Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Закономерности роста сосновых древостоев при различном уровне загрязнения природной среды

ВАК РФ 03.00.16, Экология

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

ИНСТИТУТ ГЛОБАЛЬНОГО КЛИМАТА И ЭКОЛОГИИ РОССИЙСКОГО КСНИТЕТА ПО ГИДРОМЕТЕОРОЛОГИИ И РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК

На оравах рукописи

АУГУСТАИТИС АЛЬГИРДАС АЛЬГИРДОВИЧ

ЗАКОНОМЕРНОСТИ РОСТА СОСНОВЫХ ДРЕВОСТОЕ8 ПРИ РАЗЛИЧНОМ УРОВНЕ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ПРИРОДНОЙ СРЕДЫ

УДК 5Т4. 24:581.14:581.52: 581. 54:582. 475

Специальность : ОЗ. 00.16-Экология

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических нале

Москва - 1992

Работа выполнена в инститгте глобального климата и экология Роскомгидромета и РАК.

Научные руководители:

д. б. в. Сеневский «. а д. б. я. Пение Р. Л.

Официальные' оппоненты:

д. б. н. Николаевский в. С. к. - к. н. Салиев А. В.

Ведшая организация - Департамент охраны природной среды . литовской республики

Зашита состоится "/¿Г" оёиЯс^/^к 1992 г. ъЛЦ часов на заседании Специализированного совета ' К. ооз. 30.01 по специальности оз.00.10 - »Экология" в Институте глобального климата и экологии по адресу : 10725а, Носква. ул. глебовская, д. 20-6.

с диссертацией ножно ознакомиться 8 библиотеке института глобального климата и экологии по адресу : 107258, Москва, ул. Глебовская, д. ВО-б.

Ваш отзыв, заверенный печатью, просим направлять по адресу: 107258. Носква. ул. глебовская, д. го-б, Спецсовет ИГКЭ.

Автореферат разослан V0' с&р{иЯс^лА 1992 г.

Ученый секретарь Специализированного

совета, к. г. -и. а. Ппе .<_ Орлова т. г.

Ор-

!

Актуальность теиы. в настоящее время возможности человека воздействовать на природу переросли его способности понять, оценить и предсказать последствия своих действий, особое беспокойство стал вызывать постоянно повышающийся уровень-загрязнения природной среди техногенными выбросами.

Наиболее нощннни стабилизаторами происходящих в природе разрушительных процессов является лесные экосистемы. Эти функции особенно четко проявляются в связи с возрастающим уровнен антропогенного воздействия на природную среду и. в первую очередь, с ее загрязнением техногенными выбросами. Особенность» происходящих процессов является тот факт, что загрязнение воздействует ьа б.гоч/ ь Качестве нового внешнего фактора, к которону она зволвдшонно не приспособлена. В создавшейся ситуации особенно важным стало познание процессов воздействия за-?язнительных веществ на растительность вообще и на лесные экосистемы в частности. основной частью лесных экосистем является древостой, в которых влияние загрязнения устанавливается по уровню дефолиации кроны деревьев, от массы листвы и ее плошади зависит не только продуктивность Фотосинтеза, эти параметры определяют также расходы влаги на транс пирадию. от ее количества зависит задержание кронами осадков и суммарное испарение, а также и нейтрализация вредных вешеств путем их поглоиения. Таким образом, при выявлении воздействия загрязняющих вешеств на деревья необходим детальный анализ архитектоники и особенностей формирования кроны, что влечет за собой познание роста отдельных деревьев в частности и древостоев в целом при различном уровне загрязнения природной среды техногенными выбросами.

пель и задачи иследоваяии. Основная цель диссертационное работы - изучить закономерности роста и формирования кроны и ствола деревьев сосны обыкновенной < Ршиз зП7ез1Г1з. ь.) произрастающей при различном уровне загрязнения природной среды техногенными выбросами. Для достижения поставленной пели было необходимо решить следпдае задачи:

- выявление закономерностей сезонной динамики надземной Фнто-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 разлкчньлг

- г -

Фенотипов;

- выявление биоиндикаторных свойств показателей прироста;

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

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

Научная новизна

В работе всесторонне рассмотрено влияние загрязняющих веществ с сопуствующини ену неблагоприятными биотическини Факторами на рост и нормирование деревьев различных параметров. Исследования не ограничиваются либо изучением прироста по какому-то од-нону параметру, либо изкенениеи состояния. Дан разносторонний анализ особенностей роста кроны, выявлены причины ее деФоляпии. 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 оценки воздействия загрязняющих атмосферу веществ на деревья и метод диагностики комплексных причин их гибели.

На защиту выносятся следующие результаты работы:

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

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

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

- закономерности повреждения крон деревьев энтовредителями;

- комплекс моделей прироста надземной части дерева;

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

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

Практическая значимость и внедрение результатов:

- разработанная модель зависимости потерь прироста ствола по днанетру и объему от дефолиации кроны деревьев позволяет провести количественную оценку ущерба причиняеного древесному ярусу лесных экосистем промышленным загрязнением;

- разработаный показатель состояния древостоев позволяет более объективно оленить уровень воздействия загрязнителей на деревья и ногат быть использован при проведении мониторинга лесных экосистем;

- выявленные причины и их значимость на усыхания деревьев могут быть использованы при организации мероприятий по улучшению состояния загрязненных лесных пенозов;

- созданая имитационная модель роста является попыткой на высоком научной уровне провести экологическое нормирование лесных экосистем.

Апробация полученных результатов. Основные теоретические положения, методические разработки, результаты экспериментальных исследований, полученные выводы были представлены и доложены на международной школе-семинаре по бионониторингу лесных экосистем (Вильнюс, 1937). на конференциях и семинарах (Каунас,1935; Уфа. 1989; Тбилиси, 1989; Свердловск. 1990; Сывтывкар, 1990;Москва, 1987; Москва.1990) и в научных трудах (Каунас. 1987; Москва, 1989).

Структура и объем диссертанта, диссертация изложена на 2 10 страницах машинописного текста, состоит из введения, девяти глав, выводов и списка литературы (всего 2Ю названии, из которых на русской языке); в рукописи рисунков . таблиц 69 .

Публикации. По теме диссертации опубликовано 14 работ.

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

Наиболее мощными стабилизаторами происходящих в природе разрушительных процессов являются лесные экосистемы. Познание направленности процессов накопления и трансформации органического вещества у отдельных деревьев в частности и в древостоях в целом при различной уровне загрязнения природной среды, предоставляют возможности оценки влияния антропогенных изменений и определение их причин. Исследования сезонной динамики фогмирсвл-ния надземной фитонассы отдельных деревьев представляют ценную дополнительную информацию.

Многочисленные данные по сезонной динамике формирования сосняков представлены для различных географических условия (Алексеев. Ярмишко. 1985; Богданова. 1965; Елагин. 1969; Ки&екхо. грубкнки. 1985). В зависимости от уровня развития деревьев ( Бурное, кзюне-кий. i960), от условии местообитания (Взлетов и ар..1985;Ки^енко. 1978; русаленко. 1986). от возраста древостоя (Кипеахо. 194=1) и от климатических условий (Габеев. i 935; Кнхенко. 19Тв; Ккгейко. Вдаско-

ва.1981; Сбоева. 1971; Смирнов.1964; Тимофеев. 1972). Однако редко встречаются данные о сезонной динамике Формирования древостоев при различных уровнях загрязнения природной среды, и еще меньше, о сезонной динамике, как о методе бноиндикадии степени загрязнения природной среды (Еуберт. 1988).

В настоящее время выдвинут ряд гипотез по объяснению массового поражения и гсыхания лесов к Факторов, их обуславливавших. В большинстве случаев это исследования иностранных ученых, так как они перше столкнулись с нассовыни усыханиями лесов в Западной Европе. Во многих из них главной причиной усыхания лесов считается не только загрязнение природной среды, во и неблагоприятные климатические условия (ТгипКо. 1987; TzschacKach, 1987; Hauston. 1987; Llfbold. Fleming. 1989 идр.). эпидемии различных болезней и инвазии вредителей (ZabecKl. 1988; Lelbrendeut. 1989; Heva-lalnen. LluKonen. 1988). лесоводственные ошибки (Zabergoos. 1984; Bailach, 1984) и другие Факторы окружающей среды. Однако большинство исследователей склонны считать, что в данном случае действует оелый комплекс Факторов, но основный решающим фактором, обуславливающим нынешнее крупномасштабное ухудшение состояния лесов и их гсыхание, является загрязнение природной среды, а остальные лишь усуглубляют воздействие загрязняющих веществ (ruhrer. 1985; Candler. 1989; Барахтенова. Иванов. 1988 ). 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 данном случае научный интерес составляет не только познание изменений состояния древостоев иди прироста, во и выявление и установление влияния решающих, усилясщих и сопутствующих факторов загрязнения природной среды на лесные экосистемы.

дополнительную значимость составляет включение закономерностей сезонного роста деревьев в загрязненных условиях. Как известно. анализ годичных колец деревьев производится для того, чтобы выявить полезный сигнал влияния любых как биотических, так и абиотических Факторов природной среды.в тон 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. 1970: Vlssar. Bolenaar. 1989: Cook. Peters. 1981; Плунстс .

1990;Яиятов. !?80; Скнис, 1990 и др. ) решение данной проблемы освещено не достаточно, что в свор очередь затрудняет научное обоснование экологического нормирования лесных экосистем.

КЕТОДИХЛ СБОРА В ОБРАБОТКИ ПОЛЕВЫХ МАТЕРИАЛОВ

При изучении сезонного роста сосновых нолодняков использованы широко применяемые нетодики А.Молчанова. В. Смирнова (196Т), А-Русаленко (1986). и. Кищенко (19Тв> в других исследователей.

Для опенки уровня поражения деревьев техногенными выбросами использовалась шестибальная окала состояния деревьев (Санитарные правила в лесах СССР. 19Т0 ). которая расширена исследованиями 1.ор}олч,гк веских характеристик ассимиляционного аппарата дерева (Алексеев. 1982. Няпетене и др.. 1987; Методические рекомендации по бионониторингу..., 1989; Yalcrs lr Kt.. 1989 : др.).

Для опенки потерь прироста 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 антропогенкнх ♦акторов.

В качестве 'норны" использованы данные условно неповрежденных деревьев с учетом потерь прироста »итомассы из-за влияния биотических и абиотических »акторов.уровень которых не превышает Ю*. или данные по условно неповрехденкын древостоям. растагюсим не в зоне влияния техногенных выбросов предприятия.

3. ОБЪЕКТ И ОБЪЕМ ПРОВЕДЕННЫХ ИССЛЕДОВАНИЯ

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

HoHdBCKW* ПО "А-зотас* первую продукцию дал е=е в 1965 г. Дэ

1978г. работала лишь первая очередь, влияние выбросов которой на леса мало прослеживалось. Губительное влияние на природную среду зафиксировано после птска второй очереди предприятия. Основную ее продукпию 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 20.0

Концентрация загрязнителя кг/га

1 г 3 4 5 6 7

19Т9 збз. г 126.6 151.2 67. 9 78.7 78. 0

1980 345.0 120.0 143. 6 64. 4 74.8 74.0

1981 308. Т 107.6 126.6 57.6 бб. 8 66. 2

1982 290.6 101.2 121.0 54. 9 63.0 62. 4

1983 254.2 48.6 105.8 47. 9 55.0 54. 6

1984 217. 6 Т5. 8 90. 8 40. 8 47. 2 46. 8

1985 216.0 Т4.2 90. 6 39.6 45.8 45.4

1986 159.6 69. 6 83.2 37.4 43. 2 42. 8

1987 181.6 63.2 75. 6 34.0 39. 4 39. 0

1988 181.6 63.2 75. 6 34.6 39.4 39. 0

1989 - - - - - ^ •

В последние годы, после закрытия цеха нитрофоски к замены сернистого мазута, используемого в качестве топлива на газ. выбросы резко сиихаютск (см. таблицу 1) и. тем самым, уменьшается химическая нагрузка на лесные экосистемы (Агтоишз. 1992).

4. ЗАКОНОМЕРНОСТИ СЕЗОННОЙ ДИНАМИКИ НАДЗЕМНОЙ ФИТОМАССЫ СОСНОВЫХ ПОЛОДНЯКОВ В УСЛОВИЯХ загрязненной природной среды Рост древесных растений, его интенсивность и продолжительность является основными показателями динамики состояния и продуктивности древостоев.

15,0 км

V У} ПП-&, юр

V,г

Рис. I.

VI/ V///

30

/ 25

20 £

п 15 |5

II*

5 "1

VII VIII ✓

различном урозно загрязнения

1 - центральный побзг; побеги аз 2 - вэохнвй; 3 - ссвднев; 4 - ннскей часта етзоян.

- в -

Начало роста деревьев в контрольных молодняках начинается с удлиниекия терминального побега при достижении среднесуточной температуры воздуха 5-6* С. С увеличением уровня загрязнения начало роста побегов запаздывает и в наиболее загрязненных сосняках начинается на 0-12 сут позже (рис. 1).

максимальный суточный прирост побегов зафиксирован в верхней части кроны у деревьев контрольного нолодняка и достигает 16. 5 мм /стт. С увеличением уровня загрязнения он снижается до 10-12 мм/сут. 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, чем 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 15'/). Большое значение тону имеет не только уменьшение максимального суточного прироста побегов в загрязненных сосняках (примерно на 25 х».но. в значительной мере, уменьшение периода интенсивного роста побегов примерно на 20-30 сут (рис. 1 ). снижаясь сверху вниз по кроне, эта разнила уменьшается.а в нижней ее части длина побегов деревьев, растулдех в загрязненных условиях, даже превышает длину побегов деревьев контрольного нолодняка почти в г раза. Видимо загрязнители влияют на физиологические закономерности интенсивности ингибирования роста побегов в различных частях кроны.

Рост хвои начинается одновременно во всех молодняках независимо от уровня загрязнения. Интенсивность роста хвои условно незагрязненных и слабозагрязненных молодняках увеличивается постепенно, достигает своего наксинума 1.2-1.4 мм/сут в верхней части кроны и около о. 9 мм/сут в нижней ее части, и начинает снижаться до полного прекращения роста. В сильно- и среднезагрязненных молодняках интенсивность роста увеличивается до 1.5-1.6 мм/сут. а в нижней ее части до 1.2-1.4 мм/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 а компенсационного процесса повышенных потерь хвое.

Начало радиального роста стволов, как и побегов. с увеличением загрязнения запаздывает, и в сильнозагрязненных нолодняках начинается на Т-10 err позже. Периоды активного суточного прироста ствола по диаметру приурочены к благоприятным метеорологическим условиян. 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 И0-115 err 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.

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

Загрязнение природной среды в 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 нассы хвои от дендрометрических параметров (D ) изучаемых деревьев различных классов состояния < К * 1.2.3.4 ) имеет вид:

I года : НХВ1 = О. 1097 D1, - ( 0,4202-1) - 1.3093 )• МО. 0462-^* О. 1023-К - 0. 1487);

II года : HXBjj = 0. 0135 < 0.2732-D - 2.3803 )»

МО. 0602 Г2» О. 0324-К - 0.0923);

Общая : Нхв г О. 1024 D ( о. 0907-D - 3.6700 )«

• (О. 0479-К3* О. 0938-2 - О. 1414).

Прирост ствола по диаметру деревьев различных Фенотипов выражается следуппш образом:

a.) годичный : Щ - О. 0723-D - 0.7729 - (О. 0627-D - О. 7937)«

■(О. 0590-S2* О. 0462-С - 0.1173);

b. ) за 5 лет : Zr5 - 0.3334-D - 3.5009 - (0.2841-D - 4.1270)»

МО. 0902-Ег- О. 1130-С ♦ 0.0160).

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

2

a.) годичный : • 0.0053В - 0.00042-0 ♦ 0. ООООЗ-Й -

- (0. 00504-0. 00049• С *0. 00002) • (О. 0422-К2+0. 1221-К -О. 1643);

b. ) за 5 лет : гч5 0.00944 - 0.00134-1) ♦ 0.00013-0* --(0.01803-0.00248-0 +0. 00012-С2) » (О. 2027-К*-0. 3354-К +0.1335).

Основной задачей дальнейших исследований стало выявление причин дефолиации и их влияния на потери массы хвои деревьев с ухудшенным состоянием.

б. КОМПЛЕКСНОЕ ВЛИЯНИЕ БИОТИЧЕСКИХ И АБИОТИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ ПРИРОДНОЙ СРЕДЫ НА АРХИТЕКТОНИКУ КРОНЫ И СОСТОЯНИЕ СОСНЯКОВ Влияние пряного воздействия техногенных выбросов вызывает следующие последствия: повышенный опад хвои, изменение средних параметров охвоенных побегов, изменение количества побегов, а такхе сопутствующее воздействие энтовредитедей.

Установлено, что с повышением чувствительности к загрязнению и с уаелстениеи дендрометрических параметров деревьев уровень опака 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 (ркс. 2 ). с увеличением повреждения древостоев средняя длина побега уменьшается до ЗОХ длины побегов деревьев контрольного древостоя. в нижней части кроны с увеличением повреждения средняя длина побегов увеличивается и в наиболее поврежденном древостое превышает почти" в 2,5 раза длину побегов контрольного древостоя. На такой процесс влияют не только особенности ингиби-ровэния роста побегов на протяжении кро:гы, но и увеличивающаяся, из-за повышенного отпада, освещенность'нижних частей: кроны. При этом,с увеличением повреждения древостоев средняя длинна хвоинок увеличивается независимо от положения в кроне (рис.3). Этому 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 укултением состояния деревьев общие потери хвои из за объедания увеличиваются, однако, в первую очередь лубоеды поражают побеги малоослабленных деревьев, далее средне- и лишь потом наиболее ослабленных деревьев. В данной случае, сольшое-влияние на потери

Зо

27

24

*

г\

б \в

О)

ю 15

о

с.

< <2

■х

п

9

6

- 11 -

14,5777 7.5368

А А*

31.3693 17.5815

А А2

21.1108 8.0874

А А2

51,6918 24.1887

А А2

2 4 6 б Ю \2. 14 (6 1& 20 23. 2Д 26 28 30

ВОЭРОСТ ВЕТВИ , ЛЕТ Рис.2. Длина среднего побега на протяжении ¡сроны в различном уровне повреждённых древостоя* (1,2,3,4- И> прбного древостоя )

но

3

$ 100

<?о

О

СО X 50

< 90

3 с: 60

50

40

•

\\

\\ \\

163.7551 А 95,7220 А2 ■=0,877 ,

116.4567 А 51.5679 А3 5? -0,732 ,

72,1536 А 24,6306 А2 ; 7 »0,710 ,

77,1418 А 29,9195 А2 -0,622 .

Рис.

2 4 6 в 10 кг «4 <6 \а 20 22 24 26 29 30

В.ОЗРОСТ.-ВЕТВи _ У1Е1 Средняя длина хвои на протяжении кроны в различном уровне

поврендённых древостоя*

I. 1Ш-1 , состояние 2.76 ; 2. 1Ц-2 , состояние 1,20 ; 3. 1Щ-3 , состояние 2.11 ; 4. ¡1Д-4 , состояние 0,27 .

Таблица 2

Особенности структуры "норнальной" массы хвои деревьев различных фенотипов

Диа-иетр ствола, см Класс состояния Факта- ДеФоляиия КРОНЫ (кг / У- ) из-за:

масса хвои кг/* Объе- Деформации развития ассимиляционного аппарата i "Нормальная" масса хвои кг //

изменение количест. побегов изменение параметров хвой опад хвой общее

0 9. бб 93. б 0. 47 4. 6 0 0 0 0 0. 19 1. 8 0. 19 1. 8

16 1 2 Т. 96 77. 1 5. 53 53. 6 1. 26 12. 2 1. 29 12. 5 -0. 36 -3. 5 0. 33 3. 2 1. 16 11. 5 г. 7i 26. 3 о. гз 2. 7 0. 46 4. 4 1. 10 1С. 7 3. 50 33. 9 10. 30 100

3 2. 36 22.9 0.76 7.4 3.09 29. 9 3. 61 35. 0 0. 50 4. 8 7. 20 69. 7

0 18. 75 90. 0 1. 52 7.2 0 0 0 0 0. 58 2. 8 0. 58 2. 8

24 ! 2 15. 75 75. 5 11.45 54.9 3. 51 16. 9 3. 69 17.7 -0. 21 -1. 0 1. 89 9. 1 0. 98 4. 7 2. 29 11. 0 0. 82 3. 9 1. 53 7. 3 1. 59 7. б 5. 71 27. 4 20. 85 100

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

0 30. 13 90. 0 1.70 5. 1 0 0 0 0 1. 65 4. 9 1. 65 4. 9

32 1 2 25. 86 77. 2 19. 69 58. а 4. 24 12. 7 5. 60 16.7 . » • i IV 33 4. 0 5. 02 15. 1 -0. 11 -0. 3 0. 04 0. 1 2. 16 6. 4 3. 13 9. 3 3. 38 10. 1 8. 19 24. 5 33. 48 100

3 11. С4 34. 8 Т. 88 23. 5 б. 18 18. 5 1. 94 5. 0 5. 84 17. 4 13. 96 41. 7

0 43. 67 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. 8 30. 07 62. 2 3. 80 7. 9 6. в9 14. 2 4. 19 8. б 10. 55 21. 8 -1. 98 -4. 1 -4. 50 -9. 3 4. 25 8. 8 5. 36 И. 1 6. 46 13. 3 11.41 23. 6 48. 37 100

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

Установлено, что большое влияние на состояние деревьев В загрязненных условиях оказывает повреждение охвоенных побегов лубоедани (см. таблицу 2). За один год они способны нанести существенный ущерб соснякам - до 25*"нормальной" массы хвои или до 60* обпих потерь массы хвои. Большое значение инеет тот факт,что лубоеды поражают и деревья лучших классов состояния, у которых негативные процессы малозанетны. тем дополнительно снижая их устойчивость к неблагоприятным Факторам природной среды, лишь у деревьев худших классов состояния.значительную часть потерь хвои составляют у мелких деревьев уменьшение количества побегов из*) и уменьшение средней массы хвои одного побега (45*). а у крупных деревьев уменьшение количества побегов (свыше 30?.) и опад хвои всех возрастов (свыше 23* норнальной массы хвои). Часть потерь массы хвои компенсируется у нелких слабоповрежденных деревьев путем увеличения интенсивности побегообразования, а у крупных -путем увеличения средних параметров побегов.

Т. 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 ю х. продуктивность хвои, выраженная в миллинетрах радиального прироста ствола на 1 кг нассы хвои, увеличивается у деревьев всех дендрометрически х параметров. С увеличением дефолиации кроны до 70* у нелких деревьев продуктивность увеличивается, и почти в 1. 3 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 20-30х продуцируемого количества древесины здоровых деревьев.

Продуктивность хвои, выраженная в приросте ствола по объему на 1 кг кассы хвои, с увеличением уровня дефолиации у мелких деревьев возрастает, а у крупных постоянно уменьшается. Считаем, что большое влияние на характер изменчивости частичной продуктов-

- iA -

12 1& 20 24 га 32 36 40

Рио. Влияние дефолиации кроны на потери годичного радиального прироста ствола деревьев различных параметров

100 г-•

16 20 24 28 32 36 40 Рис. 5. Влияние дефолиации кроны на потери годичного прироста ствола по объему деревьев различных параметров '

ности хвои имеют особенности распределения ассинилянтов вдоль по стволу и во всем дереве в делом.

Изненение нассы хвои и ее частичной продуктивности влечет за собой изменения и во вторичном росте ствола как по дианетру. так и по объену.Зависимость потерь прироста ствола по диаметру и объену за определенный период времени от дефолиашш кроны выражена с помощью логической Функции робертсона и инеет следующий вид:

И = АгЦ.-в-е'0'13«5);

где: Ц(5-диаметр ствола на высоте 1. з и ;

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

- годичного радиального прироста ствола (рис.4 ):

А - - 2. 3401 ♦ 1.0858-F ♦ О. 0058-F2 - б. 24-10-F5i В = - 8.8803 ♦ 1.0377-F ♦ 0.0039-F3 - 1. 54- 10"V*) С = 0.0738 ♦ О. 0090-F - 1. 25- 10"-4F2+ 5. 73-10*'FJ¡

- годичного прироста ствола по обьену (рис. 5 ):

А = 2.3017 ♦ 1. 1092-F + 0.0154 • F8- 1.48-10-F3; В = 1.5204 - О. 0019-F - 8. 48-10-F3- 2. 01-10-F3; С = 0.0050 ♦ 1. 2040/(F+10) - 6.2539/ (F ♦ 10>2. Установили, что:

1. снижение текущего годичного прироста ствола как по диаметру, так н по объему можно определять лишь при более, чем юх дефолиации кроны. Потери его за определнный период времени (за 5 дет) - лишь при более остром повреждении кроны( дефолиация 30-40* ).

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

8. БЯОИНДИКАДИЯ СОСТОЯНИЯ ЛЕСНЫХ ЭКОСИСТЕМ В УСЛОВИЯХ

ЗАГРЯЗНЕННОЙ ПРИРОДНОЙ СРЕДЫ Хорошими биоиняикапионныни свойствами обладают нногие нор-Фологические показатели кроны, такие, как прирост дерева по высоте (длина терминального побега),линейный прирост ветвей в верхней части 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 нехду данными химического анализа хвои и состоянием древостоя с охвоеннссть» побегов текущего года в верхней части кроны. С увеличением уровня загрязнения и с ухудшением состояния древо-

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

для опенки состояния древостоя степень охвоенности побегов следует определять в нолодняках на второй-третьей, в других возрастных категориях на" третьей-пятой иутовке. что составляет примерно середину верхней части кроны, для достижении планируемой точности ± 5Х и уровня достоверности 0.95. необходимое число изучаемых побегов в слабоповрехденных древостоях составляет соответственно 6-15 шт.. в среднеповрехденных го-30 шт.. и 30-40 от. в снльноповрехденных древостоях.

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

9. ИМИТАЦИОННАЯ МОДЕЛЬ РОСТА ПОВРЕЖДЕННЫХ 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 и сильно

поврежденного дерева (1П. уровень дефолиации кроны поврежденного дерева CFjl. среднегодовая концентрация загрязнителя CQ1 в году (I) и среднемесячная температура за сентябрь, выражена следующим образом:

TU, . е Ш ,

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

Задача сводится к отделению антропогенного сигнала от щука на Фоне естественных колебаний радиального годичного прироста ^ствола. Объектами исследований являются господствующие деревья. В связи со своим соложением в древостое они почти лишены конкуренции. Высокая внутривидсзая реакция изменчивости сосны на загрязнение способствует существованию резко отличающихся по чувствительности индивидуумов, растущих по-бдизости друг от друга и получа-

| РЬчЬХгЪМ-ть-,) _-Хг 0(1) ^(1-0_

ес4и ^^ если / \ есл** \ ее ли

Рк(М)<1 2г (1) >, Км«* %2.(1) < & НИЦ

Тогда | Тог9с. | | тогэ* | тогда.

+ 1(14) ^МШг-Ш

1 —^ ' 1 1 1 1 ^ 1

У ** **

4- р^ра) ЪЮ^СгфггъО)

Рио. б. Блок - охека имитационной «одели роота дерева \

Коеффаценты пропорциональности: Х^ - зал ао них лвцвотл; Х^ - чувствительности дерева; Ц - дыхания дерева.

сщих приблизительно одинаковую химическую нагрузку.

Основные условия нодели:

- условно неповрежденное дерево является абсолютно здоровым, уровень дефолиации кроны - ох. a tF4(l)l = 1. Его радиальный прирост С*! (111 в году (I) является 'нормой";

- в начальной стадии роста ствола используется запас пластических вешеств дерева создаваемый за ix-iv месяцы СРЯП.и лишь потом продукция ассиниляции за V-VIII несяыы cz^(i)];

- прирост ствола поврежденного дерева зависит от состояния кроны (Fj )• от ассимиляционной активности хвои (V2 ) и от параметра ствола <D2 );

- химичесхая нагрузка дерева, зависит от состояния крота, с увеличением уропня дефолиации кроны, хиническая нагрузка пропорционально уменьшается:

- количество создаваемых запасных пластических вешеств СР(Х)1 пропорционально состоянию кроны fF^ au:

- дыхание поврежденного дерева (г) выражено через прирост условно неповрежденного дерева IR i (I)], пропорционально соотношению диаметров изучаемых деревьев (Kd) и зависит от состояния кроны поврежденного дерева (F 2 )•

Принципиальная блок-схема нодели представлена на рис. 6. S(I) - количество передвигаемых пластических вешеств в году (I) зависящих от условий компенсации химической нагрузки (Zs(I)].

. Очередность процесса роста записана следующим образои: сохранение кроны, прирост ствола, прирост кроны.

Прирост ствола происходит: . .

- при полной компенсации химической нагрузки запасными веществами РП-1) и продукцией создаваемой за V-VIII месяцы CZ1(I));

- минимальный прирост ( Емин=0. 05 мм), при компенсации химической нагрузки путей снижения дыхания <г) и тем самым усыхания части кроны (Г21.

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

Хорреляпксгшое соотношение данных модели и прироста поврежденного дерева tp = 0.993 доказывает наличие тесной зависимости влияния концентрации сульфатов за весь период химической нагрузки (Н) на рост дерева.

По данным упраценного прогноза установлено, что при сегод-

няшних концентрациях сульфатов { 160 - 180 кг/га ) усыхание господствующих среднеповрехденных деревьев нохет произойти при неблагоприятных экстремальных климатических условиях или при авариях на самом педприятии.

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 и уменьшение прояопж1те'ьно(.ти и-г.ен^ивлго роста побегов в верхней части кроны с одновременным их увеличением в нижней ее части. Вследствие такого явления с увеличением уровня за; рязнения длина побегов в верхней части кроны уменьшается, однако снижаясь по кроне эта разница становится все менее ощутимой и в нижней ее части длина побегов даже превышает длину контрольных побегсгв.

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

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

5. Увеличение охвоенности побегов текшего 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 уменыаается. а с продвнхениен по стволу вверх этот процесс еие более усиливается.

Основным сопутствующим фактором загрязнения.природной среды являются повреждения деревьев энтовредителякя. Наиболее опасным в таких условиях становится большой я малый лубоеды ( В)аЛсгЬа-«из зр. I. Установлено:

I. Повреждения лубоедов концентрируются в верхней к. в некоторой степени, в средней части кроны. С ухудшением состояния дерева в верхней части кроны из-за нехватки годных для сросктакхд

побегов, количество объедании снижается, но кх число увеличиваете! в средней н нижней частях кроны. Возраст повреждаемых побегов при этой таххе увеличивается.

£. Лубоеды в первую очередь повреждают побеги среднеослаблен-ных деревьев (свше 34* от обоего числа повреждении), во вторлэ - ослабленных (30 х>. далее снльвоослабденных (2Т х» ж в последнюю очередь побеги условно здоровых деревьев (до 9 *>. Наибольшие потери хвои из-за объедания установлены у сильноослабленных деревьев (до 27 х кассы хвои), за тем у среднеосдабленных (24*). далее г ослабленных (te X) и наименьшие потери хвои у условно здоровых деревьев (Т X). Такому распределению потерь влияние кмеет возраст повреждаемых побегов.

3. В следствии объедания побегов лубоедами, у слабо поврежденных деревьев интенсивность побегообразования повышена, что является естественной реакции дерева на унереное объедание побегов энтовредкгедяки (компенсационный процесс).

Анализируя комплексное влияние выявленных прямых последствии загрязнения (изменение параметров охвонныж побегов, увеличение интенсивности опада хвои и изменение количества побегов) с сопутствующим ему объеданием побегов лубоедами установлено, что большое значение в дестрткшюнаои процессе пораженных выбросами древостоев имеет объедание побегов из наиболее активной верхней части кроны деревьев слабо- в среднепораженных выбросами. Лишь у деревьев хгдшиж состояния значительную часть потерь хвои составляют у мелких деревьев уменьшение количества побегов ( до 39*) и уменьшение средней кассы хвои одного побега ( до 43*). а у крупных деревьев - уменьшение количества побегов (свыше 50*) и опал хвои всех возрастов ( свше 25* потерь кассы хвои).

зависимость текшего годичного прироста ствола по диаметру и объему от уровня деФолмааин кроны показала что:

1. Снижение прироста при особенно слабом повреждении столь незначительно. что обнаруживается примерно лишь при более чем tox деФолиации кроны.

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

Выявлено! что хорошими биоиндихааионныки свойствами обла -дают следующие морфологические показатели: радиальный прирост ствола, особенно верхней его части, прирост ствола по высоте, средняя длина побега верхней часта кроны.коэффициент-изменчивое-

те длины побега из верхней и нихней части кроны. Однако, по тесноте корреляционной связи с основными макро- и микроэлементами в хвое, наилучшин биоиняикапионным морфологическим показателен является охвоенность побегов текущего года из верхней части кроны. Установлены следующие корреляционные козФФиценты этого показателя с количеством аммиачного азота г=-0,916. с количеством нитратного азота г=-0,558. 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 колебаний прироста условно здоровых деревьев выявлено. что при сегодняшних количествах, выбрасываемых Фитотоксичес-ких соединения, усыхание господствующих среднепоЕременных деревьев, может произойти при неблагоприятных экстремальных климатических условиях или при авариях на самом предприятии.

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

1. Иорфоструктурные признаки кроны для определения состояния сосняков в условиях атмосферного загрязнения // Закономерности роста и производительности древостоев. - Каунас. 1985. - С. 233

- 235. (К. М. Мастаускис. И. Н. Сидаравичюс 1.

2. Особенности повреждений крон сосны лубоедами в зоне влияния заводов азотных удобрений // Закономерности роста и производительности древостоев. - Каунас. . 1985. - С. 235 - 238. <М. И. Кас-тагскис. и. К. Сидаравичюс >.

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

4. влияние атмосферного загрязнения на продуктивность и жизнеспособность сосняков в зоне влияния комбината азотных удобрений // Бионониторинг лесных экосистем. - Вильнюс. 1987. - с. 228 -235. (М. М. настаускис. И. н. Сидаравичюс).

5. влияние загрязнителей атмосферы на Формирование кроны в средневозрастных древостоях // Эксперимент к математическое моделирование в изучении биогеноценозов лесов и болот. - 1987.

- С. 269 - 277. (И. К. Сидаравичюс).

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

7. Рациональная густота сосновых древостоев в условиях загрязненной природной среды // Изучение, охрана и рациональное использование природных ресурсов. . - Уфа. 1989. т. 1,- с. 31. (3. Л. Барткявичюс).

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

9. Древесно-кольаевой анализ сосновых древостоев. поврежденных промышленными выбросами // Проблемы дендрохронологии и ден-дроклиматологии. Свердловск. 1990 - С. 13-15. (3. л. Барткявичюс).

10. Влияние дефолиации кроны на прирост поврежденных промышленными выбросами средневозрастных деревьев сосны обыкновенной// Тезисы XI Кони Республиканской молодежной научной конференции. -Сывтывкар. 1990. - С. 121. О. Л. Барткявичюс).

11. Сезонный рост сосновых иододняков при различном уровне атмосферного загрязнения // Проблемы лесоведения и лесной экологии - П.. 1990. 1 С. 53« - 538. (Э. Л. БаРТКЯВИЧЮС).

На литовском языке :

12. Использование методов биоиндикации 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. 7. (А.Ключюс, 3. Барткявичюс).

14. Изучение атмосферного загрязнения Литвы используя растения - биоиндикаторы // Научные труды Лит. СХА. Сельское хозяйство -Каунас - Академия, 1992. т. 42. - С. (Л.Ключюс. 3. Барткявичюс).

Подписано в печать 0i.06.i992. СЛ 399. Бумага 60*84 - 1/16. Бумага писчая К! 1. Ротапринт. Печ.л. 1,5. Цена т.во руб. Заказ Hi 472. Тираж 100 экз.

Отпечатано издательским нейтрон литовской сельхозакадемии -1992. Литва. 4324 Каунас - академия