Состояние хвойных насаждений в условиях загрязнения фторидами

СОСТОЯНИЕ ХВОЙНЫХ НАСАЖДЕНИЙ В УСЛОВИЯХ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ФТОРИДАМИ

Шелухо В.П.

Industrial discharge containing fluorine greatly influences the condition of coniferous forests, reduces variety of biological species due to weakening and disappearance of unstable species, breaking population dynamics offorest organisms.

Определение закономерностей токсического действия загрязнения воздуха на состояние лесов, на изменение функционального состояния и связей организмов, разработка приемов управления состоянием насаждений относятся к числу приоритетных задач теоретической и прикладной экологии, являясь одной из важнейших проблем в прогнозировании устойчивости лесных экосистем. Предложены различные классификационные признаки для определения степени техногенного воздействия на лесные биогеоценозы, главным образом, на основе биоиндикации (Алексеев, 1990, Шелухо, 2002).

Среди токсичных соединений особенно агрессивны производные фтора. Фтор слабо поддается детоксикации в растительных организмах и при длительном воздействии даже в относительно низких концентрациях способен накапливаться в них, оказывая кумулятивное отравляющее воздействие.

Окислительный потенциал фтора выше, чем у озона. В воздухе фтор образует фтористый водород. Его отравляющее действие на хвойные деревья в 3.. .1000 раз выше действия других токсичных газов. Концентрация фтора, превышающая 0,1 мг/м3, вызывает относительно быстрое развитие процесса усыхания хвойных деревьев. Из древесных растений наименее устойчивы к фторидам хвойные породы. Уровень накопления фтора в хвое не связан с возрастом дерева, повышаясь с увеличением возраста хвои (Рунова, 1999). Фтористый водород оказывает повреждающее действие на хвойные растения в течение всего вегетационного периода и зимой. Вблизи источников выбросов небольшой мощности, хвойные деревья усыхают в течение 25.35 лет. Усыхание происходит преимущественно по вершинному и одновременному типу.

К настоящему времени не изучено влияние хронического воздействия промышленных выбросов с преобладанием в составе фторидов на состояние и устойчивость хвойных биогеоценозов зоны широколиственных лесов.

Наши исследования проводились на территории восточной и северо -восточной частей Брянской области в лесах Дятьковского опытного лесхоза, примыкающих к территории филиала Дятьковского хрустального завода.

Район расположен в зоне широколиственных лесов в Брянском округе зоны смешанных лесов Скандинавско-Русской провинции в лесорастительном районе сосновых лесов левобережья Десны (Курнаев, 1982) в ландшафте относительно дренированного Дятьковского полесья (Волкова, Жучкова, 1994; Ахромеев, Данилов, 2001).

Высокая влажность воздуха, низкие скорости ветра, преобладание в вегетационный период ветров западного и северо -западного направлений, частое выпадение осадков и повторяемость штилей, особенно в первой половине дня при интенсификации фотосинтеза, создают условия для вымывания загрязнений из атмосферного воздуха и предопределяют поражение растительности в зоне воздействия источника выброса поллютантов.

Вклад ДХЗ «Хрусталь» в загрязнение атмосферы Дятьковского района -206...230 т ежегодно. За последние годы (1998...2003) промышленные предприятия и автотранспорт выбрасывают в атмосферный воздух района исследований 143,4.131,3 тыс. т загрязняющих веществ. На передвижные источники приходится 78,4%. Общий выброс загрязнений в районе достигает 75 т/га.

Основной лесообразующей породой в районе работ является сосна, занимающая 55% лесопокрытой площади; мягколиственные породы произрастают на 36% лесопокрытой площади, дубравы - на 7%, ельники - на 5,8 (Проекты организации и развития..., 1993, 1995, 2002).

Все леса района работ отнесены к I группе. В хвойных насаждениях преобладают сосняки 2.5 классов возраста. Основные типы условий местопроизрастания - В2, В3, С2, С3, занимающие 61% лесопокрытой площади. Леса представлены преимущественно высокопроизводительными среднеполнотными древостоями, занимающими дренированные типы условий местопроизрастания и имеющими высокие темпы роста и устойчивость к неблагоприятным условиям среды, что позволяет им, снижая ростовые процессы и меняя структуру, существовать в условиях хронического воздействия промышленных выбросов.

Лесоустройством ранее (2002) отмечены усыхающие и ослабленные лесонасаждения от воздействия промышленных загрязнений хрустального завода на площади 36 га.

Исследования проведены в сосновых насаждениях искусственного происхождения и ельниках естественного происхождения. Большая часть работ проведена в древостоях, имеющих полноту 0,5.0,8, произрастающих в зеленомошной и сложной группах типов леса в типах условий местопроизрастания В2, С2, С3. Возраст обследованных сосняков преимущественно 50.70 лет, ельников - 80.120, древостои относятся к I. II классам бонитета.

Рекогносцировочное обследование показало, что наименьшая доля сосняков первого класса биологической устойчивости (БУ) среди насаждений IV класса возраста (1,3%) из -за произрастания в непосредственной близости от территории хрустального завода. Большая доля устойчивых сосняков среди обследованных насаждений пятого класса возраста (92,1%) из-за их удаленного расположения по отношению к источнику выбросов. Второй класс БУ представлен преимущественно сосняками 2.3 классов возраста.

В ельниках, поврежденных выбросами ОАО «Дятьковский хрустальный завод» большую долю занимают древостои I класса БУ в насаждениях IV. V классов возраста. С увеличением возраста насаждений растет доля ельников второго класса БУ. Третий класс БУ имеют насаждения V класса возраста, расположенные вдоль опушки, обращенной к источнику выбросов.

Вариация состояния насаждений в зависимости от их полноты высокая и четкой связи не прослеживается. Состояние насаждений больше зависит от степени воздействия загрязнений, чем от таксационных параметров. Однако в еловых дре-востоях состояние несколько улучшается с увеличением полноты, что связано с сомкнутостью полога и условиями проникновения загрязненного воздуха внутрь насаждения. Достаточно четко прослеживается ухудшение состояния сосняков, расположенных по градиенту загрязнения с ростом богатства почв и связано с интенсификацией газообмена при усилении ростовых процессов и большим поступлением фитотоксикантов в ассимиляционные органы. Наиболее значимо состояние насаждений коррелирует с расстоянием от источника выбросов (таблица 1).

Таблица 1 - Состояние насаждений в зависимости от удаления до источника выбросов загрязнений

Средневзвешенная категория санитарного состояния Расстояние до источника выбросов, км

до 0,5 0,6-1,0 более 1,0

Сосновые насаждения

2,01 1,54 1,49

Ельники

2,17 1,65 1,51

На основе изучения состояния хвойных насаждений, представленности деревьев различных категорий санитарного состояния в них, степени нарушенности лесной среды проведено зонирование территории по степени воздействия выбросов ОАО «Дятьковский хрусталь». Состояние насаждений в выделенных зонах представлено в таблице 2.

Таблица 2 - Состояние насаждений в зонах воздействия выбросов

Степень воздействия Средневзвешенная категория состояния древостоев (индекс состояния) Площадь зоны, га/%

сосна ель сосна ель

Сильная 2,19 1,74 69,7/40,1 37,1/41,3

Умеренная 1,9 1,42 50,1/28,8 20,2/22,5

Слабая 1,42 1,34 54,2/31,1 28,6/36,2

Наибольшая площадь обследованных насаждений вошла в зону сильного воздействия. Зоны умеренного и слабого воздействия составляют соответственно 22.28% и 31.36% обследованной территории.

Данные, полученные на постоянных и временных пробных площадях, подтвердили выявленные при рекогносцировочном обследовании тенденции. Численное значение индекса состояния насаждений, вычисленного как по числу стволов, так и по запасу, уменьшается при удалении от источника выбросов.

Состояние еловых насаждений, по сравнению с сосняками, улучшается при удалении от источника выбросов в меньшей степени, что позволяет констатировать более низкую устойчивость ели к фтористым загрязнениям.

Средний диаметр отпада в сосняках в связи с расстоянием до источника выбросов имеет среднюю вариацию, что является следствием одновременного воздействия промышленных загрязнений и корневых гнилей. В ельниках средний

диаметр отпада с приближением к источнику выбросов увеличивается, что отражает наибольшее ослабление наиболее крупных по габитусу деревьев.

При улучшении состояния древостоя средний диаметр отпада снижается, отпад идет за счет отставших в росте деревьев. Подтверждается, что с ухудшением состояния насаждения увеличивается заселенность деревьев ксилофагами, что подчеркивает создание аэрополлютантами кормовой базы вредителям в достаточном количестве и подходящего качества. Ксилофаги являются непосредственной причиной отмирания ослабленных загрязнениями деревьев. Влияния фторидов в существующих концентрациях на видовой состав и популяционные показатели видов-доминантов (большой и малый сосновые лубоеды, стволовая смолевка, типограф, двойник, гравер, усачи) не отмечено.

На основании полевых данных и материалов предыдущих учетов на части пробных площадей Западного л/у предприятия и каф. лесозащиты и охотоведения БГИТА проанализированы темпы изменения состояния древостоев.

Средневзвешенная категория санитарного состояния ельника в 1991 году была 1,26, в 1999 - 1,60, в 2004 - 2,28. За 13 лет состояние древостоя изменилось от здорового состояния до сильноослабленного, то есть более чем на 1,25 класса состояния. Изменение состояния древостоя происходит за счет перехода деревьев в более ослабленное состояние или их усыхания. На результатах учета в 2004 году сказалось проведение санитарной выборочной рубки в 2002 году с выборкой большого количества усохших деревьев (97 шт). Рубка снизила полноту насаждения до 0,4, что еще усилило проникновение поллютантов в насаждение и ускорило ослабление оставшихся деревьев. Темп ослабления ельника за последние 5 лет почти вдвое превышает его за предыдущие 8 лет.

Индекс состояния сосняков в 1991 году составлял 1,36, в 2004 году - 2,71, за 13 лет насаждение из категории «здоровое» перешло в категорию «сильноослаб-ленное». Изменение индекса составило 1,35 класса состояния. Изменение состояния произошло за счет перехода деревьев в категорию более ослабленных и усыхания части древостоя. Наиболее интенсивно процесс ослабления проходил у деревьев I и III классов роста и развития и у тех, которые в 1991 году относились ко 2.3 категориям санитарного состояния.

Промышленные загрязнения с преобладанием фторидов оказывают решающее влияние на состояние насаждений в радиусе до 3 км от источника выбросов -филиала ОАО «Дятьковский хрусталь».

Таким образом, по мере усиления воздействия загрязнений ухудшается состояние насаждений, растет текущий отпад и заселенность ксилофагами, уменьшается количество здоровых деревьев и растет доля ослабленных в различной степени и усохших деревьев, увеличивается относительный диаметр отпада, что, в целом, соответствует формам воздействия на лесные БГЦ других газообразных загрязнений кислой природы (Смит, 1985; Алексеев, 1990; Пастернак, Ворон, 1991 и др.), но процесс происходит интенсивнее.