Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Закономерности роста сосновых древостоев при различном уровне загрязнений природной среды

ВАК РФ 03.00.16, Экология

Автореферат диссертации по теме "Закономерности роста сосновых древостоев при различном уровне загрязнений природной среды"

институт глобального климата и экологии российского комитета по гидрометеорологии и российской академии наук

На правах рукописи аугусгаитис альгирдас альгирдович

закономерности роста сосновых древосгоев при различном уровне загрязнения приролнои среды

УДК 5Т4. 24: SS1:14: 56t. 52: 381. 54:362. 475

Специальность : 03. 00.16-Экология

Автореферат

диссертации на соискание гченой стевеки кандидата биологических яагк

Носква - 1592

N

Работа выполнена в Институте глобального климата и экология Роскоигидронета я РАН.

Научные руко во детей:

к. б. в. сеневеккя п.

я. б. в. Екнис Р. А. .

ОФипиальные оппоненты:

д. б. в. николаевский а & к. - н. в. Саля ев л а

Ведущая организация - Департамент окраяы природной среды

литовской Республики -Запита состоится у-р оиГл/^Я 1992 г. в часов на заседании Специализированного совета К. 003. ЗС. 01 по специальности оз. оо. 1С - "Экология* в Институте глобального климата и экологии по адресу : 107258. Москва, ул. Глебовская. д. £0-6.

С диссертапяей мохно ознакомиться в библиотеке Института глобального климата и экологии по адресу : 107256, носква. уя. Г&ебовская. а. 20-6.

Вал отзыв, заверенный печать», просим направлять по адресу: 107258. Иосква, ул. глебовская, д. 20-6, Спепсовет ЯГКЭ.

Автореферат разослан 1992 г.

Ученый секретарь Спепиаяизироваяного

совета, к. г. - и. и. у г.

Актуальность тепы, в настоящее время возмогности человека воздействоват^.'Ва природу переросли его способности понять, оценить и предсказать последствия своих действия. Особое беспокойство стал вызывать постоянно повышающийся уровень-загрязнения природной среди техногенными выбросали.

Наиболее нощншга стабилизаторами происходящих в природе разрушительных процессов являются лесные экосистемы, эти Функции особенно четко проявляются в связи с возрастающий уровней антропогенного воздействия на природную среду и, в первую очередь, с ее загрязнением техногенными выбросами. Особенность» происходящих процессов является тот Факт, что загрязнение воздействует ta с.готу ь качестве нового внешнего «актора, к которому она эволшионно не приспособлена, в создавшейся ситуации особенно вахнын стало познание процессов воздействия за>-рязнительных вешеств на растительность вообще и на лесные экосистемы в частности. Основной частыэ лесных экосистем является древостой, в которых влияние загрязнения устанавливается по уровню дефолиации кроны деревьев. От jíaccu листвы и ее плошади зависит не только продуктивность Фотосинтеза. Эти параметры определяют такге расходы влаги на траяспирашю. от ее количества зависит задержание кронами осадков и суммарное испарение, а такхе и нейтрализация вредных веществ пггем их ^поглощения. Такин образон. при выявлении воздействия загрязняющих вешеств на деревья необходим детальный анализ архитектоники я особенностей Формирования кроны, что влечет за собой познание роста отдельных деревьев в частности и древостоев в целой при различном уровне загрязнения природной среды техногенными выбросами.

Цель и задачи «следовании. Основная цель диссертационной работы - изучить закономерности роста и Формирования кроны и ствола деревьев сосны обыкновенной < Pinus si i vestris.L. ) произрастающей при различном уровне загрязнения природной среды техногенными выбросами. Для достижения поставленной пели било необходимо решить следующие задачи:

- выявление закономерностей сезонной динамики надземной «ито-иассы сосняков;

- определение особенностей роста деревьев различных фенотипов;

♦ установление комплексного влияния биотических и абиотических

Факторов природной среды на архитектонику кроны и состояние деревьев:

- выявление особенностей прироста ствола деревьев различных

- г -

Фенотипов';

- выявление биоиндикаторных свойств показателей прироста;

- создание имитационной нодели. роста деревьев в зависимости от концентрации загрязняющих веществ;

- исследование разработанной модели и изучение возможностей прогноза дальнейшего роста и состояния деревьев.

Научная новизна

В работе всесторонне рассмотрено влияние загрязнявших веществ с сопуствуюшини ему неблагоприятными биотическини факторами на рост и Формирование деревьев различных параметров, исследования не ограничиваются либо изучениен прироста по какому-то одному паранетру. либо изненениен состояния. Дан разносторонний анализ особенностей роста кроны, выявлены причины ее деФоляции. а также и влияние дефолиации на прирост ствола. На основе полученных закономерностей составлена имитационная нодель роста поврежденных деревьев в зависимости от концентрации химических веществ. Сущность модели заключается в верификации гипотезы, в соответствии с которой такое воздействие загрязнения может быть установлено путем сравнительного анализа рядов радиального прироста здоровых и усыхающих деревьев. Предложен новый метод опенки воздействия загрязняющих атмосферу веществ на деревья и метод диагностики комплексных причин их гибели.

На зашиту выносятся следующие результаты работы:

- закономерности сезонной динамики надземной фитомассы сосновых древостоев в условиях загрязненной природной среды;

- показатель состояния древесного яруса лесных экосистем в условиях загрязненной природной среды;

- закономерности комплексного влияния биотических и абиотических факторов природной среды на состояние деревьев;

- закономерности повреждения крон деревьев энтовредителяии;

- комплекс ноделей прироста надземной части дерева;

- комплекс моделей для оценки потерь прироста стволов в зависимости от уровня дефолиации кроны;

- имитационная модель роста поврежденного дерева в зависимости от концентрации загрязняющих веществ.

Практическая значимость и внедрение результатов:

- разработанная модель зависимости потерь прироста ствола по дкаиетру и обьему от дефолиаани кроны деревьев позволяет провести количественную оценку ущерба причиняемого древес-иону ярусу лесных экосистем промышленным загрязнением;

- разработаный показатель состояния дрепостоев позволяет более обьектизио оленить уровень воздействия загрязнителей на деревья и мояет быть использован при проведении мониторинга лесных экосистем;

- выявленные причины и их значимость на усыхания деревьев но-гут быть использованы, при организации мероприятий по улучшении состояюшзагрязнелных лесных ценозов;

- созданая имитационная нодель роста является попыткой на высокой научном уровне провести экологическое нормирование лесных экосистен.

Апробадия полученных результатов. Основные теоретические положения, иетодические разработки, результаты экспериментальных исследований, полученные выео/ш бьши представлены и долохекы на иехдународной,лжоле-сеиинаре по бионониторингу драных экосистем (Вильнюс. 1987),'-на конференциях и семинарах (Каунас. 19в5; Уфа. 1989; Тбилиси. 1989; Свердловск, 1990; Сывтывкар. 1990;Москва. 1967; Москва. 1990) и в научных трудах (Каунас. 1987; Москва. 1989).

структура и обьек диссертации, диссертация изложена на 380 страницах машинописного текста, состоит из введения, девяти глав, выводов и хписка литературы (всего 240 названии, из которых 4к% на русской языке); в рукописи рисунков Ъ5_ . таблиц 69 .

Публикации. По тене диссертации опубликовано 14 работ.

i. обзор литературы

Наиболее мощными стабилизаторани происходящих в природе разрушительных процессов являются лесные экосистемы, познание направленности процессов накопления и трансформации органического вешества у отдельных деревьев в частности и в древостоях в целом при различной уровне загрязнения природной среды, предоставляют возмохности оценки влияния антропогенных изменения и определение их причин. Исследования сезонной динамики Формирования яадзекной фитомассы отдельных деревьев представляют ценила дополнительную информацию.

Многочисленные данные по сезонной динамике Формирования сосняков представлены для различных географических условии (Алексеев, Ярмишко. 1985; Богданова. 1965; Елагин. 1969; Ктенко. гргбиикн. 1985). в зависимости^рт уровня развития деревьев ( Егрнос,Изменил, 1960). от условии местообитания (Валетов и яр. . 1983; ккгенко. 1978; Русаленко.1986). от возраста древостоя (Ккаенко. 1951) и от климзтических условий (Габеев. 19»5¡Кизенко, 1978; Кихенко. Ьгдско-

ва. 1961; Сбоева. 19Т1; Смирнов. 1964; Тимофеев. 1972). Однако редко встречаются данные о сезонной динамике Формирования древостоев при различных уровнях загрязнения природной среды, и еше меньше, о сезонной динамике, как о методе биоиндикапии степени загрязнения природной среды Шуберт,1966).

В настоящее время выдвинут ряд гипотез по объяснению массового поражения и гсыхания лесов и факторов, их обуславливающих. В большинстве случаев это исследования иностранных ученых, так как они первые столкнулись с массовыми усыханиями лесов в западной Европе. Во многих из них главной причиной усыхания лесов считается не только загрязнение природной среды, но и неблагоприятные климатические условия (Тгипко. l98TiTzschacKscn, 198Т; Hauston, 1937; Llfbold. FI ernenne. 1969 к др. ). эпидемии различных болезней и инвазии вредителей (ZabecKl. 1988; Lelbrendgut. 1989; Heva-lalnen. LluKonen. 1968). лесоводственные ошибки (Zubereoos, 1964; Bai lach, 1984) и другие факторы окружающей среды. Однако большинство исследователей склонны считать, что в данном случае действует целый комплекс Факторов, но основный решашин фактором, обуславливающим нынешнее крупномасштабное ухудшение состояния лесов и их усыхание. является загрязнение природной среды, а остальные лишь усуглубляют воздействие загрязняющих веществ (Führer. 1985; Kandier. 1989; Барахтенова. Иванов. 1968 ). Таким образом, исследования состояния лесных экосистем чаше всего ограничиваются одной стороной происходящих процессов, это, как правило, либо изучение прироста по какому-то одному параметру, либо изменение состояния в зависимости от какого-то лимитирующего Фактора. В данной случае научный интерес составляет не только познание изменений состояния лревостоев нш;.прироста, но и выявление и установление влияния репавоих. усиляоцих и сопутствующих Факторов загрязнения природной среды ва лесные экосистемы.

Дополнительную значимость составляет включение закономерностей сезонного роста деревьев в загрязненных условиях. Как известно. анализ годичных колея деревьев производится для того, чтобы выявить полезный сигнал влияния любых как биотических, так и абиотических Факторов природной среды, в ток числе и ее загрязнения, для того, чтобы это осуществить, нужно иметь модель процесса и. в первую очередь, модель роста дерева в зависимости от изучаемого показателя (концентрации загрязнителя). В многочисленных работах, с которыми удалось ознакомиться < zeiavsKi.szlenK, 1984; Thornier. 19Т6; Vlssar.Bolenaar. 1989; Cook. Feters. 1981; Плуиетс .

1990:1иятов. 1980: ГЖнис. 1990" и др. ) решение данной проблены освещено не достаточно, что в cbod очередь затрудняет научное обоснование экологического нормирования лесных экосистем.

г. НЕТОДИХА СБОРА К ОБРАБОТКИ ПОЛЕВЫХ МАТЕРИАЛОВ

При изучении сезонного роста сосновых колодников использованы широко применяемые нетодики А. Молчанова. в. Смирнова (1967). А-Русаленко (1986). и. Киаенко (1978) н других исследователей.

Для опенки уровня поражения деревьев техногенными выбросами использовалась шестибальная шкала состояния деревьев (Санитарные правила в лесах СССР. 1970 ), которая расширена исследованиями l.opioflvrkiecKrtX характеристик ассимиляционного аппарата дерева (Алексеев, 1982, яяпетене и др., 1987; Методические рехснехдаштн по бионониторннгу.... 1989; vaicrs lr Kt.. 1989 «др.).

для опенки потерь Врироста в условиях различного уровня загрязнения природной среды использовались следующие методы:

- метод контрольных древостоев.основанный на сравнении абсолютных иди относительных величин прироста поврежденных и контрольных. условно неповрежденных древостоев;

- метод контрольных деревьев, основанный на сравнении роста деревьев различных классов состояния в пределах изучаемого древостоя или их совокупностей;

- метод анализа дендрохронологических рядов деревьев различных классов состояния в зависимости от естественных и антропогенных ♦акторов.

В качестве "нормы" использованы данные условно неповрежденных деревьев с учетом потерь прироста »итомассы из-за влияния биотических и абиотически* «акторов.уровень которых не превышает Ю*. или давние по Условно неповрежденным древостоям, растггсим ве в зоне влияния техногенных выбросов предприятия.

3. ОБЪЕКТ И ОБЪЕМ ПРОВЕДЕННЫХ ИССЛЕДОВАНИЯ

Основным объектом исследования являются сосновые древостой, которые отличаются высокой чувствительностью к загрязнение природной среды техногенными выбросами и являются наиболее распространенные в Литве. Для исследования были отобраны сосновые древостой - нолодняки к средневозрастные сосняки, растущие в зоне влияния, но на различном расстояний от предприятия азотных удобрений 'Азотас' в городе Вонава.

Ионансккй ПО *Азотас* первтв продукяип дал езе в 1965 г. Дэ

197вг. работала лишь первая очередь, влияние выбросов которой на леса мало прослеживалось. Губительное влияние на природную среду зафиксировано после пуска второй очереди предприятия. Основную ее продукцию составляют: аммиак, аммиачная селитра, нитрофоска, азотная кислота и др. Основные выбросы: двуокись серы, окислы азота, аммиак. Фтористый водород, метанол и формальдегид.

Таблица 1

Годичная нагрузка сульфатов в сосновых древостоях растущих на различном расстоянии от источника загрязнения

Расстояние до завода, км

учета 0.5 1.5 5.5 6.0 15.0 го.о

Концентрация загрязнителя кг/га

1 г 3 * 5 6 7

19Т9 зез. г 126.6 151. г 67. 9 Т8. 7 78. 0

1960 345.0 120.0 143. 6 64. 4 74. в 74. 0

1961 зов. т ЮТ. 6 125. 6 57.6 66. в 66. г

1982 290. 6 101.2 121. 0 54. 9 63.0 62. 4

1985 254. г 48.6 105. 8 47. 9 55.0 54. 6

1951 217. в Т5.6 90. 8 40. 8 4Т.2 46. в

1985 ¿16. 0 Т4.2 90. 6 39.6 45.8 45. 4

1906 159.6 69.6 63. 2 37.4 43. г 42.8

198Т 181. б 63. г 75. 6 34.0 39.4 39. 0

1908 181. в 63. г 75. 6 34.6 39.4 39.0

1909 - - - ~

6 последние годы, после закрытия веха нитрофоски и замены сернистого казгга. используемого в качестве топлива на газ. выбросы резко с пихаются (см. таблицу 1) и. тен самым. уменьшается химическая нагрузка на лесные экосистемы <лгто1аП1з. 1992».

4. ЗАКОНОМЕРНОСТИ сезонной динамики надземной ФИТОНАССЫ

сосновых поладняков В условиях загрязненной природной среды

Рост древесных растения, его интенсивность и продолжительность является основными показателями динамики состояв!« и продуктивности древостоев.

15,0 км

Рис. I

Суточная г.рирост побэгоз в различных частях хронн при

различное урозна загрязнения

I - центральный поСзг; побега аз 2 - тохнэЯ; 3 - осаднеЗ; % - нягнбЗ часта тот.

Начало роста деревьев в контрольных колодняках начинается с удлиннения тернинального побега ори достижении среднесуточной температуры воздуха 5-в* С. С увеличением уровня загрязнения начало роста побегов запаздывает и в наиболее загрязненных сосняках начинается на в-12 err позже (рис. 1).

максимальный суточный прирост побегов зафиксирован в верхней части кроны у деревьев контрольного иолодняка и достигает 16. 5 нм /сгт. С увеличением уровня загрязнения он снижается до 10-12 км/с гг. В нижней части кроны с увеличением уровня загрязнения интенсивность прироста увеличивается и в сильно загрязненных сосняках свыше 2 раз превышает интенсивность роста побегов деревьев контрольного древостоя.

Окончание роста с увеличением уровня загрязнения запаздывает и в сильно загрязненном молодняке прекращается на 20-24 сут позже. чек на контрольной плошадке. Вследствия такого явления с увеличением загрязнения продолжительность роста побегов увеличивается. хотя годичный прирост ствола по высоте и ветвей верхней части кроны уменьшается ( соответственно с 50* до IS*). Большое значение тону имеет не только уменьшение максимального суточного прироста побегов в загрязненных сосняках (примерно на 25 ю.но. в значительной мере, уменьпение периода интенсивного роста побегов примерно на 20-30 сут (Рис. 1 ). снижаясь сверху вниз по кроне, эта разнияа уменьшается, а в нижней ее части длина побегов деревьев, растущих в загрязненных условиях, даже превышает длину побегов деревьев контрольного молодняка почти в 2 раза. Видимо загрязнители влияют на Физиологические закономерности интенсивности ингибирования роста побегов в различных частях кроны.

Рост хвои начинается одновременно во всех нолодняках независимо от уровня загрязнения? Интенсивность роста хвои условно незагрязненных и сдабозагрязненных нолодняках увеличивается постепенно, достигает своего максимума 1.2-1.4 нм/сут в верхней части кроны и около 0.9 mm/сут в нижней ее части, и начинает снижаться до полного прекращения роста. В сильно- и среянезагрязненных нолодняках интенсивность роста увеличивается до 1.5-1.6 мм/сут. а в нижней ее части до 1.2-1.4 нм/сут. однако жаркая и сухая погода вызывает резкое снижение роста хвои, и по этой причине рост носит характер вспышек. Таким образом длина хвои с увеличением уровня загрязнения увеличивается, что является результатом воздействия основного загрязнителя - соединения азота в конденсационного процесса потаенных потерь хвои.

Начало радиального роста стволов, как и побегов. с увеличением загрязнения запаздывает, и в сидьнозагрязненных нолодняжах начинается на 7-10 стт позхе. Периоды активного суточного прироста ствола по диаметру приурочены к благоприятным метеорологическим условиям. С увеличением загрязнения интенсивность прироста снижается, а с продвижением по стволу вверх снижение ростовых процессов усиливается, окончание роста ствола с увеличением загрязнения запаздывает, однако из-за запаздывания начало роста, продолжительность радиального роста стволов составляет примерно 110-115 сут на всех пробных площадках.

Интенсивность опада хвои является одним из основных показателей состояния отдельного дерева. Возраст хвои на изучаемых дере зьях составил три года, хотя количество хвоинок на побегах различалось в зависимости от уровня загрязнения. Интенсивнее всего опад хвои всех возрастов происходил в наиболее загрязненном молодняке. Установлено, что возраст хвои в данных условиях не является надежным показателем состояния древостоя, и при его использовании необходимо учитывать и интенсивность опада хвои различного возраста.

5. ОСОБЕННОСТИ РОСТА СРЕДНЕВОЗРАСТНЫХ ДЕРЕВЬЕВ СОСНЫ РАЗЛИЧНЫХ ФЕНОТИПОВ В ЗАГРЯЗНЕННЫХ УСЛОВИЯХ

Загрязнение природной среды а первую очередь влияет на Физиологические процессы деревьев, вследствие чего наблюдается уменьшение массы хвои. Такой процесс, в свою очередь, вызывает снижение прироста дерева как по диаметру, так и по объему.

Уравнения зависимости массы хвои от дендрометрических параметров (В ) изучаемых деревьев различных классов состояния ( 1 « 1.2.3.4 ) имеет вид:

I года : НХВ} = О. 1097-1П - I 0.4262-В - 1.3093 )« МО^бг-Г2» О. 1023-К - 0. 1487);

II года : нхвд = о. 0135-с*»943*- ( 0. 2732-1) - 2.3803 1» «(0.0602-к2» 0.0324-1 - 0.0923);

Общая : нхв = о. 1024 б 1 о. 6907-в - 3.8700 )«

• (0.0479-к3» 0.0938-5 - 0.1414).

Прирост ствола по диаметру деревьев различных Фенотипов выражается следушим образом:

a.) годичный : щ = о. 0723-о - 0.7729 - (0.0627-0 - 0.7937)«

■ <0. 0390-и2* 0.0462-г - 0.1173);

b. ) за 3 яет : гг5 = О. 3334-В - 3.5009 - (0.2841-0 - 4.1270)*

»(0.0902-2®- о. 1130-к ♦ 0.0160).

Зависимость прироста ствола по объему деревьев различных классов состояния от параметров ствола имеет вид:

a.) годичный : г\4 - 0. 0053А - 0.00042-0 ♦ О. 00003-О2 -

-(0. 00504-0. 00049- Р +0. 00002-В2) МО. 0422-К2*0. 1221-К -0.1643);

b. ) за 5 лет : - 0.00944 - 0.00134-0 ♦ О. 00013-Вг -

-(0. 01803-0. 00240-0 +0. 00012-В2) МО. г027-К2-0. 3354-К «О. 1335). Основной задачей дальнейших исследований стало выявление причин деФолиаоии и их влияния на потери массы хвои деревьев с ухудшенный состояние«.

б. КОМПЛЕКСНОЕ ВЛИЯНИЕ БИОТИЧЕСКИХ И АБИОТИЧЕСКИХ <1 АКТОРОВ ПРИРОДНОЙ СРЕДЫ НА АРХИТЕКТОНИКУ КРОНЫ И СОСТОЯНИЕ СОСНЯКОВ Влияние пряного воздействия техногеннык выбросов вызывает следующие последствия: повышенный опад хвои, изменение средних параметров охвоенных побегов, изменение количества побегов, а также сопутствующее воздействие энтовредителей.

Установлено, что с повышением чувствительности к загрязнению и с увеличением дендрометрически«; параиетров деревьев уровень опада хвои возрастает. Выявленные особенности изменения параметров побегов показывают, что наибольшие потери прироста побегов происходят в верхней части кроны. Самые длинные побеги зафиксированы у деревьев растущих в условно неповрежденном древостое (рис. 2 ). С увеличением повреждения древостоев средняя длина побега уменьшается до 30): длины побегов деревьев контрольного древостоя, в нижней части кроны с увеличением повреждения средняя длина побегов увеличивается и в наиболее поврежденной древостое превышает почти в г, 5 раза длину побегов контрольного древостоя. На такой процесс влияют не только особенности ингиби-рования роста побегов на протяжении кро:ш, но и увеличивающаяся, из-за повезенного отпада, освещенность нижних частей хроны. При этом,с увеличением повреждения древостоев средняя длинна хвоинок увеличивается независимо от положения в кроне (рис. 3). Зтону способствуют один из основных компонентов загрязнения - азот, а также и естественная реакция дерева на увеличенные потери хвои.

Сопутствующим Фактором загрязнения в изучаемых древостоях стало объедание охвоенных побегов лубоедами. Установлено, что с ууу.пт.екиен состояния деревьев общие потери хвои из за объедания увеличиваются, однако, в первую очередь лубоеды поражают побеги малоослабленных деревьев, далее средне- и лишь потон наиболее ослабленных деревьев, в данной случае, большое влияние на потери

За 27

2А 21

£ 10

Ш

ю <5

о с

< <2 х

6 3

- 11-

14,6777 7.5368

А А*

31,3693 17.5815

А А2

21,1108 8,0874

А А2

51,6918 24.1Ш?

А А2

2 4 6 & 10 12 (4 16 1в 20 22 2Д 26 28 30

В0ЭР0СТ ВЕТВИ , ЛЕТ Рис.Длина среднего побега на протяжении кроны в различном уровне повреидёкных древостоя*. (1,2,3,4- № прбного древостоя )

\\ .. I. IАв=45,99021- 2^20 . ? ^^ # \\ 2. Цв=4г,1694.116.4567 - . г, «0,732 ,

Д\ 3.1_»-42,5312* 22x1536 . 24^6 ^ ш Л \ ■ А А «

\Х \ 4.1^=37,9460+ 22хИ18 .. 29,9^5 к0э622 # \\ \ А А 1

^ V ........

\\ ............

ад

Рис. -3.

2 4 6 в 10 12 14- 16 18 20 22 24 26 28 30

В.03Р0.С1._В£1ЕУ^ЛЕ1 Средняя днина хвои на протяжения кроны в различном уровне

повреждённых древостоях

I. М-1 , состояние 2.76 ; 2. 1Ц-2 , состояние 1,20 ; 3. 4Д-3 , состояние 2.11 ; 4. щ-Л , состояние 0,27 .

Таблица 2

Особенности структуры "нормальной" массы хвои деревьев различных Фенотипов

Диаметр ствола, сн Класс состояния Факта- uct ДеФоляция КРОНЫ (КГ / z ) из-за:

масса хвои КГ/Г- Обье- Деформации развития ассимиляционного аппарата "Нормальная" масса хвои к Г/У-

изменение количест. побегов изменение параметров хвои опад хвои обшее

О 9. 66 93. 6 0. 47 4. б 0 0 0 0 0. 19 1. 8 0. 19 1. 8

16 1 г 7. 96 77. 1 5. 53 53. 6 1. 26 12. 2 1. 29 12. 5 -0. 36 -3. 5 0. 33 3. 2 1. 15 П. 5 2. 71 26. 3 0. £3 2. 7 0. 46 4. 4 1. 10 10. 7 3. 50 33. 9 10. 30 100

3 " 2. Зб_ 22. 9 0. 76 7. 4 3. 09 29. 9 3. 61 35. 0 0. 50 4. в 7. 20 69. 7

О 16. 75 90. 0 1. 52 7. 2 0 0 0 0 0. 58 2. в 0. 58 2. 8

24 1 2 13. 75 75. 5 11.45 54. 9 3. 51 16. 9 3. 69 17. 7 -0. 21 -1. 0 1. 69 9. 1 0. 98 4. 7 2. 29 11. 0 0. 82 3. 9 1. 53 7. 3 1. 59 7. 6 5. 71 27. 4 20. 85 100

3 5. 85 26. 1 4. 72 22. 6 4. 04 19. 4 3. 61 17. 3 2. 63 12. е 10. 28 49. 3

О 30. 13 90. 0 1. 70 5. 1 0 0 0 0 1. 65 4. 9 1. 65 4. 9

32 1 2 25. вб 77. 2 19. 69 58.8 4. 24 12. 7 5. 60 16. Т 1. 33 4. 0 5. 02 15. 1 -0. 11 -0. 3 0. 04 0. 1 2. 16 6. 4 3. 13 9. 3 3. Зв 10. 1 8. 19 24. 5 33.48 100

3 И. 64 34. а Т. 88 23. 5 б. 18 18. 5 1. 94 5. в 5. 64 17. 4 13. 96 41. 7

0 43. 6Т 90. 3 1. 37 2. 8 0 0 0 0 3. 33 6. 9 3. 33 6. 9

40 1 2 3 38. 11 78. 0 30. 07 62.2 3. 80 7. 9 6. е9 14. 2 4. 19 6. 6 10. 35 21. в -1. 98 -4. 1 -4. 50 -9. 3 4. 25 8. 8 5. 36 11. 1 6. 46 13. 3 11. 41 23. 6 48. 37 100

кассы хвои оказывает возраст пораженного побега. В наиболее загрязненных древостоя* из-за нехватки пиши лубоеды поражают более взрослые побеги и. как правило, ухе из средней и даже нижней части кроны.

Установлено, что большое влияние на состояние деревьев В загрязненных условиях оказывает повреждение охвоенных побегов лгбоедами (си. таблицу 2). За один год они способны нанести существенный ущерб соснякам - до 23х"норнальяой" массы хвои или до воу. обших потерь массы хвои. Большое значение имеет тот Факт, что лубоеды поражают и деревья лучших классов состояния, у которых негативные процессы малозаметны, тем дополнительно снижая кх устойчивость к неблагоприятным факторам природной среды, лишь у деревьев худших классов состояния, значительную часть потерь хвои составляют у мелких деревьев уменьшение количества побегов (39/) и уменьшение средней массы хвои одного побега (43х). а у крупных деревьев уменьшение количества побегов (свыше 50'/) и опад хвои всех возрастов (свыше 23* нормальной массы хвои). Часть потерь массы хвои компенсируется у нелких слабоповрежденных деревьев путем увеличения интенсивности побегообразования, а у крупных -путей увеличения средних параметров побегов.

7. особенности прироста средневозрастных деревьев сосны различных фенотипов

загрязнение природной среды техногенными выбросами существенно влияет на частичную продуктивность хвои, выраженную количеством стволовой древесины на 1 кг массы хвои. Установлено, что при незначительном повреждении - дефолиации кроны 10 х. продуктивность хвои, выраженная в миллиметрах радиального прироста ствола на 1 кг массы хвои, увеличивается у деревьев всех дендрометрически х параметров. С увеличением деФолиапии кроны до 70* т мелких деревьев продуктивность увеличивается, и почти в 1. 5 раза превышает продуктивность хвои здоровых деревьев таких же размеров. у крупных деревьев продуктитвность с 20* уровня дефолиации кроны постепенно снижается, и при сильном повреждении продуктивность составляет лишь 20-30* продуцируемого количества древесины гяоровых деревьев.

продуктивность хвои, выраженная в приросте ствола по обьему на 1 кг массы хвои, с увеличением уровня деФолиапии у мелких деревьев возрастает, а у крупных постоянно уменьшается. Считаем, что большое влияние на характер изменчивости частичной продуктив-

100 г—

12 16 20 24 2S 32 36 40

4. Влияние дефолиации кроны на потери годичного радиального

прироста ствола деревьев различных параметров

100 г- ■

Рис. 5.

16 20 24 28 32 36 40

Влияние дефолиации крона на потери годичного^прироста ствола по объему деревьев различных параметров

ности хвои имеют особенности распределения ассиннлянтов вдоль по стволу и во всея дереве в делом.

Изменение нассн хвои и ее частичной продуктивности влечет за собой изненения и во вторичном росте ствола как по диаметру, так и по объект. Зависимость потерь прироста ствола по диаметру и объему за определенный период времени от деФолиадии кроны выражена с поношьо логической Функции Робертсона и имеет следующий вид: _

иг . А:(4 .в»е"СяЦа) ;

где: Еуз-дианетр ствола на высоте 1. 3 н ;

А. В, С -параметры уравнения, зависящие от уровня дефолиации кроны Данные параметры равны ори установлении потерь:

- годичного радиального прироста ствола (рис. 4 ):

А = - 2. 3461 ♦ 1. 0856♦ о.ооза-г* - 6. В = - 8.8803 ♦ 1.0377-Р ♦ 0.0039-К* - 1. 54-10*-Р*) С = 0.0758 ♦ О. 0090-К - 1. 23-10"-4Р2» 5.73-10^}

- годичного прироста ствола по объему (рис. з ):

А г г. 3017 ♦ 1. 1092-Г + 0.0154 • Га- 1. М-10»К5{ В = 1.5204 - 0.0019'Р - 8. 48 -10 -Т2- г.оыо-г1; С I 0.0030 ♦ I. 2040/10) - 6.2539/ (Г ♦ 10>2. Установили, что:

1. Снижение текущего годичного прироста ствола как по диаметру, так и по объему мохно определять лишь при более, чен юх дефолиации кроны. Потерн его за опредеянный период вренени (за 5 дет) - лишь при солее остром повреждении кроны( дефолиация 30-40х ).

2. При одинаковом уровне дефолиации кроны потери прироста с увеличением параметров деревьев увеличиваются.

8. КТОИНДИКАОИЯ СОСТОЯНИЯ ЛЕСНЫХ ЭКОСИСТЕМ В УСЛОВИЯХ

ЗАГРЯЗНЕННОЙ ПРИРОДНОЙ СРЕДЫ Хорошими биоиндикапионныки свойствами обладают многие нор-Фологические показатели кроны, такие, как прирост дерева по высоте (длина терминального побега), линейный прирост ветвей а верхней частя кроны, длина хвои, частично коэффициент изменчивости длины побега на протяжении кроны, а также длина и возраст кроны и радиальный прирост ствола, особенно в верхней части кроны.

в изучаемых древостоях наиболее тесная корреляция установлена кехду данными химического анализа хвои и состоянием древостоя с охвоенностью побегов текуцего года в верхней части кроны. С увеличением уровня загрязнения и с ухудшением состояния древо-

стоев охвоекность побегов текушего года в верхней части кроны увеличивается, что является следствием увеличения длины хвои среднего побега (рис. 3) и уменьшения длины побега (рис. 2).

Дяй оценки состояния древостоя степень охвоенности побегов следует определять в нолодняках на второй-третьей, в других возрастных категориях на третьей-пятой мутовке, что составляет примерно середину верхней части кроны- Для достижении планируемой точности 45* и уровня достоверности 0.95. необходимое число изучаемых побегов в слабоповрехденных древостоях составляет соответственно в-15 шт.. в среднеповрежденных 20*-30 шт.. и 30-40 шт. в сильяоповрежденных древостоях.

На основании полученных данных считаем, что при определении состояния древостоев целесообразно использовать наряду с визуально определяемыми показателями (уровень дефолиашш и дехронадии кроны, возраст хвои ).и сравнительно легко инструментально определяемыми показателями ( радиальный прирост ствола, лихенометри-ческий анализ стволов ). предложенный нами показатель состояния дрезостоев - степень охвоенности побегов текущего года, который может быть использован как специфический биоиндикатор загрязнения природной среды выбросами предприятии азотных удобрений.

9. ИМИТАЦИОННАЯ МОДЕЛЬ РОСТА НОВРЕХДШШХ ДЕРЕВЬЕВ Имитационная модель роста поврежденного дерева построена в зависимости от концентрации соединений сульфатов в изучаемых условиях. Исходными информативными источниками являются радиальный прирост ствола условно неповрежденного дерева 18^(1)) и сильно поврежденного дерева СК 2. (1)5. уровень дефолиации кроны поврежденного дерева №¿1, среднегодовая концентрация загрязнителя Ю) в году (I) и среднемесячная температура за-сентябрь, выражена следухяшн образом:

•ГШ - е оМы ,

где: г(I) - среднемесячная температура за сентябрь в году (i).

задача сводится к отделению антропогенного сигнала от аума на Фоне естественных колебаний радиального годичного прироста ствола. Объектами исследований являются господствующие деревья. В связи со своим положением в древостое они почти лиаены конкуренции. Высокая внутривидсзая реакция изменчивости сосны на загрязнение способствует существованию резко отличающихся по чувствительности индивидуумов, растущих по-близости друг от друга и аолуча-

1 1_

_JjfrJ'г,(1У+~РгХг Qd) fi(i-i)_

если если / \ е-слм \ если

ZM>e,fr)#d Fk(t-1)* i Ztfi» fkCr-t)<1 Zgílj < Я

Torga 1 Torgct, I I ТЬГЭ<1 I WW

Síry-hQWfrKd sa^zjwMM** ^ B,(l)Kd tftM) S(IJ-O S(i)*-7t(i)+RM»H

1 1—_ 1 1 1 1 1 1 I *-W 'Ir y f»

-;---- Р-РаШтШИЫ- p=P(l) K

Puo, 6. Блох - охэма имитационной модели роота дерева

Коаффщенти пропорциональности: Xj - а&п&оних аэщвотв; X¿ - чувотвнтвльнооти дерева; Xj - дыхания дерева.

ицих приблизительно одинаковую химическую нагрузку.

Основные условия модели:

- условно неповрежденное дерево является абсолютно здоровым. Уровень дефолиации кроны - 0*. а 1Р4(Ш = 1. Его радиальный прирост (1)1 в году (I) является 'нормой":

- в начальной стадии роста ствола используется запас пластических веществ дерева создаваемый за IX-IV месяцы [РШ).и лишь потом продукция ассиниляшм за У-УП1 месяцы

- прирост ствола поврежденного дерева зависит от состояния кроны (Т2 ). от ассимиляционной активности хвои (У2 ) и от параметра ствола (02 >*•

- химическая нагрузка дерева, зависит от состояния кроте, с увеличением уропня дефолиации кроны, химическая нагрузка пропорционально уменьшается;

- количество создаваемых запасных пластических веществ СР(Ш пропорционально состоянию кроны (!)];

- дыхание поврежденного дерева (г) выражено через прирост условно неповрежденного дерева СИ^ (1М. пропорционально соотношению диаметров изучаеных деревьев (Ей) и зависит от состояния кроны поврежденного дерева (Р 2 >•

Принципиальная блок-схема модели представлена на рис. 6. в(1> - количество передвигаемых пластических веществ в году (I) зависящих от условий компенсации химической нагрузки £22<1>>. Очередность процесса роста записана следующим образом: сохранение кроны, прирост ствола, прирост кроны.

Прирост ствола происходит:

- при полной компенсации химической нагрузки запасными веществами РП-1) и продукцией создаваемой за У-УЩ месяцы 12^1}};

- минимальный прирост ( Енин=0.05 км), при компенсации химической нагрузки путем снижения дыхания (г) и тен самым усыхания части кроны <Р2).

Прирост кроны происходит, когда количество продукции оставшейся после компенсации химической нагрузки, превышает Физиологическую способность дерева, при имеющей кроны, приращивать такое количество древесины.

Хорреляпиоаяов соотношение данных модели и прироста поврежденного дерева у - о.993 доказывает наличие тесной зависимости влияния конпентралии сульфатов за весь период химической нагрузки (Н) на рост дерева.

По данным упраценного прогноза установлено, что при сегод-

ншних концентрациях сульфатов { teo - 180 кг/га ) гсыханне господствующих среднеповрежденных деревьев может произойти при неблагоприятных экстремальных климатических условиях или при авариях на самом педдриятки.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

При загрязнении природной среды техногенными выбросами предприятия азотных удобрении выявлены следующие тренды:

1. Сдвиг вегетационного периода с запаздыванием начала и окончания ростовых процессов:

г. Снижение интенсивности ростовых процессов к уменьшение прод^ожгте-ъносги и.г.ениявлого роста побегов в верхней части кроны с одновременным их увеличением в нижней ее части. Вследствие такого явления с увеличением уровня загрязнения длина побегов в верхней части кроны уменьшается, однако снижаясь по кроне эта разнила становится все ненее ощутимой и в нижней ее части длина побегов даже превышает длину контрольных побегов.

3. Увеличение интенсивности опада хвоинок во время вегетационного периода, хотя полный опад хвои определенного возраста происходит примерно в одно и тоже время, независимо от уровня загрязнения нестообитаяия деревьев.

4. Увеличение интенсивности ростовых прпессов хвои на протяженности всей кроны. Вследствие этого, с увеличением уровня загрязнения длина хвоинок увеличивается, что в некоторой степени компенсирует потерю поврежденной хвои прошлого и позапроплого года.

5. Увеличение охвоенкосги побегов текупего года, особенно в верхней части кроны.

6. Снижение интенсивности побегообразования (ветвления).

Т. Снижение интенсивности вторичного роста ствола, особенно в его верхней части, вследствие чего с увеличением загрязнения прирост ствола по диаметру укеиьпается.а с продвижениен по стволу вверх этот пропесс еие более усиливается.

Основным соагтствгссин Фактором загрязнения природной среды являются повреждения деревьев энтовредителями. Наиболее опасным в таких условиях становится больаой и малый лубоеды ( BlastoFha-*us зр.). Установлено:

1. Повреждения лубоедов концентрируются в верхней к. в некоторой степени, в средней части кроны. С ухудшением состояния дерева в верхней части кроны из-за нехватки годиыж для проект¿кия

побегов, количество объедании снижается, но кх число увеличивается в среднее к нижней частях кроны. Возраст повреждаемых побегов при этом также увеличивается.

2. Лубоеды в первую очередь повреждают побега среднеослаблен-ных деревьев (свше 34* от обвего числа повреждении), во вторую - ослабленных (30 х). далее сидьноослабленных (2? ti ib последнюю очередь побеги условно здоровых деревьев (до 9 Ю. Наибольшие потери хвои из-за обьедания установлены г сидьноосдаблешшх деревьев (до 2? х массы хвои), за тем у среднеослабденных (24х). далее у ослабленных (18 х> я наименьше потери хвои у условно здоровых деревьев (Т X). Такому распределению потерь влияние имеет возраст повреждаемых побегов.

3. В следствии обьедания побегов дгбоедаки. у слабо поврежденных деревьев интенсивность побегообразования повышена, что является естественной реакции дерева на укеревое объедание побегов эвтовредителями (компенсационный процесс).

Анализируя комплексное влияние выявленных прямых последствии загрязнения (изменение параметров охвонных побегов, увеличение интенсивности опада хвои а изменение количества побегов) с сопутствующий ему объеданием побегов лубоедами установлено, что большое значение в дестрлсднониом процессе пораженных выбросами древостоев имеет объедание побегов из наиболее активной верхней части кроны деревьев слабо- в среднепораженяых выбросами. Лишь у деревьев худших состояние значительную часть потерь хвои составляют у мелких деревьев уменьшение количества побегов ( до 39*) и уменьшение средней кассы хвои одного побега ( до 45*). а у крупных деревьев - уменьшение количества побегов (свыше 50*) н опад хвои всех возрастов ( свыше 25* потерь массы хвои).

зависимость текшего годичного прирост« ствола по диаметру в объему от уровня деФоди&шш кроны показала что:

1. снижение прироста при особенно слабом повреждении столь незначительно. что обнаруживается примерно лишь при более чем юх дефолиапии кроны.

г. Ори одинаковом уровне деФодиаши кроны с увеличением параметров дерева потери прироста как по диаметру, так и по объему увеличиваются. Однако из-за низкой газоустойчивости, в первую очередь, усыхают деревья меньших размеров.

Выявлено, что хорошими биоиндикационными свойствами обладают следухцие морфологические показатели: радиальный прирост ствола, особенно верхней его части, прирост ствола по высоте, средняя длина побега верхней части кроны, коэффициент изменчивое-

ти длины побега из верхней и нижней части кроны. Однако, по тесноте корреляционной связи с основными накро- и микроэденентани в хвое, наилучшин биоиндикационным морфологическим показателем является охвоенность побегов теклпего года из верхней части кроны. Установлены следувдие корреляционные коэФФипекты этого показате-

НЧЛ'ГОО'

ля с количеством аммиачного азота г=-0. 916. с количеством нитратного азота г=-о. 538. с количеством калия г=-о. 761 и магния г=-о.547. С увеличением уровня загрязнения охвоенность побегов увеличивается.

На основе разработанной имитационной модели роста поврежденного дерева в зависимости от уровня загрязнения на Фоне естественных колебания прироста условно здоровых деревьев выявлено. что при сегодняшних количествах, выбрасываемых фитотоксичес-ких соединений, усыхаяие господствующих среднепог?ехденных деревьев. может произойти при неблагоприятных экстремальных климатических условия* или при авариях на санон предприятии.

Основные результаты диссертационной работы отражены в следуюсих основных публикациях (в скобках соавторы):

1. Морфоструктурные признаки кроны для определения состояния сосняков в условиях атмосферного загрязнения // Закономерности роста и производительности древостоев. - Каунас. 1935. - С. 233

- 235. (М. М. настаускис. Н. М. Сидаравнчюс).

2. Особенности повреждения крон сосны лубоедами в зоне влияния заводов азотных удобрений // Закономерности роста и производительности древостоев. - Каунас. 1985. - С. 235 - 238. (М.М. мас-таускис. И. К. Сидаравичюс).

3. Закономерности сезонной динамики Формирования кроны деревьев при различной уровне загрязнения природной среды //Исследование и моделирование роста насаждения, произрастагсих в условиях загрязненной природной среды. - Каунас. 1987. -с. 5 - 15.

4. Влияние атмосферного загрязнения на продуктивность и жизнеспособность сосняков в зоне влияния комбината аэотнк? удобрения // Биомониторинг лесных экосистем. - Вильнюс. 1987. - С. 228 -235. (М. Н. Настаускис. И. Н. Сидаравичзэс).

5. Влияние загрязнителей атмосферы на формирование кроны в средневозрастных древостоях // Эксперимент и математическое моделирование в изучении сиогеноаеноэов лесов и болот. - 1987.

- С. 269 - 277. (Я. И. Сидаравичюс).

в. особенности Формирования надземной Фитомассы сосновых иолодняков в условиях загрязнения природной среды // Проблемы экологического мониторинга и моделирования экосистем. - л., Гидрометиздат. 1989. Т. 12 - С. 32 - 51.

7. Рахшональная густота сосновых древостоев в условиях загрязненной природной среды // Изучение, охрана и рациональное использование природных ресурсов. - Уфа. 1989. т. 1.- с. 31. О. Л Барткявичюс).

8. ретроспективный анализ влияния промышленных выбросов на сосновые древостой деидрохронологическим методом // Актуальные вопросы экологии и охрана окружающей среды. - Тбилиси. 1989. - С. 32. (Э. Л. Барткявичюс).

9. древесно-колыхевой анализ сосновых древостоев. соврехден-ных промышленными выбросами // Проблемы дендрохронологии и ден-дроклиматологии. Свердловск. 1990 - С. 13-15. (Э. Л. Барткявичюс).

10. Влияние дефолиации кроны ва прирост поврежденных промышленными выбросами средневозрастных деревьев сосны обыкновенной// Тезисы XI Кони Республиканской нолодежной научной конференции. -Сывтывкар. 1990. - С. 121. (Э. А Барткявичюс).

11. Сезонный рост сосновых иолодняков при различном уровне атмосферного загрязнения // Проблемы лесоведения и лесной экологии - К.. 1990. - С. 534 - 536. О.Л БаРТКЯВИЧЮС).

На литовском языке :

12. Использование методов биоиндикашш в исследованиях загрязнения природной среды // Проблемы охраны природы и их методы решения - Каунас, 1991. - С. 13 - 16. (А. Ключюс, э. Барткявичюс).

13. Биологический мониторинг загрязнения Литвы тяжелыми металлами // Наука и жизнь. 1992. Н. т. (А-Ключюс. э.Барткявичюс).

14. Изучение атмосферного загрязнения Литвы используя растения - биоиндикаторы // Научные труды лит. СХЛ. Сельское хозяйство -Каунас - Академия. 1992.т. 42. - С. (А.ключюс. э. Барткявичюс).

Подписано в печать 01.06.1992. СЛ 399. Бумага 60x84 - 1/16. Бумага писчая кг 1. Ротапринт. Печ.л. 1.5. Цена т.во руб. Заказ И 472. Тираж 100 экз.

Отпечатано Издательским центрон литовской сельхозакадемии -1992. литва. 4324 Каунас - академия