Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Состояние и устойчивость искусственных сосновых молодняков в условиях аэропромвыбросов на Среднем Урале

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

Автореферат диссертации по теме "Состояние и устойчивость искусственных сосновых молодняков в условиях аэропромвыбросов на Среднем Урале"

РГ8 ОД - 8 ОКТ 1996

На правах рукописи

Юсупов Ирек Аватович

Состояние и устойчивость искусственных сосновых молодняков в условиях аэропроивыбросов на Среднем Урале

Специальность 06.03.03 -Лесоведение и лесоводство; лесние пожары и борьба с ними

&

ь

Автореферат на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Екатеринбург 1996

Работа выполнена в Уральской государственной лесотехнической академии

о

Научные руководители: доктор сельскохозяйственных

наук, профессор, академик РАЕН H.A. Луганский; кандидат сельскохозяйственных наук, доцент C.B. Эалесов.

Официальные оппоненты: доктор биолописсгаж наук,

с.н.о-. А. К. Махнев;

кандидат сельскохозяйственных наук, доцент B.C. Фимушн.

Ведрцее предприятие: Свердловское управление ласами

Защита состоится "03" октября 1895г. в 10 00 часов на заседании диссертационного совета Л.063.35.01 Уральской государственной лесотехнической академии.

С диссертацией ысжно ознагамится в библиотеке академии.

Автореферат разослан '21" Qb"<-lJОНЬ 1996 г.

Отзывы на автореферат просим направлять в двух згаемп-лярач о еаверенкыми подписями по адресу: 620032. г. Екатеринбург Сибирский тракт, 37. Специализированный совет.

'Ученый секретарь спзциализиро^аняогi совета, кандидат сельскг.хозяйек^нш;::-; наук, доцент . -,____С.В.Запгсов.

3

Введение

Актуальность теш. В связи с не прекращающимся аагряз-иением окружающей среды азропромвыбросамй, леса поврелурны и ослаблены на больших площадях. В районах особо интенсивного промышленного загрязнения, в том числе на Среднем Урале,' важнейшее место в проблеме защит» лесов занимает поиск путей повышения их устойчивости к аэропромвыбросам. В то ке время, для своевременного проведения оздоровительных мероприятий в лесах, крайне важно выявление начальных и более поадних стадий дигрессии насаждений. Недостаточная изученность комплексных изменений, происходящих в насаждениях под воздействием хронических промшленных загрязнений, а таюсе влияния различных лесохозяйственных мероприятий, в частности рубок ухода, на состояние и устойчивость пораженных лесов, предопределили постановку данных исследований.

Цель и аадачи исследований. Основная цель работы - поучение состояния искусственных сосновых молодняков, подверженных хроническому воздействию азропромвыбросов и оценка возможностей стабилизации их устойчивости рубками ухода. Для

достижения поставленной цели исследован широкий круг вопро-

Q

сов, связанных с трансформацией компонентов насаждении, количественных и качественных характеристик малого биологического круговорота.

Научная новизна. Дан анализ количественных и качественных характеристик насаждений искусственного происхождения, произрастаадцих в зонах воздействия азропромвыбросов. Изучена динамика происходящих в пространстве и во времени некоторых процессов их метаболизма. Для оценки сходства объектов исследований по закономерностям динамики древесного спада и биологической активности почвы применен метод векторно-корреляционного анализа (BKA). В районе исследований впервые выявлена закономерность изменения подстилочно-опадного коэффициента в зависимости от расстояния до основного источника азропромвыбросов. Также впервые проведен детальный анализ надземной Фитомассн растительных видов, формирующих живой напочвенный покров в зонах поражения. Для изучения биологической активности почв (ВАЛ) применен дисперсионный анализ.

Проведен анализ содержания химотеских элементов и составлены ряды их аккумуляции с фракциях деревьев сосны, древесного опада, лесной подстилки (ЛП) и доминирущих по фитомассе видов жииогой напочвенного покрова (КНП). Приведены данные о валовом количестве химических элементов на 1 га во всех фракциях перечисленных компонентов насачщений. Отдельно для эон поражении и двух типов леса приведены параметры регрессионных уравнений, описывающих связь между диаметрами крон л деревьев. Являются новыми виполненЩ'исследования по влиянию (РУ) на стабилизацию устойчивости искусственных сосповихо.'о-ЛОД1ПКОБ в условиях аэропромвыОросов.

Практическая ценность работы. Результаты работы могут быть использованы при реализации'экологических программ разных уровней и организации лесного мониторинга. Проведенные опытные рубки ухода позволяют дать общие рекомендации производству по их применению в искусственных молодняках подверженных воздействию аэропромвыОросов. .

Апробация работы. Результаты исследований докладывались и обсуждались на внутривузовских конференциях "Вклад ученых и специалистов в развитие-химико-лесного комплекса" (Екатеринбург, 1993, 1995), на конференции молодых ученых Института леса.УрО РАН "Актуальные проблемы лесоведения" (Екатерин; бург, 1996), на региональном семинаре "Стратегические направления экологических исследований на Урале и экологическая политика" (Екатеринбург, 1996). . ,

Публикации. Материалы научных исследований изложены в 6 печатных работах.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 9 глав, общих выводов, списка литературы, где представлены яги наименования отечественных ц зарубежных авторов. Основной материал изложен на 160 стг'шицах мстянопионого

текста, включает 48 таблиц, 21 рисунок и 4 прилежания,

. - с

© V

ГЛАВА 1. ДИГРЕССИЯ ЛЕОНЫ"/» 1!АСАЗДЕНй>! ГгДП ВОЗДЕЙСТВИЕМ АЗРОПРОКВЫВРОСОВ

В условиях нарастания темпов потребления древесного

сырья.н эксплуатации невесомых полсэностей леса, »се активизирующейся производственной деятельности, и как следствие, увеличения объемов аэропромвыбросов в окружающую среду, °:ох-ранение и повышение устойчивости лесоп становится важнейшей задачей не только лесохозяйственной, но и общеэкологической.' Устойчивость - ото внутренне присуиуая системе способность выдергивать изменения, вызванные извне, пли ¿постанавливаться после них (Риклефс, 1979).

Анализ опубликованных работ показывает, что валовая масса всех аэропромвыбросси оценивается от Z до 2Ö млрд. т в год (Лаптев, 1970; Никитин, Новиков, 1080; и др.). Такке признается, что существенное снижение загрязнения биосферы в блихайшее время невозможно. По оценкам экспертов, растительность поглодает из воздуха 48% аэропромвыбросов (Николаевский, 1987), следовательно, леса выполняют важную роль в регулировании гомеостаза- биосферы.

Исследования отрицательного влияния аэропромвыбросов на лесные экосистемы начались сравнительно недавно (Кулагин, 1974; Гудериан, 1974; и др.). Однако к настоящему времени выполнены многочисленные работы по научения их влияния на молекулярном, су С неточном, клеточном, тканевом, органном, оргамизмеичом, популяционном, фнтсценотическом и биосферном уровнях. Благодаря сумме накопленных значни в концепцию устойчивости лесных. яассС'дений включены существеннее изменения. Появились сообщения об ошибочности представлений о высокой и упругой устойчивости лесов к длительному поглощен»« низких доз аэропромвыбросов (Алексеев, Лзйранд, к др., 1Й86; Писаренко, 1989; Алексеев, Тарасов, 1992-, и др. ). В'научной литературе отмечаются такие факторы, как понижение продукционных процессов, устойчивости лесных насаждений и потери им»: выполняемых функций (Смит, 1985; Селиховкии, Поповиче^, здаз-, и др.). /¡ля того, чтобы достигнуть полной ясности в изучаемых вопросах - определены понятия, разработана терминология, идентифицированы и классифицированы степени поражении выие перечисле»чых уровней организации живых систем (Кулагин, 1974; Levitt, 1972; Николаевский и др.. 1076; Uns-warth, Black, 1975; Мамаев, Макаров, 1976; Смирнов, 1S77;

Taylor, 1978; Гудериан, 1979; Макаров/ 1980; Барахтенова, Николаевский, 1988; Рожков, Козак, 1989).

Положительное решение проблемы повышения жизнеспособности леснбх насаждений возможно только за счет дальнейшего снижения объемов аэрспромвыбросов. Вместе с тем, устойчивость лесных насаждений в некоторой степени может быть повышена и агротехническими, физиологическими, генетико-селекци-» онными, биофизическими, биологическими и лесоводствеиными методами (Николаевский, 1984). Рубки ухода и санитарные-руб-ки способствуют Формированию приемлемой структуры и состава древостоя. После изрекиваний активизируются процессы метаболизма, увеличивается площадь питания и ассимиляционный annale

рат оставляемых на корню деревьев, а также увеличивается лх влагообеспеченность. В конечном итоге это приводит к повышению жизнестойкости лесных насаждений (Лтрохин, Иевииь, 1985; Луганский и др., 1993).

Для объективной оценки эффективности мероприятий, нап-равленных°на повышение устойчивости лесных насаждений, подверженных апропроывнбросам, необходимо проведение исследований по выявлению закономерностей взаимодействия насаждений с компонентами окружающей среды. Однако в настоящее время остаются недостаточно выясненными вопроси количественных и качественных характеристик малого биологического круговорота веществ в лесных насаждениях, произрастающих п условиях аэ-ропромвыбросов, несмотря на то, что круговорот является интегральным показателем метаболизма лесных насаждений..

ГЛАВА 2. ПРОГРАММА, МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ И ОБЪЕМ ВЫПОЛНЕННЫХ РАБОТ '

. 1. Программа работ включала:

1. Анализ литературы по результатам исследований состояния пораженных промышленными выбросами лесов, о ме-^удах повышения устойчивости лес.чых насаждений, о влиянии рубск ухода на их устойчивость.

2. Анализ природных условий, лесного фонда, состояния воздушного бассейна и других особенностей района исследований.

• ?•

3. Подбор искусственных мододкйков сосны 11 масса возраста (85..,40 лет) для закладки постоянных пробных площадей (ППП).

4. Закладка ППП и проведение; РУ различней иитспсквностн.

5. Определение фитомассы дрезостоев и ЖНП на ППП.

6. Определение видовой структуры ЖНП.

7. Исследование сезонной динамики опада на ППП но фракциям и зависимости опада от различной степени ивреяивания РУ.

8. Определение массы и мощности ЛП с разделением по фракциям и горизонтам разложения, а также влияние РУ ухода на ее мощность.

9. Исследование БАП на ППП и влияние рубок ухода на ее интенсификацию.

10. Анализ содержания химических веществ по фракциям древостоя, ЖНП, опада и ЛП, а также в почвенном профиле.

11. Определение диаметров крон деревьев на ППП, а таме изучение влияния, аэропромвыбросов, гипов леса и РУ на них.

18. Проведение почвенного обследования на ППП.

,13. Анализ строения сосняков искусственного проис/.окде-йия, произрастающих в условиях аэропромвыбросов, по преобла-даххцим типам лес*.

- 14. Аиалиэ влияния РУ на некоторые процессы метаболизма пораженных аэропромв'ыбросам» искусственных молодняков сосны.

2.2. Методика исследований. ' В основу исследований положены методические работы А. Е. Родина, Н.П.Ремееова, И.И.БазйЛевич (1968), В.Н.Сукачева,. С.в.-зоннв (1961), в.в.огиевского, д.А.Кирова (1974), С.Н.Сеннова (1972) и т.д. Для определения оапаса древостоя и . исследования фитомассы древсстоев использовались рекомендации Ь.А.Усольцева и З.Я.Нэгккова (1989), согласно которым •вырубазись 7. . .15 модельных деревьев . а течение августа и первой половине сентября. Ив каждой фракции с верхней и ник-ней ..частей кроны отбирались пробы для определения влажности, ) абсолютно сухого веса и химического анализа. Надвеыиая фито-касса сосны и ее фракций па 1га определяв ль путем сложения проиаведений количества графически выровненной фитомассы мо-с; — .л--

дельных деревьев на число деревьев по ступеням толщины.

ЖНП (обилие, проективное покрытие, ярусная принадлежность, фитомасса составляющих его видов) описывался и взвешивался на учетных площадках размером 1x1 м (по 10 штук на каждой секции ПГШ). Проба для химического анализа составляла не менее 50 г в воздушно-сухом состоянии по каждой фракции, или вида ЖНП. Видовой состав н встречаемость определялись на 100 случайных точках разме; ом 10x10 см.

Запас ЛП определялся на 10 учетных площадках размером 1x1 м, по горизонтам разложения и по фракциям: хвоя, сучья, кора, шишки и осуатки ЖНП. Мощность слоев ЛП определялась в ЭО точках.

Для учета древесного оцада ча" секциях ППП равномерно размещались по 10 опадоулогителей размером 0,6x0,5 м. В течение вегетационного периода сбор опада проивводился 1 рае в месяц. После таяния снега осуществлялся сбор опада, образовавшегося во время зимы. Опад сортировался по фракциям: хвоя, листья, сучья, кора, плоды и прочие.

ВАЛ определялась модифицированным методом аппликаций.

Диаметр кроны определялся стальной лентой l двух взаимно перпендикулярных направлениях, у 3-4 деревьев по ступеням толщины.с шагом 1 см.

Определение содержания химических элементов в почвенных образцах выполнены с помогаю стандартных методов, согласно действующим ГОСТам.-Концентрация химических элементов в растительных образцах определена с помощью методов, описанных в специяльной'литературе (Ковальский, 1959; Разумов, 1986; Методические указания ..., 1992).

Статистико-математичеокая обработка материалов произведена на микрокалькуляторе МК-61, ПЭВМ типа IBM PC с помощью прикладных программ, составленных автором, а также распространенных программ "Statgraf", "Excel", ."PARADOX". Для оценки сходства объектов и степени близости их по закономерностям некоторых динамических процессов метаболизма (опад и ВАЛ) Шл использован метод BKA (Шавнии и др., 1992).

2.3. Объем работ

' Таблица

Виды и объем исследовательских работ

° • Вид работ I Объем_

1 1 1 а _

Подбор и закладка ПШ, число 1 12

в том числе: - трехсекционных I 5

четнрехсекционных 1 7

Рубки ухеда с различной интенсигностмо I

изреживаний, число сеющий I 29

Рубка и обмер модельных и учетных деревьев, шт 1 631

Намерение радиальных приростов на выпилах, иг I 4Б5

Определение диаметра крои деревьев, шт 1 1462

Закладка учетных площадок для определении I

фитомассы ЖШ1, ют 1 310

1 Определение видовой структуры ЖНП в точках, шт I 2300

Закладка учетных площадок для определения массы I

и фракционного состава ЛП, ит I 000

Сбор и сортировка опада ив опадоуловителей, 1

чисЛо образцов I 2940

Замеры БАЛ, шт I 1160

Закладка почвенных разревов, шт I 10

Отбор и подготовка образцов к химическим I

аиаливам, шт , I 97

в том числе: растительных I 79

почвенных 1 18

Взвешивания, количество в условиях: полевых I 2754

лабораторных I (50000

Отбор и сушка навесок, шт 1 26000

ГЛАВА 3. ПРИРОДНЫЕ УСЛОВИЯ РАЙОНА ИССЛЕДОВАНИЙ ;

Согласно лесорас!ительному ряйонгрованию В.П.Колесникова (196У), район расположен в южнотаежной лодвоне тайги ь Среднеуральской ниокогорной провинции Уральской горно-лесне7}

области. Исследование проводили на территории лесхозов, иые-юднх покрытые лесом площади в районе поражения вэропролвыб-росами Ревдинско-Первоуральского промышленного уааа, На состояние лесов в данном районе основное отрицательное сияние оказывают аэропромвыбросы Срегнеуральского медеплавильного вавода (СУШ). • . •

На основании литературных данных, в главе приводятся описания климата, рельефа, почвенных условий, а такяе дается . характеристика лесного фонда. .

ГЛАВА 4. ХАРАКТЕРИСТИКА ОПЫТНЫХ ОБЪЕКТОВ

В районе исследований, Б.С.Фимушиным (1979) было выделены зьны сильной, средчей и caçfiofi степени поражение .весов азропромвыбросами. В качестве экспержентальных объекте© для1 натурных исследований , нами были выбраны ключевые участки, иа которых заложены 12 ППП: 3 - в еоне. сильной степей» поражения, 5 - в средней. 3 - в слабой и 1 в контрольной sors. При закладке ППП руководствовались следующими ограничениями: типы леса - сосняк ягодниковый и сосняк разнотравный; состав -чистые сосняки иди смешанные с долевым участием сосны не йене® 9 единиц; вовраст древостоев - 25...40 нет: «©воральеф - *' равнина или средняя часть склонов с уклокои йв бодое 1 м аа ю м.- ■•'.':. ; '

Профиль почв в 80нех поранения:. миеет ''"йкряуа реакцию. Выявлена рН величиной порядка 2.7...4,2. Текяе низкие внача-ииа рН являются характерными д.ня районов с развито;? проаыв-ленностью (Чертов, 1990). Снижена буферная способность почв против кислотных агентов. Зарегистрировано уменьнеиие содержания поглощенных оснований {Са2+, Na2+), ив-са чего впоследствии шгут активизироваться эрозионные процессы. В верхних горивоитах вочв аккумулзфуютСЕ тпхолыг «ета&ш, вследствие чего повышается общая , тсксичаость< плодородного слоя. В еоне сильной степени поракоякя, концентрация Си провисает ОД в 14,4 раза, Zn - в 1,4, РЬ - в 1,1, СИ - в 2, Fe - 18 pas. Содержание перечисленных металлов в почвенных об-^ равцах, взятых для анализа в контрольной зоне, соответствуют

значениям фоновых концентраций. В зоне сильной степени поражения' в результате загрязнения почвы наблюдается выщелачивание и иммобилизация элементов питания растений (N,P,K)P изменяется их геохимический цикл.

В районе исследований зафиксировано обеднение видовой структуры, проективного покрытия и низкая высота заселения стволов зпифитными лишайниками. В западном и в юго-западном направлениях от источника выбросов границы зон распространения токситолерантных эпифитных лишайников в основном совпадают с изолиниями, выделенными ранее Б.С. Фимушиным. Выяснено, что восточный сектор в районе исследований не отвечает требованиям, предъявляемым к контрольной зоне. Это обусловлено господствующими юго-ааладными ветрами и близостью участков к г. Екатеринбургу.

Результаты исследований показывают, что таксационные характеристики ПЛП, заложенных в пределах одной зоны поражения,. варьируют значительно. Кроме того, наблюдается их варьирование и в пределах одного типа леса (например, в сосняке ягодниковом зафиксированы классы бонитета с I по V). Это объясняется как различиями местоположения ПЛП относительно СУШа, так и динамическими изменениями условий местопроизрастания под воздействием аэропромвыбросов. Проведенный расчет обобщенного показателя состояния (Калинин и др., 1991) по совокупности ростовых характеристик показал, что его величина реагирует не только на расстояние до СУКЮа, но и на господствующее направление ветров.

ГЛАВА 5. КОЛИЧЕСТВЕННАЯ И КАЧЕСТВЕННАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА НАДЗЕМНОЙ ФИТОМАССЫ

6.1. Древостой •

• о

Взаимосвязь между фракциями фитомассы и диаметрами деревьев наиболее точно описывается моделью экспоненциальной связи. Все фракции фитомассы закономерно увеличиваются по мере возрастания диаметра дерева. В то же время увеличение массы каждой фракции имеет характерные особенности, которые, в свою очеред1,, специфичны и для зон поражений. Более высо-

кий R2 получен при анализе свяви Между диаметром деревьев на высоте 1,3 м и фитомассой древесины ствола, всего ствола (в сумме древесина с корой) и с над8емной фитомассой дерева. Menee слабая^вязь выявлена между di. 3 с корой ствола и di.a с корой ветвей. Фитомасса дерева на 1 га варьирует от 17,3 до 112,4, ветвей - 4,1...16,4, хвои - 2,4...9,2 и общая - от 25,3 до 142,Ь т (вдесь и далее фитомасса приведена в абсолютно сухом состоянии)! Аэропромвыбросы оказывают влияние на долевое содержание фракций фитомассы древостоя. С удалением от источника аэропромвыбросов свяаь фитомассы хвои с диа»Рт-рами! деревьев имеет тенденцию к усилению. При удалении от СУМЗа надземная фитомасса увеличивается не монотонно. От 2 до 7 км - наблюдается резкое ,увеличине, а на ППП, удаленных на расстояние более 7 км - незначительное варьирование над-' : земной фитомассы. С ухудшением экологической ; обстановки обусловленной аэропромвыбросами наблюдается заметное повышение доли хвои в надземной фитомассе в расчете на одно : дерево. При §том, в ней зафиксировано незначительное снижении количества хвои. Производительность хвои снижается с усилением загрязнения аэропромвыбросами. Чем неблагоприятнее экологические условия, тем больше хвои требуется для продуцирования единицу надземной фитомассы. В сосняке разнотравном варьирование надземной фитомассы в расчете на одно дерево толщиной 16 см составляет от 65,3 до 76,6, в ягодниковом -от 53,4 до 87,7 кг. '

5.2. Десной опад

■ Величина годичного опада по массе и его фракционный состав меняются в 'зависимости от местопроизрастания . насачще-' пий по отношению к источнику аэропромеыбросог., типа леса, породного состава и полноты древостое». В насау<д?яиях второго класса возраста, поступление опада в почву г.арьирует б пределах 3057.. .5387 кг/га. Доля хюи в г логином опаде сое- . тавляег: в ягодниковом типе teca - 61,0... /:':.4, в рзэнотрав- • • ном - 43.1...73,5%. За вегетационный период каОлюдаётся 2 максимума отторжения мертвых Фрамжй фиток-а..<и - ь мае и ав- . густе. Интенсивник опад в весенний период т-upaxen слабее ' в

насаждениях, испытывающих сильное воздействие аэропромвыбро-сов. Наибольшее количество опада наблюдается в период с середины августа до середины сентября и составляет 25от его годичной массы. Соотношение фракций опада по месяцам крайне неравномерно. С середины августа до середины сентября хвоя и листья в сумме составляют 00...97% опада. Кора и сучья интенсивно опадают в течение мая и июня.

Согласно результатам, полученным методом BKA, различия в периодичности поступления опада в почву между объектами исследования существенны. Сравнение результатов его динамики за 1 год позволяет выделить три основных кластера - а, б и в. Наиболее резкие различия в синхронности динамики опада и количества поступления его в почву отмечены, с одной стороны, в насаждениях, приуроченных к зоне сильной степени поражения, и с другой - в контрольной..Таким образом, BKA опада по массе позволяет оценивать "степень близости" ГОШ по периодичности поступления мертвых фракций древостоев в почву в насаждениях, произрастающих в разных зонах поражений. Аэроп-ромьыбросы влияют на динамику опада. Это влияние проявляется в изменения скорости и направленности протекающих обменных процессов в насаждениях.

Корреляционная связь между общей массой опада и густотой насаждений оценивается величиной +0,357, полнотой -+0,632. Выявлено, что 4 увеличением густоты и полноты насаждения масса древесного опада повышается. Рубки ухода, проведенные низовым методом, через 2 года не привели к статистически достоверным изменениям общей массы годичного опада.

5.3. Лесная подстилка .

Авропромвнбросы резко тормозят скорость Сиокруговорота в лесных насаждениях, ■ что проявляется в накоплении ЛП в насаждениях при усилении степени поражения. В результате Подавления жизнедеятельности микроорганизмов аэропромвыброса-ми, ■ замедляется превращение продуктов опада в доступные для питания растений формы, и макро- и микроэлементы оказываются законсервированными в толстом слое подстилки. В ягодниковом • типе леса на ПТТП, расположенных в зоне слабой степени пора-

жения, запас ЛП варьирует в пределах 29...65, в средней -34...42, в сильной - 18...74 т/га; в разнотравном типе, в контрольной зоне - 8, в слабой - 83, в средней - 36 т/га. Величина коэффициента разложения подстилки (Ао":А0"*) по запасу закономерно уменьшается при переходе из зоны сильного к зоне слабого поражения. Кривая изменения толщины ЛП в зависимости от расстояния до СЖЗа имеет Б-образный характер.

«• Различия подстилочно-опадных коэффициентов (а) между зонами поражений выражены контрастно, поэтому они могут. быть использованы в качестве более объективного индикатора стегни воздействия аэропромвыбросов, по сравнению с показателем толщины ЛП. По мере увеличения расстояния до СУМЗа установлено закономерное уменьшение как и коэффициента разложения. Влияние РУ на мощность ЛП статистически не достоверно ^«акт.^тасл. при а-0,05Х), так как промежуток времени, прошедший после них, недостаточен для фиксации изменений.

5.4. %пюй напочвенный покров

В районе действия медеплавильного завода наблюдается значительная деградация ЖНП, что .в сильной степени меняет, его облик. По мере приближения к источнику аэропромвыбросов обедняется видовой состав, лесные виды эамещаются луговыми. Отмечается рост фитомассы и проективного покрытия мохового покрова. В зоне средней степени поражения в сосняке разнотравном общая фитомаСса КПП в 10 раз меньше, чем.в контрольной и составляет 104,1 кг/га. Изменения в структуре видового состава травяно-кустарничкового покрова и его фитомассы происходит по линии увеличения доли видов.мелкотравья. В зоне сильной степени поражения полностью исчезают бобовые и круп-нотратак- виды. Видовое разнообразие представлено: брусникой, черникой, кровохлебкой аптечной и злаковыми. Встречаемость видов мелкотравья составляет 82,8, а их доля в общей фитомассе - 87,9%. Остальная доля.приходится на представителей семейства злаковых. Манкстка обыкновег^г?. сныть обыкно-. веяная, вороний глаз, василистник водосборный., чемерица Ло-беля, бедреиец камнеломка, вейник лесной, подмаренник душистый, подорожник ланцетолистннй в зонах средней и слабой сте-

■ ■ , . • 15 у

пени поражений встречаются эпизодически. По мере приближения к СУМЗу эти виды последовательно появляются, исчегают и эа-меняются другими, по сути, представляя ряд антропогенных сукцессий. По нашему мнению, эти виды было; бы целесообразно использовато в качестве индикаторов техногенных загрязнений и динамики типов леса для лепного экологического мониторинга. Надземная ф^томасса ЖНП остается относительно неизменной в пределах той или иной зоны загрязнения. Структура живого напочвенного покрова при одном градиенте загрязнений закономерно претерпевает изменения: выпадение менее устойчивых к аэропромвыбросам видов компенсируется повышение!? обилия более устойчивых или внедрением новых. \

ГЛАВА 6. БИОЛОГИЧЕСКАЯ АКТИВ.ЧХТЬ ПОЧВ -

Использование аппликационного метода изучения активности микробиоты почв позволяет получать репрезентативные данные о состоянии БАП. Влияние на нее^таких факторов; как срок наблюдений, интенсивность поражен^ аэропромвыбросами и условия местопроизрастания статистически достоверно, (осуществлен дисперсионный анализ, Рфакт.^таел. при «<0,05Х). Влияние аэропромвыбросов на БАП превышает вкла? условий 'местопроизрастания. В зонах поражений района исследований как в разнотравном, так и в ягодниковон типе леса наблюдается снижение активности редуцентов-разоагателей мертвой растительной органики. В разнотравном типе леса наблюдается постепенное увеличение БАП с начала вегетационного периода до августа, . а затем ее снижение'. В ягодниковом типе леса зафиксирована тенденция к постепенному увеличению БАП в течение веге-", тационного периода. В сосняке разнотравном процессы разложения протекают интенсивнее э 2,5 раза, - чем в сосняке ягодни-ковом. Наименьше значения §АП наблюдаются в зоне сильной степени поранения, наибольшие - в контрольной. Выявлено, что высокие концентрации тяжелых металлов в верхнем горизонте почвы снижают БАЛ. Наименьшая активность почвенных микроорганизмов наблюдается в начале вегетационного периода.

В процессе ковариационного анализа были определены ко-

• \ 16 .. . , • эффициенты регрессии '¡.переменной величины ВАЛ по трем переменным ковариации. При этом было установлено:

а) при изменении ¡средней температуры на 1°С БАЛ увеличивается (или уменьшается) на З.ЗХ;

б) при ивменении количества осадков на. 100 мм ВАЛ увеличивается (или уменьшается) на 3,62;^

в) при ивменении толщины подстег - н8 10 см БАЛ увеличивается (или уменьшается) на 6,27..

Сравнение результатов BKA данных динамики БАЛ позволяет выделить три основных кластера - а, б и в. Кластер а объединяет четыре ППП, которыезаложены в сосняке ягодниковом, в зонах сильной и средней степени поражения. Кластер б также объединяет четыре ППП, "которые заложены в зонах средней и слабой степени поражения. | Две ППП из их числа заложены в сосняке разнотравцрм. а остальные - в сосняке ягодниковом. В районе исследований наблюдается нивелирование развития БАЛ в двух типах леса - в разнотравном и ягодниковом.;; ППП, заложенная в сосняке разнотравном контрольной .боны,- формирует отдельный кластер... I

Таким образом, на оаЬвании'особенностей интенсивности БАЛ, абсолютные величины которой обработаны методом BKA, по характеру вагрявнения почв аэропромвыбросами в райсаде С'УШа можно ввделить две аоны поражения. Размеры первой вони составляют: на восток, юг, юго-запад - приблизительно 6,5...6,5 км, на северо-восток - 9 км. Границу второй зоны четко не установлены, но точки на расстоянии 7,5 км на юго-восточном, 6 км - юго-западном и до 13 км северо-восточном направлениях относятся к этой зоне. Конфигурация зон .поражений имеет форму эллипса, вытянутого в северо-восточном направлении.

■РУ не оказали статистически достоверного влияния на ВАЛ (Рфакт.^табл. ДВД «=0,35.. .0,-45%). Внутри каждой ПГШ формируются биотоп* более однородные, чем между тРш. Поэтому трехфакторный дисперсионный анализ влияния густоты,. полноты насаждений и сомкнутости полога на БАЛ был осуществлен для каждой ППП отдельно. Для проверки статистической гипотезы о том, что наблюдаемые величины БАЛ на контрольных и на рабочих секциях с РУ не отличаются достоверно, дополнительно бы-

'■-■.'-'.. ' V ' , V

ли применены анализы: корреляционный, ранговой корреляции ' Спирмена и непараметрический критерий МаннА-Уитни. Результаты показали, что разница между сравниваемыми выборками не достигает сдатистически достоверного 0,05%-ного уровня значимости. • ф • ■ ^

ГЛАВА 7. Х^ИЧЕСКИЯ СОСТАВ 4ЙТШАССЫ \

7.1. Древостой

Химические элементы во фракциях фитоыасса сосны находятся в определенных соотношениях. Нарушение это^закономерности, ' вызванное изменением концентрации аэропромвыбросов в разных зонах поражений, отражается на содержании многих химических элементов, наблюдается повышенная или резко пони- , женная концентрация одного из них. Концентрация N'в древесине ствола колеблется . в пределах 0,21.. .0,74, вдревесине ^чьев - 0,34...0,50, в юре сучьев - 0,38.. .1;05;'; в коре ствола - 0,47.. Л,77%. При этом стрсЙю фиксирований тенденций к изменениям в сторону уменьшен® или увеличения, по ме-. ре приближения к источнику аэропромвыбросов, не выявлено. Концентрация N в хвое деревьев сосняка ягоднг'овсго, ,в зоне сильной степени поражения, варьирует в пределах 1,12.'. .1,66, в средней - 1,78...2,19%. Минимальное значение зафиксировано ..в сосняке разнотравном, в контрольной воне (0,75%). Ряд фракций деревьев сосны по уменью^ию вольности выглядит следующим образом; хвоя - 1,94...3,61, кора ствола -<4,44...

2,58, кора сучьев - 1,74...3,58, древесина сучьев - 0,36____

1,31 и древесина ствола - 0,19...0,81%. Наибольшая зольность наблюдается в зоне сильной степени тор&тенкя. При алашзе зольного .состава фракций фитсмассы сосны выявляется следующая закономерность: чем выше продуктивность,насаждения, тем меньше зольность оргалическоГ^массы. Порядок наксплодая химических элементов в фитомассе сосны по типам геса и по го- . нам поражений имеют свои особенности, - которые з яспосрояс-твенной близости от 'СУМЗа проявляются в усилении псе'/ций Сп, Си и ре ¡¡а фоне ослабления таковых у фосфора. Ведущими . ментами, концентрация котор;« и едгсш;е фктсхазси деревь^з

\ ' '

■\ 18 0 на порядок отличается'.от концентраций остальных питательных элементов, являются М, \ Са, К и Ф 8 равных ППП существенно меняется соотношение количества содержащихся во фракциях соснового древостоя элементов питания. Выявлено, что чем ближе к источнику аэропромвыбросов произрастают сосняки, тем относительно меньше N и вольных элем^^рв содержится в хвое и, наоборот, больше аккумулируется древесине ствола. В масштабе всего насаждения древесина кроны аккумулирует в основной большую долю N и вольных элементов (36,8...53,42), еатем по мере уменьшения их содержания следуют: древесина ствола (15,0...40,6), хвоч (6,9...21,8), кора ствола (5,3... 11,2) и кора ветвей (3,7. ,;.7,8Х). • Количество N и вольных элементов в фитомассе сосняков колеблется от 581,1 до 3435,6 кг/га (здесь и далее приведены данные в абсолютно сухом состоянии). т.е. в значительных пределах. Эти равличия определяются большой иаменчивостыо массы органического вещества в насаждениях и сравнительно равной зольностью деревьев сосны, произрастающих в равных зонах поражений. Количество N в над-вемной фитомассе .сосняков колеблется в зависимости от типа леса и вони поражения в пределах 104,5...1177,8 кг/га, Са -86,В...417,5, К - 69,6...574,3, Ре .- 135,6.,.496,6, Б-74,8...451,6, Не ' 28,2...206,0, Си- 8,7...127,В, -32,3..,181,4, Р т 8,6...69,6, РЬ - 11,03...62,57, На -0,22...2,34 и Сй - 0,31...1,83 кг/га. Как явствует из'пере--численного списка, из вольных элементов наибольшая доля приходится на Са, К, Ре и Б. >

В целом, аналив содержания химических элементов в фракциях фитом$ссы сосны и аккумуляция их в древостоях, приводит 1 к следующим выводам. Влияние аэропромвыбросов на п^цессы биологического круговорота каждого химического элемента неоднозначна. Содержание волных элементов и N находится в интервале достатэчных н нормальных концентраций. Однако, наблюдаются и аномальное увеличение и уменьшение концентраций некоторых элементов, что является ответной реакцией на вредное воздействие аэропромвыбросов. Токсическое действие высоких концентраций тяжелых металлов вызывает изменение в метаболизме деревьев, . что приводит к ослаблению их, и, в конечном итоге, к снижению устойчивости древостоеО.

■ V . - 19

7.2. Лесной onaa

Концентрация И в фракциях спада впрыгрует в пределах: з зистьях - 1,65...2,68, в хвое - 0,63.,4,09. в сучьях - 0,61 ,..0,80, з коре .- 0,4?...0,83 и в геяеративнкх органах -),3Q., .0,79%. Фракции перечисленн в порядке уменьшения его «Эйцентрадии. По сравнении с ¿ивой хвоей, в хвое опада зафиксировано азота меньше о среднем т порядок, а наименьшее содержание вафиксйровано в воио сильной степени поражения. По признаку возрастания зольности фракции опада образую? следующий ряд: генеративные органа (0,53...1,86), сучья (1,04.. .2,60), ХВОЯ (2,33...3,28), кора (3,60...5,40), ?! листья (5,40...6,87%). В разньи 80нах поражения происходит ваыетное изменение соотиозеаия количества отдельных зяеыек-тс-в во фракциях опада. В химическом составе хвои домшкруот N, Са, Fe, К й. S ;(s суша около. 90S от общей концентрации). 3 зоне сильной степени перажетя зафиксировано усн-йэяк© позиций Са и Fe, при осла&аенин К и К. С древесдам опадоы за одни год.было вовврахзнс Н - 16,2.,.54,3 кг/га, Са - 11,8... S8¿9, Р - 1.9...5,1, К »4,0/..8,4, Na - 0.0Í6...0,027, Щ -0,5.. .3,9, Fe - 12jí...27,9, Си - 2,4.. .7,i¿- Zn - 3,3;..7;^,' S - 7.S.. .10.9, РЬ - 0,7..;5,3 и Cd - 0,052.".'.0,¿27. кг/Г»,' Количество отдельк« зпгмических элементов э спаде вевискт от соотаозеяия фракций,\ расстояния до источника егрощзоьгакбро-соа и тнпа леса, > вследствие чего . кеблодается te: шрсиоэ варьирование. ¿ Поступление : кимячесяих элементов а почуу за год а сумке с аеоусн состазляа? 89.7.. .130,6 кг/га. ' Минимальней величина зафиксирована з зоне сшаксй степени пора-езння. В сага очередь,: сужг..без Н оцешгэавтея влпроделан 63,4^ .97,0 КГ/гаг; , ..

Таккы сбрззоа/ по ■ существу ресагзгриваеуого йсроссз, кокео сделать засгаченкз о вли-ипп! аэропрггйгыбрссо^ па процессы перераспределения ' п реут^лкаащп! алекептсз патагкя в OTSS!p£SqSX оргенах COCKÚ.' . ВйЗВЯеКЭ,. что rpesnes их вобдейо-тзке проявляется в усксрсптг? прсцгсса crspsrns ессямнляцяоя-

ь'ого аппарата, о

7.S. Лесиаг? подсткгка

В ЛЦ кзгЛазьп.пя кояцектрацпяай sajsjranpossrs в лпое

С,43...1,602). В свою очередь, б коре его содержится в предках 0,74...0,98, В сучьях - 0,64...1,05, в шишках - 0,64 ...0,871. Для хвои характерно и большая вольность -7,63...27,202. В свою очередь вольность коры составляет -2,88...13,60, сучьев - 0,07...8,94 и в шишек - 1,47...2,90*. Во всех фракциях жйлюдается тенденция к увеличению вольности при приближении к источнику аэропромвибросов. Аккумуляция элементов пит.имя в значительной мере вависит 6т расстояния до источника поражений. В зоне сильпой степени поражения наблюдается накопление Ре и тяжелых металлов: Си, 7х\, РЬ и < Сс1. ЛП отличается от опада повышенным содержанием N. К, Мд:, Гг, Си, 2п, Б. В ее фракциях наблюдается доминирующее количество Ре во всей серии опытов. Ее долевое содержание увеличивается по мере приближения к СУМЗу, следовательно, в фракциях ЛП накапливается Ре, адсорбированное на твердых пылевых частицах азропромвыбросов. Во всех фракциях.подстилки иаблю-• дается усиление позиций Ре, Си, 7л, Б, РЬ и Сс1 на фоне ослабления Н, К, Р и Са. В .зависимости от запаса органического вещества в ЛП и егр вольного состава валовое содержание N и вольных элементов в сумме колеблется в пределах от 600,8 до 21452,9 кг/га. Валовое количество N в ней колеблется в пределах 104,7...1067,2, Са - 70,8...499,4, Р - 3,4...38,3, К -19,4 ...663,1, Ыа - 0,03. ..0,49, Ме " 9,7...83,1, Ре -.264,6 ...14499,1, Си - 65,6...3049,1, - 18,6...937,6, Э - 12,7 ...299,4, РЬ - 7,4...336,4 И СО - 0,02...9,01 кг/га в абсолютно сухом состоянии.

Таким образом, азропромвыбросы тормовят скорость деструкции органического вещества. Макро- и микроэлементы накапливаются в толстом слое ЛГ1. кроме того, имеющиеся данные позволяют говорить о поступлении тяжелых металлов м железа преимущественно в виде пыпи азропромвыбросов, а не в составе древесного опада. Азропромвыбросы превращают почву в токсичный субстрат для растений и почленной биоты.

7.4. Кивой напочвенный покров

Мхи, произрастающие в зоне сильной степени поражения, характеризуется более низким содержанием азота (1,29...

1.57Х), чем на контроле (2.33Х). В чернике содержание N зафиксировано в пределах от 1,12...1.41Х. Зольность мхов варьирует от 11,20 до 15.60Х, а черники - от 4,47 до 4.59Х. Порядок накопления элементов питания в ЖНП в зоне сильной степени поражения характеризуется усилением позиций Ре, РЬ и СМ на фоне ослабления 14, Са, Р и К, по сравнению с контрольной зоной. Чем ближе к источнику аэропромвыбросоз, тем содержание тяжелых металлов в мхах выше. Объемы потребления элементов питания на формирование фитомассы ЖНП вависят от его видового разнообразия. В фитомпссе накапливается от 4,7 до 180,1 кг/га Н и вольных элементов. Максимальная масса их отмечается в сосняке разнотравном, где бала зафиксирована и наибольшая фитомасса ЖНП.

Таким обравом, аэропромвыбросы оказывают существенное влияние на накопление питательных веществ М1, определяя вольность отдельных видов и общий флористический список последнего.

ГЛАВА 8. ВЛИЯНИЕ АЭРОПРОМРЫБРОСОВ И. РУБОК УХОДА НА МОР-■ЮЛОГИЮ ДРЕВОСТОЕВ '

8.1. Распределение деревьев пэ диаметру в древостоях

При повышении загрязнения аэропромвыбросами в морфологической структуре древостоев наблюдаются закономерные изменения. В воиах поражения происходит увеличение варьирования деревьев по ступеням толщины. Усиливается левостороннее смещение и плосковершкнность кривых распределения количества деревьев по ступеням толщины. В эояе сильной степени поражения дифференциация деревьев по энергии радиальггго роста проявляется более рельефно. Ряды распределения чксаа деревьев наиболее успешно аппроксимируются кривыми гемиз- к лог-нормальных математичеашх функций. Рубш ухода, прока-денпые низовым методом, не привели к статистически достоверному изменен;;» рядов распределения деревьев, та*: кск в кя математических функций распределения а основном остался бгэ изменений. Последнее свидетельствует сб отсутствия глубоцой трансформации древостоев под влиянием РУ, провезенных по ни-

еовому методу, что следует признать позитивным явлением для сохранения устойчивости насаадений.

i

8.2. Соотношение между параметрами крон и диаметром деревьев . -

В сосновых насаждениях искусственного происхождения, подверженных влиянию азропромвЫбросов, Выявлена тесная корреляционно. связь (0,01 е...0,985) между Дйзметрами деревьев и диаметрами их крон, а также плоааДЯМй Проекций последних. Характрр связи можно выразить с достаточной Точностью и линейным (R2-?2,0...94,0), и экспоненциальным видами Моделей (R2-66,5.. .97,1), что обусловлено cií&6ófí изогнутбстью регрессионных линий (РфакТ.>Ртобл. при u<0,00it). для практически: целей можно использовать уравнения прямых. Различия в характере связи мехду диаметрами крон и диаметрами деревьег на высрте 1,3 м в ягодниковом типе леса, как ь пределах одной вопи поражения, так и между зонами, несущественны.^ Уравнения связи между диаметрами крон и деревьев В разнотравно!, типе леса в разных еоках поражении дают различия, которые становятся все более заметными по мере увеличения диаметро! деревьев. Различия в уравнениях связи наблюдается и ,междз двумя типами леса. Таким образом, связь между изученным] прививками обусловлена условиями местопроизрастания. -Полученные в ходе исследований уравнения зависимости позволяй-осуществлять определение диаметра на высоте 1,3 м при дешифрировании лесных аэрофотоснимков по зонам поражения.аэроп-ромвыбросами. V. ...

ГЛАВА 9, ОБЩИЕ ВЬЮДЫ . '";■."'■ i .

Под влиянием.аэропромвыбросов развитие насаждений con ровождается снижением сбдего биологического:разнообразия продуктивности, а также упрощением структуры, замедлением . разрывом круговорота; химических' элементов. Наблюдается тор можяние. как лродуктирующих, так и деструктивных процессов Исчезают некоторые компоненты насаждений; ' Следовательно наблюдающиеся изменения лесных насаждений в условиях аароп

23 \

ромвыбросов метаю определить как дигрессия. Это означает, что лесная экосистема переходит в стадию потери устойчивости и способности возвращаться в исходное состояние.

По результатам выполненных исследований можно сделать следующие вйводы: ' \

1. Под влиянием аэропрсмвыбросов, в снйпи с усилением степени поражена древостоя, наряду со снижением скорости накопления фитомассы, уменьшается и производительность хвои.

2. Аэропромвыбросы влияют на динамику опада. что проявляется в изменении скорости и направленности протекающих обменных процессов в насаждениях, произрастающих » условиях их воздействия. \ "

3. Под влиянием азропромвыбросов снижается БАЯ, что проявляется в снижении скорости разложения ЛП. атакже происходит нивелирование БАЛ в различных типах леса.'

4.0В зонах поражения аэропромвыбросами наблюдается выпадение менее устойчивых видов, повышение обилия более устойчивых и внедрение новых видов йШ.

5. Влияние азропромвыбросов сражается на содержании элементов питания во фракциях фитомассы сосьи, древесного опада, ЛП и ЖНП.

6. Токсическое действие высоких концентраций тяжелых ' металлов выоывает нарушения в метаболизме растевдя1, что приводит к ослаблению и в конечном итоге, снижения устойчивости насаждений

7. Рубки ухода, спустя 2 года после проведения, $е привели к существенным изменениям метаболизма насаждений, в связи с незавершенностью процесса адаптации насаждений к изменившимся микроклиматическим условиям.

8. На площадях подверженных интенсивному воздействия) азропромвыбросов следует проводить только санитарнУе рубкм.

9. В условиях среднего иеслабого порачепия РУ еяедуег проводить низовым методом и слабой интенсивностью (10...20% по запасу).

10. При проектировании лесокультурных работ в вене сильной степени поражения, в качестве главной породы, следует использовать березу, в связи с большей ее устойчивость:«.

о

\ ' \ 24 , ° -,

11. При лесоустроительных работах в'насаздениях подвергших воздействию аэропромБЫйрос^р необходимо использовать дли дешифрирования азрбфотоснимков уравнения связи между диаметрами |фои и деревьев дифференцированно по типам леса и зонам поражений. \

При дальнейшем развитии' исслещршй следует обратить внимание не только на вопросы ciiихеиvôû/ci'âiwивост и молодня-коа я способов стабилизации нхесостоятш, но и установление механизмов стоика к;рокого спектра последующих возрастных стадий насажден'.tri и их морфологической структуры на отрицательные воздействия азропромвыбросов, прогнозмровише возможных изменений и способы улучшения ил состояния. Все эти частные вопроси помогут решению крупной задачи; направленной па районирование лесов, произрастаощта на территориях, подверженных а^рслршЕыбросам, к рекреационно-техногенной дифференциации систем ведения лесного хозяйства в них.

ПО МАТЕРИАЛАМ ДИССЕРТАЦИИ СН1УВЛИК0ВАНЫ аЯЗДУЙДИЕ РАБОТЫ:

1. ИЪ/пов И.А., Кряжевских H.A. Влияние, промышленных поллюта5!Тов на видовой состав и Ф'нтомассу живого напочвенного покрова в зоне СУКБ // Вклад ученых и специалистов в развитие химико-лесного комплекса / Тез. докл. областной науч.-техн. конференции. Екатеринбург: УЛТК, 1993. С/ 59-60.

?.. Юсупов И.A., Заг.есов C.B., Hcprom B.Ü. Загрязнение почв промышленными выбросами м*депдазильиого комбината, на Среднем Урале // Вклад ученых и специалистов ъ развитие химико-лесного комплекса / Тез. докл. областной ; науч.-техн. конференции. Екатеринбург.- ¡УГЛТА, 1995. -С. 106-1р8.

3. Юсупов И.А., Луганский H.A., Залесоь C.B., Киевских H.A. О некоторых закономерностях разложения и варьирования запаса лесной подстилки в техногенной экосистеме на Среднем Уране // Тал» же. С. .79-81. *

4. Юсупов И.А., Запесов C.B..Шавнин С.А..Луганский H.A. Особенности динамики и структуры древесного опада в сосновых молсдняках в зоне действия азропромвыбросов на Среднем Урале // Леса Урала и хозяйство в них. Вып. 16. Екатеринбург, 1995. С. 59-74. .

\ ' 25 \

5. Юсупов И.Л., Залесов C.B., Шавнин С.А, Сезонпап динамика биологической активности почв в зонах воздействия аэ-ропромвыбросов // Стратегические направления экологичесгах 'исследований на Урале и экологически политика / Тез. per. семинара 21^22 мая 1996. [Екатеринбург: Центр экол. обучения и информации, 1996. С. 59-6Q. \

6. Юсупову.А., Залесов C.B., Луг&чскийН.Л. Особенности накопления надземной фитомассы сосняков п- се структуры в зоне дейстзия азропромвыбросов на Среднем Урале // . Агауаль-ные проблемы лесоведения / Тез. молод. кокф. \ пне.-та леса УрО РАН. Екатеринбург, 1996. (Принято к печати).®

Подписало к печати 10. 07. 96 г. Заказ Тираж -/00 Отпечатано в ^РЛТА.