Состояние еловых насаждений при загрязнении аэрополлютантами различной химической природы

СОСТОЯНИЕ ЕЛОВЫХ НАСАЖДЕНИЙ ПРИ ЗАГРЯЗНЕНИИ АЭРО-ПОЛЛЮТАНТАМИ РАЗЛИЧНОЙ ХИМИЧЕСКОЙ ПРИРОДЫ

Шелухо В.П.

Results of studying of dynamics of a condition offir forests at action of air pollution of a various chemical compound

Изучено состояние еловых древостоев хвойных насаждений в зонах воздействия поликомпонентных аэрополлютантов г. Брянска, выбросов АО «Маль-цовский портландцемент», ОАО «Дятьковский хрусталь».

В Брянской области на лесные экосистемы ложится основная нагрузка по трансформации и инкорпорации разнообразных антропогенных загрязнений. Леса испытывают хронический стресс, в них изменяется структура и снижается биоразнообразие, нарушаются естественные сукцессионные процессы.

Основной тип ослабления природных экосистем промышленными выбросами - хронический при длительном воздействии сублетальных концентраций с преобладанием слабого и среднего угнетения (Шелухо, 2001...2007). Наиболее часто для индикации степени промышленного воздействия на природную среду используют учет морфологических изменений высших растений (Ярмишко, 1992; Жидков, 2000 и др.).

Ответная реакция растений на загрязнение воздуха зависит от физической и химической формы примеси, факторов среды, от экспозиции, биологических факторов и процессов, происходящих в растении. Реакция еловых насаждений на хроническое загрязнение носит чаще очаговый характер (Шелухо, 2000).

Среди токсичных соединений в антропогенных выбросах особенно агрессивны производные фтора, цементная пыль, оксиды серы и азота. При высокой концентрации фтора в воздухе первые усохшие деревья появляются на 3...4 год. Вблизи источников выбросов небольшой мощности, хвойные деревья усыхают в течение 25...35 лет. Усыхание происходит преимущественно по вершинному и одновременному типу (Шелухо, 2005).

Загрязнение воздуха наиболее сильно сказывается на состоянии деревьев, расположенных на ветроударных опушках. Изреживание опушечных древостоев при проведении санитарных рубок способствует проникновению загрязненных потоков воздуха вглубь насаждений, что приводит к расширению площадей усы-хания. Повышенный ежегодный отпад способствуют образованию хронических очагов вредителей и болезней леса.

До настоящего времени не изучены закономерности изменения санитарно-патологического состояния еловых древостоев в связи с интенсивностью и видами антропогенных загрязнений различной химической природы, что снижает эффективность прогнозных оценок состояния лесов при лесопатологическом мониторинге, проведении экологических экспертиз.

Последние 10 лет среднегодовая температура воздуха устойчиво превышает среднемноголетний уровень, что приводит к большей сухости местообитаний, усилению транспирации влаги растениями, большему суточному времени рас-

крытия устьиц и предопределяет синергическое усиление воздействия на растения загрязнений воздуха.

Исследования проводились на территории восточной, центральной и северовосточной частей Брянской области в лесах Дятьковского лесничества, примыкающих к территории филиала хрустального завода, Учебно-опытного лесничества, Брянского и Военного лесничеств.

Обследованы хвойные леса с долей участия ели в составе древостоя более 5 единиц, полнотой 0,5...0,8, которые произрастают в зеленомошной и сложной группах типов леса в типах условий местопроизрастания В2, С2, С3. Возраст насаждений — 80... 120 лет, древостой относятся к I.. .II классам бонитета.

Обследованные насаждения распределились по классам биологической устойчивости (Мозолевская, Катаев, 1974) следующим образом: I класс — 81%, II — 12, III — 7%. В ельниках, поврежденных промвыбросами ОАО «Дятьковский хрустальный завод» и АО «Мальцовский портландцемент» большую долю занимают древостой I класса устойчивости в насаждениях 4...5 классов возраста. С увеличением возраста насаждений растет доля ельников второго класса биологической устойчивости. Третий класс биологической устойчивости имеют насаждения 5 класса возраста, расположенные чаще вдоль опушек, обращенных к источнику выбросов. В ельниках состояние деревьев несколько улучшается с увеличением полноты, что связано с архитектоникой крон, сомкнутостью полога и условиями проникновения загрязненного воздуха внутрь насаждения.

При техногенном воздействии прослеживается ухудшение состояния ельников с ростом богатства почв, что связываем с интенсификацией газообмена при усилении ростовых процессов и, соответственно, с большим поступлением фито-токсикантов в ассимиляционные органы. Состояние насаждений четко коррелирует с расстоянием от источника выбросов.

Основной причиной ухудшения состояния обследованных насаждений вблизи предприятий является воздействие промышленных выбросов. Степень ослабления древостоев зависит от расстояния до источника загрязнения и, в меньшей мере, от таксационных параметров насаждения. Вариация индекса состояния ельников при воздействии фторидов - от 1,34 до 2,78, при воздействии цементного производства - от 1,42 до 2,78.

Анализ данных пробных площадей (1111) подтвердил уменьшение численного выражения индекса состояния ельников, вычисленного как по числу стволов, так и по запасу при удалении от источника выбросов.

Состояние еловых насаждений при удалении от источника улучшается в меньшей степени по сравнению с другими древесными породами, что подтверждает высокую индикаторную ценность ели обыкновенной и низкую устойчивость ели к фтористым и цементным загрязнениям.

Ретроспективный анализ данных пробных площадей в районе воздействия фторидов показал, что средний индекс состояния насаждения в 1991 году была 1,26, в 1999 - 1,60, в 2006 году - 2,78. За 14 лет состояние елового древостоя изменилось от здорового состояния до сильноослабленного за счет перехода деревьев в более ослабленное состояние или усыхания их. На результатах учетав 2006 году сказалось проведение санитарной выборочной рубки в 2002 и 2004 годах с выборкой большого количества усохших деревьев на одной из 1111 (97 щт).

Рубка снизила полноту насаждения до 0,4, что еще усилило проникновение пол-лютантов внутрь насаждения и ускорило ослабление оставшихся деревьев. Интенсивность ослабления ельников за последние 5 лет почти вдвое превышает прирост ослабления за предыдущие 8 лет.

Средний диаметр отпада с приближением к источнику выбросов увеличивается и отражает ослабление и отмирание наиболее крупных по габитусу деревьев.

При воздействии выбросов цементного производства изучено состояние ельников на территории Боровской дачи Брянского Военного лесничества. Насаждения являются смешанными по составу, двухъярусными, сложными по структуре. Пробные площади располагались в зоне с концентрацией пылевых частиц (расчёт по ОНД-86) до 2,5...3,5 ПДК, оксидов азота - до 1,3 ПДК. Для сравнения использованы данные пробных площадей в зоне воздействия поликомпонентных загрязнений г. Брянска (Брянское лесничество), в качестве контроля - данные обследования ельников в Учебно-Опытном и Брянском лесничествах вне воздействия местных источников загрязнения (таблица).

Смешанные, многоярусные, сложной вертикальной структуры насаждения имеют большую биологическую устойчивость и лучшее состояние. Жизненность елового элемента леса также возрастает от преимущественно чистых хвойных древостоев к смешанным, что соответствует экологическим закономерностям — устойчивость экосистем к неблагоприятным факторам возрастает при увеличении биоразнообразия и усложнения структуры сообщества за счёт инерционности отклика систем на возмущающие факторы.

Состояние деревьев всех ступеней толщины на контрольных участках лучше, чем в условиях воздействия промышленных выбросов. Деревья первого яруса лучшее состояние имеют при диаметре, близком к среднему диаметру насаждения, что соответствует состоянию природных не нарушенных ослабляющими факторами популяций. На деревья наибольших ступеней толщины, имеющих выступающую над пологом древостоя крону, промышленные токсиканты воздействуют сильнее.

В условиях воздействия промышленных загрязнений происходит снижение жизнеспособности насаждений, увеличивается текущий отпад, на повышенных элементах рельефа появляются куртины усыхания, увеличивается численность стволовых вредителей леса.

Таблица - Состояние ельников при антропогенном загрязнении

№ПП Состав I яруса, возраст, НСр/ёср, полнота, бонитет Элемент леса Распределение деревьев по категориям санитарного состояния, %

I II III IV V VI скс КЖ

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

Боровская лесная дача

1 5Е4С1Б, 80, 28,3/34,9, 0,86,1 Е 33,8 36,1 24,8 3,8 0,7 0,7 2,04 69,2

С 47,4 31,6 - - - 1,82 78,9

Продолжение таблицы

№ПП Состав I яруса, возраст, Hcp/dcp, полно- Элемент леса Распределение деревьев по категориям санитарного состояния, %

та, бонитет I II III IV V VI скс КЖ

2 6Е4С, 90, 30,7/40,1, 1,04,1а Е 42,7 34,9 19,4 2,9 - - 1,83 75,1

С 61,8 29,4 5,9 2,9 - - 1,50 84,9

3 5ЕЗС2Б+Д, 100, 32,1/36,2, 0,80,1а Е 23,4 45,4 27,6 2Д - 1,4 2,14 66,3

С 44,4 33,3 16,7 5,6 - - 1,83 74,7

4 10Е+С, 85,28,3/32,6, 0,80, I Е 36,8 33,8 21,3 1,5 - 6,6 2,14 69,0

С 37,3 66,6 - - - - 1,67 80,0

Средние: Е 34,2 37,5 23,3 2,6 0,2 2,2 2,04 69,9

С 46,7 40,2 9,0 4,2 - - 1,70 79,6

Контроль - Фоновые условия - Учебно-опытное лесничество

5а 8Е2Б+С, 100,22/24, 0,6, III Е 48,0 32,2 15,8 3,3 - 0,6 1,57 87,1

Брянское лесничество

5 4С2ЕЗБ10с, 150, 35,0/44,6,1, 0,69 Е 25,6 45,5 27,0 1,9 - 0,5 2,07 78,01

С 60,5 34,2 2,6 2,6 - - 1,47 85,7

6 6Е2С2Б, 140, 32,7/30,0, 0,55,1 Е 40,5 39,5 19,0 0,5 - 0,5 1,82 85,8

7 7Е1Д1БЮс, 150, 34,5/43,1,0,97,1 Е 44,1 39,8 12,9 1,1 - 2,2 1,80 87,2

8 6ЕЗБ1Д+С, 120, 32,4/41,4,0,78,1 Е 50,0 29,7 20,3 - - - 1,70 88,9

Средние: Е 40,1 38,6 19,8 0,8 - 0,8 1,5 5 85,0

Примечание: СКС - средневзвешенная категория состояния; КЖ - коэффициент жизне-

способности

Выводы

Промышленное воздействие различной химической природы отрицательно сказывается на состоянии еловых насаждений. Степень ослабления насаждений зависит от уровня воздействия поллютантов и связана с расстоянием до источника выбросов, типом и химической природой фитотоксиканта и, в меньшей мере, зависит от таксационных показателей древостоя.

Переход здоровых насаждений в категорию сильноослабленных при сильном и умеренном воздействии загрязнений стекольного производства происходит за 12... 15 лет, при воздействии щелочных выбросов - за 15.. .25 лет.

При усилении воздействия загрязнений санитарное состояние закономерно ухудшается, в 1,5...4,0 раза увеличивается объем и на 20...40% относительный диаметр текущего отпада, изменяется распределение деревьев по категориям санитарного состояния в зависимости от их диаметра, возрастает заселенность ксилофагами, что диктует необходимость более частого проведения санитарно-оздоровительных и лесозащитных мероприятий.