Распределение Ca, Mn, Fe, Cu в надземных органах березы повислой в условиях техногенного загрязнения

РАСПРЕДЕЛЕНИЕ Са, Мп, Ре, Си В НАДЗЕМНЫХ ОРГАНАХ БЕРЕЗЫ ПОВИСЛОЙ В УСЛОВИЯХ ТЕХНОГЕННОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ

Р.Х. ГИНИЯТУЛЛИН, ст. науч. сотр. Института биологии УНЦРАН, канд. биол. наук

В последнее время все большее внимание уделяется проблеме антропогенного преобразования биосферы. Заметное действие на окружающую среду оказывают элементы, выбрасываемые в атмосферу предприятиями химической, тяжелой и атомной промышленности, причем их действие распространяется на десятки километров от источника поступления элементов в атмосферу [2].

Перед лесным хозяйством и зеленым строительством выдвигаются исключительные по своей актуальности задачи в деле оптимизации окружающей среды и оздоровления промышленно развитых районов.

Древесные растения - естественный универсальный фильтр, способный в комплексе с техническими средствами предохранять окружающую среду от загрязнения [6, 8]. Лесные сообщества способны локализовать и обезвреживать загрязняющие атмосферу соединения, выполняют роль промышленного фитофильтра. О промышленном фитофильтре приходится говорить по-

тому, что чисто технологические мероприятия не всегда могут обеспечить полное механическое улавливание и химическое обезвреживание промышленных загрязнителей. Фитофильтр должен обеспечивать при любых погодных условиях очистку атмосферного воздуха до уровня медицинских стандартов предельно допустимых концентраций. В процессе жизнедеятельности лесные сообщества перерабатывают своим ассимиляционным аппаратом огромные объемы воздуха - до 500 тыс. м на 1 га насаждения. Такой объем воздуха может очищаться от примесей ежедневно, если концентрация и доза загрязнителей не являются губительными для растительного сообщества [1]. Однако растения выполняют функцию до-очистки воздуха лишь в приземном слое и в теплое время года с большей интенсивностью, чем в холодное [5].

В условиях нарушения экологического равновесия значительно возрастает средо-стабилизирующая роль лесных насаждений.

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 6/2005

23

Усиление этих функций достигается путем формирования устойчивых насаждений и повышения их продуктивности. Береза повислая (Betula pendula Roth.) отличается высокой экологической пластичностью, быстрым ростом, достаточно хорошо растет при задымлении [3, 6].

В данной работе приводятся сведения об относительном жизненном состоянии березняков, а также материалы по консервации металлов березой повислой в условиях промышленного загрязнения.

Исследования проводились в пределах санитарно-защитной зоны Стерлитамак-ского промышленного центра (СПЦ), который характеризуется высоким уровнем загрязнения. Валовые выбросы загрязняющих веществ в атмосферу составляют 97,2 тыс. т в год [4]. Объектом исследования служили культуры березы повислой в возрасте 39-40 лет. По данным лесоустройства 2003 г., в составе насаждений в пределах Стерлитамакского лесхоза насаждения березы повислой составляет 3256 га. Насаждения березы повислой там, где проводились исследования, находятся в непосредственной близости от предприятий химической промышленности и испытывает сильное техногенное воздействие.

Особое внимание при оценке относительного жизненного состояния березовых насаждений уделялось выявлению хлорозов и некрозов листьев и других повреждений древостоев атмосферными загрязнителями. Листья и ветви березы собирались с 15 деревьев на пробной площади из верхней, средней и нижней части кроны, обращенной к источнику загрязнения. Содержание металлов в листьях и ветвях определялось методом атомно-абсорбционного анализа.

Для определения стадии дигрессии насаждения и степени влияния на него антропогенных и техногенных факторов важно знать его жизненное состояние. В связи с этим нами проведены исследования относительного жизненного состояния (ОЖС) культур березы повислой в условиях СПЦ. За основу исследования была принята методика В.А. Алексеева (1990) [7].

ОЖС насаждения березы повислой определялось по четырехбалльной шкале (табл. 1): здоровое насаждение (показатель ОЖС 100-80 %), ослабленное (79-50 %), сильно ослабленное (49-20 %), полностью разрушенное (19 % и ниже). При характеристике каждого дерева насаждения на пробной площади оценивались: густота кроны, наличие мертвых сучьев, степень поражения листьев (некрозы, хлорозы, скручивание, повреждения насекомыми и болезнями и т. д.).

После суммирования количества стволов по категориям производилась оценка ОЖС насаждения по следующей формуле

L

= (100N + 70N2 + 40N3 + 5N4) i -,

N

где Ь„ - показатель ОЖС насаждения, вычисленный по количеству деревьев, %;

Ы1 - количество здоровых деревьев, шт.;

N - количество ослабленных деревьев, шт.;

N3 - количество сильно ослабленных деревьев, шт.;

Ы4 - количество сухих деревьев, шт.;

N - общее количество деревьев, шт.

При обследовании насаждения были обнаружены признаки повреждений отдельных листьев березы в виде хлорозов и некрозов. В целом, исследуемое насаждение было оценено как здоровое. Основными диагностическими признаками ухудшения жизненного состояния березовых насаждений являются: слабо развитая крона и поражение листьев в виде хлорозов и некрозов (10-25 % от площади листа).

Установлено, что среднее дерево березы повислой с возрастом 40 лет в условиях Стерлитамакского промышленного центра формирует на себе в среднем 13,395 кг листьев и 13,989 кг ветвей в расчете на воздушно-сухую массу.

Данные по содержанию металлов в различных частях кроны (в листьях и ветвях березы повислой) представлены в табл. 2, из которых видно, что содержание металлов в образцах, взятых из различных частей кроны, неодинаково.

Таблица 1

Характеристика ОЖС насаждения березы повислой в санитарно-защитной зоне Стерлитамакского промышленного центра

Год закладки Средние показатели Соотношение деревьев в насаждении, шт. Ьп, % Категория жизненного состояния

Н;р на 1 га, шт. Оср, см Нср, м здоровые ослабленные сильно ослабленные сухие

1963 177 18 16 124 35 9 9 86,2 здоровое

Таблица 2

Содержание различных металлов в листьях и ветвях березы повислой

Образец Часть Возд.-сух. Содержание металлов, мг/кг

кроны масса, кг Са Мп Бе Си Бг Сё РЬ

верхняя 3,640 6990 260 363 13 сл.* 0,08 0,6

Листья средняя 7,800 18280 360 693 7 3,6 0,26 0,7

нижняя 1,955 1743 280 622 9 сл. 0,26 1,5

верхняя 3,520 5290 266 540 26 сл. 0,12 0,17

Ветви средняя 8,167 11770 237 477 31 сл. 0,18 9,8

нижняя 2,302 11760 283 418 27 сл. 0,19 0,1

* - следы присутствия элемента

В свою очередь в условиях загрязнения одно дерево за период май-август консервирует следующее количество металлов в листьях: Са - 171 г, Мп - 4,2 г, Бе - 7,94 г, Си - 0,1126 г, Бг - 0,03 г, Сё - 0,0028 г, РЬ - 0,036 г, в ветвях: Са - 141,7 г, Мп - 3,5 г, Бе - 6,75 г, Си - 0,405 г, Бг - 0,0196 г, Сё - 0,0023 г, РЬ - 0,016 г.

В условиях Стерлитамакского промышленного центра на 1 га насаждений березы повислой в среднем формируется 4,956 т сухой массы листьев и 5,175 т сухой массы ветвей. Отсюда следует, что 1 га березовых насаждений способен консервировать из воздуха в листьях в течение вегетационного сезона в условиях промышленного загрязнения Са - 85 кг, Мп - 20 кг, Бе - 39 кг, Си - 0,5 кг, Бг - 0,14 г, Сё - 0,0138 г, РЬ - 0,178 г, а в ветвях Са - 73 кг, Мп - 18 кг, Бе - 35 кг, Си - 2 кг, Бг - 0,101 г, Сё - 0,0119 г, РЬ - 0,082 г.

По данным лесоустройства 2003 г., в составе лесных насаждений в пределах Стерлитамакского лесхоза насаждения березы составляют 3256 га, т.е. 12 % от лесопо-крытой площади. Выполненные расчеты показывают, что березовые насаждения Стер-литамакского промышленного центра способны накапливать техногенные элементы следующим образом: Са - 514 кг, Мп - 123 кг,

Бе - 240 кг, Си - 8,014 кг, Бг - 784 г, Сё - 83 г, РЬ - 83 г.

Таким образом, насаждения березы повислой в условиях Стерлитамакского промышленного центра представляют практический интерес с учетом способности к накоплению металлов и ограничению циркуляции загрязнителей в промышленной среде.

Библиографический список

1. Алексеев В.А., Дочинжер Л.С. Лесные экосистемы и атмосферное загрязнение // Лесоведение. -1981. - № 5.

2. Алексеев. Ю.В. Тяжелые металлы в почвах и загрязнение. - Л.: Агропромздат, 1987. - 142 с.

3. Антипов В.Г. Устойчивость древесных растений к промышленным газам. - Минск: Наука и техника, 1979. - 216 с.

4. Государственный доклад о состоянии окружающей природной среды республики Башкортостан в 2002 году. - Уфа, 2003. - 301 с.

5. Илькун Г.М. Загрязнение атмосферы и растения. - Киев: Наукова думка, 1978. - 246 с.

6. Кулагин Ю.З. Индустриальная дендроэкология и прогнозирование. - М.: Наука, 1985. - 115 с.

7. Лесные экосистемы и атмосферное загрязнение. Л., 1990. - 200 с.

8. Тарабрин В.Н. Физиология устойчивости древесных растений в условиях загрязнения окружающей среды тяжелыми металлами // Микроэлементы в окружающей среде. Сб. науч. тр. - Киев: Наукова думка, 1980. - С. 17-19.