close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

bd000100204

код для вставкиСкачать
На правах рукописи
АФАНАСЬЕВА Лариса Владимировна
ВЛИЯНИЕ АТМОСФЕРНОГО ПРОМЬППЛБННОГО
ЗАГРЯЗНЕНИЯ НА СОСНОВЫЕ ЛЕСА
БАССЕЙНА Р Е К И СЕЛЕНГИ
03.00.16-экология
Автореферат
диссертации на соискание ученой степени
кандидата биологических наук
WTft-oY
Улан-Удэ-2005
Работа выполнена в Институте общей и экспериментальной биологии СО
РАН
Научные руководители:
Официальные оппоненты:
Ведущее учреждение:
доктор биологических наук
Кашин Владимир Капсимович
доктор биологических наук
Михайлова Татьяна Алексеевна
доктор биологических наук, профессор
Анцупова Татьяна Петровна
кандидат географических наук
Мартынов Александр Викторович
Инстшут леса им. В.Н. Сукачева СО РАН
Защита состоится « 10 » ноября 2005 г. в 15.00 в конференц-зале на засе­
дании диссертационного Совета Д 212.022.03 при Бурятском государст­
венном университете по адресу:
670000, г. Улан-Удэ, ул. Смолина, 24 а,
факс: (ЗОЬг') 21-05-88. e-mail: zooIburtgrnaiLru
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Бурятского государст­
венного университета
Автореферат разослан «_£» октября 2005 г.
Ученый секретарь
диссертационного совета,
кандидат биологических наук
QMlUtf^
Н.А. Шорноева
^оо^-ч
"^^^^
fii^W^^
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы. В сохранении экологического равновесия в
бассейне оз. Байкал особая роль принадлежит лесам, занимающим около
72% всей площади водосборного бассейна и выполняющим важнейшие
водоохранные, водорегулирующие и почвозащитные функции. В настоя­
щее время среди многочисленных стрессовых факторов, действующих на
леса, на первый план выходит атмосферное промышленное зафязнение,
особенно опасное для хвойных древостоев, доминирующих в регионе.
Процесс деградации лесных экосистем под влиянием атмосферного
загрязнения уже не имеет локального характера, а охватывает крупные
регионы (Плешанов, Михай;юва, 1998). Одним из гаких регионов являет­
ся Байкальская природная территория (БПТ), включающая, в том числе и
Республику Бурятия. В соответствии с законом «Об охране оз. Байкал»
(Природоохранное..., 2002), на БПТ выделены три экологические зоны:
центральная, буферная и зона атмосферного влияния. При этом участки с
неблагополучной экологической обстановкой, вызванной воздействием
промэмиссий, отмечаются во всех трех экологических зонах. Наряду с
довольно хорошей изученностью состояния лесов в южной части цен­
тральной зоны и зоны атмосферного влияния БПТ (Михайлова, 2003),
работ, связанных с воздействием аэропромвыбросов на леса буферной
зоны, практически не проводилось. Вследствие этого, исследование лесов
бассейна р. Селенги (Забайкалье), территория которого входит в буфер­
ную зону БПТ и на которой размещены промышленные узлы Республики
Бурятия, является актуальной научной задачей, отвечающей практиче­
ским запросам природопользования и охраны окружающей среды.
Цель работы - изучение влияния атмосферных выбросов промузлов
Республики Бурятия на элементный состав хвои и морфофизиологические
показатели деревьев сосны обыкновенной и оценка уровня зафязнения и
жизненного состояния сосновых лесов бассейна р. Селенги.
Для дос'.ижения цели были определены следующие задачи:
1. Выделить репрезентативные ключевые участки (пробные площади)
для обследования лесов с учетом расположения источников зафязнения и
природных особенностей территории бассейна р. Селенги.
2. Определить фоновые концентрации химических элементов в хвое
сосны обыкновенной, произрастающей в условиях Забайкалья.
3. Выявить уровни накопления элементов-зафязничелей и содержа­
ние элементов-биофилов в хвое сосны при воздействии аэропромвыбро­
сов.
4. Определить визуальные и морфометрические параметры деревьев
сосны на выделенных пробных площадях.
5. Оценить жизненное состояние древостоев сосны по морфофизиологическим показателям.
РОС НАЦИОНАЛЬНАЯ|
БИБЛИОТЕКА
1
3
СП.
«э
6. Провести картографирование обследованной территории по уров­
ню и характеру загрязнения, а также по жизненному состоянию древостоев сосны.
Научная новизна. Впервые на водосборной территории оз. Байкал (в
пределах бассейна р. Селенги) дана оценка состояния лесных экосистем
по комплексу морфофизио;югических показателей деревьев и изменению
элементного состава хвои сосны обыкновенной под влиянием атмосфер­
ного промышленного загрязнения. Определены фоновые концентрации 16
химических элементов в хвое сосны для условий Забайкалья. Составлены
ряды накопления химических элементов в хвое сосны в условиях про­
мышленного загрязнения, отражающие уровень токсической нагрузки на
древостой и специфику выбросов разных промузлов. Проведено ранжиро­
вание древостоев по степени их ослабления и уровню загрязнения техно­
генными эмиссиями. Выявлены региональные особенности загрязнения
обследованной территории, которые заключаются в отсутствии выражен­
ного слияния выбросов отдельных промузлов и образования общего
трансрегионального поля загрязнения.
Практическая значимость. Разработанные на основании получен­
ных результатов карты-схемы загрязнения и жизненного состояния со­
сновых лесов Забайкалья существенно восполняют недостающие данные
о состоянии лесов водосборного бассейна оз. Байкал. Эти материалы не­
обходимы
также
для
создания
комплексной
экологофитотоксикологической карты всей БПТ. Карты имеют информационнооценочный характер и могут быть использованы административными и
хозяйственными органами для принятия управленческих решений по ос­
новным направлениям экологической деятельности. Создание таких карт
может рассматриваться как эффективная технологическая основа устой­
чивого управления лесами, включающая мероприятия, направленные на
оптимизацию лесного фонда Байкальского региона. Результаты исследо­
ваний использованы при выполнении гранта РФФИ-Байкал (№ 05-0497219).
Защищаемые положения.
1. Для фоновых территорий обследованного региона характерно от­
носительно стабильное содержание химических элементов в хвое сосны
обыкновенной, которое может служить основным критерием при оценке
степени техногенного загрязнения лесов.
2. При крупномасштабных исследованиях наиболее информативными
параметрами, отражающими жизненное состояние деревьев, являются
соотношение белковой и небелковой фракций азота в хвое и уровень де­
фолиации крон, обнаруживающие наиболее тесные корреляционные связи
с накоплением элементов-токсикантов.
3. На водосборной территории оз. Байкал в пределах Республики Бу­
рятия в современный период выделяются отдельные поля загрязнения
аэропромвыбросами основных промышленных центров, слияния техно­
генных эмиссий не наблюдается.
Апробация. Результаты исследований доложены на ряде междуна­
родных, всероссийских и региональных конференций, в том числе; «Закон
Российской Федерации «Об охране оз. Байкал» как фактор устойчивого
развития Байкальского региона» (Иркутск, 2003); «Стационарные лесоэкологические исследования: методы, итоги, перспективы» (Сыктывкар,
2003); «Science for watershed conservation: multidisciplinary approaches for
natural
resource
management»
(Ulan-Ude,
2004);
«Сфуктурнофункциональная организация и динамика лесов» (Красноярск, 2004);
«'Зкология Южной Сибири и сопредельных территорий» (Абакан, 2004);
«Plant responses to air pollution and global changesfi-ommolecular biology to
plant production and ecosystem (Tsukuba, Japan, 2004); «Биология - наука
X X I века» (Пущино, 2005); «Актуальные проблемы геохимической эколо­
гии» (Семипалатинск, 2005).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 научных работ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 6
глав, общих выводов, списка литературы и приложения Работа изложена
на 190 страницах машинописного текста, содержит 27 таблиц и 16 рисун­
ков. Список литературы включает 227 отечественных и 29 иностранных
источников.
Автор выражает глубокую признательность и приносит искреннюю
благодарность научным руководителям Т.А. Михайловой и В.К. Катину
за многостороннюю помощь при подготовке диссертационной работы.
Автор также благодарен чл.-корр. РАН В.М. Корсунову и д.б.н. А.С.
Плешанову за организацию совместных научно-практических и полевых
исследований. Особую благодарность выражаю Н.С. Бережной за помощь
при проведении полевых и аналитических работ, а также коллективу ла­
боратории экологии и географии почв ИОЭБ СО РАН за помощь и прак­
тические советы при проведении исследований.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Глава 1. В Л И Я Н И Е А Э Р О П Р О М В Ы Б Р О С О В НА Л Е С Н Ы Е
Э К О С И С Т Е М Ы (обзор литературы)
Приводится обзор литературных данных по влиянию промышленно­
го загрязнения на состояние лесных экосистем бореалькой зоны. Дается
описание приоритетных поллютантов, источников их выбросов, особен­
ностей распространения и влияния на метаболизм растений. Рассматрива­
ется роль леса в поглощении и обезвреживании токсических эмиссий, а
также возможность использования параметров лесных экосистем для ин­
дикации состояния среды обитания человека. Показано, что в работах та­
кого плана превалирует изучение состояния лесов в локальном масштабе,
вблизи крут.ых источников зафязнения, в то время как широкомасштаб-
ные региональные исследования довольно редки. Подчеркивается, что
данные о состоянии лесов водосборной территории оз. Байкал, подвер­
женных влиянию аэропромвыбросов, практически отсутствуют, что по­
служило обоснованием для проведения настоящего исследования.
Глава 2. Э К О Л О Г О - Г Е О Г Р А Ф И Ч Е С К А Я Х А Р А К Т Е Р И С Т И К А
РАЙОНА И С С Л Е Д О В А Н И Й
Натурными обследованиями охвачена лссопокрытая территория бас­
сейна р. Селенги (в пределах Республики Бурятия) общей площадью око­
ло 5 млн га, включаюи1ая 13 административных районов, а также окрест­
ное ги г. Улан-Удэ. В главе дается описание геоморфологических условий,
климата, почв и растительности района исследований. Приводится харак­
теристика уровня зафязнения территории аэропромвыбросами (по дан­
ным ГУПР по Республике Бурятия). Основными загрязнителями природ­
ной среды в бассейне р. Селенги служат три крупных промузла - УланУдэнский, Нижнеселе1!гинский, Гусиноозерский, на территории которых
размещаются предприятия теплоэнергетики, угольной, лесной, целлюлоз{Ю-бумажной промышленности, машиностроения и производства строй­
материалов, формирующие в районе исследований достаточно высокий
уровень загрязнения. Показано, что специфические природные условия
обследованной территории (горно-котловинный характер рельефа, про­
должительный период низких температур, антициклональный тип погоды,
частая повторяемость приземных инверсий) крайне неблагоприятны для
рассеивания аэропромныбросов и, следовательно, для процессов само­
очищения приземного 1;лоя воздуха.
Глава 3. О Б Ъ Е К Т Ы И М Е Т О Д Ы И С С Л Е Д О В А Н И Й
В качестве объекта исследований служила сосна обыкновенная (Pinus
xylvestris L.) - одна из главных лесообразующих пород на данной террито­
рии, обладающая высокой чувствительностью к воздействию аэропро­
мвыбросов. Обследование лесов осуществлялось в 2001-2004 гг. маршрутнО'Ключевым методом с закладкой пробных площадей (ПП) (Инст­
рукция..., 1983; Методика..., 1987; Manual..,, 1994). Всего в древостоях
было заложено 43 ПП, ria каждой'из них оценивался уровень дефолиации
крон деревьев, продолжительность жизни хвои, длина и масса хвои и по­
бегов и некоторые другие показатели. Для определения элементного со­
става хвои с деревьев II класса возраста отбирались побеги второго года
жизни в 5-6 кратной повторности. В хвое сосны определялось содержание
серы (Мочалова, 1975); фтора (Руководство..., 1979); кальция, магния,
железа, марганца, меди, цинка, свинца, кадмия, ртути (Прайс, 1976); калия
и натрия (Ринькис, Ноллендорф, 1982); кремния (Методы..., 1987), фосфо­
ра, общего, белкового и небелкового азота (Плешков, 1976). Для оценки
уровня накопления химических элементов в хвое рассчитывали коэффи-
циент концентрации - Кс - отношение содержания элемента в исследуе­
мом объекте - Ci к среднефсновому его содержанию - Сф: Кс=С1/Сф (Сает
и др., 1990). Среднефоновое содержание элементов в хвое сосны опреде­
лялось на ПП, удаленных от промышленных центров на расстояние от 50
до 180 км, использовали среднее значение, взятое из совокупности нор­
мально распределяющихся дат. По изменению показателя Кс проводили
выделение уровней накопления элементов (Сорокина и др., 2001): 1) низ­
кий - Кс < 0,8; 2) фоновый - Кс = 0,9-1,1; 3) слабый - Кс - 1,2-1,4; 4) сред­
ний - Кс = 1,5-1,9; 5) высокий - Кс >2.
Статистическую обработку данных проводили с использованием
стандартных методов (Лакин, 1980), пакета профамм Microsoft Excel2000 и Statistica 6.0. Создание карт загрязнения и жизненного состояния
лесов на обследованной территории осуществлялось на основе разрабо­
танных в СИФИБР СО РАН (г. Иркутск) подходов, включающих форма­
лизацию и кластерный анализ данных (Ппешанов, Михайлова, 1998). Кар­
тографические построения выполнены в программе Corel DRAW 11.
Г Л А В А 4. В Л И Я Н И Е П Р О М Ы Ш Л Е Н Н О Г О З А Г Р Я З Н Е Н И Я НА
СОДЕРЖАНИЕ ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ В ХВОЕ СОСНЫ
О Б Ы К Н О В Е Н Н О Й В Б А С С Е Й Н Е Р. С Е Л Е Н Г И
4.1. Фоновое содержание химических элементов в хвое сосны
Исследование степени загрязнения древесных растений и диагности­
рование их состояния в условиях воздействие техногенных эмиссий пред­
полагает первоначальную оценку химического состава ассимиляционных
органов деревьев, произрастающих на фоновых (незагрязненных) терри­
ториях.
Для выявления особенностей химического состава хвои сосны, про­
израстающей в фоновых условиях Забайкалья, было проведено сравнение
eio с таковым в условиях Предбайкалья (смежный регион) и Кольского пова (Европейский север страны). Анализ содержания химических элемен­
тов в хвое сосны показал, что в Забайкалье эта порода имеет во многом
сходный с Предбайкальем количественный состав элементов. При срав­
нении с территорией Кольского п-ова отмечено пониженное содержание
S, РЬ, Cd, К, Си, Мп и повышенное Са, Mg, Р, что, по-видимому, обуслов­
лено почвенными условиями произрастания, а также меньшей степенью
загрязнения Забайкалья аэротехногенными эмиссиями. В целом, количе­
ственные различия концентраций элементов в хвое сосны в Забайкалье с
другими регионами стрййы невелики, что, определяется наследственно
скрепленными биохимическими свойствами этой породы. Установлено,
что в фоновых условиях Забайкалья в хвое сосны наблюдается относи­
тельно стабильное, с варьированием в пределах i l 0 % , содержание эле­
ментов, которое может'служить основным критерием при оценке степени
техногенного загрязнения сосновых лесов, учитывая отсутствие в настоя-
щее время утвержденных дгя лесной растительности предельно допусти­
мых показателей.
4.2. Влияние промышленного загрязнения на содержание
химических элементов в хвое сосны
Концентрация серы в хвое сосны варьировала or 0,030 до 0,086% от
сухой массы (табл. 1). Наиболее высокое ее содержание, в 2,6 раза пре­
вышающее среднефоновое значение, отмечено в Нижнеселеигинском
промузле. Высокие уровни накопления серы (Кс =2,0-2,3) в хвое сосны
характерны для территории Улан-Удэнского и Гусиноозерского промуз­
лов. Превышение в 1,5-1,8 раза от среднефонового отмечено на расстоя­
нии до 16 км в юго- и северо-восточном направлении (преобладающий
атмосферный перенос) от основных промузлов, а также в окрестностях г.
Кяхта и пос. Тарбагатай. На расстоянии до 50 км от промузлов, а также на
территории пос. Петропавловка, Туруитаево, водораздельных возвышен­
ностях - хребтах Джидинский, Цаган-Дабан, Заганский Кс составляет 1,21,4. Концентрации серы, близкие к фоновым, обнаружены на ПП, распо­
ложенных на расстоянии 60 км и более от промузлов, а также на ПП, на­
ходящихся по Пбриферии обследованной территории и водораздельных
возвышенностях - хребтах Улан-Бургасы, Боргойский, Малханский.
Концентрация фтора в хвое сосны изменялась от 11,4 до 22,1 мг/кг.
На большей части обследованной территории содержание фтора в хвое не
превышало среднефоновое значение более чем в 1,4 раза. Максимальное
количество, превышающее среднгфоновое в 1,8 раза, обнаружено только
в Улан-Удэнском промузле, причем этот уровень ниже установленной
ПДК (60 мг/кг).
Содержание кремния в хвое сосны находилось в пределах от 0,054
до 0,157% от сухой массы. Для большей части обследованной территории
(65% ПП от общего числа рассмотренных) характерно повышенное, по
сравнению со среднефоновым значением, содержание этого элемента. Это
может быть связано с поступлением кремния в составе промвыбросов.
Известно также, что повышенный уровень кремния служит показателем
стрессового гостояния деревьев (КпаЬе et al., 1989). Наиболее высокие
концентрации, превышающие среднефоновые в 2,0-2,5 раза, отмечены на
территории Нижнеселенгинского, Гусиноозерского и Улан-Удэнского
промузлов. Средний уровень накопления элемента (Кс=1,5-1,9) просле­
живается на расстоянии до 16 км от основных промузлов, а также в окре­
стностях крупных населенных пунктов - г. Кяхта, пос. Тарбагатай. Тен­
денция к увеличению его содержания ( К с " 1,2-1,4) обнаруживается на
расстоянии до 60 км от основных промузлов, а также на водораздельных возвышенностях - хребгах Заганский, Цаган-Дабан, Боргойский.
Анализ содержания свинца в хвое сосны показал его значительное
увеличение на большей части территории, причем на долю ПП с высоким
содержанием элемента приходится около 47% от всех обследованных.
8
Таблица 1
Влияние промышленного загрязнения на содержание химических
элементов в хвое сосны на основных пробных площадях, мг/кг
1
Мсаоноложсние
ПН
I I . Селенгииск
Г'. Улап-Удт
П. Заозерный
П. 1'имлюй
С. Ejraiib
Х р . Убиенный
С. Эрхирик
Г1 1арбага1ай
И. Опохой
С. Шабур
Паль Королькова
С. 'Гатаурово
П. lypyiiTacBo
С. Улуша
С. Курба
П. Удинск
Хр. Боргойский
Промузел и
рассзояиие от него, км
S
Si
Pb
Зона сильного загрязнения
Нижнесслсигинский.
промзонаСЦКК
Улаи-Удэпский,
промзона
1 усиноозерский,
промзона ГРЭС
Н ижнеселенгинский,
промзона
Cd
Ve
864
1574 0,54
0,045
155
750
1351
0,56
0,024
101
680
1258
0.55
0,020
93
670
1254
0,52
0,032
175
0,33
0,032
96
96
93
Зона среднего загрязнения
Нижнеселенгипский, 4
1'усиноозерский, 16
Улан-Удэиский, 15
540
583
500
1184
1212
0,18
0,31
0,018
0,020
Улан-Улэнский, 40
Улаи-Удэнский, 40
Улан-Удэнский, 50
[ усиноозерский, 40
Нижнеселенгипский. 40
Нижнессленгинский,50
480
378
366
408
403
456
960
904
882
854
870
795
0,29
0,020
Гусиноозсрский, 60
Улан-Удзиский, 65
Улан-Удзнский, 100
Гусиноозсрский, б5
340
356
320
301
710
580
760
856
Зона слабого загрязнения
Ф о н о а ы е территории
1104
0.16
0,12
0,31
0,24
0.26
0,14
0,019
0,016
0,016
0.024
0,026
0,015
0,12
0,017
0,11
0,017
0,16
0,012
90
62
48
48
62
46
42
53
43
45
Наиболее высокие концентрации,'превышающие среднефоновос значение
в 4,3-4,7 раза, обнаружены на территориях промузлов. Значительные
уровни накопления свинца (Кс= 2,0-2,8) отмечены на расстоянии до 40 км
от промузлов, а также в окрестностях пос. Тарбагатай, Турунтаево. Tetiденция к увеличению содержания свинца в хвое (1Сс=1,2-1,4) прослежива­
ется на водораздельных возвышенностях - хребтах Джидинский, Заганский, Боргойский. Учитывая, что региональной особенностью почв и почвообразующих пород Забайкалья является высокое содержание в них
свинца (Кашин, 2002), можно предположить, что при воздействии эмис­
сий происходит подкислен ие верхнего горизонта почвы атмосферными
осадками, что увеличивает подвижность элемента в почве и, соответст­
венно, его поглощение корнями.
Концентрация кадмия в хвое сосны варьировала от 0,012 до 0,045
мг/кг. При этом наиболее высокое содержание элемента (Кс==2,3-3,0) от­
мечено на-ПП, расположенных в Нижнеселенгинском промузле и на рас­
стоянии до 20 км от него. Тенденция к его увеличению сохраняется на
расстоянии до 50 км ог нромузла. Значительное загрязнение этой терри­
тории к^Лмием -связано со спецификой предприятий, преимущественно
целлюлозно-бумажной пpo^.ышлeннocти и производства стройматериалНк. Средкйй уровень накопления элемента (Кс=1,7) обнаружен в УланУдэнском промузле. Некоторое увеличение содержания кадмия (Кс=1,21,3) наблюдается на расстоянии до 40 км от Улан-Удэнского промузла, в
Гусиноозерском промузле и в радиусе до 16 км от него, а также в окрест­
ностях пос. Тарбагатай, Петропавловка и на водоразделах - хребтах Цаган-Дабан и Улан-Бургасы.
Содержание железа в хвое сосны колебалось от 42 до 175 мг/кг. При
этом доля ПП с высоким содержанием элемента в хвое составила 27% от
общего числа. Как правило, это ПП, расположенные на территории промузлов и на расстоянии до 20 км от них. Наиболее высокое содержание
железа в хвое сосны, превышающее среднефоновое значение в 3-3,5 раза,
характерно дня Нижнеселенгинского промузла.
Содержание марганца в хвое сосны изменялось от 81 до 271 мг/кг.
На территории промузлов отмечается снижение концентрации марганца в
1,5-2 раза по сравнению со среднефоновым значением, что, вероятно, свя­
зано с его повышенным вищелачиванием из пологи' крон, а также воз­
можным антагонизмом с железом, содержание которого здесь увеличива­
ется в 2-3,5 раза. Расчет величины отношения Fe/Mn показал его шести­
кратное увеличение на территории промузлов и трехкратное - на расстоя­
нии до 20 км от них (2,0 и 0,93 соответственно, при фоновом 0,3).
При определении содержания макроэлементов (азота, фосфора, ка­
лия, кальция, магния) и натрия не обнаруживается выраженных измене­
ний их концентраций в хвое сосны в зависимости от степени воздействия
аэропром выбросов. На территориях промузлов и на расстоянии до 20 км
or них, а также в окрестностях крупных населенных пунктов, как правило,
отмечается тенденция к увеличению в хвое содержания азота, кальция,
магния, натрия и снижению калия, отчасти фосфора. С увеличением рас­
стояния от источника выбросов отмеченные тенденции затушевываются.
На основании Кс проанализированных элементов в хвое сосны со­
ставлены ряды накопления, отражающие вклад отдельных элементов в
результирующий фитотоксический эффект многокомпонентного загряз­
нения атмосферы. Как видно из представленных рядов, наибольшее нако­
пление в хвое загрязняемых деревьев характерно для свинца, серы, крем­
ния, железа, в ряде случаев - фтора, кадмия и меди. Эти данные отражают
не только уровень токсической нагрузки, но и специфику промвыбросов.
На основе различий элемен\ного состава хвои обнаруживается влияние на
леса выбросов разных промышленных центров.
10
'Я1Л)музлы:
Улян-Удэнский
' ''.
Pb4.7-S2 3-Si2,rFe2,rf-"i 8-Cui g-Cdi б-Са, 4-N| ,-Na,2-Mg| i-Znoc-PoQ-Kog-Mno..
ГуенН{1Шерский
Pb46-S2.i-Sii,o-b'ei,9-Cui.s-l'i4-Cd|,rNa|4-Nt2-Mgi,2-Cai ,-ХП(,.'гРо8-Мпо7-К.о,б
Нижнеселенгинский
Pb4.4-l-e-, rS26-<^d2.(rSi2,rCu2,o-Na|,7-r,,4-Ca,.rMgi 3-Ni 2-Zni,|-Po,8-Ko,7-Mno.,
' I'l
Тэким образом, на обследованной территории в услови'ях атмосфер­
ного промышленного загрязнения происходит существейнЬб "йз1иененис
количестйбннргр содержания элементов в хвое сосны. flf^W 3foM отмеча­
ются раз1Ю.напр^§ленные тенденции в изменении содержания 'элементов одни их них накапливаются в избыточных количествах (РЬ, S, S i , Fe, Cd,
Си), для других характерно снижение конценлрации ( М п , К, Р).
На основании данных о вариациях содержания химических элемен­
тов в хвое сосны на фоновых и загрязненных территориях определены
пространственные фаницы зон экологического благополучия, напряжен­
ности и риска. Зона риска, т.е. территория, где происходят устойчивые
отрицательные изменения в окружающей природной среде, охватывает
площади основных промузлов и простирается на расстояние до 20 км от
них. Далее располагается зона экологической напряженности, т.е. терри­
тория, где отмечается начало негативных ичменений в окружающей среде,
ее протяженность составляет от 20 до 40-60 км от основных промузлов, к
э той же зоне принадлежит и ряд локальных участков - окрестности г. Кях­
та, пос. Тарбагатай, Турунтаево и Петропавловка. Зона экологического
благополучия начинается на расстоянии свв1ше 60 км от основных источ­
ников загрязнения.
5. О Ц Е Н К А С О С Т О Я Н И Я Д Р Е В О С Т О Е В С О С Н Ы
О Б Ы К Н О В Е Н Н О Й ПО М О Р Ф О Ф И З И О Л О Г И Ч Е С К И М
ПОКАЗАТЕЛЯМ
5.1. Визуальные и морфометрические параметры сосны
на загрязняемых территориях
При оценке жизненного состояния деревьев первостепенное значение
имеет ряд визуальных параметров, и одним из наиболее информативных
служит уровень дефолиации крон. Анализ полученных результатов пока­
зал, что на территориях промузлов наблюдается увеличение уровня дефо­
лиации крон деревьев до 50-60%, при среднефоновом значении 20-25%.
Достаточно высокий уровень дефолиации, достигающий 40-45%, просле­
живается на расстоянии до 40 км от основных промузлов, а также в окре­
стностях г. Кяхты, пос. Тарбагатай, Турунтаево. Результаты корреляцион­
ного анализа показали наличие достоверных положительных связей меж­
ду )тим параметром и накоплением в хвое серы (г = 0,82), фтора (г= 0,70),
кремния (г= 0,67), свинца ( г " 0,54), железа (г= 0,53).
И
Другим важным показателем состояния древостоев является продол­
жительность жизни хвои. В фоновых условиях Забайкалья средняя продолжитеяьн'осг'ь жизни хвои сосны составляет 5 лет. На территории промузлов она снижается до 3 лет, причем значимое влияние аэропромвыбросов на возрастную структуру фитомассы древостоев, определяемое вы­
соким уровнем корреляционной связи (г= -0,55-0,80), прослеживается на
расстоянии до 20 км от промузлов.
При обследовании насаждений определялось также изменение длины
и массы хвои и побегов, числа хвоинок. Для ПП, располагающихся по
градиенту конценфаций аэропромвыбросов отдельных промузлов, выяв­
лена обратная корреляционная связь перечисленных параметров с содер­
жанием поллютантов (коэффициенты корреляции на уровне -0,6-0,9). По­
казано, что по мере приближения к источнику выбросов снижение длины
побегов достигает 40-80% от фонового, длины хвои - 10-50%, ее массы 50-80%, количества хвоинок на одном побеге - 40-80%.
5.2. Показатели азотного обмена хвои сосны, загрязняемой промыи ленными эмиссиями
Устойчивость растений к неблагоприятным условиям произрастания
в значительной мере определяется особенностями азотного обмена, кото­
рый считается одним из основных показателей их физиологического со­
стояния, а также адаптационных возможностей при воздействии стрессо­
вых ситуаций (Судачкова, 1977; Новицкая, Чикина, 1980 и др.).
Определение в хвое общего, белкового и небелкового азота показало,
что в условиях промышленного загрязнения наиболее выражено измене­
ние содержания небелкового азота, концентрация которого увеличивается
в 1,5-2,8 раза на территориях промузлов и на расстоянии до 20 км от них.
Корреляционный анализ выявил наличие достоверных положительных
связей 1^ёжду уровнем небелкового азота и накрплением в хвое основных
элементов-тсксикантов, например, серы (г= 0,86), кремния (г^ 0,83), фтора
(г= 0,76), железа (г= 0,74), свинца (г= 0,67). Это позволяет рассматривать
уровень небелкового азота в хвое как показатель наличия определенной
эмиссионной нафузки на древостой.
Информативным параметром, отражающим физиологическое состоя­
ние дерева, является соотношение белковой и небелковой фракций азота в
хвое (Mikhailova, 2000). Нами обнаружен низкий уровень соотношения
N6./NH6. (2,4-3,5) в хвое деревьев, произрастающих на территориях про­
музлов и на расстоянии ло 20 км от них, средиефоновое значение 6,4. Это
свидетельствует об угнетении ростовых процессов (снижение белкового
азота) и значительной токсической нагрузке на древостой (увеличение
содержания небелкового азота). Тенденция к снижению соотношения
фракций азота сохраняется на расстоянии свыше 40 км от промузлов и
только на расстоянии 60 км и более этот показатель соответствует среднефоновому значению. Выявлено наличие обратной корреляции' между
12
соотношением фракций азота и содержанием в хвое серы (г= -0,77), фтора
(г-^ -0,73), свинца (г= -0,67), железа (г= -0,64), кремния (г= -0,82), а также
уровнем дефолиации, (г= -0,76), что говорит об адекватности использова­
ния данного показателя для оценки жизненного состояния деревьев в ус­
ловиях воздействия атмосферного зафязнения.
5.3. Оценка жизненного состояния древоеюев сосны
на обследованной территории
Из всего набора изученных параметров /шя оценки жизненного со­
стояния древостоев были выбраны два репрезентативных показателя процент дефолиации крон деревьев и соотношение белковой и небелковой
фракций азота в хвое - обнаруживающие наибольший уровень значимых
корреляционных связей с параметрами загрязнения.
Абсолютные величины репрезентативных показателей со всех ПП
подвергались кластерному анализу, в результате которого на уровне сход­
ства 75% выделилось четыре множества (кластера), соответствующие
разным степеням угнетения древостоев. Кластер 1-й - фоновый, в него
объединились ПП с самыми высокими значениями соотношения белковой
и небелковой фракций азота в хвое - 6,0-6,8 и наименьшим процентом
дефолиации крон деревьев - 10-30%. Кластер 2-й - слабого угнетения дре­
востоев, охватывает ПП с соотношением фракций азота 5,3-5,8 и уровнем
дефолиации 35-40%. Кластер 3-й - среднего угнетения древостоев, объе­
диняет ПП с соотношением фракций азота в пределах 3,7-4,8 и уровнем
дефолиации 40-45%, Кластер 4-й - сильного угнетения древостоев, объе­
диняет ПП с самым низким соотношением фракций азота - 2,4-3,5 и са­
мым высоким уровнем дефолиации крон деревьев - 50-60%.
Древостой разной степени угнетения характеризуются определенным
количественным содержанием элементов-загрязнителей и элементовбиофилов в хвое (табл. 2). Так, у древостоев слабого угнетения содержа­
ние элементов близко к фоновому, некоторое уменьшение соотношения
фракций азота указывает на небольшое снижение адаптационных воз­
можностей, что может быть связано как с условиями произрастания, так и
с появлением определенного уровня эмиссионной нафузки. У древостоев
среднего угнетения отмечается снижение интенсивности ростовых про­
цессов, об этом можно судить по снижению соотношения фракций азота.
Кроме того, наблюдаются тенденции к накоплению элементов, входящих
в состав эмиссий и элементов, составляющих буферную систему клетки,
что, возможно, вызвано активизацией защитных реакций, направленных
на детоксикацию поступающих ионов. У древостоев сильного угнетения
ростовые процессы подавляются в большей мере, на возможное усиление
гидролитического расщепления белков указывает очень высокий уровень
небелкового азота. Содержание элементов, присутствующих в выбросах, в
хвое увеличивается в 2-5 раз. Поскольку защитные механизмы у древо­
стоев значительно снижены, то при появлении какого-либо дополнитель-
п
Таблица 2
Элементный состав хвои сосны разной степени угнетения
Элементы,
вещества
Сера. %
Кремг1Ий, %
Фтор, мг/кг
Pi>Tb, Ml/кг
Свинец, мг/кг
Фоновые
Кластер 1
0.()34±0,(Ю2
0,()64±0,003
12.3±0,3
0,()09±0.001
0,12±0,01
Древостой
Среднего
yi негеиия
Слабого
угнетения
Кластер 2
0,038±0,002
0.082±0,005
13,8±0,5
0.010±0,001
0,20±0,03
Кадмий, мг/к1'
Цинк, мг/кг
Медь, мг/кг
Железо, мг/кг
Марганец, мг/кг
0,()15±0,001
36.3±0,9
2,()7±().1
47 9±2.1
174±12,7
0,017±0,001
36,7±1,1
2,37±0,14
59.2±2,5
Калий, %
Кальций, %
0,398±0,01
0.-491^0,02
Фосфор, %
Лзо1 общий. %
0,171±0.01
1,.(1±0,02
Магний, %
Натрий, %
Азот белк., %
Лзот небелк., %
N 6./N г(б.
0,147±О,002
0,()13±й,001
1,15±О.0Г
0,18±0.01
6,22±0.10
Kjiaciep3
0,046±0,004
0,091-fc0,005
16,2±0,6
0,012±0,001
0,26±0.03
0,022±(),003
35,2±1.7
Сильного
угнетения
Кластер 4
0.072±0,006
0,132±0.01
18,0±0,7
0,013±0,001
0,45±0,04
0,027^0,006
30,7±1,9
2,76±0,3
67,5±3.4
152±11.2
3,!6±0,35
115±12,3
95±8,0
0,365±0,01
0,630±0,03
0,146±0,005
0,013±0,001
0,336±(),02
0,696±(),()2
0.150±0,006
0,015±<).001
0,294±0,03
0,708±0,03
0,166±0,008
0,019±0,001
0,164±0,01
0,156±0,04
0,144±0,01
1,12±0,01
0,21±0,01
5.48±0,06
1,10±0,03
0,26±0 01
4,34±0.10
178±11.6
I,34i0,02
1.39±0,02
1,42±0,03
1,07±0,05
0,38+0,03
3,18±0,15
ного неблагоприятного фактора (засухи, пожара, нападения насекомых),
они могут перейти в состояние необратимого ослабления и усыхания.
б.ЭКОЛОГО-ФЙТОТОКСИКОЛОГИЧЕСКОЕ
КАРТОГРАФИРОВАНИЕ; Т Е Р Р И Т О Р И И Б А С С Е Й Н А Р. С Е Л Е Н Г И
6.1 Картограф]ирование территории бассейна р. Селенги
по уровню и. xapajcrepy :^агрязнения сосновых лесов
Картофафироваиие обследованное территории по уровню и характе­
ру загрязнения основывалось на резулл^татах кластерного анализа данных
о содержании в хвое ,сосны химичес15их элементов, рассматриваемых как
токсиканты - серы, фтора, свинца, железа, кадмия, меди, кремния. Кон­
центрации этих элементов в хвое обнаруживают высокие уровни корреля­
ции с показателями жизненного состояния деревьев - соотношением бел­
ковой и небелковой фракций азота и уровнем дефолиации крон.
На полученной дендрограмме выделилось» три кластера, которые при
картофафической интерпретации соответствовали трем полям зафязнения - Улан-Удэнскому Гусиноозерскому и Нижнеселенгинскому (рис. I).
14
Условные обознэтення
Поля загрязиеняя
Улан-Удэнское
I - Нижнеселенгииское
': - Гусивооэерское
^8^
- Лекальные участки эагрязяения
НН
- Фановая территория
Ш
- Пробные площади
Рис. 1. К<фта-схема попей загрязнения сосновых лесов
бассейна р. Сепенги (в пределах Республики Вуряти^
Как следует из карты-схемы, под преимущественным воздействием
Улан-Удэнского промузла находится около 240 тыс. га обследованной
территории, Гусиноозерского - около 190 тыс. га, Нижнеселенгинского около 200 тыс. га. Еще около 30 тыс. га подвержено атмосферному за­
грязнению от локальных источников выбросов (крупных населенных
пунктов). Фоновая территория, где загрязнение не обнаруживается, со­
ставляет около 4,3 млн га. В выделенных полях загрязнения древостой
сосны характеризуются значимыми количественными различиями эле­
ментного состава ассимиляционных органов.
15
Региональной особенностью зафязнения обследованной территории
является отсутствие выраженного слияния выбросов отдельных промузлов и образования o6u(ero трансрегионапьного поля зафязнения, харак­
терного для Предбайкалья (Михайлова, 2003). Это обусловлено, повидимому, меньшим объемом выбросов в Республике Бурятия, в сравне­
нии с Иркутской областью, а также орографическими условиями. Сильно
расчлененный рельеф, расп(ложение промузлов в пределах замкнутых и
полузамкнутых котловин обусловливают скопление аэропромвыбросов
внутри этих котловин и ограничивают распространение поллютантов за
их пределы.
6.3. Картографирование территории бассейна р. Селенги
по жизненному состоянию древостоев сосны
На основе данных о состоянии сосновых древостоев (см. разд.5.3.)
составлена карта-схема (рис. 2). В соответствии с ней, участки сильного
угнетения древостоев концентрируются на территории Улан-Удэнского,
Гусиноозерского и Нижнеселенгинского промузлов, а также на расстоя­
нии 4-16 км от них в сторону преобладающего атмосферного переноса.
Общая площздь сильно угнетенных древостоев равна 140 тыс. га (2,8% от
всех обследованных лесов), при этом в Улан-Удэнском поле зафязнения
на их долю приходится около 62 тыс. га, в Гусиноозерском - 20 тыс. га, в
Нижнеселенгинском - 58 тыс. га. Древостой средней степени угнетения
обнаруживаются на расстоянии до 40 км от промузлов, а также в местах
локального расположения очагов загрязнения. Их общая площадь в бас­
сейне р. Селенги составляет 474 тыс. га, или 9,4%. В Улан-Удэнском поле
загрязнения древостой средней степени угнетения занимают площадь
около 160 тыс. га, в Гусиноозерском - 177 тыс. га, Нижнеселенгинском 137 тыс. га. Слабо угнетенные леса выявлены на территории более 1,5 млн
га, что составляет примерно 3 1 % от всей обследованной. F^aибoльшyю
территорию занимают фоновые (относительно здоровые) древостой, они
размещаются на площади около 3 млн га (примерно 60% от всех лесов).
Характерной особенностью обследованной территории является не­
соответствие площади угнетения лесов и площади их загрязнения. Общая
площадь загрязненных лесов составляет примерно 660 тыс. га, в то время
как общая площадь рашой степени угнетенных лесов - около 2 млн га.
Такое несоответствие, на наш взгляд, может быть связано с инерционно­
стью в развитии процесса ослабления лесов (резкое уменьшение объема
выбросов произошло только в последние 7-8 лет) и целым рядом других
факторов: частые пожары, вспышки насекомых-вредителей и болезней
леса, изначально пониженная устойчивость лесов Забайкалья к действию
неблагоприятных факторов.
16
Условные обознапения
Угнетение ;ф«востоев
■fc^i^SJ■ Сильное угнетение древостоев
А |—_^! - Средше ушетение древостоев
-f (ig^ - Слабое угаетеяне древостоев
4г m
- февостои фонового состояния
№с. 2. Карта-схема жизненного состояния сосновых лесов
бассейна р. Селенга (в предепах Республики Бурятия)
ВЫВОДЫ
1. Для хвои сосны обыкновенной, произрастающей на фоновых тер­
риториях бассейна р. Селенги, характерно относительно стабильное, с
варьированием в пределах ± 10% от среднефоновых значений, содержа­
ние химических элементов, которое может служи гь критерием для оценки
степени техногенного загрязнения лесов.
2. Атмосферное промышленное загрязнение является важным факто­
ром формирования и перераспределения элементного состава хвои сосны
на обследованной водосборной территории оз. Байкал. На территории
промузлов и расстоянии до 20 км от них на фоне увеличения в хвое сосны
17
вД-3"раз содержания серы, фтора, кремния и тяжелых металлов (особенно
свинца,- железа, кадмия) отмечается снижение концентраций калия, марraHula, фосфора.
3. На основе коэффициентов концентрации химических элементов в
хвое сосны составлены ряды их накопления, отражающие вклад отдель­
ных элементов в результирующий фитотоксический эффект многокомпо­
нентного загрязнения атмосферы. По изменению уровней накопления
Э}Пементов на обследованной территории определены пространственные
фаницы зон экологического риска, напряженности и благополучия.
4. Из морфометрических и визуальных параметров сосны для диагно­
стики жизне 1Н0Г0 состояния древостоев наибольшей информативностью
обладают уровень дефолиации крон деревьев и продолжительность жизни
хвои. Показатели, характеризующие изменение длины и массы хвои и
гюбегов, а также числа хвоинок, наиболее значимы при оценке степени
угнетения древостоев, располагающихся по фадиенту концентраций промэмиссий отдельных источников зафязнения.
5. На основе изменения репрезентативных показателей жизненного
состояния сосновых древостоев (соотношение б^^ковой и небелковой
фракций азота в хвое и уровень дефолиации крон деревьев), на обследо­
ванной территории проведено ранжирование древостоев на сильно, сред­
не и слабо угнетенные, а так^е относительно здоровые (фоновые). Древосгои разнйх классов угнетения различаются по количественному содер­
жанию элементов-токсикантов и элементов-биофилов.
6. Картофафирование обследованной территории по уровню и харак­
теру зафязнения сосновых ЛёсЬв позволило выделить три поля зафязне­
ния - Улан-Удэнское, Гусиноозерское и Нижнеселенгинекое, общей
площадью 660 тыс. га, 01личающихся по количественному соотношению
поллютантов и общей токсической нафузке. Характерной особенностью
загрязнения бассейна р. Селенги техногенными эмиссиями является от­
сутствие выраженного слияния выбросов отдельных промузлов и образо­
вания общег» трансрегиона.'1Ьного поля зафязнения.
с п и с о к РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ:
1. Михайлова Т.Д., Бережная Н.С., Афанасьева Л.В. Атмосферное зафязнениек'ак один из факторов, определяющих состояние лесов Байкаль­
ской природной территории // Мат. межд. науч. конф. «Закон Российской
федерации «Об охране оз. Бгйкал» как фактор устойчивого развития Бай­
кальского региона». - Иркутск, 2003. - С. 162-164.
2. Михайлова Т.А., Бережная Н.С., Игнатьева О.В., Афанасьева Л.В.
Изменение баланса элементов в хвое сосны обыкновенной при техноген­
ном загрязнении /' Сибирский экологический журнал. - 2003. - № 6. - С.
755-762.
18
3. Афанасьева Л.В. Пространственная динамика и состояние сосно­
вых лесов Западного Забайкалья // Мат. всерос. конф. «Структурнофункциональная организация и динамика лесов». - Красноярск, 2004. • С.
250-252.
4. Afanasieva L V. Estimation of industrial emissions on pine forests of
the Uda river valley // Abst. in*ern. conf «Science for watershed conservation».
- Ulan-Ude, 2004. - P. 48-49.
5. Афанасьева Л.В., Кашин B.K., Михайлова T.A., Плешаков А.С.,
Бережная Н.С. Элементный состав хвои и морфометрические параметры
сосны обыкновенной в условиях атмосферного промышленного зафязнения в Западном Забайкалье // Хвойные бореальной зоны. - 2004. - № 2. - С.
112-119.
6. Mikhailova Т. А., Berezhnaya N. S., Ignatieva О. V., Suvorova G. G.,
Afanasieva L. V. Complex Assessment of Forest Condition under Air Pollution
Impacts // Abst. 6th intern, symp. «Responses to Air Pollution and Global
Changes from Molecular Biology to Plant Production and Ecosystem» - Tsukuba, Yatabe Printing Co., 2004. - P. 162.
7. Афанасьева Л.В. Химический состав хвои сосны обыкновенной в
Западном Забайкалье // Мат. межд. науч. шк.-конф. «Экология Южной
Сибири». - Абакан, 2004. - С. 8-9.
8. Афанасьева Л.В., Бережная Н.С. Накопление серы в хвое сосны
обыкновенной как индикатор воздействия атмосферного промышленного
зафязнения на леса Западного Забайкалья // Тез. докл. межд. шк.-конф.
«Биология - наука X X I века». - Пущино, 2005. - С. 253.
9. Афанасьева Л. В., Кашин В.К., Михайлова Т.А. Влияние промыш­
ленного загрязнения на накопление серы в хвое сосны обыкновенной
(Pinus sylvestris L) в юго-западном Забайкалье // Химия в интересах ус­
тойчивого развития. - 2005. - Т. 13. - № 3. - С. 461-467.
'«18 517
РНБ Русский фонд
2006-4
19617
Подписано в печать 04.10.2005 г. Формат 60x84 1/16.
Бумага офсетная. О&ьем 1,1 печ. л. Тираж 100. Заказ № 104.
Отпечатано в типографии Изд-ва БНЦ СО Р А Н
670047 г. Улан-Удэ, ул. Сахьяновой, 6.
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
1 007 Кб
Теги
bd000100204
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа