научная статья по теме ДИНАМИЧЕСКИЕ ТРЕНДЫ ПОПУЛЯЦИЙ VACCINIUM MYRTILLUS L. В ЗОНЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ МЕДНО-НИКЕЛЕВОГО КОМБИНАТА: РЕЗУЛЬТАТЫ 20-ЛЕТНЕГО МОНИТОРИНГА Охрана окружающей среды. Экология человека

Текст научной статьи на тему «ДИНАМИЧЕСКИЕ ТРЕНДЫ ПОПУЛЯЦИЙ VACCINIUM MYRTILLUS L. В ЗОНЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ МЕДНО-НИКЕЛЕВОГО КОМБИНАТА: РЕЗУЛЬТАТЫ 20-ЛЕТНЕГО МОНИТОРИНГА»

ЭКОЛОГИЯ, 2012, № 4, с. 261-269

УДК 574.32+574.34:504.054

ДИНАМИЧЕСКИЕ ТРЕНДЫ ПОПУЛЯЦИЙ Vaccinium myrtillus L. В ЗОНЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ МЕДНО-НИКЕЛЕВОГО КОМБИНАТА: РЕЗУЛЬТАТЫ 20-ЛЕТНЕГО МОНИТОРИНГА

© 2012 г. И. В. Лянгузова, Е. А. Мазная

Ботанический институт им. В.Л. Комарова РАН 197376Санкт-Петербург, ул. проф. Попова, 2 E-mail: irina@lya.spb.ru Поступила в редакцию 16.05.2011 г.

Изучение популяций черники (Vaccinium myrtillus L.) проводилось в 1989, 1999 и 2009 гг. в лишайни-ково-зеленомошных сосновых лесах Кольского полуострова в зоне воздействия медно-никелевого комбината "Североникель" (г. Мончегорск). Установлено, что, несмотря на 5-8-кратное снижение объемов атмосферных выбросов, связанное с сокращением объемов производства, на территории импактной зоны продолжаются дигрессионные процессы в ценопопуляциях черники, а в пределах буферной зоны отмечены положительные сдвиги в их структурной организации.

Ключевые слова: динамика популяций, Vaccinium myrtillus, возрастная структура, морфометрические показатели кустов, виталитетная структура, северная тайга, аэротехногенное загрязнение, тяжелые металлы.

Аэротехногенное загрязнение окружающей среды приводит к значительным нарушениям в структурной организации отдельных популяций растений и биогеоценозов в целом, вплоть до полной их деградации (Лесные..., 1990; Влияние..., 1990; Лукина, Никонов, 1996, 1998; Безель и др., 1998, 2001; Экология., 2003; Проблемы., 2005). В последние 10—20 лет ужесточение экологического законодательства в экономически развитых странах вызвало снижение объемов атмосферных выбросов, в том числе и в России (Государственный., 2006). Логично предположить, что в ответ на снижение аэротехногенной нагрузки должен начаться процесс восстановления разрушенных лесных экосистем и их компонентов. В литературе имеются лишь отрывочные сведения об ответной реакции отдельных компонентов наземных экосистем на снижение аэротехногенной нагрузки (Черненькова и др., 2001, 2009; Динамика., 2009; Зверев, 2009).

Черника обыкновенная Уаеешыт тугИНш Ь. относится к группе ползучих и вегетативно подвижных кустарничков, широко распространена в бореальных лесах, где является одним из доминантных видов травяно-кустарничкового яруса. Присущая ей толерантность к аэротехногенному загрязнению, которая определяется адаптационными механизмами, действующими как на орга-низменном, так и на популяционном уровне, позволяет выживать виду даже при очень высоком уровне загрязнения окружающей среды (Мазная,

2003, 2005; Мазная, Ефимова, 2008, 2009; Лянгу-зова, 2010).

Настоящая работа посвящена сравнительному анализу динамического тренда состояния и структурной организации ценопопуляций (ЦП) черники при разном режиме аэротехногенной нагрузки.

Комбинат по производству цветных металлов "Североникель" (67°55' с.ш., 32°48' в.д.), расположенный в г. Мончегорске Мурманской области, вступил в строй в 1939 г. и использовал местные малосернистые руды (Позняков, 1999). После истощения запасов местной руды в конце 1960-х годов комбинат перешел на использование высокосернистых руд (до 30%) Норильского месторождения, что привело к резкому увеличению объемов атмосферных выбросов диоксида серы и сопутствующих твердых веществ (рис.1). В составе мелкодисперсной полиметаллической пыли преобладают сульфиды и оксиды никеля, меди, железа. По данным "Ежегодника Кольской ГМК" (2007), в настоящее время в связи с сокращением объемов производства ежегодный объем выбросов диоксида серы и твердых веществ на комбинате "Североникель" сократился соответственно в 8 и 5 раз по сравнению с их максимальными величинами, отмечаемыми в период 1973— 1992 гг. (см. рис. 1).

Объем выбросов, тыс. т

250 200 150 100 50

................................

0

1968 1973 1978 1983 1988 1993 1998 2003 2008 (б)

20

15 -J

10 5

0

1981 1986 1991 1996 2001 2006 Годы

Рис. 1. Динамика атмосферных выбросов диоксида серы (а), а также твердых веществ (1), никеля (2) и меди (3) (б) (по данным "Ежегодника...", 2007).

МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ

Исследования проводили в 1989, 1999 и 2009 гг. на шести постоянных пробных площадях размером 0.1—0.15 га в лишайниково-зеленомошных сосновых лесах, удаленных на 70 км (фоновый район), 30—35 км (буферная зона) и 8—15 км (им-пактная зона) от комбината "Североникель" в направлении господствующих ветров (ЮЮЗ) (Методы., 2002). Древесный ярус исследуемых лесов образован сосной обыкновенной (Pinus sylvestris) с небольшим участием березы пушистой (Betula pubescens), иногда с единичной примесью ели сибирской (Picea obovata). Древесный ярус отличается разреженностью, низкой сомкнутостью крон, низкими значениями средней высоты (8— 12 м), диаметра (3—9 см) и суммы площадей сечений (3—24 м2/га). В сложении травяно-кустар-ничкового яруса участвуют V. myrtillus, V. vitis-idaea, Empetrum hermaphroditum, мохово-лишай-никового — виды родов Cladonia, Cladina и Pleuro-zium schreberi.

На каждой пробной площади было заложено по 30 учетных площадок размером 0.5 х 0.5 м, которые располагались на временных трансектах, равномерно покрывающих пробную площадь. На всех учетных площадках срезали все парциальные кусты, у которых определяли календарный и биологический возраст, а также морфометрические признаки: высота куста, длина, ширина и высота (протяженность) кроны, длина побега текущего

года, длина и ширина 3-го сверху листа. Площадь листа определяли по формуле (Баккал и др., 1990)

^ = аЬЖ,

где Ь, Ж - длина и ширина листа, мм; а - расчетный коэффициент, равный 0.72.

Всего за три года наблюдений было проанализировано 8837 кустов.

Календарный возраст парциальных кустов определяли по числу годичных приростов главной оси (Жуйкова, 1959). Описание и выделение онтогенетических состояний кустов проводили по их количественным и качественным признакам (Шутов, 1983, 2000; Методы., 2002).

Для оценки динамических процессов, происходящих в ЦП черники за годы наблюдений, были рассчитаны следующие индексы.

Индекс возрастности ЦП (Уранов, 1975; Животовский, 2001):

Ък,т ,

А =

M

где М - общее число проанализированных кустов; Ш1 - число особей конкретной возрастной группы; к1 - коэффициент возрастности конкретной возрастной группы: к - 0.018, ктт - 0.0474, к„- 0.1192, к6 - 0.2689, к6 - 0.5, ке - 0.7311,

^ ' 61 ' 62 ' 63 '

к, - 0.8808, к, - 0.9526.

И н д е к с э ф ф е к т и в н о с т и (Животовс-кий, 2001):

ю = Ъпр/Еп,

где пI - абсолютное число кустов 1-го возрастного состояния; в1 - относительная энергетическая эффективность: п - 0.0707, п ¡т - 0.1807, nv -0.4200, п - 0.7864, п - 1, п - 0.7864, п, -0.4200, п, - 0.1807.

И н д е к с с т а р е н и я (Глотов, 1998): 1с = (т,, + т,)/М,

где т. ит, - число субсенильных и сенильных кустов; М - общее число проанализированных кустов.

И н д е к с в о с с т а н о в л е н и я (Жукова, 1987; Глотов, 1998):

1в = т + т т + т. + т^ )/(т + т ш + т. + + т.. + т„ + т„ + т„ ),

где m, m

m.

m.

mg , mg

m — число кустов

. 1 . 2 6 1 6 2 6 3

прегенеративного и генеративного периодов.

Для выявления межпопуляционных различий вычисляли коэффициенты дивергенции (КД) (Шмидт, 1985) по формуле

КД = Vs82/( N - 1),

ДИНАМИЧЕСКИЕ ТРЕНДЫ ПОПУЛЯЦИЙ Vaccinium myrtillus L.

263

где N — число исследуемых морфометрических признаков; 5 — нормированное отклонение признаков, вычисляемое по формуле 5 = (Mi — MSst)/5st, где Mi — среднее значение i-го признака в изучаемой популяции, Mst — среднее значение признака в популяции, принятое за стандарт. При сравнении популяций в качестве стандарта использовали фоновые популяции.

Оценку жизненности ЦП черники проводили на основе интегрального показателя — индекса виталитета (Iq), который представляет собой среднее значение индексов качества (Q), рассчитанных по основным морфометрическим показателям парциальных кустов черники взрослого виргинильного состояния (Злобин, 1989; Динамика., 2009).

Для оценки уровня загрязнения определяли содержание кислоторастворимых форм (1.0 н. HCl) Ni и Cu в перегнойно-аккумулятивном (О) горизонте Al-Fe-подзолистых почв методом атом-но-абсорбционной спектрофотометрии (Методы., 2002). Индекс техногенной нагрузки рассчитан как суммарное превышение концентраций кислоторастворимых форм Ni и Cu в органогенном горизонте почв в зоне загрязнения по отношению к их содержанию в том же горизонте почв фонового района.

Для оценки достоверности различий средних значений исследуемых показателей в годы наблюдений использовали критерии Стьюдента (t) и Фишера (F). В связи с тем, что онтогенетические спектры и спектры возрастного состава отличаются от нормального закона, для оценки достоверности различий спектров использовали непараметрический критерий Краскелла-Уоллиса (H). Для характеристики распределений рассчитывали среднее значение (x), стандартное отклонение (S), эксцесс (K) и коэффициент асимметрии (As).

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Возрастная структура. Для ЦП черники в северотаежных лесах характерен бимодальный онтогенетический спектр с максимумами на виргиниль-ных и субсенильных парциальных кустах (Мазная, 2001а, 2009). За годы наблюдений (1989, 1999, 2009 гг.) как в фоновом районе, так и в условиях аэротехногенного загрязнения онтогенетические спектры сохранили бимодальность и полночлен-ность (рис. 2). Согласно классификации ТА. Ра-ботнова (1950), все изученные ЦП относились к нормальному типу. Однако соотношение возрастных групп в онтогенетических спектрах и направленность динамических процессов в естественных местообитаниях и под воздействием аэротехногенной нагрузки существенно различались.

В фоновом районе онтогенетические спектры достоверно различались за три года наблюдений

Доля участия, %

(а)

40

30 20 10 0

30 20 10 0

30 20 10

0

Р7>—Ш I

уЩ | Л1

1989 г. 1999 г. 2009 г.

im V1 V2 g1

(б)

g2 g3

I-KS1 I.

V- =1

У =

"'/. =

У =

У,

=

У,

=

_(в)

V1

g1 g2

g3

-I

I И-И I v^

im V1

V

2

g1 g2

g3

ss

Онтогенетическое состояние

Рис. 2. Динамика онтогенетической структуры цено-популяций черники в фоновом районе (а), буферной

(б) и импактной (в) зонах.

(Н = 146.8, р = 0.0001). Эти различия обусловлены постепенным сн

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