Влияние техногенного загрязнения на дендрохронологические параметры сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L. )

Вестник Челябинского государственного университета. 2013. № 7 (298). Биология. Вып. 2. С. 191-194.

Г. Р. Полякова, Р. В. Уразгильдин

ВЛИЯНИЕ ТЕХНОГЕННОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ НА ДЕНДРОХРОНОЛОГИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ СОСНЫ ОБЫКНОВЕННОЙ

Рассмотрено влияние техногенного загрязнения на дендрохронологические параметры сосны обыкновенной в условиях углеводородного загрязнения Уфимского промышленного центра.

Ключевые слова: дендрохронологический анализ, радиальный прирост, техногенное загрязнение.

Введение. Промышленные предприятия совершенствуют системы по утилизации отходов, снижают негативные выбросы в окружающую среду, но проблема загрязнения по-прежнему остается актуальной.

Согласно Государственному докладу [1], в Уфимском промышленном центре (УПЦ) преобладает углеводородное загрязнение с преимущественным содержанием в составе выбросов смесей предельных и непредельных углеводородов с участием окиси углерода, окислов азота, сероводорода, сернистого газа и ряда других соединений. Индекс загрязнения атмосферы Уфы определяется высокой концентрацией формальдегида и бенз(а)пирена.

Дендрохронологический анализ дает возможность оценить динамику прироста древостоя за весь период его существования, позволяет определить климатически обусловленные изменения ширины годичных колец и выявить степень воздействия неклиматических (в том числе антропогенных) факторов на состояние древостоя. Прирост древесины является интегральным показателем состояния деревьев, позволяющим дать объективную оценку и выявить начавшиеся изменения и нарушения в экосистеме на ранней стадии, когда внешние параметры еще заметно не изменились [2]. Средний прирост и характер его колебаний за исследуемый интервал времени дают ценную информацию о процессе функционирования древостоев в зоне действия антропогенных факторов [3]. К примеру, показано значительное снижение радиального прироста древостоев сосны в условиях превышения ПДК по двуокиси серы, свинцу и мышьяку [4].

Следует отметить, что исследований, посвященных изучению влияния техногенного загрязнения на дендрохронологические параметры ле-сообразователей Предуралья, мало и они фрагментарны. В Республике Башкортостан насчитывается множество промышленных центров химического и нефтехимического профиля, велик вклад в ухудшение экологической обстановки от нефтедобывающего, горнорудного комплексов и выбросов автомобильного транспорта [1]. Все это обуславливает необходимость проведения дендрохронологических исследований на территории промышленных центров региона.

Цель. На примере УПЦ охарактеризовать изменения дендрохронологических параметров сосны обыкновенной в условиях промышленного загрязнения.

Материалы и методы. Методы исследований выбирались с учётом поставленных задач и имеющихся методических разработок. Пробные площади были заложены в зоне сильного загрязнения и относительном контроле. Во всех случаях имели место лесные культуры сосны.

По ранним исследованиям, древостои сосны обыкновенной в условиях УПЦ характеризуются как «сильно ослабленные» (XV = 44,8 %) [5]. Деревья имеют слабо сформированную крону, стволы слабо очищены от мертвых сучьев, велика доля сухостоя и отмирающих деревьев. Жизненное состояние древостоев в контроле оценивается как «здоровое» (XV = 97,3 %). Деревья имеют сформированную крону, стволы очищены от мертвых сучьев, отсутствуют значительные повреждения хвои. Доля сухостоя в насаждениях составляет 1,6 %. Таксационная характеристика древостоев представлена в таблице.

Таксационная характеристика древостоев сосны в УПЦ

Место Возраст, лет Состав Н, м D, см Класс бонитета Полнота Запас, м3/га

Промзона 48 8С1В1Кл 19 24 1 0,2 200

Контроль 54 10С 24 20 1А 0,8 300

Для дендрохронологических исследований использованы те же пробные площади.

Древесные керны брались у средних по диаметру деревьев с помощью приростного бурава по 20 моделей с каждой пробной площади. После сушки и шлифовки кернов проведена абсолютная датировка колец прироста. Ширина годичных колец измерялась с помощью окулярного винтового микрометра МОВ-1-15. Ложные и выпавшие годичные кольца выявлялись методом перекрёстной датировки.

Для лучшего выявления возрастных особенностей роста, ряды и серии радиального прироста преобразовали в ряды и серии прироста по площади поперечного сечения ствола. Для выделения участков со сходной динамикой изменения прироста использованы математические приёмы приведения криволинейных функций к прямолинейному виду (логарифмирование) [3].

Для оценки влияния погодных условий на прирост сопоставлены дендрохронологические параметры с среднелетними данным по метеостанции Уфы (рис. 1). Среднелетняя температура воздуха в период 1941-2010 гг. составляет +16,9 °С, амплитуда температур — 6,3 °С. Самое холодное лето было в 1969 г. (абсолютный минимум +14 °С), самое теплое в 2010 г. (абсолютный максимум +20,3 °С). Среднелетняя сумма осадков в период 1966-2010 гг. составляет 53,8 мм.

Результаты и обсуждение. В условиях промышленного загрязнения радиальный прирост сосны неравномерен в течение всего рассматриваемого периода и имеет большие перепады, особенно на начальных этапах онтогенеза (рис. 2а). В первые годы жизни прирост в целом меньше (max 4,4 мм), чем в условиях контроля (max 5,2 мм), но период активного прироста молодых

растений в промзоне более растянут по времени (13 лет), чем в контроле (8 лет). В целом прослеживается тесная взаимосвязь между изменениями климатических условий (особенно осадков) и величины годичного прироста, наиболее ярко проявляющаяся в периоды 1974-75, 1983— 86, 1990—93, 2009—11 гг. (на графике отмечены ромбиками). Однако имеются и периоды расхождения: в 1975—78 и 2003—08 гг., несмотря на благоприятные климатические условия, наблюдается значительный спад прироста, а в 1978— 80 и 1998—2003 гг. при ухудшении условий — значительное его увеличение. Также четко указанные периоды прослеживаются и на графике прироста по площади сечения (рис. 2б). Данные перепады свидетельствуют о том, что при увеличении температуры и влажности хроническое загрязнение совместно с пиковыми выбросами оказывают угнетающее действие на надземную фитомассу, опосредованно уменьшая прирост, а при понижении климатических параметров углеводородный тип загрязнения может оказывать стимулирующее действие. На графике логарифмированного прироста (рис. 2в) излом, приходящийся на 1988—90 гг. свидетельствует о переходе древостоя из виргинильного периода в вегетативно-репродуктивный, а в 2005— 06 гг. в репродуктивный, что согласуется с литературными данными о периодах онтогенеза сосны [6]. Резкие изломы, приходящиеся на периоды расхождения климатических изменений и прироста (на графике показаны стрелками), также свидетельствуют о значительном влиянии техногенного фактора на онтогенез древостоя. Остальные изломы соотносятся с изменением климатических факторов. В целом, за исключением начальных этапов роста, величина

Рис. 1. Динамика климатических показателей района исследований

m m Ю Ю 00 00 О О Голы

О o'

о

о

fN

о

о

fN

іл

сл

іл

сл

сл

сл

сл

сл

00

сл

00

сл

сл

сл

сл

сл

о

о

fN

о

о

fN

Рис. 2. Динамика изменений ствола сосны обыкновенной в условиях промышленного загрязнения

прироста в промзоне выше, чем в контроле, что подтверждает возможную роль углеводородного типа загрязнения в качестве «внекорневой подкормки» для древесных растений.

Выводы и заключения. Углеводородное загрязнение в условиях УПЦ приводит к увеличению годичного прироста стволовой древесины сосны обыкновенной по сравнению с контрольными условиями, однако в сочетании с резкими изменениями климатических факторов в отдельные годы может оказывать как угнетающее, так и стимулирующее действие. Кроме того, техногенное загрязнение приводит к увеличению продолжительности периода активного прироста на ранних этапах онтогенеза.

Промышленное загрязнение не оказывает влияние на сроки прохождения этапов онтогенеза древостоев сосны, их длительность в промзоне и контроле одинаковая, однако влияет на равномерность прохождения этапов в пределах онтогенетических периодов.

Список литературы

1. Государственный доклад о состоянии окружающей природной среды Республики Башкортостан в 2011 г. / Мин.-во по чрезвычайным ситуациям и эколог. безопасности Респ. Башкортостан. Уфа, 2012. 229 с.

2. Шиятов, С. Г. Дендрохронология верхней границы леса на Урале. М. : Наука, 1986. 136 с.

3. Николаева, С. А. Комплексный подход и методика реконструкции роста и развития деревьев и лесных сообществ / С. А. Николаева, Д. А. Савчук // Вестн. Томск. гос. ун-та. Биология. 2009. № 2(6). С. 111-125.

4. Кучеров, С. Е. Радиальный прирост сосны обыкновенной в районе Карабашского медеплавильного комбината / С. Е. Кучеров, А. А. Мулда-шев // Лесоведение. 2003. № 2. С. 43-49.

5. Зайцев, Г А. Сосна обыкновенная и нефтехимическое загрязнение: дендроэкологическая

характеристика, адаптивный потенциал и использование / Г А. Зайцев, А. Ю. Кулагин. М. : Наука, 2006. 124 с.

6. Санников, С. Н. Возрастная биология сосны обыкновенной в Зауралье // Восстановительная и возрастная динамика лесов на Урале и в Зауралье. Свердловск : УНЦ АН СССР, 1976. С. 126-165.