Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Лесоводственно-экологическая оценка состояния сосняков в зоне влияния промышленных эмиссий г. Братска

ВАК РФ 06.03.03, Лесоведение и лесоводство, лесные пожары и борьба с ними

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

Братский индустриальный инстк'у-

У -

На правах рукописи

Чжан Светлана Анатольевна

ЛЕСОВОДСТВЕННО-ЭКОЛОЕИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА СОСТОЯНИЯ СОСНЯКОВ В ЗОНЕ ВЛИЯНИЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ эмиссий

Е. БРАТСКА

06.03.03. - Лесоведение и лесоводство; лесные пожары я Ьорьоз. с ними.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Научный руководитель - к.с,- х.н., доцент Рунова Е.М.

/

Красноярск - 199е»

1 .СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ % 4

1. СОСТОЯНИЕ ИЗУЧАЕМОГО ВОПРОСА 8

1.1. Влияние антропогенных факторов на состояние лесов 8

1.2.Современные концепции экологического мониторинга лесов 11

1.3. Состояние лесных экосистем, подверженных влиянию техногенного воздействия •. 12

1.4. Моделирование динамики лесных экосистем 20

2. ПРОГРАММА И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ 23

3. ХАРАКТЕРИСТИКА ОБЪЕКТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ 28

3.1. Характеристика лесов Братского района 28

3.2. Характеристика климата и почвенного покрова 29

3.2.1. Характеристика климата 29

3.2.2. Характеристика почвенного покрова 33

3.3. Характеристика промышленности и выбросов 35

3.4. История развития процессов деградации насаждений Братска 39

3.5. Выводы 41

4. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ПРОМВЫБРОСОВ НА СОСТОЯНИЕ НАСАЖДЕНИЙ . 42

4.1. Влияние на балл категории состояния деревьев 42

4.2. Санитарное состояние древостоев на пробных площадях 59

4.3. Влияние промвыбросов на таксационные показатели древостоев 61

4.4. Устойчивость древостоев различного возраста к токсикантам 63

4.5. Исследование динамики радиального прироста насаждений, подверженных влиянию промвыбросов 65

4.6.Взаимосвязь баллов категории состояния и классов Крафта 69

4.7. Характеристика .подроста на пробных площадях 72

4.8. Выводы ' 79

5. РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ ПРОЦЕССОВ,

ПРОИСХОДЯЩИХ В НАСАЖДЕНИЯХ, ПОДВЕРЖЕННЫХ

ВОЗДЕЙСТВИЮ ПРОМВЫБРОСОВ. 81 6. ЗОНИРОВАНИЕ ЛЕСОВ В ЗОНАХ ПРОМЫШЛЕННЫХ ВЫБРОСОВ

6.1. Анализ существующих схем зонирования 105

6.2. Предлагаемая схема зонирования лесов поврежденных промвыбросами 110

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 125

ЛИТЕРАТУРА 128

ПРИЛОЖЕНИЯ 153

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы . Глобальной проблемой современности является загрязнение лесов в результате различных факторов антропогенного воздействия. Одним из регионов, в котором прослеживается негативное воздействие антропогенных факторов, является Восточная Сибирь. Здесь сконцентрированы крупные предприятия, являющиеся источниками загрязнения атмосферы и почвы. Кроме этого лесные экосистемы в суровых климатических условиях становятся менее устойчивыми к неблагоприятным условиям , чем леса в других регионах. Особенно высокой является техногенная нагрузка на леса, расположенные вблизи городов Восточно-Сибирского региона Братска и Усть-Илимска. Основным объектом исследования были выбраны лесные массивы в районе г .Братска, так как только здесь происходит массовая гибель лесов на больших площадях.

Настоящая работа является частью многолетних исследований по изучению процессов деградации насаждений в районе г. Братска, в котором сконцентрированы предприятия, выбрасывающие в атмосферу большое количество вредных веществ. Город Братск объявлен зоной чрезвычайно экологической ситуации.

Все вышеизложенное определяет актуальность исследования деградации лесных экосистем в зонах подверженных воздействию промышленных эмиссий.

Цель работы Целью исследований является оценка влияния антропогенных факторов на продуктивность лесов, их устойчивость; закономерности динамики повреждения древостоев в промышленных центрах Восточной Сибири.

Основная цель работы - изучение влияния длительного воздействия промвыбросов на состояние древостоев: на таксационные показатели ( средний диаметр, среднюю высоту, радиальный прирост деревьев, запас, полноту),

средний балл категории состояния, на качество возобновления и состояния подроста и подлеска. Исследования проводились на постоянных и временных пробных площадях по общепринятым методикам. По полученным результатам выявлены породы, наиболее подвержены воздействию промвыбросов; определена зависимость реакции различных возрастных групп деревьев на воздействие токсикантов; определена динамика деградации лесов в зависимости от длительности воздействия выбросов и расстояния от источников аэротехногенного загрязнения; построены математические модели этих процессов; разработана схема зонирования поврежденных лесов методом картирования; а также разработана и обоснована система лесопользования в различных зонах лесов, подверженных воздействию промышленных выбросов.

Объекты и методы исследований Объектами исследований являлись леса в районе промышленного узла г. Братска

Применялись следующие методы исследований - теоретические с использованием метода математического анализа; - экспериментальные с использованием лесоводственно-таксационных подходов к изучению состояния лесных экосистем.

Научная новизна Проведение исследований состояния древостоев в условиях длительного антропогенного воздействия позволило проанализировать и обобщить характер воздействия техногенного загрязнения на различные компоненты леса. Выявлено влияние промышленного загрязнения па степень жизнеустойчивости сосновых насаждений ( по баллам категории состояния), на таксационные показатели древостоев, состояние подроста и подлеска. При этом:

¡ .Исследовано влияние промвыбросов на динамику деградации лесных массивов, прогнозирование состояния леса.

2. Выявлена зависимость жизнеустойчивости хвойных деревьев в зависимости от возраста.

3. Разработана схема зонирования поврежденных лесов на основе метода картирования с использованием комплекса геофизических и биологических показателей.

4. Разработаны математические модели процессов деградации сосновых насаждений под влиянием техногенных нагрузок.

5. Предложен комплекс мероприятий по организации лесопользования в поврежденных лесах, позволяющий снизить негативное воздействие промвыбросов и стабилизировать состояние древостоев.

На защиту выносятся следующие новые научные результаты

1. Оценка влияния промышленного загрязнения на степень жизнеустойчивости насаждений в районе г. Братска.

2. Зонирование поврежденных лесов методом картирования

3. Моделирование взаимодействия антропогенных факторов и лесных массивов, методом регрессионного анализа.

4. Принципы системы лесохозяйственных мероприятий, позволяющих стабилизировать состояние насаждений.

Практическая ценность. Практическая ценность работы состоит в полученных результатах о воздействии антропогенных факторов на характеристики лесных массивов: продуктивность, товарность и санитарное состояние древостоев. Предложенная схема зонирования поврежденных лесных массивов впервые включает в себя комплекс природоохранных мероприятий по снижению негативного влияния промвыбросов на лесные насаждения.

Исследования автора выполнялись согласно научному направлению Братского индустриального института: « Мониторинг и управление экологической ситуацией Братско-Усть-Илимского ТПК»,по госбюджетной теме:» Разработка и обоснование технологии лесопользования в зоне Братско-Усть-Илимского ТПК»; по госбюджетной теме, проводимой по единому заказ-наряду Министерства общего и профессионального образования РФ «

Разработка основ рационального природопользования на базе мониторинга лесных экосистем". Срок выполнения работы 1996- 2000г.г.

В соавторстве с Руновой Е.М., Угрюмовым Б.И., Нежевец Г.П. разработаны рекомендации "Организация лесопользования в зонах промышленного загрязнения" ,одобренные Братским районным комитетом по охране окружающей среды и природных ресурсов, Братским районным управлением лесами, отделом экологии и природопользования администрации города Братска.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на : ежегодных научно-технических конференциях Братского индустриального института с 1994 по 1998 годы, международной конференции в г.Томске " Фундаментальные и прикладные проблемы окружающей среды ПООС - 95 г."; на втором Сибирском совещании по климато-экологическому мониторингу ( г.Томск, 1997г.); международной научно-практической конференции "Человек, Среда, Вселенная" (г.Иркутск, 1997 г.).

Результаты работы экспонировались на выставках-ярмарках ;1Сиблесопользование - 96, 97,98 " ( г.Иркутск); на Братской универсальной ярмарке (декабрь 1996 г).

Структура диссертационной работы Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, списка литературы ( 204 названия) и приложения. Она изложена на 160 страницах, включая 35 рисунка и 39 таблиц.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 14работ.

1. СОСТОЯНИЕ ИЗУЧАЕМОГО ВОПРОСА

1.1. Влияние антропогенных факторов на состояние лесов.

Леса России составляют 22% лесного покрова планеты [164]. Это уникальная природная экосистема, имеющая глобальное биосферное, социальное и ресурсное значение. Сохранение лесов и повышение их продуктивности - одно из необходимых условий устойчивого развития человеческого сообщества в XXI веке. Поэтому детальное изучение лесов и их влияния на глобальные биосферные процессы должно базироваться на глубоких теоретических представлениях о динамике лесных экосистем и характере взаимодействия слагающих их компонентов. На данном этапе возросло внимание мировой общественности к лесам: их состоянию, тенденциям их использования, воспроизводства, трансформации во времени и пространстве под воздействием антропогенной деятельности и природных факторов. Особое внимание при этом на современном этапе уделяется лесам бореальной зоны, в которую входят леса России, североамериканских и скандинавских стран. Бореальные леса - уникальная и исключительно динамичная и саморегулирующаяся система, при условии, если антропогенная деятельность не нарушает ее экологического равновесия.

Многие ученые полагают [2,16,18], что гибель или даже сильная деградация бореальных лесов могут привести к катастрофическим последствиям и сделают практически невозможной жизнь на Земле в целом.

Многие ученые детально изучают состояние лесов в различных точках нашей страны Е.Г.Мозолевская, Т.В.Шарапа [108], О.А.Катаев [77], Е.Ю.Потапова [126], В.А.Липаткин [96], А.В.Баканов [20] в качестве надежных индикаторов состояния лесов и состояния природной среды используют сумму признаков и интегральных показателей, характеризующих последовательно

состояние деревьев, древостоев, ряда других компонентов биогеоценоза, лесных территорий.

Состояние древостоев оценивается по их структуре, количественному соотношению деревьев разных категорий и их поврежденности. При этом выделяют три класса устойчивости насаждений: 1- биологически устойчивые, 2-е нарушенной устойчивостью, 3 - утратившие устойчивость. Принадлежность к тому или иному классу устойчивости определяют по величине текущего отпада и его характеру, по суммарной доле сухостойных, ветровальных и буреломных деревьев, по степени ослабления живой части древостоя. Глубокое изучение вопросов состояния лесов в условиях все более возрастающей рекреационной нагрузки, прогнозирования состояния лесов, и научное обоснованные принципы ведения хозяйства получило отражение в работах И.Р.Чурия [186], С.А.Короткова [88], О.А.Володькиной [44], Н.А.Беловой, М.Н.Краснопевцева [23], Д.М.Киреева [82], Ф.С.Березовской, Г.П.Карева, А.З.Швиденко [28], А.К.Кивисте [79], и ряда др.[ 37, 40, 76,80,81].

Анализируя рассмотренные работы, можно сделать выводы, что леса имеют важное хозяйственное и природоохранное значение, что интенсивное хозяйственное использование лесов привело к значительному их сокращению, а неправильное восстановление - к массовой деградации производных и искусственно созданных насаждений. По данным Международного института в Европе к концу 80-х начало 90-х годов деградировало 11-12 млн.га, а к концу столетия погибнет еще 20-30 млн.га таких лесов.

Причин деградации лесов много Это промышленные поллютанты в воздухе и почве, антропогенные воздействия, погодные колебания, климатические изменения и др.(рис. 1.1) Решение проблемы сохранения лесов наблюдается в разделении функций и методов искусственного выращивания лесов и естественного лесовосстановления. Многие авторы [ 2,4,7,45] делают

выводы, что лесные биогеоценозы должны восстанавливаться естественным путем.

Рис. 1. 1 .Схема действия вредных выбросов на растительность. [47]

1.2. Современные концепции экологического мониторинга лесов.

Современная концепция экологического мониторинга предполагает сбор и обобщение разнородных данных о состоянии лесных ресурсов и экологической роли лесов. Учитывая отсутствие системного подхода в области мониторинга, разное понимание его сути и происходящее за последнее десятилетие изменения в методологии и технической базе, необходимо рассмотреть некоторые принципиальные вопросы, определяющие облик и современную функциональную структуру комплексного мониторинга лесов.

В соответствии со ст. 69 «Лесного кодекса РФ» лесной мониторинг представляет собой «систему наблюдений, оценки и прогноза состояния и динамики лесного фонда ...»

Анализируя работы В.В.Страхова, А.Н.Филипчука [160], И.Е.Рыбакова [147], В.М.Жирина [64] можно сделать вывод ,что лесной мониторинг рассматривается как современная информационная технология регистрации текущих изменений состояния лесного фонда, вызванных природными и техногенными воздействиями на лес, использующая специфические методы сбора и анализа информации и функционирующая в рамках органов управления лесным хозяйством.

Расширение масштабов антропогенного воздействия на лесные экосистемы Европейской части, Сибири привело к тому, что их возможности по поддержанию гомеостаза часто оказываются недостаточными. Сохранение лесов в таких условиях требует выработки программ действий, основанных на объективной оценке их состояния и прогнозах тенденций развития. Информационную поддержку таких программ должен обеспечить мониторинг лесных экосистем.

Анализируя работы российских и зарубежных авторов по данной теме [36, 35, 50, 83, 85, 101, 122, 200] можно представить мониторинг как многоуровневую систему получения и обработки результатов.

Формирование многоуровнего мониторинга определено решением ряда программных вопросов. Первый из вопросов - ""широкомасштабное слежение за изменением состояния лесов и лесных почв в связи с влиянием загрязнения на леса. Результатом решения вопроса является информация о жизненном состоянии лесов в пространственном аспекте. Второй программный вопрос концепции - выявление причинно-следственных связей воздействия загрязнителя на единицу экосистемного уровня. Результатом его является разработка прогнозов экологической ситуации [176].

Согласно современным концепциям ядром комплексного мониторинга является геоинформационная система (ГИС). Геоинформационная система

должна иметь в своем составе разнообразную картографическую и тематическую информацию.[ 36, 50, 51, 53]

На основании изученной литературы можно сделать вывод, что концепция организации лесного мониторинга определяет три основные его части: геоинформационную систему, критерии ранней диагностики, проявляющиеся в изменении доли здоровых деревьев, размера и структуры отпада, морфологических признаков крон, ультраструктурных изменениях ассимиляционного аппарата. Стационары контроля представлены пробными площадями различного назначения, которые закладываются на полигонах контроля в насаждениях, где в первую очередь возможно проявление отрицательного воздействия факторов среды на лесные экосистемы.

1.3. Состояние лесных экосистем в зонах промвыбросов.

К настоящему времени очевидна масштабность и глубина деградации лесных экосистем под влиянием техногенного загрязнения. Результаты воздействия могут носить характер нарушений, бедствий или катастроф. Древесные породы и вся лесная растительность вынуждены приспосабливаться к воздействию новых экологических факторов [192]. Основная цель многолетних комплексных исследований ряда авторов заключалась в изучении и оценке влияния загрязнения воздуха БОг с примесью тяжелых металлов и других токсических веществ на биологическое разнообразие, структуру и продуктивность лесных экосистем. Работы проводились преимущественно в хвойных лесах, главной методической особенностью выполненных исследований было сравнение состояния лесных экосистем и их компонентов, расположенных на различном удалении от локальных источников эмиссии, с ненарушенными лесами, принятыми за эталон.

Одним из главных показателей сохранности экосистем и нанесенного им ущерба может стать их биологическая продуктивность, как мера вклада

экосистем в жизнеобеспечение территории регионов. В 1989 г. были разработаны новые методы определения и расч