи с этим выявление негативного влияния техногенного атмосферного загрязнения на лесные экосистемы и разработка комплекса мероприятий по снижению его является весьма актуальной и одной из важнейших проблем современности, чему и посвящается настоящая работа.

Рабочая гипотеза работы: зная причины, характер и степень негативного влияния техногенного атмосферного загрязнения на лесные экосистемы в целом и сосновые насаждения конкретно, путем осуществления комплекса корректных целенаправленных хозяйственных мероприятий можно его заметно снизить и одновременно сохранить на должном уровне и даже повысить устойчивость, продуктивность и средообразующие - пыле-газо-шумопоглатительные (защитные) функции лесных - сосновых насаждений, произрастающих в зоне техногенного атмосферного загрязнения

Цель работы: выявить уровень техногенного атмосферного загрязнения сосновых насаждений Гомельского промышленного района, степень его негативного влияния на их состояние, продуктивность и средообразующие функции, разработать систему хозяйственных мероприятий по снижению уровня техногенного атмосферного загрязнения конкретного района и по повышению

устойчивости, продуктивности и средообразующих лыле-газо-шумозащитных функций лесных сосновых насаждений.

В связи с состоянием вопроса на начало проработки темы рабочей гипотезой и ее целевой установкой были поставлены и решены следующие задачи:

- выявлен уровень техногенного атмосферного загрязнения сосновых насаждений Гомельского промышленного района (50г, N0* и пылью) в целом, в т.ч. на различном удалении их от источника загрязнения в отдельности;

установлены закономерности состояния — степени повреждения сосновых насаждений в зависимости от природных (породный и возрастной состав, сомкнутость полога, тип условий местопроизрастания и пр.) и антропогенных {уровень техногенного атмосферного загрязнения ЭОг, ЫОх и пылью; комплекс осуществляемых в лесных насаждениях хозяйственных мероприятий и др.) факторов;

определен причиняемый ущерб лесохозяйственному производству негативным влиянием техногенного атмосферного загрязнения на сосновые насаждения;

обобщен опыт лесокультурного дела Беларуси; изучены взаимосвязи количественных показателей (характеристик) газо- и шумозащитных функций лесных насаждений от уровня воздействия на них конкретного техногенного фактора в регулируемых условиях - в специальных установках (камерах);

установлены зоны различного уровня техногенного загрязнения и его негативного влияния на сосновые насаждения, даны конкретные количественные их характеристики;

разработана и уже внедрена в производство система хозяйственных мероприятий по снижению уровня негативного влияния техногенного атмосферного загрязнения Гомельского промышленного района на сосновые насаждения и повышению их устойчивости, продуктивности и средообразующих функций.

Работа выполнена в соответствии международной проблемой III.9 (СЭВ, МНТС-Австрия, США и др.) «Разработать научные основы и комплекс мероприятий по повышению устойчивости насаждений к промышленному загрязнению».

Научная новизна работы состоит в полученных впервые экспериментальных данных по количественной оценке уровня нагрузки техногенных атмосферных загрязнителей (БО;, N0* и пыли) на сосновые насаждения; в выявленных закономерностях изменения состояния, продуктивности и средообразующих - пыле-газо-шумозащитных функций лесных -сосновых насаждений от уровня нагрузки техногенного атмосферного загрязнения (802, N0* и пыли) как непосредственно на натурных объектах (на примере Гомельского промышленного района), так и на объектах со строго регулируемыми условиями уровня техногенного атмосферного загрязнения (вОг и шума) в специальных камерах газации и техногенного шума.

Основные положения, выносимые на защиту;

- Экспериментальные данные по количественной оценке уровня нагрузки техногенных атмосферных загрязнителей (50г, N0, и пыли) на сосновые насаждения,

• Закономерности изменения состояния, продуктивности и средозащитных функций сосновых насаждений от уровня нагрузки техногенного атмосферного загрязнения натурных объектов и объектов со строго регулируемыми условиями.

- Конструкция камеры для выполнения исследований по выявлению влияния уровня техногенного атмосферного загрязнения диоксидом серы (вОг) на сосновые насаждения в строго регулируемых условиях.

• Комплекс хозяйственных мероприятий по снижению (предотвращению) уровня техногенного атмосферного загрязнения лесных экосистем и повышению устойчивости, продуктивности и средозащитных функций сосновых насаждений в зоне техногенного атмосферного загрязнения (ЭОг, N0* и пыли).

Практическая значимость диссертационной работы заключается в разработанном и уже внедренном в лесохозяйственном производстве комплексе хозяйственных мероприятий по повышению состояния, продуктивности и средозащитных функций сосновых насаждений, произрастающих в зоне техногенного атмосферного загрязнения.

Личный вклад автора заключается в выборе темы НИР, разработке программы и методики исследований, подборе и закладке объектов нзбгподешй, непосредственном участии при выполнении экспериментальных работ, обработке, систематизации, анализе и обобщении собранных литературных, ведомственных и экспериментальных данных, разработке практических рекомендаций.

Обоснованность вы воров и достоверность результатов исследований обеспечиваются достаточным объемом литературных, ведомственных и экспериментальных данных, полученных с использованием проверенных методов исследований и современных средств их обработки.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы широко и всесторонне обсумдены и получили положительную сценку на заседаниях ученых советов БелНИИЛХ - ИЛНАНРБ, БТМ-БГИТА и Института климата АН СССР, на международных и региональных научно-производственных конференциях, на научно-техничесюк конференциях преподавателей и аспирантов БТИ-БГИГА (Брянск).

Публикации. Основные положения диссертации получили отражение в пяти публикациях, в том числе в трех брошюрах Союэно-республиканасого масштаба - Обзор информации ВНИИЦпесресурс Госкомпеса СССР и др. Общий объем публикаций - более пяти печатных листов.

Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 150 страницах машинописного текста, включает в оебя общую характеристику работы, три главы, выводы, заключение и практические предложения. Работа содержит 30 таблиц, 17 рисунков, список использованной литературы включает 242 наименования в том числе 7 на иностранном языке.

Содержание работы

1 Состояние вопроса

Проблема атмосферного техногенного загрязнения в 80-е годы XX в. получила глобальное значение. В результате ее изучения в многочисленных работах отечественных (Алексеев, 1990, 1996; Булохов, 1996; Воронков, 1982; Дончева, 1978; Израэль, 1987; Илькун, 1984; Писаренко, 1989, 1991 и др.) и зарубежных (Андерсон и др., 1988, Влияние загрязнений..., 1981 и др.) ученых и практиков были накоплены и получили отражение определенные сведения по проблеме техногенного атмосферного загрязнения окружающей среды и его негашеному влиянию на биосферу Земли в целом и лесные насаждения в отдельности.

Так, было отмечено следующее;

Химию атмосферы начали систематически изучать в начале XX в., более детально - после 1945 г., а с 60-х годов техногенное атмосферное загрязнение стало глобальной проблемой (Израэль, 1987).

За первую половину XX в. техногенное загрязнение атмосферы увеличилось в 1,5-2,0 раза(Григорьев, 1983), даже в удаленных от промышленных регионов областях основным техногенным загрязнителем атмосферы является диоксид серы - ЗОг.

В 60-х годах XX в. годовое количество соединений серы, поступавшее в почву с осадками на ЕТР, составляло в среднем 10-12 кг/га (Дроздова, 1964).

За следующее 20-петие (с 60-х по 80-е годы) оно увеличилось в 2-3 раза -до 28-30 кг/га/год (Мониторинг, 1987).

По всем другим аспектам проблемы также были уже определенные наработки. Конкретных же данных экспериментальных исследований для определенных объектов исследования к началу проработки темы, особенно по уровню нагрузки техногенных атмосферных токсикантов (в кг/га/год), не было.

В связи с этим и была поставлена данная проблема для разработки в глобальном масштабе, а выполненная нами работа является составной ее частью.

2 Программа, методика и объекты исследований 2.1 Программа и объем выполненной НИР.

Для решения поставленных задач программа НИР включала следующие направления:

изучение лесокультурного дела Беларуси;

изучение состояния сосновых насаждений и его изменений в зоне техногенного атмосферного загрязнения Гомельского промышленного района радиусом в 25-30 км. на 10 стационарных объектах (10 постоянных пробных площадей);

исследование уровня техногенного атмосферного загрязнения конкретных лесных насаждений на удалении от источника загрязнения 1-3, 5-10, 15-20, 25 км и более. Исследования выполнены на тех же 10 постоянных стационарах — 10 постоянных пробных площадях в лесных насаждениях и на 10 постоянных рядом расположенных пунктах на открытых участках - участках сельскохозяйственных угодий - ежемесячно в течение нескольких лет;

изучение прироста стволовой древесины в сосновых насаждениях на тех же 10-ти стационарных объектах;

проверка влияния экспозиции и концентрации ЭОг - диоксида серы в атмосферном воздухе на состояние молодых 10-16 летних саженцев - деревьев сосны и 1-2 летних сеянцев сосны и ели е строго регулируемых условиях -специальных камерах;

совершенствование конструкции камеры для проведения экспериментальных исследований по выявлению влияния экспозиции и уровня концентрации 80? на состояние сеянцев и саженцев сосны;

изучение средообразующих - шумозащитных свойств лесных насаждений сосны и других древесных пород в строго регулируемых условиях на специальной установке;

разработка комплекса мероприятий по повышению устойчивости, продуктивности и средозащитных функций насаждений сосны обыкновенной

в зоне техногенного атмосферного загрязнения (на примере Гомельского промышленного района).

2.2 Методика исследований

Исследования осуществлялись по широко применяемым и проверенным методикам изучения таксационных характеристик лесных насаждений (Влияние загрязнений воздуха на растительность,1981; Ипькун, 1971; Кулагин,1980; ОСТ 5669-83; Санитарные правила в лесах СССР, 1970).

Выявление состояния лесных насаждений и степени их повреждения промышленными выбросами осуществлялось на пробных площадях с использованием характерных признаков и применением выше приведенных методик. Пробные площади заложены на трансекте по направлению преобладающих ветров, на различном удалении от источника загрязнений (1-3 км, 3-5, 5-Ю, 11-15, 15-20, 21-25 и более). Участки леса для закладки пробных площадей подбирались по материалам лесоустройства (с использованием таксационных описаний и планов лесонасаждений).

Основное внимание при этом уделялось сосновым насаждениям 1-1V класса бонитета и расположенным в аналогичных типах леса, но различающиеся возрастом, полнотой и другими таксационными показателями.

Пробные площади закладывались согласно ГОСТу. Деревья на них при перечете подразделялись на три категории: 1 - здоровые - без видимых признаков повреждений, трехлетняя хвоя сохранилась на побегах; 2 -поврежденные — с изреженной кроной и побуревшей на 1/3 длины двухлетней хвоей, трехлетняя и четырехлетняя хвоя на них осыпалась; 3 - усохшие.

На пробных площадях, кроме определения основных таксационных показателей лесных насаждений, а также визуальной оценки повреждений их промышленными выбросами, выполнялись следующие дополнительные исследования:

1. Для сосновых молодняков определялся ход роста по высоте за последние 10 лет путем замера прироста за отдельные годы у 20-25 растущих деревьев.

2. Для средневозрастных, приспевающих и спелых сосновых насаждений определялся ход роста их по диаметру ствола за последние 10-20 лет путем

взятия приростным буравом кернов стволовой древесины на высоте 1,3 м от поверхности земли у 25-30 деревьев (Битвинскас, 1974).

3. Для сосновых молодняков определялся вес и размер хвои путем отбора образцов в верхней части кроны (на побегах двух-трех последних мутовок) по 100 хвоинок каждого возраста из средней части побега.

4. Керны древесины и хвоя консервировались в спиртовом или спиртово-глицериновом растворах, а затем исследовались в лабораторных условиях.

Жизнеспособность - состояние деревьев в сосновых насаждениях оценивалось визуально по общепринятой методике (Алексеев, 1982; Биоиндикация..., 1988; Киселев, 1986; Проект руководства по методологии и критериям отбора проб.., 1987; Санитарные правила в лесах СССР, 1970).

Выявления уровня техногенного атмосферного загрязнения конкретных объектов - сосновых насаждений осуществлялось на специально организованных стационарах, на которых осуществлены наблюдения по количественной оценке уровня нагрузки ЭОг ЫО* и пыли.

На стационарных объектах по изучению состояния лесных насаждений оборудованы постоянные пункты мониторинга атмосферного воздуха, на которых осуществлены наблюдения по выявлению уровня нагрузки 30;, N0* и пыли на лесные экосистемы.

Выявление влияния атмосферных загрязнителей на лесные экосистемы проводилось с использованием методики мониторинга леса и воздействия загрязнения воздуха на леса (Проект руководства, принятый Целевой Группой Программы Европейской Экономической Комиссии ООН, 1986; Руководства по организации и проведению мониторинга леса 8 БССР, 1988; Санитарные правила в лесах СССР. 1970).

Химический анализ различных сред (почвы, воды, фитомассы, воздуха и пр.) осуществлялся с использованием широко апробированных методик (Агрохимические методы исследования почв,1975; Аринушкина,1961; Кзрабань, 1982). Определение уровня нагрузки атмосферных загрязнителей на лесные экосистемы (50г , №х и др.) осуществлялось с использованием методов абсорбции (Проект руководства по методологии и критериям отбора проб...,

1987; Руководство по организации и проведению мониторинга леса..., 1988),

Для условий лесных экосистем наиболее применимы методы абсорбции с использованием бумажных абсорбентов - хромотографической бумаги (\Л/а1тап-41 или \Л/а1тап -ЗМ), или бумаги-основы для экспресс - тестов (ТУ 13-7308001721-85, марка II ; Руководство по организации и проведению мониторинга леса.,., 1988).

2.3. Характеристика объектов исследований 2.3.1. Краткая характеристика естественно-исторических и экономических условий Республики Беларусь

Естественно-исторические условия района расположения объектов исследования являются в основном благоприятными для выращивания высокопродуктивных лесных насаждений всех основных произрастающих здесь лесообразующих древесных пород.

Состояние лесных насаждений в связи с этим зависит от воздействия главным образом антропогенных факторов.

Лесистость Беларуси в 1860-2001 гг. под влиянием антропогенных факторов изменялась и в сторону уменьшения (за 1860-1924 гг. лесистость снизилась с 44 до 25%. или почти в 2 раза; за 1941-1945гт. -с 30 до 22%, или - на 30%) и в сторону увеличения (за 1224-1941гт. лесистость возросла с25 до 30%. ипи на 20%; за 1945-2001гг. с22 до 38%, или в 1,7 раза) (Коровин и др., 2003).

За этот же период произошли и заметные изменения породного состава ¡чесов Республики. При этом наблюдается общая тенденция изменения породного состав лесов, суть которой состоит в смене хвойных и тведцошственных пород мягкописгаенными. При этом среда основных факторов смены породного состава лесов за последние десятилетия заметное место занимает техногенное атмосферное загрязнение.

2.3.2 Краткая характеристика стационарных объектов исследования Краткая песоводственно - таксационная характеристика опытных объектов в зоне техногенного воздействия приведена в таблице 1,

Таблица 1

Песоводственно - таксационная характеристика опытных объектов в зоне техногенного воздействия Гомельского промышленного района

№ Тип пега Состав Возраст, лет Средние Класс бонитет Полнота Запас мЗ/га

Д, см Н,м

Зона до 3,0 км от источника загрязнения Гомельского химзавода

1 С.орл.мш ЮС 22 6,0 7,0 И 1,10 112

2 С.орл.мш ЮС 25 9,1 9,4 II 0,74 98

3 С.орл.мш 10С 36 13,1 12,1 I 1,10 200

4 С.орл.мш юс 39 14,6 13,8 II 0,91 189

5 С.мш. юс 66 29,6 21,6 ] 0,56 207

Зона 3,1 - 5,0 км от источника загрязнения

6 С.орл. мш юс 25 8,0 9,0 II 0,84 101

7 С.орл. мш юс 39 13,8 14,0 II 0,91 193

Зона 5,1 —10,0 км от источника загрязнения

8 С.орл. мш юс 25 7,0 8,0 11 0,80 80

9 С.орл. мш юс 46 16,4 15,1 1 0,80 217

Зона 10,1 -15,0 км от источника загрязнения

10 С.орл.мш юс 25 10,0 11,0 1 1,10 184

11 С.орл.мш юс 33 2.8 12,0 1 0,8 182

Зона более 20 км от источника загрязнения

12 С.орл.мш юс 22 9.0 9,0 1 1,00 143

13 С.орл .мш юс 25 8,0 ю.о 1 1,00 160

3 Результаты выполненной (ных) НИР (исследований) 3.1. Краткий очерк лесокультурного дела Беларуси.

в целом состояние леса восстановления в Беларуси можно охарактеризовать положительно. В течение всего послевоенного периода

процессы рубки леса и его восстановления в основном были сбалансированы. Практически во всех суходольных условиях местопроизрастания в течении первых 2-3 пет после рубки создаются лесные культуры из хозяйственно-ценных древесных пород. В результате целенаправленной политики лесовосстановления обеспечено повышение удельного веса покрытых лесом земель и улучшена породная структура белорусских лесов. Покрытые лесом земли в общей площади лесного фонда возросли за послевоенный период с 77 до 89%, а лесистость территории увеличилась с 22 до 38%, или в 1,5 раза .

Нерешенных проблем в лесокулыурном деле в настоящее время в Беларуси нет. Все вырубаемые площади успешно восстанавливаются искусственным или естественным путем. Однако остаются недостаточно решенными вопросы создания устойчивых лесных культур и повышения устойчивости уже созданных лесных культур сосны обыкновенной в зоне техногенного атмосферного загрязнения промышленных районов и конкретно в зоне Гомельского промышленного района.

3.2. Результаты экспериментальных исследований по выявлению уровня техногенного атмосферного загрязнения на территории Беларуси 3.2.1. Уровень техногенного атмосферного загрязнения на территории Беларуси в целом и конкретных регионов в отдельности

Валовые выбросы вредных веществ в атмосферу на территории Беларуси а 80-е годы XX века только стационарными источниками (промышленные предприятия и др.) составляли около 1,5 млн. тонн в год, в том числе газообразные загрязнители достигали в среднем 1,2 млн. тонн в год, или составляли более 80% от валовых выбросов этой категории загрязнителей атмосферы.

На территории Гомельской области валовые выбросы промышленных предприятий соответственно составляли: валовые - 0,240 млн. тонн в год, в т.ч. газообразные - 0,200 млн. тонн в год или 84%, из них только на территории города Гомеля - 0,056 и 0,046 млн. тонн в год или 82% (табл. 2),

Таблица 2

Валовый объем выбросов атмосферных загрязнителей стационарными источниками по территории Беларуси

Республика, область, город Валовый объем выбросов атмосферных загрязнителей по годам

1983 1985 1987 1983 1985 1987

всего, тыс. т/год газообразных тес.т. а год/ в % от всего

Беларусь 1519 1479 1404 1337/87 1260/85 1200/85

Гомельская 251 241 225 216/86 201/84 187/82

Гомель 53 59 56 44/83 48/81 46/82

Среди газообразных техногенных атмосферных загрязнителей стационарных источников преобладают соединения серы (около 50%).

Существенное влияние на уровень техногенного загрязнения воздушного бассейна территории Беларуси оказывают выбросы транспортных средств и трансграничный перенос атмосферных загрязнителей с территории стран Западной Европы, объем соединений серы в которых составляет около 150 тысяч тонн в гад (Израэль, 1987).

Суммарный объем валовою выброса соединений серы (SQ0 в воздушный бассейн территории Беларуси в 80-х годах XX века и в настоящее время составляет около 1,0 млн.т. в год.

Уровень нагрузки атмосферными загрязнениями соединениями серы (SOz) территории Беларуси в 80-х годах XX в. составлял более 4,0 т/ш2/лэд ~ 40 кг/га/год, что более чем в 2,0 раза превышало установленный предельно допустимый уровень нагрузки SOa на лесные экосистемы в 2 т/га (Временные нормативы, 1984).

Средняя концентрация SO2 в воздушном бассейне городов Беларуси превышала санитарные ПДКс в 1,5-3,0 раза и более (0,07-0,15 против 0,05 мг/м3), а временные нормативы ГЩКл для древесных пород в 3-6 раза (0,07-0,015 прошв 0,025м г/м3) (Временные нормативы..., 1984).

Уровень нагрузи! SO2 на территории городов Беларуси е 1978-1989 годах, по данным Госшдромета, в среднем составлял около 75 кг/га/год, или превышал предельно-допустимый уровень нагрузки (ПДНс) - в 1,4-3,6 раза (50-110 против 3,6 кг/га в год), и ПДНл - в 2,2-5,5 раза (50-110 против 20 кг/га/год).

Среднее значение pH снеговой воды в 30-км зоне вокруг Гомельского промышленного района в 1987-1989 гг. изменялось в пределах 4,5-5,8, но в большинстве случаев 4,5-5,3.

Более высокая кислотность характерна для осадков прошедших через полог леса. Это связано со смывом загрязняющих веществ с поверхности полсга лесных насаждений. Тесной зависимости величины pH атмосферных осадков с удаленностью от источника загрязнения не установлено.

3.2,2. Уровень нагрузки техногенных загрязнителей на различные экосистемы в зоне влияния Гомельского промышленного района. Содержание соединений серы (SO*2") в снеговой воде лесных экосистем по сравнению с луговыми больше в 2,0-2,2 раза.

Наблюдается выраженная закономерность различия уровня нагрузки SO; на полог (кроны) лесных экосистем сосновых насаждений по сравнению с безлесными луговыми экосистемами: в лесу он оказался в 2,5 раза больше независимо от удаленности от источника загрязнения (92 против 37; 86 против 35 и 83 против 33 кг/га/год)(табл.З).

При этом под полог лесных насаждений SO; поступает в среднем около 20% от уровня нагрузки на лесные экосистемы в цепом: 19 против 92; 17 против 86 и 16 против 83 кг/га/год. Чем выше сомкнутость кроны, тем большая часть токсикантов задерживается на ней.

Эти данные убедительно говорят о высоком уровне газо-поглотительно-осаждающей функции лесных (сосновых) насаждений. Количественно она для сосновых насаждений составляет в среднем 50 кг/га/год или 5 т/ км2/год.

В относительных единицах газоочистительная функция сосновых насаждений количественно оценивается в среднем около 80% от общего объема SO2 в атмосферном воздухе.

Таблица 3

Уровень нагрузки 802 на различные экосистемы в Гомельском промышленном районе с их удаленностью от источника загрязнения (кг/га/год)

Удаленность от источника загрязнения, км Уровень нагрузки ЭОг на различные экосистемы

Лес Поле

ВСеГО /В Т.Ч.ПОД пологом насаждений всего

за год из них по сезонам года за год из них по год сезонам а

холодный теплый холодный теплый

3 19 63 13 29 6 37 27 10

10 86 17 Ш 12 24 5 35 26 9

30 83 16 60 12 23 4 33 24 9

3.2.3. Состояние сосновых насаждений в зоне влияния техногенных атмосферных выбросов Гомельского промышленного района. 3.2.3.1. Состояние ассимиляционного аппарата крон (полога) сосновых древостоев (насаждений).

Средний возраст сохраняющейся хвои в сосновых насаждениях в 30-км зоне вокруг Гомельского промышленного центра - г, Гомеля составляет около 2 лет. При этом почти у 100% хвои отмечено побурение кончиков, а у 50-80% наблюдаются пятна различной величины и окраски- хлороз.

Состояние хвои по визуальным признакам сосновых насаждений в зоне влияния техногенных атмосферных загрязнений коррелирует с содержанием соединений серы в ней, которое составляет 0,13-0,21% от абсолютно сухого веса.

3.2.3.2. Влияние атмосферных токсикантов на величину радиального прироста по диаметру ствола деревьев сосновых насаждений

Величина радиального прироста по диаметру ствола деревьев в сосновых насаждениях под влиянием атмосферных токсикантов в большинстве случаев

по сравнению с контролем и периодом до ввода их в действие промышленных предприятий снижается.

Негативное влияние техногенных атмосферных токсикантов на сосновые насаждения е зоне сильного влияния загрязнения в большей мере проявляется в насаждениях I и И классов возраста. Величина радиального прироста по диаметру ствола в молодняках ) класса возраста за период действия промышленных предприятий по сравнению с периодом до ввода их в действие снизилась на 5060%, в насаждениях II класса возраста - на 20-60% , Ш класса возраста - на 2050% . IV класса возраста - на 20-25% и V класса - на 10% (табл.4).

3.2.4. Закономерности проявления воздухоочищающей (пыле-газоосаждающей - газопо гл о ща юще й) функции сосновых насаждений от техногенных атмосферных загрязнителей (соединений серы (БОг) и пыли)

На стационарных объектах — сосновых насаждениях Белорусского НИИ лесного хозяйства (БелНИИЛХ) - Института леса Национальной академии наук Беларуси (ИЛ Н АН Б) осуществлены многолетние уникальные, не имеющие аналогов в мировой практике экспериментальные исследования по выявлению количественной оценки воздухоочистной (п ы ле~га зо осзжда юще й-газологлащающей ) функции сосновых насаждений атмосферного воздуха (рис.1).

Экспериментальные данные по количественной оценке средообразующих функций лесных насаждений приведены в табл.5.

Одна из закономерностей заключается в характере отфильтровывания атмосферных загрязнителей (ЗОг и пыли) по вертикальному профилю сосновых насаждений.

Общая масса отфильтрованных (осажденных) техногенных газообразных * атмосферных загрязнителей (вОз) в 85 кг/га в год (100%) по их вертикальному профилю лесными экосистемами - сосновыми насаждениями распределяется в виде перевернутого усеченного конуса, а именно: в верхней части полога (кроны) сосновых насаждений - 47 кг/га в год (55%), в пологе (кроне) - 24 кг/га/год (28%)

и под пологом (кроной) - осаждается на почву, напочвенный покров - 14 кг/га/год (17%).

Общая масса отфильтрованных (осаженных) техногенных атмосферных загрязнителей - пыли лесными экосистемами (сосновыми насаждениями) в 255 кг/га/год (100%) по их вертикальному профилю распределяется, наоборот, в виде нормального усеченного конуса, а именно: в верхней части полога(кроны) сосновых насаждений - 30кг/га/год (12%), в

Таблица 4

Величина радиального прироста по диаметру ствола в сосновых насаждениях под влиянием техногенного атмосферного загрязнения в серии типов леса-сосняки мшистые в зоне Гомельского промышленного района.

Удаленность от источника выбросов, км Возрастная группа насаждений, лет Радиальный прир< ствола (в % %' эст по диаметру за периоды

до ввода после ввода

в действие промышленных предприятий

1 2 3 4

До 3,0 1-20 100 43

21-40 100 60

41-60 100 75

61-80 100 74

3.1-5.0 1-20 100 39

21-40 100 57

5,1-10,0 1-20 100 49

21-40 100 70

10,1-15,0 21-40 100 39

41-60 100 50

61-80 100 80

30,1-35 41-60 100 80

81-100 100 90

Контроль 41-60 61-80 100 100

Таблш іа 5

Характер - закономерности воздухоочисгной (пыле-газо-очистной) функции лесных экосистем.

Нагрузка токсикантов на древостой лесной экосистемы, кг/го

Элементы /год и % от всего

(ярусы) Э02 пыль

лесной всего в т. ч. по сезонам всего в т.ч. по сезонам

экосистемы года года

холодного теплого холодного 1 теплого

Лесная 85/100 58/68 27/32 255/100 69/27 186/73

экосистема 100 100 100 100 100 100

а целом

Вт. ч.

верхняя 47/100 32/68 15/32 30/100 8/25 22/75

часть 55 55 55 12 11 12

полога

(кроны)

В пологе 24/100 16/70 8/30 83 25 68

(кроне) 28 28 28 32 33 31

Под 14/100 10/71 4/29 142 38 104

пологом 17 17 17 56 56 57

(кроной) 1

пологе (кроне) - 83 (32%) и под пологом (кроной) - осаждается на почну, почвенный покров -142 кг/га/год (56%).

Другая из закономерностей заключается в специфике воэдухоочисгной функции сосновых насаждений по периодам (сезонам) года: холодного и теплого.

Из общей массы отфильтрованных (осажденных) атмосферных загрязнителей (БОа) сосновыми насаждениями в 85 кг/га/год (100%) около 70% (58 кг/га/год) приходится на холодный период (сезон) года и только немпошм более 30% (27 кг/га/год) - на теплый период (сезон) года.

В проявлении воздухоочистной функции сосновых насаждений атмосферного воздуха от твердых техногенных загрязнителей (пыли), которая количественно оценивается в 255 кг/га/год (100%), наоборот, 73% (186 кг/га/год) приходится на теплый период (сезон) года и только 27% (60кг/га/год) ■ ■ на холодный период (сезон) года.

60% 10% о

I 'ис.1 Стационарный объект по выявлению нагрузки техногенных атмосферных загрязнителей лесных экосистем по их вертикальному профилю

3.2.5. Исследования поглощения 302 растениями в фумигационных камерах

Для оценки воздействия на деревья сосны концентраций ЭОг в дозах газации, близких к пороговым, и способности растительности при этом поглощать фитотоксиканты в 1986 - 1989 годах был проведен модельный эксперимент по фумигации сосновых насаждений двуокисью серы.

Объект исследования: деревья сосны обыкновенной 16-летнего позрмста в рядовых лесных посадках, полнотой 0,9, II класс бонитета. Фумигация проводилась в период активного физиологического состояния деревьев (конец мая - июнь). Для газации использовались переносные каркасные фумигациопиые камеры из полиэтиленовой пленки с двухслойными стенками (рис. 2).

На основании проведенных наблюдений можно сделать следующие

выводы:

В процессе эксперимента была получена пороговая доза газации сосны обыкновенной, равная 120 -140 (мг/м^/мин,

Критерием момента достижения растением пороговой дозы может служить снижение динамики роста в хвое органической (ЭО/ ) и неорганической (-ВН)серы и их соотношения.

В условиях разовой газации посадок сосны обыкновенной в пределах пороговой дозы удельное газопоглощение составило 0,74 мг/м3 приведенного объема кроны или 0,026 мг/кг хвои, что позволяет рассчитать возможное поглощение ЗОг массивом растений.

3.2.6. Исследование шумозащитных свойств зеленых насаждений

Параллельно проводимым исследованиям газологлощающих свойот зеленых насаждений на территории Учебно-опытного лесхоза БГИТА проводились исследования их акустических свойств: звукоизоляции и звукопоглощения.

Звукоизолирующие свойства исследовались на специально созданных дня этой цели макетных посадках масштаба 1:5 различной конфигурации и плотности. Посадки были двух-, трех- и четырехрядные с рядовой и шахматной схемой расположения деревьев.

Нмїол

шзоіюн

омосзд

Рис. 2 Устройство фумигационной камеры.

1 — двухслойная стопка из полиэтиленовой пленки

2 — внут ренний трубчатый каркас

3 - кольцевой металлический шпунт

4 — резиноный жгут

В результате проведенных исследований звукоизолирующих свойств макетных посадок можно сделать следующие выводы:

1. Но СЕЮЄЙ звукоизолирующей эффективности древесные породы можно расположить в следующей последовательности (по мере убывания): каштан конский, клен остролистный, ель европейская, лила мелколистная, береза повислая.

?.. Объекты с шахматным расположением растений имеют более высокое удельное снижение уровней звукового давления по глубине посадки относительно фронта,

3. Двухрядные посадки с увеличенной поверхностью имеют наибольшую знукоизолирующую эффективность, что немаловажно в условиях города.

4. В целях защиты от шумового техногенного загрязнения наиболее приемлемыми являются породы деревьев с наибольшим размером листовой ) и остинки и хвойные.

Выводы.

В целом состояние лесоеосстановлен и я в Беларуси можно охарактеризовать положительно. В течение всего послевоенного периода процессы рубки леса и его восстановления в основном были сбалансированы. Практически во всех суходольных условиях местопроизрастания в течение первых 2-3 лет после рубки создаются лесные культуры из хозяйственно-ценных древесных пород. В результате целенаправленной политики лесовосстановления обеспечено повышение удельного веса покрытых лесом земель и улучшена породная структура белорусских лесов. Покрытые лесом земли в общей площади лесного фонда возросли за послевоенный период с 77% до 89%, а лесистость территории увеличилась с 22% до 38%, или в 1.5 раза.

Нерешенных проблем в лесокультурном деле в настоящее время в Беларуси нет. Все вырубаемые площади успешно восстанавливаются искусственным или естественным путем. Однако остаются недостаточно отработанными вопросы создания устойчивых лесных культур и повышения устойчивости уже созданных лесных культур сосны обыкновенной в зоне техногенного атмосферного загрязнения промышленных районов и конкретно в зоне Гомельского промышленного района.

Основным токсикантом в зоне Гомельского промышленного района являются соединения серы, удельный вес которых составляет около 50% от валовых техногенных загрязнений атмосферы.

Средняя концентрация БОг в воздушном бассейне г.Гомеля, других крупных городов — областных центров Беларуси, по данным ведомственных исследований (Белгосгидромета) составлял 0,07 -0,15 мг/м3 , что в 3-6 раза выше ПДК для древесных пород, которая составляет 0,025 мг/м3.

Уровень нагрузки соединений серы (ЗОг), азота (N0*) и твердых веществ (пыли) на лесные ландшафты в 2 и более раза выше, чем безлесные.

Содержание соединений серы (ЭО/2) в снеговой воде лесных экосистем по сравнению с луговыми в 30 км зоне вокруг г.Гомеля оказалось в 2 раза выше (24 мг/л против 12 мг/л).

Уровень нагрузки атмосферных токсикантов (802, N0* и доля пыли) в 30 км зоне вокруг г.Гомеля на лесные экосистемы - сосновые посадки в 2-3 раза выше, чем на безлесные экосистемы: 87 кг/га/год против 35 кг/га/год.

За холодный период года на всех типах ландшафтов соединений серы (вОг) выпадает (осаждается) по сравнению с теплым периодом года в 2 раза больше: 62 кг/га/год против 25 кг/га/год на лесные экосистемы и 26 кг/га/год против 9 кг/га/год на безлесные экосистемы.

В полосе сосновых насаждений задерживается в среднем около 80% соединений серы (70 кг/га/год из 87 кг/га/гсд), что свидетельствует о высоком уровне гаэо-логлотительно-осаждающей функции сосновых насаждений.

Уровень нагрузки соединений серы (ЭОа) на сосновые насаждения в 30 км зоне вокруг г.Гомеля превышает предельно допустимый уровень нагрузки в 4,4 раза (97 кг/га/год против 20 кг/га/год).

Сосновые насаждения в 30 км зоне вокруг г.Гомеля сильно повреждены техногенными атмосферными токсикантами (вОг, N0,) и продуктивность их по сравнению с контрольными заметно снижена:

- средний возраст сохранившейся хвои в сосновых насаждениях составляет 2 года вместо 4 лет на контроле;

- радиальный прирост по диаметру ствола на 30-50% меньше, чем на контроле;

Экспериментальные исследования шумопоглощающих функций лесных пород в строго регулируемых условиях (в специальных камерах) по степени их звукопоглощения позволяют распределить древесные виды следующим образом (по мере убывания): каштан конский, клен остролистный, ель европейская, липа мелколистная, береза повислая.

Уровень развития песокупьтурного дела в целом по Беларуси является довольно высоким: сохранность лесных культур составляет около70%, переведено в лесопокрытые земли более 60% от созданных.

Поэтому нами рекомендуются только мероприятия по агротехнике и технологии создания и выращивания лесных культур сосны применительно к зоне техногенного атмосферного загрязнения.

Предложения производству Система лесохозяйственных мероприятий в лесах зоны техногенного атмосферного загрязнения в условиях Беларуси

Система мероприятий в лесах зоны атмосферного загрязнения включает организационные, лесокультурные и лесохозяйственные мероприятия.

Путем научно обоснованного соотношения и главным образом территориального размещения лесных и безлесных участков в конкретном районе, т. е. путем сформирования оптимальной (эколого-хоэяйстеенно-целесообразной) лесистости конкретного региона устойчивость лесных насаждений заметно повышается, а степень негативного влияния техногенного атмосферного загрязнения на лесные ландшафты и в целом на окружающую среду снижается.

Территориальное размещение лесных насаждений и всех других объектов производственного назначения (технологических волоков, направление рядов создаваемых культур и пр.) в 1-Й и 2-й полосах осуществляется таким образом, чтобы обеспечить барьеры для проникновения загрязнителей в лесные насаждения, с одной стороны, и максимальную лроветриваемость лесных массивов, с другой.

Лесокультурные мероприятия в зоне радиусом до 20 км от источника загрязнения имеют следующие особенности:

Обработка почвы для создания лесных культур: на участках очень сухих, сухих и свежих боров и суборей (Ао, Во, А^г и В1-2) не проводится;

на участках влажных боров и суборей (Аз и Вз), а также свежих и влажных су раменей-су грудков (Сз и Сз) - осуществляется нарезкой мелких двухотвальных борозд или полосами путем рыхления почвы;

на участках свежих незадерненных и незаросших порослью лиственных пород вырубках в условиях влажных боров и суборей (Аз и Вз), а также свежих и влажных сурамененй-сугрудков (Сг и Сз) - обработка почвы не проводится;

на участках влажно-сырых и сырых типов условий местопроизрастаний (Ам, Ад, Вэ-4, Сщ и С4) - осуществляется путем устройства микроповышений.

Во всех случаях лесные культуры сосны обыкновенной создаются смешанные: 70— 80% сосны и 20—30% газоустойчивых пород (в типах условий местопроизрастания А^, Аз, В1-2. Вз — белая акация, береза повислая, ива белая, рябина обыкновенная, бузина красная, жимолость, дерен белый, пузыреплодник калинолмстный; в Сг-з. Сз, В2-3, Вз дополнительно - тополь канадский и пирамидальный, груша обыкновенная, яблоня, берест, клен остролистный, липа мелколистная, дуб черешчатый, калина обыкновенная, малина лесная, крушина ломкая, лещина обыкновенная, акация желтая).

На вырубках высаживаются только сеянцы сосны, а примесь лиственных город формируется за смет естественного их возобновления. При этом биогруппы сосны создаются вокруг крупных пней и по повышенным элементам рельефа, где естественное возобновление лиственных пород менее выражено.

Посадка лесных культур осуществляется стандартным посадочным материалом рядами при широких междурядьях густотой 4—6 тыс. шт. на 1 га (размещение посадочных мест 3X0,7; 3X1,0; 3X0,6 м ). Направление рядов лесных культур совмещается с направлением преобладающих ветров.

Смешение древесных пород в культурах полосами (или куртинами), отношение ширины полосы из сосны обыкновенной (40—50 м) к ширине полосы из гаэоустойчиеых древесных пород (не менее 10 м) - 4:1 или 3:1, Направление газозащитных полос на участках лесных культур сосны должно быть перпендикулярно направлению преобладающих ветров, опушечные ряды в них необходимо уплотнять посадкой газоустойчивых кустарников (акации желтой, бузины красной, жимолости обыкновенной, дерна белого, ивы и др.). В зоне очень сильного техногенного загрязнения удельный вес сосны в составе создаваемых смешанных лесных культур не должен превышать 50%.

Агротехнический уход за лесными культурами сосны осуществляется только путем удаления затеняющей (заглушающей) древесной поросли (березы, осины, других мягколиственных древесных пород и кустарников) и травянистой растительности без рыхления почвы.

Кратность агротехнических уходов за лесными культурами сосны с момента их создания до перевода в категорию лесолокрытых земель: 1-2-х кратный уход (по мере необходимости) ежегодно в первой половине вегетационного периода (в июне) и в августе-сентябре - перед их инвентаризацией.

Способы выполнения агротехнического ухода за лесными культурами сосны: приминание поросли древесных пород и травянистой растительности имеющимися орудиями — гусеничный трактор без прицепных орудий, каток-осветлитель культур, КОК-2М и др. или скашивание (срезание) их.

Из наиболее эффективных и доступных для широкой практики агротехнических мероприятий рекомендуются следующие:

внесение минеральных удобрений как отдельными компонентами (Ы, К, Р и др.) так и ИРК, МК, КР и пр. и их смеси. Повторяемость внесения минеральных удобрений в зависимости от дозы через 3—4 и 6—7 лет;

минеральные удобрения вносят только на участках лесных насаждений слабого и реже среднего повреждения атмосферными токсикантами, а в зоне сильного повреждения их вносить не следует;

известкование почвы с одновременным внесением минеральных удобрений (при дозах извести — 5—10 т/га и до 60—90 кг/га по д.в.). Применяемые формы минеральных удобрений не должны содержать в своем составе серу;

целесообразно снизить до минимума использование лесных массивов в рекреационных целях;

Формы (разновидности) с более густой охвоенностью, правильно сформированной кроной и с большим восковым налетом на хвое используются как

селекционный фонд Для повышения газоустойчивости создаваемых лесных насаждений сосны обыкновенной.

Из лесовсдственных (песохозяйственных) мероприятий необходимо отметить только некоторые дополнения к существующим и применяемым нормативам по рубкам главного пользования и рубкам ухода за лесом.

Возраст рубок главного пользования в сосновых насаждениях зоны влияния промышленных выбросов по сравнению с принятыми возрастами рубок главного пользования снижается на один класс возраста (на 20 лет). Рубки ухода за лесом осуществляют с соблюдением следующих правил: интенсивность рубок ухода за лесом более умеренная по сравнению с действующим наставлением, полнота {сомкнутость полога) древостоя не должна снижаться менее 0,7. Насаждения изреживают неравномерно, по отдельным куртинам или полосам. Оставляемые кулисы и куртины не изреживают, оставляют плотными, чтобы загрязненный атмосферный воздух в них меньше проникал, а технологические коридоры способствовали лучшей проветриваемое™ лесных насаждений. Проекты рубок ухода за лесом в поврежденных промышленными выбросами насаждениях ежегодно пересматриваются. Примесь лиственных пород и поврежденные деревья хвойных пород в кулисах и особенно по опушкам лесных насаждений не вырубаются для повышения их плотности. Повторяемость рубок ухода через 3—5 лет. Метод отбора деревьев в рубку — селективный.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Коровин Н.В. и др. К вопросу эффективного использования зеленых насаждений в конструкциях лримагистральных посадок с целью защиты от шума транспортных потоков в городах //Сборник научных трудов. • Вып.5. -Брянск: БТИ, 1986.43-44C.

2. Коровин Н.В. Исследования поглощения SO2 растениями в фумигационных камерах.//Вопросы лесоведения и лесоводства. Сборник научных трудов. Бып.12. -Брянск: БГИТА, 2002. 57-58с.

3. Коровин Н.В. Исследования поглощения SO2 сосной обыкновенной в фумигационных камерах //Вестник МАНЭБ, т.8, №2. - С-Пб, 2003. 57-64с,

А. Коровин Н.В. и др. Влияние техногенного атмосферного загрязнения на лес в условиях европейской территории СССР: Обзорн. информ. - М.: ВНИИЦлесресурс Госкомлеса СССР, 1991. -40с.(0рганизация лесохозяйственного производства, механизация, охрана и защита леса. Вып.6.1.)

5. Коровин Н.В. и др. Мониторинг леса Беларуси: Обзорн. информ. -М.: ВНИИЦлесресурс Госкомлеса СССР, 1993. -20с.

6. Коровин Н.В. и др. Негативное влияние техногенного атмосферного загрязнения на сосновые насаждения и пути его снижения. -Брянск.: БГИТА, 2003.-143 с.