Средочищающие функции тополя бальзамического и березы повислой в условиях промышленного загрязнения

ЛЕСНОЕ ХОЗЯЙСТВО

состав корнезакрытого субстрата, а также его объем и форму. При этом гранулометрический состав играет не меньшую роль, чем наличие в корнезакрытом субстрате питательных веществ. Еще Г.Ф. Морозов, рассматривая вопросы выращивания сеянцев, отмечал: «Что касается почвы, то большее внимание должно быть обращено на хорошие физические свойства ее, чем на состав...»

Решить этот проблемный вопрос нормального роста корней в питомнике и лесных культурах возможно путем проведения комплексных исследований с использованием математического метода планирования в научных экспериментах с помощью ЭВМ. Это позволит установить оптимальный химический и гранулометрический состав корнезакрытого субстрата и его объем для основных почвенных разностей, обеспечить нормальный рост и развитие корневой массы, свойственной данному виду и возрасту, а также установить минимально возможные затраты на

выращивание корнезакрытого посадочного материала, используемого при создании искусственных биоценозов.

Библиографический список

1. Морозов, Г.Ф. Учение о лесе / Г.Ф. Морозов. - М.-Л. Сельхозиздат. Издание 6-е, 1931. - 438 с.

2. Плантационное лесоводство / Под общ. ред. И.В. Шутова. - СПб: Изд.-во Политехн. ун-та, 2007. - 366 с.

3. Родин, А.Р Роль субстрата при создании культур посадочным материалом с закрытой корневой системой / А.Р. Родин // Лесохозяйственная информация. Реферативный выпуск. - 1977. - № 2. -С. 16-17.

4. Родин, А.Р. Явление хемотропизма при создании культур хвойных пород саженцами с закрытой корневой системой / А.Р. Родин // Лесоводство, лесные культуры и почвоведение. Межвуз. сб. научн. тр. - Л.: РИО ЛТА, 1978. - Вып. 7. - С. 98-102.

5. Тольский, А.П. Частное лесоводство. Основы лесокультурного дела, часть III. Лесные культуры / А.П. Тольский. - Л.: Изд-во Лесное хозяйство, Лесная промышленность, 1930. - 388 с.

СРЕДООЧИЩАЮЩИЕ ФУНКЦИИ ТОПОЛЯ БАЛЬЗАМИЧЕСКОГО и БЕрЕЗЫ ПовиСШЙ

в условиях промышленного загрязнения

Р.Х. ГИНИЯТУЛЛИН, с. н. с. Института биологии УНЦ РАН, канд. биол. наук

При оценке воздействия антропогенной деятельности на состояние окружающей среды одной из проблем является определение изменчивости различных компонентов природной среды и определяющих ее факторов. Масштабы различных антропогенных воздействий варьируют от локального до регионального уровня. В зависимости от вида воздействия используются разные системы показателей, характеризующих качество среды [3].

Лесные насаждения, способные локализовать и обезвреживать загрязняющие атмосферу соединения металлов, призваны служить в роли промышленного фильтра. Береза повислая (Betulapendula Roth.) и тополь бальзамический (Populus balzamifera L.) благодаря биолого-экологическим особенностям широко

ib@anrb.ru

используются в создании защитных лесонасаждений на территории крупных промышленных центров Предуралья. В связи с этим существует необходимость изучить способность консервации соединений металлов у данных видов в условиях техногенного загрязнения окружающей среды, а также оценки влияния техногенеза на состояние лесных насаждений в условиях промышленных центров.

Исследования проводились в пределах санитарно-защитной зоны Стерлитамакского промышленного центра (СПЦ).

Основной вклад в выбросы от стационарных источников вносят предприятия электроэнергетики - Стерлитамакская и Ново-Стерлитамакская ТЭЦ (34 %) и предприятия химической промышленности - АО «Сода» и ЗАО «Каустик» (60 %).

10

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 5/2010

ЛЕСНОЕ ХОЗЯЙСТВО

В выбросах АО «Сода» преобладают неорганические вещества, в выбросах ЗАО «Каустик» много как органических, так и неорганических веществ [2].

Основным фактором загрязнения почв и растений на территории исследованных предприятий является осаждение поллютантов из атмосферы вследствие гравитационного и турбулентного оседания, вымывания атмосферными осадками, адсорбцией загрязняющих веществ подстилающей поверхностью, при перевивании пыли, поднятой с земной поверхности прилегающих территорий [4].

Помимо поступления загрязняющих веществ из атмосферы промышленные площадки заводов загрязняются жидкими и твердыми отходами. Аварийные выбросы делают поступление поллютантов значительно варьирующим по интенсивности при одинаковых погодных условиях. Кроме общего объема промышленных выбросов существенное значение имеет и сочетанное воздействие различных загрязнителей. Особенно это характерно для г. Стерлитамак, где на сравнительно небольшой территории сосредоточены предприятия с разным составом выбросов. Еще одной важной характеристикой является неравномерность загрязнения воздуха [1].

Основные лесообразующие породы в СПЦ - сосна обыкновенная, лиственница Сукачева, береза повислая, липа мелколистная, тополь бальзамический и клен остролистный.

Объектами исследования служили культуры березы повислой и тополь бальзамический в возрасте 45 лет. По данным лесоустройства 2007 г. в составе лесных насаждений в пределах Стерлитамакского лесхоза насаждения березы составляют - 3256 га, тополь бальзамический - 1894 га.

Основные промышленные предприятия сосредоточены в северной части города. Насаждения тополя бальзамического и березы повислой, где проводились исследования, подвержены воздействию как городского транспорта, так и ближайшей промышленной зоны с несколькими крупными предприятиями химической промышленности.

Листья и побеги тополя и березы отбирали с 15 деревьев на пробной площади

верхней, средней, нижней части кроны, обращенной к источнику загрязнения. Взятые пробы листьев и побегов высушивалось до воздушно-сухого состояния на бумаге или шламовых мешках.

При оценке жизненного состояния тополевых и березовых насаждений основное внимание уделялось выявлению хлорозов и некрозов листьев и других повреждений дре-востоев атмосферными загрязнителями.

Содержание металлов в листьях и ветвях определялось методом атомно-абсорбционного анализа (прибор AAC-Zeenit-650 ЭТА).

Для определения стадий дегрессии насаждения и степени влияния на него антропогенных и техногенных факторов, определения его жизненного состояния нами проведены исследования относительного жизненного состояния (ОЖС) культуры тополя и березы в условиях СПЦ. За основу исследования была принята методика В.А. Алексеева (1990) [5].

Относительное жизненное состояние всего насаждения определялось по формуле

Ln=(100 N+70 N2 + 40 N3 + 5 N4)/N,

где Ln - показатель насаждения, вычисленный по количеству деревьев, %;

N1 - количество здоровых деревьев, шт.;

N2 - количество ослабленных деревьев, шт.;

N3 - количество сильно ослабленных деревьев, шт.;

N4- количество сухих деревьев, шт.;

N - общее количество деревьев, шт.;

100, 70, 40, 5 - коэффициенты, выражающие в процентах состояние соответственно здоровых, ослабленных, сильно ослабленных и отмирающих деревьев.

ОЖС насаждений тополя и березы определялось по четырехбалльной шкале (табл. 1.): здоровое насаждение (показатель ОЖС 80-100 %), ослабленное (50-79 %), сильно ослабленное (20-90 %), полностью разрушенное (19 % и ниже). При характеристике каждого дерева на пробной площади оценивались: густота кроны, наличие мертвых сучьев, степень поражения листьев (не-

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 5/2010

11

ЛЕСНОЕ ХОЗЯЙСТВО

крозы, хлорозы, скручивание, повреждения насекомыми и болезнями и т.д.).

При обследовании насаждения были обнаружены признаки повреждения отдельных листьев тополя, березы в виде хлорозов и некрозов.

В целом ОЖС насаждений тополя бальзамического в СПЦ характеризуется как ослабленное, а насаждения березы было оценено как здоровое. В условиях загрязнения у некоторых деревьев тополя идет отмирание ветвей верхней части кроны, где наиболее активно движение воздушных масс. Основным диагностическим признаком ухудшения жизненного состояния березовых насаждений является поражение листьев в виде хлорозов и некрозов (10-25 от площади листа).

Изучение зависимости повреждения растений от накопления в них токсических веществ показало значительные различия между отдельными видами.

Нами было отмечено накопление в листьях, побегах и в коре металлов, что позволило составить сравнительную оценку очистной функции тополя в конкретных условиях. В среднем дерево тополя (возраст 45 лет) в условиях СПЦ формирует в пересчете на сухую массу 25,95 кг ветвей и 6,795 кг листьев. При этом 1,050 кг листьев приходится на верхнюю часть кроны, на среднюю - 4,275, а на нижнюю - 1,470 кг.

Содержание металлов в образцах, взятых на различной высоте кроны и ствола, может отличаться в значительной степени. Соединения металлов, выпадая на поверхность растений, распространяются следующим образом: часть выпадений удаляется ветром и дождем, некоторое количество адсорбируется на поверхности, частично поглощаясь растениями, а частично, при определенных условиях, переносится из верхней части в нижнюю.

Следует отметить, что в листьях прослеживается тенденция к увеличению содержания Ca, Mn, Fe средней, нижней части кроны. Вероятно, происходит их смывание атмосферными осадками из верхней части кроны. Концентрация Ca - 19760 мг/кг, Mn - 72 мг/кг, Fe - 125 мг/кг в верхней части кроны, а в нижней части существенно выше, чем в

верхней. Распределение некоторых металлов (Cu, Sr, Cd, Pb) по кроне дерева имеет тенденцию к увеличению снизу вверх. В листьях верхней части кроны содержание Cu в 5 раз, Sr - 1,5 раза, Cd - 2,5 раз, Pb в 15 раз больше, чем в нижней части кроны. Содержание Ca, Mn, Zn, Sr, Pb у тополя больше депонируется в ветвях средней части кроны, чем в верхней и нижней (табл. 2).

На основании полученных результатов мы попытались дать оценку очистной функции тополя бальзамического в условиях СПЦ. Расчеты табл. 2 свидетельствуют о том, что в условиях загрязнения одно дерево тополя аккумулирует за вегетативный сезон в листьях и ветвях Cu, Sr, Cd, Pb, Ca, Fe, Zn, Mn. Ниже приведен цифровой материал, доказывающий вышеизложенное.

В условиях СПЦ на 1 га насаждения тополя бальзамического в течение вегетации в среднем формируется 13 т 311 кг сухой массы листьев и 50 т 08 кг сухой массы ветвей.

Отсюда следует, что 1 га лесных насаждений тополя способен накапливать в листьях в течение вегетационного сезона в условиях промышленного загрязнения: Cu - 0,681 кг, Sr - 2,373 кг, Cd - 0,0498 кг, Pb - 0,786 кг, Ca - 8,49 кг, Fe - 5,70 кг, Zn

- 1,088 кг, а в ветвях способен накопить Cu - 1,567 кг, Sr - 11,3 кг, Cd - 0,275 кг , Pb - 5,5 кг, Ca - 60,71 кг, Fe - 5,543 кг, Zn

- 6,91 кг.

Также был отмечен феномен биологической консервации металлов березы повислой в условиях СПЦ и рассчитано количество металлов, накапливаемых в древесных насаждениях за вегетационный период. В среднем дерево березы (возраст 45 лет) в условиях СПЦ формирует в пересчете на сухую массу 17,420 кг листьев и 24,286 кг ветвей. При этом 3,275 кг листьев приходится на верхнюю часть кроны, на среднюю - 11,045 кг, а на нижнюю - 3,100 кг.

Содержание металлов в образцах, взятых на различной высоте кроны и ствола, может отличаться в значительной степени. Изучение содержания металлов в листьях, ветвях березы в условиях промышленного загрязнения показало ряд особенностей. Расчеты приведены в табл. 3.

12

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 5/2010

ЛЕСНОЕ ХОЗЯЙСТВО

Таблица 1

Характеристика ОЖС насаждений тополя бальзамического и березы повислой в санитарно-защитной зоне Стерлитамакского промышленного центра

Название породы и год закладки п/п Средние показатели Соотношение деревьев в насаждениях, шт. Ln, % Категория жизненного состояния

Всего п/п Д ср, см Н ср, м здоровые ослаблен- ные сильно ослабленные сухие

Тополь бальзамический (1963) 70 24 26 5 59 1 5 67 Ослабленное

Береза повислая (1963) 30 20 22 22 6 2 0 90 Здоровое

Таблица 2

Среднее содержание металлов (мг/кг воздушно-сухой массы) в органах тополя бальзамического в условиях Стерлитамакского промышленного центра

Образец Часть кроны Воздушносухая масса Содержание металлов, мг/кг

Ca Mn Fe Cu Zn Sr Cd Pb

Листья верхняя 1,050 19760 72 125 4,0 20 72 0,2 3,0

средняя 4,275 24460 86 148 0,4 35 62 0,1 1,0

нижняя 1,470 20540 93 162 0,8 28 47 0,08 2,0

Ветви верхняя 2,730 45220 1,5 256 3,5 45 71 0,25 3

средняя 18,810 53930 66,1 466 14,8 59 150 0,17 5

нижняя 4,410 22090 21,9 383 13 34 отс. 0,13 3

в листьях среднего дерева - 6,795 64760 251 435 5,2 83 181 0,38 6

в ветвях средне -го дерева - 25,95 121240 103 1105 31,3 138 227 0,55 11

Содержание металлов, кг

в листьях, кг/га - 13т 311 кг 8,49 3,29 5,70 0,681 1,088 2,373 0,0498 0,786

в ветвях, кг/га - 50т 08 кг 60,71 5,150 5,543 1,567 6,91 11,3 0,275 5,5

Таблица 3

Среднее содержание металлов (мг/кг воздушно-сухой массы) в органах березы повислой в условиях Стерлитамакского промышленного центра

Образец Часть кроны Воздушносухая масса Содержание металлов, мг/кг

Ca Mn Fe Cu Sr Cd Pb

Листья верхняя 3,975 4900 97 585 9 Отс 0,3 1,6

средняя 11,045 4495 105 1117 12 Отс 0,5 1,7

нижняя 3,100 10350 124 424 16 Отс 0,7 0,9

Ветви верхняя 6,187 5895 965 271 65 Отс 0,15 1,7

средняя 15,126 7345 138 646 89 Отс 0,20 1,9

нижняя 2,982 16650 327 1346 39 Отс 0,21 2,5

в листьях среднего дерева 17,420 19745 326 2126 37 Отс 1,5 4,2

в ветвях среднего дерева 24,286 29890 1430 2263 193 Отс 5,6 6,1

Содержание металлов, кг

в листьях, кг/га 12т 890 кг 25,4 4,2 1,573 0,661 Отс. 0,0193 0,0541

в ветвях, кг/га 17 т 971 кг 53,7 25,69 1,674 3,4 Отс. 1,0 1,0

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 5/2010

13

ЛЕСНОЕ ХОЗЯЙСТВО

В нижней части кроны березы содержание некоторых металлов изменяется значительно по сравнению с верхней. Исследования показали, что в нижней части кроны березы за вегетационный период накапливаются из воздуха металлы в таких количествах: Ca - 10350 мг/кг, Mn - 124 мг/кг, Fe -424 мг/кг, Cu - 16 мг/кг, Pb - 0,9 мг/кг, Cd -0,7 мг/кг, Sr-отсутствует (табл. 3).

На основании полученных результатов доказано, что содержание Ca, Fe, Pb в листьях средней части кроны выше, чем в листьях нижней, верхней части кроны. Распределение металлов (Mn, Cu, Cd) по кроне дерева имеет тенденцию к увеличению сверху вниз.

Поступающие в листья металлы перераспределяются в пределах листовой пластинки и всего организма, часть из них оттекает из листьев в побеги. Береза верхней части кроны в среднем формирует на себе 6,187 кг в расчете на сухое вещество за вегетационный период и накапливает из воздуха металлы в таких количествах: Cu - 65 мг/кг, Cd -0,15 мг/кг , Pb - 1,7 мг/кг, Ca - 5895 мг/кг, Fe - 271 мг/кг, Mn - 965 мг/кг, а в средней части кроны накапливает: Cu - 89 мг/кг, Cd -0,20 мг/кг , Pb - 1,9 мг/кг, Ca - 5895 мг/кг, Fe

- 646 мг/кг, Sr - отсутствует.

Несколько иная картина наблюдается в нижней части кроны березы, где формируется в среднем 4,982 кг ветвей в расчете на сухое вещество, а содержание металлов в среднем - 16650 мг/кг, Cu - 39 мг/кг, Cd -0,21 мг/кг , Pb - 2,5 мг/кг, Fe - 1346 мг/кг, Sr

- отсутствует.

Полученные результаты показывают очистную функцию березы в условиях СПЦ.

Расчеты свидетельствуют о том, что в условиях загрязнения одно дерево березы аккумулирует за вегетативный сезон в листьях: Cu - 37 мг/кг, Cd - 1,5 мг/кг, Mn - 326 мг/кг, Pb - 4,2 мг/кг, Ca - 19745 мг/кг, Fe - 2126 мг/ кг, Zn - 1,088 кг, а в ветвях их содержание составляет: Cu - 193 мг/кг, Cd - 5,6 мг/кг , Pb

- 6,1 мг/кг, Ca - 29890 мг/кг, Fe - 2263 мг/кг (табл. 3).

В условиях Стерлитамакского промышленного центра на 1 га насаждения березы в среднем в течение вегетации форми-

руется 12 т 890 кг сухой массы листьев и 17 т 971 кг сухой массы ветвей. Отсюда следует, что 1 га лесных насаждений березы способен накапливать в листьях в течение вегетационного сезона в условиях промышленного загрязнения Cu - 0,661 кг, Cd - 0,0193 кг, Mn - 4,2 кг, Pb - 0,0541 кг, Ca - 25,4 кг, Fe

- 1,573 кг, а в ветвях способен накопить Cu

- 3,4 кг, Cd - 1,0 кг, Pb - 1,0 кг, Ca - 53,7 кг, Fe

- 1,674 кг, Mn - 25,69 кг.

Проведенные исследования позволили установить, что в условиях СПЦ аккумулятивных способностей насаждений тополя бальзамического и березы повислой разные.

Установлено, что на 1 га лесных насаждений тополя накапливается в листьях в течение вегетационного сезона в условиях СПЦ: Fe - 3,8 раза, Pb - 14,5 раз, Cd - 2, 5 раз, а в ветвях: Fe - 3,3 раза, Pb - 5,5 раз больше, чем в насаждениях березы. Два из изученных видов древесных растений в условиях промышленного загрязнения значительно отличаются по содержанию металлов в надземной части.

В 1 га лесных насаждений березы накапливаются в листьях в течение вегетационного сезона в условиях СПЦ: Ca - 3 раза, Mn

- 1,3 раза, а в ветвях Mn - в 5 раз, Cu - 2,2 раза, Cd - 3,5 раз больше, чем в насаждениях тополя.

В целом следует отметить успешное произрастание березы повислой в насаждениях санитарно-защитной зоны Стерлита-макского промышленного центра. В течение вегетационного сезона в листьях, ветвях происходит накопление металлов, что свидетельствует о выполнении насаждениями защитных функций по ограничению распространения в окружающей среде.

Жизненное состояние насаждений тополя бальзамического в Стерлитамакском промышленном центре в целом характеризуется как ослабленное, но, несмотря на поражение листьев и значительное ослабление деревьев, насаждения тополя выполняют средозащитные функции в условиях СПЦ.

Библиографический список

1. Берчатова, Л.П. Характеристика выбросов вредных веществ от основных объектов нефтеперерабаты-

14

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 5/2010