Биологическая продуктивность сосняков и березняков в градиенте загрязнений от Карабашского медеплавильного комбината

БИОЛОГИЧЕСКАЯ ПРОДУКТИВНОСТЬ СОСНЯКОВ И БЕРЕЗНЯКОВ В ГРАДИЕНТЕ ЗАГРЯЗНЕНИЙ ОТ КАРАБАШСКОГО МЕДЕПЛАВИЛЬНОГО КОМБИНАТА

Усольцев В.А., Борников А.В, Жанабаева А.С., Бачурина А.В.

Change of biomass and net primary production of natural white birch and Scots pine forests in relation to their location in pollution gradient near Karabash copper plant is studied.

Город Карабаш в Челябинской области с прилегающими территориями представляет один из наиболее загрязненных участков планеты. В Карабаш-ском городском округе медеплавильное производство действует с 1837 года. За период с 1907 по 2007 гг. объем выбросов загрязняющих веществ составил 14,4 млн т, из которых 91% составляет сернистый ангидрид [1]. Вследствие высокой концентрации поллютантов вокруг Карабашского медеплавильного комбината (КМК) в радиусе 4-5 км погибли не только естественные насаждения, но и отсутствует всякая растительность.

Наши исследования выполнены в градиентах загрязнений сосновых и березовых естественных насаждений в подзоне предлесостепных сосново-березовых лесов Урала [2] к северу от КМК. В основу нашего исследования положен метод пробных площадей, заложенных согласно требованиям ОСТ 5660-83. Полигоны в градиентах загрязнений были подразделены на три зоны: импактную, буферную и фоновую. Их удаление от КМК составило соответственно 1-10, 15-25 и 30 км и более. Таксационная характеристика пробных площадей, заложенных в березовых насаждениях в количестве 33, была опубликована ранее [5], а характеристика сосновых насаждений в количестве 6 приведена в табл. 1.

Таблица 1- Таксационная характеристика сосновых насаждений в градиенте загрязнений от КМК ^_______

L*, км Породный состав Возраст, лет Класс бонитета Средняя высота, м Средний диаметр, см Число стволов, экз./га Площадь сечений, м2/га Запас древостоя, м3/га

4,2 7С3Б+Ос 80 III 20,6 26,9 392 16,0 132

6,6 8С1Б1Ос 80 III 19,8 28,4 440 26,3 222

8,3 8С1Б1Лц 80 III 19,5 23,8 560 25,6 226

9,5 7С3Б 70 II 18,6 28,4 434 27,2 259

13,8 10С+Б 80 II 20,6 27,7 591 32,5 448

32,0 8С2Б 80 II 20,3 28,5 600 35,0 543

* Примечание. L - здесь и далее расстояние от источника загрязнений.

Наряду с традиционной таксацией древостоев на каждой пробной площади выполнены определения их фитомассы и ее годичного прироста. Для этого взято по 7 модельных деревьев каждой древесной породы в пределах варьирования их диаметров на пробных площадях по методике, изложенной ранее [3]. Общее количество модельных деревьев березы - 56 и сосны - 42. Методика об-

работки модельных деревьев, взятия навесок (проб) для перевода показателей массы кроны из свежего в абсолютно сухое состояние и объема древесины и коры ствола - в показатели массы в свежем и абсолютно сухом состоянии, а также методика определения фитомассы и ее годичного прироста, т.е. чистой первичной продукции (ЧПП), как основного, так и нижнего (подрост, подлесок и живой напочвенный покров, совокупно) ярусов, изложены ранее [4].

Показатели фитомассы и ее годичной продукции на 1 га рассчитаны алло-метрическим методом, по аналогии с расчетом запаса стволовой древесины на 1 га (см. табл. 1), т.е. путем табулирования аллометрических зависимостей фракционного состава фитомассы и годичного прироста модельных деревьев от их диаметра по данным перечета деревьев по ступеням толщины. Полученные результаты для березовых насаждений опубликованы ранее [5], а для сосновых -приведены в табл. 2.

Таблица 2 - Показатели фитомассы и годичной продукции сосновых насаждений в градиенте загрязнений от КМК** ^_

Ь, Фитомасса фракций, т/га Годичный прирост фитомассы, т/га

км Pst РЪг Р/ РаЪо Ри 2Ъг 2/ 2аЪо 2и

4,2 96,1 12,8 3,97 112,9 0,010 0,864 0,193 0,670 1,73 0,002

6,6 152,6 20,6 6,37 179,6 0,020 1,16 0,277 0,658 2,10 0,003

8,3 129,4 12,9 5,11 147,4 0,760 1,27 0,331 1,03 2,63 0,076

9,5 195,7 18,1 3,17 217,0 0,770 1,04 0,286 0,648 1,98 0,077

13,8 195,7 16,5 8,84 221,0 0,390 2,56 0,525 1,67 4,75 0,043

32,0 225,4 19,7 7,33 252,4 0,730 2,91 0,459 1,50 4,86 0,081

**Примечание. РЪг, Р/, РаЬо, Ри и 28^ 2Ъг, 2/, 2аЪв, 2и - соответственно фито-масса и ее годичный прирост стволов, ветвей, хвои, общей надземной древостоя и общей надземной нижнего яруса.

Ранее было установлено, что в градиенте загрязнений от КМК изменение фитомассы и ее годичного прироста по мере нарастания индекса токсичности (рассчитанного по содержанию трех наиболее «техногенных» металлов Си, РЬ и Бе в лесной подстилке) происходит не постепенно, а скачкообразно, что является проявлением так называемого «триггерного эффекта». Лесная экосистема переходит из одного стабильного состояния (на контроле) к другому (в импакт-ной зоне) скачкообразно в интервале индекса токсичности от 20 до 80 [5].

Кроме того, было установлено, что в градиенте загрязнений темнохвойных лесов от Среднеуральского медеплавильного завода (СУМЗ) их фитомасса и годичная продукция изменяются не постепенно, а также скачкообразно: при удалении от СУМЗ с 1 до 5-6 км названные показатели резко увеличиваются, а затем стабилизируются [4].

С учетом названной специфики изменения биопродукционных показателей насаждений в градиентах загрязнений нами для описания закономерности изменения названных показателей по мере удаления от КМК принята структура зависимости

л

Р1 или 21 = ао + а1 (1/Ь) , где Р1 и 2г - соответственно фитомасса и годичный прирост (ЧПП) ¡-й фракции, т/га. Расчет уравнений показал их адекватность, подтверждаемую ве-

личиной коэффициентов детерминации (от 0,65 до 0,95) и значимостью константы а! на уроне 1о5. Графическое изображение полученных зависимостей на фоне полей распределения фактических данных показано на рис. 1и 2.

Полученные закономерности свидетельствуют, что по мере удаления от КМК с 4 до 10 км фитомасса и ее годичный прирост как основного, так и нижнего ярусов, резко возрастают, а по мере дальнейшего удаления стабилизируются, оставаясь примерно на одном и том же уровне.

Авторы выражают признательность сотрудникам Института экологии растений и животных УрО РАН Е.Л. Воробейчику и М.Р. Трубиной, любезно предоставившим нам данные о фитомассе живого напочвенного покрова в березовых насаждениях на некоторых пробных площадях.

Рисунок !- Зависимость надземной фитомассы и ЧПП березовых насаждений от расстояния от КМК; а - фитомасса надземная основного яруса

источника загрязнения,

Рисунок 2- Зависимость надземной фитомассы и ЧПП сосновых насаждений от расстояния от КМК; обозначения см. на рис.1

Литература

1. Бачурина А.В. Влияние промышленных поллютантов ЗАО «Карабашмедь» на состояние прилегающих лесных насаждений: Автореф. дис.... канд. с.-х. наук. - Екатеринбург: УГЛТУ, 2008. - 21 с.

2. Колесников Б.П. Лесорастительные условия и лесорастительное районирование Челябинской области // Вопросы восстановления и повышения продуктивности лесов Челябинской области. Труды Ин-та биологии УФАН СССР. Вып. 26. - Свердловск, 1961. - С. 3-44.

3. Усольцев В.А. Биологическая продуктивность лесов Северной Евразии: методы, база данных и ее приложения. - Екатеринбург: УрО РАН, 2007. - 637с.

4. Усольцев В.А., Воробейчик Е.Л., Бергман И.Е., Борников А.В., Жанабаева А.С. Влияние промышленных выбросов на биологическую продуктивность лесных экосистем Урала // Лесная таксация и лесоустройство. Межвуз. науч.-практ. журн. 2011. № 1-2 (45-46). -С. 58-69.

5. Усольцев В.А., Воробейчик Е.Л., Борников А.В., ЖанабаеваА.С., Бачурина А.В., Кох Е.В., Мезенцев А.Т., Крудышев В.В., Лазарев И.С. Реакция биопродуктивности насаждений на загрязнения от Карабашского медеплавильного комбината // Леса России и хозяйство в них. 2011. Вып. 3 (в печати).

Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ, грант № 09-05-00508а