Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Влияние атмосферных выбросов Норильского горно-металлургического комбината на состояние елово-лиственничных древостоев

ВАК РФ 03.00.16, Экология

Автореферат диссертации по теме "Влияние атмосферных выбросов Норильского горно-металлургического комбината на состояние елово-лиственничных древостоев"

о ш; ш

""" " РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК УРАЛЬСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ ИНСТИТУТ ЭКОЛОГИИ РАСТЕНИИ И ЖИВОТНЫХ

На правах рукописи УДК 574:630*561.24:504.3.054

ИВШИН АНДРЕИ ПЕТРОВИЧ

ВЛИЯНИЕ АТМОСФЕРНЫХ ВЫБРОСОВ НОРИЛЬСКОГО ГОРНО-МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО КОМБИНАТА НА СОСТОЯНИЕ ЕЛОВО-ЛИСТВЕННИЧННХ ДРЕВОСТОЕВ

03.00.16 - экология

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Екатеринбург - 1393 г.

Работа выполнена в лаборатории экологии техногенных лесны сообчеств Института леса УрО РАН

Научные руководители: доктор биологических наук. Махнев А.К.,

доктор биологических наук. Виятов С.Г.

Официальные оппоненты: чл.-корр. РАН. доктор биологических наук.

Ваганов Е.А.

кандидат биологических наук. Кучеров С.Е.

Ведучая организация: Уральский Государственный Университе им. Горького

Защтита состоится _ 19Э^г. в часов не

заседании специализированного совета Д 002.05.01 по защите диссертаций на соискание ученой степени доктора наук в Иист туте экологии растений и аивотных УрО РАН, по адресу: 6202) г.Екатеринбург, ул. С-з Марта. 202.

С диссертацией монно ознакомиться в библиотеке Институт; экологии растений и вивстных УрО РАН

Автореферат разослан »993

Учзннй

специализированного ссьота

кандидат биологических наук ^^ ^^^Л.'Лщпкуома

Актуальность темы. Под влиянием техногенного загрязнения 1тмосфери, особенно в последние десятилетия, отмечается интен-:ивное повреждение Л1~ов в ряде стран северного полувария. 1аибольиую опасность загрязнение атмосферы представляет для |есных экосистем Крайнего Севера, весьма неустойчивых и мед-1енно во станавливасщихся в результате антропогенного воздей-:твия (Пармузин, 19>0). В Норильском промрайоне повреядено и югибло около 600 тыс. га лесной растительности, а общая пло-^дь деградирующей растительности в тундре, и лесотундре дос-игла 7,4 млн. га (Власова, Филипчук, 1990).

В связи с этим необходима организация системы лесного *|они-оринга и разработка его методов для.своевременной диагностики овре«дени$ лесов на наиболее ранних стадиях их деградации и рогноза возмояных тенденций состояния лесных сообществ. Совестное использование методов актуальной и ретроспективной иоиндикации обеспечивает комплексность исследований, изучение косистем в динамике за длительные периоды времени, позволят определить начало отрицательных изменений в них и учесть олгосрочные кумулятивные эффекты при разработке прогнозов.

Дендрохронологнческие методы в системе ретроспективной ин-икации и организации системы лесного мониторинга на северной ределе произрастания лесоз представляют особай интерес, так ак в.этих условиях прирост деревьев, э в конечном итоге, сос-ояние и динамика лесных экосистем, во многом определяется лиматическими флюктуациямм. Без учета этих факторов нсвозмо*-о провести эффективную и достоверную оценку влияния техноген-ого загрязнения иа древесную растительность (йкнис, 1990), Целью исследования являлось изучение яизненкого состояния динамики злово-лиственничних древостпев под'влиянием а^мо-ферных выбросов Норильского горно металлургического комбината.

I

Основные задачи исследования:

1. Выявить диагностические признаки повреадения основных лесо-образующих видов лиственниц сибирский (Larix sibirlca Ltib.), Гмелина (L. gmelinli (Ruppr.) Ruppr.), Чекановского (L. x czekanousKii Sz.), ели сибирской (Picea obovata Ldb.), березы пушистой (Betula pubescens Ehrb.) и их информативность при-воздействии атмосферных выбросов S02. Разработать вкалу визнен-кого состояния лиственницы для условий Крайнего Севера.

2. Выявить климатические факторы, обуглавливавцие погодичну! и многолетнюю изменчивость прироста лиственницы и ели, в различных' условиях местообитания.

3. Построить регрессионные модели, описывавцие связи индексо! прироста с климатическими факторами, и на их основе оценит! влияние промышленного загрязнения на радиальный прирост лиственницы и ели.

4. Дать пространственно-временную оценку состояния лесных со обществ в зонах с различной техногенной нагрузкой.

Научная новизиа:

- выявлены морфологические изменения основных лесообразую чих видов на северном пределе их распрстранения под влияние техногенного загрязнения, дана оценка информативности этих из менений как диагностических признаков. Разработана акала оцен ки визненного состояния лиственницу в притуадровых лесах;

- при помощи дендрохронологичсского метода перекрестной да тировки изучена динамика отпада в лиственничных древостоях:

- зырвлсны климатические факторы, лиыитируюцие радиальнь прирост лиственницы и ели в условиях резко континентальног кличата.

- на основе функций отклика, описывающих связь -индекс! прироста с кЛииатичэскими переменными, получены регрессионш

/равнения, позволяющие рассчитывать оаидаемый прирост в период техногенного загрязнения. фактическая знзчи«0( :ь работы:

- разработанная икала оценки жизненного состояния листвен-1ицы мояет быть использована при мониторинге за состоянием ли-лвеншг .нх лесов на северном пределе их распространения;

- показана перспективность использования метода дендрохро-иологической датировки для изучения динамики отпада в лиственничных древостоях;

- полученные данные позволяют использовать радиальный прирост в ретроспективной индикации для определения начала отрицательных изменений в жизнедеятельности дерева и их интенсивности 8 результате техногенного загрязнения;

- результаты исследований могут быть использованы для разработки нормативов допустимой техногенной нагрузки на экосистемы Крайнего Севера и организации системы мониторинга. Апробация работы. Результаты исследований обсуидались на Всесоюзных конференциях молодых ученых в ПуикиноС1988 и 1930 гг.; на I Всесоюзном совещании по экологии лесов Себера & Сыктывкаре (1989 г.) ■ и на и Всесоюзной конференции. \чо проблемам дендрохронологии и дендроклйматологии в Свердловске (1990 г.). Лубликаци". По теме диссертации опубликовано 7 работ.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 7 глав, заклпчения и выводов, излозена на итраницах. включая

таблиц и рисунка; библиография названий.

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.

В этой глазо рассмотрено фитотоксическое действие дбцокиси серы на растительность, основное проблемн диагностики кизнрн-ного состояния деревьев и дреьостоев в услспизх атмосфорнгги

3

загрязнения, использование дендрохронологических методов для ретроспекивной оценки состояния древостоев.

ГЛАВА 2. ПРИРОДНЫЕ УСЛОВИЯ РАЙОНА ИССЛЕДОВАНИЙ.

Район исследований располоиен в западной части плато Путирана (Красноярский край). Па схеме лесорастительного районирования эта территория относится к Путоранской провинции лиственничных лесов и редколесий (Назимова, 1969). ■ По рельефу исследуемая территория неоднородна. Между хребтом Лонтокойский камень и основной "стеной" плато Путорана рас п о л о е на Но р и л ь с к а я долина дириной до 50 км с абсолютными отметками до 200 м.

Климат района исследований резко континентальный. Средняя годоьая температура воздуха равна -10,0° С. Продол1ительность вегетационного периода от 40 до 80 дней. В среднем за год выпадает около 500 мм осадков. В теплый период преобладают ветры северного и северо-западного направлений.

Притундровые леса и редколесья сосредоточены в основном в долинах рек и озер, на склонах и невысоких водоразделах. Преобладают леса зеленомомной группы типов леса. Основным лесо-обрэзаватслем является лиственница. Ель и береза чистые древостой образуют лишь на небольших участках. Производительность лесов низкая, преобладают леса ииа бонитета. Почвы мерэлотно-таевные: неглеевые и глеевые.

С конца 30-х годов в регионе началось техногенное возздей-ствие Норильского горно-металлургического комбината на природную среду, основной продукцией которого является медь, никель и ксСальт. До конца 60-х годов ь производстве использовалась 1мзко"ср1Гистс,е сырье. После разработки Та.'шахскиги мосторокде-нчя с высокосермистыи енрьек пыброс в атмосферу,сернистого ан-

4

гидрида значительно врзрос. Газоочистные сооруаения в этот период отсутствовали. 8 конце 70-х годов после пуска Надеядин-ского комбината объекм производства резко увеличились и общий объем выбросов сернистого ангидрида достиг в этот период более 2,5 млн. т. в год (Власова, Филипчук, 1990). Во второй половине 80-у. годов после строительства газоочистных сооружений и цеха по утилизации серы объем выбросов несколько стабилизировался, но остается еще ечеиь высоким.

Основным компонентом газообразных выбросов является сернистый ангидрид, который составляет 98-98% от общего количества выбрасываемых газов.

Первые признаки повреждения и гибели лесов в районе Норильска отмечены в 1968 году. К 1984 г. по,данным Брянской специализированной лесоустроительной экспедиции погибло более 300 тис. га древесной и кустарниковой растительности.

ГЛАВА 3. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИИ. £ля изучения состояния .1 динамики древостоев была залояепа сеть постоянных пробных плоиадей (ППЮ и постоянных учетных площадок (УП) в северо-восточной (наиболее редкая повторье-иость ветров в летнее время) и вго-восточном направлениях (основное направление распространения атмосферных выбросов в летний период) от источгчка выбросов (рис. 1),

Постоянные пробные площади закладывались в соответствии с ГОСТ 16128-70. Больная часть ГШП и 9Я относится к зеленомоиной группе типов леса, наиболее аироко представленной с районе исследований. На больиинстве ППП по запасу в составе древостоя преобладает лиственница, а по числу стволов нередко преобладает ель и береза. Постоянные учетные плоцад::и закладывались для 30 деревьев одного вида в форме круга.

5

древостой погибшие древостси усиханщие прево^тои сильно ослабленные Й1,¡1111,111 древостой ослабленные местоположение МП (УП)

Рис. 1. Схема района исследований

Состояние древостоев оценивалось в течение 1986-1900 гг. согласно методическим требованиям "Инструкции по экспедиционному лесопатологическ^му обследованию лесов' СССР" (1983 г.). С 1988 г, параллельно использовалась "Методика по организации и проведению работ по мониторингу лесов СССР" (1987 г.).

' В ка,;0стве основных показателей повреадения использовалась дефолиация и дехронация кроны. Под дефолиацией понимается потеря хвои/листьев С/.) относительно дерева - эталона, а под де-хромацией - доля хвои/листьев в кроне(2) изменившей цвет.

Кроме этого проводилось детальное описание всех деревьев на пробных площадях с целью выявить морфологические изменения, происходящие под влиянием S0 .

Ретроспективные оценки проводились дендрохрокологическими .методами. Для изучения динамики отпада исслледовались спили со всех погибших деревьев на 4-х ППП: Í (34 шт.), 14 (28 шт.), 24 (24 шт.), 27 (17 иг.).' С целью изучения точности дендрохроно-логической датировки исследовалось 15 модельных деревьев, дата гибели которых документально зафиксирована е результате ежегодных визуальных наблюдений на ППП.

Для построения дендрохронологичпских рядов в северо-восточном направлении отбор кернов проводили на 5, 6, 25, 27, 30; в юго-восточном на 1, 14, 24 ППП и на 7 и 8 Ш1. Образцу древесины отбирались с i0-2* деревьез по 1-2 радиусам с дерева. Учитывалась возрастная структура древостоев и их жизненмое состояние. fía ППП 1, 14, 24, 27 отбирались образцы древесины и с сухостойных деревьев. Образцы древесина били сдатированы и измерены с точностью до 0,01 мм. Для исклвчсния роэрастиого тренда применялся "метод коридора" (Еиятов, I98IÍ). Йычислсч<ле индексов ширины годичных колец и их усреднение проводилось по компьютерным программам INDEXfi и GNRL. разработавши в лаборэ

7

тории дендрохронологии Института экологии растений и 1Ивотны> УрО PfiH &.С Мазепой. Обобценные дендрохронологические ради построены- для 10 участков. Номер ряда соответствует номеру пробной плочади. Ряд 25 построен по ели, остальные по лиственнице. Всего было получено 20 дендрохронологических рядов для деревьев различных категорий жизненного состояния и 2 генерализованных ряда, использованных для реконструкции климата.

Кэкдая из обобщенных хронологий, построенная по живым" деревьям, была испытана на наличие значимой автокорреляции путей использования модели авторегрессии и/или скользяцего среднего ( ftRHft, т. Mft ) (box. 3enklns, 1976).____

После этого проводилось, выявление факторов, оказывавцих наибояьвее влияние на прирост. Для этой цели использовалась модель мноиественной линейной регрессии на переменных в осях

главных компонент <Frills, 1986: Cook, 1967). Обработка велась

!

по програмие RESP0. разработанной в Лаборатории изучения древесных колец Йризонского университета СВЙ (Lough, 1983), Функции отклика были получены для периода с 1901 по I860 гг. и для двух равных периодов с 1901 по 1930 и с 1931 по I960 гг., используемых для проверки устойчивости связей (Fritts, 1986).

При сохранении значимой и достоверной связи в пределах верификационных периодов калибрационные уравнения за период с 1901 по I960 гг. применяли для прогнозирования прироста деревьев в период с 1361. по 1986-1989 гг. с использованием соответствующих климатических данных.

Прогнозируемый и фактические индексы прироста за эти временные интервалы затем сравнивались мевду собой для установления того, существенны или нет различия менду ними. Ha этой ос-яове делалось заключение о начале и интенсивности воздействия поллотантов не древесную растительность.

а

ГЛ.4. МОРФОЛОГИЧЕСКИЕ ИЗМЕНЕНИЯ ОСНОВНЫХ ЛЕШБРДЗУЮШ ВИДОВ.

При изучении жизненного состояния деревьев основное внимание обращалось на морфологические изменения, происходящие под влиянием загрязнителей.

Для лиственницы, как и для других лесообразователей. в пер-, вую очередь наиболее информативным и стабильным признаком является дефолиация, связанная с отмиранием ветвей и, соответственно, снижением густоты кроны. Остальные признаки следует использовать лишь для корректировки жизненного состояния деревьев. Для молодых и средневозрастных деревьев характерно прея-де всего усиленное образование ауксибластов на стволе дерева. Как правило, после начала этого процесса в зоне силь»ого загрязнения дерево отмирает в течение 2-4 лет. У перестойных деревьев образования ауксибластов на стволе перед гибелью обычно не наблюдается. Такой показатель, как дехромация, является информативным лишь в первой половине вегетационного сезона. В случае полной дехромации в этот период дерево усыхает ase на следуюиий год. Наличке дехромации с виде слабого хлороза или некрозов кончиков хвоинок свидетельствует о тенденции к усыха-нию отдельных ветвей на следующий год.' Около половины таких деревьев погибает з теченет блияайших 3-4 лет. Часто дехромация наблшдается лишь на отдельных ветвях, особенно у перестойных деревьев. В этом случае повреадение мояет вызвать усихание этих ветвей в последующие годы, однако резкого ухудшения состояния дерева может не происходить. При наличии даже полной дехромации во второй половине вегетационного сезона, особенно в начале августа, дерево на следующий год мояет выглядеть совершенно здоровым. Характерным признаком сильно ослабленных и усыхающих деревьев является запаздывание в срокнх начала вегетации и уменьшение размеров хпои. Деревья, запаздывающие в ве-

9

гетационном развитии от основной массы деревьев в древостое примерно на недело ими имевшие укороченную на 2/3 хвою лт типичной для данного древостоя, обычно усыхают или в текущий или на следующий год. • ^

На основании проведенных наблюдений за состоянием деревьев на ППП в течение 5-летнего периода стало возможный разработать пкалу оценки жизненного состояния для лиственницы. При ее разработке старались совместить уже существующую и общепринятую в навей стране методику ("Uraft nanual.., 1986) с полученными результатами натурных обследований. В качестве диагностических признаков использовалась выиеописаиние морфологические изменения с учетом сроков наблюдения за состоянием древостэев. Использование многолетних данных о изменении состояния деревьев позволяет надеяться, что ккала будет обладать высокой пргноз-ной информативностью.

У ели дефолиация кроны связана прежде всего с сокращением срока жизни хвои. Довольно сильная дефолиация наблюдается у ели, произрастающей в горных условиях, несмотря на значительную удаленность от источника зыбросов (150-250 км). Ель в данных условиях находится на границе своего ареала, поэтому при. чиной дефолиации может 6htv сочетание крайне неблагоприятных условий среды с хронический воздействием загрязнителей. Изменение окраски хвои у ели значительно лучве согласуется с жизненным состоянием деревьев, в отличие от лиственницы.

. Для еловых древостоев, произрастающих в понижрннш местах с большим скоплением снега о зимний период, под лиянием загрязнения наблюдается сильное разрапзние плагиотропных зетпей. Процессы новообразования ветвей из спящих почек, описанный многими исследователями (Schutt, Couling, 1935; Mestman, Le-slnski, 1385. 1986), ьыранены кздостаточно для использования

10

их в качестве диагностического признака.

У березы дефолиация проявляется в изреаивании кроны с появлением сухих ветвей в вевхпей ее части. Визуально хорошо заметно уменьшение размеров листьев, особенно на концах побегов. В последствии у молодых деревьев в нижней части ствола обильно появляются устойчивые к загрязнении воздуха побеги. Старые деревья обычно усыхают полностью. Использование дехромации также как и в случае с лиственницей является достаточно информативным лишь в первой половине вегетационного сезона. Наличие дехромации у старых деревьев, не обладающих высокой регенераци-онной способностью, свидетельствует о начавшемся процессе усы-хания. Молодые деревья даже с полностью некротированной листвой в течение вегетационного сезона способны к повторному рас-•пуеканию листьев.

ГЛАВА 5. ЖИЗНЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ДРЕВОСТОЕВ И ИХ ДИНАМИКА.

Исследования показали, что устойчивость древостоев прежде зеего связана с плодородием почв, на которых они произрастают, а также со степенью их влагообеспеченности. Наиболее устойчивыми оказываются высокопродуктивные пойменные леса. Количество деревьев лиственницы 4-6 категории жизненного состояния в них (за 4-летний срок наблюдений с 198? г.) увеличилось ливь на 3%, ели - на 5'/., а в наименее устойчивых лесах и редколесьях, произраставших на склонах и невысоких водоразделах, количество деревьев лиственницы этих категорий за 5-летний срок наблюдений с 1У86 г. возрасло почти на 20%, ели от 6 до 2?%, березы до 22'/.. В то же время лиственница в редколесьях, произрастающая на торфянистых переувлажненных почвах, несмотря на малое их плодероди», оказывается достаточно устойчивой к загрятченке атмосферы. Количество деревьев лиственницы 4-6 категорий (за 5

11

лот) увеличилось лишь на 4%. ели на 17%.

Устойчивость древостоев снижается с их возрастом. Так. в западной части оэ. Кета лиственничные древостой с преобладанием в их составе перестойных деревьев находятся в усыхающем состоянии, тогда как средневозрастные в ослабленмом.

Наблюдениями установлено, что неблагоприятные климатические условия вегетационного сезона прошлого года способствуют увеличению отпада в древостоях. После холдного лета 1989 г.'зафиксирован максимальный отпад лиственницы за все годы наблюдений на 80%. ели на ?0'/. пробных площадей.

— Таким образом,-мохно сделать-вывод о постоянно ухудвающемся состоянии лесных сообществ, несмотря на некоторую стабилизацию выбросов НГМК в последние годы. Наибольшие повреядения лесов наблюдаются в долинах рек Норилка, Рыбная, озер Мелкое, Кал. Хантайское и Хантайского водохранилища, где лиственничная часть древостоя находится ь состоянии усыхания.

Обследование лесов показало относительную устойчивость ели по сравнении с лиственницей и березой. Практически на всех пробных площадях наиболее высокий отпад у лиственницы и березы. Б наиболее поврежденных древостоях ежегодно усыхает до 5Х деревьев лиственницы от о' дего количества деревьев на пробной площади, березы - до 82, в то ьремя как отпад ели очень редко превышает 27..

ГПАВП 6. ДИНАМИКА ОТПАДА ЛИСТВЕННИЦ« В ДРЕВОСТОЯХ.

При исследовании спилов с деревьев, дата гибел,, которых била документально зафиксирована з результате ежегодных наблюдений за состоянием дреаосгоьв на ППП, оказалось, что дсндрохро-нологическуя датировка времени гнивли деревьев выполняется с темностью от ! до 5 лет. На 2/3 руссты ствола откладывается кг

12

2-3 кольца больше, чем у его основания. Количество годичных колец, образовавшихся в последние годы зизни и не поддающихся точной датировке из-за слабой их изменчивости и наличия выпадающих колец, не превышает 4-6 вт. Последние 2-3 кольца проявляются, как правило, на ограниченных участках спила. При анализе всех отобранных спилор оказалось, что заболонная древесина удовлетворительно сохраняется до 30 лет. что позволяет сохранить полученную точность датировки в течение этого периода. В тек случаях, когда дерево усохло в более ранние периоды времени, заболонная древесина сохраняется в удовлетворительной состоянии лишь на ограниченных участках спилз, и точность датировки нояет снижаться до 10 лет. Однако, точность датировки (ибели дерева в 1-5 лет вполне достаточна для изучения динамики отпада в древостоях за 30 - летний период (с начала 60-х годои).

Для определения величины естественного отпада проводилось обследование условно здоровых древостоев в районе Верхне-Кула-мбинских озер. По степени сохранности древесины сухостойных деревьев (превде всего эаболонной ее части) сделан вывод, что в течение по крайней мере последних 20 лет естественный отпад деревьев лиственницы не ног превышать в этом районе .0,5% в год.

Результат» датировки показали, чти отпирание деревьев в результате воздействия атносферного загрязнения началось с начала 70-х годов в юго-восточной направлении (ППП 1 и ППП 14) и с конца 70-х годов в северо-восточном направлении (ППП 27) (рис. 2). Более молодые древостой оказываются более устойчивыми: на ППП 24 (средний возраст 115 лет) увеличение отпада нроизомло на 5 лет позве, чем на ППП 14 (235 лет) и абсолютные величии» отпада значительно ниин. Наиболее резкое .увели-

13

Рис. 2. Отпад деревьев на ППП (в к обцему количеству деревьев на пробной площади)

чение отпада на всех ППП произошло в конце 70-х и в начале 80-х годов, что связано с пуском Надевдинского комбината. Древостой, располоаенные в юго-восточном 'направлении, имеют сходные тенденции в величине отпада по годам, тогда как на ППП 27 наблюдается снижение отпада в 1984-1986 гг., а такяе резкое

увеличение отпада в 1988-1989 гг., что, видимо, свидетельству»

ет о значительны): колебаниях в пространственном распределении атмосферных загрязнителей в связи с изменением ветрового реЕИ-ма в отдельные годы.

За последние 10 лет отпад увеличился в 3-16 раз по сравнению с предыдущим десятилетием. При сохранении существующей V тенденции к постоянному увеличению отпада следует в последующее пятилетие ожидать перехода сильноповреяденных древостоев в усохшие, а ослабленных в усыхающие.

Количество сухостоя, накопившегося в древостое в результате

естественного отпада в период до'1970 г., составлает от 97. на ПЛП 24 и от 14 до 20% на ЛПП 1. 14 и 27. НаибЬлее старце из сухостойных деревьев погибли еце в начале 18-го века, то есть, усохшие деревья могут находится на корня более 150 лет.

При определении даты гибели деревьев фиксировался также год, когда произошло наиболее резкое снижение прироста и дальнейшая датировка годичных колец стала невозможной из-за очень небольшой их величины. Подобное снижение радиального прироста наблвдается у деревьев 4 и части деревьев 3 категорий жизненного состояния. Резкое снижение прироста у части доревьез и, соответственно, ухудшение их жизненного состояния началось еще с 196? г., и доля таких деревьев увеличилась до 38-50% в 1978 г., после чего их доля увеличилась до 79-88% в течение двух лет с 1979 по 1380 г. Это также свидетельствует о самых неблагоприятных последствиях для лесов данного региона пуска Надеждинского комбината.

ГЛАВА 7. ВЛИЯНИЕ КЛИМАТИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ И АТМОСФЕРНОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ НА РАДИАЛЫШИ ПРИРОСТ ЛИСТВЕННИЦ« И ЕЛИ.

Есе обобщенные и генерализованные ряды обладают высокой чувствительностью- коэффициент чувствительности от 0,34 до 0.59. Обобщенные ряди по лиственнице обладают синхронностью от сродней, до очень высокой (от 75 до 91%). Синхронность между рядами по лиственнице и рядом по ели от средней до высокой (от 74 до Й4 %). Значения коэффициента корреляции между рядами по лиственнице колеблются от O.til до 0,92. Для рядов по лиственнице и ряда по ели значения коэффициента корреляции более низкие, чем между рядами по лиственнице (от 0,55 до 0.60).

Исследование автокорреляции показало, что в большинстве, случасп аьгорегроссия имелась в рядах (для 7 дендрохронологи-

15

ческих рядов из 10 была подобрана модель AR(3), для 2 рядов модель - fiR(l) и для 1 ряда модель - Ш(5Л. Автокорреляция значительно возрастает в периоды с высокой июньской температурой и вследствие этого ряды по этому показателю не япляются в полной мере стационарными. При дальнейием анализе использовались серии, в которых автокорреляция не была исключена.

Для установления статистических связей между дендрохроноло-гическики рядами и климатическими переменными использовались данные метеостанций Дудинка и Туруханск .

Установленные значения коэффициента детерминации гг оказались значимыми, как для периодас .t90I-_.no 1960 гг. , так к для верификационных периодов 1р<0.05). По этому^ показателю имелось некоторое различие для разных участков к для различных местообитаний. С удалением от г. Норильска на юг связи становились более слабыми. Среднее гг для всех обобщенных рядов по лиственнице - 0.65.

Для всех функций отклика характерны'прежде всего достаточно низкие регрессионные коэффициенты для средней месячной температуры июня (рис. 3). Это объясняется прежде всего низкими средними месячными температурами этогб месяца и значительным

• О в

их варьированием по отдельным года» (от -0,6 С до +12.5 С). В связи с тем, что в 1901-1930 гг. средняя температура июня была ниже, чем в 1931-19G0 гг. (4.3 °е и 6,1 "С, соответственно), роль июньских температур в период с 1931 по 1960 гг. значительно возросла. Б то ке время в 1931-1960 гг. за счет возрастания роли июньских температур несколько снизилась роль июльских температур.

Как правило, корреляция индексов прироста несколько возрастает с суммой июньских и июльских температур (максимальное значение 0.68). Для рядов по лиственнице корреляция значнтель-

16

Рис. 3. Функция отклика индексов прироста иирины годичных колец: а) дендрохронлогический ряд 5 (лиственница), б) дендро-хронологичоский ряд 25 (ель): ■» - для периода с 1301 по 1930 гг.. * - для периода с 1931 по 13С0 гг

но увеличивается, пели произвести усреднение индексов прироста и температур по 5-летиям, что особенно проявилась для температур июня и суммы июньских и июльских температур. Максимальное значение кооффициемта корреляции для температур июня составило - 0,77, для температур июля -0,78, а для суммы температур июня и июля- 0.06. Это позволило выполнить реконструкцию сунмы

1?

\

температур июня и июля за !320-1900 гг. для генерализованного ряда по лиственице. Оказалось, что средняя температура июня и июля за 1983-198? гг. была максимальной за весь период выполненной реконструкции, что мокет брть следствием уже начавшегося глобального потепления климата в результате увеличения концентрами двуокиси углерода в атмосфере.

Роль августовских температур относительно невелика и возрастает лиаь в периоды с низкими июньскими температатурами. Обично сезонный рост у лиственницы заканчивается в первой декаде августа, однако п неблагоприятные годы с низкими ианьски-ми температурами окончание роста колец сдвигается на более поздний срок и относительный вклад августовских температур в величину сезонного прироста оказывается значительным.

Для рядов 30 и 8, полученных с участков, расположенных в хорной части плпто в долинах рек Никчанда и Севернаяследуот отметить половительные значимые регрессионные коэффициенты для зимних температур с декабря по февраль.'

Относительно стабильными были связи индексов прироста с осадками августа, а такве сентября прошлого года. В некоторых случаях коэффициенты регрессии мевду этими переменными, особенно для периода с 1931 по 1960 гг. били выше, чем с-остальными климатическими переменными. Связано это с условиями увла-янения мерзлотных почв (Поздняков, 1963). В условиях относительно засушливого климата и многолетнеиерзлотных грунтов 6.1-льиую роль для древесных растений играет влага предыдущих лет, за1?онсервированная в мерзлотном слое. Осадки аведста-сентября, составляющий в годовом балансе осадков до 302, играют важную роль в пополнении запасов гяэги в почвенном слое. Роль осадков августа-сентября прошлого гор.а значительно снижается в современный период г. 1961 г. Пршииой такой нестабильности связей

13

мохет быть подкисление осадков-'двуокисью сиры даяв на очень болызом удалении от комбината, либо изменение суще!твующих связей с климатическими факторами, вызванное увеличением общего количества осадков,

У ели имеется много общего в реакции на климатический факторы с лиственницей, хотя существующие различия а сроках вегетации между ельи и лиственницей сказываются и на соответствующие связи с климатическими фактсрами (рис. 36). В связи с тем, что ель имеет более короткий вегетационный период, чем лиственница (прежде всего запаздывание начала вегетации до двух недель), основным лимитируюзим фактором для ели являются июльские температуры. Для ели характерны более тесные связи с осадками августа-сентября прошлого года.

Для больминства рядов по лиственнице впрификация калибрачи-онного уравнения с использованием температур виня и июля показывает достаточни стабильные связи, позволяющие использовать пля калибрации период с 1901 по 19С0 гг. Нарушение стабильности связей, преяде все)о по коэффициенту детерминации наблюдается для рядов, полученных для многоснеяннх участков. Это вызвано низкими температурами нюня в период с 1901 по 1930 гг. Вегетация в годи с холодной весной на таких участках задераи-вается до начале» июля и роль июньских температур плохо выраае-ил. Однако. в современный период (с 1361 г.) средняя месячная температура июня была близка к средней месячной температуре ,<вия в 1з01-1960гг. (4,92 °С и 5.22 °С), поэтому моино сделать заключение, что связи индексов прироста с температурами июня и июля, 1.аь в пределах верификационных периодов, так и ио время чалийрационного периода очдут близки к таковым в современный шрипр.

Для диидрохронологичгсього ра^а по «¡ли 25 _спя?и в пределах

19

верификационных пориог.о;.' «шлее стабильные, чей для рядов по лиственнице. Это опредляется тем, что температура июля (основной лимитирующий фактор для ели) во все рассматриваемые периоды, была примерно одинаковой.

Полученные уравнения были использованы для определения величин -рироста за прогнозируемый период с 1961г.. Для установления сходства неяду фактическими и предсказанными индексами прироста использовались стандартные математические критерии широко применяемые в дендрохронологии (РгИз'й, 1976).

Оказалось, что в подавляющем большинстве случаев испытания 1-критериа показали достоверное различие неяду средними значениями прогнозируемых и фактических индексов'прироста. Нулевая гипотеза принята лишь дм ряда с самоЛ вяной ЯП 8. рас-половенной в 320 км, от г.Норильска. Прогнозируемый прирост в этом случае оказался даже несколько выче фактического.

Результаты испытаний, когда сравнивалась ковариация меаду прогнозируемыми и фактическими индексами прироста, менее однозначны. Нарушение связи отмечено лишь для радов, полученных с участков, где имелись визуальные признаки повревдения дере-вьзв. Для рядов с участков, где древостой не имели визуальных признаков повревдения, а также для ряда по ели наблюдалось да-ве некоторое повышение ковариации.

Использование критерия знаков показало, что в большинстве случаев наблюдаются различия в трендах иеяцу фактическим:; и спрогнозированными индексами прироста. Не обнаруяено различий в трендах лишь для ряда с^самой северной ППП 30 и самой ваной 91/ 8. 1

Анализ графиков (рис. 4) позволяет предполоннть, что реакция прироста на промышленное загрязнение начзлась практически на г.ссх ППП с 1963-1370 гг. Неблагоприятные климатический условия

20

'ис. 4. Сраннение фактических и расчетных индексов прироста ;ля обойденного дендрохронологического ряда 14: * - факти-4еские индексы прироста. - расчетныз индекса прироста.

<онца 60-х - начала 70-х годов кегли усилить действие атнос-рерного загрязнения на прирост деревьев. В условиях хронического загрязнения аномалии в приросте деревьев_ наблюдаются в течение последних 15-20 лет при отсутствии визуальных признаков повреждения. Однотипная реакция прироста наблюдается у 1еревьев разных категорий жизненного состояния, произраставвих з довольно неблагоприятных условиях местообитания, причем нет <акнх либо различий и между разными возрастныки категориями 1еревьев. Деревья, произрастающие в более благоприятных условиях местообитания, показывают более дифференцированную реак-диа прироста на загрязнение. Этс подтверждает вывод о том,- что зипокопродуктивные древостой обладают более высокой устойчиво-:т!.я.

Исследование прироста ели показало, что средняя норыа прироста в РО-х годах ниже, чем у лиственницы, а в 70 и 80-х, наоборот. значительно выше. Для объяснения этих фактов можно выкинуть следующие гипотезы: 1) Так как визуальные признаки пи-

21

врикдения у ели проявляются раньше, чем у лиственницы, прирост ели раньше среагировал на загрязнение; 2) За счет интенсивного отмирания лиственничной части древостоя в последние два десятилетия ель перестала испытывать конкуренцию со стороны лиственницы и получила дополнительные возможности для сопротивления нарастающей нагрузке; 3) Климатические условия в этот период были более благоприятными для роста ели, чем для лиственницы. Температура июля, в основном лимитирующая рост ели, в последние десятилетия была самой еасокой за текучее столетие, тогда как температура июня, роль которой велика для роста лиственницы, сохранялась на уровне многолетней.

Заклэчение:

3 результате проведенных исследований выявлено, что начаю деградации лисгвенпичных древостоев в результате загрязнения атмосферы относится к второй половине 60-х - началу 70-х годов и усугублено неблагоприятными климатическими условиями в отдельные годи этого периода. Наиболее катострофические последствия для лесов региона имел пуск Надендинского комбината в конце голов. В настоящее время активно идет деградация лиственничников в Норильской долине и .непосредственно примыкающих к ней территориях на расстоянии до 150 км. в юго-восточном направлении м до 80 г*, е северо-восточно* направлении от источника выбросов. Аномалии в приросте деревьев наблюдаются даае в наиболее устойчивых к загрязнению пойменных древос-тоах при отсутствии визуальных признаков повреждения на расстоянии до 170 км. в юго-восточном направлении и до 100 к«, в северо-восточном направлении от источника выбросов. « начало этих изменений такве относится к концу 60-х - началу ?0-х годов. При этом потери прироста достигают 30-507. от нормы и при-

22

бликагатся к критическому уровню' после чего последует ррзное ухудаение их аизненного состояния. Результаты деьдрохрпнолсл и -ческих исследоьний позволяют предполонить, что зона повременных лесов значительно обширнее, чем зафиксированная Брянской специализированной лесоустроительной экспедицией при пииоми аэрокосмических и Наземных методов мониторинга.

При неблагоприятных климатических условиях вегетационного сезона, особенно повторяющихся в течение нескольких лет. следует овидать быстрой деградации древостсев в зоне хронического загрязнения. Для стабилизации обстановки в регионе следует сократить оИем выбосов диоксида серы в конце июня и июле до уровня середины 60-х годов (безотлагательно объем выбросов долнен быть сокращен до уровня конца 70 х годов, т.е. до начала пупка Надеядинского комбината). й первую очередь следует обратить внимание на сокращение объемов выбросои при пеграх юго-западного и западного направлений (при редкой их повторяемости в летнее время), что позволит без крупных капитавлпвло-яьний сохранить древостой в районе г, Толнаха и оз. Лама,-имеющие вааное рекреационное значение.

Выводы:

1. При оценке аизнениого состояния лссообразующих видов в при-, тундровых лесах долина учитываться преидо всего дефолиация кроны. Для ели важна такие и яехромация кроны. ?.. Исследовния показали относительную устойчивость ели к яаг-рязниию атмосферы по сравнению с лиственницей и березой. Одной из причин этого, являются более благоприятные климатические условия для роста ели в последние десятилетия, чем для лиственницы и березы.

3. Рост лиственницы в регионе лимитируется температурами июня-июля текущего гида, а такяе осадками августа-сентября провлого

23

года( В периоды с новгдсокой температурой июня ее роль заметно снижается. Для горных условий значительную роль играют температуры наиболее холодных зимних месяцев. Для ели, в связи с более поздним началом вегетации, роль июньских температур вы-рааена слабее, чем для лиственницы, но более велика роль осад-

I

нов еь-1 уста-сентября прошлого года.

4. Дендрохронологические методы являются перспективными для ранней диагностики техногенных загрязнений и могут занимать важное место в системе ласного мониторинга притцндровых лесов.

5. Состояние древостоев в условиях атмосферного загрязнения значительно усугубляется в периоды с неблагоприятными климатическими условиями. Климатически условия 80-х годов были наиболее благоприятными для произрастания древесной растительности, к если йн не .'То обстоятельство, деградация лесов протекала бы с больмйй интенсивностью.

Основное содераание диссертации опубликовано а следующих работах:

1. Ивлин А.П., Менщиков С./!. Оценка влияния промышленных выбросов Норильского горно-металлургического комбината на радиальный прирост лиственницы сибирской, // Молодые учены-е - лесному хозяйству. И., 1989. С. 52-53.

2. Нг.нщиков С.Л., Ившин Й.П. Динамика состояния елово-листвен-ннчных насаждений, подверкешшх воздействию двуокиси серы на юге Таймыра.// Экология лесов севера,- Сыктывкар, 1989,- Т.2.-С.-4-5.

3. Кенциков С.Л., Ившин А.П.. Сродных Т.Б., Вэсклюк Л.В, Влияние промышленных выбросов на предтундровче леса. // Проблемы использования, воспроизводства и охраны лесных ресурсов, -йсщ-кар-Олд. 1969. - Т.2. - С. 146-148.

?А

4. Иишин Й.П. Датировка времвни-гибели деревьев лиственницы в древостоях, подверженных воздействию промышленных выбросов на Таймыре. // Проблемы дендрохронологии и дендроклиматологии. Свердловск. 1930а. С.70-71.

5. Ипшин А.П. Использование дендрохронологических методов при изучении динамики отпада в древостоях, подвериенных воздействию промышленных загрязнений на Таймыре. //Совервенствование научного обеспечения льсохозяйственного производства. Пушкино, 19906.С.123.

6. Ивпин.А.П. Оценка влияния атмосферных выбросов на радиальный прирост лиственницы в условиях лесотундры. //Динамика лесных фитоценозов и экология насекомых вредителей в условиях антропогенного воздействия. Свердловск, 1991. С. 87-92.

7. Ившин А.П. Дендроиндикация промышленных загрязнений в древостоях с преобладанием лиственницы на юге Таймыра.//Техногенные воздействия на лесные сообщества и проблемы' их восстановления и сохранения. Екатеринбург:Наука. Урал, отделение, 1992; С. 59-63.

ПОДПИСАНО К ПЕЧАТИ X4,00.93г. ФОРМАТ <ЗОх84 1/10 ОБЪЕМ 1.0 ПЛ. ТИРАЖ 100 ЗАКАЗ 864

ЦЕХ № А АООТ * ПОЛИГРАФИСТ * ЕКАТЕРИНБУРГ. ТУРГЕНЕВА,20