Формирование структуры древесины сосны обыкновенной в условиях почвенного загрязнения природной среды (модельный опыт)

ФОРМИРОВАНИЕ СТРУКТУРЫ ДРЕВЕСИНЫ СОСНЫ

ОБЫКНОВЕННОЙ В УСЛОВИЯХ ПОЧВЕННОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ ПРИРОДНОЙ СРЕДЫ

Рыкова Т.В., Касимов В.Д., Омехина И.Ю.

Scotch pine wood structure formation characteristics were examined in a model experiment in pine ecosystems exposed to various zinc doses. Late wood share in annual ring formation is shown.

Для понимания природы леса и при решении ряда практических задач определяется прирост древостоев по толщине (радиальный или по диаметру). Фактическое отложение древесины за определенный период (5 или 10 лет) выражается текущим годичным или периодическим приростом.

С середины ХХ века динамика радиального прироста деревьев стала применяться при изучении влияния антропогенных факторов на состояние лесных экосистем, в частности, на сосновые экосистемы. Сосна обыкновенная (P. Sylvestris) является одной из основных лесообразующих пород с огромным ареалом в Европе и в Сибири. По своим биологическим свойствам неустойчива к техногенному загрязнению природной среды.

Наряду с тем, что промышленные выбросы действуют на ассимиляционный аппарат растений, токсические элементы проникают в почву, нарушая всасывающий аппарат корневых систем. Это вызывает ослабление роста деревьев и при критическом воздействии их гибель.

Нагрузка токсикантов на древостой зависит от их состава и пылепоглащаю-щей функции сосновых экосистем. В исследовании по выявлению количественной оценки воздухоочистной функции сосновых лесов [1] распределение отфильтрованных атмосферных загрязнений по вертикальному профилю 16-ти летнего соснового насаждения выглядело следующим образом

SO2 (общая масса Промышленная пыль 85 кг/га/год) (тяжелые металлы) (об-

щая масса 255 кг/га/год) Верхний полог кроны 47/55 30/12

В пологе (кроне) 21/25 83/32

Под пологом (кроной) 17/20 142/56

Таким образом, газовая составляющая выглядит в виде перевернутого усеченного конуса, для пыли - в виде нормального усеченного конуса.

Следовательно, при промышленном производстве загрязняющие ландшафт аэрозоли оседают вместе с атмосферными осадками в лесных экосистемах, где большая часть тяжелых металлов аккумулируется в лесной подстилке и почве.

В полевом эксперименте ВНИИЛМ (1999-2006гг.) оценивалось состояние сосняков зеленомошников и их реакция на загрязнение почв при внесении различных доз соли 7п^03)2. Известно, что цинк входит в группу тяжелых металлов, имеющих при избыточных количествах высокую токсичность, вызывающую ухудшение состояния древесных пород и плодородия почвы, а в ряде случаев деградацию и гибель насаждений.

В культуры сосны 55 лет вносилась соль /^N03)2 в дозах : 23 мг/кг (ПДК); 100; 500; 750; 1000 и 2000 мг/кг (в расчете на 20 см слой почвы).

На опытных делянках (30 деревьев) отбирались керны на уровне 1,3 м по двум радиусам: север-юг. В лабораторных условиях измерялась ширина каждого годичного кольца под микроскопом с точностью до 0,01мм. В целях изучения структуры годичного кольца определялось соотношение величины ранней и поздней древесины.

По данным [4], естественное изменение сезонного роста дерева разграничивается на 3 этапа:

- наибольший интенсивный рост (образование зоны ранних тра-хеид);

- уменьшение прироста (зона переходных трахеид);

- малый прирост в толщину (зона поздних трахеид).

Механизм управляющий морфогенезом ранней и поздней древесины, состоит [5] в том, что клетки ранней древесины формируются у деревьев сосны в течение роста побега и при высоком синтезе ауксинов; при последующем прекращении терминального роста и уменьшении синтеза ауксинов формируются узкие клетки поздней древесины. Трахеиды ранней древесины имеют толщину оболочек 1.5-Змкм, трахеиды поздней древесины - 3.5-4мкм [3].

Данные дендроклиматологии показывают [5], что на формирование камбиальной зоны и ширину кольца влияют условия начала вегетационного периода, а максимальная плотность определяется условиями второй половины сезона, когда дифференцируются клетки поздней древесины.

Кроме того, на формирование структуры годичного кольца оказывает влияние [4] дефолиация кроны (токсиканты, насекомые и др.), когда для выживания дерева при меньшей ширине годичного кольца на следующий год формируется годичное кольцо с большей долей поздней древесины повышенной плотности.

В ряде работ показано [2,3], что в районах сильного техногенного загрязнения обычно наблюдается снижение радиального прироста при увеличении доли поздней древесины в годичных слоях. В зоне техногенной нагрузки значительно сокращается период камбиальной активности, при этом в импактной зоне доля поздних трахеид в годичном кольце составляет 140-160%, в буферной - 100-115% [2].

Данные нашего эксперимента по изучению формирования годичного кольца древесины сосны приводятся в таблице 1.

Таблица 1 - Формирование структуры годичного кольца древесины сосны при разных дозах внесения цинка

Доза вне- ё ср, До внесения цинка После внесения цинка

сения цинка мг/кг деревьев, см Средняя ширина годичного кольца Среднее содержание поздней древесины Доля поздней древесины в % относительно среднего содержания до внесения

2001 2002 2003

Контроль 20,3 2.2 мм -100% 1.05 мм -48% 74 86 81

ПДК 21,8 77 62 86

100 23,1 60 51 45

500 20,6 60 23 64

750 23,1 119 48 38

1000 20,5 156 147 95

2000 24,3 200 133 133

Рассмотрим в качестве отклика дерева на повышение уровня стресса (дозы внесения цинка) долю поздней древесины в структуре годичного кольца, как компенсаторного фактора процессов роста. Доля поздней древесины существенно возрастает при внесении 750-1000-2000 мг/кг, составляя в первый год наблюдения (2001г.) соответственно 119-156-200%. В последующие 2 года (2002 и 2003гг.) двух-четырех кратное повышение доли поздней древесины по сравнению с периодом до внесения цинка наблюдалось в вариантах 1000-2000 мг/кг. В остальных вариантах опыта превышение составляло 7-40% по сравнению с аналогичным периодом.

Такой показательный параметр, как доля поздней древесины в структуре годичного кольца, характеризует уровень реакции деревьев сосны обыкновенной на стрессовый фактор за счет перераспределения внутренних ресурсов и может служить средством оценки состояния древостоев.

Литература

1. Коровин Н.В. Изучение негативного влияния техногенного атмосферного загрязнения на лесные насаждения сосны обыкновенной и разработка комплекса мероприятий по повышению их устойчивости, продуктивности и средозащитных функций (на примере Гомельского промышленного района) //Автореф. диссер. канд наук. - Брянск. - 2003. - 29с.

2. Павлов И.Н. Древесные растения в условиях техногенного загрязнения. -Улан-Удэ: Изд-во БНЦ СО РАН, 2006- 359с.

3. Ловелиус Н.В. Изменчивость прироста деревьев. Дендроиндикация природных процессов и антропогенных воздействий. - Л.: Наука, 1979. - 232с.

4. Ваганов Е.А., Терсков И.А. Анализ роста дерева по структуре годичных колец. -Новосибирск, Изд-во "Наука", Сибирское отделение. - 1977. - 94с.

5. Кирдянов А.В., Ваганов Е.А. Разделение климатического сигнала, содержащегося в изменчивости ширины и плотности годичных колец древесины // Лесоведение. - №6.- 2006. -с.71-75.