научная статья по теме ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ ЖИДКИХ АТМОСФЕРНЫХ ОСАДКОВ В СТАРОВОЗРАСТНЫХ ЕЛЬНИКАХ СРЕДНЕЙ ТАЙГИ Геология

Текст научной статьи на тему «ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ ЖИДКИХ АТМОСФЕРНЫХ ОСАДКОВ В СТАРОВОЗРАСТНЫХ ЕЛЬНИКАХ СРЕДНЕЙ ТАЙГИ»

ГЕОХИМИЯ, 2013, № 1, с. 72-83

ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ ЖИДКИХ АТМОСФЕРНЫХ ОСАДКОВ В СТАРОВОЗРАСТНЫХ ЕЛЬНИКАХ СРЕДНЕЙ ТАЙГИ

© 2013 г. Е. А. Робакидзе, Н. В. Торлопова, К. С. Бобкова

Институт биологии Коми научного центра УрО РАН 167982 Сыктывкар, ул. Коммунистическая, 28; e-mail: robakidze@ib.komisc.ru Поступила в редакцию 12.01.2010 г. Принята к печати 23.08.2011 г.

Общая минерализация дождевых осадков под пологом древостоев коренных ельников средней тайги стабильно низкая. Воды, проникающие сквозь кроны деревьев, слабокислые и более минерализованы, чем поступающие на открытое место, относятся к гидрокарбонатно-калиево-кальциевым. Осадки открытых участков характеризуются как гидрокарбонатно-калиево-сульфатные, а воды из ручья относятся к гидрокарбонатно-кальциево-магниевым. Динамика содержания химических элементов в жидких атмосферных осадках под пологом ельников черничных и разнотравно-черничных на подзолистых почвах идентична. В химическом составе дождевых осадков, прошедших сквозь кроны деревьев ели, и в водах ручья доминирует растворенный органический углерод.

Ключевые слова: ельник, средняя тайга, жидкие атмосферные осадки, химический состав вод, растворенный органический углерод, экологический мониторинг.

Б01: 10.7868/8001675251211009Х

Атмосферные осадки, кроме транспорта воды и тепла, активно участвуют в переносе масс твердых веществ [1]. Следовательно, атмосферные выпадения являются важным источником питания растений лесных фитоценозов. Им отводится роль постоянного "резервного фонда" биологического круговорота веществ, компенсатора, благодаря которому происходит постоянное пополнение биогеоценоза элементами минерального питания извне [2]. Химический состав атмосферных осадков характеризуется пространственной и сезонной вариабельностью [3—5]. В лесных сообществах древесный ярус оказывает существенное влияние на количество и качество осадков, поступающих на поверхность почвы [6, 7]. Деревья трансформируют химический состав атмосферных осадков [8, 9]. На задержание дождевых осадков кронами деревьев оказывают влияние различные факторы: вид древесного растения, сомкнутость и степень облиственности крон деревьев, количество осадков, поступающих за вегетационный период [6, 10]. Древесный полог спелых ельников средней тайги на территории Республики Коми задерживает 28% от количества атмосферных осадков, поступающих на открытое место [11]. Для древесных растений, произрастающих в различных типах фитоценозов, приводятся следующие показатели: кроны березы задерживают 23%, сосны — 29, ели — 38% от количества

атмосферных осадков на открытом месте [12]. На задержание осадков кронами лиственных пород также оказывает влияние период вегетации, что связано со степенью облиственности кроны [13]. Отмечается выщелачивание элементов осадками, проникающими через кроны древесных пород [14].

Цель данной работы — изучение динамики химического состава дождевых осадков в старовозрастных еловых насаждениях средней тайги Республики Коми.

ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Исследования химического состава дождевых осадков на территории Ляльского лесоэкологиче-ского стационара Института биологии Коми НЦ УрО РАН в подзоне средней тайги (62° 17' с.ш, 50°40' в.д.) как условно фонового района начаты в 2006 г. Ближайший источник атмосферного загрязнения — предприятие целлюлозно-бумажного производства ОАО "Монди СЛПК", располагается в 50 км к югу от стационара. Основными поллютантами, выбрасываемыми в воздушный бассейн, являются оксиды углерода, серы, азота, сероводород, сероорганические соединения, минеральная пыль [15].

Территория стационара является частью Ме-зенско-Вычегодской равнины, поверхность которой покрыта четвертичными отложениями мощ-

и о X К

£

Таблица 1. Таксационная характеристика древостоев еловых фитоценозов

№ стационара Тип леса Состав древостоя Вид Возраст, лет Число деревьев, экз./га Сумма площадей сечений, м2Да Запас древесины, м3/га Средние

растущие сухие растущие сухие растущие сухие высота, м диаметр, см

Ель 80-180 731 12 20.60 0.18 217 1.4 17 19

Чернич- Береза 110 188 6 4.80 0.10 57 0.4 22 18

ный 7Е2Б1С+

1 влаж- + Ос, едПх Сосна 110 25 6 2.00 0.30 21 4.1 17 31

ный

Пихта 110 13 0 0.10 0 1 0 9 11

Осина 100 13 0 0.70 0 7 0 24 27

Всего 970 24 28.20 0.59 303 5.9

2 Разно 7ЕЗБ+Пх, Ель 80-160 575 167 22.0 2.60 216 25.0 18 22

травно- СедОс

чернич- Береза 60-110 258 8 7.72 0.02 68 0.02 18 20

ный

Сосна 110 17 8 1.11 0.01 12 0.02 22 29

Пихта 110 33 17 0.95 0.05 10 0.02 18 19

Осина 110 8 0 0.44 0 5 0 24 26

Всего 891 200 32.22 2.68 311 25.4

3 Разно 8Е1Пх1Б+С Ель 70-200 633 26 24.1 0.82 260 7.7 20 22

травно-

чернич- Береза 110 60 0 4.0 0 31 0 17 27

ный

Сосна 110 7 0 1.0 0 16 0 28 50

Пихта 100 213 0 4.0 0 29 0 13 14

Всего 913 26 33.10 0.82 336 7.7

X

S £

S Л

и

о *

S

к=

о о

о $

а

X й

X

ъ

о о е

и ►и

я Е

х

о g

и

U>

ностью в десятки метров. Отложения включают два горизонта морены, верхний был оставлен льдами Московского оледенения. Верхняя морена большей частью размыта и опесчанена, во многих местах перекрыта озерно-ледниковыми и флювиогляциальными отложениями [16]. Морена залегает с глубины 0.7—11 м под озерно-ледни-ковыми и флювиогляциальными отложениями, а местами — под почвенно-растительными слоями. Она сложена грубыми опесчаненными голубовато-серыми, с поверхности коричнево-бурыми, очень плотными суглинками с включениями гальки, гравия, щебня и известняка. Мощность слоев песка от нескольких сантиметров до 3 м и более, механический состав от пылевато-глини-стого до крупного с галькой и валунами. Мощность слоя щебня известняка 0.3 м. Вскрытая мощность морены 17.4 м. Озерно-ледниковые отложения, мощностью 0.4—11.0 м, залегают непосредственно под почвенно-растительным слоем. Они состоят из голубовато-серого суглинка, с поверхности коричневого, с прослойками и линзами супеси, песка, местами с галькой и гравием. Пески мелкие, глинистые, местами пылеватые, коричневые, коричневато-желтые, серые. Мощность озерно-ледниковых отложений от 0.4 до 11.0 м. Флювиогляциальные отложения представлены мелкими желтовато-коричневыми кварцевыми слабоглинистыми песками средней плотности. Мощность отложений 1.7 м. Подземные воды не имеют сплошного развития, расположены спорадически и приурочены к песчаным линзам и прослойкам в толще суглинистых отложений. Глубина залегания подземных вод от 5.0 до 15.5 м. Мощность водоносных слоев от нескольких сантиметров до трех и более метров [17].

В трех насаждениях старовозрастных ельников по общепринятым методам [18] были заложены три стационара. Типы леса определяли по [19]. В ельниках составлено лесоводственное описание фитоценозов, проведен сплошной учет деревьев. Анализ таксационных материалов проведен согласно [20, 21]. Краткая лесоводственно-таксаци-онная характеристика древостоев приведена в табл. 1.

Фитоценозы ельников имеют довольно сходный видовой состав. Древостои смешанные по составу, при доминировании в них ели, присутствуют береза, сосна, пихта, редко осина. Они разновозрастные, V класса бонитета. Подлесок редкий, представлен единичными кустами ив, можжевельника, рябины, шиповника, жимолости. В травяно-кустарничковом ярусе ельников всех стационаров доминируют черника, брусника, кислица, седмичник. Из мхов преобладают Pleurozium schreberi (Brid). Mitt. и Polytrichum commune (Hedw.). В разнотравно--черничных ельниках (стационары 2 и 3) в напочвенном покрове несколько больше участие разнотравья (костяни-

ка, золотая розга, папоротники). Ельники расположены на водосборной площади ручья Мая, развиваются на подзолистых супесчаных почвах, подстилаемых суглинками.

Дождевые осадки собирали с июня по октябрь 2007—2008 гг. Для сбора использовали осадкопри-емники с диаметром приемной поверхности 18 см, в 15-кратной повторности, которые размещались на расстоянии 5 м друг от друга под кронами елей, берез и в "окнах". Осадки собирались один раз в месяц [22]. Одновременно отбирали воду из водосборного ручья Мая и на открытом месте (одна поляна, осадкоприемники в 5-кратной повторности). Площадь водосбора ручья равна 3.76 км2. Количественный химический анализ проб воды проводили в лаборатории "Экоана-лит" Института биологии Коми НЦ УрО РАН (аттестат аккредитации № РОСС RU.0001.5m57). Применялись следующие методы количественного анализа: рН — потенциометрия электродами низкой ионной силы; растворенный органический углерод — термическим сжиганием с инфракрасным детектированием на ТОС-анализа-торе (SHIMADZU, Япония); сульфаты — турби-диметрия на КФК-3 (Россия); фосфаты, нитраты, ионы аммония — фотометрия КФК-3; хлориды — колориметрическая титриметрия, микробюретка 1-2-2-01; кальций, магний, калий, натрий, железо, цинк, медь, алюминий, марганец — атомно-эмиссионная спектрометрия с индуктивно-связанной плазмой.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Согласно геохимической классификации А.И. Перельмана [23] исследуемые лесные экосистемы относятся к западнотаежным ландшафтам (Б 1) с кислым классом водной миграции (Ш-Н+ — класс). Атмосферные осадки в этих ландшафтах являются компенсаторами элементов минерального питания (особенно серы) в биологическом круговороте и, благодаря высокой влажности почвы, создают условия для вымывания из нее подвижных форм всех элементов.

Общая минерализация. Состав природных вод, их общая минерализация составляют важную геохимическую характеристику [1]. Динамика минерализации жидких осадков под пологом всех трех исследуемых ельников одинакова. Общая минерализация дождевой воды в них низкая и в зависимости от периода наблюдений изменяется от 7.65 до 36.20 мг/дм3 (рис. 1). В июне и июле минерализация осадков на стационарах 1 и 2 держится примерно на одном уровне. В августе, в период наибольшего развития листового аппарата древесных растений, отмечается значительное снижение минерализации осадков под пологом на всех стационарах — в среднем в 2 раза. В сентябре

она незначительно возрастает, а в октябре увеличивается в 2.1—2.3 раза на

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