ЛЕСОВЕДЕНИЕ, 2004, № 3, с. 57-67
УДК 630*160.21
ОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИ
ТЕХНОГЕННАЯ ДИГРЕССИЯ И ВОССТАНОВИТЕЛЬНАЯ СУКЦЕССИЯ В ХВОЙНЫХ ЛЕСАХ КОЛЬСКОГО ПОЛУОСТРОВА
В. В. Никонов1
© 2004 г. С. Н. Ганичева2, Н. В. Лукина1, В. А. Костина2,_
1Центр по проблемам экологии и продуктивности лесов РАН 117997 Москва, ул. Профсоюзная, 84/32, E-mail: lukina@cepl.rssi.ru 2Институт проблем промышленной экологии Севера Кольского НЦ РАН 184200 Апатиты, Мурманская обл., ул. Ферсмана, 14 Поступила в редакцию 29.11.2003 г.
Охарактеризованы техногенные дигрессии северотаежных ельников зеленомошных и сосняков лишайниковых, вызванные воздушным промышленным загрязнением медно-никелевого производства. Описано изменение видового состава растений на основных стадиях дигрессии. Обсуждаются основные причины нарушения хода природного восстановительного процесса в этих условиях. Показано, что оптимизация питательного режима ускоряет протекающую восстановительную сукцессию в березовых редколесьях и "запускает" сукцессию на территориях длительно существующих пустошей.
Дигрессионная сукцессия, демутационная сукцессия, воздушное промышленное загрязнение.
Воздушное промышленное загрязнение -крупномасштабный фактор, определяющий современное состояние лесов. Приоритетным воздушным кислотообразующим поллютаном в России является сернистый газ. На территории Мурманской обл. функционируют медно-никелевые комбинаты "Печенганикель" и "Североникель" -самые мощные источники выбросов в атмосферу загрязняющих веществ в Северной Европе. Выбросы комбинатов оказывают на лесные экосистемы прямое (фумигация, выщелачивание элементов питания из ассимилирующих органов и др.) и опосредованное (изменение кислотности и питательного режима почв, снижение устойчивости к грибным болезням, экстремальным климатическим условиям и т.д.) воздействие. Критический для функционирования лесных экосистем уровень выпадения серы колеблется от 3 до 20 кг га-1 в год [8]. В соответствии с рекомендациями рабочей группы Совета министров северных стран величина критической нагрузки соединений серы для северных регионов (Финляндия, Норвегия, Мурманская обл.) составляет 3 кг га-1 в год. На большей части территории Мурманской обл. (90 тыс. км2) этот уровень превышен. На площади около 39 тыс. км2 (40% лесной территории области) обнаруживаются визуальные признаки повреждения лесов [32].
*
Работа выполнена при финансовой поддержке Программы фундаментальных исследований Президиума РАН "Научные основы сохранения биологического разнообразия России", ШТЛ8, ^О (ШТЛ8 ИББ < 012213; и ^О < 047.014.002).
Для классификации нарушенных экосистем большинство авторов, изучающих различные аспекты влияния аэротехногенного загрязнения на леса Мурманской обл., проводило зонирование территории, как правило, связывая зоны с расстоянием до источника загрязнения: выделяли от трех до семи зон деградации лесов [2-4, 6, 9, 22, 25]. Подход к типизации техногенно нарушенных экосистем методом зонирования предлагался в руководящих документах ЮНЕП [29], в которых выделено три основные зоны: фоновая, буферная и импактная. Данное деление использовалось системой Госкомгидромета СССР [7, 20]. В зарубежных работах для исследования влияния воздушного загрязнения на леса часто используется градиентный подход (gradient studies), основанный на выборе объектов исследований по градиентам концентраций загрязняющих веществ в различных компонентах окружающей среды (в атмосфере, почве, водах ) [34, 35].
Однако при детальном анализе зон, выделяемых на лесных территориях, и объектов, расположенных по градиентам загрязнения атмосферы, обнаруживается, что в одной и той же зоне и при сходных характеристиках загрязнения атмосферы формируются леса разного жизненного состояния.
Очевидно, что в лесах, подверженных загрязнению, происходит аллогенная сукцессия, относящаяся к категории ретрогрессий [17]. На лесных территориях наблюдается мозаика стадий дигрес-сионных и демутационных сукцессий, обусловленная исходной вариабельностью внешних пара-
метров (геоморфологическое положение, состав почвообразующих пород) и одновременным действием различных антропогенных факторов (не только загрязнения, но и рубок, пожаров).
Сукцессионный подход к идентификации лесных экосистем, подверженных загрязнению, позволяет учитывать не только аллогенные факторы, но и аутогенные процессы, а также временную динамику экосистем. Продуктивность такого подхода продемонстрирована нами в цикле работ, посвященных изменениям свойств почв и питательного режима растений на разных стадиях дигрессии, в которых показан нелинейный по отношению к количеству загрязняющих веществ (и к расстоянию до источника загрязнения) характер изменений многих параметров, обусловленный наложением аллогенных и аутогенных процессов [13-15].
На основе параметров продуктивности, биогеохимических циклов элементов и структуры фи-тоценозов нами были идентифицированы и описаны основные стадии техногенных дигрессий в хвойных лесах Кольского п-ва: для ельников -ельники зеленомошно-кустарничковые и злако-во-кустарничковые, елово-березовые воронич-ные редколесья, для сосняков - сосняки кустар-ничковые и злаково-кустарничковые, сосновые кустарничковые редколесья, заключительная стадия техногенно-пирогенной дигрессии - техногенные пустоши [11, 12].
Т.В. Черненьковой [26] для северной тайги идентифицированы следующие основные стадии дигрессии: для ельников - Р1сввШт empetrosum, Р1свеТо-БеШ1еШт empetrosum, для сосняков - Рте-1ит myrtillosum, Pineto-Бetiletum empetrosum.
В многочисленных работах, посвященных изменению видового состава фитоценозов, показано, что воздушное промышленное загрязнение приводит к смене видов-доминантов, выпадению из состава сообществ чувствительных видов [2-4, 6, 12]. Возможности демутационных сукцессий в условиях продолжающегося загрязнения воздуха в северотаежных лесах практически не изучены.
Данная работа посвящена обсуждению причин изменения видового состава растений еловых и сосновых лесов Мурманской обл. на основных стадиях дигрессионных сукцессий в условиях воздушного промышленного загрязнения медно-никелевого производства и выявлению возможностей демутационных (восстановительных) сукцессий.
ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ
Объекты исследований представляют собой сосняки лишайниковые и ельники зеленомош-ные, формирующиеся в автономных условиях ландшафта, что обусловливает их высокую чувствительность к загрязнению (сухие почвы, не-
значительный обменный фонд элементов питания и т.д.). Предварительно проведенные исследования на территории Лапландского заповедника позволили выбрать объекты, которые можно отнести к фоновым. Концентрации Ni, Cu и S в лишайнике Cladina stellaris в среднем на объектах составляли 11.9 и 293 мг кг-1 соответственно. Эти леса также отличаются значительной давностью последнего пожара (более 200 лет в сосняках и более 300 лет в ельниках). Данные объекты выбраны для сравнения с ельниками и сосняками, формирующимися на территории заповедника в условиях антропогенного воздействия (стадии лу-говиково-кустарничковые). Для сравнительной оценки также использовались описания растительного покрова в еловых и сосновых лесах Мончетундры, проведенные Л.И. Бобровой и М.Х. Качуриным на территории в окрестностях комбината в 1936 г., т.е. еще до начала его деятельности [1], где в настоящее время идентифицируются техногенно-обусловленные редколесья и пустоши.
Еловые и сосновые леса, подверженные воздействию выбросов комбината располагались на расстояниях 25 и 30 (стадии луговиково-кустар-ничковые) и 7 и 10 км (стадии редколесий) от источников загрязнения в юго-юго-западном направлении (направление преобладающих ветров), а также в непосредственной близости от комбината (пустоши). Данные по содержанию приоритетных поллютантов в атмосферных выпадениях на объектах исследований представлены в табл. 1. Описание видового состава проводили на 30 учетных площадках (15 в сосновых и 15 в еловых лесах), площадью 15 х 15 м каждая.
При определении видов мохообразных и лишайников большую помощь оказали сотрудники Полярно-альпийского ботанического сада-института Кольского НЦ РАН О.А. Белкина, Т.А. Дудорева, H.A. Константинова, О.В. Петрова, которым авторы выражают глубокую признательность.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Еловые леса
Фоновые условия. Ельники кустарничково-зе-леномошные являются господствующим типом еловых лесов Мурманской обл. Фитоценозы ельников чернично-зеленомошных Лапландского заповедника, практически не подверженные действию техногенного фактора, слагаются небольшим числом видов, на выбранных объектах идентифицировано 54 вида (без учета представителей внеярусной растительности): 3 древесных, 1 кустарников, 4 кустарничков и 16 злаков и трав, 15 мохообразных и 15 лишайников (табл. 2, 3). Породный состав древостоя 9Е1Б, возраст ели более 200 лет. На исследуемой территории обна-
руживается большое количество валежа различных стадий разложения, а также наличие ветро-вально-почвенного комплекса и разновозрастных "окон возобновления" в пологе леса. Подлесок выражен слабо. Встречаются кусты можжевельника, подрост ели и березы, молодые деревца рябины.
Травяно-кустарничковый ярус имеет невысокое покрытие (60%). Среди кустарничков, представленных обычными бореальными видами, доминирует черника. Повсеместно встречаются брусника, линнея. Из трав на всех площадках произрастает Avenella flexuosa, довольно высока встречаемость Gymnocarpium dryopteris, обычна орхидея Listera cordata, которую, наряду с Goody-era repens, считают видом, встречающимся только в старовозрастных лесах [28]. Редки в анализируемом массиве Geranium sylvaticum, Hieracium vulgatum, Luzula piloza, Pyrola minor, Chamaenerion angustifolium и др. Таким образом, в составе фитоценоза отмечены как ранне-, так и позднесукцес-сионные виды трав.
Мохообразные формируют мощный покров, проективное покрытие которого достигает 80%. Доминируют Pleurozium schreberi и Hylocomium splendens. Представлены также типичные лесные мхи рода Dicranum и присутствуют представители начальных стадий демутации Politrichum juniperi-num и виды рода P
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.