Экологическая оценка состояния лиственных древостоев в зонах техногенного воздействия
На правах рукописи
Костромина Оксана Анатольевна ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА СОСТОЯНИЯ ЛИСТВЕННЫХ ДРЕВОСТОЕВ В ЗОНАХ ТЕХНОГЕННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ Специальность 03.00.16. – «Экология»
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук
Братск- 2009
Работа выполнена на кафедре "Лесоинженерное дело" ГОУ ВПО «Братский государственный университет».
Научный руководитель – доктор сельскохозяйственных наук, профессор Рунова Елена Михайловна Официальные оппоненты – доктор биологических наук, профессор Забуга Галина Алексеевна кандидат биологических наук, доцент Погодаева Маргарита Викторовна Ведущая организация – ГОУ ВПО «ИГУ» «Ботанический сад»
Защита состоится 21 декабря 2009 в 10-00ч на заседании диссертационного совета ДМ 212.018.03 в Братском государственном университете (665709, г. Братск, ул. Макаренко, 40, ГОУ ВПО "БрГУ") Факс: (3953) 33-20-
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке БрГУ.
Автореферат разослан «20» ноября 2009 г.
Ученый секретарь диссертационного совета канд. с.-х. наук, доцент Чжан С.А.
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность исследования. Городские леса и леса санитарно защитных зон наиболее подвержены влиянию техногенного воздействия, т.к. являются основным биологическим барьером. В результате промышленного воздействия изменяются условия обитания растений, повреждается ассимиляционный аппарат, что в свою очередь приводит к морфологическим изменениям, нарушениям роста и развития. Деревья по-разному переносят экстремальные условия техногенного загрязнения, характерные для лесов в районе г. Братска – крупнейшего промышленного узла Восточной Сибири.
Высокая степень загрязнения атмосферного воздуха и последующее осаждение вредных веществ на почву и растительный покров приводят к их значительному накоплению в объектах окружающей среды. Радиус усыхания древесных насаждений вокруг города достигает 30 км, а признаки поражения хвойных лесов отмечаются в радиусе 70 км (Юшков Н.Н., 1996).
Техногенная нагрузка приводит к отмиранию хвойных пород, замене хвойных лиственными породами, образованию техногенных пустошей и эрозии почвы.
Лиственные породы легче переносят техногенное загрязнение и могут замедлять деградацию фитоценоза, защищать подрост и травяно-кустарничковый ярус, задерживать образование техногенных пустошей. Но они также ослаблены техногенным воздействием, поэтому экологическая оценка состояния лиственных пород особенно важна, так как является индикатором состояния лесных фитоценозов.
Цель и задачи исследования. Комплексное исследование экологического состояния лиственных пород в зоне техногенного воздействия геоботаническими, морфологическими, таксационными и визуальными методами.
Для этого необходимо выполнить следующие задачи:
1. Дать анализ изменения породного состава древостоев в зонах техногенного воздействия. Оценить видовой состав и состояния р.
Ива(Salix).
2. Определить состояние и экологическую структуру растительных сообществ в лиственных насаждениях.
3. Провести оценку таксационной характеристики и морфологической структуры лиственных древостоев, проанализировать их устойчивость развития методом оценки флуктуирующей ассиметрии.
4. Дать предложения по ведению лесного хозяйства в нарушенных лесных фитоценозах в окрестностях г. Братска.
Теоретическая значимость и научная новизна. Материалы диссертации пополняют знания о процессах деградации древостоев в зонах техногенного загрязнения. Получены комплексные характеристики состояния лиственных древостоев в зависимости от уровня техногенного воздействия по изменению геоботанических и морфологических признаков.
Научная новизна заключается в следующем:
Выявлены тенденции морфологических изменений структуры стволов, ветвей, листьев и кроны березы повислой (Betula pendula Roth.) и осины (Populus tremula L.).
Проведена оценка видового разнообразия и состояния р. Ива (Salix).
Проведена экологическая оценка состояния растительных сообществ по живому напочвенному покрову и альфа-разнообразию.
Практическая значимость. Получены новые данные о состоянии и динамике лиственных лесных фитоценозов, что позволило дать рекомендации по ведению лесного хозяйства в зонах длительного техногенеза. Результаты исследования могут быть использованы при разработке системы мониторинга насаждений в зонах промышленного воздействия.
Обоснованность и достоверность полученных результатов обеспечивается применением современных методов исследований, наличием обширных полевых и архивных материалов, подтверждены данными многолетних исследований, обработанных с использованием методов статистики и математического моделирования.
Положения, выносимые на защиту.
1. Характеристика таксационных показателей лиственных фитоценозов при различном уровне загрязнения.
2. Эколого-ценотический анализ флоры лесных видов в разных зонах загрязнения.
3. Комплексная оценка развития лиственных древостоев в техногенных зонах и мероприятия, направленные на повышение их стабильности.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на международной научно-практической конференции «Леса Европейского региона – устойчивое управление и развитие» (г.
Минск, 2002 г.), на межрегиональной научно-практической конференции «Естественные и инженерные науки – развитию регионов» (г. Братск, 2004г.), на всероссийской научно-практической конференции «Естественные и инженерные науки – развитию регионов Сибири» (г. Братск, 2005г, 2007г., 2008г.) на международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы лесного комплекса» (г. Брянск, 2006г., 2007г.), на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава и аспирантов БрГУ.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано научных работ, в том числе в рецензируемом журнале ВАК – 1 работа.
Личный вклад. Автор принимал непосредственное участие в сборе, обработке, анализе экспериментального материала.
Структура диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы, включающего источников (в том числе 18 - на иностранном языке), и приложения.
Текстовая часть диссертационной работы изложена на 153 страницах, содержит 22 таблицы и 42 рисунка.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Введение содержит актуальность, научную новизну, апробацию работы. Поставлены цель и задачи исследования, сформулированы положения, выносимые на защиту, обосновывается практическая значимость работы.
1.Состояние вопроса. В работе рассматриваются особенности воздействия промышленных токсикантов на древостой, особое внимание уделено воздействию фтористых соединений, характерных для алюминиевых заводов, обращается внимание на изменение таксационных и морфологических изменений древостоя, характер возобновления, особенности развития травяно-кустарничкового и мохово-лишайникового ярусов в зонах разной степени загрязнения.
Исследованиям данных вопросов посвящены работы Ю. 3. Кулагина (1974), Г.М. Илькуна (1971,1978), Р. Гудериана (1979), Т.А.
Михайловой (1977, 1984, 1989), А.С. Рожкова (1989), Т.В.
Черниньковой (1985), M. V. Kozlov (1997, 1999, 2001, 2002), Е.Г.
Мозолевской (1996), Е.М. Руновой (1997), и др.
На основании проведенного анализа научной литературы можно сказать, что экологическая оценка лиственных пород в зонах техногенного воздействия в условиях Сибири мало изучена.
2. Программа, методика исследования и объем выполненных работ. Основным методом сбора данных о состоянии лиственных древостоев является полевое обследование насаждений на постоянных и временных пробных площадях. Пробные площади закладывались по стандартной методике. Оценивалось санитарное состояние насаждений, кроны деревьев и производился учет деревьев по категориям состояния на основе шкалы, приведенной в Санитарных правилах Российской Федерации (1998).
Для оценки динамики живого напочвенного покрова определялся видовой состав травяно-мохового яруса, оценивалось видовое разнообразие и, доминирующие виды и семейства, анализировалась рассеянность видов, функциональная составляющая напочвенной флоры, оценивалось альфа-разнообразие насаждений.
На пробных площадях для определения накопления фтора в растительности брались пробы весной после полного распускания листьев (май – июнь) и осенью (октябрь) перед опаданием с одного и того же дерева. Метод определения фтора основан на измерении ЭДС ионоселективного электрода в зависимости от активности ионов фтора в растворах.
Визуальная оценка морфологического состояния деревьев проводилась по методике, описанной Куликовой Е.Г.(1998). Для оценки стабильности развития по морфологическим признакам листьев березы применялся метод флуктуирующей ассиметрии.
Экспериментальные данные обрабатывались статистически.
Объем исследований: Всего проведены наблюдения и учеты древостоя на 11 постоянных и 10 временных пробных площадях.
Обследовано состояние 7500 деревьев. Для оценки возобновления было заложено 4 постоянных и 10 временных пробных площадей.
Отобрано и проанализировано 2100 проб листьев. Проведено более 24000 измерений морфологических показателей.
3. Характеристика объектов исследования. В главе представлена характеристика уровня загрязнения в динамике в районе г. Братска. Уровень загрязнения атмосферы в г. Братске очень высокий, что относит его к числу наиболее загрязненных городов в России. Среднегодовые концентрации наблюдаемых примесей превышают допустимые нормы по бенз(а)пирену в 6,2 раза, сероуглероду в 5, формальдегиду в 3,3, метилмеркаптану в 13,6 и диоксиду азота в 2 раза. Наибольшему загрязнению подвержена центральная часть Братска.
4. Оценка деградации лиственных древостоев в зонах промышленного воздействия. Для характеристики изменений в лесном фонде за период с 1972 - 2003 г. приводится сопоставление основных лесообразующих пород по материалам трех последних инвентаризаций на площади 28 тыс. га. Изменение породного состава наблюдается во всех обследованных кварталах. Доля сосновых насаждений сократилась почти в 2 раза – с 72,6% в 1972 до 43,6% в 2003. В то время как доля лиственных пород значительно возросла с 16,7 в 1972 до 38,07% в 2003. причем доля осины выросла почти в раз (с 2,3 до 10,29%). Динамика лесного фонда на обследованной территории отражена на рисунке 1.
запас, в куб.м 200000 сосна лиственница ель береза 1972 1986 2003 осина годы инвентаризации Рис. 1 - Динамика лесного фонда по данным инвентаризации Обширные территории возобновлялись березовыми и осиновыми молодняками, что и повлекло за собой увеличение объемов лиственных древостоев.
В результате проведенных нами исследований было определено 13 видов рода ивы (Salix). Наиболее часто встречались 3 вида ивовых:
енисейская (Salix jenisseensis (Fr. Schmidt) Floderus.), таранкийская (Salix taraikensis Kimura.) и шерстистопобеговая (Salix dasyclados Winner.) - они наблюдались практически на каждом маршруте. Было выявлено 3 вида фитофагов - повреждения ивовой галловой листоверткой (Laspeyresia servilliona Duf.) и ивовой галлицей (Rhabdofaga salix Schix.), наблюдались стеблевые галлы (поражения ивовым толстостенным пилильщиком (Pontania proxina Lepel.)), усиливается ветвистость («ведьмины метлы») (галловые клещи найдены не были). Наличие фитофагов говорит об ослаблении деревьев. Наиболее устойчивыми оказались ивы скрытная (Salix abscondita Laksch.), шерстистопобеговая (Salix dasyclados Winner.), таранкийская (Salix taraikensis Kimura.), прутовидная (Salix viminalis L.).
Основные таксационные показатели по пробным площадям приведены в таблице 1.
Таблица 1. - Таксационная характеристика древостоев на ПП Средние до источника Н, м D, см состояния Полнота загр., км Бонитет Возраст Состав Расст.
№ПП Балл Vа 1 СВ-1 км 5Б5Ос 30 3,0 3,3 0,2 3, 5,3 4,9 3, 2 СВ-10 7Ос3Б+С 60 16,4 16, 6 0,3 2,60 IV км 17,5 18,3 3, 3 СВ-12 4Ос3Б2С1Л 60 16,2 17,0 0,5 2,72 IV км 16,7 15,4 2, 4 СВ-16 7Б3С+Ос 100 19,2 23,1 0,4 3,14 IV км 5 С-20 км 8С2Б+Ос 60 16,6 17,0 0,6 3,03 III 19,9 20,8 3, 6 СВ-30 4Ос3Б3С 75 18,2 17,3 0,4 2,23 III км 18,9 17,8 2, 7 СВ– 7Б3Ос+Л 80 23,8 24,7 0,3 2,32 II 100км 22,5 17,5 2, На всех пробных площадях древостои были представлены травяными производными спелыми осинниками и березняками небольшой полноты (0,3 – 0,4) и низкого бонитета, выросшими на месте вырубленного или погибшего соснового леса. На всех пробных площадях наблюдалась тесная зависимость между высотой и диаметром ствола. Пример такой зависимости для осины приведен на рисунке 2.
высота,м 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 диаметр,см Рис. 2. - Зависимость между высотой и диаметром осины (пробная площадь №2) Зависимость между высотой и диаметром у осины можно описать следующим уравнением:
y = -0,0168x2 + 1,1052x + 3,1576 (1) R = 0, где y – высота деревьев в, м;
x – диаметр ствола, в см.
Зависимость между высотой и диаметром березы приведена на рисунке 3.
высота,м 14 диаметр,см 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 Рис. 3 - Зависимость между высотой и диаметром березы (пробная площадь №4) Зависимость между высотой и диаметром березовых древостоев выражается формулой:
y = -0,0182x2 + 1,3106x - 0,7236 (2) R = 0, где y – высота деревьев, в м;
x – диаметр ствола, в см.
По санитарному состоянию все изученные древостои относятся к сильно ослабленным (2,6-3,5) и усыхающим (3,6-4,5). Степень жизнеспособности древесной растительности существенно отличается по зонам сильного, среднего, слабого и фонового загрязнения.
В диссертационной работе были рассмотрены различные методики зонирования территории техногенного воздействия (Давыдовой Н.Д., Волковой В.Г. (1988), Рожкова А.С., Михайловой Т.А.(1989), Руновой Е.М. (1996), Мозолевской Е.Г. (1996)). Для лиственных пород наиболее приемлемым оказалось выделение следующих зон:
зона сильного загрязнения - в которую вошли древостои возле промышленного узла. Протяженность зоны на север от алюминиевого завода примерно 12 км, на юг – 10 км, на запад – 22 км, на восток – км. Зона характеризуется высоким и устойчивым уровнем загрязнения окружающей среды. Концентрация растворимых веществ в этой зоне достигает до 50 мг/л. Концентрации фтора в этой зоне – от 5,0 до мг/л (в снежном покрове). Максимальные разовые концентрации загрязняющих веществ составляют от 2 до 10 (12) ПДК;
зона среднего загрязнения - внешняя граница зоны находится на расстоянии от БрАЗа на север до 20 км, на юг до 18 км, на запад – км, на восток – 30 км. Зона характеризуется относительно высоким уровнем загрязнения среды. Концентрация растворимого вещества от 20 до 50 мг/л. Концентрация фтора от 0,5 до 5,0 мг/л (в снежном покрове). Максимальные разовые концентрации загрязняющих веществ до 5-6 ПДК;
зона слабого загрязнения - находится в основном за пределами воздействия твердых и растворимых загрязняющих веществ.
Концентрация фтора менее 0,1 до 0,5 мг/л (в снежном покрове).
Максимальные разовые концентрации загрязняющих веществ не превышают 1,5 – 2 ПДК. Внешняя граница зоны от источника загрязнения находится в радиусе до 50-60 км. (Рунова, 1996);
фоновая зона - находится в 100 км от БрАЗа.
На рисунке 4 представлен график изменения состояния древесной растительности по зонам техногенного воздействия.
3, береза балл состояния осина 2, 1, сильное среднее слабое фоновое зоны загрязнения Рис. 4.- Состояния древостоя по зонам (по баллам категории состояния) Были получены следующие зависимости между состоянием деревьев и зоной загрязнения:
для березы y = -0,0887x2 + 0,0702x + 3,0588 (3) R2 = 0, для осины y = -0,0775x2 - 0,0655x + 3,4325 (4) R2 = 0, где y – балл категории состояния древостоя, x – зона техногенного воздействия.
На рисунке 5. представлена зависимость бонитета древостоев от зоны техногенного воздействия.
класс бонитета сильное среднее слабое фоновое зона загрязнения Рис. 5. - Изменение класса бонитета древостоя по зонам Были получены следующие зависимости между бонитетом древостоев и зоной загрязнения:
y = -0,0015x2 - 0,6x + 4,5 (5) R = 0, где y – класс бонитета, x – зона техногенного воздействия.
Как видно из рисунков 4 – 5 степень жизнеспособности древесной растительности существенно отличается по зонам загрязнения.
При анализе связи жизнеспособности древостоев с расстоянием до источника эмиссии была выявлена следующая зависимость по северо-восточному направлению, которое является преобладающим при распространении промышленных выбросов:
Для осины: y = -0,2897x2 + 3,8773 (6) R = 0, где y – балл категории состояния древостоя, x – расстояние от источника выбросов.
Для березы зависимость имеет следующий вид:
y = -0,0233x2 + 0,0031x + 3,21 (7) R = 0, где y – балл категории состояния древостоя, x – расстояние от источника выбросов.
Пропорциональность роста лиственных древостоев не нарушена.
Наблюдается четкая зависимость между баллом категории состояния и зоной загрязнения, а также между бонитетом древостоев и зоной загрязнения. Прирост сильно варьировал во всех зонах и больше зависел от балла категории состояния древостоя, что отражено на рисунке 6.
зона сильного воздействия прирост, см 10 зона среднего воздействия зона слабого воздействие фоновая зона 1 2 3 средний балл категории состояния Рис. 6. - Изменение прироста по зонам загрязнения В травяно-таежных типах леса исследуемого района техногенное воздействие вызвало сукцессионный процесс, протекающий через стадию доминирования раннесукцессионных видов (мелколиственных пород). В условиях техногенеза подлесок характеризуется высокой численностью, встречаемостью и групповым размещением по площади. Это связано с распадом древостоев и изменением светового режима под их пологом.
Возобновление сильно зависит от зоны загрязнения – в зоне сильного загрязнения естественное возобновление необеспеченное и требует проведения лесокультурных мероприятий. Возобновление в зонах среднего и слабого загрязнения варьирует от недостаточного до удовлетворительного.
На пробных площадях объекта исследований зарегистрировано видов, 73 родов, 22 семейств сосудистых растений. Мохово лишайниковая растительность представлена 12 видами растений. В высшей флоре исследуемой территории доминируют роды и виды следующих семейств: Ranunculaceae, Asteraceae, Poaceae, Liliaceae.
Также во флоре занимают лидирующие позиции семейства, не свойственные лесным растительным ассоциациям Fabaceae, Apiacaea наиболее свойственные рудеральному типу растительности.
Присутствие рудеральных элементов во флоре изучаемых объектов говорит об их преобразовании в начавшемся сукцессионном процессе В эколого-ценотическом составе преобладает комплекс лесных видов, включающий в себя таежную и боровую группы растений. В таблице 2 приведены данные о степени участия растений разных экологических групп в растительности пробных площадей.
В функциональном отношении исследуемые ПП разбиваются на две группы: в одной группе (ПП№1, 2) в живом напочвенном покрове доминируют: луговая (опушечная) и сорная эколого-ценотические группы растений высшей флоры;
в другой группе (ПП№ 3,4,5,6), также как на фоновой площади (ПП№7) доминируют таежная и боровая эколого-ценотические группы.
Таблица 2. - Распределение растений разных экологических групп Экологические ПП№ ПП№ группы ПП№2 ПП№3 4 5 ПП№6 ПП№ (10км) (12км) (16км) (20км) (30км) (100км) Таежные 2 10 6 11 10 Боровые 11 10 24 5 23 Луговые 10 5 11 2 5 Рекреационные 5 2 3 1 1 Сорные 5 2 3 1 1 Всего 33 29 47 20 40 Анализ встречаемости видов показал следующие результаты:
Хотя бы на половине площадок присутствовало 53,25% растений. В таблице отсутствует ПП№1, потому что на ней отсутствует цельный травяной покров, отдельными участками встречались четыре вида сорной травянистой растительности.
На ПП№ 3,6,7, где сосна принимает участие в образовании материнского полога, моховой ярус представлен 3-4 видами (в основном на валеже), лишайники расположены на стволах деревьев, напочвенные не встречаются. Наибольшее видовое богатство наблюдается на площадях с разреженным древостоем, где присутствует и опушечная флора, средняя высота травяно кустарничкового яруса здесь превышает 40 см, особенно это касается злаков, зонтичных и кипрейных. Коэффициент пестроты сложения варьирует, в основном, в пределах 44,64-86,79, что наглядно демонстрирует нарушенность древесного яруса, с наличием большого количества «окон» в пологе и выраженностью микрорельефа на этих площадях (таблица 3).
Таблица 3 - Анализ структуры и флористического сходства живого напочвенного покрова на пробных площадях № ПП Коэффициенты, Проективное покрытие ярусов, % % К общ Кп Травяно- Мохово кустарничковый лишайниковый ярус ярус 2. (10 км) 26,3 73,68 118,60 5, 3. (12 км) 35,3 64,7 81,24 34, 4. (16 км) 55,36 44,64 70,40 18, 5. (20 км) 13,2 86,79 42,88 34, 6. (30 км) 80 20 128,53 8, Анализ сходства также выделяет две группировки (коэффициент сходства 13,2-35,3 и 55,6-80). Площадки зоны среднего и сильного загрязнения значительно отличаются по флористическому составу от фоновой площади, тогда как площади слабого загрязнения имеют большой коэффициент сходства с фоном. Общее проективное покрытие травяно-кустарничкового яруса остается высоким, кроме площади подверженной низовым пожарам. Низкое проективное покрытие мохово-лишайникового яруса говорит о значительном влиянии загрязнения воздуха на подпологовые ярусы – мхи и лишайники плохо переносят загрязнение воздуха и изменение режима освещения.
По суммарным показателям -разнообразия насаждения ПП разбиваются на две группы: с показателем видового богатства 7- видов (ПП№1,5) и 41-61 вид (ПП№2, 3, 4, 6, 7) (таблица 4).
Таблица 4 - Источники и общая оценка - разнообразия на пробных площадях №ПП Виды- Живой напочвенный покров эдификаторы Число Доля Травяно- Мохово Подрост богатство Подлесок видов R- кустарнич- лишайнико Общее видов 1 ковый ярус вый ярус 1 (1 км) 3 1,0 0 1 3 0 2.(10км) 3 0,67 2 4 32 2 3(12км) 5 0,60 3 2 27 4 4(16км) 4 0,67 3 4 45 5 5(20км) 3 0,75 1 2 19 4 6(30км) 3 0,67 3 2 40 6 7(100км) 3 0,67 3 5 39 7 Примечание: 1 - к видам R- стратегии отнесены: береза, ива, осина, сосна;
2- виды древесных растений, присутствующие в материнском пологе, не учитывались.
Насаждения с более низким показателем видового богатства проявляют и более низкую устойчивость. При низком уровне разнообразия видов у экосистемы меньше механизмов для адаптационных реакций на техногенез. Площадь №1 уже перешла в разряд техногенных пустошей, а площадь №5 испытывает дополнительную антропогенную нагрузку в виде частых низовых пожаров и тоже крайне неустойчива.
Высокий уровень видового богатства определяет значительную меру адаптации данных фитоценозов к промышленному загрязнению.
Разнообразие, в широком смысле, позволяет им изменить свою структуру (например, доминированием устойчивых к техногенезу видов растений или увеличению числа ярусов, привлечению опушечных или сорных растений и т. д.) для наилучшей адаптации лесной экосистемы к хроническому загрязнению. Доля «пионерных» R- видов в «бедных» сообществах выше, чем в «богатых». Основной вклад в разнообразие вносит живой напочвенный покров. Наибольшее разнообразие травяно-кустарникового яруса наблюдается на площадях с разреженным древостоях с низкой полнотой (0,3-0,4). Разнообразие тесно связано с увеличением луговых и сорных растений и общими экологическими условиями, складывающимися под пологом разрушающихся материнских древостоев.
Накопление токсических веществ в ассимиляционных органах отображает концентрацию фитотоксикантов в окружающем воздухе и продолжительность поступления их в растение. На разном удалении и в разных направлениях от крупнейших заводов по первичной обработке сырья (ОАО «Группа «Илим» филиал в г. Братске» и ОАО «РУСАЛ БрАЗ») растения накапливают неодинаковое количество токсических веществ. На рис. 7 показана динамика накопления фторидов в листьях в санитарно-защитной зоне БрАЗа (июнь – сентябрь 2007г.) HF,мг/см 1 км 2 км 4 км 6 км 8 км расстояние от завода, км 1 – содержание фтора в июле;
2 – содержание фтора в листве в сентябре Рис. 7. - Накопление общего фтора в листве за июль-сентябрь (2007) (мг/кг) В начале июля максимальная концентрация фтора в листве не превышает 600 мг/кг (на расстоянии 1 км от БрАЗа), на расстоянии 2- км содержание фторидов колеблется в пределах 150-250 мг/кг, что свидетельствует о наиболее высокой степени загрязнения непосредственно в районе завода (в радиусе от 1-2км). В конце сентября концентрация фторидов резко увеличивается, максимальное значение на расстоянии 1 км от завода составляет уже 2000 мг/кг. В зоне от 4 до 8 км содержание фторидов не превышает 500 мг/кг.
В качестве контроля исследовалась листва в фоновой зоне на расстоянии 60 км от источника загрязнения, данные свидетельствуют о низком уровне фторидов как вначале лета, так и в конце вегетационного сезона.
Визуальная оценка состояния березы повислой (Betula pendula Roth.) и осины (Populus tremula L.) по морфологическим признакам – степени развития кроны, приросту, состоянию ствола, повреждениям и вредителям дала следующие результаты. Анализ состояния березы повислой (Betula pendula Roth.) и осины (Populus tremula L.) показал неудовлетворительное состояние деревьев на ПП№1 (1км – балл состояния 8,96), неудовлетворительное и удовлетворительное состояние на 4 площадках зоны сильного и среднего загрязнения (балл состояния 12,91-16,27) (рис.8). Наиболее чистыми были площадки, удаленные не менее чем на 30 км от города.
Зависимость суммы баллов визуальной оценки от расстояния до источника выбросов описывается следующим уравнением:
y = 0,1286x2 + 0,7436x + 9,5814 (8) R2 = 0, где y – сумма баллов визуальной оценки по всем факторам, а x расстояние от источника загрязнения.
Зависимость факторов состояния по породам от близости источника загрязнения отражена на рисунке 8.
25, 20, береза 15, 10,00 осина 5, 0, км км км км км 10 м км к Рис. 8 - Зависимость суммы баллов визуальной оценки березы и осины от расстояния от источника выбросов График показывает, что породы сходно изменяют свое состояния в зависимости от близости источника загрязнения. Состояние баллов визуальной оценки по отдельным факторам в зонах различного загрязнения отражено на рисунке 9.
Прирост 4, балл визуальной оценки 3, Структура кроны 2, 1, Развитие кроны воздействие воздействие воздействие Фоновая сильное зона среднее слабое Состояние ствола Вредители Рис. 9 - Состояние баллов визуальной оценки в зонах различного загрязнения На рисунке 9 отчетливо видно, что по всем исследованным факторам визуальной оценки пробные площади распадаются на две группы: зоны сильного и среднего загрязнения имеют низкие баллы визуальной оценки практически по всем факторам (до 3,5);
зона слабого загрязнения и фоновая зона имеют довольно высокие баллы визуальной оценки (больше 4).
Анализ отдельных факторов показывает, что сильнее всего техногенное воздействие влияет на степень развития кроны.
Повсеместно наблюдаются усохшие ветви, встречались суховершинные экземпляры. В санитарно-защитной зоне БрАЗа береза имела кустарниковую форму (в виде подушки).
Одним из перспективных подходов для интегральной биологической характеристики здоровья среды является оценка состояния популяций по стабильности развития (Захаров, 1993).
Стабильность развития характеризует способность организма поддерживать траекторию развития в определенных границах и является чувствительным индикатором состояния природных популяций. Наиболее доступная и широко применяемая морфогенетическая мера нарушения стабильности развития флуктуирующая асимметрия как результат неспособности организма развиваться по точно определенным путям. Обработанные данные результатов наших исследований со всех площадок были сведены в общую таблицу 5.
Таблица 5. - Зависимость интегрального показателя от расстояния от источника выбросов Расстояние от источника 1км 10км 12км 16км 20км 30км 100км загрязнения Интегральны 0,0771 0,0714 0,0531 0,0553 0,0490 0,0407 0, й показатель Балл V V V IV III II I Величина интегрального показателя стабильности развития среднего относительного различия между сторонами на признак изменялась в точках 1-21 от 0,039 до 0,081, составляя от I до V баллов.
Зависимость интегрального показателя от расстояния до источника выбросов описывается уравнением:
y = 0,0007x2 - 0,0121x + 0,0894 (8) R = 0, где y – интегральный показатель стабильности развития, x – расстояние от источника выбросов.
По величине интегрального показателя стабильности развития сравниваемые выборки можно разделить на три зоны: зона сильного загрязнения - максимальный балл стабильности развития, причем величина показателя стабильности развития значительно отличается от нижней границы – от 0,012 до 0,027, когда остальные группы различаются только на 0,005;
зона среднего загрязнения – балл стабильности развития мало отличается от критического, даже на расстоянии более 10км от источников загрязнения;
зона слабого загрязнения с баллом стабильности развития II – I и значениями интегрального показателя 0,0407 -0,0400, балл стабильности развития близок по значению баллу фоновой зоны.
Для восстановления экологического равновесия и повышения стабильности лесных сообществ рекомендованы комплексные лесохозяйственные и лесокультурные мероприятия: санитарные рубки умеренной интенсивности с удалением только деревьев V и VI классов категории состояния (свежий и старый сухостой);
создание смешанных лесных культур с учетом большей газоустойчивости лиственных пород, их способности поглощать и нейтрализовать вредные вещества, защищать менее устойчивые насаждения, предотвращать загрязнение, деградацию и эрозию почв, продуцировать кислород и украшать ландшафт.
Кроме закладки культур в зонах повреждения большое значение имеют мероприятия по содействию естественному возобновлению лиственных пород (береза повислая, осина). Они, как правило, не характеризуются высокой устойчивостью к загрязнению, однако считается, что их самосев на протяжении не менее 20-30 лет успешно будет выполнять почво- и лесозащитные функции.
ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ 1. Анализ изменений в лесном фонде за период с 1972-2003г.
свидетельствует о деградации светлохвойной тайги и замене хвойных пород лиственными древостоями. Доля сосновых насаждений сократилась почти в 2 раза – с 72,6% в 1972г. до 43,6% в 2003г. Но и лиственные породы угнетены промышленным загрязнением и сильно повреждаются грибковыми и бактериальными заболеваниями.
2. Род Ивы представлен в окрестностях города достаточно разнообразно (13 видов). Они хорошо защищают подрост мелколиственных пород и разнотравье, способствуя сохранению видового состава кустарничков и трав и более быстрому возобновлению основных лесообразующих пород. Наиболее устойчивы к загрязнению ивы с ланцетными и мелкими листьями – прутовидная (Salix viminalis L.), Коха (Salix kochiana Trautv.), шерстистопобеговая (Salix dasyclados Winner.).
3. На всех пробных площадях пропорциональность роста лиственных древостоев не нарушена. Наблюдается четкая зависимость между баллом категории состояния, бонитетом древостоев и зоной загрязнения. Прирост сильно варьирует во всех зонах и больше зависит от балла категории древостоя. По санитарному состоянию все изученные древостои относятся к сильно ослабленным (2,6-3,5) и усыхающим (3,6-4,5). Степень жизнеспособности древесной растительности существенно отличается по зонам сильного, среднего и слабого загрязнения.
4. Преобладает бореальный характер флоры, хотя появляются семейства не характерных для лесных растительных ассоциаций, а наиболее свойственны рудеральному типу растительности, что свидетельствует о сукцессии. Эколого-ценотический анализ флоры показывает преобладание комплекса лесных видов, включающего в себя таежную и боровую группы растений. Высокий уровень видового богатства определяет значительную меру адаптации данных фитоценозов к промышленному загрязнению.
5. Наибольшее количество фторидов аккумулируют листья древесных растений вблизи БрАЗа на расстоянии менее 0,5 км.
6. Анализ морфологических факторов показывает, что сильнее всего техногенное воздействие влияет на степень развития кроны, структуру кроны и величину прироста. Состояние ствола в основном в хорошем и удовлетворительном состоянии (балл больше 3). По оценке стабильности развития район исследования также разбивается на три зоны: с баллом стабильности развития V;
с баллом стабильности развития V – III;
с баллом стабильности развития II – I - зона слабого загрязнения и фоновая зона.
7. Для восстановления экологического равновесия и повышения стабильности лесных сообществ рекомендованы комплексные лесохозяйственные и лесокультурные мероприятия: санитарные рубки умеренной интенсивности с удалением только деревьев V и VI классов категории состояния (свежий и старый сухостой);
создание смешанных лесных культур с учетом большей газоустойчивости лиственных пород, их способности поглощать и нейтрализовать вредные вещества, защищать менее устойчивые насаждения, предотвращать загрязнение, деградацию и эрозию почв, продуцировать кислород и украшать ландшафт.
СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ СОИСКАТЕЛЯ В рекомендованных изданиях ВАК:
1. Костромина, О.А. Оценка состояния лиственных древостоев в зонах техногенного воздействия [Текст] / Е.М. Рунова, О.А.
Костромина / Вестник КрасГАУ. – 2007. -№6 (21). – Красноярск, 2007.
– с. 121-127.
В других изданиях:
2. Костромина, О.А. Исследование состояния Ивовых в зонах повышенного антропогенного влияния [Текст] /О.А. Костромина // Естественные и инженерные науки - развитию регионов: Материалы межрегиональной научно-технической конференции / БрГТУ. – Братск, 2004.. -с.173-174.
3. Костромина, О.А. Динамика изменения лесообразующих пород в зоне промышленного воздействия Братского алюминиевого завода [Текст] / О.А. Костромина // Естественные и инженерные науки развитию регионов: Материалы Межрегиональной научно технической конференции /ГОУ ВПО «БрГУ».- Братск, 2005. - с.132 133.
4. Рунова, Е.М. Визуальная оценка состояния березы пушистой (Betula pubesces Roth..) в зонах техногенного воздействия [Текст] /Е.М.
Рунова, О.А. Костромина // Труды Братского государственного университета: Серия Естественные и инженерные науки – развитию регионов Сибири, Том.1. – 2007. -с. 83-85.
5. Рунова, Е.М. Оценка степени повреждения листьев березы и осины в зонах с различной техногенной нагрузкой [Текст] / Е.М.
Рунова, О.А. Костромина// Актуальные проблемы лесного комплекса/ под ред. Е.А.Памфилова: Сборник научных трудов по итогам международной научно-технической конференции. Выпуск 13. – Брянск: БГИТА, 2006. –с.230-233.
6. Костромина, О.А. Оценка техногенного воздействия по показателю флуктурирующей ассиметрии березы повислой (Betula pubescens Roth.) в окрестностях г. Братска [Текст] / Е.М. Рунова, О.А.
Костромина// Актуальные проблемы лесного комплекса/под ред.
Е.А.Памфилова: Сборник научных трудов по итогам международной научно-технической конференции. Выпуск 17. – Брянск: БГИТА, 2007.
–с.221-224.
7. Костромина, О.А. Первые результаты апробации визуальной оценки состояния березы пушистой (Betula. pendula L.) в зонах техногенного воздействия [Текст] / Е.М. Рунова, О.А. Костромина // Естественные и инженерные науки - развитию регионов: Материалы Межрегиональной научно-технической конференции. - Братск: ГОУ ВПО «БрГУ». 2006. - с.93-94.
8. Рунова, Е.М. Оценка стабильности развития березы повислой (Betula pubescens Roth) как показателя здоровья среды [Текст] / Е.М.
Рунова, О.А. Костромина, М.В. Сенченко, Е.Г. Кривоносова // Естественные и инженерные науки - развитию регионов Сибири:
Материалы Всероссийской научно-технической конференции. Братск: ГОУ ВПО «БрГУ». 2007. - с.169-