Зольный состав древесины различных пород деревьев в пойменном биотопе

ЗОЛЬНЫЙ СОСТАВ ДРЕВЕСИНЫ РАЗЛИЧНЫХ ПОРОД ДЕРЕВЬЕВ В

ПОЙМЕННОМ БИОТОПЕ

ASH COMPOSITION OF TIMBER DIFFERENT SPECIES OF TREES IN FLOODPLAIN BIOTOPES

Демаков Ю.П., Швецов С.М. (МарГТУ, г. Йошкар-Ола, РФ),

Швецов А.М.

Приведены данные по зольному составу древесины 13 различных пород деревьев, произрастающих в краткопойменном биотопе. Проведен расчет валового годичного потребления насаждениями основных минеральных веществ, их общего накопления в стволовой древесине и выноса за пределы биогеоценоза при рубке леса.

Data are presented on wood ash composition of 13 different tree species growing in concise flood plain biotope. The estimation of the gross annual uptake of the main minerals by the stands, the total accumulation in the stem wood and removal outside of ecosystem in cutting down the forest is given.

Ключевые слова: древесные растения, зольные элементы, потребление, вынос.

Key words: wood plants, ash elements, uptake, removal.

Введение. Зольный состав различных органов растений несет важную информацию как об условиях среды, так и свойствах самих растений в отношении эффективности использования ими ресурсов почвы [1-8]. Расшифровка этой информации необходима для познания закономерностей биологического круговорота веществ и создания теоретических основ оптимизации породного состава лесов. Основное хранилище зольных элементов - ствол древесных растений. Оценка зольного состава древесины различных видов древесных растений, валового потребления ими зольных элементов в пределах одного биотопа является актуальной и практически важной задачей.

Целью работы являлась оценка зольного состава древесины различных пород деревьев в краткопойменном биотопе.

Материал и методика. Исходный материал, представленный кернами здоровой древесины (без признаков гнили), взятыми осенью 2011 года с 13 различных аборигенных и интродуцированных пород деревьев (по 12-15 деревьев каждой породы), произраставших в насаждениях естественного и искусственного происхождения на дерново-слабоподзолистых среднеглинистых аллювиальных пойменных почвах в ТЛУ D2-3. Образцы древесины высушивали до абсолютно сухого состояния при температуре 110°С, измельчали, взвешивали и сжигали в муфельной печи при температуре 450оС. Содержание элементов в золе определяли на атомно-абсорбционном спектрометре AAnalyst 400, а про-боподготовку образцов проводили по типовым методикам [9, 10]. Содержание элемента в образце оценивали по формуле СЭ = СР x-VP хМЗ /МН хМС , где СЭ -содержание элемента в сухом образце, мг/кг; СР - концентрация элемента в растворе, мг/л; VP - объем раствора, в котором была растворена зола (50 мл для Ca, K, Mn, Zn, Fe, Cu и 25 мл для Pb, Ni, Cd и Со); МЗ - масса золы, г; МН - масса навески, г; МС - масса высушенного образца, г. Цифровой материал обрабо-

тан на ПК с использованием стандартных методов математической статистики [11, 12].

Результаты и обсуждение. Анализ полученного материала показал, что древесные породы, произрастающие в пределах одного биотопа существенно различаются между собой по зольности древесины и содержанию в ней зольных элементов (табл. 1), что свидетельствует о разной эффективности использования ими питательных веществ. Больше всего затрачивает минеральных веществ на образование 1 кг древесины тополь бальзамический сорта «Берлинский». Несколько уступает ему по зольности древесины вяз гладкий. Эти две породы деревьев больше всех потребляют кальция и калия. По содержанию в древесине железа первое место занимает ольха черная, меди и никеля - вяз, марганца и цинка - береза, свинца и кобальта - сосна, хрома - пихта, стронция и кадмия - тополь. Наиболее эффективно использует почвенный потенциал лиственница сибирская, в древесине которой золы содержится в 7,4 раза меньше, чем в древесине наиболее расточительной в экологическом плане породы - тополя бальзамического. На образование 1 кг древесины лиственница, по сравнению с другими породами деревьев, затрачивает намного меньше жизненно важных минеральных веществ, в частности кальция и калия. Ранговые ряды древесных растений по содержанию минеральных веществ в их древесине выглядят следующим образом:

- кальция: Т>Вз>Ос>Чер>Лп>Б>Ол(с)>Е>Пх>Ол(ч)>Д>С>Лц;

- калия: Вз>Т>Пх>Лп>Ос>Д>Ол(с)>Ол(ч)>Чер>Б>С>Е>Лц;

- железа: Ол(ч)>С>Ол(с)>Вз>Т>Б>Пх>Д>Ос>Лп>Е>Чер>Лц;

- марганца: Б>Лц>Пх>Ол(ч)>Е>Лп>Т>Д>Ол(с)>Ос>Чер>С>Вз;

- стронция: Т>Лц>Е>Чер>Вз>Ос>С>Лп>Пх>Ол(с)>Б>Ол(ч)>Д;

- цинка: Б>Т>Ос>Ол(с)>Е>Пх>С>Ол(ч)>Чер>Вз>Лц>Лп>Д;

- меди: Вз>Ол(ч)>Д>Ол(с)>Б>Чер>Е>Т>Пх>Ос>Лп>С>Лц;

- хрома: Пх>Ос>Т>Ол(ч)>Вз>Лп>Е>Ол(с)>Б>Чер>Д>Лц>С;

- никеля: Вз>Лп>Д>Ол(ч)>Т>Б>Чер>Пх>Ол(с)>Ос>Лц>Е>С;

- свинца: С>Т>Чер>Ол(ч)>Ол(с)>Пх>Б>Лц>Лп>Вз>Е>Д>Ос;

- кобальта: С>Т>Вз>Ол(с)>Ол(ч)>Ос>Чер>Б>Лп>Пх>Е>Д>Лц;

- кадмия: Т>Ос>С>Лц>Чер>Б>Вз>Пх>Лп>Е>Ол(ч)>Ол(с)>Д.

Древесное растение Зола, % Содержание химических элементов, мг/кг сухого вещества

Ca К Fe Mn Sr Zn Cu Cr Ni Pb Co Cd Сумма

Сосна 0,27 1111,8 274,0 53,4 4,08 - 5,59 1,148 0,648 0,141 0,778 0,610 0,191 1461,3

Ель 0,35 1399,5 245,8 11,0 9,78 12,54 7,76 1,560 1,491 0,157 0,110 0,091 0,041 1689,8

Пихта 0,46 1269,9 1001,9 16,9 16,96 6,85 6,16 1,363 2,228 0,237 0,180 0,098 0,049 2322,8

Лиственница 0,22 845,4 163,1 5,9 23,80 13,34 3,41 1,105 0,790 0,194 0,141 0,069 0,154 1057,4

Дуб 0,31 929,7 738,3 14,4 7,88 3,87 1,29 2,074 0,987 0,524 0,103 0,082 0,024 1699,2

Вяз 1,15 2282,2 2730,3 19,2 4,06 10,05 4,22 2,881 1,563 0,615 0,116 0,153 0,050 5055,4

Липа 0,52 1860,9 792,6 12,3 9,40 8,25 2,58 1,199 1,563 0,558 0,136 0,102 0,043 2689,6

Береза 0,45 1632,8 541,0 17,8 23,81 4,30 20,12 1,693 1,350 0,373 0,163 0,105 0,081 2243,6

Осина 0,58 2100,7 781,4 12,4 5,70 9,19 12,99 1,352 1,854 0,215 0,069 0,143 0,469 2926,5

Тополь 1,63 4759,3 1812,0 18,1 8,19 17,18 15,25 1,411 1,737 0,469 0,469 0,273 0,498 6634,8

Ольха черная 0,50 1212,6 599,6 131,1 15,02 4,10 5,08 2,335 1,596 0,502 0,251 0,147 0,039 1972,4

Ольха серая 0,43 1623,5 630,3 30,6 5,80 6,13 9,35 2,059 1,457 0,225 0,198 0,152 0,026 2309,8

Черемуха 0,45 1878,0 555,6 8,0 4,56 11,49 4,67 1,599 1,287 0,347 0,264 0,124 0,105 2466,0

Все древесные породы по содержанию в их древесине зольных элементов объединяются в два крупных кластера (рис. 1). В первый, возглавляемый сосной обыкновенной, входят ольха черная, осина и тополь бальзамический (берлинский), а во второй - все остальные породы во главе с елью и черемухой птичьей. Отдельный подкластер слагают светолюбивые породы: береза повислая и лиственница сибирская. Особняком от них отстоит вяз гладкий. Наибольшие различия между кластерами № 1 (сосновым) и № 2 (еловым) отмечаются по содержанию Fe, Pb, Co и Cd (рис. 2).

Сосна Ольха черная Осина Тополь Ель Черемуха Ольха серая Пихта Дуб Липа Лиственница Береза Вяз

О 100 200 300 400 500 600 700 S00 900

Дистанция Евклида

Рисунок 1- Дендрограмма сходства пород деревьев по зольному составу их древесины, построенная способом Варда по матрице нормированных данных

я я

I

л

«

о

220 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20

О- - о.

Зола Ca К Fe Mn Sr Zn Cu

Элементы

&

N Pb Co Cd

Рисунок 2- Характер различия древесных растений, относящихся к разным кластерам, по зольному составу их древесины

0

По содержанию зольных элементов в древесине нельзя судить об их выносе деревьями из почвы. Для этого необходимо еще иметь сведения о динамике накопления запаса древесины и фитомассы стволов, что является следующим этапом нашей работы.

Выводы.

1. Более всего содержится в древесине всех пород деревьев кальция, являющегося основой оболочки клеток. За ним следует калий. На порядок меньше в древесине железа, марганца, стронция и цинка. Замыкают ранговый ряд N1, Pb, Со и Сё.

2. Содержание в древесине большинства элементов слабо связано между собой, а также с величиной зольности. Тесная связь отмечена только между зольностью древесины и содержанием в ней кальция и калия, а также между содержанием кобальта и свинца.

3. Древесные породы, произрастающие в пределах одного пойменного биотопа, существенно различаются между собой по эффективности использования ими питательных веществ. Наиболее эффективно использует почвенный потенциал лиственница сибирская, в 1 кг древесине которой золы содержится в 7,4 раза меньше, чем в древесине тополя - наиболее расточительной в экологическом плане породы.

4. Свойство высокого потребления минеральных веществ рядом древесных растений можно использовать в фитомелиорации при создании насаждений на техногенно или природно загрязненных землях.

Список использованных источников

1. Адаменко, В.Н. Химический состав годичных колец деревьев и состояние природной среды / В.Н. Адаменко, Е.Л. Журавлева, А.Ф. Четвериков // Докл. АН СССР.- 1982.- Т. 265, № 2. - С. 507-512.

2. Лянгузова, И.В. Химический состав растений при атмосферном и почвенном загрязнении / И.В. Лянгузова, О.Г. Чертов // Лесные экосистемы и атмосферное загрязнение. - Л.: Наука, 1990. С. 75-87.

3. Демаков, Ю.П. Изменчивость содержания зольных элементов в древесине, коре и хвое сосны обыкновенной / Ю.П. Демаков, Р.И. Винокурова, В.И. Таланцев, С.М. Швецов // Лесные экосистемы в условиях изменяющегося климата: биологическая продуктивность, мониторинг и адаптационные технологии: материалы международной конференции с элементами научной школы для молодёжи [Электронный ресурс]. - Йошкар-Ола: МарГТУ, 2010. С. 3237. http://csfm.marstu.net/publications.html

4. Демаков, Ю.П. Динамика содержания зольных элементов в годичных кольцах старовозрастных сосен, произрастающих в пойменных биотопах / Ю.П. Демаков, С.М. Швецов, В.И. Таланцев // Вестник МарГТУ. Сер. «Лес. Экология. Природопользование». 2011. - № 3. -С. 25-36.

5. Винокурова, Р.И. Специфичность распределения макроэлементов в органах древесных растений елово-пихтовых лесов Республики Марий Эл / Р.И. Винокурова, О.В. Лобанова // Вестник МарГТУ. Сер. «Лес. Экология. Природопользование».- 2011.- № 2.- С. 76-83.

6. Ахромейко А.И. Физиологические обоснование создания устойчивых лесных насаждений / А.И. Ахромейко. - М.: Лесная пром-сть, 1965. - 312 с.

7. Ремезов, Н.П. Потребление и круговорот азота и зольных элементов в лесах европейской части СССР / Н.П. Ремезов, Л.Н. Быкова, К.М. Смирнова.- М.: МГУ, 1959. - 284 с.

8. Родин, Л.Е. Динамика органического вещества и биологический круговорот зольных элементов и азота в основных типах растительности земного шара / Л.Е. Родин, Н.И. Базиле-вич. - М.-Л.: Наука, 1965. -

9. Методика выполнения измерений валового содержания меди, кадмия, цинка, свинца, никеля, марганца, кобальта, хрома методом атомно-абсорбционной спектроскопии. - М.: ФГУ ФЦАО, 2007. - 20 с.

10. Методы биогеохимического исследования растений / Под ред. А.И. Ермакова. - Л.: Агропромиздат, 1987. - 450 с.

11. Афифи, А. Статистический анализ. Подход с использованием ЭВМ / А. Афифи, С. Эйзен. - М.: Мир, 1982. - 488 с.

12. Факторный, дискриминантный и кластерный анализ / Дж. Ким, Ч. Мьюллер, У. Клекка и др. - М.: Финансы и статистика, 1989. - 215 с.