Реакция лесной растительности на промышленное загрязнение на примере сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L. )

УДК 504.054

РЕАКЦИЯ ЛЕСНОЙ РАСТИТЕЛЬНОСТИ НА ПРОМЫШЛЕННОЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ НА ПРИМЕРЕ СОСНЫ ОБЫКНОВЕННОЙ

А. А. Горбачев, И. Л. Прокофьев, Л. С. Жирина

В течение 2007-2008 гг. проводились исследования лесного массива, который находится в Фокинском районе г. Брянска вблизи завода «Литий». Основой методики исследования являлся метод анализа изменчивости радиального прироста древесных растений. Проведенный дендроэкологический анализ показал, что реакция на угнетение в загрязненном местообитании проявляется, прежде всего, в уменьшении радиального прироста сосны обыкновенной (Ріпи' іуіувіігіі' Ь.). Таким образом, дендроэкологический метод позволяет выявить антропогенную нагрузку на экологические системы. Изучение прироста древесины по ширине годичных колец позволяет установить хронологию и динамику развития загрязненных биогеоценозов. Это подчеркивает ее важность применения в биоиндикации.

Ключевые слова: дендроэкология, сосна обыкновенная (Ріпи' 'уіув'їгі' Ь.), биоиндикация, промышленное загрязнение.

Введение

В ряду важнейших экологических проблем, связанных с преобразованием поверхности Земли в результате антропогенной деятельности, стоит проблема предотвращения деградации лесных массивов в результате химического загрязнения атмосферы [10]. Влияние воздушного промышленного загрязнения на леса может выражаться в снижении видового разнообразия, в возрастании чувствительности деревьев к инвазиям насекомых и различного рода болезням, а также к климатическим экстремумам в снижении роста, суховершинности и гибели отдельных деревьев. Все эти негативные проявления отражаются на функционировании всей экосистемы [5].

Сосна (Род Ріпи' Ь.) — основная лесообразующая порода на территории нашей страны. По площади своего распространения она занимает второе место, уступая лишь лиственнице [7]. Самый распространенный вид этого рода — сосна обыкновенная (Ріпи' 'уіув'їгі' Ь.) с ареалом от Шотландии до Тихоокеанских берегов, от Северной Норвегии до Португалии и Испании, произрастает также в Италии, на Балканах и в Малой Азии.

Сосна обыкновенная чувствительна к различным антропогенным нагрузкам на экологические системы и, особенно, к атмосферному загрязнению. Из-за нарушения физиологической деятельности деревьев ее реакция часто проявляется в виде суховершинности. Это приводит к тому, что уже в раннем возрасте деревья сосны часто приобретают так называемую «юбочную» форму, поскольку живые ветви сохраняются только у земли, где они зимой покрыты снегом [1].

На территории г. Брянска расположены 1092 предприятия и организации, имеющие источники загрязнения атмосферного воздуха (стационарные - 298; передвижные - 994); 298 предприятий имеют утвержденные проекты нормативов ПДВ загрязняющих веществ в атмосферу; предприятия города ведут контроль охраны атмосферного воздуха по форме ТП (воздух) [3].

Цель исследования: выявление реакции сосны обыкновенной (Ріпи' 'уіув'їгі' Ь.) на промышленное загрязнение атмосферного воздуха в районе завода «Литий» (г. Брянск).

Задачи:

- провести учет воздействия промышленных выбросов на лесные биогеоценозы;

- провести дендроэкологический анализ сосны обыкновенной (Ріпи' 'уіув'їгі' Ь.), произрастающей в зоне антропогенного загрязнения атмосферного воздуха;

- сравнить полученные результаты данных методов и их возможность использования в биоиндикации.

Методы и район исследования

Исследования проводились в 2007-2008 годах. В качестве района исследования был выбран лесной массив, который находится в Фокинском районе г. Брянска, в 500 метрах от завода «Литий». Завод «Литий» является основным источником загрязнения атмосферного воздуха в исследуемом районе. В 1997 году завод прошел реорганизацию, и количество выбросов стало меньше, в связи с остановкой части производства. По данным ЦЛАТИ по Брянской области в 2006 году в состав выбросов производства входят тяжелые металлы (свинец, никель, кобальт и др.), а также значительное количество пыли, двуокиси углерода бария, бора, хрома, марганца, всего 44 вида загрязнителей. Из них ПДВ превышают 26 загрязнителей.

В ходе исследования было заложено 2 типа пробных площадей по 5 повторностей:

1111 1 - контроль - в 4 км от завода «Литий»;

1111 2 - в 500 м от завода «Литий», в районе загрязнения.

Пробные площади закладывались и характеризовались общепринятыми методами

В.Н. Сукачева [8, 9]. Возраст деревьев на обеих пробных площадях составляет 45-50 лет.

Основой методики исследования являлся метод анализа изменчивости радиального прироста древесных растений [2].

На каждой пробной площади на уровне груди (1,3 м от уровня земли) случайным способом без учета направлений сторон света отбирали керны с 10 деревьев средних диаметров возрастным буравом Пресслера по общепринятой методике [2].

Ширина годичного кольца высчитывалась как среднее арифметическое для последних 30 лет, затем высчитывались скользящие средние за 3 и 5 лет, определялось отклонение годичного кольца от средней многолетней (в процентах). Результаты измерений были сведены в вариационные ряды, для которых определялись статистические показатели. Первичные данные были обработаны по стандартным методам статистического анализа [6]. Обработка образцов происходила в лаборатории биоиндикации естественно-географического факультета БГУ. Обработка материала проводилась с помощью цифрового микроскопа Webbers G50s и с помощью пакета программ CDendro7, CooRecorder7, Arstan и Cofecha.

Учет воздействия промышленных выбросов на лесные биогеоценозы проводился по методике Кулагина [4].

На основе количественного соотношения в насаждении деревьев разной степени повреждения производится дифференциация лесонасаждений по степени их поврежденности. Выделяют следующие категории поврежденности древостоев [4].

Таблица 1 - Классификация лесонасаждений по характеру техногенных повреждений

Категория повреждения Представленность деревьев разной степени повреждения

0 (неповрежденные) 0 - не менее 90 %, 1 - до 10 %

1 (слабоповрежденные) 0 - 60-90 %, 4-5 - отсутствуют, другие не регламентируются

2 (среднеповрежденные) 0 - 30-60 %, 4-5 - до 10 %, другие не регламентируются

3 (сильноповрежденные) 0 - до 30 %, 4-5 - 10-30 %, другие не регламентируются

4 (погибающие) 0 - отсутствует, 4-5 - более 30 %

Результаты и их обсуждение

Проведя исследование лесонасаждений по характеру техногенных повреждений, мы получили результаты, которые отражены на рисунке 1 и в таблице 2.

О (неповрежденные!

1 [слабоповрежденные)

2

4 I отмирающие)

пробная площадь

Рисунок 1 - Представленность деревьев разной степени повреждений

в районе исследований

На ПП1 наблюдается преобладание неповрежденных деревьев, а также небольшое присутствие слабоповрежденных. На ПП2 преобладают слабоповрежденные и неповрежденные деревья, однако, данная пробная площадь характеризуется наличием на ней сильнопов-режденных и отмирающих деревьев. Это позволяет сделать вывод о более высокой антропо -генной нагрузке на второй пробной площади.

Таблица 2 - Исследование лесонасаждений по характеру техногенных повреждений

ПП Представленность деревьев разной степени повреждений Категория повреждения

1 0

2 0

Проведенный дендроэкологический анализ показал, что реакция на угнетение в загрязненном местообитании проявляется, прежде всего, в уменьшении радиального прироста. Толщина колец в контрольном участке статистически достоверно больше на 33%, чем на пробной площади, расположенной в зоне атмосферного загрязнения промышленными выбросами завода «Литий». На ПП1 средняя арифметическая ширина годичного кольца составляет 0,64 мм, а на ПП2 - 0,21 мм.

Таким образом, дендроэкологический метод наравне с методом учета воздействия промышленных выбросов на лесные биогеоценозы позволяет выявить антропогенную нагрузку на экологические системы. Однако, изучение прироста древесины по ширине годичных колец позволяет установить хронологию и динамику развития загрязненных биогеоценозов. Это подчеркивает ее важность применения в биоиндикации.

В ходе исследования были получены следующие результаты:

1. Основными загрязнителями данной территории являются углеводороды, пентиле-ны, бензол, диоксид серы, свинец, марганец, фтористый водород, фториды, оксид железа, хром, бор, барий, никель, формальдегид и др.;

2. Техногенные выбросы являются одним из основных факторов массового ослабления деревьев в районе завода «Литий»;

3. Под влиянием загрязнений, особенно по мере приближения к основным источникам выбросов, наблюдается существенное уменьшение прироста деревьев по диаметру, независимо от возраста растений;

Результаты проведенного исследования древесины Pinus sylvestris L., произрастающей в различной экологической обстановке г. Брянска, убеждают в том, что изменение в приросте, вызванные ухудшением среды обитания, носят количественный характер. У сосны количественные значения прироста снижаются постепенно, что подтверждает ее высокую экологическую пластичность.

Pine wood study was carried out in Fokinsky district of Bryansk near factory “Lithium” during 2007-2008 years. Basis of our research was analysis of tree-rings growth variability on plots with different level of pollution. Dendroecology analysis has shown, that industrial air and soil pollution causes reduction of a tree-rings growth. Thus, dendroecology method allows revealing anthropogenic load on ecological systems. Studying of tree-rings growth of year allows to determinate chronology and dynamics of development of polluted ecosystems. It underlines its importance for bioindication and monitoring.

The key words: dendroecology, Pinus sylvestris L., bioindication, industry pollution.

Список литературы

1. Арсеньева Т. В. Эколого-анатомические аспекты изменчивости древесины сосновых из промышленных районов Европейского Севера / Т. В. Арсеньева, Е. С. Чавчавадзе. СПб.: Наука, 2001. 112 с.

2. Битвинскас Т. Т. Дендроклиматологические исследования / Т. Т. Битвинскас. Л.: Гидрометеоиздат, 1974. 172 с.

3. Государственный Доклад "О состоянии окружающей природной среды по Брянской области в 2005 году" / В.П. Иванов [и др.]. Брянск, 2006. 317 с.

4. Кулагин Ю. З. Древесные растения и растительная среда / Ю. З. Кулагин. М.: Наука, 1973. 125 с.

5. Лукина Н. В. Техногенные дигрессии и восстановительные сукцессии в северотаежных лесах / Н. В. Лукина, Т. А. Сухарева, Л. Г. Исаева. М.: Наука, 2005. 245 с.

6. Митропольский А. К. Элементы математической статистики / А. К. Митропольский. Л.: ВЗЛТИ, 1965. 174 с.

7. Побединский А. В. Сосна / А. В. Побединский. М.: Лесная промышленность, 1979.

128 с.

8. Сукачев В.Н. Растительные сообщества / В. Н. Сукачев. Л.- М.: Книга, 1928. 232 с.

9. Сукачев В. Н. Избранные труды: в 3-х томах. Т.1. Основы лесной типологии и био-геоценологии / В. Н. Сукачев. Л.: Наука, 1972. 543 с.

10. Черненькова Т. В. Реакция лесной растительности на промышленное загрязнение / Т. В. Черненькова. М.: Наука, 2002. 191 с.

Об авторах

А. А. Горбачев - студент 4 курса, Брянский государственный университет им. академика И.Г. Петровского, bioindication.lab@gmail.com.

И.Л. Прокофьев - канд. биол. наук, доц., Брянский государственный университет им. академика И.Г. Петровского, bioindication.lab@gmail.com.

Л.С. Жирина - канд. биол. наук, доц., Брянский государственный университет им. академика И.Г. Петровского, bioindication.lab@gmail.com.