научная статья по теме ВЛИЯНИЕ АНТРОПОГЕННОЙ ЭМИССИИ АЗОТА НА ФУНКЦИОНИРОВАНИЕ ЛЕСОВ ЕВРОПЕЙСКОЙ ЧАСТИ РОССИИ География

Текст научной статьи на тему «ВЛИЯНИЕ АНТРОПОГЕННОЙ ЭМИССИИ АЗОТА НА ФУНКЦИОНИРОВАНИЕ ЛЕСОВ ЕВРОПЕЙСКОЙ ЧАСТИ РОССИИ»

ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИЕ И ГЕОЭКОЛОГИЯ

УДК 550.47

ВЛИЯНИЕ АНТРОПОГЕННОЙ ЭМИССИИ АЗОТА НА ФУНКЦИОНИРОВАНИЕ ЛЕСОВ ЕВРОПЕЙСКОЙ ЧАСТИ

РОССИИ1

© 2015 г. И.Ю. Аверкиева, К.В. Иващенко

Институт физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН, Пущино, Россия;

ауетк1еуа@татЫег. ги

Поступила в редакцию 14.11.2014 г.

Показано, что даже относительно небольшое дополнительное поступление азота в биологический круговорот может приводить к различного рода экологическим нарушениям. На примере оценки состояния лесов Европейской части России, представлены прогнозы изменений, которые будут происходить в лесных экосистемах при сохранении современного уровня антропогенной эмиссии азота. Выявлено, что наиболее устойчивыми к влиянию выпадений азота являются широколиственные и хвойно-широколиственные леса с преобладанием в напочвенном покрове лугово-опу-шечных видов, а наиболее уязвимыми - сосняки с доминированием олиготрофных и мезотрофных видов надземной растительности.

Ключевые слова: эмиссия азота, леса европейской части России, биологический круговорот, надпочвенный покров, загрязнение среды, нитраты.

Введение. Хозяйственная деятельность человека, преобразуя абиотические факторы среды обитания живых организмов, изменяет условия функционирования природных экосистем и определяет новые тренды в их развитии. Одним из серьезных антропогенных преобразований биосферы является загрязнение атмосферы, к числу приоритетных поллютантов которой относят соединения азота: оксид азота [N0^ нитраты [N0^], аммиак [КИ3], аммоний [КИ4] [29]. "Техногенный" азот поступает в экосистемы в виде био- и педохимически активных соединений, вызывая интенсификацию ее внутренних и внешних миграционных потоков. Это в свою очередь приводит к различным экологическим нарушениям [23, 28]. Характер проявления таких нарушений зависит от множества факторов: уровня выпадений азота, характера растительности и почв, климатических условий, а также от степени загрязнения среды азотом. В зависимости от уровня "насыщения" азотом ее можно оценить по различным экологическим эффектам, которые проявляются как в виде изменений геохимических параметров атмосферного воздуха и почвы, так и на уровне

1 Работа выполнена при финасовой поддержке РФФИ (проект № 14-04-00098).

флористического состава растительных сообществ [1] .

Известно, что в Европейской части России за последние 50 лет выпадение азота (особенно в виде нитратов) увеличилось от 0 до 10 кг N га-1 в год-1, а для отдельных регионов страны (например, Московской области) уровень выпадений может достигать 15 кг N га-1 в год-1 и выше, что сопоставимо с уровнем его биологической фиксацией [15]. Большинство отечественных исследований азота направлено на изучение агроэкосистем [6, 11] и влияние азотных удобрений на ее компоненты [2, 16], в то время как вопрос поведения азота в естественных экосистемах, в том числе лесных мало освещен. В основном азот в природных экосистемах рассматривается как питательный элемент [19], а его влияние как полюттанта либо не учитывается, либо изучается в сопряжении с влиянием загрязнения тяжелыми металлами [5, 9]. Для лесов России практически не изучены процессы, которые происходят при дополнительном поступлении азота за счет антропогенной эмиссии, а так же какие экологические эффекты это загрязнение несет для различных геохимических параметров. В этой связи целью данного исследования является прогноз изменений, происходящих в лесах Европейской части России при увеличения антропогенной эмиссии азота.

Таблица. Индикаторные критерии, характеризующие стадии "азотного загрязнения" [1, 14, 21, 24, 29]

Индикаторный критерий Компонент экосистемы Балл Стадия (сумма баллов)

N-N0., > N-^4 атмосферные выпадения 1 Иммобилизация

почва (0-2)

> 0.4 мг/л присутствие видов- атмосферные выпадения 2 Насыщение

нитрофилов растительность(напочвен- (3-8)

доля нитрофильной ЭЦГ - 10-20% ный покров)

> 2 мг/л доля нитрофильной атмосферные выпадения 3 Избыток

ЭЦГ - 30-50%, отсутствуют олиго- растительность(напочвен- (> 8)

трофные виды ный покров)

Материалы и методы. Регион исследования. Изучены леса Московской и Костромской областей. Климат регионов умеренно-континентальный. Средняя годовая температура - +5.5 и +3.0 °С, а количество осадков - 670 и 570 мм в год для Московской и Костромской областей, соответственно. Регионы по лесорастительным условиям представлены южной тайгой и подзоной хвойно-широколиственных лесов. В Московской области леса занимают около 40% территории, а в Костромской - 74%. Изученные модельные участки были представлены мелколиственными, хвойными и смешанными лесами (возраст 40-60 лет). В Московской области в древесном ярусе доминировали Picea abies, Betulapubescens, Abies sibirica, а в Костромской области - Picea obovata, Abies sibirica, Betula pubescens. Почва исследованных участков дерново-подзолистая от легкого до тяжелого гранулометрического состава, со значением pH от 4.3 до 5.8. По литературным данным уровни поступления азота для Московской и Костромской областей составляют 6-10 и 2-4 кг N га-1 год-1, соответственно [12].

Методика оценки азотного статуса лесных экосистем. Выделяют три стадии "азотного загрязнения" [20], условно названные стадиями иммобилизации, насыщения и избыточной аккумуляции, которые зависят от интенсивности выпадений, продолжительности их воздействия и специфики природных факторов, определяющих ответные реакции экосистем на данное воздействие. Поскольку почва и растительность составляют единую биогеоценотическую систему, то для каждой из стадий характерны определенные показатели почвенно-экологических и растительных характеристик, используемых в качестве индикаторов (таблица).

Методы исследований. Для оценки атмосферного уровня поступления минеральных форм азота использовали метод снегосъемки. Он позволяет оценить количество растворимых и нераствори-

мых компонентов, поступающих из атмосферы на земную поверхность, включая как сухое, так и влажное осаждение [4]. К тому же, в снеговой воде концентрация химических элементов существенно выше, чем в дождевых осадках [3]. Отбор образцов снега проводили в конце февраля - начале марта (в период максимального снегонакопления и до периода интенсивного снеготаяния). Всего отобрано 150 проб на территориях с различным удалением от источников техногенной эмиссии азота (учитывали удаленность от автотрасс с интенсивным движением и возможных стационарных источников выброса поллютанта). На каждом исследуемом участке с площади 10 м2 методом "конверта" брали пластиковым пробоотборником (диаметр 50 мм) смешанную пробу из 5 снежных кернов, которая состояла из всей толщи снежного покрова. Отдельно отбирались пробы на подкро-новых и открытых участках леса, что позволило учесть трансформацию выпадений пологом леса.

Почвенные образцы отбирали на тех же ключевых участках, где проводили снегосъемку. Отбор осуществляли с глубины 0-10 см, с учетом того, что в хвойно-широколиственных лесах для этого слоя характерна наибольшая насыщенность корней травяно-кустарничковых видов и высокая активность микробиоты [18]. В результате получали смешанный образец почвы из 5 индивидуальных проб (всего отобрано около 100 образцов). Образцы доставляли в лабораторию, высушивали при комнатной температуре и просеивали через сито (диаметр ячеек 1 мм) для последующих химико-аналитических исследований.

Определение концентраций обменного аммония (К-КИ4) и нитратов (N-N03) в снежных и почвенных образцах осуществляли фотоколориметрическим методом с использованием фенолятгипохлоритной реакции в модификации В.Н. Кудеярова, подробно описанного в источниках [7, 8].

А

¿у

„ , Талдом , Дубна ■

Запшдня

Вербилки Богородское

Скоропусковский

: ДмитрОВ Сергиев Посад

^^^ Ашукино

Ногинск-9

9

Шахов Волоколамск ^^ ^^^ ^^^

!? Балашиха

> Тучково' Можайск Селятв

Черноголовка Ногинск Электрошрск Реутов ^ехово-Зуево

Верея

50

Селятино . ф ^

Наро-Фоминск \ * ' - Егорьевск

Лкипиг.ктга ^

Рошаль

— а С)

^ у Шатура

Куровское :

> 1 кг И-1год-1

0.4-1кг К-1год—1 < 0.4 кг ]Ч-1год-1

| -нитраты I I -аммоний

Львовский?

э

Чехов А Михнев® .

Оболенс] Протвино

/ ' С { Коломна*у ■

щъ о ™

п Капдгоа 1

\ Кашира Ожерелье

Белоомут

г

Серебряные Пруды

50

100

150

200 км

Солигалич

- .Чу'хлома" ' ^ СО Колоприв

Шушкодом с к / } .£ ■

Буй "1 Парфеньево

Антропово ~ .4

Галич !

Кострома ....

^ Красное-на-Волге Волгопеченск

Волгореченск

'"-"г-

\-._L -ЦЖ.

Грппгиртз^РПР

Поназырево

Рис. 1. Выпадение минерального азота в Московской (А) и Костромской (Б) областях (по данным исследований 2000-х гг.).

Б

На каждом исследуемом участке проводили геоботаническое описание (площадка 10 м2, 4 по-вторности) [26]. Определяли обилие видов растений по шкале Браун-Бланке, а соотношение функциональных групп (нитрофильной, мезофильной, олиготрофной и т.п.) проводили с использованием метода оценки эколого-ценотических групп видов (ЭЦГ) [17].

Результаты и их обсуждение. Атмосферные выпадения. Воздушное загрязнение оксидами азота распространяется на большие расстояния от источников выбросов и определяет повышение геохимического фона на обширных территориях. Согласно полученным данным, суммарное выпадение минеральных соединений азота (нитратных и аммонийных) из атмосферы для исследованных

г 'Талдом ^г

А

^__^^Вербйлкиу' \ /Б. 1 ¿^^¿Клин ДмитЪбв^£к

.^Богородское

^ЗУвыЬоковскКл^; * ^Дмитров Ск^пусковский Лотошино Солнечношрек Сергиев Посад

Г Г .- Нопшск-9

Шаховская >

V«/ '

С ^ ^ <' л • я

Волоколамск Поварово ,ч , я>

V. " Лк Ч ^^ Электрогорск

( Щ ' Заречье \гщ. ;Др?зпаРошаль

Наречье

»*ОРуза... } Малаховка

> ;Йожайск_^» Кубинка \ ' Авсюнино""

4 # Домодедово (^Егорьевск-V

Верея! ¥^лбов|я;: , - /^(1

I, ^ ^/¡Михнево > • ' .

Новое Ступино ЛУХНВИ

; Ожерелье 4 Бел00мУт

^ к ижсрсльс

•• 3арайсК

Серебряные Пруды

I ; I

> 10 мг 1Чкг-1

5-10 мг Мкг-1

^р < 5 мг Мкг-1

| - нитраты ] - аммоний

—л ' 1

Шушкодом

со

Чухлома * ^Эколо,рив \

(у'Гёоршевское

Нея I

Поназырево

Островское Кадый

Кострома ¿—ль

Красное-на-Волге ,:■ Нерехта Волгореченск

Рис.

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

Пoхожие научные работыпо теме «География»