научная статья по теме ТЕХНОГЕННЫЕ СУКЦЕССИИ В ЛЕСАХ КОЛЬСКОГО ПОЛУОСТРОВА Охрана окружающей среды. Экология человека

Текст научной статьи на тему «ТЕХНОГЕННЫЕ СУКЦЕССИИ В ЛЕСАХ КОЛЬСКОГО ПОЛУОСТРОВА»

ЭКОЛОГИЯ, 2008, № 5, с. 329-337

УДК 630*184.4+551.510.42(470.21)

ТЕХНОГЕННЫЕ СУКЦЕССИИ В ЛЕСАХ КОЛЬСКОГО ПОЛУОСТРОВА

© 2008 г. Н. В. Лукина, Т. В. Черненькова

Центр по проблемам экологии и продуктивности лесов РАН 117997 Москва, ул. Профсоюзная, 84/32 E-mail: lukina@cepl.rssi.ru; chern@cepl.rssi.ru Поступила в редакцию 23.11.2007 г.

Обсуждаются закономерности изменения сукцессионного статуса северотаёжных лесов, подверженных воздействию аэротехногенного загрязнения на Кольском полуострове. На основе динамики видового состава фитоценозов, химического состава атмосферных выпадений, почв и доминирующих растений характеризуются основные стадии дигрессии еловых и сосновых лесов.

Ключевые слова: Кольский полуостров, техногенные сукцессии, промышленное загрязнение, тяжелые металлы, деградация лесов.

В настоящее время техногенное воздействие рассматривается как мощный фактор преобразования природной среды не только на локальном, но и региональном уровне. Атмосферные выбросы промышленных комбинатов оказывают на растительные сообщества прямое (фумигация, выщелачивание элементов питания из ассимилирующих органов растений и др.) и косвенное (изменение кислотности и питательного режима почв, снижение устойчивости к грибным болезням и насекомым-вредителям, экстремальным климатическим условиям и пожарам) воздействие. Это приводит к нарушению структурно-функциональной организации лесных экосистем и изменению их сукцессионного статуса.

В Мурманской области функционируют мед-но-никелевые комбинаты "Печенганикель" и "Североникель" - самые мощные источники выбросов в атмосферу загрязняющих веществ в Северной Европе. Площадь зоны дигрессии с глубокими нарушениями состава и структуры лесных экосистем составляет 500 км2 в окрестностях комбината "Печенганикель" и 1200 км2 - в окрестностях комбината "Североникель". На площади около 39000 км2 (около 40% лесной территории области) обнаруживаются визуальные признаки повреждения лесов (Ш§та, 1998). На большей части территории Мурманской области (90000 км2) критический уровень выпадения серы превышен.

В многочисленных работах, посвященных изменению видового состава северотаежных фитоценозов, показано (Болтнева и др., 1982; Влияние промышленного..., 1990; Второва, 1986; Дончева, 1978; Лукина, Никонов, 1993; Черненькова, 1995; 2002), что воздушное промышленное загрязнение приводит к смене видового состава с выпадением

из состава сообществ более чувствительных видов. В данной работе на основе видового состава фитоценозов и химического состава атмосферных выпадений, почв и доминирующих древесных растений охарактеризованы основные стадии ди-грессионных сукцессий в северотаёжных лесах, подверженных воздушному промышленному загрязнению выбросами медно-никелевых комбинатов.

ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ

Исследовались группы ассоциаций ельников кустарничково-зеленомошных и сосняков кустар-ничковых лишайниково-зеленомошных, расположенных в верхних частях склонов, что обусловливает их высокую чувствительность к загрязнению (сухие почвы, незначительный обменный фонд элементов питания и т.д.). Многие авторы (Самбук, 1932; Корчагин, Нейштадт, 1966; и др.) полагают, что длительное существование сосновых лесов связано с действием пожаров, а при их отсутствии и наличии источников семян присходит смена сосны елью.

Пробные площадки в хвойных лесах, подверженные воздействию выбросов комбината, представляли основные стадии дигрессии и располагались на разном расстоянии от металлургического комбината "Североникель" в направлении преобладающих ветров (ЮЮЗ): дефолиирующие леса -100-20 км; техногенные редколесья - 10-20 км; техногенная пустошь - до 5 км (Лукина и др., 2005). В качестве фона на основании предварительно проведенных исследований химического состава индикаторных видов были выбраны объекты, располагающиеся вне зоны непосредствен-

Таблица 1. Концентрации элементов в летних атмосферных выпадениях (Никонов, Лукина, 2000), мг/л

Стадия сукцессии рН Н+ N1 Си 804

Еловые леса

Фон 3.99 * 0. 1 7 0.08 0. 1 2 23. 9 0

5.10 0. 0 1 0. 0 0-4 0. 0 1 2 .09

Дефолииру- 3.5 1 0. 4 1 0. 4 8 0. 7 2 42.95

ющие леса 4.20 0. 1 0 0.06 0. 1 8 7 .80

Редколесья 3.73 0. 2 5 1. 7 1 2. 3 3 28.98

3. 9 7 0. 1 3 0. 5 6 0. 6 1 14. 5 3

Сосновые леса

Фон 4. 9 7 0. 0 2-2 0. 0 0-4 0. 0 0 7 2. 6 8

5. 5 9 0. 0 0-4 0. 0 0 3 0. 0 0 3 1. 1 1

Дефолииру- 4. 1 2 0. 0 9 8 0. 0 5 0 0. 0 7 4 5. 3 3

ющие леса 4. 4 9 0. 0 3 5 0. 0 0 6 0. 0 1 0 2. 5 5

Редколесья 4. 0 0 0. 1 3 8 0. 3 7 6 0. 5 0 9 11. 1 8

4. 1 6 0. 0 7 9 0. 1 4 5 0. 2 0 3 6 .25

* Над чертой - выпадения под кронами, под чертой - выпадения в межкроновых пространствах.

Таблица 2. Содержание доступных соединений элементов в органогенных горизонтах почв еловых лесов (Лукина, Никонов, 1998), мг/кг

Стадия сукцессии Са Mg N1 Си

Елово-кустарничковая парцелла

Фон 2815 462 4.0 4.4

Дефолиирующие леса 1639 181 141 331

Редколесье 883 131 587 1205

Кустарничково-зеленомошная —»- злаково-кустар-

ничковая парцелла

Фон 2267 593 2.3 3.3

Дефолиирующие леса 2054 290 145 109

Редколесье 2546 296 640 404

Злаковая парцелла

Дефолиирующие леса 1876 211 242 255

Редколесье 1995 336 633 200

Пустошь

Редколесье 14141 159 586 655

ного техногенного воздействия на территории Лапландского заповедника (Ганичева и др., 2004). Отличительная особенность этих лесов - значительная давность последнего пожара (более 200 лет в сосняках и более 300 лет в ельниках). Данные участки были выбраны для сравнения с фоновыми ельниками и сосняками, подверженными периодическим пожарам и характеризующими со-

временный облик лесных территорий, а также для сравнения с лесными участками, формирующимися в условиях техногенного воздействия. Для сравнительной оценки также использовались описания растительного покрова в еловых и сосновых лесах Мончетундры, проведенные Л.И. Бобровой и М.Х. Качуриным (1936) в окрестностях комбината до начала его деятельности. Для оценки состояния хвойных лесов в период снижения выбросов комбината (90-е годы) привлекались данные зоологических, альгологических и дистанционных исследований (Черненькова и др., 1995; Тутубалина, Шипигина, 2004; КаЫгоу, 1993).

Состав атмосферных выпадений, почв, растений приводится на основе данных, полученных в ходе специальных многолетних исследований на мониторинговых станциях и детально описанных в более ранних работах (Лукина, Никонов, 1996, 1998; Никонов, Лукина, 2000). Структуру и состав растительных сообществ оценивали на учетных площадках размером 15 х 15 м и 25 х 25 м (по 5-8 учетных площадок на каждой стадии сукцессии).

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Фон. В настоящее время господствующим типом еловых лесов Мурманской области являются ельники кустарничково-зеленомошные (Ез), представленные группами ассоциаций, различающимися сочетанием доминирующих видов кустарничков. Данные по содержанию приоритетных поллютантов в атмосферных выпадениях, почвах, хвое ели и сосны на фоновых территориях приведены в табл. 1-5.

По составу и структуре ельники на выбранных нами фоновых территориях и ельники, функционировавшие до начала деятельности комбината "Североникель" в районе Мончетундры (Боброва, Качурин, 1936), сопоставимы (табл. 6). Среди кустарничков господствовали черника и вороника, примерно в равных долях присутствовали брусника и голубика, иногда встречался багульник. Мо-хово-лишайниковый ярус хорошо развит: зарегистрировано 16 видов мохообразных и 17 видов лишайников. Доминировал Р1еито1шт зсНтеЪеп, содоминантами обычно выступали Иу1осотшт splendens и мхи рода Октапит.

На исследуемой территории обнаруживается большое количество валежа на различных стадиях разложения, а также наличие ветровально-почвенного комплекса и разновозрастных "окон возобновления" в пологе леса из березы и ели (Ганичева и др., 2004). Запасы подстилки, сформированной в основном остатками зеленых мхов и опадом хвои под кроной деревьев, достигают 40 т га-1 (Лукина, Никонов, 1993). Важное значение подстилки в северотаежных экосистемах обусловлено ее термо- и гидрорегулирующей ролью, а также тем, что она является единственным ак-

кумулятивным горизонтом почв (подзолов), где сосредоточена основная масса тонких сосущих корней и обитающих в почве организмов. Число групп почвенных беспозвоночных на данной стадии в среднем составляет 12 при общей численности 560 экз м-2, а видов почвенных водорослей -13 (КаЫгоу, 1993; Черненькова и др., 1995).

Таблица 3. Содержание доступных соединений элементов в органогенных горизонтах почв сосновых лесов (Лукина, Никонов, 1998), мг/кг

Наряду с ельниками в районе исследований до начала деятельности комбината были широко представлены сосняки кустарничковые лишай-никово-зеленомошные (Сл) (Боброва, Качурин, 1936; Некрасова, 1935). В период исследований на учетных площадках в сосняках данного типа было зафиксировано без учета эпифитных лишайников 50 видов (см. табл. 6). Большее число видов растений по сравнению с доиндустриальным периодом можно объяснить последствиями пожаров, активизировавшего участие лишайников в сложении напочвенного покрова.

Дефолиирующие леса. Состав атмосферных выпадений на этой стадии дигрессии свидетельствуют о высокой техногенной нагрузке. Объем выпадений серы превышает критический более чем в 2 раза, кислотность почв достигает максимальных значений, а концентрация элементов питания (кальция и магния) снижается в 2 раза по сравнению с фоном. Это связано с вытеснением оснований из почвенного поглощающего комплекса протонами, катионами тяжелых металлов и выносом их из корнеобитаемого пространства (Лукина, Никонов, 1996). Уровень аккумуляции меди и никеля в органогенном горизонте более чем на порядок превышает концентрацию в фоновых условиях.

Коэффициент дефолиации, выражаемый как отношение массы хвои текущего года к общей массе, возрастает в 2 раза по сравнению с фоном (Лукина, Никонов, 1993). Если в фоновых условиях максимальный возраст хвои достигает 11-13 лет, то в данных условиях он не превышает 7 лет. Содержание тяжелых металлов в хвое сосны и ели повышено, при этом концентрации кальция и магния в хв

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