Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Моделирование воздействия выбросов предприятий цветной металлургии на лесные биогеоценозы

ВАК РФ 03.00.16, Экология

Автореферат диссертации по теме "Моделирование воздействия выбросов предприятий цветной металлургии на лесные биогеоценозы"

Курбатова Анна Игоревна

МОДЕЛИРОВАНИЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ ВЫБРОСОВ ПРЕДПРИЯТИЙ ЦВЕТНОЙ МЕТАЛЛУРГИИ НАЛЕСНЫЕ БИОГЕОЦЕНОЗЫ

Специальность -03.00.16 -экология

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Москва-2006

Работа выполнена на кафедре экологического мониторинга и прогнозирования экологического факультета Российского университета дружбы народов и в Вычислительном центре им. А.А. Дородницына РАН

Научный руководитель: доктор физико-математических наук,

профессор Тарко А.М.

Официальные оппоненты: доктор биологических паук,

профессор Черных Н.А., доктор физико-математических наук, профессор Степанов А.М.

Ведущая организация - Факультет почвоведения Московского

государственного университета имени М.ВЛомоносова

Защита диссертации состоится .«21» ноября 2006 г. в 14 час на заседании диссертационного совета Д 212.203.17 при Российском университете дружбы народов по адресу: 113093, ГСП, г. Москва, Подольское ui., 8/5, экологический факультет РУДН

С диссертацией можно ознакомиться в Научной библиотеке Российского университета дружбы народов по адресу: Москва, ул. Миклухо-Маклая, д. 6.

Автореферат разослан «/£» 2006 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор медицинских наук, профессор _а Чижов А-Я.

Общая характеристика работы

Актуальность темы исследования. Леса являются эффективным природным средством предотвращения эрозии, сохранения и повышения плодородия почв, наиболее емким резервуаром генетического разнообразия организмов, важнейшим звеном глобального кругооборота углекислоты, одним из основных факторов формирования глобального и регионального климата.

В настоящее время многие лесные биогеоценозы мира испытывают стрессовые воздействия от атмосферных выбросов промышленных предприятий. В России среди промышленных предприятий черная и цветная металлургия являются самыми загрязняющими природную среду отраслями. Аэротехногенные выбросы предприятий цветной металлургии приводят к широкому спектру последствий в лесных биогеоценозах: от замедления роста растений, торможения разложения подстилки и образования гумуса до почти полного уничтожения растительности и смыва почвы.

Изучение воздействия антропогенных загрязнений на леса России с применением методов системного анализа является не только важной фундаментальной проблемой, но и актуальной прикладной задачей. .

Построение математических моделей воздействия атмосферных загрязнений на лесные биогеоценозы, прогноз и последующая оценка возможных последствий загрязнений являются необходимым условием устойчивого развития системы человек — биосфера.

Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ № 05-01-00649 «Математическое моделирование глобальных и региональных биосферных и климатических процессов (методология, реализация)», 2005-2007 гг.

Цель исследования. Основной целью является разработка и исследование математических моделей воздействия выбросов предприятий цветной металлургии к кислотных дождей на лесные биогеоценозы.

Задачи исследования:

1. Обобщить экспериментальные данные о состоянии лесных биогеоценозов, испытывающих воздействие аэротехногенных выбросов.

2. Провести анализ возможностей методов математического моделирования динамики экологических процессов.

3. Дать эколого-географическую характеристику районов расположения промышленных предприятий как объектов моделирования последствий техногенного воздействия на лесные экосистемы.

4. Разработать одномерную и пространственную модели воздействия выбросов предприятий цветной металлургии на лесные биогеоценозы;

5. Разработать модель воздействия кислотных дождей и сернистого газа на лесные биогеоценозы.

6. Сформулировать обобщенную модель воздействия выбросов предприятий цветной металлургйи на лесные биогеоценозы.

7. Идентифицировать разработанные модели lía примере комбинатов цветной металлургии: «Североникель», «Печенганикель», Карабашский медеплавильный комбинат, находящихся в разных природных зонах. Научная новизна результатов. Математическое моделирование позволило выявить ряд закономерностей, происходящихе в лесных биогеоценозах под действием загрязнений. Моделирование воспроизводит гибель растительности различной таксономической принадлежности при антропогенном стрессе и сложную зависимость запаса подстилки от загрязнения в разных климатических зонах. Описывается характер восстановительной сукцессии растительного покрова после прекращения действия загрязнений. С помощью математических методов выявлена зависимость динамики продуктивности растительности от кислотности осадков, подтверждена закономерность уменьшения степени устойчивости деревьев к загрязнениям с возрастом. Сделана количественная оценка

подверженности породы дерева к загрязнению в зависимости от региона произрастания.

Впервые проведена идентификация математических моделей в интегрированной среде Delphi-б на языке Object Pascal, которая позволила рассчитывать параметры моделей сначала для описания роста дерева в отсутствие загрязнений, а затем — при действии загрязнений. Модели идентифицированы по трем комбинатам: «Североникель», «Печенганикель» и «Карабаш», расположенных в разных природных зонах.

Положения, выносимые на защиту:

1. Комплекс математических моделей, описывающих эффекты воздействия выбросов предприятий цветной металлургии на лесные биогеоценозы в разных природных зонах.

2. Идентификация моделей на основании экспериментальных данных, описывающих лесные биогеоценозы лесотундры, северной и южной тайги.

3. Разработка обобщенной математической модели для интегральной оценки состояния лесных биогеоценозов в условиях антропогенного стресса.

4. Возможность прогнозирования с помощью математических моделей биологической реакции лесных сообществ на техногенные загрязнения.

5. ¿Использование результатов расчета для исследования восстановительной динамики сукцессий лесных сообществ после снятия техногенного пресса.

Практическая значимость работы. Пространственная модель влияния атмосферного загрязнения металлургического комбината на лесные биогеоценозы с учетом трех лесообразующих пород может применяться для прогнозирования зон деградации лесов вокруг предприятий, основными выбросами которых являются тяжелые металлы. Модель может быть использована при исследовании зависимости зон деградации лесов от климата.

Возможно выполнение ряда задач природоохранной практики, таких как: прогнозирование направления и скорости восстановлен ля лесов при снятии антропогенной нагрузки; составление карт по- тенциального разрушения лесов, расчет биологического ущерба, нанесенного лесному биогеоценозу, оценка риска воздействия на природную сре,ду в регионе при различных вариантах проектирования предприятий цветной металлургии.

Апробация работы. Основные результаты работы доложены на Всероссийской конференции «Актуальные проблемы экологии и природопользования» Российского университета дружбы народов (Москва 2006). Отдельные результаты диссертации обсуждены на научных семинарах кафедры экологического мониторинга и прог нозирования экологического факультета Российского университета дружбы народов (Москва, 2005,2006) и семинаре сектора климата Вычислительного центра им. A.A. Дородницына РАН (Москва, 2006).

Основное содержание диссертации изложено в семи главах. Работа содержит 173 страниц, 48 рисунков, 25 таблиц. Список литературы содержит 159 наименований. По теме диссертации опубликова но 8 работ.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, сформули рованы цель и задачи диссертации.

В первой главе дана общая характеристика лесов России, которые имеют наибольшую площадь в мире (20,5%), опережая ближайшую по площади Канаду почти в 2 раза. По запасу лесной фитомессы Россия находится на первом месте, следующими за ней идут Бразилия, Канада и США, но по общей продуктивности лесов Россия, как северная страна, уступает Бразилии, США и Китаю. В России сосредоточено 60% запаса бореальных лесов с преобладанием хвойных пород.

Во второй главе проанализировано воздействие атмосферных загрязнений комбинатов цветной металлургии (тяжелых металлов, диоксида серы, оксидов азота) и кислотных дождей' на лссные биогеоценозы. Отмечено, что влияние азропромвыбросов заключается как в непосредственном токсическом эффекте, так и в опосредованном изменении условий жизни растений.

Результатом воздействия загрязнений на лссные биогеоценозы является снижение интенсивности обменных процессов, что сказывается на уменьшении продуктивности растительности, в том числе древесной (Евдокимова 1984, Крючков 1981-1991, Алексеев 1990, Ярмишко 19901997, Черненькова 1998-2000, Tyler, Ruling 1972-1995,Черных H.A., 2004).

В третьей главе дан обзор методов математического моделирования динамических процессов в экологии: основные положения системного анализа, описаны балансовые модели, имитационные и аналитические модели. Проанализирован ряд моделей продукционного процесса растений, переноса загрязнений и воздействия загрязнений на растительность. :

В четвертой главе дано эколого-географическое описание районов расположения трех предприятий цветной металлургии: "Печснганикеля", "Североникеля" и Карабашского медеплавильного комбината. Они были запущены в действие более полувека назад, состояние лесных биогеоценозов в их окрестностях отражает полный спектр стадий дигрессионной сукцессии (Черненькова Т.В., 2002). Основной спектр загрязнений комбинатов представлен сернистым газом к соединениями тяжелых металлов.

В пятой главе разработана одномерная математическая модель воздействия выбросов металлургических комбинатов на лесные биогеоценозы.

В модели описана динамика углерода в лесной экосистеме. Вся растительность разделена на три типа: растительность травяно-кустарничкового яруса, лиственные деревья, хвойные деревья.

Модель представляет собой систему обыкновенных дифференциальных нелинейных уравнений и излагается в терминах системной динамики Дж. Форрестера. Полная потоковая схема круговорота углерода, принятая в модели, изображена на рис. 1. В модели выбраны следующие переменные: 2Ь- углерод древесины и корней лиственных деревьев, 2Ь- углерод древесины и корней хвойных деревьев, ¿Г7- углерод подстилки, углерод гумуса. Потоки /?7и Д8 выражают вынос подстилки и гумуса из почвы при сильных воздействиях. Единица времени - 1 год.

Рис. 1. Схема круговорота углерода, принятая в модели

В модели все загрязнения, действующие на экосистему (соединения серы, азота и тяжелых металлов) объединены в один комплексный показатель загрязнения Р, который будем измерять в баллах. Значение Р = О соответствует отсутствию загрязнений, Р = 10 - максимальной наблюдаемой величине, при которой гибнет вся растительность.

Годичная продукция трех типов растительности выражается уравнениями: Qn = F2 L3(Zn)H/P),

Ql3 = F3i,(Z,)^(PK|-)A)ß14 = F4L4(Zs)H4(P)&V' (1)

Здесь F((» = 2,3,4) и ßt (/' = 3,4)- коэффициенты.

Считаем, что функции ¿,(Z8X' = 2,3,4) выражают зависимость годичной продукции от концентрации питательных элементов в почве, которая считается пропорциональной количеству углероду гумуса. Функции ЯДР)(/ = 2Д4) выражают нелинейное уменьшение годичной продукции растений под действием загрязнений.

Отмирание фитомассы лиственных и хвойных деревьев пропорционально величине фитомассы, коэффициенты

пропорциональности нелинейно зависят от величины загрязнения. Интенсивность отмирания древесины и корней лиственных и хвойных деревьев задаются линейными соотношениями, интенсивность разложения подстилки уменьшается с увеличением величины загрязнения. В модели учитывается интенсивность смыва подстилки R, и гумуса Rs. Предполагается, что корни удерживают подстилку и гумус от вымывания, но при сильном уменьшении их массы до некоторой предельной величины начинается смыв.

Соответствующая начальным значениям и заданным потокам система дифференциальных уравнений решалась на ЭВМ методом Эйлера с постоянным шагом. Предполагалось, что начальный момент времени соответствует состоянию системы до начала действия загрязнений, и это состояние равновесное. Для определения значений параметров модели использовалась количественная информация (Родин JI.E., Базклегшч H.H., 1965; Рудкова A.A., 1981; Tyler Y, 1984).

При проведении вычислительного эксперимента считалось, что загрязнение имеет постоянную величину, т.е. определялось стационарно?, состояние системы (рис.2.).

Рис.2.Влияние величины загрязнения на продуктивность травяно-кустарничковой растительности®, лиственных (2) и хвойных (З)деревьев

Р, Б«мш

При увеличении загрязнения продуктивность растительности уменьшается: происходит последователь кал гибель хвойным деревьев, лиственных деревьев, затем травяно-кустарничковой растительности, что согласуется с данными Т.В.Черненьковой (2002).

Нами проведен вариант идентификации модели (рис.3.) на оскозанкк результатов А.М. Степанова и Т.В. Черненьковой (1992) в двух районах сильного промышленного загрязнения, расположенных в зонах северной п южной тайги. Наблюдается различие между случаями северной (рис. 3 а) н южной (рис. 3 б) тайги. •

О-люсатшакэ!

Рошн

Р. баш

Рис.З. Деградация хвойного леса в северной тайге (а) и лиственного леса (б) в южной тайге под действием загрязнений. 1 - продуктивность траьяно-кустариичковой растительности, 2 - биомасса деревьев, 3 - коли честно углерода в подстилке, (о, Д, + - экспериментальные точки)

В первом случае мощность подстилки монотонно уменьшается с Зъеличеиием загрязнения, а во втором увеличивается при сильных загрязнениях. Согласно Т.В.Черненьковой (2002), в условиях повышенной увлажненности северотаежны;: фитоценозов формируется слой оторфованной подстилки большой мощности, сложенной главным образом из остатков зеленых мхов. По мере выпадения мхов из состава фитоценоза по градиенту загрязнения в окрестностях комбината «Североникель» запас подстилки равномерно снижался. Б окрестностях Карабашского комбината наблюдалось увеличение массы подстилки по направлению к источнику выбросов.

Модель воспроизводит восстановительную сукцессию растительного покрова после прекращения действия загрязнений. В первые годы восстанавливается травяно-кустарничковая растительность, древесная растительность появляется после того, как накопится достаточно мощная подстилка, при этом масса травяной растительности на некоторое время уменьшается, а затем восстанавливается и продолжает увеличиваться.

Проведенные вычислительные эксперименты показали, что модель способна достаточно гибко отражать реальное многообразие ответов на воздействия.

В тестон главе разработана модель воздействия кислотных дождей и сернистого газа на лесной биогеоценоз (рис.4.).

Связывание Эрозия в нера»лагаемые соединения

Ркс. 4. Схема круговорота азота и серы в лесной экосистеме, принятая в модели. MOB - мертвое органическое вещество

В модели описан транспорт азота и серы в лесной экосистеме. Рассматривается хвойная растительность как одногэдовой одновозр^стной древостой. Единица времени — 1 год.

Содержание азота и серы в уровнях будем обозначать через N, к Si,

кислотность почвы - через р//, а потоки азота - через Внешние переменные: потоки с дождями серной Rs и азотной RN кислот, поток аммиака естественного. . происхождения КА, а также концентрация сернистого газа в воздухе Cs. Обозначим через Н = 10"'"'' - концентрацию водородных ионов в почве. В модели рассчитывается поток ионов водорода в экосистему с кислотными дождями.

Продуктивность хвойного леса выражается в модели уравнением: F = F0f2(N1)fN(N4)Q1{VH)gla1). $ (2)

которая зависит от массы деревьев Nt, количества азота в усвояемой форме Na, pH почвы и концентрации серы в хвое Поступление азота в хвою и древесину выражается нелинейными уравнениями.

Интенсивность опада хвои задается как сумма двух потоков: воздействие неорганической серы и некроз хеои под действием кислотных дождей. Интенсивность отмирания древесины задается линейным уравнением, скорость разложения мертвого органического вещества (MOB) зависит от pH почеы.

В модели учитываются два пути выхода азота MOB из круговорота: связывание азота с трудноразлагаемые соединения при сильном закислении почвы и выход азота в процессе эрозии, резко возрастающей на фона гибели деревьев. Вынос азота в усвояемой форме Бырагсгется линейным уравнением.

Движение неорганической серы в растении описывается одной переменной: серой в хвое S,. Согласно Д.А.Израэлю. А.М.Назгролу, А.Я.Пресмапу и др. (1984) считаем поглощение SG2 хвоей пропорциональным разности ' концентраций S02 в атмосфере и

неорганической серы в растении. Поток неорганической серы из хвои будет определяться расходом ее на фотосинтез и опадом. Зги потоки задаются екзлогкчно соответствующим потокам азота из хвои.

Кислотность почвы рН задавалась с помощью Б-образкок кривой, характеризующей буферность почвы, которая зависит от общего количества водородных ионов, поступивших в почву.

На рис. 5 приведены результаты моделирования длительно воздействия кислотных дождей. В модели это задавалось как увеличение притока ионов водорода в почву из атмосферы Ян в 6-21 раз, начиная с 22-летнего возраста древостоя. Небольшое увеличение рН осадков приводит к некоторому увеличению продуктивности, что объясняется дополнительным притоком азота в усвояемой форме.

Рис. 5. Изменение продуктивности лесного биогеоценоза при

длительном воздействии кислотных дождей

¿.ГОДУ

Последующее уменьшение относительной величины продуктивности растительности связано с сильным зачислением почгы. При очень сильных воздействиях продуктивность уменьшается до такой степени, что растения гибнут.

На ркс. 6 представлены результаты моделирования длительного действия сернистого газа (верхняя линия обозначает нормальное изменекне продуктивности в процессе онтогенеза; начало воздействия с возраста деревьев 46 лет - сплошная линия и 22 года -пунктир).

Рис.б.Изменение про-

дуктивности лесного

биогеоценоза при

длительном воздействии повышенной концентрации яо2

Сернистый газ при всех его концентрациях уменьшает продуктивность. Из графика видно, что при достаточно сильных концентрациях сернистого газа продуктивность резко снижается, затем некоторое время меняется слабо, затем снова снижается.

При сравнении результатов воздействия одних и тех же концентраций S02 на 22-летние и 46-летние древостой выявлено, что при равной продолжительности воздействия больший ущерб наносится 46-летгшм древостоям. Прямая зависимость уменьшения степени устойчивости деревьев к загрязнениям с возрастом экспериментально подтверждена в работе В.Н.Хресалурия (1979г.).

Разработанная модель может быть использована для оценки и прогноза последствий воздействия конкретных токсикантов на лесные биогеоценозы в районах промышленного загрязнения.

В седьмой главе представлена пространственная модель воздействия выбросов металлургического предприятия на лесную экосистему.

Для описания действия загрязнения используется модель переноса (Козлов В.Ф., 1991). В качестве индикатора загрязнения была выбрана загрязненность снежного покрова тяжелыми металлами — медью и никелем (Степанов А.М., Кабиров P.P., Черненькова Т.В. и др., 1992). При расчетах были заданы вероятности скорости ветра по восьми направлениям и подбирались значения коэффициентов в формуле переноса так, чтобы

.ЧП ■ «и■ Г . I

о 20 40 60 80

хза.5

Х38.5 153.5" 153.5

100 ««с

дисперсия отклонений расчетных и экспериментальных значений была минимальна. Формула для расчета загрязнений имеет вид:

2к2г-1г

„ к0 q(t) , е

Р - г"-------poss{j)'

к2 и

где р- величина загрязнения;

поправочный

(3)

коэффициент, коэффициент

описывающий влияние осадков; высота трубы; к2 турбулентной диффузии; и- среднегодовая скорость ветра; д(1)~ функция, зависимости выброса вредных веществ по годам; ]- номер направления ветра; роязЦ)- вероятность ветра по направлению/; I- расстояние от начала отсчета до точки измерения (км).

Для построения идентификационной модели была введена функция

среднеквадратичных отклонений (сг):

п-1

(4)

где п— число точек с данными; р01 - измеренное значение загрязнений в /-ой точке; pt - вычисленное по формуле (3) значение загрязнения в /-ой точке.

Была разработана программа на ЭВМ, работающая в интегрированной среде Delphi-б на языке Object Pascal. В работе найдены параметры модели переноса для трех комбинатов. На рис. 7-8 в качестве примера приведены данные для района комбината «Североникель».

SOOO ■4000 300Э 20СЭ 1000 О

. 1 R=0.98 .. <*

Ji/ •

: -f- —;-

О 20С0 4000

измеренное, ррт

—^««¿-—••f----------t4**^"

i ! 1

j-« -сстр о~дестак -л ■ юг * мпм[

а б

Рис.7. Корреляция измеренных и вычисленных загрязнений (а), распространение загрязнений по четырем направлениям (б)

я>\-----

_ 1.____.,.1—

_|________I _

%

<ъ

A. t

4

iV

5o<o

<o Я* ^

/ /,':>\ \ ( ШЩ \

mm) n \

/(p^!

-L '--.-...L

-20 -IJ .10 -5

I» is га

Рис.8. Пространственное распределение загрязнения (а), изолинии загрязнения (б)

Моделирование действия загрязнений проводилось для трех пород дерегьев. Нами предложена идентификация модели (Тарко A.M., Быкадоров A.B., Крючков В.В, 1995), в которой масса дерева изменяется в соответствии с уравнением:

= Lxa-bx\(l-ßpr) dt v П (5)

Здесь Л'- надземная масса одного дерева (воздушно-сухая масса) возраста

г (г = 20,21,.„.,100лет); р— величина загрязнения рассчитывается по

формуле (3).

В модели рассматривалось одно дерево, усредненное по всем деревьям, а коэффициент Ъ в уравнении (5) приравнивался к нулю. Представляем модель в виде системы уравнений:

dX

= а-X

dt

tr* 9(0

' 1 и

poss(j) ■

Для идентификации модели в отсутствие загрязнений использовались данные Н.И. Казимирова и Р.М.Морозовой (1973) и В.В.Крючкова (1989)(табл. 1,2).

Таблица 1. Вычисленные значения параметра а при фиксированном параметре а

Порода дерева а а Точность, %

Ель в районе"Североникеля" 0,115 0,6 59

Сосна в районе "Североникеля" 0,165 0,6 49

Сосна в районе "Печенганикеля" 0,201 0,6 48

Сосна в районе КМК 0,213 0,6 49

Береза в районе КМК 0,323 0,6 22,

Таблица 2. Идентификация модели при вариации параметре» г. п а

Порода дерева а а Точность, %

Ель в районе "Североникеля" 1,350 0,123 34

Сосна в районе "Североникеля" 1,125 0,167 24

Сосна в районе «Печенганикеля» 1,672 0,166 24

Сосна в районе КМК 1,869 0,168 24

Береза в районе КМК 0,766 0,391 8

Действие загрязнения описывается коэффициентами р и у (табл. 3): ТаСлкцп 3. Значения параметра р при фиксированном параметре у =2

Порода дерева 0 7 Точность, %

Ель в районе "Североникеля" 7,92-10-8 2 37

Сосна в районе«Североникеля» 21,7-10-8 2 34

Сосна в районе «Печенганикеля» 0,09- 10-V 2 94

Сосна в районе Карабашского комбината 0,01-10-8 2 97

Береза в районе Карабашского комбината 0,01-10-7 2 81

После проведения идентификации параметров модели были полу чеки следующие данные для биомасс (рис. 9.):

. ее«'

С <<

-

> V

г, X ^

Л

ее ее

:' ) ) i

)

" Ч^г —. —--ввЛ7 '

-Ï0 -а -6 '2 О 2 л « s

40-летние деревья

ю 8 б 4 2 С -2 -4

-К

________..»v»«1

-Q—- 2 4 6 "в"' ю

8 0-летиие деревья

ю (> с» 4 2 О -2 -4 -Л -Я

ч

а

"'Ль -8 -6 -4 " -2 © 2 Ï «Г 60-летние дер-гвь«

ю 8 6

- __

/ ?

\

( ( I гГ

* s

\*V \ \

'П }

)

-в .

| '«4« -8|

-I

--«•ив.- --

'IO -8 -4 -2 о~~ 2 « 5 8

100-летние деревья

ю

Рис. 9. Пространственное распределение биомассы деревьев (береза) в районе Карабашского медеплавильного комбината

2 5

1000 2000 3000 4000

Величина i«rpa)R«Himlpfb

¡~.....Соси» Ель ]

5000

На рис. 10 представлена зависимость отношения: массы 80-летних деревьев сосны и ели в окрестности «Североникеля» к массе этой возрастной группы в начале загрязнения от величины загрязнений.

Ркс. 10. Зависимость роста сосны к ели от загрязнения в районе комбината «Севсроншсель»

Из данного рисунка видно, что сосна подвержена загрязнению больше, чем ель. Выявленная закономерность подтверждается данными из табл. 3. При одинаковых значениях коэффициента у степень зависимости прироста сосны от загрязнения р = 21,16-10"* в 2,7 больше, чем ели:/? = 7,92-10-8. Ель обладает более высокой способностью к новообразованию ветвей из спящих почек, чем сосна, и поэтому более устойчива (Алексеев, 1990).

Сосна присутствует во всех трех зонах деградации лесных биогеоценозов. В соответствии с табл. 3 при одинаковых значениях коэффициента у степень зависимости прироста сосны от загрязнения /7 наибольшая в «Печенганикеле» р - 0,9 -10"^ в «Североникеле» она снижается р= 2/,?'-Ю~в, в КМК -р = 0,01-10"'. Расчеты показали, чем севернее находится порода дерева, тем в большей степени она подвержена действию загрязнения, что согласуется с литературными данными (Евдокимова Г. А., 1984).

Модель воздействия загрязнителей на лесные биогеоценозы может применяться для прогнозирования зон деградации лесов вокруг предприятий, основными выбросами которых являются тяжелые металлы. Модель позволяет учитывать зависимость зон деградации лесов от климата. Для прогнозирования необходимо знать климатические параметры местности, объем выбросов и породу деревьев.

Нами предложена обобщенная модель воздеьстскп атмосферных загрязнений на лесные биогеоценозы. В модели учитывается пространственное распределение и возрастная структура лесной растительности. Она позволяет описывать и одномерную и точечную систему. В модели описана динамика роста трапяпой растител шссти, ели и сосни. Единица времени — 1 год. Переменны?.:*; модели являются масса древесины деревьев разного возраста. Загрязнения, действующие на систему, объединены в два показателя загрязнения —Р, и/>. Показателем

загрязнения может быть, например, сумма тяжелых металлов в талом снеге и концентрация сернистого газа в приземном слое воздуха.

В модели описана динамика углерода в лесной экосистеме. Потоковая схема круговорота углерода изображена на рис.11 . Содержание углерода в древесине хвойного древостоя возраста г на единицу площади будем обозначать через Х'1 (г) = XI, где /- номер направления (из розы ветров), у- номер узла (аналог расстояния до источника загрязнения). Содержание углерода на единицу площади в древесине лиственного дерева положим XI (г) -XI. Количество углерода ш; единицу площади в узле подстилки обозначим через X'/. Количество углерода гумуса в узле на единицу площади обозначим через Х%.

Рис.11 . Схема переменных и потоков углерода в узле обобщенной модели

На схеме применяются упрощенные обозначения: X* (г) = X?, Х% (г) — Х% и т.д.

Выражения для загрязнений Р1 = Р? и Р2 - Р/ рассчитываются по применяемой подмодели: Рх = Р? = /,(£/,,/, У); Рг = Р2 = /2(С/2,/,у), где их и и2 - интенсивности выбросов соответствующего загрязнения (в единицу времени).

Годичную продукцию хвойного дерева на единицу площади будем обозначать £?е'(г), лиственного - б^(т), а травяно-кустарничкового яруса -

Выпишем их выражения в модели:

хч

ачо=о: = ^4(^)Яс1(Р,)//с2(Р2)(^17)а

X*

бЯг) = &" = РЛЛХ1)НМ)Ни1(Ргх~хЬУ'

Ql = (7)

Здесь индексы с, <1Ь & относятся соответственно к хвойным

деревьям, лиственным и к травяно-кустарничковой растительности.

и /^./^-коэффициенты. Х^ - значения массы древостоев до

начала воздействия.

Функции ¿с, , Ьк выражают зависимость годичной продукции от

питательных элементов, которые, в свою очередь, пропорциональны количеству углерода в гумусе:

ZvVrto-l + kjjtL-I) (8)

где Q<kc,kd,ks -<1.

Функции Яс,(^), Нс2(Р2) выражают уменьшение годичной продукции растений под действием двух видов загрязнений в соответствии со следующими уравнениями:

НМ) = тах( ----—-,0)

(9)

аСсТ>Кх>' _а

Нс2(Р2) = тах(а^г °с\0) 1-асг

Аналогичными уравнениями задается зависимость годичной продукции от загрязнений для лиственных деревьев и травяной растительности.

Интенсивность отмирания древесины и корней хвойных ()с и лиственных деревьев задается в виде:

(Ю)

по

где с1а - коэффициенты.

Интенсивность разложения подстилки (?/ задается уравнением:

0,1 = к,Х?Нп(Г0Нп(Р2), (12)

где Л, - коэффициент, функции Ип(РК)Нп(Рг) имеют тот же вид, что и функции Нс2(Р2) в (9). Мы видим, что разложение подстилки

замедляется при действии загрязнений.

Образование гумуса <9^ замедляется с замедлением разложения подстилки. Учтем, что под действием загрязнений доля углерода, идущая из подстилки на образование гумуса у = У^/Р^Н/Р^, также уменьшается.

Разложение гумуса выражается нелинейными соотношениями и

уменьшается с увеличением загрязнений:

61 = г61 ~У,Нг(Рх)Нг(Р2)0?_, 61 =УьХ1Нк{(Рх)Н„(Р2),

гДе У^Уа -коэффициенты.

Интенсивность смыва подстилки Я, и гумуса Ян задается уравнениями:

Я, = к,Ж(г)Х?, Иь = к„Жг)Х» (14)

у о у-у 0И

Полагаем, что величина /■ = /„-*• +1ё ^ +1е (!с + 1а+1К=\)

выражает "эффективную" биомассу корней растений, препятствующую эрозии почвы. Коэффициенты /с, выражают относительный «вес»

каждой из групп растительности. Считаем, корни удерживают подстилку и гумус от вымывания, но при сильном уменьшении их массы до некоторой

предельной величины начинается смыв. Функция УУ(г) выражает усиление смыва подстилки и гумуса (предполагается, что при г < г0 смыва нет):

Щг) =

О приг<г0,

г + У/* при г0< г < г,„ (15)

приг>гх.

Здесь г0- значение т при отсутствии загрязнений. IV0 и IV* -коэффициенты.

Таким образом, все потоки в модели определены. Окончательно, система дифференциальных и алгебраических уравнений модели имеют вид:

лу9

с ^ О* -О* Л с с"

ах}

'л ¿у*

^=<21+01+05.-0!- (16)

сЩ

си

Р? =МиМУ, Р* =Ми2,г,Л / -1,2,...8; / = 1,2,..М

В диссертации показано, что обобщенная модель при соответствующих упрощениях переходит в одномерную модель (глава 5) и пространственную модель (глава 7) воздействия выбросов металлургических комбинатов на лесные биогеоценозы .

Каждая из конкретных моделей, в которых обобщенная модель использовалась, показала свою адекватность реальности и позволила выявить новые свойства динамики лесных систем под действием загрязнений.

Основные выводы и результаты работы

1. Разработана одномерная модель воздействия загрязнения металлургического комбината на лесные биогеоценозы. Показано, что гибель растительности в условиях техногенеза происходит в следующей последовательности: хвойные деревья - лиственные деревья - травяно-кустарничковая растительность.

2. Из одномерной модели следует, что характер повреждения подстилки в разных зонах неодинаков. Запас подстилки в районе комбината «Североникель» снижается при увеличении загрязнения. В случае Карабашского комбината наблюдается аномальное накопление подстилки вблизи источника выброса, что свидетельствует об ослаблении процессов деструкции. Модель также воспроизводит восстановление лесного сообщества после снятия антропогенной нагрузки.

3. Разработана модель воздействия кислотных дождей и сернистого газа на лесной биогеоценоз с учетом возрастной структуры деревьев. В рамках моделирования воспроизведено усиление роста древостоя при слабой величине воздействия и существенное нарушение при более сильной величине воздействия. Установлена зависимость степени повреждения растительности от возраста.

4. Разработана пространственная модель влияния атмосферного загрязнения металлургического комбината на лесные биогеоценозы с учетом трех лесообразующих пород: ель, сосна и береза. Показано, что при одинаковых природных условиях сос*ха в наибольшей степени подвержена действию загрязнения, в меньшей степени ему подвержена ель, береза самая выносливая из трех пород. Проведена количественная оценка подверженности загрязнению породы дерева в зависимости от географического региона его произрастания.

5. Пространственная модель влияния атмосферного загрязнения идентифицирована по трем комбинатам: «Североникель», «Печенганикель» и «Карабаш», находящихся в разных природных зонах.

Это позволило проследить динамику изменения компонентов лесных сообществ во времени и сравнить состояние растительности при остром хроническом загрязнении и его отсутствии.

6. Обобщенная модель, учитывающая специфику конкретных моделей, может эффективно использоваться для установления закономерностей, описывающих воздействие проышленных выбросов на лесные сообщества.

7. Модели воздействия загрязнителей на лесные биогеоценозы могут применяться для прогнозирования зон деградации лесов вокруг предприятий, основными выбросами которых являются тяжелые металлы и сернистый газ. Для прогнозирования необходимо знать климатические параметры местности, объем выбросов и породу деревьев.

Основные положения диссертации и результаты исследований опубликованы в следующих научных работах:

1. Курбатова А.И. Воздействие тяжелых металлов на лесные биогеоценозы в окрестностях предприятий цветной металлургии // Вестник Российского университета дружбы народов, серия «Экология и природопользование», № 1 (13), Изд-во РУДН, 2006, с. 146-149.

2. Курбатова А.И. Воздействие аэротехногенных выбросов от предприятий цветной металлургии на лесные экосистемы Северной и Южной Тайга // Вестник Московского государственного областного университета. Серия «Естественные науки». Выпуск «Химия и химическая экология». Москва, Изд-во МГОУ, 2006. с. 170-179.

3. Курбатова А.И., Тарко А.М. Моделирование воздействия атмосферных выбросов предприятий цветной' металлургии на лесные биогеоценозы // Вестник Российского университета дружбы народов, серия «Экология и природопользование», № 1(13), Изд-во РУДН, 2006, с. 150-156.

4. Тарко A.M., Курбатова А.И Влияние диоксида серы на состояние лесных биоценозов европейского севера на примере ОАО «Комбинат

Североникель» // Актуальные проблемы экологии и природопользования. Выпуск 8, часть 3. Сборник научных трудов. Изд-во РУДН, 2006, с. 4-12.

5. Курбатова А.И., Тарко A.M. Моделирование переноса атмосферных загрязнений металлургических комбинатов // Актуальные проблемы экологии и природопользования. Выпуск 8, часть 3. Сборник научных трудов. Изд-во РУДН, 2006, с.13-18.

6. Курбатова А.И., Тарко A.M. Одномерная математическая модель воздействия атмосферных выбросов металлургических предприятий на лесные биоценозы // Актуальные проблемы экологии к природопользования. Выпуск 8, часть 3. Сборник научных трудов. Изд-во РУДН, 2006, с. 19-26.

7. Курбатова А.И., Тарко A.M. Анализ результатов одномерной модели воздействия атмосферных выбросов на лесные биоценозы // Актуальные проблемы экологии и природопользования. Выпуск 8, часть 3. Сборник научных трудов. Изд-во РУДН, 2006, с. 27-30.

8. Тарко A.M., Курбатова А.И. Модель воздействия кислотных дождей и сернистого газа на лесные биоценозы И Актуальные проблемы экологии и природопользования. Выпуск 8, часть 3. Сборник научных трудов. Изд-во РУДН, 2006, с. 31-37.

Курбатова Анна Игоревна

Моделирование воздействия выбросов предприятий цветной металлургии на лесные биогеоценозы

В диссертационной работе разработаны одномерная и пространственная модели воздействия атмосферных загрязнений на лесные биогеоценозы. Объектами приложения модели являются предприятия цветной металлургии, расположенные в разных климатических зонах. Модели описывают временную динамику роста дерева в отсутствие загрязнения и различные степени нарушения лесной растительности вплоть до полного разрушения при наличии загрязнения.

Представлена модель воздействия кислотных дождей на лесные биогеоценозы. В рамках модели воспроизведена зависимость продуктивности вплоть до гибели растительности от величины загрязнения.

Предложенная в работе обобщенная модель воздействия выбросов на лесные системы может использоваться для широкого круга реальных экологических ситуаций в зонах воздействия промышленных предприятий.

Kurbatova Anna Igorevna

Modeling of airborne contaminations impact of metallurgical plant on

forest biogeocenoses

One dimensional and spatial mathematical models of aiibome

contaminations impact on forest biogeocenoses were developed in the woik. These models were applicated to the metallurgical plants located in different climatic zones. The models described tree growthing dynamic under the condition of pollutions absence and reproduced various levels of woody vegetations degradation up to its foil destruction.

The model of acid rain impacts demonstrated the forest productivity and trees dying dependence on the impact of this kind of pollution.

The generalized model was suggested to describe wide range of real ecological situations in the areas under industrial contaminations.

Отпечатано в ООО «0ргсервис-2000» Подписано в печать 09.10.06 Объем 1,69 пл. Формат 60x90/16. Тираж 100 экз. Заказ №09/10-4т 115419, Москва, Орджоникидзе, 3

Содержание диссертации, кандидата биологических наук, Курбатова, Анна Игоревна

Введение

Глава 1 Лесные ресурсы России

1.1. Общая характеристика лесов России.

1.2. Структура лесов и земель лесного фонда.

1.3. Породная и возрастная структура лесов России.

1.4. Древесные ресурсы.

1.5. Роль леса в сохранении биологического разнообразия и в устойчивом развитии России.

Глава 2. Воздействие атмосферных загрязнений комбинатов цветной металлургии на лесные биогеоценозы

2.1. Факторы воздействия на лесные биогеоценозы.

2.1.1. Тяжелые металлы.

2.1.2. Диоксид серы.

2.1.3. Оксиды азота.

2.1.4. Кислотные дожди.27

2.2. Последствия воздействия атмосферных выбросов на лесные биогеоценозы.

2.2.1. Зоны деградации лесных биоценозов как следствие аэротехногенного загрязнения.

2.2.2. Оценка деградации лесных биогеоценозов в условиях аэротехногенного воздействия.

Глава 3. Математические модели динамических процессов в экологии.

3.1. Основные положения системного анализа.

3.2. Математическое моделирование экологических систем.

3.2.1. Балансовые модели.

3.2.2. Имитационные и аналитические модели.

Глава 4. Эколого-географическая характеристика районов расположения промышленных объектов.

4.1 .Эколого-географическая характеристика Кольского полуострова .85 4.1.1. Характеристика медно-никелевых металургических комбинатов

Североникель» и «Печенганикель».

4.2. Эколого-географическая характеристика Южного Урала.

4.2.1. Характеристика Карабашского медеплавильного комбината.

Глава 5. Одномерная модель воздействия выбросов металлургических комбинатов на лесные биогеоценозы.

5.1. Описание модели.

5.2. Идентификация модели.

5.3. Результаты моделирования.

Выводы к главе 5.

Глава 6. Модель воздействия кислотных дождей и сернистого газа на лесной биогеоценоз.

6.1. Описание модели.

6.2. Идентификация модели.

6.3. Результаты моделирования.

Выводы к главе 6.

Глава 7. Пространственная модель воздействия выбросов металлургических комбинатов на лесные биогеоценозы.

7.1. Моделирование переноса атмосферных загрязнений в регионе.

7.1.1. Модель переноса загрязнений.

7.1.2. Формула для расчета загрязнения.

7.1.3. Построение идентификационной модели.

7.1.4. Задача нахождения максимума загрязнения.

7.1.5. Решение задачи идентификации.

7.1.6. Результаты решения задачи идентификации параметров загрязнения для трех промышленных комбинатов.

7.1.7. Распространение загрязнений по различным направлениям для трех комбинатов.

7.2. Моделирование действия атмосферных загрязнений на лесные биогеоценозы.

7.2.1. Модель воздействия загрязнения на лесной биогеоценоз.

7.2.2. Модель роста растительности в отсутствие загрязнений.

7.2.3. Моделирование роста растительности в режиме действия загрязнения.

7.2.4.Распределение биомассы елового древостоя в районе комбината "Североникель".

7.2.5. Распределение биомассы соснового древостоя в районе комбината "Североникель".

7.2.6. Рапределение биомассы соснового древостоя в районе комбината I "Печенганикель".

7.2.7. Распределение биомассы соснового древостоя в районе Карабашского медеплавильного комбината.

7.2.8. Распределение биомассы березового древостоя в районе Карабашского медеплавильного комбината.

7.2.9. Влияние загрязнения на древесные породы.

7.3. Обобщенная модель воздействия выбросов металлургических комбинатов на лесные биогеоценозы.—

• 1:'

Выводы к главе 7.

Введение Диссертация по биологии, на тему "Моделирование воздействия выбросов предприятий цветной металлургии на лесные биогеоценозы"

Актуальность темы исследования. Леса являются эффективным природным средством предотвращения эрозии, сохранения и повышения плодородия почв, наиболее емким резервуаром генетического разнообразия организмов, важнейшим звеном глобального кругооборота углекислоты, одним из основных факторов формирования глобального и регионального климата.

В настоящее время многие лесные биогеоценозы мира испытывают стрессовые воздействия от атмосферных выбросов промышленных предприятий. В России среди промышленных предприятий черная и цветная металлургия являются самыми загрязняющими природную среду отраслями. Аэротехногенные выбросы предприятий цветной металлургии приводят к широкому спектру последствий в лесных биогеоценозах: от замедления роста растений, торможения разложения подстилки и образования гумуса до почти полного уничтожения растительности и смыва почвы.

Изучение воздействия антропогенных загрязнений на леса России с применением методов системного анализа является не только важной фундаментальной проблемой, но и актуальной прикладной задачей.

Построение математических моделей воздействия атмосферных загрязнений на лесные биогеоценозы, прогноз и последующая оценка возможных последствий загрязнений являются необходимым условием устойчивого развития системы человек - биосфера.

Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ № 05-01-00649 «Математическое моделирование глобальных и региональных биосферных и климатических процессов (методология, реализация)», 2005-2007 гг.

Цель исследования. Основной целью является разработка и исследование математических моделей воздействия выбросов предприятий цветной металлургии и кислотных дождей на лесные биогеоценозы.

Задачи исследования:

1. Обобщить экспериментальные данные о состоянии лесных биогеоценозов, испытывающих воздействие аэротехногенных выбросов.

2. Провести анализ возможностей методов математического моделирования динамики экологических процессов.

3. Дать эколого-географическую характеристику районов расположения промышленных предприятий как объектов моделирования последствий техногенного воздействия на лесные экосистемы.

4. Разработать одномерную и пространственную модели воздействия выбросов предприятий цветной металлургии на лесные биогеоценозы;

5. Разработать модель воздействия кислотных дождей и сернистого газа на лесные биогеоценозы.

6. Сформулировать обобщенную модель воздействия выбросов предприятий цветной металлургии на лесные биогеоценозы.

7. Идентифицировать разработанные модели на примере комбинатов цветной металлургии: «Североникель», «Печенганикель», Карабашский медеплавильный комбинат, находящихся в разных природных зонах.

Научная новизна результатов. Математическое моделирование позволило выявить ряд закономерностей, происходящих в лесных биогеоценозах под действием загрязнений. Моделирование воспроизводит гибель растительности различной таксономической принадлежности при антропогенном стрессе и сложную зависимость запаса подстилки от загрязнения в разных климатических зонах. Описывается характер восстановительной сукцессии растительного покрова после прекращения действия загрязнений. С помощью математических методов выявлена зависимость динамики продуктивности растительности от кислотности осадков, подтверждена закономерность уменьшения степени устойчивости деревьев к загрязнениям с возрастом. Сделана количественная оценка подверженности породы дерева к загрязнению в зависимости от региона произрастания.

Впервые проведена идентификация математических моделей в интегрированной среде Delphi-б на языке Object Pascal, которая позволила рассчитывать параметры моделей сначала для описания роста дерева в отсутствие загрязнений, а затем - при действии загрязнений. Модели идентифицированы по трем комбинатам: «Североникель», «Печенганикель» и Карабашскому медеплавильному комбинату, расположенным в разных природных зонах.

Практическая значимость работы. Пространственная модель влияния атмосферного загрязнения металлургического комбината на лесные биогеоценозы с учетом трех лесообразующих пород может применяться для прогнозирования зон деградации лесов вокруг предприятий, основными выбросами которых являются тяжелые металлы. Модель может быть использована при исследовании зависимости зон деградации лесов от климата.

Возможно выполнение ряда задач природоохранной практики, таких как: прогнозирование направления и скорости восстановления лесов при снятии антропогенной нагрузки; составление карт потенциального разрушения лесов, расчет биологического ущерба, нанесенного лесному биогеоценозу, оценка риска воздействия на природную среду в регионе при различных вариантах проектирования предприятий цветной металлургии.

Диссертация состоит из семи глав, введения, выводов и списка литературы. Основное содержание работы изложено на 173 страницах и включает 25 таблиц, 48 рисунков

В первой главе дана общая характеристика лесных ресурсов России.

Во второй главе описано воздействие атмосферных загрязнений комбинатов цветной металлургии (тяжелых металлов, диоксида серы, оксидов азота) и кислотных дождей на лесные биогеоценозы. Дан анализ реакции лесных сообществ на атмосферные загрязнения.

В третьей главе изложены вопросы математического моделирования динамических процессов в экологии: основные положения системного анализа и его значения для моделирования; описаны балансовые модели, имитационные и аналитические модели. Проанализирован ряд моделей продукционного процесса растений, переноса загрязнений и воздействия загрязнений на растительность.

В четвертой главе представлена эколого-географическая характеристика районов расположения трех объектов моделирования. Даны физико-географические и другие особенности предприятий цветной металлургии: "Печенганикель", "Североникель" и Карабашского медеплавильного комбината.

В пятой главе разработана одномерная математическая модель воздействия выбросов металлургических комбинатов на лесные биогеоценозы. Дано ее описание, изложена идентификация модели, представлены экологические выводы результатов моделирования.

В шестой главе изложена модель воздействия кислотных дождей и сернистого газа на лесные биогеоценозы. Описана идентификация параметров модели, приведены результаты моделирования.

В седьмой главе разработана пространственная модель воздействия выбросов металлургических комбинатов на лесные биогеоценозы. Дано описание модели переноса атмосферных загрязнений, адаптированной и идентифицированной для трех регионов техногенной нагрузки. Воспроизведена временная динамика роста дерева в отсутствии загрязнения и различные степени нарушения при наличии загрязнения. Предложена концепция обобщенной модели воздействия выбросов металлургических комбинатов на лесные сообщества.

Заключение Диссертация по теме "Экология", Курбатова, Анна Игоревна

Основные выводы

1. Разработана одномерная модель воздействия загрязнения металлургического комбината на лесные биогеоценозы. В рамках модели подтверждены экспериментальные данные о том, что гибель растительности в условиях техногенеза происходит в следующей последовательности: хвойные деревья - лиственные деревья - травяно-кустарничковая растительность.

2. Из одномерной модели следует, что характер повреждения подстилки в разных зонах неодинаков. Запас подстилки в районе комбината «Североникель» снижается при увеличении загрязнения. В случае Карабашского комбината наблюдается аномальное накопление подстилки вблизи источника выброса, что свидетельствует об ослаблении процессов деструкции опада. Модель также воспроизводит восстановление лесного сообщества после снятия антропогенной нагрузки. Полученные результаты на качественном уровне совпадают с экспериментальными данными о функционировании лесных сообществ в условиях антропогенного стресса.

3. Разработана модель воздействия кислотных дождей и сернистого газа на лесные биогеоценозы с учетом возрастной структуры деревьев. В рамках моделирования воспроизведено усиление роста древостоя при слабой величине воздействия и существенное нарушение при более сильной величине воздействия. Установлена зависимость степени повреждения растительности от возраста.

4. Разработана пространственная модель влияния атмосферного загрязнения металлургических комбинатов на лесные биогеоценозы с учетом трех лесообразующих пород: ель, сосна и береза. Показано, что при одинаковых природных условиях сосна в наибольшей степени подвержена действию загрязнения, в меньшей степени ему подвержена ель, береза обладает сравнительно высокой толерантностью к загрязнению.

5. Пространственная модель влияния атмосферного загрязнения идентифицирована по трем комбинатам: «Североникель», «Печенганикель» и Карабашскому медеплавильному комбинату, находящихся в разных природных зонах. Степень поражения отдельных представителей древесного яруса лесного биогеоценоза зависит от региона произрастания. Пространственная модель позволила проследить динамику изменения компонентов лесных сообществ во времени и сравнить состояние растительности при остром хроническом загрязнении и его отсутствии. Идентификация модели производилась в интегрированной среде Delphi-б на языке Object Pascal.

6. Обобщенная модель, учитывающая специфику конкретных моделей, может эффективно использоваться для установления закономерностей, описывающих воздействие промышленных выбросов на лесные сообщества.

7. Модели воздействия загрязнителей на лесные биогеоценозы могут применяться для прогнозирования зон деградации лесов вокруг предприятий, основными выбросами которых являются тяжелые металлы и сернистый газ. Для прогнозирования необходимо знать климатические параметры местности, объем выбросов и породу деревьев.

Библиография Диссертация по биологии, кандидата биологических наук, Курбатова, Анна Игоревна, Москва

1. Исаев А.С., Г.Н. Коровин. Динамика лесных ресурсов и прогнозирование изменений лесного фонда. // Фундаментальные основы управления биологическими ресурсами/ Товарищество научных изданий КМК, Москва, 2005.- 516с.

2. World Development Indicators database. World Bank, April 2005. http://devdata.worldbank.org/data-query/.

3. Павлов Д.С., Стриганова Б.Р. Биологические ресурсы России и основные направления фундаментальных исследований. // Фундаментальные основы управления биологическими ресурсами/ Товарищество научных изданий КМК, Москва, 2005.- 516с.

4. Лесной фонд СССР (по учету на 1 января 1966 г.). 1968. М.: Лесная промышленность.- 143с.

5. Лесной фонд СССР (по учету на 1 января 1973 г.). Книги 1, 2, 3. М.: Лесная промышленность, 1975-1976.- 801с.

6. Лесной фонд СССР (по учету на 1 января 1978 г.). М.: Лесная промышленность. 1980. 754с.

7. Лесной фонд СССР (по учету на 1 января 1983 г.). Том 1. М.: ЦБНТ Гослесхоза СССР. 1986.- 892с.

8. Лесной фонд России по состоянию на 1 января 1998 г. Справочник. М.: ВНИИЦлесресурс. 1999.- 202с.

9. Лесной фонд России (по данным государственного учета лесного фонда по состоянию на 1 января 2003 г.). Справочник. М.: ВНИИЛМ, 2003.- 640 с.

10. Статистический сборник. Лесной фонд СССР (по учету на 1 января 1988 г.). Т. 1. М.: ВНИИЦлесресурс. 1990. -100с.

11. Справочник лесничего /Под общ. ред. Филипчука. А.Н. 7-е изд., перераб. и доп. М.:ВНИИЛМ, 2003. -640с.

12. Национальный доклад Российской Федерации по критериям и индикаторам устойчивого управления умеренными и бореальными лесами. Монреальский процесс. М.: ВНИИЛМ, 2003.-84с.

13. Лесоводственно-географические показатели лесорастительных зон. М.: Гослесхоз СССР. 1980. -64с.

14. Природопользование, охрана окружающей среды и экономика: Теория и практикум: Учеб. пособие / Под. ред. А.П. Хаустова. М.: Изд-во РУДН, 2006.ii613с.

15. Доклад Конференции Организации Объединенных Наций по окружающей среде и развитию. Рио-де-Жанейро, 3-14 июня 1992 года, Том 1, Резолюции, принятые на Конференции. Приложение 1 A/CONF. 151/26/REV.l (VOL. I).

16. Мозолевская Е.Г., Матусевич Л.С., Кобельков М.Е. Современное состояние и направления развития защиты леса в России.// Лесное хозяйство России: начало третьего тысячелетия. М.: ВНИИЛМ, 2003.-176с.

17. Антонов В.К., Антонов А.В. Лес всеобъемлющая эколого-экономическая социальная система устойчивого развития России. // На путии к устойчивому развитию. М, «Ноосфера», 2002.- 628с.

18. Лукина Н.В, Сухарева Т.А., Исаева Л.Г. Техногенные дигрессии восстановительные сукцессии в северотаежных лесах. М.: Наука, 2005. -245с.

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

20. Десслер Х.Г. Влияние загрязнителей воздуха на растительность: причины, воздействия, ответные меры. М.: Лесная промышленность, 1981. 182с.

21. Черных Н.А., Овчаренко М.М. Тяжелые металлы и радионуклиды в биогеоценозах. Учебное пособие / ВИУА. М.: Агроконсалт, 2002. 189с.

22. Дончева А.В. Ландшафты в зоне воздействия промышленности. М., Лесная промышленность, 1978. -с. 70-96.

23. Смит У.Х. Лес и атмосфера. М.:Прогресс, 1988 г.- 420с.

24. Арманд А.Д., Кайданова В.В., Кушнарева Г.В., Добродеев В.Г. Определение пределов устойчивости геосистем на примере окрестностей Мончегорского металлургического комбината. Изв. АН СССР. Сер. география, 1991, №1. с. 93-104.

25. Безель B.C., Большаков В.Н., Е.Л. Воробейчик Е.Л. Популяционная экотоксикология. М., Наука, 1994.- 81с.

26. Мониторинг природной среды Кольского Севера. Апатиты, 1984 г. Кольский филиал АН СССР. Сборник статей.- с. 26-34.

27. Израэль Д.А., Назаров И.М., Пресман А.Я. Кислотные дожди Л.: Гидрометеоиздат, 1984. - 370с.

28. Культиасов Н.М. Экология растений. Учебник М.: Изд-во Московского университета, 1982.-381с.

29. Ярмишко В.Т. Сосна обыкновенная и атмосферное загрязнение на Европейском Севере. Санкт Петербург, Изд-во НИИ химии С-Пб ГУ, 1997. -210с.

30. Квеситадзе Г.И., Хатисашвили Г.А., Садунишвили Т.А., Евстигнеева З.Г.; Ин-т биохимии им. А.Н. Баха. -М.:Наука, 2005. 199с.

31. Загрязнение воздуха и жизнь растений. Под. ред. М. Трешоу, Л.:

32. Гидрометеоиздат, 1988. -535с.

33. Круговорот вещества в природе и его изменение хозяйственной деятельностью человека. Под ред. Рябчикова A.M., Изд-во МГУ, 1980.- 87с.

34. Кислотные осадки и лесные почвы. Под ред. Никонова В.В., Копцик Г.Н., РАН. Кольский научный центр, Апатиты, 1999. 320с.

35. Фелленберг Г. Загрязнение природной среды. М.: Мир, 1997.- 232с.

36. Агрохимия -2-е издание перераб. и доп. Под. ред. Смирнова П.М., Муравина Э.А. М.: Колос, 1984.- 304с.-16238. Черненькова Т.В. Реакция лесной растительности на промышленное загрязнение. М.: Наука, 2002. -191с.

37. Черненькова Т.В. Динамика биологического разнообразия таежных лесов в условиях промышленного загрязнения. Диссерт. на соиск. учен. ст. д.б.н., М. 2000 г. 356с.

38. Меншиков С.Л. Закономерности трансформации предтундровых и таежных лесов в условиях аэротехногенного загрязнения и пути снижения наносимого ущерба//Автореф. дисс. на соиск. уч. ст. д.с.-х.н. Екатеринбург, 2004 г.- 43с.

39. Бойченко А. М, Исаев А. П. Вопросы восстановления притундровых лесов вблизи северной границы их распространения в Якутии // Лесной журнал, 1992. № 4. - с.33-37.

40. Евдокимова Г.А. Эколого-микробиологические основы охраны почв в условиях промышленного воздействия на Крайнем Севере: Автореф. дисс. на соиск. уч. ст. д-ра. биол. наук, М., 1990. 36с.

41. Евдокимова Г.А., Кислых Е.Е., Мозгова Н.П. Биологическая активность почв в условиях аэротехногенного загрязнения на Крайнем Севере. -Л.: Наука, 1984.- 120с.

42. Крючков В.В., Макарова Т.Д. Аэротехногенное воздействие на экосистемы Кольского Севера. Апатиты, Кольский научный центр АН СССР, 1989.-92с.

43. Алексеев В.А. Некоторые вопросы диагностики и классификации поврежденных загрязнением лесных экосистем.//Лесные экосистемы и атмосферное загрязнение. Л., 1990. с.38-54.

44. Черненькова Т.В., Степанов A.M. Подстилка как индикатор нарушения биогеоценоза в результате технологических воздействий. (Тезисы докладов Всесоюзной конференции). М.: Наука, 1983. - 207с.

45. Tyler С. The Impact of Heavy Metal Pollution on Forest. A case Study of Gusum, Sweeden, Ambio, 1984, XIII, 1. - p. 18-24.

46. Ruhling A., Baath E., Nordgren A., Soderstrom В., Fungi in Metal -Contaminated Soil near the Gusum Brass Mill, Sweeden, Ambio, 1984, 1, XIII. p. 34-96.

47. Bengtsson G., Rundgren. Ground Living Invertebrates in Metal - Polluted Forest Soils.- Ambio, 1984,1, p.29-33.

48. Лукина H.B., Никонов B.B. Питательный режим лесов северной тайги:k

49. Природные и техногенные аспекты. Апатиты: Изд-во КНЦ РАН, 1998,- 316 с.

50. Виноградов Б.В., Кулик К.Н., Сорокин А.Д., Федотов П.Б. Картографирование зон экологического неблагополучия по динамическим критериям//Экология. 1998. №4.- с.243-251.

51. Боброва Л.И., Качурин М.Х. Очерк растительности Монче-тундры. Материалы по растительности центральной и западной частей Кольского полуострова. М.-Л., Изд-во АН СССР, 1936.-с. 95-121.

52. Степанов A.M., Кабиров P.P., Черненькова Т.В., Садыков О.Ф., Ханисламова Г.М., Некрасова Л.С., Бутусов О.Б., Бальцевич Л.А.• Комплексная экологическая оценка техногенного воздействия на экосистемы

53. Южной Тайги. М.: ЦЕПЛ, 1992. 246с.

54. Давыдова М.В. Воздействие заводских дымов на травяные сосняки Южного Урала // Научн. докл. высшей школы Биол., №11,1982.- с. 71-74.

55. Кулагин Ю.З. Древесные растения и промышленная среда. М.: Наука, 1974.- 125с.

56. Кулагин Ю.З. Лесообразующие виды, техногенез и прогнозирование. М.: Наука, 1980.- 114с.

57. Селье Г, Н уровне целого организма. М.: Наука, 1979.- 122с.

58. Воробейник E.J1., Садыков О.Ф., Фарафонтов М.Г. Экологическое нормирование техногенных загрязнений наземных экосистем. Екатеринбург УИФ: Наука. 1994. 280с.

59. Трубина М.Р., А.К. Махнев. Динамика напочвенного покрова лесных фитоценозов в условиях хронического загрязнения фтором // Экология, 1997. 2. с. 90-95.

60. McClenahen J.K. Community changes in a deciduous forest exposed to air pollution // Can. J. Forest. Res. 1978, 8(2).- p. 432-438.

61. Forest Ecosystems in Industrial Regions. Edited by Grodzinski W., Wiener J., Maycock P.F. Ecological Studies 49. Spring-Verlag, Berlin, Heidelberg, New York, Tokio, 1984.-p. 227.

62. Tyler G. Heavy metals Pollut Nature May Reduce Productivity // Ambio, 1972, 1(57). p.52-59.

63. Меньшиков B.B., Швыряев И.А. Проблемы анализа риска для населения и окружающей среды при загрязнении атмосферного воздуха. М.: Изд-во1. МГУ,2004.- 202с.

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

65. O'Gara P.J., Sulfur dioxide and fume problems and their solutions. -J. Ind. Eng. Chem., 1922. V. 14.- p.744.

66. Thomas M.D., Hill G.R., Absorption of sulfur dioxide by alfalfa and it's relation to leaf injury. Plant Physiol., 1935, vol. 10.-p.291-307.

67. Агроэкология. Методология, технология, экономика. Черников В.А., Грингоф И.Г., Емцев В.Т. и др. -М.: КолосС, 2004.- 400с.

68. Джефферс Дж. Введение в системный анализ: применение в экологии. -М.: Мир,1981.- 256с.

69. Антонов А.В. Системный анализ. Учеб. для вузов 2-е изд., стер. - М.: Высш. шк., 2006. - 454с.

70. Ляпунов А.А. О математическом моделировании в проблеме «Человек и биосфера». В кн.: Моделирование биогеоценотических процессов. М., 1981. -с. 5-29.и

71. Форрестер Дж. Основы кибернетики предприятия. М., 1971.- 458с.

72. Романов М.Ф., Федоров М.П. Математические модели в экологии. СПб.: «Иван Федоров», 2003.- 240с.

73. Горстко А.Б., Угольницкий Г.А. Введение в моделирование эколого-экономических систем. Ростов-на-Дону: Изд-во Ростов, ун-та, 1990.- 111с.

74. Шеннон Р. Имитационное моделирование систем искусство и наука. М.: Мир, 1978.-418с.

75. Тарко A.M. Антропогенные изменения глобальных биосферных процессов. Математическое моделирование. М.: ФИЗМАТ ЛИТ, 2005.232с.

76. Моисеев Н.Н., Александров В.В., Тарко A.M. Человек и биосфера. Опыт системного анализа и эксперименты с моделями. М.: Наука, 1985.- 251с.

77. Bolin В., Eriksson Е. Changes in the carbon content of the atmosphere and the sea due to fossil fuel combustion // The atmosphere and the sea in motion. Rossby Memorial Volume / Ed.: Bolin B. -N.Y.: Rockfeller Inst. Press, 1959.p. 130-143.

78. Eriksson E., Welander P. On a mathematical model of the carbon cycle in nature // Tellus. 1956. V. 8.- p. 155-175.

79. Machta L. The role of the oceans and the biosphere n the carbon dioxide cycle // Gothenburg, Nobel Symp., August 16-20. 1971. p.37-47.r

80. Revelle R., Suess H.E. Carbon dioxide exchange between atmosphere and ocean and the question of an increase of atmospheric CO during the past decades // Tellus. 1957. V. 9.p. 18-27.

81. Welander P. On the frequency response of some different models describing the transient exchange of mattter between the atmosphere and sea. // Tellus. -1959.-V. 11.- p.348-354.

82. Aleksandrov V.V., Stenchikov G.L. On the modelling of the climatic consequences of the nuclear war. // Moscow: Computer Center, USSR Acad. Sci. -1983.-p.10.

83. Environmental Consequences of Nuclear War. Physical and Atmospheric Effects. SCOPE 28. Eds.: Pittock A.B., Ackerman T.P., Crutzen P.J., MacCracken M.C., Shapiro C.S., Turco R.P. - Wiley, U.K., 1985. - V. 1.- 359 p.

84. Александров ГЛ., Арманд А.Д., Свирежев Ю.М., Тарко A.M. и др. Математические модели экосистем. Экологические и демографическиеf последствия ядерной войны. // Под ред. А.А. Дородницына. // М.: Наука,1986. 176с.

85. Environmental Consequences of Nuclear War. Ecological and Agricultural Effects. SCOPE 28. Eds.: Harwell M.A., Hutchinson T.C. - Wiley, U.K., 1985. -V. 2. - 523p.

86. Вольтера В. Математическая теория борьбы за существование. М.: Наука, 1976.- 288с.

87. Фёдоров В.Д., Гильманов Т.Г. Экология. М., Изд. МГУ, 1980.- 276с.

88. Уильямсон М. Анализ биологических популяций. М.: Мир, 1975.- 271с.

89. Кузнецов В.И. «Математическая модель эволюции леса», диссертация на соискание ученой степени кандидата физ.-мат наук, М, 1998.- 171с.

90. Годунов С.К., Рябенький B.C. Разностные схемы. М.: «Наука», 1973. -225с.

91. Козлов Н.И., Кузнецов В.И., Кирьянов Д.В., Кирьянова Е.Н. Динамические модели развития среднеширотного леса. Препринт ИПМ РАН1.1. М„ 2005.- 26с.

92. Гильманов Т.Г. Теоретические основы математического моделирвания экосистем. М.-1992, дисс. на соиск. уч. ст. д.б.н., М. 1992. -285с.

93. Гильманов Т.Г., Честных О.В. Математическая модель продукционного процесса древостоя ельника-кисличника. Информационные проблемы изучения биосферы. М.: Наука. 1988. с. 44-61.

94. Monsi М., Saeki Т. Uber den lichtfaktor in den pflanzengesell-schaften und seine Bedutung fur die stoffproduction. // Jap. J. Bot. 1953. - V. 14. - N 1. - p. 22-52.

95. Chartier P. Etude theorique de la photosynthese globale de la feuille// R. Acad. Sci. 1966. - V. 263. - N 1. - p. 44-47.

96. Либих Ю. Химия в приложении к земледелию и физиологии. М.-Л.ЮГИЗ, Сельхозгиз, 1936.- 407с.- 168106. de Wit C.T. Photosynthesis of leaf canopies, // Agric. Res. Rep. 1966. - V. 663.-p.l-57.

97. Садуллоев Р.И., Тарко A.M. Математическая модель динамика роста и развития хлопчатника. // ДАН Тадж ССР. 1983. - Т. 26. - № 8. - с. 524-527.

98. Воротынцев А.В., Рогожина H.JL, Соколова И.А., Степченкова С.О. Две задачи оптимального управления для модели системы почва растение. Вычислительный центр АН СССР, Сообщения по прикладной математике, 1988.- 38с.

99. Сиротенко О.Д. Математическое моделирование водно-теплового режима и продуктивность агроэкосистем. Л.: Гидрометеоиздат. - 1981. -167с.

100. Сиротенко О.Д., Абашина Е.В. Влияние глобального потепления на агроклиматические ресурсы и сельскохозяйственную продуктивность России. Метеорология и гидрология, 1994, № 4. - с. 34-39.

101. Impact of climatic changes on the biosphere. // Climatic impact assessment program. N.Y.: Department of transportation. - 1975.-p.45-49.

102. Shugart H.H. A Theory of Forest Dynamics. N.Y.: Springer Verlag. 1984. -238c.

103. Белотелов H.B., Богатырев Б.Г., Кириленко А.П. Принципы ландшафтного подхода к моделированию динамики лесной растительности. Проблемы мониторинга и моделирования динамики лесных экосистем, «Эколес», 1995.- с. 220-227.

104. Быков А.А., Мурзин Н.В. Проблемы анализа безопасности человека, общества и природы. СПб.: Наука, 1997. - 247с.

105. Облучение в результате Чернобыльской аварии. Приложение доклада НКДАР за 1988 г. Генеральной Ассамблее ООН. Нью-Йорк: ООН, 1988.- с.27

106. Тарко A.M., Быкадоров А.В., Крючков В.В. Моделирование действия атмосферных загрязнений на лесные экосистемы в регионе. Доклады Академии Наук, 1995, том 341, №4. с. 571-573.

107. Козлов В.Ф. Справочник по радиационной безопасности. Энергоатомиздат, 1991.- 352с.

108. Ямбург С.Е., Салиев А.В., Алферов A.M. и др. Оценка и прогноз площадей повреждения древостоев фитотоксичными аэропромвыбросами. ВНИИЦЛЕСРЕСУРС, 1999. с. 31-44.

109. Гришин A.M. Математическая модель взаимодействия лесной растительности с атмосферой. Проблемы мониторинга и моделирования динамики лесных экосистем, «Эколес», 1995.- с. 104-128.

110. Казимиров Н.И. Моделирование лесных биогеоценозов. Петрозаводск, 1986.- 136с.

111. Болтнева Л.И., Назаров И.М., Сисигина Т.Н. Прогноз поражения растительности промышленными выбросами в атмосферу//Загрязнение среды как экологический фактор./ Тр. Ин-та прикладной геофизики. Вып. 39. М.: Гидрометеоиздат, 1978. с. 34-57.

112. Тюрин Ю.Н., Макаров А.А. Анализ данных на компьютере. М.: Финансы и статистика, 1995. 384с.

113. Перевозчикова В.А. Геологическая карта// Атлас Мурманской области. 1971.-4с.

114. Цветков В.Ф., Семенов Б.А. Сосняки Крайнего Севера. М.: Агропромиздат, 1985. 116с.- 170128. Атлас Мурманской области. М.: ГУГК, 1971,- 33 с.

115. Яковлев Б.А. Климат Мурманской области. Мурманск, 1961.- 180с.

116. Раменская M.JL Анализ флоры Мурманской области и Карелии. JL: Наука, 1983.-216с.

117. Никонов В.В., Переверзев В.Н. Почвообразование в Кольской Субарктике. Д.: Наука, 1989.- 168с.

118. Кузьмин А.В., Полоскова Е.Ю., Кузьмина Л.И. Структурные и пространственные основы устойчивости сосновых древостоев Кольского региона. М.: Наука, 2004. 119с.

119. Научно-прикладной справочник по климату СССР. Л., 1998. Сер. 3. Ч. 16, вып. 2.- 316с.

120. Раменская М.Л. Определитель высших растений Мурманской области и Карелии. Л.: Наука, 1982.- 31с.

121. Зонн С.В. О процессах подзоло- и псевдоподзолообразования и проявления последнего в почвах СССР. //Почвовед., 1969. №3. с. 57-68.

122. Мелехов И.С. Особенности лесов Кольского полуострова и пути их изучения // Леса Кольского полуострова и их возобновление. М: Изд-во АН СССР, 1961.-с. 5-18.

123. Экология Кольского полуострова www.nn.nornick.ru/ecology/kola/

124. ОАО «Институт Гипроникель»: разработка проекта по модернизации металлургического производства ОАО ГМГ «Печенганикель». www.stockmap.spb/ru/news/

125. Родин Л.Е., Базилевич Н.Н. Динамика органического вещества и биологический круговорот зольных элементов и азота в основных типах растительности земного шара. М. - Л.,: Наука, 1965. - 253с.

126. Рудкова А.А. Пути воздействия загрязнения атмосферы соединениями серы на наземные растения / Проблемы экологического мониторинга и моделирования экосистем. 1981. Т. IV. - с. 68-75.

127. Черненькова Т.В., Степанов A.M. Биомониторинг на основе расчетов индекса деградации фитоценозов: Тез. докл. на Всесоюз. совещ. "Стабильность и энергетическая эффективность высокопродуктивных лесных биогеоцензов". Тарту, 1985. с. 157-158.

128. Курбатова А.И., Тарко A.M. Анализ результатов одномерной модели воздействия атмосферных выбросов на лесные биогеоценозы. Актуальные проблемы экологии и природопользования. Выпуск 8, часть 3. Сборник научных трудов. Изд-во РУДН, 2006.- с.27-30.

129. Курбатова А.И., Тарко A.M. Модель воздействия кислотных дождей и сернистого газа на лесные биогеоценозы. Актуальные проблемы экологии и природопользования. Выпуск 8, часть 3. Сборник научных трудов. Изд-во РУДН, 2006- с.31-37.

130. Усольцев В. А. Фитомасса лесов Северной Евразии: база данных и география. // Екатеринбург: УрО РАН, 2001. 707с.

131. Степанов A.M. Методика и техника эксперимента при определении предельно допустимых атмосферных выбросов предприятий цветной металлургии. Диссертация на соискание ученой степени д.ф-м.н., М.: 1993-129с.

132. Степанов A.M. Индикационное значение определения содержаний тяжелых металлов в снеге антропогенных территорий. В сб: Тяжелые металлы в окружающей среде и охрана природы. М.: МГУ, 1988 с.308-311.

133. Курбатова А.И. Воздействие тяжелых металлов на лесные биогеоценозы в окрестностях предприятий цветной металлургии. Вестник Российского университета дружбы народов, серия «Экология и природопользование», №1 (13), Изд-во РУДН, 2006 . - с.146-149.

134. Тарабрин В.П. Устойчивость древесных растений в условиях промышленного загрязнения: Автореф. дис. на соискание ученой степени д.б.н. Киев, 1974. -71с.

135. Тарабрин В.П. Устойчивость древесных растений в условиях промышленного загрязнения окружающей среды тяжелыми металлами // Взаимодействие между лесными экосистемами и загрязнителями: Тез. I Сов.-амер. симпоз. по проекту 02.03-21. Таллин, 1982. с.24-27.

136. Курбатова А.И., Тарко A.M. Моделирование переноса атмосферных загрязнений металлургических комбинатов. Актуальные проблемы экологии и природопользования. Выпуск 8, часть 3. Сборник научных трудов. Изд-во РУДН, 2006.- с.13-18.

137. Курбатова А.И. Моделирование воздействия атмосферных выбросов предприятий цветной металлургии на лесные биогеоценозы Вестник Российского университета дружбы народов, серия «Экология и природопользование», №1 (13), Изд-во РУДН, 2006 .- с.150-156.

138. Казимиров Н.И., Морозова P.M. Биологический круговорот веществ в ельниках Карелии.- Д.: Наука, 1973.- 176с.

139. Казимиров Н.И. Ельники Карелии. Д.: Наука, 1971. 140с.