Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Влияние золоотвала на строение и ход роста молодняков сосны на примере золоотвала Череповецкой ГРЭС

ВАК РФ 06.03.02, Лесоустройство и лесная таксация

Автореферат диссертации по теме "Влияние золоотвала на строение и ход роста молодняков сосны на примере золоотвала Череповецкой ГРЭС"

- - •: > и

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКАЯ ЛЕСОТЕХНИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ

На правах рукописи

ГОШИНА Татьяна Васильавна

ВЛИЯНИЕ 30Л00ТВАЛА НА СТРОЕНИЕ И ХОД РОСТА МОЛОДНЯКОВ СОСНЫ НА ПРИМЕРЕ 30Л00ТВАЛА ЧЕРЕПОВЕЦКОЙ ГРЭС

06.03.02. - ЛЕСОУСТРОЙСТВО И ЛЕСНАЯ ТАКСАЦИЯ

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Санкт-Петербург - 1993

Работа выполнена в Санкт-Петербургской лесотехнической академии.

Научный руководитель - доктор сельскохозяйственных наук,

профессор А.Г.Мошкалев.

Официальные оппоненты: - доктор сельскохозяйственных наук,

профессор В.В.Загреев - кандидат сельскохозяйственных наук Н.С.Уланов

Ведущая организация: - Северное лесоустроительное

предприятие г.Вологда

Защита состоится " ?_1 "

- 1993 г. в

'// часов на

заседании специализированного совета К 063.50.01 в Санкт-Петербургской лесотехнической академии (Институтский переулок, д.5, главное здание, зал заседаний).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке академии.

Автореферат разослан

ЛЯ993 г.

Ученый секретарь

специализированного

совета, канд. с.-^наук^;-^

А.П.ЕВДОКИМОВ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность теш. Возрастающий уровень эагрязнания природы приводит к негативным изменениям экосистем, в т.ч. лесных. Проблема загрязнения лесов требует решения ряда лесоводственных, экологических и других задач. Влияние золоотвалов ГРЭС на строение и рост молодняков не изучены. Исследования велись на примере золоот-вала Череповецкой ГРЭС. Подобными являются золоотвалы Нарвской, Киришской, Псковской и других станций, построенных по одному типовому проекту с Череповецкой.

Цель работы - определить влияние золоотвала типовой электростанции Череповецкой ГРЭС на молодняки сосны брусничного и черничного типов леса, на их строение и ход роста. Задачи: I) разработать методику исследования; 2) выявить зоны влияния золоотвала, определить основные виды загрязнений и факторы влияния; 3) определить их действие на строение и ход роста молодняков; 4) определить ущербы и разработать мероприятия по снижению вредного влияния золоотвала.

Новизна научных результатов. Определены 3 зоны и основные факторы влияния золоотвала на молодняки сосны 1-го класса возраста в брусничном и черничном типах леса. Получены формулы определения-площади зон влияния золоотвала в зависимости от факторов влияния. Рассмотрены ряды распределения деревьев по ступеням толщины и ступеням высоты по зонам влияния золоотвала в сравнении с неповрежденными древостоями. Выявлены закономерности хода роста поврежденных молодняков. Определены и предлагаются для использования коэффициенты влияния золоотвала по зонам на таксационные показатели строения, отпад, лесопатологическое состояние. Определены дозы азота и серы, при которых гибнут молодняки. Подсчитан ущерб по зонам, разработаны мероприятия по снижению влияния золоотвала.

Обоснованность результатов обеспечена большим экспериментальным материалом (1880 пробных площадей), длительным изучением мо-лодняков сосны с момента действия золоотвала (1976 г.) и обработкой материалов на ЭВМ.

Теоретическая и практическая значимость работы и внедрение результатов. Теоретическое значение состоит в установлении закономерностей строения и хода роста молодняков сосны под влиянием золоотвала ГРЭС. Практическая значимость заключается в снижении влияния золоотвала и ГРЭС на лес. Наши выступления против строительства подобных золоотвалов дали определенный результат. Строительство второй очереди Череповецкой ГРЭС запланировано без золоотвала. В природоохранные мероприятия Череповецкой ГРЭС при составлении экологического паспорта включены наращивание и укрепление дамб золоотвала, устройство сборного для просачивающейся пульпы канала вокруг золоотвала. Построена от газопровода "Дружба" сеть для использования на ГРЭС остаточного газа как топлива. Администрация ГРЭС пытается использовать более чистое топливо - богословский уголь в 1991 г. Построена оборотная система. Зола из золоотвала используется для строительства шлако-бетонных плиток. Создан экологический центр. Рекомендуем использовать наи метод в других районах, особенно там, где имеются подобные золоотвалы теплоэлектростанций, построенных по типовым проектам Нижне-Новгородского тепло-проектного института (б. ГоТЭПа). Кроме того, по собранным материалам и полученным результатам нами разработано 40 лекций, с которыми мы выступаем с 1989 г.

Апробация и публикация. Основные результаты докладывались на научных конференциях ЛТА в 1988-1993 г.г., по Вологодскому радиовещанию, на областных экологических конференциях. Опубликовано 8 работ в журналах, сборниках, брошюрах, I статья - в печати. Кроме того, по охране природы издана I книга для детей.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, б глав, заключения. Объем работы 235 стр., в т.ч. графиков - 28, таблиц - 95, список используемой литературы содержит 299 названий.

оОдЖАНИК РАЬОТЫ

1. Состояние изучаемого вопроса. Произведен анализ публикаций, касающихся вопросов охраны окружающей среды, изучения строения и хода роста молодняков сосны в нормальных условиях и при различных видах загрязнений в брусничном и черничном типах леса, в т.ч. работы А.Г.Мошкалева, 1988; В.С.Моисеева, 1985; И.В.Логвинова, 1985; А.И.Воронкова, 1977; И.С.Матюк, 1983; Н.А.Чепурина, 1951; Л.А.Рихтера, 1981; В.П.Амаленко, 1983; Э.И.Бузыкина, 1982; Э.Л.Ивановой, 1991; Л.Ф.Ипатова, 1971; Е.Г.Тюрина, 1983; Ф.П.Са-до'вничего, 1966; А.П.Сляднева, 1963; А.А.Листова, 1982; Н.И.Будни-ченко, 1973; П.Ф.Идзона, 1971; Б.В.Бабикова, 1979; Ю.В.Селиванова, 1975; В.М.Соловьева, 1976 и др. Практически нет работ, в которых рассматривалось бы влияние золоотвала на строение и ход роста изучаемых молодняков.

2. Программа, изучаемые объекты и объем выполненных работ. Программные вопросы: I) определение зон влияния золоотвала и основных действующих факторов в них; 2) выявление закономерностей строения молодняков сосны в наиболее распространенных типах: брусничном и черничном по зонам действия золоотвала; 3) выявление закономерностей хода роста изучаемых молодняков в каждой зоне;

определение ущерба от действия золоотвала и мероприятий по снижению его вредного действия.

Работы на пробных площадях выполнялись по принятой в таксации методике (А.Г.Мошкалев и др. Закладка пробных площадей). Исследования велись в ценных и более распространенных типах леса -сосняках брусничных и черничных 3-го бонитета. Тип леса опреда-

• %

лялся по шкале В.Н.Сукачева. Характеристика почв производилась на основе почвенной карты и описания почвенного разреза. Количество пробных площадей принималось не менее 30 в каждой зоне и по обоим типам леса. По каждому фактору влияния закладывалось не менее 5 пробных площадей с замером иодельных деревьев. Изучались естественные молодняки 1-го класса возраста с измерением каждого дерева на пробной площади. На территории золоотвала до его появления изучение молодняков началось в 1975 г. Эти результаты замеров приняты за контрольные. Ежегодно закладывались новые площади, через 2 года на каждой из них производились повторные замеры.

Диаметры деревьев замерялись у корневой шейки, на высоте 0,5 м и 1,3 м в зависимости от высоты дерева. Приведено по зонам влияние золоотвала распределение деревьев по ступеням толщины и высоты. С гибелью залитого древостоя замеры прекращались. Ход роста измерялся на тех же площадях, что и строение.

На всех участках подсчитывалась урожайность ягод и грибов. Подсчитывается ущерб по древесине, грибам и ягодам. Детали методики приводятся в главах диссертации.

Работы проводились в сосновых молодняках Кадуйского района Вологодской области. Сбор материала ведется с 1960 г. Заложено 1880 пробных площадей, в т.ч. 397 в зонах золоотвала. С 1955 г. подсчитывается урожайность ягод и грибов. Постоянно ведутся фенологические наблюдения, записываются погодные условия. В 1990 г. создан экологический центр по работе среди населения с использованием материалов диссертации.

3. Зоны влияния золоотвала и Факторы влияния в них. Определены 3 зоны: зона I - золоотвал, зона 2 - активного действия и зона 3 - пассивного действия. Граница зоны I определена по территории, залитой пульпой, на ней почвы и древостой мертвые. Граница зоны 2 определена по почвенным ямам, по поднятию уровня грунтовых

вод. Здесь наблюдается большой процент отпада и блеклый цвет хвои, хорошо заметно снижение текущего прироста по высоте и диаметру. Граница зоны 3 определялась по более угнетенному состоянию древостоев, чем за пределами внешнего воздействия золоотвала. Эта граница не постоянна.

Основные виды загрязнений: воздушное от испарений золоотвала, затопление пульпой. Действие пульпы делится на 3 фактора влияния: заливание водой, затопление золой - механическое и химическое загрязнение. При затоплении торфяной пульпой молодняки гибли на 3-й год, если пульпа проникала на глубину 0,3 ы, а при замене торфа на уголь - при глубине 0,1 м. Влияние заливания водой определялось при нарушении систем мелиорации. При длительном стоянии вод на глубине более 0,5 м молодняки гибли. Проведены опыты по влиянию серы и азота, входящих в состав пульпы и воздушных выбросов из трубы ГРЭС. Древостой гибли при дозе 540 кг/га азота и серной мази 5 г на дерево.

Площадь зоны I в м2 определялась по формула: Б 1 = (У1П1 - У2П2 - У3П3) : Нэ

где У}- - объем сбрасываемой пульпы за год, м5;

У2 - объем выкачиваемой воды из золоотвала оборотной системой за год, м3;

У 2 - объем пульпы, вытекающей при прорывах и протекании дамб за год, м3; - количество лет использования золоотвала;

П2 - количество лет использования оборотной системы;

П^ - количество лет протекания дамб;

Нэ - высота допустимого наполнения золоотвала, м.

В зоне 2 - загрязнение происходит от протекания дамб, при этом происходит поверхностное и внутрипочвеннов подтопление, поднятие уровня грунтовых вод и частичное их загрязнение, а такте за-

грязнение почвы и воздуха. Почвы становятся бросовыми по численности микроорганизмов, по ферментативной активности и дыханию, по водно-физическим параметрам. Грунтовые воды поднимаются на 0,7 -0,8 м. Для определения попадания пульпы в грунтовые воды нами определялись коэффициенты фильтрации методом восстановления вод в профильной яма после откачки, описанным Б.В.Бабиковым. Они получались различными: от 0,003 до 0,01 и меньше в зависимости от вида грунта и степени загрязнения, времени определения коэффициента и места расположения ямы.

Площадь зоны 2 определялась по формуле: <¡2 = РД + Пп + Р2Л2, где Р£ - периметр золоотвала, м;

■ Р2 - периметр площади подтопления из-за прорыва дамб, м;

Пп - площадь подтопления, м^;

Л^ - ширина полосы с одинаковым уровнем грунтовых вод, поднимающихся от напора золоотвала, м;

Л2 - мае для площади подтопления, не менее 50 м в нашем случав, м.

В зоне 3 основные загрязнения: воздушное, механическое,и химическое. Сравнивается по схожести с молодняками, подвержеиными выбросам трубы ГРЭС, а также с загрязнением лесов вокруг полей при удобрении аммиачной селитрой и около бетонного завода цементной пылью. Площадь зоны 3 определена по формуле:

53 = п - (5Х +52).

где П - площадь, ограниченная линией по данным: Ув - средняя скорость ветра рассматриваемого направления, м/сек; Ку - коэффициент участия ветра данного направления в розе ветров, доли ад.; Т - время нахождения загрязненной частицы в воздухе, сек; площадь зоны I, м2;

>2 - площадь зоны 2, м2.

Строение молодняков сосны б брусничном и черничной типах леса по зонам действия золоотвала. Первые контрольные пробные площади закладывались в 1975 г. в древостоях 5-17 лет. Закладывались площади в естественных и искусственных молодняках. В табл.1 приведена характеристика части пробных площадей в естественных молодняках в Кадуйскои гос. лесхозе.

Предлагаем определять по всем таксационным показателям строения коэффициент антропогенного влияния по формуле:

Кв =

Т - Т к п

где Тк - таксационный показатель на контрольной площади; Тп - тоие, в результата влияния золоотвала.

Номер проб' н ой площади

Площадь га

Год замера

Сое тав

тип ласа

пласс бонитета

Возраст лет

Запас

га

Полнота

Ср. высота, м

Количество деревьев

С.р. диаметр по ысоте.см

0,0 м

м

м

00-

на

30-ло-отвала

4 12 2

0,5 0,1 0,5

— —»_

5

37 3

6

1987 .11.

1975

ЮС

бр. чер

4

— —

0,1 0,5 0,1

1980 1985

1987 —

1980 1975

бр. чер бр.

8 13

5 —»—

17

1,5

0,6 0,8

0,5 1,8 0,3

2807 417 4812

0,7 2,8 0,7

2,5

1,0 1,5

40

0,6 —

0,7

0,6

1,1 1,8 0,4 0,3

2913 1808 2301 498 0,6 | 873 5,0 | 217¡6,0

2,1 2,9 0,8 0,6

1,8 2,2

1,7

1.9

0,1| -■ 3,515,0

3 2

не-пов-р виден, древостой

3

2

3

3

3

3

3

Рассмотрены ряды распределения по ступеням толщины и высоты. У естественных молодняков обоих типов леса наблюдается наименьшая ассиметрия в сторону более толстых и более высоких стволов в зоне 2. Наиболее подходит для аппроксимации уравнение Пирсона 1-го типа.

В брусничных молодняках химическое загрязнение азотом 540 кг/га и серой 2,5 г на дерево 7 лет. Такое загрязнение приводит к гибели деревьев. Коэффициенты влияния в черничниках во всех наблюдаемых случаях ниже, чем в брусничниках.

Форма стволов всех изучаемых молодняков рассмотрена по среднему относительному сбегу в процентах от диаметра на 0,1 высоты дерева. В неповрежденных древостоях наблюдается средний относительный сбег. Он подобен приведенному В.С.Моисеевым в "Таксации молодняков" (1971) для сосны юго-восточной тайги. В зонах 2 и 3 наблюдаются нарушения по сбегу на относительных высотах 0,2; 0,3 и 0,6 из-за искривления стволов. Подобные результаты наблюдаются при загрязнении азотом, серой и цементной пылью. Наибольшие объемы, запасы на I га определились в неповрежденных древостоях, наименьшие - в зоне 2 в обоих типах леса. Наибольшее воздействие в брусничных молодняках оказалось от цементной пыли, в черничных - от длительного подтопления.

Наибольший отпад и процент поврежденных деревьев в естественных молодняках имеется в зоне 2, у лесных культур - в зоне 3, а в зоне 2 - они гибнут. Наибольший отпад и ухудшение лесопатологичес-кого состояния вызывает загрязнение цементной пылью и длительное подтопление. Часть результатов по основным показателям строения и коэффициенты влияния по ним приведены в табл.2.

Таблица 2

Зона или фактор Ср. диаметр, см Кв Ср. высота, м Кв Запас и3/ га Кв Отпад в % Кв Процент больных деревьев Кв

I 2 3 4 5 б 7 8 9 10 II

В естественных брусничных молодняках

2 1,75 0,19 1,83 0,16 1,83 0,64 45,6 0,43 45,5

3 2,15 - 2,06 0,1 4,53 0,12 20,1 0,2 32,7

0,3 0,2

Искусственные брусничные молодняки

3 1,2 - 0,6 0,14 0,01 0,93 47,7 0,36 28,2 0,26

Лесокультуры 1980-х г.г. - 0,65 0,07 0,08 0,47 29,8 0,23 15,5 0,13

Естественные брусничные молодняки по факторам влияния

Подъем у.г.в. 1,8 0,05 1,9 0,05 3,5 0,07 3,8 0,01 13,3 0,01

Временное затопление 1,9 — 2,0 — 4,0 0,13 7,0 0,02 19,7 0,04

Длительное затопление 1,7 0,13 1,7 0,19 2,1 0,54 21,0 0,17 28,3 0,14

Азот, 45 кг/га 2,5 -0,25 2,5 -0,25 3,5 -0,36 5,0 10,2

Азот, 140 кг/га 1,8 0,1 2,0 - 1,9 0,15 8,2 0,23 19,7 0,1

Азот, 540 кг/га 1,6 1,0 1,8 1,0 - 1,0 100 1,0 100 1,0

Сера, 2,5 г на дерево 0,6 —»—

Цементная пыль 1Л 0,75 М 0,9 0,5 0,84 51,8 0,48 48,2 0,41

Песчаная масса 1,3 0,05 2,0 0,05 3,8 0,18 12,3 0,06 25,3 0,14

5. Ход роста изучаемых молодняков сосны. Для определения принадлежности изучаемых молодняков к одному естественному ряду были

• \

построены графики высот и диаметров по методу Н.В.Третьякова в виде кривых и прямых линий. По ним установлено, что вса изучаемые естественные и искусственные молодняки обоих типов леса делятся на два естественных ряда, согласно зонам влияния золоотвала.

Рассмотрены возрастные изменения линейных приростов в высоту по зонам действия золоотЕала в ыолодняках до 10 лет. В табл.3 приведены изменения прироста в высоту для естественных брусничных молодняков.

Таблица 3

Зона Годы замера Линейные приросты в высоту по годам роста,см

I 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Неповражд. древостой 1961-1970 12 15 18 13 20 16 22 16 18 23

2 1576-1985 10 10 8 7 10 5 8 7 6 3

3 12 13 15 8 12 12 12 10 8 7

По факторам влияния также определено изменение приростов в течение 10 лат. Определены коэффициенты влияния золоотвала и факторов влияния на линейный прирост. В таблЛ приведены результаты для естественных черничных молодняков.

Таблица 4

Номер зоны Высота, м Тк, см* Т3, см* Т -Т Кв

I 2 3 5 6

2 более 1,3 и 42,3 10,3 32,0 0,75

0,7-1,3 27,3 8,5 18,8 0,68

0,5-0,7 20,2 7,2 13,0 0,64

3 более 1,3 и 42,3 25,8 16,5 0,39

0,7-1,3 27,3 19,2 8,1 0,29

_1|_ 0,5-0,7 20,2 16,5 3,7 0,18

Продолжение табл.4

I 2 3 4 5 6

Молодняки 0,30

1950-х г.г. более 1,3 м 42,3 29,5 12,8

0,7-1,3 27,3 22,2 5,0 0,17

0,5-0,7 20,2 18,6 1,6 0,08

к - обозначения: Т„ - контрольный линейный прирост по высоте; к

Т - линейный прирост по высоте в зоне золоотвала.

Построены графики кривых высот деревьев в зависимости от диаметра. Во всех изучаемых естественных рядах соблюдаются зависимости: чем меньше диаметр, там меньше высота. Наибольшие диаметры и высоты определены для неповрежденных древостоев, наименьшие - для зоны 2 в обоих типах леса. Связь манду высотами и диаметрами сохраняется при всех изучаемых факторах влияния, при постоянном влиянии цементной пыли и длительного подтопления кривые не могут быть построены, так как ход роста прекращается. Составлены таблицы хода роста по полученный результатам для молодняков обоих типов леса 5-ти и 10-летнего возраста, подверженных влиянию золоотвала и 10-латних молодняков, подверженных влиянию разных изучаемых факторов. Влияние на 5-летние молодняки золоотвала является более выраженным, чем на 10-летние. Лесные культуры обоих типов леса больше подвержены влиянию золоотвала, чем естественные молодняки.

6. Ущерб от золоотвала Череповецкой ГРЭС и рекомендуемые мероприятия по его снияению. Определены ущербы - потери древесины, ягод и грибов в натуральных показателях, так как экономика неустойчива. За 15 лет действия золоотвала общие потери древесины составили 60 тыс.ы^, грибов 1810 т, ягод 10625 т.

Основное рекомендуемое мероприятие - не строить подобных зо-

лоотвалов при строительства ТЭЦ. Для уменьшения территории заливания строить оборотные системы одновременно с пуском станций, не ждать их старения. Непосредственно для Череповецкой ГРЭС использовать более чистое топливо - газ. Влияние загрязнителей всех видов определять по молоднякам сосны - по лесопатологическому состоянию и таксационным показателям, непосредственно по коэффициенту антропогенного влияния.

Заключение. В представленной работе рассмотрены закономерности строения и хода роста молодняков сосны, подверженных влиянию сложного загрязнителя окружающей среды золоотвала на примере золо-отвала Череповецкой ГРЭС с начала времени его действия. Определены потери по древесине, грибам и ягодам, но не все виды ущербов. Вопрос сохранения молодняков хвойных лород имеет большое значение и требует дальнейшего изучения. Поэтому по данной работе считаем нужным продолжить исследования.

По теме диссертации опубликованы:

1. Гогулина Т.В. Отчего погибло насаждение. //Лесное хозяйство.-М., 1987. - № 5. - С.17.

2. Гогулина Т.В. Влияние пульпы золоотвала Череповецкой ГРЭС на строение и рост молодняков сосны. //Таксация и лесоустройство.

- Межвузовский сборник научных трудов. - Красноярск, 1989. -С.124-128.

3. Гогулина Т.В. Токсикологическое влияние высоких доз азотных удобрений на сосновые молодняки. //Лесное хозяйство. - М.: Экология, 1991. - № 5. - С.25-26.

Гогулина Т.В. Берегите можжевельник. //Юный натуралист. - М., 1968. - № 8. - С.25.

5. Гогулина Т.В. Остановить поток. //Юный натуралист. - М., 1992.

- № 2-3. - С.34.

6. Гогулина Т.В. Деревья умирают стоя. //Лесное хозяйство. - II,:

Экология, 1992. -tel.- C.I3.

7. Гогулина Т.В., Дружинина А.И. Лес - наше богатство. //Комплексные экскурсии в природу. - Методика для учителей географии.

- Вологда: ИППК, 1992. - С.55-59.

8. Гогулина Т.В. Влияние дорог с намытым песчаным основанием на рост и состояние молодняков сосны. //Научно-технические разработки лесного комплекса. - Межвузовский сборник научных трудов. - Санкт-Петербург, 1992. - С.17-20.

Статья "Влияние серных выбросов Череповецкой ГРЭС на ход роста молодняков сосны" принята к печати.

Отзывы на автореферат с доверенными подписями просим присылать по адресу: 19Ш8, Санкт-Петербург, Институтский пер., д.5, Лесотехническая академия. Ученый Совет.

Подписано в печать с оригинал-макета 28.06.93^

Формат 60x90 I/I6. Бумага обертичная. Печать офсетная.Изд. № 23. Уч.-изд.л. 1,0. Печ.л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ № 44. С 23. Редакционно-издательский отдел JITA

Подразделение оперативной полиграфии JTTA I940I8. Санкт-Петербург, Институтский пер., 3.