Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Трансформация сосновых лесов Беларуси под воздействием антропогенных факторов

ВАК РФ 03.00.16, Экология

Автореферат диссертации по теме "Трансформация сосновых лесов Беларуси под воздействием антропогенных факторов"

МОСКОВСКАЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ имени К. А. ТИМИРЯЗЕВА

На правах рукописи п Г с О п БУСЬКО Евгений Григорьевич

ТРАНСФОРМАЦИЯ СОСНОВЫХ ЛЕСОВ БЕЛАРУСИ ПОД ВОЗДЕЙСТВИЕМ АНТРОПОГЕННЫХ ФАКТОРОВ

03.00.16 —экология

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора биологических наук

МОСКВА ¡995

Работа выполнена в Центральном ботаническом саду Академии наук Беларуси.

Официальные оппоненты: доктор биологических наук, член-кор. РАН Л. П. Рысин, доктор сельскохозяйственных наук, профессор В. И. Обыденников, доктор биологических наук, профессор Г. В. Мотузова.

Ведущая организация — Институт глобального климата и экологии Росгидромета и РАН.

Защита состоится Z V •би52-$ 1995 г. в \ 7 .''"час. на заседании совета по защите диссертаций Д. 120.35.08 в Московской сельскохозяйственной академии им. К. А. Тимирязева.

Адрес: 127550, Москва И-550, ул. Тимирязевская, 49, корп. 17.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке академии.

Автореферат разослан

Ученый секретарь диссертационного совета — кандидат биологических наук, доцент

Чичев

' " ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Интенсивное развитие в Беларуси в последние десятилетия промышленного и сельскохозяйственного производства в сочетании с ускорением темпов градостроительства существенно обострило экологические проблемы в республике, обусловленные прогрессирующим характером антропогенных воздействий на биосферу. Неизбежное при этом ухудшение качества природной среды в результате загрязнения техногенными поллютантами воздушного бассейна, источников водоснабжения в почвы,' а также возрастающих рекреационных нагрузок в пределах крупных городских агломераций, представляет серьезную опасность для сохранения ее экологического равновесия и негативно сказывается на здоровье населения. Поскольку данная проблема ;* . на современном этапе обретает ухе глобальный характер, являясь крайне актуальной для всех промншленно развитых стран, то усилия мирового сообщества при ее решении должны быть направлены в первую очередь.на изучение нетолько специфики сложившейся экологической ситуации, но в на оценку обусловленных ею изменений в биосфере.

В результате целенаправленного повсха методических подходов в решении этих задач, на котором было сконцентрировано в последние десятилетия внимание многочисленных научных вхол в коллективов, наметилась генеральная линия в стратегии исследований по данной проблеме в виде режимных наблюдений за состоянием компонентов биосферы в рамках Европейского экологического мониторинга.

В числе первых государств, подключившихся к »»ой работ*, был СССР. Широкомасштабными многопрофильными исследованиями i - изменений природной.среды под воздействием антропогенных факторов с использование« современных приборов и установок, в том числе и космической техники, Сыпи охвачены территория всех вхоливвих в его состав республик* - .

Не исключением являлась и Беларусь, где особой остроты . поставленные-вопросы достигли в связи с аварией на Чернобыльской АЭС в 1986 г. Целым рядом научных коллективов республики были проведены комплексные исследования, позволивоие дать на ' тппько объективную оценку экологической ситуации,, сложившейся - в1регионе поп воздействием антропогенного пресса, но в послу-

жившие достоверной основой для разработки прогноза ее изменений. Это, в свою очередь, позволило определить природные возможности лесных экосистем, прилегающих к крупным промышленным центрам .

Данная работа является одним из этапов в плане экологических исследований, выполненных в республике в период с 1986 по 1994 гг. Основное внимание в ней впервые уделено изучению трансформации сосновых лесов Беларуси под комплексным воздействием техногенных и рекреационных нагрузок. Выбор данного направления был обусловлен тем, что наиболее чувствительным вх индикатором, по общепризнанному мнению, являются лесные экосистемы, широко распространенные на территории региона и способные аккумулировать , по данным ю.з. Кулагина (1974), Г.М. Илькуна (1978), В.П. Тарабрина и др. (1986) , до 48% загрязняющих веществ, что приводит в ряде случаев к нарушению сложившихся в ходе эволюции экологических связей между отдельными их компонентами и как следствие - к частичной и даже полной деструкции в деградации растительных комплексов.

Первоначально наши исследования были сконцентрированы на -изучении направленности процессов накопления и трансформации в них органического вещества и особенностей миграционных циклов химических элементов в специфических условиях с установлением степени отклонения профилирующих параметров от нормы, нашедшие отражение в ряде монографий (Сидорович, Рупасова, Бусько, 19851 Сидорович, Алехно, Бусько и др., 1988; Алехно,-Арабей, Бусько и др., 1992). Данная же работа является логич- . "ным продолжением этих всследований, и актуальность ее. продиктована, прежде всего, необходимостью проведения на основе комплексной оценка экологической ситуации в Беларуси, сложившейся под воздействием антропогенных нагрузок, зонирования ~ территория республики по уровню и характеру техногенных загрязнений и изучения ответной реакциии на них лесных сообществ. ."'

Цель работу заключалась в решении проблемы по изучению формирования экологической обстановки в Беларуси в целом и отдельных ее частях под комплексным воздействием техногенных и рекреационных нагрузок и установлении степени обусловленной им трансформации Лесных экосистем на примере сосновых фитоцв-ыозов. * ''

Исследования осуществлялись в ходе многолетних наблюдений

за состоянием природной среды и характером происходящих изме---------------

нений в лесных экосистемах функционирующих в техногенной среде относительно их заповедных аналогов, в рамках Европейского экологического мониторинга, и основывались на приоритетном решении следующих задач:

- изучении пространственного распределения уровня кислотности снежного покрова и накопления в нем серо-, азот- и металлсодержащих поллютантов;

- выявлении особенностей накопления техногенных загрязнителей в лишайниках как фитоиндикаторах;

- зонировании территории Беларуси по уровню техногенного загрязнения лесных экосистем;

- определении отклонений от нормы ростовых и биопродукционных показателей сосновых древостоев, функционирующих в техногенной среде;

- установлении изменений в химизма хвои, опада, лесной подстилки и почв сосновых фитоценозов под воздействием техногенного' фактора;

- сравнительном анализе структуры корреляционных связей между химическими элементами в отдельных компонентах лесных экосистем при техногенном воздействии и в его отсутствии на заповедных территориях.

Э.ашщаемыа. аопатшя •

1. Специфика промышленного производства, обусловливающая количество и состав поллютантов, пространственная направленность насыщенных ими воздушных потоков, а та'йже уровень рекреационных нагрузок определяют состояние экологической ситуации в Беларуси и отдельных оо частях, состояние которой характеризуется в целом как неудовлетворительное.

2.Доминирующими элементами загрязнения в спектре тяжелых металлов в Минской и Витебской областях являются Си, Сг, N1, Со, С(1; Могилевской и Гомельской - Мп и Бг; Брестской и Гомельской - РЬ и Мо; Гродненской - йп. Загрязнение территории республики серосодержащими поллютантами носит повсеместный характер, с наиболее выраженными аномалиями, в пределах Минской и Витебской областей.

... а. Трансформация сосновых фитоценозов региона сопровождается выраженными, сдвигами эволюционно сложившегося равновесия

между вертикальным и радиальным развитием древостоев в направлении усиления первого и ослабления второго, имеющими обратимый характер при стабилизации уровня антропогенных нагрузок, что является приспособительным механизмом адаптации лесных экосистем к специфическим условиям произрастания.

4. Определяющими интегральными тенденциями в трансформации химизма основных компонентов лесных экосистем Беларуси (ассимилирующих органов сосны, опада, лесной подстилки и почв) под воздействием техногенного фактора, на фоне индивидуальных особенностей, являются существенная активизация накопления в них преимущественно N1, На, Б, РЬ и Те при параллельном повышении миграционной способности Мд, К, Сг, Р и В, а также усиление взаимной согласованности процессов в минеральном обмене как на регулируемом (в хвое), так и нерегулируемом (в консервативных компонентах) уровнях.

5. Установленное усиление взаимной согласованности обменных процессов как на управляемом (в хвое), так и на неуправляемом (в консервативных компонентах) уровнях сосновых фито-ценозов под воздействием техногенных нагрузок создает предпосылки для некоторого повышения естественного плодородия сравнительно бедных дерново-подзолистых лесных почв и как следствие - временного увеличения биологической продуктивности сформированных на них древостоев.

Впервые'Вт результате многолетних комплексных исследований по индикации техногенных загрязнений лесных экосистем Беларуси, выполненных*на основе изучения химизма снежного покрова и эпигейнбго лиш'а'А'ника Hypogimnia physodee как тест-индикатора, установлены1 особенности формирования экологической обстановки в 'республике в целом и отдельных ее частях под воздействием техногенных и рекреационных нагрузок. На основе зонирования территории Беларуси по уровню загрязнения лесных экосистем*, серо-, азот- в металлсодержащими поллвтантами были выявлены очаги химических аномалий и установлен вклад каждого элемента в общую картину загрязнения.

На региональном уровне впервые дана оценка степени экологической трансформации лесных экосистем под воздействием антропогенных нагрузок, основанная на изменении ростовых и биопродукционных параметров древостоев сосновых фитоценозов.

Выявлены индивидуальные особенности и общие черты в процессах трансформации химизма отдельных компонентов лесных экосистем (ассимилирующих органов, опада, лесной подстилки и почв) под воздействием техногенных факторов в распублиго и отдельных ее частях.

Впервые на основе многомерного корреляционного анализа структуры связей между 21-м химическим элементом в хвое, опа-де, лесной подстилке и почвах сосновых фитоцэнозов дана количественная и качественная оценка перестройки в их минеральном обмене под воздействием техногенных поллютантов в условиях Беларуси.

Практическая значимость работы-

Получена базовая информация для банка данных единой Международной системы Европейского экологического мониторинга по оценке экологической ситуации в лесных экосистемах Беларуси, позволяющая прогнозировать возможные ее изменения.

Основные научные положения и выводы работы нашли отражение;

- в заключении Европейского центра мониторинга лесов (г.Гамбург) о характере экологической ситуации в лесных ландшафтах Белорусского региона, сложившейся под воздействием антропогенных .нагрузок;

- в практических рекомендациях Министерства лесного хозяйства Беларуси по сохранению биологического разнообразия Республики Беларусь;

- в системе мероприятий Министерства природных ресурсов и охраны окружающей среды Республики Беларусь по оптимизации природной среды лесных ландшафтов и зеленых зон Витебской области;

- в разработке Бел НИИП Градостроительства "Проблемы и условия территориального устройства Беларуси".

Личный вклад автора. В основу диссертационной работы положены материалы личных исследований автора, полученные при выполнении плановых разделов научной тематики Центрального ботанического сада Академии наук Беларуси в лаборатории экологической физиологии растений в 1986-1994 гг. по двум научно-исследовательским темам: "Экологнческпй мониторинг и разработка научных основ оптимизации урбанизированной среды средствами'озеленения"' и'"Оценка вероятных изменений природ-

>

ной среды лесных ландшафтов Белоруссии в зонах интенсивных техногенных нагрузок" (Государственная регистрация тем N 01.86.00X7137 и 01.90.0020108 соответственно).

Как ответственный исполнитель и организатор исследований, автор самостоятельно, в рамках плановой тематики, осуществил выбор и реализовал общее направление работы, дифференцировал его на относительно автономные, но методологически взаимосвязанные частные позиции. Сбор, обработку, интерпретацию и обобщение результатов полевых наблюдений и аналитической информации автор выполнил лично в соответствии с утвержденными программами и методиками.

Объем обобщаемого материала. В работе нашли отражение данные 984 агрохимических анализов 123 образцов лесных почв,, результаты химических анализов элементного состава 850 растительных проб (18 600 определений), 123 почвенных образцов (2700 определений), 200 проб снеговых вод (4 200 определений), а также 109 000 учетов биометрических и биопродукционных параметров структурных компонентов древостоев сосновых фитоценозов, всего 135 000 определений и измерений.

Основные положения работы положены: на Всесоюзном совещании по проблемам и методам геосистемного мониторинга (Пущино, 1981), Всесоюзном научно-практическом совещании "Влияние промышленного загрязнения на лесные экосистемы и мероприятия по повышению их устойчивости" (Каунас, 1984), Всесоюзном совещании по охране и рациональному использованию растительного мира (Москва, 1984), Всесоюзном совещании "Современные проблемы географии экосистем" (Москва,, 1984), 3-ы Республиканском совещании "Биогвоцанологические исследования на Украине" (Львов, 1984), Всесоюзной научной конференции "Закономерности, роста и производительности древостоев" (Каунас, 1985), Всесоюзном совещании "Стабильность и энергетическая эффективность высокопродуктивных лесных биогеоценозов (Тарту, 1985), Всесоюзной научной конференции "Мониторинг лесных экосистем" (Каунас, 1986), II Всесоюзном совещании "Общие проблемы био-геоценологии" (Москва , 1986) , Всесоюзном совещании по проблеме охраны воздушного бассейна от выбросов предприятий химической промышленности и промышленности строительных материалов (Ереван, 1986), Республиканской научно-технической конференции "Охрана окружающей среды и рациональное использо-

ванне ресурсов" (Новополоцк, 1989), Многостороннем совещании стран - членов СЭВ "Советско-монгольский эксперимент "Убсу-Нур" (Кызыл, 1989), Всесоюзном совещании "Проблемы лесоведения и лесной экологии" (Москва, 1990), Всесоюзном совещании "Геохимия техногенеза" (Минск, 1991), Международной научной конференции "Промышленная ботаника: состояние и перспективы развития" (Кривой Рог , 1993).

Публикации*. По материалам исследований опубликовано 39 работ, в том числе 4 монографии.

Объек^г&богьи. Диссертация состоит из введения, девяти глав, заключения и общих выводов. Материалы ее изложены на 597 страницах, включающих 370 страниц основного машинописного текста, 30 рисунков и 106 таблиц, из которых 59 - приложения. Список использованной литературы содержит 617 работ, из которых 278 иностранных.

Глава 1. ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ СОЦИАЛЬНО-ЭКОНОМИЧЕСКОГО РАЗВИТИЯ БЕЛАРУСИ Дана характеристика общего уровня развития и ориентации промышленного и сельскохозяйственного производства в республике с оценкой масштабов негативных последствий загрязнения окружающей среды их отходами. Показаны приоритетные направления государственной политики при разработке комплекса мероприятий охраны природы и определены задачи экологической науки в этой области.

»

Глава 2. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА НА СОВРЕМЕННОМ ЭТАПЕ И ОБОСНОВАНИЕ ВЫБРАННОГО НАПРАВЛЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ Дан критический обзор теоретических и главным образом экспериментальных работ, выполненных в СССР и за рубежом, а области изучения экологической ситуации, сложившейся к настоящему времени под воздействием техногенного фактора и показана роль лесных экосистем в оценке ее состояния. Отмечена недостаточная степень изученности изменений в природных сообществах под влиянием широкого набора техногенных поллвтантов.

Обоснована необходимость комплексной оценки уровня загрязнения природной среды в результате хозяйственной деятельности человека в Беларуси как на региональном, так и локальном уровнях, с учетом индивидуальной специфики техногенных

поллютантов, а также ответной реакции на их воздействие сосновых фитоценозов как преобладающих в республике и выбранных в качестве модельных объектов в исследованиях.

Глава 3. УСЛОВИЯ, МЕТОДЫ И ОБЪЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Дана характеристика географических а геоморфологических особенностей, а также почвенно-климатических условий Беларуси. Дана характеристика методов, использованных нами для оценки состояния экологической ситуации в регионе - лихеноин-дикации, основанной на изучении уровней накопления техногенных поллютантов в эпифитном лишайнике Нуродушп1а рЬувойеа, а также показатели их пространственного распределения в снежном покрове.

В качестве ведущих оценочных критериев ответной реакции лесных экосистем на воздействие антропогенных фахторов были приняты параметры отклонения от нормы уровня их жизнеспособности, определяемой по степени дефолиации и дехромации ассимилирующих органов деревьев, а также характеристики ростовых и биопродухционных процессов в структурных компонентах сосновых древостоев.

Для оценки степени их отклонений от нормы было проведено сравнение качественно тождественных показателей в зоне техно-генеза и на заповедной территории.

В процессе исследований были использованы общепринятые методы отбора проб в получения аналитической информации . (Уткин, 1975; Мочалова, 1975; Базилевич и др., 1978; Уткин, Ермолова, 1979; Мо1вк1, БтисЪоыак!, 1986), Данные обрабатывали на ЭВМ ЕС 1020 и БЭСМ-6, всрользовав указания Г.Ф.Пакина (1980) и В.М.Шмидта (1984). При этом средняя квадратичаская ошибка средних величин не превывала 4-5% а в большинстве случаев составляла 1,5-2%.

Приведена подробная характеристика о&ьектов исследований, в качестве которых были использованы сосновые насаждения* функционирующие в техногенной среде в разных частях Беларуси - вблизи вести областных центров республики, а также городов Новополоцха, Мозыря и Новолукомля, что обеспечивало полный охват ее территории для получения экологической информации, а также аналогичные по песот&ксационннм параметрам насаждения, произрастающие в заповедных условиях в пределах Березинского

биосферного заповедника, Налибокской пущи. Национального парка "Беловежская пуща". Октябрьского лесхоза (Гомельская обл.), служившие эталонами сравнения для лесов северной, центральной, восточной, западной и южной частей республика соответственно.

Глава 4. ОСНОВНЫЕ ТЕХНОГЕННЫЕ ПОЛЛЮТАНТЫ НА ТЕРРИТОРИИ БЕЛАРУСИ И ИХ ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ РОЛЬ Приведена подробим характеристика химическах свойств, физиологической роли н значения в формировании экологической обстановки основных для Беларуси техногенных поллютантов, присутствующих в составе эмиссий крупных промышленных объектов и транспорта, среди которых наиболее распространенный и агрессивный характер имеют серо- и азотсодержащие токсиканты, а также широкий спектр тяжелых металлов - РЬ, С<1, N1, Сг, 8г, Сц, гп, Мп, Со, Мо.

Отмечено, что механизм круговорота минеральных компонентов в лесных экосистемах представляет собой замкнутый круг, в котором все текущие процессы являются неотъемлемой частью их существования. Нарушение или торможение хотя бы одного из них под влиянием дополнительного привноса техногенных поллютантов приводит к появлению дисбаланса в эволюционно сложившихся связях между химическими элементами и как следствие - к нарушению минерального обмена а связанных с ним других звеньев метаболизма.

Глава 5. ИНДИКАЦИЯ ТЕХНОГЕННОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ ЛЕСНЫХ ЭКО-СТЕМ НА ОСНОВЕ ХИМИЗМА СНЕЖНОГО ПОКРОВА Результаты исследований И.М. Назарова, А.К. Николаева, , Ш.Д. Фридмана (1983), В.Н. Василенко, И.М. Назарова, И.Д. Фридмана (1985) и др., а также полученные нами данные убедительно показали перспективность опосредованной индикации уровня аэротехногенного загрязнения лесных экосистем Беларуси путем экстраполяции с помощью специальных уравнений и коэффициентов уровня накопления поллютантов в снежном покрове. Исходная информация о его химизме получена в период максимального снегонакопления в 1986-1988 гг. в 192 опорных пунктах.

В результате наших исследований было установлено, что под воздействием техногенных загрязнений происходит подкисленне

лесных почв на большей части территории республики. Примерно 80% их площади характеризуются уровнем кислотности снежного покрова в диапазоне 4,1-5,6 единиц pH. Для 11% его покрытия значения данного показателя ниже, для 9% - выше.

Присутствие в составе техногенных эмиссий серосодержащих и азотсодержащих токсикантов обусловливает повсеместное аэральное загрязнение ими лесных экосистем, наиболее выраженное в районах, прилегающих к крупным индустриальным центрам -Минску, Гродно и Могилеву. Территории с наиболее высоким содержанием указанных поллютантов в атмосферном воздухе, достигающим 3,1 и 4,1 мг/л, занимают соответственно -3,2 и 1,3% площади.региона. Примерно 84% ее находится под их аэрапьным воздействием, ослабленным в 2-3 раза.

Установленная в результате исследований поликомпонент-ность атмосферных химических аномалий на территориях, прилегающих к промышленным центрам, обеспечивается также вхождением в состав эмиссий широкого спектра металлов, обладающих разным уровнем концентрирования относительно фоновых значений. В порядке его снижения последовательность их выглядит следующим образом:

РЬ » Sr > Ni > AI > Zn > Cr Mn Fe Mg

Cu

На основании зонирования территории республики по степенй аэрального загрязнения металлсодержащими поллютантами нами было установлено, что удельный вес крупных аномалий с их концентрацией в общей картине рассеивания не превышает 1% ее площади, тогда как более 80% территории находится под воздействием ослабленных примерно в 4 раза концентраций металлов в' атмосферном воздухе. Вместе с тем было установлено наличие в нем специфических соединений тяжелых металлов, включающих РЬ, Ni, Си и Fe, формирующихся над крупными промышленными центрами со сходной спецификой производств.

Глава 6. ЗОНИРОВАНИЕ ТЕРРИТОРИИ РЕСПУБЛИКИ ПО УРОВНЮ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ЛЕСНЫХ ЭКОСИСТЕМ ТЕХНОГЕННЫМИ ПОЛЛЮТАНТАМИ НА ОСНОВЕ ЛИХЕНОИНДИКАЦИИ

Анализ имеющейся информации по данному вопросу (Тгавв, 1968, 1984; Мартин, 1973, 1984; Горбач, Гетко, 1979; Schmidt,

- u -

Zeyen, 1979; Christ, Turk, 1981; Swloboda, Kalemba, 1984; 4y-банов, Киселев, Бойко, 1989), а также результатов собственных исследований, представленных в данной главе, позволил судить о преимуществах метода аккумулятивной лихеноиндикадии при оценке уровня загрязнения среды серосодержащими и металлсодержащими техногенными поллютантами в силу его высокой чувствительности и универсальности.

проведенное нами на его основе зонирование территории Беларуси по степени ее загрязнения экологически опасными для функционирования лесных экосистем ингредиентами, выполненное на основе изучения химического состава эпифитного лишайника Hypogimnia physodes в 560 пунктах контроля, позволило выявить очаги наибольшего его проявления и масштабы распространения поллютантов как в пределах шести областей, так в республики в целом.

В результате установлено, что наиболее выраженный характер на территории региона имеет загрязнение природной среды серосодержащими компонентами. Во всех без исключения областях обнаружены их аномалии с максимальными уровнями накопления в тест-объекте, получившие наибольшее распространение в пределах Минской и Витебской областей. Практически вся территория республики, за исключением небольших площадей на юго-востоке Гомельской, севере Гродненской, северо-востоке Витебской и в центральной части Брестской областей с фоновым уровнем серы, является сплошной зоной загрязнения серосодержащими поллютантами, что отражено составленной нами карте-с^еме (рис. 1).

С учетом преимущественного распространения последних аэральным путем, на основании результатов лихеноиндикация нами впервые предложена шкала соответствующих уровней загрязнения воздушного бассейна (табл. 1).,

Из нее следует, что в спектре тяжелых металлов наибольшая степень аккумуляция в тест-объекте установлена для Мп и Zn, наименьшая - для Со и Cd. Вместе с тем масштабы распространения металлсодержащих поллютантов, определяющиеся их миграционной способностью и характером техногенных эмиссий, не всегда соответствовали позиции элемента в ряду его накопления в лихеноиндикаторе. Так, только для двух из них - Zn и РЬ наблюдался практически полный охват территории республики за-

Рис. I . Содержание общей серы в лишайнике Нуроеупт1а рЪузойе'з на территории • Беларуси, %

грязнением этими элементами, хотя ^выраженным преимущественно в слабой степени (рис.2).

Таблица 1

Расчетный уровень серосодержащих поллютантов в атмосферном воздухе по содержанию общей серы в фитоиндикаторе над территорией Беларуси

Градация Концентрация Расчетный уровень

накопления Уровень серы в лишай- содержания сернистых

серы в ли- загрязнения никах, % соединений в атмосфер-

шайнихах, ном воздухе, мкг/м1

ряппи

1 Минимальный <0,12 <2

2 Слабый 0,13-0,15 5-15

3 Средний 0,16-0,20 20-35

4 Повышенный 0,21-0,25 40-55

"5 Максимальный >0,26 >60

Проявления экологического воздействия на природные экосистемы остальных металлов (Сс1, N1, Сг, Бг, Си, Мп, Со, Мо) носили большей частью локальный характер, ограниченный зоной загрязнения вокруг крупных аномалий. Установлено, что определяющими элементами загрязнения на территории Могилевской в Гомельской областей являются Мп и Бг, Минской а Витебской -Си, Сг, N1, Со и С<3, Брестской и Гомельской - РЬ и Мо, Грод-ненсхой - 2г>. Экологическое воздействие данных поллютантов на природные экосистемы областей, где их роль была второстепенной, а их присутствие обусловлено главным образом трансграничным переносом, как правило, оказывалось либо слабо выраженным, либо не проявившимся вовсе.

Установлено, что очаги аномально высокого накопления отдельных поллютантов в тест-объекте локализованы на незначительных площадях, а основная часть территории республики характеризуется либо фоновым, либо несколько превышающим его уровнем загрязнения. Тем не менее, учитывая его поликомпонентный характер, обусловливающий практически повсеместное распространение тех или иных токсикантов, и прогрессирующее в последнее десятилетие их накопление в природных объектах, в

Рис.2 . Содержание свинца в лишайнике Нуро£утлп1а рЬуаоЛев на территории-Беларуси, шег/г

связи с развитием промышленного производства и последствиями аварии на Чернобыльской АЭС, можно заключить, что экологическая ситуация в Беларуси в настоящее время является неудовлетворительной .

Глава 7. ОСОБЕННОСТИ ТРАНСФОРМАЦИИ СОСНОВЫХ ПЕСОВ БЕЛАРУСИ В УСЛОВИЯХ АНТРОПОГЕННЫХ НАГРУЗОК Изучение санитарного состояния древостоя сосновых лесов Беларуси с использованием, методов визуальной диагностики (лёсопатологическая оценка) на основе определения степени дефолиация и дехромации ассимилирующих органов деревьев и основанных на ней расчетов индексов состояния конкретных насаждений (Карпенко, 1981; Карпенко, Соловьев, 1902) позволило установить особенности изменения жизнеспособности древостоев, испытывающих воздействие техногенного пресса.

Нами установлено, что независимо от условий функционирования фитоценозов, их.жизнеспособность повсеместно на территории Беларуси достаточно характеризовать только двумя категориями - здоровые и ослабленные. К первой относятся преимущественно лесные массивы ее западной части (Гродненская и Брестская обл.), ко второй - центральной (Минская обл.) и южной (Гомельская обл.) частей.

В пределах групп лесных массивов, относящихся к конкретной части региона, их санитарное состояние неоднородно и определяется совокупностью следующих факторов - удаленностью от источников техногенных эмиссий, положением относительно

Л1

господствующих ветров, степень« ухоженности, а также уровнем

рекреационных нагрузок.

В порядке снижения жизнеспособности сосны в лесных массивах; прилегающих к основным индустриальным центрам республики, последние образуют следующий ряд»

Гомель =■ Брест ■ Витебск = Гродно > Могилев » Новолукомпь

> Новополоцк > Минск =» Мозырь. Изучение динамики радиального прироста сосновых фитоценозов, функционирующих под воздействием текногенных и рекреационных нагрузок в почвенно-климатнчаских условиях Беларуси, выявило неоднозначный характер изменения ростовой функции в '.отдельных частях региона, обусловленный различной степенью этого воздействия. Наиболее выраженное снижение размеров при-

роста в большинстве случаев отмечено либо в непосредственной близости от источников промышленных эмиссий (Новополоцкий, Витебский, Новолукомльский, Могилевский, Мозырский стационары), либо в зонах отдыха населения, функционирование которых оказывает негативное воздействие на характер лесорастительных условий насаждений (Новополоцкий, Гродненский, Брестский, Гомельский стационары).

По мере удаления от индустриальных центров отмечено снижение уровня депрессии радиального прироста древостоев. Несмотря на это, независимо от расстояния, размеры указанного прироста древостоев сосняков заметно уступали контрольным показателям на всех стационарах, функционирующих в зоне техно-генеза, за исключением Новополоцкого, Витебского и Могилев-ского. При этом наибольшем степень различий с контролем в направлении его снижения отмечена на Мозырском стационаре, в направлении превышения - на Могилевском.

Нами установлено, что в сосновых фитоценозах 40-50-летнего возраста Новополоцкого, Новолухомльского и Могилев- . ского стационаров на протяжении двух последних десятилетий происходило постепенное увеличение размеров радиального прироста "древостоев, более выраженное на большем удалении от очагов эыиссий, что свидетельствовало скорее всего об адаптивном характере продолжающейся до настоящего времена активизации ростовой функции, нашедшей подтверждение в специальной литературе.

Вместе с тем на ряде стационаров (Брестском, Гродненском, Гомельском и Мозырском) данный процесс носил более кратковременный характер, сменившись обратной тенденцией ингибирования ростовой функции в последние 5-10 лет, что вызвано очередным усилением на данном отрезке времени техногенного пресса в этих районах республики.

Как правило, отмеченные изменения радиального прироста насаждений техногенной зоны сопровождались выраженным расширением амплитуды его.колебаний по годам относительно заповедных аналогов (Гродненский, Брестский, Гомельский, Витебский стационары). В некоторых случаях наблюдалась соизмеримость диапазона этих колебаний с контролем (Новополоцкий , Новолукомльский и Могилевский стационары), и лишь для фитоценозов

Мозырского стационара было установлено его незначительное сужение .

На примере Гродненского стационара впервые установлено влияние пространственной ориентации воздушных потоков, насыщенных техногенными поллютантамн, на степень ингибирования ростовой функции сосновых фитоценозов. '

Изучение биопродукционных параметров древостоев техногенной зоны показало, что независимо от их санитарного состояния, на фоне преимущественного снижения относительно заповедных аналогов размеров их радиального прироста, наблюдается выраженная активизация процесса накопления органического вещества во всех изученных нами структурных компонентах фито-- массы. При этом компенсация депрессии радиального прироста насаждений, как правило, обеспечивается либо за счет усиления вертикального роста деревьев при сохранении их общего количества, либо в результате стимулирования ветвления.

Анализ регрессионной зависимости отклонений от контроля биопродукцпонных параметров древостоев от расстояния до источников техногенных эмиссий показал существенную активизацию процесса накопления в них органического вещества в пределах 10-12 км зоны, наиболее выраженную на удалении до 5 км. В интервале 12-22 км отмечено отставание темпов данного процесса от контроля при минимальных параметрах на 15-17-км отметке, с последующим нивелированием выявленных различий на удалении от очагов загрязнений свыше 22 км.

В отличие от консервативных частей насаждений, смена установленный закономерностей в темпах бпопродукционного процесса в их фотосинтеэирующвх.органах происходила в более узких пространственных границах. Превышение контрольных значений наблюдалось лишь в пределах 5-км зоны с максимальным его проявлением в радиусе до 2 км в отставанием от них на расстоянии от 5 до 11 км, что свидетельствовало о большей пластичности данной периодически обновляемой части древесного яруса сосновых фитоценозов.

Наиболее.выраженная степень различий с контролем в темпах продуцирования фитомассы была установлена в сосновых фитоце-нозах Новопукомльского, Брестского в новополоцкого стационаров. > ' у '' .'''■'■'■'" ' '"- • ■ --

Глава 8. РОЛЬ ТЕХНОГЕННОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ В ТРАНСФОРМАЦИИ МИНЕРАЛЬНОГО СОСТАВА ХВОИ, ОПАДА, ЛЕСНОЙ ПОДСТИЛКИ И ПОЧВ СОСНОВЫХ ФИТОЦЕНОЗОВ Впервые изучены особенности трансформации минерального состава ассимилирующих органов, мертвого органического вещества опада в лесной подстилка, а также почв сосновнх фитоце-возов, испытывающих комплексное воздействие разнообразных техногенных поллютантов. В исследованиях были использованы методы, разработанные Н.И.Базилевич (1968) в Н.И.Базилевич, А.А.Твтпяновой, В.В.Смирнова и др. (1988).

Из девятв стационаров н&вбопее выраженной реакцией хвои на воздействие агрессивных агентов, проявившейся в существенном усилении аккумуляции широкого спектра элементов, отличались «веский в Мозырсквй стационары, наименее выраженной -Могиневский в Новолукомльский. Прв этом ва Минском и Мозыр-ском стационарах главную роль в изменении хвмвзма хвов играли Сг и СЛ, на Новополоцком, Витебском в Новолукомльском - ей, на Гродненском и Брестском - Со, Мд и 81, на Гомельском - Бг в Могяпевском - Ыа. Вместе с тем степень отклонений их концентраций от контрольных значений ва перечисленных стационарах варьировала в весьма широком диапазоне - от 5-10-кратного превышения на Мвнском н Мозырском стационарах до 1,6-4,1-кратного на остальных.

Усиление аккумуляции в ассимилирующих органах сосны одних элементов блокировало поступление других. Наиболее сильные антагонистичесхне отношения прв этом были установлены между С<1, с одной стороны, и Мп, 2п, А1 и Р - с другой. Усвоение 2п тормозилось также 81, Мд в в большей степени- Со в Ма.В результате этого наблюдалось повсеместное обеднение хвов А1 и Мп. Достаточно распространенным на территории региона было также ослабление аккумуляции в ней Р,2пиМо и весьма незначительным, отмеченным в единичных случаях - 61, Мд и РЬ. В" наибольшей степени поступление в хвов минеральных компонентов противодействующими элементами блокировалось на Могилевскоми Мозырском стационарах, в наименьшей - на Новопопоцком и Брестском. Наиболее сильно подавлялось усвоение следующих элементов« на Могнлевском и Гродненском стационарах - А1 и Ъп, на Витебском, Новолукомльском и Минском - Мп, на Мозырском в Гомельском - Ге, на Новополоцхом в Брестском - 2п. При этом

содержание в хвое данных элементов уступало контрольным значениям в 1,4-3,Зраза.

Несмотря на то, что доминирующим компонентом опада сосновых фнтоценозов являются ассимилирующие органы основной лесо-образующей породы, были установлены существенные различия в изменении химизма живой и отмершей субстанции под воздействием техногенных загрязнений. Так, в процессе формирования опада наблюдалось значительное расширение ареала распространения аномальных (свыше 30%) превышений контрольных показателей для широкого спехтра элементов. Наиболее выраженный характер данное явление обретало у Са, Ла, Си, %п, и Эг, слабев оно проявилось у А1, 8, Мп, В, РЬ и Мо (табл. 2). На этом фоне более распространенным, нежели для живой хвои, на территорий региона оказалось выщелачивание из опада наиболее подвижных в данной экологической ситуации мигрантов - К, Мд, Сг и Со.

Вместе с тем было установлено, что формирование опада сопровождалось усилением позиций ряда техногенных поллютантов, не оказавших выраженного влияния на химизм живой хвои, и напротив, обеднением некоторыми элементами, обнаружившими в ней заметную активизацию накопления. Например, на региональном уровне отчетливо проявилась более сильная, чем в хвое, аккумуляция в опаде 2п (в 3,3 раза); 8г (в 1,9 раза); Ш. и А1 (в 1,6-1,7 раза); Ре и Си (в 1,4 раза); 81, Са, Ыа и Мп (в 1,3 раза), что свидетельствовало об усилении их закрепления на начальных этапах минерализации органичесхого вещества в условиях техногенной среды. У ряда элементов-органогенов (N, К, Р, 3, В и Мо) при этом оказался сходный уровень усиления накопления в живой хвое и опаде. Однако для Мд, Сг, и Со было установлено заметное (в среднем в 1,4 раза) усиление их миграционной способности.

. Наибольшее количество элементов, обнаруживших в опаде аномальное (свыше 30%) превышение концентраций относительно хонтроля, было установлено на Минском и Гродненском стационарах, наименьшее - на Новополоцком и Гомельском.

Определяющая роль в трансформации химизма опада на Гродненском и Брестском стационарах принадлежала Со, на Новолу-комльском - Ре, на Гомельском и Мозырском - Бг и РЬ, на минском Сг и 81, на Витебском, Могилевском и Новополоцком -

Таблица 2

Средние значения показателей отклонений от контроля концентраций химических элементов в структурных компонентах лесных экосистем Беларуси техногенной среды

Элементы М±т

Хвоя Опад Подстилка Почва

N 1,110,06 1,210,08 1,210,13 1,410,11

Б1 1, 410,13 1,810,74 1,210,27 1,0±0,01

Са 1,010,06 1,310,12 1,610,41 1,010,14

К 1,110,06 1,010,34 0,510,06 1,010,10

Мд 1/410,11 1,010,32 0,510,06 1,010,22

Р 0,810,05 0,910,06 0,910,12 0,810,06

Д1 0,7±0,05 1,210,13 1,010,04 0,910,10

Ре 1,3±0,35 1,810,28 2,810,47 1,010,14

Б 1,410,24 1,710,36 1,910,60 1,210,11

Иа 1,5±0,35 1,910,30 2,110,65 1,510,21

Мп . 0,7±0,07 0,910,11 1,510,20 1,210,25

В 1,010,09 1,210,07 0,710,06 1,010,11

Си 1,010,06 1,410,12 1,810,54 1,210,15

гп 1,010,17 3,311,08 3,510,77 1,110,11

N1 1,210,17 .. . 1,910,35 2,410,95 1,510,25

са 3,110,83 следы следы 1,310,07

СГ 2,611,05 1,610^86 1,710,92 1,110,18

РЪ 1,310,14 1,610,31 1,610,34 1,710,45

Со 2,010,47 1,410,34 1,410,32 1,210,09 . ~

Бг 1,1±0,16 2,110,71 1,410,19 1,610, 30 ., .

Но 0,910,07 1,010,14 0,810,10 1,310,13 '

Z•n. При этом лишь некоторые из перечисленных элементов являлись также доминирующими компонентами и в изменении химического состава хвои на соответствующих стационарах (Со - на Гродненском и Брестском, Бг - на Гомельском и Мозырском, Сг -на Минском). Для остальных элементов подобного параллелизма установлено не было. Волев того, при выраженной активизации накопления гп в опаде сосняков Витебского, Могилевского и Но-вополоцхого стационаров, в живой хвое наблюдалась прямо противоположная тенденция.

Степень отклонений концентраций наиболее аккумулирующихся в опаде элементов относительно контрольных показателей варьировала от 6-9-кратного превышения на Минском, Витебском, Новополоцком, Гомельском и Могилевском стационарах до 2-3-кратного - на остальных. Наиболее ахтивно процесс выщелачивания из опада химических элементов протекал на Гомельском а Новолукомльском стационарах, наименее активно - на Витебском, Брестском и практически отсутствовал на Гродненском. К числу наиболее подвижных мигрантов на Гомельском стационаре были отнесены X, Мд, Со и Мо, на Новолукомльском и Могилевском -Мд, на Мозырсхом - Мо, на Новополоцком - Со, на Минском - Мп, на Витебском - Сг, на Брестском - К.

При трансформации опада в лесную подстилку в техногенной зоне уровень распространенности в пределах региона аномальных превышений контрольных показателей для большинства химических элементов практически не изменился. Вместе с тем отмечалось расаирение их ареала у Мп и 8 а его сужение у Са и Со. При этом более распространенный характер обретало выщелачивание К, Мд, В и Сг. На региональном уровне отчетливо прослеживалась и общность тенденций в характере аккумуляции большинства поллютантов в опаде и подстилке, подтверждаемая сходством наборов наиболее аккумулируемых в них элементов при доминирующем положении 2л, Ре, в На (см. табл. 2). Вместе с тем в подстилка наблюдалось усиление относительно опада способности к. накоплению у 8г и ослабление ее у 81.

_ Наибольшее количество минеральных компонентов, обнаруживших аномальное (свыше 30%) превышение контрольных показателей в подстилке, установлено на Минском и Гродненском стационарах, что отмечалось и для опада, наименьшее - на Новолукомльском. На ряде стационаров установлены общие для опада а под-

стилки элементе) с наибольшей среди других степенью усиления аккумуляции - на Витебском, Могилевском и Новополоцком стационарах - гп, Минском - Сг, Мозырском - Си и РЪ, Гомельском - 8г и РЬ. В то хе время для Гродненского и Брестского стационаров, где ведущая роль в трансформации химизма подстилки принадлежала гп, и для Новолукомльского стационара с наиболее сильным закреплением в ней Со, подобного параллелизма не наблюдалось. Что же касается остальных элементов, также обнаруживших существенное усиление аккумуляции в подстилке сосновых фитоценозов в зоне техногенеза, то их набор и последовательность в ряду снижения способности к закреплению в ней, в ос- . новном совпадали с установленными в опаде. При этом доля общих для опада и подстилки элементов варьировала от 83-100% на Минском, Гомельском и Мозырском стационарах до 33% на Новолу-хомльском.

Степень отклонений концентраций наиболее аккумулируемых в подстилке эпементов относительно контрольных показателей варьировала от 5-9-кратного превышения на Минском, Могилевском, Гродненском, Витебском и Новополоцком стационарах до 24-кратного - на остальных. Таким образом, и в опаде, в в под- . стилхе всех стационаров, за исключением Гродненского и Гомельского, наблюдалось усиление аккумуляции основных минеральных компонентов.'

Наиболее активно процесс выщелачивания из подстилки химических элементов протекал на Гомельском и Мозырском стационарах, наименее активно - на минском и Витебском.

В процессе трансформации опада в подстилку в техногенной зоне происходило существенное усиление миграционной способности ряда химических элементов. В наибольшей степени это проявилось на Гродненском стационаре, где из 4-х элементов, обнаруживших активное вымывание из подстилки, ни один не проявил себя как активный мигрант в опаде. На остальных Стационарах расширение спектра наиболее выщелачиваемых из подстилки эпементов варьировало от 25% на Новолукомльском стационаре до 83% - на Брестском. В наибольшей степени на региональном ' уровне активизировалось вымывание В> Мд и К, в меньшей - 2п, Сг, Са и Со.

Наиболее высокой подвижностью в условиях Гомельского, . Брестского и Могилевского стационаров обладал К, Гродненеко-

го, Новополоцкого и Витебского - Сг, Мозырского - Мо, Новолу- _ комльского -~Мд, Минского - Р. При этом степень выщелачивания наиболее подвижных мигрантов варьировала в весьма широком диапазоне, превышая контрольные значения от 5,0 до 1,7 раз.

Многолетнее интенсивное воздействие техногенных поллютантов на почвы сосновых фитоценозов правело к выраженному на региональном уровне усилению накопления в их гумусовом горизонте И, Мо, Ыа, N1 и СсЗ. По сравнению с лесной подстилкой, в них наблюдалось расширение ареала распространения аномальных (свыше 30%) превышений контрольных показателей для N и Мо и сужение его для Ре, Мп и гп(см. табл. 2). Поскольку биогенная аккумуляция первой пары элементов является фактором повышения почвенного плодородия, то обогащение ими почв региона может служить предпосылкой для отмеченной выше временной активизации биопродукционного процесса в лесных фитоценозах, функционирующих в техногенной среде.

На этом фоне было отмечено усиление вымывания из почв довольно широкого спектра элементов, и прежде всего Мд, Са, Р, А1, Ре п В. Однако благодаря высокой буферности почв, обеспечивающей относительную стабильность их химического состава, активизация накопления элементов на одних стационарах в значительной мере уравновешивалась их вымыванием на других, что при сравнении усредненных для региона в цопом показателей отклонений их концентраций в почвах от контрольных значений выявило более слабую, чем в подстилке, интегральную реакцию на воздействие техногенного пресса. Но несмотря на это и в почвах региона, и в подстилке наметилась общая тенденция к усилению закрепления ряда элементов - РЬ, Бг, Иа и N1.

Вместе с тем, в сипу специфики техногенных поллютантов и неадекватности их воздействия на отдельные стационары, отчетливо проявилась индивидуальные особенности в трансформации химизма почв, распространенных на их территории.

Наибольшее количество элементов, обнаруживших существенное усиление накопления как в почве, так и в подстилке, было отмечено на Минском и Гродненском стационарах, наименьшее -на Новополоцком. При этом было установлено определенное сходство между подстилкой и почвой по набору наиболее аккумулируемых на каждом стационаре элементов, но степень этого сходства заметно варьировала от полного его отсутствия на Новолу-

комльском и Новополоцком стационарах до 80% - на Гомельском, однако полностью отсутствовало (эа исключением Гомельского стационара) сходство по набору доминирующих компонентов.

К числу наиболее аккумулируемых в почвах поллютантов следует отнести на Минском стационаре РЬ, Мп и N1, Гродненском -Мд, Сг и Мо, Брестском - Си, Могилевском - Ыа, Гомельском -6г, Новолукомльском - 2п, Витебском - N1 и Сй, Мозырском - 5г и N1, Новополоцком - Со и Сг. При различном составе наиболее сильных загрязнителей почв на отдельных стационарах были выявлены общие для них определяющие компоненты - Сг для Гродненского и Новополоцкого стационаров, N1 - для Минского, Витебского и Мозырского, Вг - для Гомельского и Мозырского стационаров .

Однако , степень превышения концентраций наиболее аккумулирующихся в почвах элементов относительно контрольных показателей оказалась существенно ниже, чем во всех рассмотренных выше компонентах (живой хвое, опаде и подстилхе) и варьировала от 3-5-хратного уровня на Могилевском, Гомельском и Минском стационарах до 1,7-2,4-кратного - на остальных.

Наиболее высокой степенью вымывания самых подвижных мигрантов характеризовались почвы Новополоцкого а Брестского стационаров, и полным его отсутствием - загряэввнные почвы Минского стационара. При этом спектр мигрирующих элементов в почвах всех стационаров оказался значительно уже, «и в под-

I

стилке.

К числу наиболее подвижных элементов, являющихся общими для подстилки и почв, следует отнести Мд на Новополоцком и Витебском, Сг и Мд - на Брестском, Мд и В - на Новолукомяь- . ском, Мо - на Мозырском стационарах.

Исследование уровня интегрального воздействия техногенных поллютантов на весь комплекс изучаемых компонентов лесных экосистем региона - живой хвои, опада, лесной подстилки и почвы показало, что наибольших масштабов усиление аккумуляции химических элементов достиЬло в условиях Минского и Гродненского стационаров, наименьших - Новолукомльского.

Наиболее сильное вымывание самых подвижных мигрантов наблюдалось в условиях Гомельского и Мозырского стационаров, наиболее слабое - Минского, Гродненского и Витебского.

Наибольшим уровнем усиления аккумуляции во всех изученных компонентах экосистем в регионе обладали N1, N8, Э, РЬ и Ре, наиболее выраженной миграционной способностью - Мд, К, Сг, Р и В (см. табл. 2). Вместе с тем глубина трансформации химизма четырех изученных компонентов лесных экосистем на отдельных стационарах оказалась различной. Синхронное усиление аккумуляции во всех этих компонентах на Минском стационаре отмечено для N. Ее, N1 и РЬ, на Гродненском - са, Мозырском и Гомельском стационарах - для Бг.

К числу чпементов, обнаруживших одновременное усиление накопления в 3-х компонентах лесных экосистем, следует отнести на Минском стационаре - в!, Са, 6, Иа, гп и Со; Гродненском - Мд, Э, Ыа и N1; Мозырском - Си, N1., Сг и РЬ; Могилев-ском - Б, N1 и Со; Брестском - N1, РЬ и Бг; Витебском -Са, На и N1; Гомельском - Э, Ыа и РЬ; Новополоцком - Б, N3 и Ш..

Наиболее активными мигрантами, усилившими процесс выщелачивания из всех или большинства компонентов лесных экосистем,

оказались на Мозырском стационаре ~ Но, Р и Со; Гомельском -Р; Новолукомльском - Мд и В; Новополоцком - Мд. На остальных стационарах данное явление носило менее выраженный характер.

Глава 9. СТРУКТУРА КОРРЕЛЯЦИОННЫХ СВЯЗЕЙ МЕЖДУ ХИМИЧЕСКИМИ ЭЛЕМЕНТАМИ В ОТДЕЛЬНЫХ КОМПОНЕНТАХ ЛЕСНЫХ ЭКОСИСТЕМ

Установлены определяющие тенденции во взаимодействии химических элементов в процессе жизнедеятельности ассимилирующих органов сосны и трансформации минерального состава органического вещества в различных компонентах лесных экосистем (хвое, опаде, лосной подстилке и почвах) в заповедных условиях и под воздействием техногенных нагрузок.

Сравнительный анализ структуры корреляционных связей, проведенный на основе метода П.В.Терентьева (1959, 1960), между элементами в ассимилирующих органах и опаде сосновых фи-тоценозов, функционирующих в техногенной зоне и на заповедных территориях, убедительно показал, что воздействие на них техногенных поллютантов приводит к существенному усилению взаимозависимости в накоплении широкого спектра химических элементов в обоих компонентах, в большей степени выраженному в хвое, нежели в опаде. Активное вовлечение дополнительного ко-

личества агрессивных элементов техногенных эмиссий способствовало интенсификации в них обменных процессов на всех исследованных уровнях связи, наиболее проявившейся при е » 0,65.

Несмотря на наличие определенного, но более высокого, чем в контроле, количества общих связей между химическими элементами в живой хвое н опаде, заметно снижающегося при повышении уровня связи, ключевыми элементами, формирующими в них корреляционные плеяды, явились различные металлы. Так, лидирующими среди них при создании наиболее мощных группировок на уровне е > 0,65 в хвое являлись Ре, Со, Са и Мд, сохраняющие свои ключевые позиции и на более высоком уровне связи е » 0,77. В опаде такими элементами являлись АХ, В и Мд, причем на уровне е » 0,77 в рола индикатора плеяды выступал лишь Мд.

На максимальном уровне связи е > 0,87 наиболее мощные группировки элементов сохранялись лишь в ассимилирующих органах сосны и объединялись вокруг Ре, N1, Мп и Бг, являющихся, как н большинство связанных с ними металлами, техногенными поллютантами.

Количество выявленных взаимозависимостей между элементами в исследуемых фракциях сосновых фитоценозов, функционирующих на заповедной территории, было существенно меньше наблюдаемого в техногенной зоне и уступало ему на уровне е > 0,65 для хвои в 3,1; для опада - 1,7 раза. На двух более высоких уровнях при е > 0,77 и 0,87 различия с контролем в количестве выявленных связей между элементами в опаде сосняков полностью исчезали, в хвое же, напротив, усиливались, достигая соответственно 5,7 и 5,0-крат.

Сравнительно крупные корреляционные плеяды в исследуемых фракциях сосновых фитоценозов, расположенных на заповедных территориях, установлены только на минимальном уровне связи е > 0,65. При этом роль ключевых элементов выполнялась в ассимилирующих органах - Со, в опаде - Мп. Наличие общих для контроля и техногенной зоны связей между элементами в исследуемых фракциях сосновых фитоценозов выявлено главным, образом также на минимальном уровне. Их количество для хвои не превышало 7, для опада - 3-х.

В отличие от хвои н опада, в лесной подстилке и почвах сосняков наибольшее количество проявлений взаимозависимости в накоплении элементов и их группировок установлено не в техно-

генной зоне, а на заповедной территории. При этом на минимальном уровне е >-0,65 густота сети связей в данных компонентах лесных экосистем на чистой территории превышала наблюдаемую в техногенной зоне соответственно в 2,0 и 4,1 раза; на уровне е >-0,77 - в 2,3 и 8,5 раз; на уровне е £.0,87 - в 2,4 и 23,0 раза.

Ослабление взаимозависимости в накоплении химических элементов под воздействием техногенных нагрузок в лесной подстилке и почвах сосновых фитоценозов, очевидно, связано с отсутствием лимитирующих факторов в накоплении наиболее подвижных мигрантов за счет их дополнительного поступления с промышленными выбросами.

Установлено, что в условиях естественных местопроизрастаний сопряженность почвообразовательного процесса и трансформации органического вещества лесной подстилки выражена намного сильнее, чем в зоне техногенеза, о чем свидетельствует не только существенно большее количество общих связей между элементами на всех уровнях, но и наличие целого ряда одних и тех же ключевых элементов, формирующих корреляционные плеяды.

Так, лидирующими среди них при построении наиболее мощных группировок на уровне е 0,65 в лесной подстилке заповедной зоны являлись В, Мп, Со, Мд, Мо и К; в почвах - А1, Со, Сг, Мд, Са и Мп. В техногенной зоне отмечалось усиление специфичности в структуре связей между элементами в данных компонентах лесных экосистем. При меньшем объеме выявленных плеяд ключевыми элементами в подстилке служили Си, А1 н Ы, в почвах - К и А1.

Установленное усиление взаимной согласованности обменных процессов ках на управляемом (в хвое), так и на неуправляемом (в консервативных компонентах) уровнях сосновых фитоценозов под воздействием техногенных нагрузок создает предпосылки для некоторого повышения естественного плодородия сравнительно бедных дерново-подзолистых лесных почв и как следствие - временного увеличения биологической продуктивности сформированных на них древостоев.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате обобщения литературных сведений и материалов собственных комплексных исследований, представленных в данной

работе, установлены основные закономерности в формировании экологической обстановки в Беларуси в целом и отдельных' ее частях под воздействием техногенных и рекреационных нагрузок и дана оценка степени обусловленной ими трансформации сосновых фитоценозов.

Приведены количественные и качественные параметры загрязнения техногенными поллютантами этих лесов, установленные на основе изучения уровня их накопления в снехном покрове в по результатам аккумулятивной лихеноиндикации.

Представлены основные результаты зонирования территории республики по степени загрязнения природной среды, выполненного по материалам этих исследований, с оценкой вклада каждого поллютанта в создание экологической ситуации в отдельных частях республики и с выявлением очагов наиболее крупных химических аномалий.

Дана дифференцированная оценка процессов трансформации лесных экосистем Беларуси под воздействием антропогенных нагрузок, проявившейся в снижении жизнеспособности сосновых древостоев, изменении их ростовых и биопродукционных параметров, а также в существенных отклонениях от нормы химизма ассимилирующих органов, опада, лесной подстилки и почв.

Наряду с этим установлено, что дополнительное поступление в лесные экосистемы'ряда техногенных поллютантов способствует некоторому повышению естественного плодородия сравнительно бедных лесных дерново-подзолистых почв, что создает предпосылки для временного увеличения биологической продуктивности сформированных на них древостоев и усиления взаимной согласованности процессов в минеральном обмене как на регулируемом (в хвое), так и нерегулируемом (в консервативных компонентах) уровнях.

Вместе с тем показано, что подобное влияние техногенных нагрузок на лесные эхосистемн проявляется лишь при умеренном и сравнительно непродолжительном их характере, при сохранении стабильного состояния экологической обстановки в'регионе, Отмеченная нами в исследованиях активизация биопродукционного процесса в сосновых фитоценоза* техногенной среды сопровождалась выраженными сдвигами эволюционно сложившегося равновесия между вертикальным и радиальным развитием древостоев в направлении усиления первого и ослабления второго. Наблюдавшее-

ся при этом стимулирование ветвления, на наш взгляд, является приспособительным механизмом адаптации лесных экосистем к специфическим условиям произрастания, поскольку связанное с ним увеличение площади фотосинтетического аппарата способствует активизации минерального обмена за счет включения в него дополнительных количеств поллютантов, чем достигается противостояние фитоценозов разрушительному воздействию агрессивных агентов.

При этом подобная перестройка в процессах жизнедеятельности древостоев носит временный характер, и в условиях относительной стабилизации антропогенных нагрузок обретает обратную направленность, о чем свидетельстует наблюдавшееся нами постепенное увеличение радиального прироста древостоев на протяжении двух последних десятилетий. Однако восстановление их ростовой функции может быть прервано очередным усилением техногенного пресса, что отмечалось на ряде стационаров вблизи крупных индустриальных центров н свидетельствовало о гибкости адаптивных реакций сосновых фитоценозов.

Все это однозначно указывает на то, что лесные экосистемы, обладая высокой замкнутостью биологического круговорота химических элементов , значительной вертикальной мощностью и огромной внутренней поверхностью, отличаются сильными буферными свойствами, что позволяет им противостоять разрушительному воздействию внешних агентов и обеспечивать поддержание стабильной природной обстановки на занимаемых ими территориях в условиях умеренных антропогенных нагрузок.

ВЫВОДЫ

1. В результате обобщения литературных данных и материалов собственных многолетних комплексных исследований состояния экологической обстановки в Беларуси установлено выраженное подкисление почв на большей части ее территории и практически повсеместное распространение серо- н азотсодержащих поллютантов, наиболее выраженное в районах Минской, Гродненской в Могилевской промышленных агломераций.

2. Значительную роль в общей картине загрязнения природной среды Беларуси нграет вхождящий в состав техногенных эмиссий широкий спектр тяжелых металлов с наиболее высокой степенью концентрирования на региональном уровне - РЬ, Бг, Мп

и Си, н более низкой - Сг, гп и ид. Доминирующими элементами загрязнения в лесных экосистемах Минской и Витебской областей являются Си, Сг, N1, Со и Сй; Могилевской и Гомельской - Мп и 8г; Брестской и Гомельской - РЬ и Мо; Гродненской - гп.

3. Площади крупных химических аномалий в общей картине пространственного распределения техногенных поллютантов на территории Беларуси не превышает 1-3«, тогда как 80% ее площади находится под ослабленным в 2-4 раза их воздействием.

4. В зоне влияния техногенных и рекреационных нагрузок установлено повсеместное снижение жизнеспособности древосто-ев, оцениваемое визуально по уровню дефолиации и дехромации ассимилирующих органов, наиболее выраженное в центральной и южной частях республики и проявившееся в наименьшей степени в западной ее части.

5. В сосновых фитоценозах Беларуси под воздействием тех-' ногенных и рекреационных нагрузок происходит выраженная депрессия радиального прироста древостоев с последующим его восстановлением при стабилизации экологической обстановки и возобновление его подавления при очередном усилении антропогенного пресса.

6. Трансформация лесных экосистем региона под воздействием антропогенных нагрузок сопровождается временной активизацией биопродукционного процесса за счет вертикального роста деревьев, при сохранении их общего количества, стимулирования ветвления и увеличения размеров их ассимилирующей поверхности в пределах 10-12-км зоны влияния источников эмиссий.

7. Наиболее выраженной ответной реакцией фотосинтезирую-щих органов сосны на воздействие техногенных поллютантов, проявившейся в существенном усилении под влиянием антропогенных нагрузок аккумуляции наиболее широкого их спектра, отличаются фитоценозы Минского и Мозырского стационаров, наименее выраженной - Могилевского и Новолукомльского. На первых двух ведущую роль в изменении химизма хвои играют Сг й Сс1, на Новополоцком, Витебском и Новолукомльском - С<1, на Гродненском и Брестском - Со, Нд и 81, на Гомельском - Бг и Могнлев-ском - Иа.В характере накопления элементов в хвое сосняков техногенной зоны установлен антагонизм между Сс1 и гп , с одной стороны , Мп, гп, А1, Р и в!, Мд, Со, Ыа - с другой стороны.

8. При формировании опада в сосновых насаждениях в техногенной среде выявлена на региональном уровне более сильная,

-Чем в хвое,- аккумуляция в нем гп (в 3,3 раза); 8г (в 1,9 раза); N1 и А1 (в 1,6-1,7 раза); Ре и Си (в 1,4 раза); 81, Са, На и Мп (в 1,3 раза), но более слабая (в среднем в 1,4 раза) - Мд, Сг и Со.

9. Установлена общность тенденций в характере аккумуляции большинства поллютантов в опаде и лесной подстилке, имеющая общерегиональный характер и подтверждаемая сходством наборов наиболее аккумулируемых элементов при доминирующем положении 2п, Ре, N1 и Ыа. Показано существенное усиление в лесной подстилке, а сравнении с спадом , миграционной способности В, Мд, К, гп, Сг, Са и Со.

10. Многолетнее интенсивное воздействие техногенных поллютантов на почвы сосновых фитоценозов приводит к выраженному на региональном уровне обогащению горизонтов биогенной аккумуляции К, Мо, На, N1 и Сс1, на фоне активизации вымывания Мд, Са, Р, А1, Ре и В.

11. В результате исследования уровня интегрального воздействия техногенных поллютантов на изученный комплекс компонентов лесных экосистем - хвою, опад, лесную подстилку и почвы установлено, что на фоне различий глубины трансформации их химизма в отдельных частях региона, наблюдается повсеместное выраженное усиление аккумуляции в них относительно заповедной территории N1, На, 8, РЬ и Ре, наиболее проявившееся на Минском и Гродненском стационарах, при параллельном повышении миграционной способности Мд, К, Сг, Р и В, особенно в условиях Гомельского а Мозырского стационаров.

12. На основании сравнительного анализа структуры корреляционных связей между 21-м химическим элементом в исследуемых компонентах лесных экосистем техногенной зоны и их заповедных аналогов установлено, что в техногенной зоне происходит существенное усиление взаимодействия широкого спектра

. элементов в живой хвое я опаде, при разном наборе ключевых элементов, формирующих корреляционные плеяды, что обусловлено разной природой данных компонентов. Показано значительное ослабление этой взаимозависимости в лесной подстилке и почвах, что связано со снятием лимитирующая факторов в накопле-

нив наиболее подвижных мигрантов за счет их дополнительного поступления в техногенной среде.

13. Установлено, что техногенное воздействие на сосновые фитоценеозы приводит х усилению регулируемых и нерегулируемых процессов в минеральном обмене основных компонентов лесных экосистем (ассимилирующих органов, опада, лесной подстилки и почвы). Однако лишь умеренное и сравнительно непродолжительное техногенное воздействие может приводить к временной активизации ростовых и биопродукционных процессов в сосновых дре-востоях при условии сохранения относительно стабильной экологической обстановки в регионе.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО МАТЕРИАЛАМ ДИССЕРТАЦИИ

1. Сидорович Е.А., Бусько Е.Г. Биологическая продуктивность и круговорот элементов питания ельника мшистого в условиях рекреационного пользования // Известия АН БССР. Сер. биол. наук. - 1982, N4. - С.98-100 (на бел.яэыхе).

2. Сидорович Е.А., Бусько Е.Г. Влияние антропогенного фактора на продуктивность и круговорот зольных элементов и азота в сосновых фитоценозах // Известия АН СССР. Сер. биол. иаух. - 1983, N 1. - С.3-5 (на бел.яз).

3. Сидорович Е,А., Рупасова Ж.А., Бусько Е.Г. К вопросу об изменении химического состава дуба черешчатого под влиянием антропогенных нагрузок в Белоруссии //3 Респуб.совещ.по биогеоценологии на Украине! Тез.докл. - Львов, 1984. - С. 9899.

4. Сидорович Е.А., Рупасова Ж.А., Бусько Е.Г. Влияние промышленных эмиссий на химический состав стволовой древесины березовых и черноольховых фитоценозов // известия АН БССР. Сер. биол. наук. - 1984, N 5. - С,10-12 (на бел.яэыхе).

5. Сидорович Е.А., Рупасова Ж.А., Бусько Е.Г. Влияние антропогенных факторов на уровень накопления химических элементов в'сосновых фитоценозах II Известия АН БССР. Сер. биол. наук. - 1984, N 6. - С.3-7 (на бел.языке).

6. Сидорович Е.А., Рупасова Ж.А., Бусько Е.А. Функционирование лесных экосистем в условиях антропогеннх нагрузок // Всесоюзн.совец. "Современные проблемы географии экосистем"$ Тез.докл. - Москва, 1984. - С.254-259. , л

7. Сидорович Е.А., Рупасова Ж.А., Бусько Е.Г. Влияние промышленных эмиссий на химический состав древостоев хвойных фитоценозов // Доклады АН БССР. - 1985, N 3. - С.271-274.

8. Сидорович Е.А., Рупасова Ж.А., Бусько Е.Г. и яр. Влияние антропогеннх факторов на химизм атмосферных осадков в лесных фитоценозах // Доклады АН БССР. - 1985, N 2. - С.162-165.

9. Сидорович Е.А.. Рупасова Ж.А., Бусько Е.Г. Закономерности формирования органического вещества в лесных фитоценозах под влиянием антропогенных нагрузок // Зсасоюз.конф. "Закономерности роста а производительности древостоев"! Тез. докл. - Каунас, 1985. - С.252-254.

10. Сидорович Е.А., Рупасова Ж.А., Бусько Е.Г. Биопродукционные процессы в основных типах лесных фитоценозов БССР // Оптимизация окружающей среды средствами озеленения« Промышленные центры Белоруссии / Под ред. П.И. Лапина. - Минскс Наука и техняха, 1985. - С.18-43.

11. Сидорович Е.А., Рупасова Ж.А., Бусько Е.Г. Накопление тяжелых металлов в древостояя сосновых фитоценозов // Известия АН БССР. Сер. биол. наук. - 1985, N 4. - С.3-5 (на бал. языке) .

12. Сидорович Е.А., Рупасова Ж.А., Бусько Е.Г. Функционирование лесных фитоценозов в условиях антропогенных нагрузок.

- Минск: Наука и техника, 1985. - 205 с.

13. Сидорович Е.А., Бусько Е.Г., Фрадкин А.И. Анализ ап-лометрпчасках соотношений между характеристиками деревьев в сосновых фитоценозах // Известия АН БССР. Сер. биол. наук. -1985, N 5. - С.11-17 (на бел.языке).

14. Сидорович Е.А., Рупасова Ж.А., Бусько Е.Г. Факторы стабильности древостоев зоны антропогенного воздействия // Всесоюз. совещ. "Стабильность и энергетическая эффективность высокопродуктивных лесных биогеоценозов"» Тез. дохл. - Тарту, 1985. - С.78-80.

15. Бусько Е.Г,, Антропогенная трансформация фитомассы и химических элементов в дубово-темнохвойных лесах Белоруссии II Автореф. дне. ...канд. биол. наук - Днепропетровск, 1986.

- 23 с.

16. Сидорович Е.А., Бусько Е.Г. Возрастная динамика продукционного процесса сосняхов мшистых Березииского биосферно-

го заповедника // Известия АН БССР. Сер. биол. наук. - 1986. - N 1. - С.3-7 (на бел. языке).

17. Сидорович Е.А., Гетко Н.В., Бусько Е.Г. Методы биологического мониторинга в лесных ландшафтах промышленных районов Белоруссии // Всесоюзн. конф. "Мониторинг лесных экосистем"» Тез.докл.- Каунас, 1986. - С.197-198.

18. Сидорович Е.А., Бусько Е.Г., Иодо А.Н., Алехно А.И. Энергетические характеристики биопродукционного процесса сосняков мшистых Береэинского биосферного заповедника // Всесоюзн. совещ. "Общие проблемы биогеоценологии": Тез. докл. -Москва, 1986. - С.197-199.

19. Алехно А.И., Бусько Е.Г., Иодо А.Н. и др. Состояние лесных фитоценозов в условиях промышленного загрязнения // Всесоюзн. совещ. "Проблемы охраны воздушного бассейна от выбросов предприятий химической промышленности и промышленности строительных материалов" i Тез.дохл. - Ереван, .1966. - С.47-48.

20. Сидорович Е.А., Гусаков С.В., Фрадкин А.И., Бусько Е.Г. Оценка фитомассы сосновых древостоев Белоруссии на основе метода группового учета аргументов // Известия АН БССР. Сер. биол. наук. - 1987. - N5. - С.12-15 (на бел. языке).

21. Алехно А.И., Бусько Е.Г., Сидорович Е.А. и др. Убсу-нурская котловина -унихальный полигон для биосферных исследований. - Пущино, 1987. - 54 с.

22. Сидорович Е.А., Алехно А.И., Бусько Е.Г. и др. Экологический мониторинг лесных ландшафтов Белоруссии. - Минск: Наука и техника, 1988. - 204 с.

23. Бусько Е.Г., Алехно А.И. Роль атмосферных осадков в биологическом круговороте химических веществ в лесных фитоце-нозах // Проблемы ботаника. - Мат.6 делегатского съезда бо-тан. общества. - Минск,1993. - С.251-253.

24. Сидорович Е.А., Арабей H.H., Бусько Е.Г,, Пикулик Н.И. Загрязнение воздушного бассейна Витебской области Белоруссии соединениями серы //'Научно-техн. конф. "Охрана окружающей среды и рациональное использование ресурсов":. Тез. докл. -Новополоцк, 1989. - С.92.

25. Алехно А.И., Бусько Е.Г. Оценка степени загрязнения окружающей среды Новополоцкого нефтеперерабатывающего комбината по химическому составу атмосферных осадков // Научно-

тахн. конф. "Охране-окружающей среды и рациональное использование ресурсов"! Тез.докл. - Новополоцк, 1989. - С.96.

26. Сидорович Е.А., Арабей Н.М., Бусько Е.Г., Пикули* Н.И. Загрязнение воздушного бассейна северной части Белоруссии соединениями серы II Доклады АН БССР. - 1989. - N 10. -С.923-925.

27. Сидорович Е.А., Алехно А.И., Бусько Е.Г. В др. Фвток-лимат и энергетические факторы продуктивности лесных ландшафтов Убсунурской котловины // Многостороннее совеш. стран-члонов СЭВ "Соватско-моигольскнЯ эксперимент Убсу-Нур"» Тез. докл. - Пущино, 1989. - С.11-15.

28. Сидорович Е.А., Бусько Е.Г., Арабей H.M. Оценка мнх-роэлементного фона лесных экосистем севера Белоруссии // Все-союзн. совеш. "Проблемы лесоведения н лесной экологии"! Тез. докл. - Москва, 1990. - С.607-609.

29. Сидорович Е.А., Алехно А.И., Бусько Е.Г Показатель pH снежного покрова как индикатор загрязнения природной среды // Всесовзн. соващ. "Проблемы лесоведения и лесной экологии"

г Тез. докл. - Москва, 1990. - С.552-554.

30. Сидорович Е.А., Бусько Е.Г., Арабей H.M. и др. Техногенное загрязнение лесных ландшафтов центральной часта Белоруссии соединениями серы П Известия АН БССР. Сер. биол. наук. - 1990. - N 4. - С.16-19 (на бел.языке).

31. Сидорович Е.А., Алехно А.И., Бусько Е.Г., Пикулик Н.И. Характеристика техногенного загрязнения природной среды Белоруссии по кислотности снежного покрова II Доклады АН БССР. - 1990. - N7. - С.646-648.

32. Сидорович Е.А., Арабей H.H., Бусьхо Е.Г., Пвхулнк Н.И. Загрязнение сосновых фитоценоэов западной части Белоруссии соединениями серы II Доклады АН БССР. - 1990. - N 10. -С.941~944.

33. Алехно Д.Н., Бусько S.Г., Голубев« К.И. в др. Эхоло-го-фиэиологические особенности лесов Убсунурской котловины // Сб. научн. тр."Информационные проблемы изучения биосферы. Уб-сунурская котловина - природная модель биосферы". - Пущино, 1990. - С.328-355.

34. Сидоровнч Е.А., Арабей Н.М., Бусько Е.Г. Загрязнение территории юго-востока Белоруссия! соединениями серы //2 Все-

союзы. соввщ. "Геохимия техногенвэа"s Тез. докл. - Минск, 1991. - С.278-280.

35. Сидорович Е.А., Арабей H.H., Бусько Е.Г. и пр. Загрязнение лесных ландшафтов Белоруссии соединениями серы, азота в тяжелых металлов. - Минск« БелНИИТИ,1991 г. - 44с.

36. Сидорович Е.А., Арабей H.H., Бусько Е.Г.'я др. Лесные ландшафты Беларуси« структурно-функциональная организация и устойчивость к техногенным нагрузкам. ~ Минск« Наука и техника, 1992. - 295 с.

37. Арабей Н.М., Бусько Е.Г., Жирковский К.К., Чубанрв К.Д. Оценка состояния сосновых фитоценозов в зоне Новойолоц-кого промышленного центра II Межд. научн. конф. "Промышленная ботаника« состояние н перспективы развития"« Тез. докл. -Кривой Рог, 1993. - С.75.

38. Сндороввч Е.А., Арабей H.H., Бусько Е.Г. Зонирование территории Белоруссии по уровне загрязнения лесных ландшафтов .'• соединениями серы // Дефектоскопия. - 1994. - N 4. - С.72-78.

39. Бусько Е.Г., Сидорович Е.А., Рупасова Ж.А. и др. .Техногенное загрязнение лесных экосистем Беларуси. - Минск: Наука и техника, 1995.