Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Лесоводственная оценка состояния сосновых насаждений в условиях длительного техногенного загрязнения

ВАК РФ 06.03.02, Лесоустройство и лесная таксация

Автореферат диссертации по теме "Лесоводственная оценка состояния сосновых насаждений в условиях длительного техногенного загрязнения"

На правах рукописи

ЧЖАН СВЕТЛАНА АНАТОЛЬЕВНА

ЛЕСОВОДСТВЕННАЯ ОЦЕНКА СОСТОЯНИЯ СОСНОВЫХ НАСАЖДЕНИЙ В УСЛОВИЯХ ДЛИТЕЛЬНОГО ТЕХНОГЕННОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ

Специальность: 06.03.02 - Лесоведение, лесоводство, лесоустройство и

лесная таксация

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора сельскохозяйственных наук

Красноярск - 2014

р 0 £рр °П1 *

005546656

005546656

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Братский государственный университет»

Научный консультант Доктор сельскохозяйственных наук, профессор

Рунова Елена Михайловна

Официальные Выводцев Николай Васильевич,

оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук, профессор;

ФГБОУ ВПО «Тихоокеанский государственный университет», кафедра лесного и лесопаркового хозяйст заведующий

Смирнов Александр Петрович, доктор сельскохозяйственных наук, профессор; ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный л< технический университет им. С.М.Кирова», кафедра лесоводства, профессор

Цветков Василий Фролович, доктор сельскохозяйственш наук, профессор; ФГБОУ ВПО «Северный (Арктический Федеральный университет», кафедра лесоводства и почв! ведения, профессор

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Уральский государственный лесотехнический университет»

Защита диссертации состоится «27» июня 2014 г. в 10-00 часов на заседании диссер тационного совета Д212.253.03 в ФГБОУ ВПО «Сибирский государственный техно логический университет» по адресу: 660049, г. Красноярск, пр. Мира, 82. Отзыв в : экз. с заверенной подписью просьба направлять по адресу диссертационного совета.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке СибГТУ и на сайте http://www.sibstu.kts.ru

Факс: (391)266-03-90 E-mail: nvn@sibstu.kts.ru

Автореферат разослан 26 марта 2014 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета, ______

канд. с.-х. наук, доцент ^ репЯх Марина Вадимовна

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследований. Проблема охраны окружающей среды в связи с изменением объема техногенных выбросов в атмосферу с каждым годом становится все более актуальной. Несмотря на существенную научную проработку проблемы взаимодействия лесных экосистем и атмосферных загрязнителей, остались не до конца выясненными закономерности пространственного распределения выбрасываемых химических компонентов в различных элементах лесных экосистем, вопросы оценки сте: пени загрязнения лесов многокомпонентными выбросами и связи состояния насаждений с уровнем снижения содержания техногенных веществ. В конце 90-х годов в связи со значительным спадом производственных мощностей на промышленных предприятиях появляются научно-исследовательские работы о динамике растительных сообществ после прекращения или частичного и значимого снижения техногенного давления [Черненькова, 2002; Залесов и др., 2002; Ганичева и др., 2004]. Однако очень мало исследований по влиянию длительного воздействия техногенного пресса на

динамику состояния лесов.

В сложившейся ситуации требуется определение состояния лесов, выявление критериев и индикаторов диагностики жизнестойкости деревьев и древостоев, система комплексного мониторинга лесов, включающая не только наблюдения за биологической составляющей, но и факторами техногенного воздействия. В связи с этим проблема комплексной оценки состояния лесных экосистем вокруг города Братска, подверженных длительному техногенному воздействию является актуальной. Степень разработанности темы исследования. Проблема промышленных эмиссий и повышения устойчивости лесов к техногенному загрязнению рассматривалась многими отечественными учеными, среди них В.А. Алексеев, В.А. Аникеева, Л.Г. Бабушкина, Л.И. Бельчинская, М.В. Волкова, Н.В. Выводцев, В.Н. Габеев, С.Н. Ганичева, М.Л. Гитарский, Ю.С. Григорьев, Н.Д.Давыдова, A.M. Данченко, Н.И. Данилов, А.В.Дончева, C.B. Залесов, О.Н.Зубарева, Г.М. Илькун, O.A. Катаев, A.IO. Кулагин H В Лукина, И.В.Лянгузова, A.A. Мартынюк, Т.А. Михайлова, Б.Н. Норин, Е.Г. Парамонов, И.Н. Павлов, A.A. Рыжков, A.C. Рожков, Е.М. Рунова, С.А. Сергейчик, А.П. Смирнов, В.А. Соколов, В.А. Усольцев, В.Ф. Цветков, Т.В.Черненькова, В.Т. Ярмишко и др.

Однако, несмотря на существенную научную проработку проблемы взаимодеист-вия лесных экосистем и атмосферных загрязнителей, остались не до конца выясненными закономерности пространственного распределения выбрасываемых химических компонентов в различных элементах лесных экосистем, вопросы оценки степени загрязнения лесов многокомпонентными выбросами и связи состояния насаждений с уровнем содержания техногенных веществ.

Цель и задачи исследований. Цель исследований - установление закономерностей лесоводственного изменения сосновых насаждений под влиянием длительного воздействия техногенных выбросов; разработка критериев оценки зонирования лесов по степени их ослабления; оценка сукцессионной динамики второй генерации сосняков и изменения их восстановительного потенциала под действием промышленного загрязнения.

Достижение поставленной цели осуществлялось решением следующих задач:

- оценить состояние древостоев и предложить схему зонирования лесов с учетом комплекса воздействия техногенных факторов; / —,

U У

- выявить особенности изменения таксационных показателей и строения древо-стоев в зависимости от степени их угнетения;

- установить закономерности накопления основных токсикантов в хвое растений;

- установить взаимосвязь между состоянием хвойных фитоценозов и степенью техногенного загрязнения;

- проанализировать особенности естественного возобновления в лесах при техногенном загрязнении;

- разработать комплекс мероприятий по ведению лесного хозяйства в нарушен-1 ных лесных фитоценозах.

Научная новизна:

- выявлена реакция сосновых древостоев при длительном воздействии промышленного загрязнения, особенно для древостоев 2-ой генерации;

- предложен комплексный подход к зонированию лесов в районе города Братска, с учетом изменений, произошедших в состоянии древостоев, разработана современная схема зонирования лесов вокруг города Братска;

- выявлены особенности накопления основных токсикантов в лесах, подверженных техногенному загрязнению, в динамике;

-выявлены особенности естественного возобновления и вторичных сукцессион» ных процессов в зонах техногенного загрязнения.

Теоретическая и практическая значимость работы: разработано зонирование лесов, подверженных длительному воздействию промышленных поллютантов. Предложенный комплекс мероприятий по ведению лесного хозяйства в нарушенных лесных фитоценозах используется в Городском, Братском, Падунском лесничествах, находящихся в зонах действия промышленных выбросов. Результаты исследований использованы при обследовании и оценке ослабленных промышленными выбросами насаждений и комплексном мониторинге лесов в городе Братске по заказ-наряду Министерства науки и образования РФ по научному направлению «Экология и рациональное лесопользование северных территорий», тема НИР «Обоснование принципов и критериев устойчивого лесопользования в бореальных лесах Приангарья».

Работа проведена в соответствии с планом научно-исследовательских работ Ро-собразования по приоритетному направлению науки и техники «Экология и рациональное природопользование. Мониторинг окружающей среды. Переработка и воспроизводство лесных ресурсов. Прогнозирование биологических и минеральных ресурсов. Сохранение и восстановление нарушенных земель, ландшафтов и биоразнообразия», а также в рамках экологической программы «Муниципальный контракт на оказание услуг, по мониторингу лесов, подвергающихся антропогенному воздействию выбросов промышленных предприятий»(2007-2011)».

Результаты работы внедрены в учебный процесс по дисциплинам «Современ-г ные проблемы о лесе», «Урбоэкология и мониторинг» и «Воздействие антропогенных факторов на жизнеспособность лесных экосистем», а также при выполнении курсового и дипломного проектирования студентами и магистрантами специальности «Лесо-инженерное дело», направления «Лесное дело».

Методология и методы исследования. Теоретической и методологической основой исследования явились работы ведущих отечественных и зарубежных ученых в области изучения состояния лесных экосистем, подверженных действию промышленных поллютантов. В работе использованы базовые методы научно-технического познания, математического моделирования и обработки экспериментальных данных. Методика работ предусматривает комплекс полевых и лабораторных методов лесоводственнот таксационных исследований.

Положения, выносимые на защиту:

- выявлены особенности трансформации древостоев на изменение техногенной

нагрузки;

-комплексная оценка состояния сосновых насаждений 2-ой генерации; -особенности процессов естественного возобновления в лесах подверженных аэротехногенному стрессу;

-комплекс мероприятий по ведению лесного хозяйства в нарушенных лесных фи-

тоценозах.

Степень достоверности и апробация результатов подтверждается анализом многолетних данных, полученных с использованием научно-обоснованных методик исследований; применением современных математических методов, компьютерных технологий обработки экспериментального материала.

Основные теоретические положения работы и результаты исследованийдокладыва-лись на научно-технических конференциях: г. Братск (2000-2013 гг.); г. Йошкар-Ола (2001 г.), г. Воронеж (2001 г.), г. Томск (2001, 2005), г. Брянск (2002-2010), г. Минск (2002-2004, 2008), г. Екатеринбург (2002-2005, 2009-2012), г. Иркутск (2004) и др. Личный вклад автора. В основу диссертационной работы положены результаты многолетних исследований, выполненных лично автором.

Благодарности. Выражаю искреннюю благодарность моему научному консультанту дх-х.н., профессору Е.М.Руновой за ценные советы, а также всестороннюю поддержку на всех этапах работы. Я очень признательна д.т.н., профессору Ю.Н. Алпатову за конструктивные замечания и ценные советы в процессе многолетних исследований. • Публикации. По материалам исследований опубликовано 125 научных работ, в том числе 2 монографии, 20 статей в изданиях, рекомендуемых ВАК для опубликования результатов диссертаций.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения и списка литературы, включающего309 наименования, в том числе 32 иностранных. Работа изложена на 262 стр., иллюстрирована 49 таблицами и 139 рисунками.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА

Многочисленные работы по изучению воздействия техногенных загрязнителей на лесные экосистемы, включая накопление, миграцию и трансформацию токсикантов различными компонентами экосистем, изменение лесорастительных условий, видового состава, строения, роста, продуктивности и состояния лесных сообществ под влиянием загрязнения [Глазовская, 1964, 1988; Дончева, 1978; Добровольский, 1978; Кулагин, 1980; Алексеев, Дочинжер, 1981; Смит, 1985; Влияние промышленного.., 1990; Лукина, Никонов, 1991, 1993,1998; Соколова, Дронова, 1993; Ворон, Стельмахова, Коваль, 2000; Цветков, Цветков, 2003 и др.] позволили сформировать научные подходы к оценке динамики состояния лесов при аэротехногенном загрязнении, их естественного восстановительного потенциала, прогнозу возможной смены пород и последствий техногенной деградации лесных сообществ.

Наблюдение за состоянием ассимиляционного аппарата древесных растений в условиях загрязнения атмосферы в окрестностях промышленного объекта осуществлялось многими исследователями [Linzon, 1971; Кулагин, 1974; Антипов, 1975; Попо-вичев, 1980; Ставрова, Лянгузова, 1980; Huttenen, Laine, 1981; Huttenen et al., 1983; Schumacher, 1985; Черненькова, Сизов, 1986; Kirkwood et al., 1989; Лянгузова, 1990; Ярмишко, 1990; Черненькова, Макаров, 1997]. При изучении разносторонних эффек-

тов влияния загрязняющих веществ техногенного происхождения на растительные организмы и сообщества установлены механизмы их воздействия на растения, разработаны многие аспекты теории газоустойчивости растений, предложен ассортимент деревьев и кустарников, устойчивых к фитотокеикантам [Красинский, 1950; Мегрункая, 1970; Илькун, 1971, 1978; Кулагин, 1974, 1980; Тарабрин, 1974; Добровольский, 1978; Николаевский, 1979; Антипов, 1979; Kozlovski, Constantinidou, 1986; Барахтенова, 1988; Рожков, Михайлова, 1989; Гетко, 1989; Бабушкина и др., 1993; Кравкина, 1993; Тарбаева, Ладанова, 1994; Рунова, 1999; Сергейчик, 2001; Чернышенко, 2001 и др.].

В целях снижения ущерба лесам от промышленного загрязнения разработаны методологические основы и технологии нормирования фитотоксичных веществ, норма* тивы их допустимого воздействия на лесные растения и экосистемы [Николаевский, 1979, 1993; Resolution.., 1979; Серебрякова, 1980; Prinz, Brandt, 1982; Air..., 1985; Обухов, 1992; Sverdrup е.а., 1992, Воробейчик, Садыков, Фарафонов, 1994; Алексеев, 1994; Михайлова, 1997; Мартынкж, 1999 и др.]. Для отдельных лесных территорий предложены практические рекомендации по повышению устойчивости поврежденных выбросами насаждений [Влияние промышленного..., 1981; Капралов, 1981; Keller, Matyssek, 1990; Тарасенко, 1991; Петров, 1993; Коженков, 1993; Кирейчева, Глазунова, 1995; Podrazsky,1995; Коровин и др., 2003 и др.]. Вместе с тем, комплексной системы мероприятий по сохранению лесов, повышению их устойчивости и реабилитации в условиях техногенного воздействия до настоящего времени не создано.

2. ПРОГРАММА И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ

Изучаемые насаждения в районе г. Братска Иркутской области (молодняки, спелые, перестойные сосняки и производные насаждения в разнотравных типах леса) подвергались выбросам алюминиевого завода и лесопромышленного комплекса (твердые и газообразные фтористые соединения, диоксид серы, оксиды азота и сероводород) с годовым объемом более 200 тыс. т.

Методика работ предусматривала комплекс полевых и лабораторных методов ле-соводственно-таксационных исследований.

Пробные площади (ПП) были заложены в средневозрастных, приспевающих и спелых древостоях в соответствии с требованиями ОСТ-56-69-83. Лесоводственно-таксационную характеристику насаждений на пробных площадях давалась на основании общепринятых в лесном хозяйстве методик [Анучин,1977; Шевелев,2004; ОСТ-56-81-84].

Визуальный метод определения состояния учетных деревьев основан на их распределении по классам Крафта, категориям состояния деревьев на пробных площадях. Динамика состояния древостоев изучалась методом временного тренда на тех же ПП в прошлые годы, а также с помощью регрессионного анализа с определением математического вида зависимости и точности аппроксимации. Экологическая структура насаждений определялась через численность деревьев на изучаемой территории по классам повреждения [Алексеев, 1989,1997].

Анализ образцов хвои на содержание фтор ионов, серы общей, бенз(а)пирена проведен в лаборатории, имеющей аккредитацию на проведение анализов растительности. Сбор хвои производился во второй половине августа - в первой половине сентября с 10 учетных деревьев на каждой пробной площади. Подбирались 60-80-летние деревья из верхнего яруса, 1-3 классов развития по Крафту. Для анализа использовалась хвоя разных возрастов, масса образца - 250-300 г. После сбора образцов определялись, средний возраст хвои, ее длина по возрастам и повреждению. Исследования состояния хвои проводились после визуально-измерительного метода в лаборатории,

имеющей аккредитацию на проведение анализов растительности (Филиал «Центр лабораторного анализа и технических измерений по Восточно-Сибирскому региону»). Химический аншшз включал в себя: 1) потенциометрический метод для определения водорастворимой формы фтора в почве, растительности, воздухе и природных водах; 2) гравиметрический - для определения сульфатов [ГОСТ 26426-85]; 3) хроматогра-фический - для определения бенз(а)пирена [ПНДФ 16.1:2:2.2:3.39-03]; 4) хроматогра-фический для определения алюминия и кремния [ПНДФ 16.1:2:2.2:3.39-03].

Для учёта подроста и подлеска на постоянных пробных площадях были заложены по 30 учетных площадок размером 2x2 м. В пределах этих площадок учитывался весь подрост с указанием породы, возраста и высоты, а также замеченных повреждений. Учет естественного возобновления проводился с использованием методов лесной таксации [Ткаченко,1952].

Обработка полученных данных проводилась методами дисперсионного, корреляционного и регрессионного анализов [Свалов, 1977; Никитин, Швиденко, 1978 и др.] и с применением современных математических методов, компьютерных технологий и пакетов прикладных программ обработки экспериментального материала

В диссертации использованы данные обследования состояния лесов на площади около 100 тыс. га, 277 постоят'ых и временных пробных площадей, на которых были установлены таксационные параметры и состояние у 20 тыс. деревьев, определений влажности 380 древесных стволов. Заложено 1575 площадок по учёту подроста и подлеска.

Алгоритм исследования представлен на рисунке 1

Выбор объектов исследования (изучение литературы, рекогносцировочные исследования, закладка пробных

Состояние проблемы лестх экосиспы, подверженные длительному воздействию

Методология и методы исследований устойчивости Л'Жных эюснстем

площздей)

Научные основы исследования влияния уровней загрязнения на состояние лесных экосистем

Оценка уровня деградацж лесов от таксационных и экологических факторов

Ж

Оценка состояния древесного яруса. Исследования уровней жизнеустойчивости древостоев

Химический анализ состояния хвои поврежденных древостоев

Исследования влияния техногенной нагрузки на естественное возобновление

Разработка и корректоров ка принципов зонироважя лесов иодвержежых дли тельному воздействию гфомышленшх эмиссий

7

Определение границ

Характеристика лесов ш зонам

Математические зависимости состояния л«х:кых экосистем, подверженных длительному воздействию промышленных эмиссий

Разработка комплекса мероприятий по организации лесопользования в лесах подверженных длительному воздействию промышленных эмиссий

Рисунок 1 — Алгоритм исследования

3. ХАРАКТЕРИСТИКА ОБЪЕКТА ИССЛЕДОВАНИЯ

Объектом исследования явились леса Братского района и городские леса г. Братска.

Леса Братского района формируются в условиях продолжительного и интенсивно: го действия техногенного загрязнения. При этом лесные экосистемы находятся в различных стадиях деградации и различаются по типам состояния. Полностью деградированные лесные экосистемы - "техногенные пустоши" - сконцентрированы вокруг главного источника загрязнения (Братского алюминиевого завода). На удалении 10 км от источника загрязнения техногенные редколесья постепенно переходят в дефо-лиирующие леса, которые по площади значительно превышают техногенные пустоши и техногенные редколесья. В лесных экосистемах, подверженных воздушному загрязнению, на стадии дефолиирующих лесов происходят серьезные нарушения питательного режима почв.

Приоритетными загрязнителями, содержание которых превышает установленные предельно допустимые нормы, являются продукты сгорания топлива: пыль, диоксид и оксид азота, оксид углерода, бенз(а)пирен, формальдегид, а также ряд специфических примесей - сероуглерод, сероводород, фтористый водород, метилмеркаптан, растворимые твердые фториды.

Братский алюминиевый завод - самое крупное в России предприятие по производству первичного алюминия. ОАО «РУСАЛ Братск» построен и введен в эксплуатацию с 1966 г. по 1976 г. с оснащением электролизерами с самообжигающимися непрерывными анодами и верхним подводом тока. (воёегЬе^). С 2005 года все 25 корпусов работают на более эффективной и экологически чистой технологии «сухого» анода. Город Братск относится к крупным промышленным узлам Восточной Сибири. Уровень загрязнения атмосферы в г. Братске очень высокий, что относит его к числу наиболее загрязненных городов в России. Высокое загрязнение воздуха на значительной территории связано с климатическими условиями, неблагоприятными для рассеивания выбросов. Известно, что рассеивающая способность атмосферы резко снижается при слабых ветрах (0-1 м/с), застоях воздуха, мощных приземных ; температурных инверсиях и туманах. В районе Братска со сложными условиями рельефа местности повторяемость слабых ветров у поверхности почвы в разные месяцы года составляет 41 % (рис. 2)

200

180 ■ П

п >

160 ■ п

5 140 п

2 120 Й 100

Рисунок 2 - Динамика промышленных выбросов от стационарных источников

(1986-2012 гг.)

Из-за близкого расположения промышленных источников относительно друг друга происходит перемешивание пылегазовых выбросов, что затрудняет определе-

ние доли участия каждого предприятия в загрязнении природной среда Твердое вещество выбросов, обогащенное алюминием, фтором, натрием после таяния снега в основной своей массе оседает на подстилке, постепенно проникает в дерновый горизонт почвы и зону корневого питания растений. При увлажнении некоторая часть химических элементов переходит в подвижное состояние. Вследствие этого верхний гумусовый горизонт почв становится токсичным для растений, особенно в период прорастания семян, что может препятствовать естественному лесовозобновлению. Твердые выбросы лесопромышленного комплекса (БЛПК) по своему составу отличаются от выбросов алюминиевого завода. Для него индикаторными элементами являются в основном кальций (10-15 %), сера (4,5-5 %) и органические вещества.

Сложная обстановка в районе г. Братска привела к усыханию лесов на площади свыше 100 тыс. га. В первые годы после пуска предприятий усыхание насаждений было связано с острым и быстрым отравлением деревьев. В настоящее время идет плавное увеличение зоны усыхания лесов, что обусловлено кумулятивным действием загрязнителей и постепенной потерей устойчивости лесов в условиях хронического отравления. Зона действия выбросов предприятий на состояние насаждений составляет 20-30 километров от промышленных центров. Исследуемая территория относится к району островного распространения вечной мерзлоты. По гранулометрическому составу наиболее распространены среднесуглинистые почвы. На основании химического анализа верхних горизонтов почвы можно говорить о том, что наибольшее накопление загрязняющих веществ характерно для лесной подстилки и гумусово-аккумулятивного горизонта; в гумусово-элювиальном и элювшшьном горизонте в результате процессов выноса органических и минеральных веществ количество загрязняющих компонентов существенно снижается.

Результаты анализа дают представление об общем содержании поллютантов в почве и изменении их концентрации с глубиной (рисунок 3).

i,6 -1,4 -1,2 1 ■ 0,8 • 0,6 0,4 -0,2 ■

почвенный горизонт

□на расстоянии 1 км

огБр-ЧЗа □ на расстоянии 500 м ОТБ1ЛК

r-ь, ,-п fVi гт—

A1 А2 В ВСк ВС к

почвенный горизонт

Она расстоянии 1

км от БрАЗа □на расстоянии 500 м от БЛПК

11ь m m гъ гь

РВ А1 А2 В ВС« ВС« б)

ВСк ВСк

в)

Рисунок 3 - Содержание фтора (а), алюминия ((5), кальция (в) в подстилке и дерново-подзолистой остаточно-карбонатной почве на расстоянии 500 м к северо-востоку от лесопромышленного комплекса и 1 км к северо-востоку от алюминиевого завода (в % на воздушно-сухое вещество)

Наиболее характерным показателем является кислотность верхнего горизонта почвы. По уровню рН почвы относятся к нейтральным, слабокислым и кислым.

4. КОМПЛЕКСНАЯ ОЦЕНКА СОСТОЯНИЯ СОСНОВЫХ НАСАЖДЕНИЙ

4.1 Анализ экологической структуры древостоев

На основании многолетних наблюдений за состоянием сосновых древостоев в зонах действия алюминиевого и целлюлозно-бумажного производства в районе г. Братска прослеживается сукцессия древостоев, связанная с ослаблением и гибелью сосняков.

Исследования проводились на постоянных пробных площадях, начиная с 1976 года, расположенных в трех зонах с различным уровнем загрязнения: сильным, средним и слабым. В год закладки площадей средняя таксационная характеристика была следующей: состав - 9С1Л, средний возраст - 80-120 лет, класс бонитета - III, полнота - 0,6-0,7; группа типов леса - разнотравный. К 2007 году произошло существенное изменение состояния древостоев на пробных площадях, что связано с воздействием поллютантов (фтор, хлор) и с процессами естественного распада'древостоев с возрастом.

На рисунке 4 представлена динамика состояния древостоев при изменении тех; ногенного загрязнения.

3 жизнеспособность

о

годы

Рисунок 4 - Реакция сосновых древостоев на изменение техногенного

загрязнения

Снижение продуктивности лесов под влиянием промышленных выбросов происходит вследствие изменения интенсивности роста и увеличения числа погибших деревьев, отличающихся сниженной толерантностью к фитотоксичным веществам. В целом средняя таксационная характеристика постоянных пробных площадей претерпела следующие изменения: состав и тип леса остался прежним, зато снизился класс бонитета до IV, а в некоторых случаях и до V, и уменьшилась полнота до 0,4-0,5.

По данным постоянных пробных площадей очевидна зависимость категорий состояния древостоя от длительности экспозиции промвыбросов по различным зонам (рис.5).

Рисунок 5 - Средний балл категории состояния в зависимости от длительности воздействия промвыбросов

4.2 Исследование состояния сосновых древостоев 2-ой генерации

Закладка постоянных пробных площадей преследовала цель получения достоверной информации изменения состояния древостоев с различным уровнем загрязнения. Пробные площади заложены в наиболее распространенном типе леса разнотравном; возраст древостоев колеблется от 50 до 80 лет; в основном древостой чистые сосно» вые с небольшой примесью лиственницы и других пород; класс бонитета-III.

В таблице 1 приведены средние таксационные показатели сосновых древостоев по зонам загрязнения. Средний балл категории состояния в I зоне загрязнения составляет 2,6. Это означает, что деревья, хотя и имеют средний возраст не более 50 лет, но относятся уже к категории ослабленных и сильно ослабленных.

Таблица 1 - Средние таксационные показатели сосновых древостоев по зонам

чагрячнения -

Зона загрязнения Диаметр, см Высота, м Возраст, лет Балл категории состояния Тип леса

1 -зона 20,4±0,62 15,2±0,32 57 2,6 С рт.

2- зона 22,2±0,81 17,4±0,52 71 1,8 С рт.

3 - зона 25,3±0,62 18,4±0,63 62 1,4 С рт.

Средний балл категории состояния во II зоне загрязнения составляет 1,8. Это означает, что деревья имеют лучшее санитарно-экологическое состояние, чем древостой первой зоны и в основном относятся к категории здоровых и частично-ослабленных деревьев. Средний балл категории состояния древостоев в III зоне за. грязнения составляет 1,4. Существенной разницы между состоянием древостоев второй и третьей зон не наблюдается, хотя средний балл категории состояния лучше.

Зависимость между возрастом и средними баллами категории состояния древостоев по зонам воздействия антропогенных факторов представлена на рисунке 6.

балл категории

Рисунок 6 - Зависимость между возрастом и средними баллами категории состояния древостоев по зонам воздействия антропогенных факторов

На основании исследований результатов состояния древостоев можно сделать следующие выводы: под влиянием техногенного воздействия ускоряются процессы распада приспевающих и спелых древостоев, что является свидетельством ярко выраженной техногенной сукцессии.

4.3 Исследование состояния хвои древесных пород

Исследование состояния хвои сосны проводилось химическим методом, который основан на анализе образцов хвои на содержание фтор ионов, серы общей, алюминия и кремния.

Наибольший уровень содержания фторидов - в хвое деревьев, расположенных в I зоне (содержание фторидов составляет 28,69 мг/кг). Во II и III зонах содержание фторидов в среднем составляет 3,59 мг/кг и 1,48 мг/кг. Наглядно результаты по содержанию фторидов и серы представлены на рисунке 6. Наибольшее содержание серы приходится на хвою деревьев, расположенных в I зоне (составляет 69,29 мг/кг). Во II зоне и III зонах содержание серы в среднем составляет 39 и 36 мг/кг.

фтор, иг/кг 35

30-

сера, мг/кг 80

■ • i ii iii

Рисунок 7 - Содержание фторидов и серы в хвое деревьев по зонам загрязнения промвыбросами

По содержанию алюминия в хвое деревьев можно отметить следующее: наибольший уровень содержится в хвое деревьев, находящихся I зоне —321,46 мг/кг, а в зонах II и III примерно содержание одинаковое (в II зоне - 253,0 мг/кг, в III - 266,6 мг/кг). Результаты представлены на рисунке 7.

350 300 250 200 150 100 50 0

у ■ 336(23в"°,имд R1 - 0,8522

16000 1 14000 12000 10000 -8000 6000 4000 2000 0

у-10554х«,и R1 - 0,9955

Рисунок 8 -Содержание алюминия и кремния в хвое деревьев по зонам загрязнения на пробных площадях

Особенность накопления кремния в хвое деревьев существенно отличается от накопления других токсичных веществ. Наибольшее содержание крем1.ия пр„ходится на III зону - 13371,3 мг/кг, во II зоне - 12101,1 мг/кг и в I зоне -10589,0 мг/кг. Это можно объяснить большим расстоянием, на которое способны переноситься частицы кремния в связи с повышенной летучестью. Основным источником загрязнения является кремниевый завод, который расположен на некотором расстоянии от алюминие-

В°ГСодержание фитотоксикантов в хвое деревьев по зонам не всегда отображает истинный характер загрязнения лесов, так как предприятия Братского промышленного узла располагаются довольно близко друг к другу. Анализируя данные контрольных образцов хвои, взятых на расстоянии более 30 км от источников промвыбросов, можно сделать вывод о том, что они содержат минимальное количество фторидов и серы, и максимальное - тяжелых металлов, поэтому можно считать, что III зона, находящаяся на расстояние 35-50 км, не относится к условно чистым, или фоновым зонам.

4 4 Моделирование процессов развития и деградации лесных экосистем

Для прогнозирования состояния лесных экосистем необходим анализ полученных результатов и разработка математических моделей, отражающих процессы их развития и деградации.

Прогноз реакций древесной растительности зависит от характера продолжительности и интенсивности воздействия техногенных факторов.

По результатам изучения закономерностей загрязнения лесных экосистем и динамики их состояния при различных режимах техногенного воздействия предложена структурно-функциональная схема мониторинга лесов в условиях длительного промышленного загрязнения среды.

В факторном анализе использовались пять основных признаков (Х,-содержание фторидов; Х2-диаметр; Х3-высота, Х4 -возраст; Х5- балл категории состояния), влияющих на результативный признак (процент периодического прироста). После проведения отбора факторов с помощью матрицы коэффициентов корреляции признаков были построены модели по зонам загрязнения промышленными эмиссиями:

для 1 зоны-Y=9,24+0,27х,+0,84х2.

Гипотеза проверялась по критерию Фишера. Расчетное и критическое значения критерия составили: 1'расч= 3,39 и FKpm. = 4,46.

для 2 зоны - Y=57,75-0,36xi+0,84x2 FPac = 0,09 и FKpm = 3,74.

для 3 зоны- У=77,19-К, 18х, -0,05х2 Ррасч = 0,83 и = 3,52. Так как Ррасч< Ркр1П.., то с вероятностью 95% была принята статистическая гипотеза: построенная модель статистически надежна.

Из полученных данных можно сделать следующие выводы: содержание твердых фторидов (X]) оказывает сильное угнетающее воздействие на древостой, причем при суммарном воздействии других факторов отрицательный эффект усиливается; зависимость между фторидами и таксационными показателями подтверждает жизнеспособность древостоев по зонам загрязнения.

Таблица 2 - Корреляционное отношение между таксационными показателями

по зонам влияния техногенного загрязнения

Зона влияния Д Д Д й Н н - и

техногенного Н А балл ка- % распре- А балл кате- % распре-

за1рязнения тегории деления гории со- деления де-

состо- деловой стояния ловой дре-

яния древесины весины

1-зона 0,621 0.638 0.235 0.381 0.731 0,062 0.226

2,377 2,485 0,724 1,536 3,213 0,186 0,697

II - зона 0.886 0.865 0.386 0,415 0.805 0,092 0.806

7,391 6,684 1,332 1,768 5,254 0,359 5,282

III- зона 0.894 0.876 0,646 0.494 0.946 0,189 0.882

7,438 6,873 3,787 2,538 6,785 5,740 8,361

Примечание: Д- диаметр, см; Н высота, м, А -возраст, лет

R2_- коэффициент корреляции Пирсона

N(xyVtlfc,{ расчетное значение Стьюдента '

. Под влиянием длительного воздействия промышленных выбросов нарушается корреляция между высотой и диаметром сосновых насаждений. Зависимости между высотой и диаметром насаждений:

в I зоне загрязнения: я, = 0,18D,2 + 0,09О, - 2,84 во II зоне загрязнения: я„ = 0.19D,2, +o,osd„ -2,89 в III зоне загрязнения: #„ =0,19D,2, + 0,08D„-2,85

В таблице 3 представлены данные высоты и диаметров стволов деревьев для зон различного загрязнения и для табличных значений.

Таблица 3 - Зависимость между высотой и диаметром насаждений

Диаметр, см Высота, м

табличные данные для сосны III разряда высот модельные деревья по зонам/ отклонение от табличных значений

I II III

14 15,8 13,1/-2,7 14.6/-1,2 15,2/-0,6

16 16,4 14,3/-2,1 15,5/-0,9 16,0/-0,4

18 17,6 15,4/-2,2 16,2/-1,4 16,9/-0,7

20 18,8 16,2/-2,6 17,3/-1,5 18,6/-0,2

22 19,9 17,2/-2,7 18,4/-1,5 19,2/-0,7

24 20,7 18,9/-1,8 19,8/-0,9 20,2/-0,5

26 21,5 19,4/-2,1 20,2/-1,3 21,0/-0,5

28 22,0 20,5/-1,5 21,4/-0,6 20,0/-2,0

30 22,6 21,2/-1,4 21,7/-0,9 22,5/-0,1

32 23,1 21,7/-1,4 22,6/-0,5 23,0/-0,1

34 23,5 22,3/-1,2 23,0/-0,5 23,4/-0,1

36 23,9 22,8/-1,1 23,4/-0,5 23,7/-0Д

Высота насаждений, подверженных воздействию промвыбросов, меньше, чем высота неповрежденных насаждений на 1,5-2 м. Исключение составляют деревья диаметром 40 см и более. Здесь явное преимущество высоты модельных деревьев перед табличными данными.

4.5 Влияние длительного действия промышленного загрязнения на радиальный прирост деревьев

Древесная растительность является надежным индикатором оценки состояния и изменений, происходящих в природной среде. Особенно широко в дендроэкологиче-ских исследованиях используется метод древесно-кольцевого анализа, который позволяет оценивать реакцию радиального прироста деревьев на изменения основных климатических переменных - температуру воздуха и осадки. Довольно надежно прослеживается связь между колебаниями условий среды и изменениями годичного прироста в экстремальных условиях произрастания, где число лимитирующих факторов снижается до минимума [Шиятов. 1986].

У хвойных пород хорошо различима ранняя и поздняя древесина, сроки образования которой неодинаковы. '. отношение ранней и поздней древесины, как правило, довольно устойчиво и зависит от возраста насаждения, биоэкологических свойств породы.

На рисунках 9-10 представлены зависимости изменения ширины слоя ранней и поздней древесины сосны по зонам загрязнения.

0,25 0,2 • 0,15 0,1 0,05 0

у= -О.ОС29Х2 ♦ 11,55х- 11584 R2 = о.ады-

у = -0,0007х2 + О.ООббх + <М 0,79117

I-" --"'»,

у - -О.ОООТх2 + 0,0066х + 0,11fi2 R2 - 0,7917

2002 2003 2004 2005 2006 2007 2001! 2009 2010 2011

Рисунок 9 - Зависимости изменения ширины слоя ранней древесины по зонам

загрязнения

0,16 0,14

5 0,12 -

0

£ i 0,1

1 3 0,08

7 х

S о 0,06

о в» '

и а

« 8. 0,04 -

х « §• 0,02 -3

о

у = -0,0008х! + 0.0076Х + 0,1 FP = 0,8291

— - X— 3 зоны

у = -О.ОООЗх2 + 0,0031 X + 0.0771 'У- - R2 = 0,8998

у = 0.0002Х2 - 0.002Х + 0,0817 R2 = 0,9985

2002 2003 2004 2005 2006 2007 2001) 2009 2010 20111 2012

Рисунок 10 - Зависимости изменения ширины слоя поздней древесины по зонам

загрязнения

Регрессионный анализ показал, что рассматриваемые зависимости наиболее точно описываются ветвью параболы второго порядка, ордината основания которой близка к нулю - отсутствию сходства. Парабола имеет малую кривизну, и на рассматриваемом отрезке зависимость близка к линейной, что подтверждается достоверными на высоком уровне (Р=0,001) коэффициентами линейной корреляции. В зоне техногенной нагрузки значительно сокращается продолжительность периода камбиальной активности и радиальный прирост древесины уменьшается. Изменяется типичная структура годичных колец древесины, и теряются диагностические признаки, характерные для древесины определенного вида.

В I зоне загрязнения средняя ширина слоя ранней древесины составляет 0,223 мм, поздней древесины - 0,101 мм; во II зоне загрязнения, соответственно, 0,195 и 0,089 мм; в III зоне загрязнения - 0,128 и 0,049 мм.

Общее ослабление лесных массивов под воздействием промышленных предприятий продолжается. Процесс снижения прироста обычно сопровождается увеличением участия поздней древесины в годичном кольце. В самом поврежденном сосновом древостое в 3 км от промышленной зоны доля поздней древесины увеличилась с 17,4 до 26,8%, в то время как на контроле наоборот - уменьшилась с 40,4 до 33,7%.

4.6 Особенности распределения влаги в стволах деревьев в зонах длительного техногенного воздействия

Пробные площади по изучению влажности стволов закладывались по зонам влияния промышленных выбросов (методика описана во 2 главе диссертационной работы). На рисунке 11 представлено распределение влаги в растущих деревьях по удаленности от основного источника загрязнения.

Исходя из приведенных выше зависимостей, можно сделать следующие выводы: содержание влаги в стволах деревьев различных классов сильно изменяется в зависимости от степени их развития; максимальным количеством влаги, обладают деревья первого, второго баллов состояния, а с другой стороны, минимум влаги имеют деревья, имеющие по состоянию четвертый и пятый баллы; по зонам и по удаленности от основного источника загрязнения распределение влаги в растущих деревьях увеличивается (в 1 зоне загрязнения влажность составляет 61,9%; во II зоне загрязнения — 62,4%; в III зоне загрязнения - 63,4%).

Влажность,%

64 63 62 61

60 -,--,-,-,

5-6 км 15-30 км свыше 60 км

расстояние от источника загрязнения

Рисунок 11 - Распределение влаги в стволах деревьев от удаленности от источника

загрязнения

4.7. Мощность лесной подстилки сосновых насаждений в условиях длительного техногенного пресса

Толщина подстилки в пределах одного типа леса подвержена сильным колебаниям (Кошельков, 1961). Она зависит от степени однородности участка, его микрорельефа, состава насаждений и др. В литературе встречаются довольно разноречивые

мнения о варьировании мощности и запаса подстилки. Очень мало в литературе данных о точности учета мощности и запаса подстилки.

На каждой пробной площади проводилось измерение толщины лесной подстилки в 20-кратной повторности. Коэффициент вариации при этом составлял 15 %, а показатель точности в пределах 7-12 %. На рисунке 12 представлено среднее распределение мощности лесной подстилки по зонам загрязнения.

о--,-1---1-1

I н in зоны загрязнения

Рисунок 12 -Толщина лесной подстилки на пробных площадях по зонам загрязнения

В результате исследований установлено, что лесная подстилка в I зоне загрязнения относится к грубогумусным или мор; во II и III зоне загрязнения - модер-муллевая. Мощность лесной подстилки в I зоне загрязнения колеблется от 0,6 до 2,0 см; во II зоне загрязнения от 2,2 до 4,5 см; в III зоне загрязнения от 4,6 до 7,0 см, следовательно, с удалением от основного источника загрязнения происходит накопление лесной подстилки. Это можно объяснить и тем, что во II и III зоне загрязнения насаждения находятся в более устойчивом состоянии, происходит увеличение запаса древостоя, а, соответственно, увеличивается и количество ежегодного опада. Это отражается на мощности лесной подстилки, которая увеличивается в среднем в 2-3 раза.

4.8 Сравнительный анализ естественного возобновления древесных растений в зонах техногенного загрязнения

На всех постоянных пробных площадях встречается различный по составу и возрасту подрост, в основном преобладают следующие породы: сосна, лиственница, ель, пихта, осина и береза (табл.4).

Таблица 4 - Таксационные показатели подроста по породам

Порода Возраст, лет Высота, м

Сосна обыкновенная 12 },5±0,05

Ель сибирская 9 1,0±0,03

Лиственница сибирская 13 1,6±0,07

Пихта сибирская 12 1,5±0,06

Осина 9 1,6:Ь0,09

(Тополь дрожащий)

Береза повислая 9 1,7±0,09

На рисунке 13 представлен средний радиальный прирост подроста по каждой породе по зонам загрязнения.

ЯЗ-зоиа

в 2-зона 1 -зона

Рисунок 13 - Средний радиальный прирост по высоте подроста по зонам промышленного загрязнения

Из рисунка можно сделать вывод, что прирост по высоте подроста в I зоне загрязнения почти в два раза ниже, чем в II и III зонах загрязнения. Это связано с тем, что по мере удаления от источника загрязнения улучшается среда обитания подроста, что способствует созданию благоприятных условий для нормального роста и развития подроста.

На рисунках 14-15 представлена зависимость процента жизнеспособности подроста от возрастной категории в зонах промышленного загрязнения.

Б

г гг

120 100 80 -60 40 1 20 О

■ Сосна Ш Лиственница

Ель О Береза Ш Осина

I II III IV

Рисунок 14-Жизнеспособность подроста в зависимости от возрастной категории в I зоне загрязнения Установлено, что процент жизнеспособности лиственных пород в зоне экстремального загрязнения более высокий по сравнению с хвойными. Это связано с тем, что лиственные породы более стойки к воздействию промышленных выбросов. На загрязнение среды наиболее сильно реагируют хвойные древесные растения. При постоянных или частых воздействиях токсикантов, хвойные породы повреждаются раз: личными болезнями (шютте, некроз, ржавчина). Они проявляются только при летальных повреждениях клеток, т.е. в результате высокой концентрации вредных веществ. Характер изменений насаждений характеризуется изреженностью крон сосновых древостоев, суховершинностью в зонах повышенной загазованности. Все это и приводит к уменьшению процента жизнеспособности.

■ Сосна ^Лиственница : Осина Ш Б ереза

возрастные категории

Рисунок 15- Жизнеспособность подроста разных видов в зависимости от возрастной категории во II зоне загрязнения

Процент жизнеспособности подроста хвойных и лиственных пород достаточно высокий во II зоне загрязнения (рис. 16). Это связано с тем, что эта зона более удалена от источника загрязнения.

100

Л 13 98

X 96

о о й о 94

й «3 о 92

X

X X 90

83

IЛ

возрастные категории

IV

Рисунок 16 - Жизнеспособность подроста в зависимости от возрастной категории в III зоне загрязнения

Процент жизнеспособности подроста хвойных пород в зоне слабого загрязнения очень высокий, практически достигает 100 %. По мере удаленности от источника промышленных выбросов улучшается среда обитания подроста, интенсивность роста возрастает, создаются благоприятные условия для дальнейшего развития. Таким образом, подрост становится более жизнеспособным.

Средние показатели подроста сосны по зонам воздействия антропогенных факторов представлены на рисунке 17.

5

га 1,2 -]

о 1 -

о 3 0,8 -

ш 0,6 -

» 0,4 -

X СГ 0,2 ■

ф а. о 0 -I

20 -| 15 -10 -5 О

1

зоны

Рисунок 17- Средняя высота и среднее количество подроста сосны по зонам промышленного загрязнения

Средняя высота подроста сосны увеличивается по мере удаления от источника промышленных выбросов. Самый высокий прирост подроста наблюдается в I зоне загрязнения и составляет 1 м. Следовательно, можно сделать вывод, что наиболее существенным условием, влияющим на рост подроста, является удаленность его от источника выбросов.

В результате проведенных исследований можно сделать вывод, что по мере удаления от промышленных предприятий улучшается общее состояние подроста, увеличивается интенсивность роста, количество подроста и его жизнеспособность, что указывает на более благоприятные условия для дальнейшего роста и развития подроста. ■

4.9 Состояние подлеска по зонам загрязнения

В I зоне загрязнения отсутствует цельный травяной покров. Травы измененного строения (розетковидная и курчавая формы) - полынь обыкновенная, пижмолистная, пырей ползучий.

Подлесок представлен такими видами как ольха кустарниковая (A. fruticosa, шиповник (R. acicularis). И представляют разреженные заросли. Карликовые кустарниковые формы. Общее состояние угнетенное

Во II зоне загрязнения подлесок хорошо развит: шиповник (R. acicularis) (0,5-0,7 м); ольха кустарниковая (A. fruticosa) (3-4 м). На некоторых пробных площадях под: лесок отсутствует.

Травостой средний по высоте, не густой, не однородный (василистник малый (Т/г. minus), ветреница отогнутая (Anemonoides reflexa (Steph) Holub) , осока большехво-стая (С. тасгоига), костяника (R. Saxatilis), подмаренник северный (G. boreale), колокольчик сборный (С. glomerata)). Моховой покров не выражен, поврежден. Лишайники встречаются на стволах деревьев. Общее состояние угнетенное.

В III зоне загрязнения подлесок очень хорошо развит: шиповник (R. acicularis) (0,8-1 м), рябина сибирская (S. sibirica) (14 м).

Травостой средний по высоте, средний по густоте, неоднородный (костяника (R. saxatilis), вейник тростниковидный (С. arundinacea), ветреница отогнутая (A. reflexa)-, василистник малый (77г. minus), фиалка одноцветковая (V. uniflora), вороний глаз мутовчатый (Paris verticillata.), орляк обыкновенный (P. aquilinum). Лишайники присутствуют единично на стволах деревьев. Общее состояние хорошее.

5. ЗОНИРОВАНИЕ ЛЕСНЫХ ЭКОСИСТЕМ ПОДВЕРЖЕННЫХ ВОЗДЕЙСТВИЮ ПРОМЫШЛЕННЫХ ВЫБРОСОВ

Первые схемы зонирования лесов вокруг города Братска, находящихся под влиянием промвыбросов, были составлены в 1985-86 годы, когда еще не наступили процессы стабилизации деградации [Михайлова, 1985, Рунова, 1989 и др.]. При составлении схемы зонирования использовался картографический метод. По закладке пробных площадей критерием зонирования являлся средний балл категории состояния насаждений. Но по полученным данным многих лет выявили, что средний балл категории состояния для определения зон загрязнения не может являться абсолютным. Поэтому предлагаемая нами схема зонирования по результатам мониторинга лесов 2007-2008 года основывается на корреляции среднего балла категории состояния на постоянных пробных площадях, с уровнем накопления основных загрязняющих компонентов в хвое на основании данных лабораторных исследований "(лаборатория ЦЛАТИ, г. Братск). Из данных компонентов загрязнения были выделены те, которые имеют наибольшую положительную корреляцию со средним баллом категории со*

стояния. Поскольку на некоторых пробных площадях, находящихся достаточно близко друг от друга, содержание загрязняющих веществ отличается достаточно существенно, при составлении схемы зонирования были использованы усредненные данные по этим пробным площадям (табл.5).

Таблица 5 - Характеристика пробных площадей по уровню содержания

фторидов и баллам категории состояния

Зоны загрязнения Балл категории Содержание фтора . 1ф

состояния в хвое, мг/кг при

1О5=2,04

I- зона загрязнения 1 14,67±3,40 -

2 27,07±15,90 0,76

3 35,59±32,33 0,64

II- зона загрязнения 1 2,47±0,42 -

2 4,10±1,10 1,38

3 4,36±1,12 1,59

III - зона загрязнения 1 1,63±0,27 0,70

2 1,39±0,48 0,26

3 1,20±0,55 -

На основании этой зависимости предложено деление лесов по уровню содержания фторидов: Первая зона - свыше 8 мг/кг массы хвои в возду шно-сухом состоянии; Вторая зона - от 2,1 до 8 мг/кг массы хвои в воздушно-сухом состоянии; Третья зона - от 0 до 2 мг/кг массы хвои в воздушно-сухом состоянии. В результате послойного совмещения картосхем по содержанию фтора в хвое древостоев, выявлены 3 зоны и установлены характеристики этих зон (рис.18-19).

Зона I (экстремального загрязнения древостоев) - имеет вытянутую конфигурацию по направлению преобладающих ветров, с ЮЗ на СВ. Содержание фтора в хвое свыше 8 мг/кг, средний балл категории состояния 2,6. В ЮВ направлении зона заканчивается и граничит с санитарной зоной алюминиевого завода. Средний радиус зоны составляет 5-6 км.

Зона II (сильного загрязнения древостоев). В эту зону входят древостой, интен: сивно накопившие твердые и растворимые загрязнители, содержание в хвое 2-8 мг/кг фтора, средний балл категории состояния 1,8. Эта зона имеет сильно вытянутую конфигурацию и значительную площадь, т.е. можно отметить, что почти вся обследованная территория может быть отнесена ко второй зоне. Максимальная протяженность зоны с ЮЗ на СВ составляет около 60-70 км. Ширина зоны составляет около 30 км.

Зона III (зона слабого загрязнения древостоев). Содержание фтора в хвое менее 2 мг/кг, средний балл категории состояния 1,4. Не имеет четко выраженной конфигурации, т.к. не найдены пробные площади, которые можно было бы отнести к условно чистым или фоновым зонам.

Рисунок 18 - Карта-схема по содержанию фторидов

и

3 зона-Фторидов в хвое менее 2 мг/кг

. . » 2 зона - Фторидоо в хоое от2до8мг/кг

1 зона - Фторидов в хвое свыше 8 мг/кг

Средний балл категории состояния

Средний балл категории состояния

Рисунок 19-Карта-схема по баллу категории состояния

Выделение предложенных зон велось по содержанию фтора в хвое древостоев и по данным исследований является на настоящее время одним из основных критериев для определения радиусов зон загрязнения.

6. ВЕДЕНИЕ ХОЗЯЙСТВА В НАРУШЕННЫХ ЛЕСНЫХ ФИТОЦЕНОЗАХ

Комплекс мероприятий по сохранению, повышению устойчивости и реабилитации лесов в условиях промышленных выбросов предусматривает комплекс взаимосвязанных мер, включающих мониторинг лесов, совершенствование ведения лесного хозяйства в нарушенных лесных фитоценозах (рис.20).

Ведение лесного хозяйства на территориях, подверженных аэротехногенному воз: действию, должно ориентироваться, прежде всего, на поддержание средообразующих свойств лесов, выполняющих санитарно - гигиенические и иные средообразующие функции, и базироваться на уровне загрязнения насаждений, фактическом их состоянии и прогнозе его динамики под влиянием интегрального взаимодействия комплекса экологических факторов.

Мониторинг лесов в условиях промышленного загрязнения

Комплексная оценка состояния насаждений Повышение устойчивости ослабленных насаждений

1 I

Оценка состояния сукцессионных процессов Проведение мероприятий по воспроизводству лесов с учетом уровня загрязнения среды и состояния насаждений

1 1

Оценка состояния подроста Формирование устойчивого к загрязнению породного состава насаждений при уходе за лесами и лесовосстановлению

Восстановление погибших насаждений

Использование естественного восстановительного потенциала лесов

Выявление и использование устойчивых к загрязнению видов при лесовоссгановлении

гисунок ¿Л) - ххимнлспл- "и —,--------------

устойчивости и реабилитации лесов в условиях промышленных выбросов

Основой мероприятий, направленных на замену погибших и восстановление поврежденных выбросами насаждений в минимально возможные сроки, является лесо-восстановление, проводимое, как и в обычных условиях, путем естественного, искусственного и комбинированного способов восстановления лесов. При этом, в весьма крупных очагах поражения с большими площадями погибших и усыхающих насаждений, следует ориентироваться на использование естественного потенциала лесов к самовосстановлению, в том числе и как промежуточный этап для формирования в последующем с помощью рубок ухода смешанных хвойно-лиственных древостоев.

В целях содействия естественному возобновлению леса в условиях загрязнения рекомендуется в зонах экстремального и сильного загрязнения сохранять газоустойчивые и малоустойчивые древесные и кустарниковые виды лесных растений в составе естествен-

ного возобновления, осуществлять частичную подсадку устойчивых видов на участках с недостаточным количеством подроста и самосева (таблица 6).

Техногенное воздействие обуславливает увеличение объемов санитарно-оздоровительных мероприятий и, прежде всего, сплошных и выборочных санитарных рубок в очагах поражения насаждений. При этом сплошные санитарные рубки могут назначаться независимо от возраста древостоев после серии выборочных санрубок или как отдельное мероприятие в насаждениях, полностью утративших биологическую устойчивость и санитарно-гигиенические функции.

В целях быстрой замены погибшего насаждения технология проведения санитарных рубок должна предусматривать формирование древостоя из жизнеспособных деревьев второго яруса или подроста как хвойных, так и лиственных видов, а при их отсутствии - создание лесных культур из газоустойчивых лесных растений, -Таблица 6 - Мероприятия по повышению устойчивости фитоценозов

в условиях техногенного пресса

Особенности фитоценозов Зона 1-экстремалыюго загрязнения Зона 2- С11Л I.IIOIO загрязнения Зона 3-слабого загрязнения

1. С наличием сухостоя С наличием сухостоя -

Выборочные и сплошные санитарные рубки Выборочные сани- ¡ тарные рубки с удалением ослаблеппых, поврежденных деревьев

1 С наличием хвойного подроста С наличием хвойного подроста С наличием хвойного подроста

i-/: ■ Проведение рубок ухода Проведение рубок ухода ■ Проведение рубок V ухода

1 Без подроста - -

2. Создание лесных культур из газоустойчивых лесных растений. Создание смешанных хвойно-листоенпых культур как наиболее биологически устойчивых ; . V

Примечание: 1 - характеристика древостоев; 2 - мероприятия

Проведенные исследования показали, что при решении проблем восстановления лесов г. Братска в первую очередь необходим подбор газоустойчивых видов растений, как из представителей местной флоры, так и интродуцентов. Представители местной флоры имеют преимущество перед интродуцированными видами, потому что в процессе филогенеза они адаптировались к местным условиям. К таким аборигенным и давно интродуцированным видам относятся: клен ясенелистный (Acer negundo), черемуха обыкновенная (Padus avium), яблоня ягодная (Malus baccata), сирень обыкновенная (Syringa vulgaris), вяз приземистый (Pumita ulmus), роза иглистая (Rosa acicu-laris Lindl.), рябина сибирская (Sorbus sibirea Hedí), ива козья (Salix caprea L), кедр сибирский (Pinus sibirica Du Tour), лиственница сибирская (Larix sibirica Ldb.), пихта сибирская (Abies sibirica Ldb.), сосна обыкновенная (Pinus sylvestris L.), смородина черная (Ribes nigrum L.), береза пушистая (Betula pubescens Ehrh), боярышник (Crataegus laevigata), бузина красная (Sambucus racemosa L.), кизильник блестящий (Coto-neaster lucidus Schlecht), ольха кустарниковая (Alnus fruticosa Rupr), тополь бальзамический (Populus Balsamifera), тополь душистый (Populus suaveolens Fisch), карагана

древовидная (Caragam arborescens■), осина (Populus trémula L.) и другие [Илькун, 1972].

Многие из приведенных выше видов древесной растительности, такие как - осина, береза повислая, ива козья, рябина сибирская, сирень обыкновенная, кизильник блестящий, в большей или меньшей степени угнетены, а листья их повреждены или деформированы под воздействием промышленных выбросов. Наиболее устойчивой и перспективной из испытанных древесных видов оказалась карагана древовидная, а полную непригодность выявили осина, береза повислая, шиповник иглистый. Проведенные исследования показали, что наиболее морозоустойчивым и устойчивым к загрязнению из рассмотренных видов являются гибриды тополей и ив. Из них заслуживает внимания тополь душистый, который хотя и уступает по декоративности тополю бальзамическому, но является устойчивым и высокорослым. К сожалению, применение местных видов древесной растительности для озеленения в городе малоперспективно. Однако следует предпринимать шаги, направленные на поиск спонтанно возникших форм растений, и выведение искусственным путем из местной флоры форм, пригодных для озеленения городских территорий и в непосредственной близости от источника задымления.

ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

Исследования, которые базировались на экосистемном подходе с учетом особенностей реакции сосновых насаждений на техногенное загрязнение, позволили сделать следующие выводы и рекомендации:

1. На основании многолетних наблюдений за развитием сосновых древостоев в зонах действия алюминиевого и целлюлозно-бумажного производства в районе г. Братска прослеживается сукцессия древостоев, связанная с ослаблением и гибелью сосняков, выраженная в распаде материнского полога и формировании основного яруса из средневозрастных древостоев 2-ой генерации.

2. Под влиянием техногенного воздействия ускоряются процессы распада перестойных, спелых и приспевающих древостоев, что является свидетельством ярко выраженной техногенной сукцессии. 2_

3. Нарушается корреляция между средней высотой и средним диаметром (R-0,345), резко ухудшается жизненное состояние древостоев (спелые деревья в первой зоне имеют меньшую высоту, чем деревья, расположенные вне зоны воздействия поллютантов в среднем на 2-5 м и соответствуют IV-V классам бонитета). По среднему баллу категории состояния (от 2,5 до 3) видно, что в целом средневозрастные и приспевающие древостой находятся в удовлетворительном состоянии.

4. В результате совмещения картосхем с показателем уровня содержания фтора в хвое древостоев со средним баллом категории состояния, выделены три зоны и установлены характеристики этих зон.

Зона I - зона экстремального загрязнения древостоев (содержания фтора в хвое свыше 8 мг/кг, средний балл категории состояния 2,6).

Зона II - зона сильного загрязнения древостоев (содержание фтора в хвое от 2-8 мг/кг, средний балл категории состояния 1,8).

Зона III - зона слабого загрязнения древостоев (содержание фтора в хвое менее 2 мг/кг, средний балл категории состояния 1,4).

5. На основании полученных данных можно моделировать некоторые процессы, происходящие в насаждениях региона: динамику изменения среднего балла категории состояния древостоев в зависимости от продолжительности воздействия промышлен-

ных эмиссий; зависимость между высотой и диаметром ствола в пораженных древо-стоях и на основании полученных данных определить уровень снижения продуктив: ности насаждений. Использование полученных математических моделей позволяет прогнозировать уровень деградации насаждений. По результатам прогноза разработан комплекс мероприятий по ведению хозяйства в районе г. Братска. • 6.С увеличением уровня загрязнения в число погибших и усыхающих категорий состояния включается все больше деревьев верхней части полога, возрастает интенсивность отпада за счет сокращения продолжительности процесса перехода деревьев из более высокой категории состояния в низкую. Первоочередное нарушение роста по высоте деревьев высших классов Крафта приводит к изменению хода естественной дифференциации деревьев и повышению лесоводственно-экологической значимости подчиненных деревьев в ослабленных выбросами насаждениях.

7. В зоне экстремального загрязнения древостоев преобладает подрост лиственных пород, в некоторых случаях подрост совсем отсутствует; зоне сильного загрязнения преобладают хвойные породы, здесь состояние подроста как хвойных, так и лиственных пород удовлетворительное и обеспечивает хорошее возобновление; в зоне слабого загрязнения древостоев преобладает хвойный подрост, в основном сосна обыкновенная, процент жизнеспособного подроста 100 %, коэффициент встречаемости 0,9, возобновление хорошее.

8. Под длительным влиянием промышленного загрязнения происходит ускорение вторичных сукцессионных процессов в хвойных фитоценозах. В радиусе до 1 км от алюминиевого завода сформировалась типичная техногенная лесостепь, которая характеризуется отсутствием древесной растительности, а также сильной деградацией живого напочвенного покрова. В радиусе от 1 до 4 км появляется древесная растительность в виде кустарниковых форм с наличием множества боковых побегов, появляются первые признаки лесной травянистой растительности (мхи - проективное покрытие до 60 %). В радиусе свыше 10 км фитоценозы отличаются типичными признаками таежных лесов. Форма древостоя сложная: в первом ярусе располагаются ослабленные и сухостойные деревья сосны и лиственницы в возрасте более 100-120 лет; во втором ярусе представлены все лесообразующие породы в относительно удовлетворительном состоянии; живой напочвенный покров представлен многочисленными лесными видами.

9. На основании выявленных закономерностей воздействия техногенного загрязнения на лесные экосистемы разработан комплекс мероприятий по сохранению и реабилитации лесов в условиях промышленных выбросов, включающий комплекс мер по повышению устойчивости поврежденных насаждений.

СПИСОК ОСНОВНЫХ ОПУБЛИКОВАННЫХ НАУЧНЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Статьи в ведущих рецензируемых журналах по списку ВАК

1 .Рунова, Е.М. Воздействие загрязняющих веществ на почву в районе города Братска. / Е.М. Рунова, С.А. Чжан, O.A. Пузанова //Вестник МГУЛ: Лесной вестник: -2008.-№ 1(58).-С.148-151.

2. Чжан, С.А Прогнозирование состояния лесных фитоценозов в связи с модернизацией производства Братского алюминиевого завода / С.А. Чжан, Е.М. Рунова, O.A. Пузанова // Вестник КрасГАУ. - Красноярск, 2008. - № 5(26). - С.86-91.

З.Чжан, С.А. Состояние хвойных древостоев в зоне действия алюминиевых производств / С .А. Чжан, Е.М. Рунова, O.A. Пузанова // Хвойные бореальной зоны. -

2008,- №3-4,- С.305-308.

4. Чжан, С.А. Оценка устойчивости сосны обыкновенной в зонах аэротехногенного загрязнения по данным экологического мониторинга / С.А. Чжан, Е.М. Рунова, O.A. Пузанова // Вестник МГУЛ: Лесной вестник. - 2009. - № 1 (64). - С. 180-183.

5.Чжан, С.А. Особенности накопления загрязняющих веществ в хвое сосны обыкновенной / С.А. Чжан, Е.М. Рунова, O.A. Пузанова // Вестник МГУЛ: Лесной вестник. - 2009. - № 3(66). - С. 62-64.

б.Чжан, С.А. Некоторые особенности подроста в техногенных зонах города Братска / Чжан С.А., Рунова Е.М.,Пузанова O.A., Сорокина Е.А. // Вестник КрасГАУ. -Красноярск, 2009. - № 11. - С.88-93.

7.Чжан, С.А. Пространственно-временной аспект возникновения лесных пожаров / С.А. Чжан, Е.М. Рунова, O.A. Пузанова, А.Н. Сухих // Вестник КрасГАУ. - Красноярск, 2010.-№ 2. - С.77-81.

8.Чжан, С.А. Устойчивость древостоев, подверженных длительному аэротехноге-незу / С.А. Чжан, Е.М. Рунова, O.A. Пузанова И Вестник КрасГАУ. - Красноярск, 2010. - № 6. - С.74-76.

9.Чжан, С.А. Состояние лесных экосистем при снижении объема промышленных эмиссий (статья) / С.А. Чжан // Вестник КрасГАУ. - Красноярск, 2010. - №9. - С.77-79.

10. Чжан, С.А. Зонирование лесных экосистем, подверженных длительному тех-ногенезу (статья) / С.А. Чжан // Вестник КрасГАУ. - Красноярск, 2011. - № 3 . - С 7378. '

11. Чжан, С.А. Устойчивость древостоев различного возраста к токсикантам / С.А. Чжан, O.A. Пузанова // Научный журнал. Системы. Методы. Технологии.-Братск: БрГУ, 2011, №1(9).-С. 119-122.

12. Чжан, С.А. Мощность лесной подстилки сосновых насаждений, в условиях длительного техногенного пресса / С.А. Чжан, ELM. Рунова, O.A. Пузанова, Л.А. Чжан // Научный журнал. Системы. Методы. Технологии.- Братск: БрГУ, 2011.-№4(12).-С. 157-162.

13 Чжан, С.А. Изменение радиального прироста сосны обыкновенной в зоне длительного воздействия промышленного загрязнения / С.А. Чжан, Е.М. Рунова, O.A. Пузанова, Л.А. Чжан // Хвойные бореальной зоны. Том XXIX - 2011.- №3-4- С.305-309.

14. Чжан, С.А. Оценка состояния хвои древесных пород, в условиях промышленного загрязнения / С.А. Чжан, Е.М. Рунова, O.A. Пузанова, Л.А. Чжан // Научный журнал. Системы. Методы. Технологии,- Братск: БрГУ, 2012.- №1(13).- С.160-167.

15. Чжан, С.А. Зонирование лесных экосистем, подверженных длительному тех-ногенезу / С.А. Чжан // Вестник МГУЛ:Лесной вестник. - 2012. - № 1. - С.164 -166 .

16. Чжан, С.А. Закономерности роста и развития древостоев в условиях Прианга-рья / С.А. Чжан, Е.М. Рунова, ОА. Пузанова, Л.А. Чжан // Научный журнал. Системы. Методы. Технологии,- Братск: БрГУ, 2012,- №4(16).- С.166-170.

17. Чжан, С.А. Особенности роста и развития плюсовых и эталонных древостоев в условиях Приангарья // С.А. Чжан, O.A. Пузанова, М.В. Данишек // Научный журнал Системы. Методы. Технологии. 2013. № 1(17). С. 160-163.

18. Чжан, С.А. Лесоводственная оценка сосновых насаждений в условиях длительного техногенного загрязнения // С.А. Чжан, O.A. Пузанова, Л.А.Чжан // Научный журнал Системы. Методы. Технологии. 2013. №2(18). С. 164-167.

19. Рунова, Е.М. Особенности формирования культур сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L.) в условиях Приангарья // Е.М. Рунова, С.А. Чжан, O.A. Пузанова, C.B. Шеверда // Научный журнал Системы. Методы. Технологии. 2013. № 4(20). С. 157159.

20. Рунова, Е.М. Улучшение качества плюсовых древостоев в условиях Приангарья // Е.М. Рунова, С.А. Чжан, O.A. Пузанова, М.В. Данишек // Научный журнал Системы. Методы. Технологии. 2013. № 4(20). С. 493- 496.

Монографии

1.Чжан, С.А. Пространственно-временной характер лесных сукцессий Приангарья / С.А. Чжан, Е.М. Рунова, O.A. Пузанова. - Братск: ГОУ ВПО «БрГУ», 2008. -100 с.

2. Чжан, С.А. Особенности влияния техногенного загрязнения на хвойные древостой / С.А. Чжан- Братск: ГОУ ВПО «БрГУ», 2010. - 116 с.

Статьи в научных сборниках и на конференциях

1. Рунова, Е.М. О некоторых закономерностях накопления загрязняющих веществ в хвое растений/ Е.М. Рунова, Г.П.Нежевец, Т.А. Захаренко, С.А.Чжан// Экология, мониторинг и рациональное природопользование // Научн. тр.-Вып. 294 (П).- М: МГУЛеса, 1998 - 398 с.

2. Угрюмов, Б.И. Организация лесопользования в зонах промышленного загрязнения (рекомендации)/ Е.М. Рунова, Г.П.Нежевец, С.А.Чжан// Рекомендация лесопользования в зонах промышленного загрязнения: Рекомендации- Братск: БрИИ.1998. —44 с.

3. Чжан, С.А. Алгоритм выдачи управляющих воздействий на лесные экосистемы / С.А. Чжан, Е.М. Рунова // Современные технологические процессы получения материалов и изделий из древесины: Материалы Всероссийской НТК с международн. участием,- Воронеж: Воронеж, гос. лесотех. акад., 2001. - С.305-307.

4. Чжан, С.А. Воздействие экологических факторов на состояние сосновых древостоев / С.А. Чжан // Экология Наука, образование.- Брянск, 2001.- Вып.' 2.- С.64-66.

5. Рунова, Е.М. Моделирование антропогенного воздействия на лесные экосистемы / Е.М. Рунова, С.А. Чжан // Природные и интеллектуальные ресурсы Сибири (СИБРЕСУРС-7-2001): Доклады 7-й межд.научно-практической конференции,- Барнаул, 17-19 сентября 2001. - Томск: ТГУ, 2001. - С.87-90.

6. Чжан, С.А. Влияние промышленных выбросов на состояние хвои и прирост насаждений / С.А. Чжан, Е.М. Рунова, O.A. Пузанова // Леса Европейского региона -устойчивое управление и развитие: Материалы докладов Международной научно-технической конференции.- Минск: БГТУ, 2002. - 4.2 - С.80-84 с.

7. Чжан, С.А. Влияние фторидных эмиссий на компоненты лесных сообществ в санитарно-защитных зонах / С.А. Чжан, Е.М. Рунова, О.Г. Шихранов // Леса Европейского региона - устойчивое управление и развитие: Материалы докладов Международной научно-технической конференции,- Минск: БГТУ, 2002. - 4.2 - С.84-87с.

8. Чжан, С.А. Некоторые закономерности влияния экологических факторов на интегральный показатель жизнеспособности древостоев / С.А. Чжан, Е.М. Рунова,

0.A. Пузанова // Социально-экономические и экологические проблемы лесного комплекса: Сб. матер. Междунар. науч.-техн. конф. — Екатеринбург: Урал. гос. лесотехн. ун-т, 2003.-С.98-99.

9. Чжан, С.А. Экологическая оценка состояния древесной растительности санитарно-защитных зон / С.А. Чжан, Е.М. Рунова, O.A. Пузанова, О.Г. Шихранов // Естественные и инженерные науки - развитию регионов — Братск: БрГТУ; 2003. — Том

1.-С.238-241.

10. Чжан, С.А. Влияние экологических факторов на лесные фитоценозы / С.А. Чжан, Е.М. Рунова, O.A. Пузанова // Актуальные проблемы лесного комплекса: Сб. науч. тр. - Брянск, 2002. - С.55-58.

11. Чжан, С.А. О восстановлении экологического равновесия в санитарно-защитной зоне Братского алюминиевого завода / С.А. Чжан, Е.М. Рунова, О.Г. Ши-хранов // Актуальные проблемы лесного комплекса: Сб. науч. тр. - Брянск, 2002. -С.58-60.

12. Чжан, С.А. Оценка антропогенной сукцессии сосновых древостоев Прианга-рья / С.А. Чжан, Е.М. Рунова, О.А Пузанова // Актуальные проблемы лесного комплекса: Сб. науч. тр. но итогам 5-ой международной научно-технической конференции. - Брянск, БГИТА, 2004. - С. 118-121.

13. Чжан, С.А. Повышение экологической устойчивости лесных экосистем в зонах промышленных выбросов / С.А. Чжан, O.A. Пузанова // Формирование регионального лесопромышленного комплекса инновационного типа: сб. науч. тр. - Ирт кутск: Изд-во БГУЭП, 2004. - С. 110-112

14. Чжан, С.А. Санитарное состояние техногенных древостоев второй генерации в лесах Приангарья./ С.А. Чжан, Е.М.Рунова, О.АДузанова // Лесопользование, экология и охрана лесов: фундаментальные и прикладные аспекты. Материалы меж-дун.научно-практической конференции, Томск, 21-22 марта 2005 г.- Tomck:STT,2005. -С.29-31.

15. Рунова, Е.М. Моделирование процессов развития и деградации лесных экосистем / Е.М. Рунова, С.А. Чжан, О.А.Пузанова // Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ. Межвузовский тематический сборник трудов,- Вып.41/СПбГАСУ. - СП, 2005 -С.46-52.

16. Рунова, Е.М. Влияние промышленных выбросов на прирост хвойных насаждений. (Статья) / Е.М. Рунова, С.А. Чжан, О.А.Пузанова // Актуальные проблемы лесного комплекса/ Под ред. Е.А. Памфилова. Сборник научных трудов. Выпуск 10. -Брянск: БГИТА, 2005. - С. 129-131.

17. Чжан, С.А. Исследование почв территории промышленного воздействия, (статья)/ С.А. Чжан, Е.М.Рунова, О.А.Пузанова// Лесной комплекс: Состояние и перспективы I межвузов.заочная научно-практическая для препод., студентов и аспирантов. Сыктывкарский лесной институт. Сборник материалов. Сыктывкар, 2006 г. — научное электронное издание.

18. Рунова, Е.М. Влияние антропогенных факторов на биоразнообразие лесных экосистем. / Е.М. Рунова, С.А. Чжан, О.А.Пузанова.// Восстановление эколого-ресурсного потенциала агрлесобиоценозов, лесоразведение и рациональное природопользование в Центральной лесостепи и юге России [Текст]: избр.лекции шк.-конф./под ред.авторов: ГОУ ВПО «ВГЛТА»,- Воронеж, 2007.- Т.2. - С.89-95.

19. Чжан, С.А. Прогноз состояния хвойных древостоев в условиях модернизации производства Братского алюминиевого завода / С.А. Чжан, Е.М.Рунова, О.А.Пузанова // Актуальные проблемы лесного комплекса/ Под ред. Е.А. Памфилова. Сборник научных трудов. Выпуск 20. - Брянск: БГИТА, 2007. - С. 15-20.

20. Чжан, С.А. Исследование почв территории промышленного воздействия /' С.А. Чжан, O.A. Пузанова // Актуальные проблемы лесного комплекса/ Под ред. Е.А. Памфилова. Сборник научных трудов. Выпуск 17. — Брянск: БГИТА, 2007. - С.256-258.

21. Чжан, С.А. Оценка состояния древесной растительности в зонах техногенного воздействия / С.А. Чжан, Е.М.Рунова, О.А.Пузанова // Мониторинг и оценка состояния растительного мира. Материалы Международной научной конференции. Минск,

22-26 сентября 2008 / Институт экспериментальной ботаники им. В.Ф. Купревича HAH Беларуси. - Минск: Право и экономика, 2008. - С.343-344.

22. Чжан, С.А. Исследование состояния хвои древесных пород. / С.А. Чжан, Е.М.Рунова, О.АЛузанова// Актуальные проблемы лесного комплекса/Под ред. Е.А. Памфилова. Сборник научных трудов по итогам международной научно-технической конференции. Выпуск 21.-Брянск: БГИТА, 2008.-С. 149-152.

23. Чжан, С.А. Таксационные показатели древостоев сосны по результатам экологического мониторинга/ С.А. Чжан, Е.А.Ивкова, И.С.Костюнин// Актуальные проблемы лесного комплекса/Под ред. Е.А. Памфилова. Сборник научных трудов по итогам международной научно-технической конференции. Выпуск 21. - Брянск: БГИТА, 2008.-С. 147-149.

24. Чжан, С.А. Особенности накопления загрязняющих веществ в хвое сосны обыкновенной (FEATURES ACCUMULATION OF POL LUTANTS IN PINUS SYLVESTRIS NEEDLES)/ C.A. Чжан, Е.М.Рунова, О.А.Пузанова// Социально-экономические и экологические проблемы лесного комплекса в рамках концепции 2020: матер. VII междунар. Науч.-техн. Конф. - Екатеринбург: Урал. Гос. лесотех.ун-т. - 2009. 4.2. - С.243-245.

25. Чжан, С.А. Оценка состояния поврежденных промвыбросами лесов по крите1 риям комплексного зонирования/ С.А. . Чжан, Е.М. Рунова, О.А.Пузанова.//Актуальные проблемы лесного комплекса/Под ред. Е.А. Памфилова. Сборник научных трудов по итогам международной научно-технической конференции. Выпуск 22. - Брянск: БГИТА, 2009. - С. 150-152.

26. Чжан, С.А. Состояние подроста в зонах промышленного загрязнения/ С.А. Чжан, Е.М.Рунова, О.А.Пузанова // Леса России в XXI веке: материалы первой международной научно-практической интернет-конференции. Июль 2009 г./Под ред.авторов. - СПб: СПбГЛТА, 2009,- С. 114-117.

27. Чжан, С.А. Особенности лесных сукцессий в зонах антропогенного загрязнения / С.А. Чжан, Е.М.Рунова, О.А.Пузанова //Природные и интеллектуальные ресурсы Сибири (СИБРЕСУРС-15-2009): доклады (материалы) 15-й Международной научно-практической конференции, Иркутск, 5-7 окт.2009 г./ отв.ред. В.Н.Масленников. -Томск:САН ВШ; В-Спектр,2009. - С.46-49.

28. Чжан, С.А. Анализ экологической структуры древостоев (статья) / С.А. Чжан, Е.М.Рунова, О.АЛузанова // Актуальные проблемы лесного комплекса/Под ред. Е.А. Памфилова. Сборник научных трудов по итогам международной научно-технической

конференции. Выпуск 23. - Брянск: БГИТА, 2009.-С.147-148.

29. Чжан, С.А Возрастные особенности подроста в условиях длительного техно-генеза / Чжан С.А. // Актуальные проблемы лесного комплекса/Под ред. Е.А. Памфилова. Сборник научных трудов по итогам международной научно-технической кон. ференции. Выпуск 22. - Брянск: БГИТА, 2009. - С. 142-146.

30. Чжан, С.А Особенности вторичных сукцессионных процессов в зонах антропогенного загрязнения /С.А. Чжан.// Системы. Методы. Технологии [Текст] :научн.журн./учередители Федер.агентство по образованию, Брат.гос.ун-т -Братск: БрГУ,2009, Научный журнал №2- С. 113-116.

31. Чжан, С.А Временная динамика лесных экосистем Приангарья / С.А. Чжан, Е.М.Рунова, О.АЛузанова.// Системы. Методы.Технологии [Текст]:научн.журн./учередители Федер.агентство по образованию, Брат.гос.ун-т -Братск: БрГУ,2009, Научный журнал №3- С.122-125.

32. Чжан, С.А. Изменение таксационных показателей сосновых древостоев в разт личных зонах техногенного загрязнения / С.А. Чжан, Е.М.Рунова, О.А.Пузанова// Леса России в XXI веке: материалы третьей международной научно-практической ин-

тернет-конференции. апрель 2010 г./Под ред.авторов. - СПб: СПбГЛТА, 2010,- С.207: 209.

33 Чжан,С.А. Особенности состояния хвойного древостоя при изменении техногенной нагрузки/ С.А. Чжан, Е.М.Рунова, О.А.Пузанова.// Актуальные проблемы лесного комплекса/Под ред. Е.А. Памфилова. Сборник научных трудов по итогам международной научно-технической конференции. Выпуск 26. - Брянск: БГИ А,

2010.-С.114-115.

34. Чжан,С.А. Особенности распределения влаги в стволах деревьев, в зонах длительного техногенного воздействия/ С.А. Чжан, О.А.Пузанова.// Актуальные проблемы лесного комплекса/Под ред. Е.А. Памфилова. Сборник научных трудов по итогам международной научно-технической конференции. Выпуск 28. - Брянск: БГИТА,

2011. - С.160-162.

35. Чжан,С.А. Реакция древесной растительности на воздействие экологических факторов (статья)/ С.А. Чжан, O.A. Пузанова, А.Л.Чжан.// Актуальные проблемы лесного комплекса/Под ред. Е.А. Памфилова. Сборник научных трудов по итогам международной научно-технической конференции. Выпуск 30. - Брянск: БГИТА, 2011. — С.109-111.

36. Чжан, С.А. Особенности распределения влаги в стволах деревьев в зонах длительного в зонах длительного техногенного воздействия / С.А. Чжан, O.A. Пузанова // Федеральный журнал. Охрана окружающей среды и природопользование,-СПб, 2011.- №2 (апрель-июнь).- С. 57-59.

37. Чжан, С.А. Оценка продуктивности и устойчивости лесонасаждений / С.А. Чжан, Е.М. Рунова, O.A. Пузанова, Л.А. Чжан // Естественные и инженерные науки -развитию регионов Сибири.- Братск: БрГУ, 2012.--С. 145-147.

38. Чжан, С.А. Топологическая модель качества роста леса (статья)/ С.А.Чжан, Ю.Н. Алпатов, Д.В. Ащеулова // Труды Братского государственного университета: Сер.: Естественные и инженерные науки - развитию регионов Сибири: в 2 т. - Братск: Из-во БрГУ, 2012. - Т. 1.- 197с.

39. Чжан, С.А. Математическая модель лесного массива (статья)/ С.А.Чжан, Д.В. Ащеулова // Труды Братского государственного университета: Сер.: Естественные и инженерные науки - развитию регионов Сибири: в 2 т. - Братск: Из-во БрГУ, 2012. -Т.1.- 197с.

40. Чжан, С.А.. Повышение устойчивости фитоценозов в условиях техногенного загрязнения / Природные ресурсы и экология(статья)/ С.А. Чжан, O.A. Пузанова, Л.А.Чжан //Дальневосточного региона: материалы Международного научно-практического форума. - Хабаровск: Из-во Тихоокеан.гос.ун-та, 2013 - с.238-241.

41. Чжан, С.А. Современное состояние сосновых лесов Приангарья(статья)/ С.А. Чжан, Е.М. Рунова, O.A. Пузанова // Успехи современного естествознания. 2013. №7.с.52-53.

Материалы опубликованы в авторской редакции

Подписано в печать 25.03.2014 Формат 60 х 84 '/1(, Печать трафаретная. Уч.-изд. л. 1,9. Усл. печ. л. 1,9. Тираж 100 экз. Заказ 64

Отпечатано с оригинала авторов в издательстве БрГУ 665709, Братск, ул. Макаренко, 40

Текст научной работыДиссертация по сельскому хозяйству, доктора сельскохозяйственных наук, Чжан, Светлана Анатольевна, Красноярск

БРАТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

ЧЖАН СВЕТЛАНА АНАТОЛЬЕВНА

ЛЕСОВОДСТВЕННАЯ ОЦЕНКА СОСТОЯНИЯ СОСНОВЫХ НАСАЖДЕНИЙ В УСЛОВИЯХ ДЛИТЕЛЬНОГО ТЕХНОГЕННОГО

ЗАГРЯЗНЕНИЯ

Специальность 06.03.02 - Лесоведение, лесоводство, лесоустройство и

лесная таксация

^ Диссертация

на соискание ученой степени

см

доктора сельскохозяйственных наук

ю ?

о

Научный консультант:

О ^ Доктор сельскохозяйственных наук,

СМ ю

профессор Рунова Елена Михайловна

ю

Красноярск-2014

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 4

1. СОСТОЯНИЕ ИЗУЧАЕМОГО ВОПРОСА 9

1.1. Лесные экосистемы в условиях техногенеза 16

1.2. Естественные и антропогенные источники тяжелых металлов в 22 биосфере

1.3. Особенности аккумуляции тяжелых металлов растениями 30

1.4. Реакция растений на действие загрязняющих веществ 41

1.5. Картографическое отображение качественной и 46 количественной оценки состояния лесов

1.5.1 Анализ существующих схем зонирования г. Братска 46

1.6. Выводы 53

2. ПРОГРАММА, МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ И ОБЪЁМ 57 ВЫПОЛНЕННЫХ РАБОТ

2.1. Программа исследований 57

2.2. Методика исследований 59

2.3. Объем исследований 66

3. ХАРАКТЕРИСТИКА ОБЪЕКТА ИССЛЕДОВАНИЯ 67

3.1 Лесорастительное районирование 67

3.2 Климатические и метеорологические характеристики 79

3.3 Характеристика промышленности и выбросов 83

3.4 Почвенные условия 101 3.5. Выводы 110

4. КОМПЛЕКСНАЯ ОЦЕНКА СОСТОЯНИЯ СОСНОВЫХ 112 НАСАЖДЕНИЙ

4.1. Анализ экологической структуры древостоев 112

4.2.Моделирование процессов развития и деградации лесных 116 экосистем

4.3. Исследование состояния сосновых древостоев 2-ой 118

генерации

4.4 Исследование состояния хвои древесных пород 138

4.5 Изменение средних таксационных показателей 146

4.6 Математические зависимости между таксационными 152 показателями

4.7 Устойчивость древостоев различного возраста к 166 токсикантам

4.8 Взаимосвязь баллов категории состояния и классов Крафта 168

4.9 Влияние длительного действия промышленного загрязнения 170 на радиальный прирост деревьев

4.10 Особенности распределения влаги в стволах деревьев, в 177 зонах длительного техногенного воздействия

4.11 Мощность лесной подстилки сосновых насаждений, в 182 условиях длительного техногенного пресса

4.12. Особенности естественного возобновления в зонах 186 антропогенного загрязнения

4.13. Состояние подлеска по зонам загрязнения 203 4.13 Выводы 204

5. ЗОНИРОВАНИЕ ЛЕСНЫХ ЭКОСИСТЕМ ПОДВЕРЖЕННЫХ 208 ВОЗДЕЙСТВИЮ ПРОМЫШЛЕННЫХ ВЫБРОСОВ

5.1 Предлагаемая схема зонирования лесов поврежденных 211 промвыбросами

5.2 Выводы 217

6. МЕРОПРИЯТИЯ ПО ВЕДЕНИЮ ЛЕСНОГО ХОЗЯЙСТВА В 218 НАРУШЕННЫХ ЛЕСНЫХ ФИТОЦЕНОЗАХ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 227

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 230

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследований. Проблема охраны окружающей среды в связи с изменением объема техногенных выбросов в атмосферу с каждым годом становится все более актуальной. Несмотря на существенную научную проработку проблемы взаимодействия лесных экосистем и атмосферных загрязнителей, остались не до конца выясненными закономерности пространственного распределения выбрасываемых химических компонентов в различных элементах лесных экосистем, вопросы оценки степени загрязнения лесов многокомпонентными выбросами и связи состояния насаждений с уровнем снижения содержания техногенных веществ. В конце 90-х годов в связи со значительным спадом производственных мощностей на промышленных предприятиях появляются научно-исследовательские работы о динамике растительных сообществ после прекращения или частичного и значимого снижения техногенного давления [Черненькова, 2002; Залесов и др., 2002; Ганичева и др., 2004]. Однако очень мало исследований по влиянию длительного воздействия техногенного пресса на динамику состояния лесов.

В сложившейся ситуации требуется определение состояния лесов, выявление критериев и индикаторов диагностики жизнестойкости деревьев и древостоев, система комплексного мониторинга лесов, включающая не только наблюдения за биологической составляющей, но и факторами техногенного воздействия. В связи с этим проблема комплексной оценки состояния лесных экосистем вокруг города Братска, подверженных длительному техногенному воздействию является актуальной.

Степень разработанности темы исследования. Проблема промышленных эмиссий и повышения устойчивости лесов к техногенному загрязнению рассматривалась многими отечественными учеными, среди них В.А. Алексеев, В.А. Аникеева, Л.Г. Бабушкина, Л.И. Бельчинская, А.А Боабатунов, М.В. Волкова, Н.В. Выводцев, В.Н. Габеев, С.Н. Ганичева, М.Л. Гитарский, Ю.С.

Григорьев, Н.Д.Давыдова, A.M. Данченко, Н.И. Данилов, А.В.Дончева, C.B. Залесов, О.Н.Зубарева, Г.М. Илькун, O.A. Катаев, А.Ю. Кулагин, Н.В. Лукина, И.В.Лянгузова, A.A. Мартынюк, Т.А. Михайлова, Б.Н. Норин, Е.Г. Парамонов, И.Н. Павлов, A.A. Рожков, A.C. Рожков, Е.М. Рунова, С.А. Сергейчик, В.А. Соколов, В.А. Усольцев, В.Ф. Цветков, Т.В.Черненькова, В.Т. Ярмишко и др.

Однако, несмотря на существенную научную проработку проблемы взаимодействия лесных экосистем и атмосферных загрязнителей, остались не до конца выясненными закономерности пространственного распределения выбрасываемых химических компонентов в различных элементах лесных экосистем, вопросы оценки степени загрязнения лесов многокомпонентными выбросами и связи состояния насаждений с уровнем содержания техногенных веществ.

Цель и задачи исследований. Цель исследований - установление закономерностей лесоводственного изменения сосновых насаждений под влиянием длительного воздействия техногенных выбросов; разработка критериев оценки зонирования лесов по степени их ослабления; оценка сукцессионной динамики второй генерации сосняков и изменения их восстановительного потенциала под действием промышленного загрязнения.

Достижение поставленной цели осуществлялось решением следующих

задач:

- оценить состояние древостоев и предложить схему зонирования лесов с учетом комплекса воздействия техногенных факторов;

- выявить особенности изменения таксационных показателей и строения древостоев в зависимости от степени их угнетения;

- установить закономерности накопления основных токсикантов в хвое растений;

- установить взаимосвязь между состоянием хвойных фитоценозов и степенью техногенного загрязнения;

- проанализировать особенности естественного возобновления в лесах при техногенном загрязнении;

- разработать комплекс мероприятий по ведению лесного хозяйства в нарушенных лесных фитоценозах.

Научная новизна:

- выявлена реакция сосновых древостоев при длительном воздействии промышленного загрязнения, особенно для древостоев 2-ой генерации;

- предложен комплексный подход к зонированию лесов в районе города Братска, с учетом изменений, произошедших в состоянии древостоев, разработана современная схема зонирования лесов вокруг города Братска;

- выявлены особенности накопления основных токсикантов в лесах подверженных техногенному загрязнению, в динамике;

-выявлены особенности естественного возобновления и вторичных сукцессионных процессов в зонах техногенного загрязнения.

Теоретическая и практическая значимость работы: разработано зонирование лесов, подверженных длительному воздействию промышленных поллютантов. Предложенный комплекс мероприятий по ведению лесного хозяйства в нарушенных лесных фитоценозах используется в Городском, Братском, Падунском лесничествах, находящихся в зонах действия промышленных выбросов. Результаты исследований использованы при обследовании и оценке ослабленных промышленными выбросами насаждений и комплексном мониторинге лесов в городе Братске по заказ-наряду Министерства науки и образования РФ по научному направлению «Экология и рациональное лесопользование северных территорий», тема НИР «Обоснование принципов и критериев устойчивого лесопользования в бореальных лесах Приангарья».

Работа проведена в соответствии с планом научно-исследовательских работ Рособразования по приоритетному направлению науки и техники «Экология и рациональное природопользование. Мониторинг окружающей среды. Переработка и воспроизводство лесных ресурсов. Прогнозирование биологических и минеральных ресурсов. Сохранение и восстановление нарушенных земель, ландшафтов и биоразнообразия», а также в рамках экологической программы «Муниципальный контракт на оказание услуг, по

мониторингу лесов, подвергающихся антропогенному воздействию выбросов промышленных предприятий»(2007-2011)».

Результаты работы внедрены в учебный процесс по дисциплинам «Современные проблемы о лесе», «Урбоэкология и мониторинг» и «Воздействие антропогенных факторов на жизнеспособность лесных экосистем», а также при выполнении курсового и дипломного проектирования студентами и магистрантами специальности «Лесоинженерное дело», направления «Лесное дело».

Методология и методы исследования. Теоретической и методологической основой исследования явились работы ведущих отечественных и зарубежных ученых в области изучения состояния лесных экосистем, подверженных действию промышленных поллютантов. В работе использованы базовые методы научно-технического познания, математического моделирования и обработки экспериментальных данных. Методика работ предусматривает комплекс полевых и лабораторных методов лесоводственно-таксационных исследований.

Положения, выносимые на защиту:

- выявлены особенности трансформации древостоев на изменение техногенной нагрузки;

- комплексная оценка состояния сосновых насаждений 2-ой генерации;

- особенности процессов естественного возобновления в лесах подверженных аэротехногенному стрессу;

- комплекс мероприятий по ведению лесного хозяйства в нарушенных лесных фитоценозах.

Степень достоверности и апробация результатов подтверждается анализом многолетних данных, полученных с использованием научно-обоснованных методик исследований; применением современных математических методов, компьютерных технологий обработки

экспериментального материала.

Основные теоретические положения работы и результаты исследований докладывались на научно-технических конференциях: г. Братск (2000-2013 гг.); г.

Йошкар-Ола (2001 г.), г. Воронеж (2001 г.), г. Томск (2001, 2005), г. Брянск (20022010), г. Минск (2002-2004, 2008), г. Екатеринбург (2002-2005, 2009-2012), г. Иркутск (2004) и др.

Личный вклад автора. В основу диссертационной работы положены результаты многолетних исследований, выполненных лично автором.

Благодарности. Выражаю искреннюю благодарность моему научному консультанту д.с-х.н., профессору Е.М.Руновой за ценные советы, а также всестороннюю поддержку на всех этапах работы. Я очень признательна д.т.н., профессору Ю.Н. Алпатову за конструктивные замечания и ценные советы в процессе многолетних исследований.

Публикации. По материалам исследований опубликовано 125 научных работ, в том числе 2 монографии, 20 статей в изданиях, рекомендуемых ВАК для опубликования результатов диссертаций.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения и списка литературы, включающего 308 наименования, в том числе 32 иностранных. Работа изложена на 262 стр., иллюстрирована 49 таблицами и 139 рисунками.

1. СОСТОЯНИЕ ИЗУЧАЕМОГО ВОПРОСА

Проблема охраны окружающей среды в связи с возрастанием объема техногенных выбросов в атмосферу с каждым годом становится все более актуальной. Среди многочисленных источников атмосферного загрязнения выделяют стационарные (предприятия энергетики, металлургии, химической и нефтеперерабатывающей промышленности и др.) и мобильные.

Лесные экосистемы, обладая значительными поглотительными возможностями, во многих случаях могут противостоять высоким уровням антропогенной нагрузки. При отсутствии внешних признаков угнетения индикацию состояния экосистемы можно проводить по содержанию микроэлементов в тканях растений, прежде всего в фотосинтезирующих органах, которые являются их активными накопителями [Мэннинг, Федер, 1985].

Растительность - органическая материя на земле, но также с ее значительным участием формируются почва, климат и погода, круговорот материи и энергии, создаются экологические условия, необходимые для существования всех других живых организмов, включая человека. Поэтому охрану природы на современном этапе следует рассматривать не столько как сохранение отдельных организмов и сообществ, а преимущественно как сохранение естественных процессов поддержания и регуляции круговорота веществ и энергии в биосфере, обеспечивающих продолжение жизни на земле [Николаевский, 1995]. Так как растительность (продуценты) стоит у истоков всех биогеохимических, экологических и энергетических процессов в биосфере, то она является одним из наиболее важных компонентов, определяющих благополучие биосферы и жизни на земле.

Уменьшение загрязнения среды следует добиваться преимущественно технологическими способами. Однако даже самые совершенные очистные сооружения не в состоянии избавить нас от выбросов вредных веществ. Среди вспомогательных способов регуляции чистоты воздуха большое значение,

несомненно, имеет биологический способ (поглощение и переработка вредных веществ и газов растениями), так как автотрофный характер метоболизма позволяет им ежедневно перерабатывать огромные массы воздуха.

Лес служит тем уникальным "насосом", который перерабатывает и перекачивает "огрехи" человеческой деятельности [Николаевский, 1995]. Известно, что в солнечный день, например, 1 га леса поглощает 220-280 кг диоксида углерода и выделяет 180-220 кислорода, а все леса планеты за год "пропускают" через себя более 550 млрд. т диоксида углерода и возвращают человеку около 400 млрд. т кислорода. Кроме того, леса поглощают большое количество пыли (1 га леса за год - от 32 до 63 кг пыли в зависимости от своего состава), выделяют очень ценные для человека вещества - фитонциды, способные убивать болезнетворные микробы (1 га леса в сутки дает 2-4 кг фитонцидов, а 30кг их достаточно для уничтожения вредных микроорганизмов в большом городе).

Вредное влияние загрязненного воздуха на растения происходит, как путем прямого действия газов на ассимиляционный аппарат, так и путем косвенного воздействия через почву [Николаевский, 1995]. Причем прямое действие кислых газов приводит к отмиранию отдельных органов растений, ухудшению роста и урожайности, а также качества сельскохозяйственной продукции. Накопление же вредных веществ в почве способствует уменьшению почвенного плодородия, своеобразному засолению почв, гибели полезной микрофлоры, нарушению роста, отравлению корневых систем и нарушению минерального питания. Аккумуляция газа в экосистеме идет с участием трех компонент: растительности, почвы и влаги. В зависимости от погодно-климатических условий, солнечной радиации и влажности почв может изменяться поглотительная способность и удельный вес этих компонент.

Загрязнение атмосферы приводит к значительному повреждению растительности. Во многих городах и вблизи них исчезают сосна и другие породы деревьев. Например, в Центральной Европе повреждено почти 1 млн. га хвойных лесов, или 10% общей площади леса [Николаевский, 1995].

Лишь благодаря поглотительной деятельности растений, почвенной и водной среды происходит очищение атмосферного воздуха. Однако возможности этих систем не безграничны. Более того, они не справляются с поглощением и обезвреживанием суммарного годового выброса. Этим можно объяснить "отказ" растительности регулировать содержание С02 в воздухе [Николаевский, 1995]. Так, в Англии интенсивность фотосинтеза древесных насаждений снизилась более чем в 5 раз. Загрязнение воздуха из локального (до конца XX века) превратилось в глобальное. Доказано, что загрязненный воздух из Германии достигает Норвегии, Швеции, а из Японии США.

Физические исследования позволили высказать гипотезу о причинах роста концентрации углекислого газа в атмосфере Земли [Николаевский, Николаевская, 1995]. С одной стороны, это вызвано ростом потребления, сжигания и переработки топлива и углеродосодержащих материалов, а с другой -уменьшением годичной продуктивности автотрофных организмов в наземных и водных экосистемах. Последнее вызвано: 1) заменой более продуктивных естественных лесных фитоценозов на искусственные и менее продуктивные (сельхоз. угодья занимают уже более 10% суши); 2) подавлением фотосинтеза у растений под влиянием повышения фона загрязнения воздуха, воды и почвы.

Подавление фотосинтеза у наземных растений на значительных площадях промышленных стран стало непреложным фактом, так как оно уже ощутимо при концентрации 802 0,03-0,05 мг/м . Следовательно, годовой выброс всех вредных эксгалатов на Земле приближается к предельному или допустимому уровню, который может утилизироваться и обезвреживаться в биосфере с участием (в пе�