научная статья по теме ДИНАМИКА ЕЛОВЫХ НАСАЖДЕНИЙ КОЛЬСКОГО СЕВЕРА В УСЛОВИЯХ ВОЗДЕЙСТВИЯ ПРИРОДНО-АНТРОПОГЕННЫХ ФАКТОРОВ СРЕДЫ Биология

Текст научной статьи на тему «ДИНАМИКА ЕЛОВЫХ НАСАЖДЕНИЙ КОЛЬСКОГО СЕВЕРА В УСЛОВИЯХ ВОЗДЕЙСТВИЯ ПРИРОДНО-АНТРОПОГЕННЫХ ФАКТОРОВ СРЕДЫ»

ЖУРНАЛ ОБЩЕЙ БИОЛОГИИ, 2013, том 74, № 4, с. 283-303

УДК 574.24+58.02

ДИНАМИКА ЕЛОВЫХ НАСАЖДЕНИЙ КОЛЬСКОГО СЕВЕРА В УСЛОВИЯХ ВОЗДЕЙСТВИЯ ПРИРОДНО-АНТРОПОГЕННЫХ

ФАКТОРОВ СРЕДЫ

© 2013 г. Т. В. Черненькова1, Ю. Н. Бочкарев2

1Центр по проблемам экологии и продуктивности лесов РАН 117997 Москва, Профсоюзная ул., 84/32 e-mail: chernenkova50@mail.ru 2Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, географический факультет 119992 Москва, Ленинские горы

e-mail: uboch@yandex.ru Поступила в редакцию 19.04.2012 г.

Представлен обзор современного состояния вопроса о влиянии атмосферных выбросов на лесной покров. Описаны основные механизмы поступления токсических веществ в растения, а также особенности реакции хвойных деревьев на промышленное загрязнение. Сделан вывод о необходимости сопряженной оценки влияния атмосферного загрязнения и других факторов природной среды на лесной покров. В качестве примера приведены результаты исследований состояния еловых лесов в окрестностях металлургического производства на Кольском полуострове. Несмотря на снижение объемов атмосферных выбросов, в состоянии хвойных деревьев продолжает наблюдаться множество отклонений (ажурность и суховершинность крон, снижение радиального и апикального приростов стволов), сопровождающееся выпадением из состава лесных сообществ хвойных видов вблизи источника загрязнения. В результате оценки дендрохронологических показателей выявлена значимая отрицательная связь прироста деревьев с объемами поступающих в атмосферу выбросов предприятия на фоне изменения климатических показателей. Проведенные исследования на экологическом градиенте продемонстрировали различия в уменьшении радиального прироста деревьев на разных высотных уровнях - влияние комбината на динамику прироста ели на нижнем геоморфологическом уровне проявлялось в меньшей степени, чем на среднем и верхнем уровнях. Высота произрастания деревьев на склоне определила также разную зависимость радиального прироста елей от климата - максимальное влияние климатических параметров на рост деревьев наблюдали в средних частях склона (250-300 м над ур. м.), при этом степень связи величины годичного прироста деревьев зависела от частоты колебаний климатических характеристик. Сделан вывод, что на низкочастотных уровнях (50 лет и более) эндогенные факторы роста и развития древостоев проявляются в большей мере, высокочастотные колебания прироста (межгодовые флюктуации) определяются главным образом причинами внешнего характера - в данном случае атмосферным загрязнением и погодными условиями.

Леса Европы составляют 25% лесов земного шара. Почти 80% лесов Европы расположены в Российской Федерации. В докладах на Конференции министров по защите лесов в Европе (МСРБЕ, 2007, 2011) отмечалось, что в течение двух последних десятилетий наблюдается положительная тенденция уменьшения загрязнения воздуха и накопления загрязняющих химических веществ, особенно серосодержащих соединений, в окружающей среде. Однако высказывались опасения, что накопления токсических соединений прошлых лет в почве могут привести к повышению содержания азота, сульфатов и кислотности почвы. В боль-

шинстве регионов сохраняется высокий уровень дефолиации древостоев, что говорит об утрате устойчивости лесными насаждениями в результате действия неблагоприятных факторов внешней среды - заболеваний, экстремальных природных явлений, таких, как бури и пожары. Среди основных положений доклада о состоянии лесов Европы на Конференции министров по защите лесов в Европе (14-16 июня 2011 г., Осло, Норвегия) прозвучал вывод о необходимости дальнейшего снижения антропогенного воздействия на лесные экосистемы за счет сокращения выбросов химических веществ в атмосферу (МСРБЕ, 2011).

В России сокращение производства и соответствующее снижение интенсивности атмосферных выбросов наблюдается с начала 1990-х годов. По сравнению с зарубежными источниками (Restoration and recovery..1995; Winterhalder, 1996; Li, 2005) в отечественной литературе имеется не так много примеров изучения постиндустриальных восстановительных сукцессий в лесных экосистемах в районах бывших техногенных катастроф: Карабашского медеплавильного комбината (Черненькова, 2002), Кольского горнометаллургического комбината (ГМК) (Лукина и др., 2005; Черненькова и др., 2011; Зверев, 2012), Среднеуральского медеплавильного комбината (Трубина, 1982), Шелеховского промузла (Бережная, Михайлова, 2005), Норильского ГМК (Лен-кова, 1982). Атмосферное загрязнение в нашей стране между тем продолжает оставаться мощным фактором преобразования природной среды не только на локальном, но и на региональном уровне (Добровольский, 2004; Башкин, Касимов, 2004). Данные многочисленных исследований подтверждают наличие четко идентифицируемых реакций деревьев на различных уровнях организации биосистем на химическое воздействие.

Процессы сорбции, перераспределения и аккумуляции загрязняющих веществ голосеменными и покрытосеменными древесными растениями достаточно сложны и зависят от множества факторов. Известны несколько путей поступления химических элементов и соединений в растение, основными из которых являются корневое питание, газообмен, обменная адсорбция на поверхности листовой пластинки (Лянгузова, 2005). Развитие таких эволюционно обусловленных систем, как проводящие ткани, защитный кутикулярный слой, физиолого-морфологические приспособления, определяют сложную и опосредованную зависимость химического состава тканей сосудистых растений от содержания токсикантов в окружающей среде (рис. 1).

Сорбция листовыми пластинами пыли и аэрозолей, содержащих металлические частицы, зависит от размеров улавливающей поверхности. Исследования пылезадерживающих свойств растений были впервые проведены Г.Д. Ярослав-цевым (1954) и М.Ф. Ефимовым (1959). Последним на основе всесторонних наблюдений были установлены различия в запылении листьев в зависимости от их положения в кроне, характера текстуры и возраста листовых пластин, видовой принадлежности. При этом сосна обыкновенная обладала наивысшей степенью пылезадерживаю-щей способности, превышающей в 10-15 раз таковую у других древесных пород (осины, березы,

черемухи, вяза, клена и др.). В работе Хана с соавторами (Khan et al., 1989) было показано, что на участках с густой растительностью перемещение взвешенных в воздухе частиц пыли уменьшалось на 75% по сравнению с открытыми участками.

Поглощение листьями металлов из воздуха зависит как от свойств самих растений (размера и формы листовых пластин, густоты опушения листовой поверхности, степени покрытия листьев воском, характера архитектоники кроны и положения в ней листьев), так и от условий и характера загрязнений (размеров частиц пыли и водорастворимых металлов, их концентрации, температуры среды, степени освещенности) (Тарчевский, 1964; Тарабрин, 1982). Дальнейшее проникновение атмосферных загрязнений в листья определяется градиентом концентрации токсиканта между атмосферой и листом и ограничивается устьичным сопротивлением, шириной и целостностью кутикулы, гигроскопичностью и растворимостью токсикантов, избирательной проницаемостью протоплазмы для ионов загрязнения и скоростью их связывания в клетке (Негруцкая и др., 1981).

Отсутствует прямое соответствие концентрации загрязняющих веществ в окружающей среде и содержания их в тканях растений. При варьировании концентрации сернистого газа в воздухе в пределах 0.05-0.61 мг/м3 критический предел, после которого происходит гибель хвойных деревьев в условиях северной тайги, наступает при превышении концентрации серы в хвое по сравнению с контрольной величиной в 2 раза, цветных металлов - в 50-100 раз (Сыроид, 1988). В работе И.В. Лянгузовой (1990), посвященной аккумуляции химических элементов в экосистемах сосновых лесов Кольского полуострова, приводятся данные о содержании металлов в различных частях сосны, пробы которой отобраны в зоне воздействия промышленного объекта. Автором было установлено, что допустимыми концентрациями никеля и меди в хвое сосны, не вызывающими визуально наблюдаемых признаков ее повреждения, являются концентрации в пределах 2-10 ppm. Применительно к сосне критические значения индексов нагрузки (отношение концентрации токсиканта к его фоновому содержанию), связанные с повреждением растений, составляют 30-35 для никеля и 10-15 для меди. Повышенные уровни аккумуляции металлов в ассимилирующих органах сосны (никеля - более 100 ppm, меди - более 50 ppm) вызывают усыхание деревьев, разрушение древостоев и полную гибель лесных экосистем (Лянгузова, 1990).

Аккумуляции загрязняющих веществ в корнях деревьев посвящено не так много работ (например, Mayer, Heinriches, 1981; Кузнецова, 2009;

Выбросы загрязняющих веществ

Рис. 1. Общая схема воздействия атмосферных выбросов на древесные растения.

Радостева, 2011). В одной из них (Mayer, Heinriches, 1981) приводятся данные по концентрации ряда элементов (P, S, Na, K, Ca, Al, Cr, Fe, Co, Ni, Cu, Cd) в корнях сосны различной толщины. Установлено, например, что в корнях диаметром менее 1 мм концентрация указанных элементов была выше, чем в корнях большего диаметра. В случае высокотоксичных элементов (Ni, Cu, Cd) авторы объясняют этот факт ограниченным поглощением их корнями в результате процессов комплексо-образования с органическим веществом почвы, что ведет к накоплению этих элементов на поверхности корней. Характерно, что на кислых почвах в корнях большего диаметра регистрируется более высокое содержание марганца, цинка и свинца, а на карбонатных почвах - более высокое содержание кальция. В целом, в корнях были обнаружены более высокие содержания Al, Pb, Cd, Zn, чем в надземных органах.

На уровне тканей и органов растений отклонения от нормы развития при воздействии загряз-

няющих веществ оказываются большей частью результатом дисфункции системы нормальной регуляции онтогенеза, патологических отклонений в процессах транспорта веществ, нарушений межорганных и межтканевых взаимодействий. В научной литературе существует много примеров тератологических изменений всех категорий, классификация которых изложена в ра

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком