CC BY
58
УДК 630*18:582.475.2:676
Е.А. Робакидзе, Н.В. Торлопова, К.С. Бобкова Институт биологии Коми НЦ УрО РАН
Робакидзе Елена Александровна родилась в 1966 г., окончила в 1988 г. Сыктывкарский государственный университет, кандидат биологических наук, научный сотрудник отдела лесобиологических проблем Севера Института биологии Коми НЦ УрО РАН. Имеет около 50 печатных работ в области сезонной динамики роста хвои ели, углеводного обмена хвойных, влияния аэротехногенного загрязнения целлюлозно-бумажного производства на хвойные фитоценозы. E-mail: [email protected]
Торлопова Надежда Валерьяновна родилась в 1975 г., окончила в 1997 г. Сыктывкарский государственный университет, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник отдела лесобиологических проблем Севера Института биологии Коми НЦ УрО РАН. Имеет около 60 научных работ в области изучения морфоструктуры хвойных фитоценозов после техногенного воздействия разных типов. Тел.: (8212) 24-50-03
СОСТОЯНИЕ ДРЕВЕСНЫХ РАСТЕНИЙ ЕЛОВЫХ ФИТОЦЕНОЗОВ В ЗОНЕ АЭРОТЕХНОГЕННОГО ДЕЙСТВИЯ ЦЕЛЛЮЛОЗНО-БУМАЖНОГО ПРОИЗВОДСТВА*
При сравнительном анализе состояния ели, сосны и березы еловых фитоценозов в условиях загрязнения воздушными выбросами ЦБП установлено, что в зоне действия комбината количество здоровых деревьев в среднем на 20 % меньше, чем в фоновом районе, а по состоянию хвои и кроны более уязвимы береза и ель.
Ключевые слова: мониторинг, еловые древостои, жизненное состояние, дефолиация, дехромация, классы повреждения, индексы поврежденности.
ОАО «Монди Сыктывкарский лесопромышленный комплекс» (ОАО «Монди СЛПК») - крупнейшее предприятие целлюлозно-бумажного производства в европейской части России, является источником разнообразных промышленных выбросов в воздушный бассейн. К основным поллю-тантам относятся оксиды углерода, серы, азота, сероводород, сероорганиче-ские соединения, минеральная пыль (табл. 1) [5, 17].
В настоящее время существует несколько подходов к оценке состояния лесов, находящихся в условиях аэротехногенного воздействия. Широкое распространение получил разработанный IUFRO метод мониторинга лесов на региональном и локальном уровнях в процессе выполнения программы ICP-Forests [20]. Для оценки состояния окружающей среды, в частности лесных экосистем, лучших индикаторов, чем сами древесные растения, не существует [19]. Опубликовано значительное количество работ, содержащих
* По программе фундаментальных исследований президиума РАН «Биоразнообразие и генетика генофондов».
Таблица 1
Выбросы (т) загрязняющих веществ в атмосферу на предприятии ОАО «Монди СЛПК»
Выбросы 2004 г. 2005 г. 2006 г.
Всего 24 204,5 24 173,3 19 505,4
В том числе:
твердые вещества 3 084,2 3 449,7 2 096,2
меркаптаны 86,7 87,2 44,1
сероводород 141,5 246,4 51,1
диоксид серы 849,3 684,4 586,4
диоксид азота 2 695,4 2 896,0 2 819,7
оксид углерода 17 295,7 16 774,2 13 815,2
перечень древесных и кустарничковых растений, ранжированных по степени устойчивости к приоритетным загрязняющим веществам [4, 6, 7, 14, 18]. Отмечается высокая чувствительность сосны обыкновенной по сравнению с другими видами древесных растений практически во всех исследуемых регионах. Устойчивость одних лесообразующих пород относительно других ко многим факторам среды определяется довольно широким спектром их биологических и экологических свойств и имеет зональную специфику. По устойчивости к аэротехногенному воздействию лесообразующие породы можно расположить (в сторону ослабления устойчивости) в следующий ряд: в регионе Среднего Урала - береза, лиственница, ель, сосна; в регионе севера Средней Сибири - ель, береза, лиственница [11]. При изучении динамики состояния древостоев в 1992 - 2000 гг. в буферной зоне нефтепромышленного комплекса в соответствии с технологией 1СР-Роге818 наиболее высокие показатели дефолиации среди древесных пород выявлены у ели, затем следуют осина, береза и сосна [13]. При равной дефолиации большие потери несут те деревья, листовой аппарат которых имеет больший возраст. Наиболее поврежденной оказалась ель, затем осина, сосна и береза. Подобные исследования для зоны выбросов целлюлозно-бумажного производства не проводились.
Цель данной работы - сравнить состояние древесных растений еловых фитоценозов в условиях загрязнения воздушными выбросами целлюлозно-бумажного производства ОАО «Монди СЛПК».
Для оценки действия выбросов целлюлозно-бумажного комбината на леса нами в ельниках черничных заложены постоянные пробные площади (111111), находящиеся к северо-востоку от источника эмиссии загрязняющих веществ на расстоянии до 50 км в направлении доминирующей составляющей региональной розы ветров (табл. 2). Согласно [3, 9], ППП 37 располагается в зоне наибольшего влияния ОАО «Монди СЛПК», ППП 33 и 35 -значительного влияния, ППП 36 - умеренного. В качестве опорных и фоновых выбраны еловые насаждения (ППП 4 и 38), произрастающие в 50 км от источника загрязнения на территории Ляльского лесоэкологического стационара. Подбор и закладку экспериментальных участков, а также обработку полученных материалов проводили с использованием [10, 15].
Ельники черничные произрастают на типичных подзолистых суглинистых почвах. Древостои спелые, невысокой продуктивности, разновысот-ные, но ярусность не выражена. Древесный ярус образует в основном ель сибирская (Picea obovata Ledeb.) В составе древостоев часто присутствуют сосна обыкновенная (Pinus sylvestris L.) и береза повислая (Betula pendula Roth), реже - осина (Populus tremula L.) и пихта сибирская (Abies sibirica Ledeb.).
Определение жизненного состояния деревьев ели в древостоях проводили согласно [20]. Число учтенных экземпляров на пробных площадях варьирует от 114 до 287 шт., ель составляет 50.. .90 % от общего количества. Внешний вид дерева определяется совокупностью признаков, каждый из которых может быть достаточен для оценки поврежденности, однако наиболее информативны показатели состояния ассимиляционного аппарата. С помощью бинокля БПЦ 2 (12 х 45М) с расстояния, равного высоте дерева, у всех живых деревьев на ППП в баллах (от 0 до 3) оценивали степень дехро-мации (изменение цвета) хвои и дефолиации (потеря хвои) кроны. По степени дефолиации и дехромации хвои деревья распределяли на пять классов, используя следующую шкалу: 0 - <10 %; 1 - 11.25 %; 2 - 26.60 %; 3 - 61.99 %; 4 - 100 %. Кроме этого, учитывали количество сухих сучьев в кроне дерева (0 - <10 %; 1 - 11.25 %; 2 - 26.50 %; 3 - 51.99 %) и состояние вершины дерева (0 - живая; 1 - поврежденная; 2 - усыхающая; 3 - сухая). Оценив каждое дерево по комплексу вышеуказанных параметров, относили его к определенному классу повреждения:
0 класс - здоровое дерево, не имеет внешних признаков повреждения кроны и ствола, любые повреждения хвои (составляют < 10 % по отношению ко всей массе ассимиляционного аппарата) не отражаются на его состоянии;
1 класс - слабо поврежденное дерево (повреждения по одному или сумме всех признаков составляют 11.25 %);
2 класс - средне поврежденное дерево (26.60 % повреждений);
3 класс - сильно поврежденное (отмирающее) дерево (61.99 % повреждений);
4 класс - отмершее дерево (100 % повреждений).
Жизненное состояние древостоев оценивали с помощью индекса средневзвешенного класса повреждения составляющих древостой деревьев [1]:
4
I = ^ i ■ w, / W,
i=0
где I - индекс жизненного состояния древостоя, балл; i - индекс поврежденности деревьев, балл; w - статистический вес деревьев i-го класса повреждения; W - сумма статистических весов.
По величине индекса состояния древостои классифицировали на здоровые (индекс 0.0,5), ослабленные (0,6.1,5), сильно ослабленные (1,6.2,5), отмирающие (2,6.3,5) и сухостой (> 3,6).
Состояние древесных пород оценивали по таким показателям, как дефолиация и дехромация. Первый из них является более отдаленным во времени итогом многолетнего влияния неблагоприятных факторов. Оценка устойчивости растений по степени дефолиации хвои достаточно объективна. Она характеризует состояние древостоя в текущем вегетационном периоде и может быть использована для оперативного экологического контроля структуры за более короткий период времени [2, 8, 12].
Анализ дефолиации кроны деревьев на фоновых участках выявил, что насаждения состоят в основном из деревьев ели и сосны 0-го класса: соответственно в среднем 77 и 88 %от общего количества (рис. 1). Здоровых елей по данному показателю на 11 % меньше, чем сосен. Количество елей 1-го класса повреждения почти в 2 раза больше, елей и сосен 2-го класса повреждения примерно одинаково - 3...4 %. Деревья с потерей хвои от 61 до 100 % практически отсутствуют. В еловых фитоценозах на загрязненной техногенными выбросами территории здоровых по признаку дефолиации деревьев ели и сосны в среднем соответственно на 30 и 40 % меньше, чем в насаждениях фоновых участков. В загрязненных фитоценозах основную часть древостоя представляют деревья 1 -го класса повреждения: елей и сосен соответственно 53 и 55 %. К среднеповрежденным относятся 16 % елей и 5 % сосен. Увеличение дефолиации крон хвойных деревьев на опытных участках объясняется прежде всего снижением продолжительности жизни хвои. Так, если на фоновой территории средний возраст хвои сосны составляет в среднем 6 лет, а в зоне действия выбросов - 5 лет, то для хвои ели - соответственно в среднем 11 и 9 лет. Следовательно, по показателю дефолиации сосна менее чувствительна, чем ель.
Обследование жизненного состояния ели и сосны по степени дехро-мации хвои показало, что на пробных площадях фонового района преобладают здоровые деревья, составляющие в среднем 93 и 88 % от общего количества (рис. 1). Сравнительно немного деревьев, имеющих 10.25 % пожелтевшей хвои в кроне (1 класс повреждения): 8 % елей и 12 % сосен. Единично присутствуют сосны 2-го класса повреждения (25.60 % пожелтевшей хвои). Деревья 3-го и 4-го классов повреждения по данному показателю отсутствуют. На участках, расположенных в зоне действия ОАО «Монди СЛПК», здоровых деревьев ели и сосны несколько меньше: в среднем 79 и 76 % от общего количества. На деревья 1 -го класса повреждения приходится около 22 %. Выявлено всего 1 % елей 2-го класса повреждения по данному показателю. Деревья 3 и 4-го классов, как и на фоновой территории, отсутствуют. Следует отметить, что по показателю дехромации реакция на загрязнение у ели и сосны примерно одинаковая.
Распределение деревьев по количеству сухих ветвей показало, что в ельниках черничных, произрастающих на фоновой территории, основу насаждений составляют деревья 0-го класса (сухих ветвей в кроне < 10 %): в среднем 73 % елей и 87 % сосен (рис. 2). На долю ели и сосны 1-го класса повреждения (10.25 % сухих ветвей) приходится соответственно 21 и 9 % от общего количества. Деревья ели и сосны 2-го класса повреждения
Сосна Ель Сосна
Рис. 1. Средневзвешенный класс дефолиации крон (а, б) и дехромации хвои (в, г) деревьев в ельниках на загрязненной (а, в) и фоновой (б, г) территориях (0,1, 2, 3, 4 - классы повреждения деревьев)
(25.60 % сухих ветвей) составляют 6 и 4 % соответственно. На территории, подверженной влиянию поллютантов, здоровых деревьев ели по количеству сухих ветвей значительно (на 39 %) меньше, чем в насаждениях фонового района. При этом на долю сосны с поврежденными ветвями приходится 80 %. Значительную часть деревьев древостоев опытных участков составляют ели 1 -го класса повреждения. К среднеповрежденным относятся 13 % елей и 5 % сосен от общего количества. По такому показателю, как наличие сухих ветвей в кроне, более чувствительной является ель.
Рис. 2. Распределение деревьев по классам повреждения в зависимости от количества сухих ветвей в кроне в ельниках на загрязненной (а) и фоновой (б) территориях (см. обозначения на рис. 1)
100
90 80
в ьев
в вре
е
нт
§
20 10 0
100
90 80
ев
вье р
8 -о ент
I, 20 10 0
Ель
Сосна
Ель Сосна
б
Обследование всех живых деревьев на суховершинность выявило, что ели и сосны с живой верхушечной почкой являются основой контрольных древостоев: в среднем 91 и 93 % от общего количества соответственно (рис. 3). Деревья ели с усыхающей и поврежденной вершиной составляют 8 %, сосны - 7 %. В ельниках черничных, растущих в зоне действия выбросов ОАО «Монди СЛПК», количество деревьев ели с неповрежденной вершиной несколько меньше, чем в фоновом районе: 83 %. Число здоровых сосен в фоновом районе и в зоне действия комбината практически одинаковое. Отсутствуют сосны с усыхающей и поврежденной вершиной.
Анализ распределения деревьев по классам повреждения показал, что насаждения на контрольных участках состоят в основном из здоровых деревьев ели и сосны (рис. 4). При этом здоровых елей в среднем на 20 % меньше, чем сосен. Количество елей 1- и 2-го классов повреждения больше, чем сосен. Доля отмирающих и отмерших деревьев ели и сосны примерно одинакова.
100 90 80 70
Рис. 3. Распределение деревьев по классам повреждения в зависимости от состояния вершины в ельниках на загрязненной
(а) и фоновой
(б) территориях (0 - здоровая,
1 - сломанная,
2 - усыхающая,
3 - поврежденная
вершина)
в е ь
ве р
е де
нт ен
я о
£
30 20 10 0
100
90
80
в
е ь 70
в
е р 60
е
д 50
т
нт
е я 40
о
£ 30
20
10
0
0 -0
03-1 Ш -2 Ш-3
Ель
Сосна
Ель
Сосна
Рис. 4. Распределение деревьев по классам повреждения в ельниках на загрязненной (а) и фоновой (б) территориях (см. обозначения на рис. 1)
100
90 80
70
в
е
ь в
ве р
е д
т ен
я
о р
20 10 0
100 г
90
80
ев
ь в
вре
е д
т н е Я
20 10 0
Ель Сосна Береза
Ель Сосна Береза
Количество здоровых берез в среднем 18 %. Основная часть берез приходится на деревья 1- и 2-го классов повреждения и составляет соответственно 55 и 21 % от общего количества. На загрязненной территории здоровых деревьев ели и сосны меньше, чем в насаждениях фонового района: в среднем 42 и 67 % соответственно. На долю берез 0-го класса приходится 30 % от их общего количества. К слабо поврежденным могут быть отнесены 37 % елей, 26 % сосен и 53 % берез от их общего количества. Средне и сильно поврежденных сосен всего 4 и 3 % соответственно. На долю 2-го класса повреждения как елей, так и берез приходится в среднем 16 %. Следует отметить, что во всех исследуемых древостоях на фоновой и загрязненной территориях меньше всего повреждается сосна, более уязвимыми являются береза и ель. Это объясняется разной чувствительностью их к эмиссии вредных веществ (см. табл. 1). Известно, что в спелом возрасте адаптивный потенциал сосны и ели к условиям атмосферного загрязнения определяется как природой загрязнителей, так и условиями произрастания [16, 18].
В табл. 1 представлены рассчитанные на основе распределения деревьев по состоянию интегральные классы повреждения еловых древостоев. По индексу поврежденности древостои исследуемых насаждений характеризуются как ослабленные: /ср = 0,87. Только древостой на ППП 38, расположенный в фоновом районе, характеризуется как здоровый.
Таким образом, в зоне аэротехногенного загрязнения выбросами целлюлозно-бумажного производства происходит повреждение деревьев, составляющих древостои. В этой зоне процент здоровых деревьев в среднем на 20 меньше, чем в фоновом районе. Используемые нами индикационные показатели, характеризующие влияние выбросов комбината на состояние древесных растений, показали, что ель и береза более подвержены аэротехногенному загрязнению целлюлозно-бумажного производства.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Алексеев, А.С. Мониторинг лесных экосистем [Текст] / А.С. Алексеев.
- СПб.: ЛТА, 1997. - 116 с.
2. Биоиндикация загрязнений наземных экосистем [Текст]. - М.: Мир, 1988. - 348 с.
3. Бобкова, К.С. Состояние лесов в зоне влияния Сыктывкарского лесопромышленного комплекса [Текст] / К.С. Бобкова, Ю.А. Паутов, Н.А. Терещук // Лесн. журн. - 1997. - № 5. - С.84-88. - (Изв. высш. учеб. заведений).
4. Влияние загрязнений воздуха на растительность [Текст]. - М.: Лесн. пром-ть, 1981. - 184 с.
5. Государственный доклад «О состоянии окружающей природной среды Республики Коми в 2006 году» [Текст]. - Сыктывкар, 2007.
6. Илькун, Г.М. Газоустойчивость растений [Текст] / Г.М. Илькун. - К.: Наук. думка, 1971. - 146 с.
7. Илькун, Г.М. Загрязнение атмосферы и растения [Текст] / Г.М. Илькун.
- К.: Наук. думка, 1978. - 249 с.
8. Лесные экосистемы и атмосферное загрязнение [Текст] / В.А. Алексеев [и др.]. - Л.: Наука, 1990. - С. 38-53.
9. Лесные экосистемы в зоне действия крупных лесопромышленных производств // Освоение Севера и проблемы рекультивации [Текст]. - Сыктывкар: Коми НЦ УрО РАН, 1996. - С.16-18.
10. Лесотаксационный справочник для северо-востока европейской части СССР (нормативные материалы для Архангельской, Вологодской областей и Коми АССР) [Текст] / сост. Г.С. Войнов. - Архангельск: АИЛ и ЛХ, 1986. - 558 с.
11. Менщиков, С.Л. Закономерности трансформации предтундровых и таежных лесов в условиях аэротехногенного загрязнения и пути снижения наносимого ущерба [Текст]: автореф. дис. ... докт. с.-х. наук / С.Л. Менщиков. - Екатеринбург, 2004. - 43 с.
1 2 . Методические указания по оценке жизненного состояния сосны, ели и березы [Текст]. - Каунас, 1987. - 32 с.
13. Моложавский, А.А. Динамика состояния древостоев в 1992-2000 гг. в буферной зоне нефтепромышленного комплекса [Текст] / А.А. Моложавский. -Режим доступа: http:www.science-bsea.bgita.ru/2001/les_2001/molojavsky.htm.
14. Рожков, А.А. Устойчивость лесов. [Текст] / А.А. Рожков, В.Т. Козак.
- М.: Агропромиздат, 1989. - 239 с.
15. Третьяков, Н.В. Лесная таксация [Текст] / Н.В. Третьяков. - Л., 1957. -
300 с.
16. Цветков, В.Ф. Лес в условиях аэротехногенного загрязнения [Текст] / В.Ф. Цветков, И.В. Цветков. - Архангельск, 2003. - 354 с.
17. Экологический отчет 2006 ОАО «Mondi business paper Сыктывкарский ЛПК» [Текст]. - Сыктывкар, 2006.
18. Ярмишко, В.Т. Сосна обыкновенная и атмосферное загрязнение на Европейском Севере [Текст] / В.Т. Ярмишко. - СПб., 1997. - 210 с.
19. Kenneweg, H. Monitoring forest damage. Influences of forest damage on forestry and timbertrade 3. Berichte des Forschungszentr. Waldokosysteme / Waldserben. Conference: LIGNA (15 May 1985, Hannover) [Text] : Proc. / H. Kenneweg. - 1985. -P. 38-63.
20. Manual on methods and criteria for harmonized sampling, assessment, monitoring and analysis of the effects of air pollution on forest [Text]. - Hamburg, Prague, 1994. - 177 p.
Поступила 05.12.08
E.A. Robakidse, N.V. Torlopova, K.S. Bobkova
Institute of Biology, Komi Science Centre, Ural Branch of Russian Academy of Sciences
Wooden Plants State of Spruce Phytocenoses in Zone of Aerotechnogeneous Effect of Pulp-and-paper Production
It is established under the comparative analysis of spruce, pine and birch state of spruce phytocenoses in the conditions of PPM emissions' pollution that a number of healthy trees is on average 20% less in the mill operation zone than in the background zone, whereas birch and spruce are more vulnerable as far as needles and crown are concerned.
Keywords: monitoring, spruce stands, vital state, defoliation, dechromation, classes of damage, indices of damage.
Таблица 2
Лесоводственно-таксационная характеристика древостоев еловых лесов
Расстояние Средние Число деревьев, шт./га Общий запас, м3/га Класс бонитета Сумма Индекс поврежден-ности
Номер ППП от ОАО «Монди СЛПК», км Состав древостоя Возраст, лет высота, м диаметр, см площадей сечений, м2/га
Зона действия выбросов ОАО «Монди СЛПК»
37 3,5 6Е2Б2С 97.. .187 15,0 15,0 1838 320 V 22,4 0,72
33 4,3 9Е1Б+Пх 105. 235 15,5 19,0 1666 303 V 36,7 0,97
35 5,3 6Е2Б2С 85. 155 14,1 15,0 1933 289 V 21,0 0,70
36 10,0 6Е2С1Б1Ос 77. .127 15,2 16,0 1733 365 IV 24,7 1,10
Фоновый район
4 50,0 3Е3С3Ос1Б 77. 97 16,3 16,5 1196 372 IV 12,0 0,80
38 50,0 7Е3Б+С,Пх 95. 175 18,3 22,0 891 311 IV 22,0 0,49
Примечание. Тип леса - черничный.
