научная статья по теме МИНЕРАЛЬНЫЙ СОСТАВ АССИМИЛИРУЮЩИХ ОРГАНОВ ХВОЙНЫХ ДЕРЕВЬЕВ ПОСЛЕ СНИЖЕНИЯ УРОВНЯ АТМОСФЕРНОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ НА КОЛЬСКОМ ПОЛУОСТРОВЕ Охрана окружающей среды. Экология человека

Текст научной статьи на тему «МИНЕРАЛЬНЫЙ СОСТАВ АССИМИЛИРУЮЩИХ ОРГАНОВ ХВОЙНЫХ ДЕРЕВЬЕВ ПОСЛЕ СНИЖЕНИЯ УРОВНЯ АТМОСФЕРНОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ НА КОЛЬСКОМ ПОЛУОСТРОВЕ»

ЭКОЛОГИЯ, 2014, № 2, с. 97-104

УДК 630*581.192:630*425

МИНЕРАЛЬНЫЙ СОСТАВ АССИМИЛИРУЮЩИХ ОРГАНОВ ХВОЙНЫХ ДЕРЕВЬЕВ ПОСЛЕ СНИЖЕНИЯ УРОВНЯ АТМОСФЕРНОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ НА КОЛЬСКОМ ПОЛУОСТРОВЕ

© 2014 г. Т. А. Сухарева*, Н. В. Лукина**

*Институт проблем промышленной экологии Севера КНЦ РАН 184209 Мурманская обл., Апатиты, Академгородок, 14а e-mail: sukhareva@inep.ksc.ru **Центр по проблемам экологии и продуктивности лесов РАН 117997Москва, ул. Профсоюзная, д. 84/32 e-mail: lukina@cepl.rssi.ru Поступила в редакцию 28.02.2013 г.

Дан анализ изменений минерального состава ассимилируюших органов хвойных деревьев северотаежных лесов после снижения выбросов самым мощным в Северной Европе источником атмосферного загрязнения — медно-никелевым комбинатом "Североникель" (г. Мончегорск). Сравнивали данные, полученные на стационарных мониторинговых площадках в 1991, 1993, 2000, 2007 гг. Выявлено снижение концентрации тяжелых металлов (Cu, Ni, Fe) и S в хвое ели и сосны в условиях различного уровня воздушного загрязнения. На фоне снижения концентрации поллютантов оптимизации минерального питания хвойных деревьев бореальных лесов не наблюдается. Сохраняется недостаточная обеспеченность растений элементами питания (P, Mg, Mn, Zn). Продолжается обеднение хвои многими необходимыми для нормального функционирования элементами (Ca, K, P, Mg, Mn, Zn), особенно в техногенных еловых редколесьях. Наиболее существенные изменения в питательном режиме обнаружены у ели сибирской.

Ключевые слова: Picea obovata Ledeb., Pinus sylvestris L., листовая диагностика, минеральный состав, воздушное загрязнение.

Б01: 10.7868/80367059714020085

Лесные биогеоценозы Кольского полуострова более 70 лет испытывают воздействие атмосферных выбросов горно-металлургических комбинатов. Мощным источником загрязнения в регионе является крупнейший в Северной Европе медно-никелевый комбинат "Североникель" (г. Мончегорск), функционирующий с 1938 г. и поставляющий в атмосферу значительные объемы диоксида серы и полиметаллической пыли. Многолетнее воздействие загрязняющих веществ на бореаль-ные леса привело к трансформации их состава, структуры, продуктивности, изменению биогеохимических циклов элементов, деградации лесов. С конца 90-х годов XX в. в результате сокращения производства и совершенствования технологий произошло снижение объемов выбросов твердых веществ в атмосферу, включая никель и медь, в 5 раз, сернистого ангидрида — в 8 раз по сравнению с их максимальными величинами, отмечаемыми в 1970-1980-х годах (Ежегодник, 2007; Динамика..., 2009).

Только в последние годы в научной литературе появились результаты сравнительного анализа состояния различных компонентов лесных экосистем в зоне влияния комбината "Североникель" после снижения выбросов. Одни исследователи отмечают положительную динамику изменения растительных сообществ: восстановление растительности (Черненькова и др., 2009), снижение концентраций тяжелых металлов в почве (Евдокимова, Мозгова, 2008) и растениях (Лянгузо-ва, 2010), улучшение жизненного состояния дре-востоев (Ярмишко, 2009). Другие, напротив, указывают на отсутствие восстановительной динамики различных компонентов природной среды (Горшков, Баккал, 2009; Зверев, 2009; Танасе-вич и др., 2009; ксяьэу, 2005).

Ель сибирская и сосна обыкновенная относятся к доминирующим лесообразователям северотаежных лесов. Благодаря выраженной адаптации к различным условиям произрастания, а также разнообразию ответных реакций на

2

97

98

СУХАРЕВА, ЛУКИНА

воздействие промышленных эмиссий хвойные деревья часто используют в биоиндикационных исследованиях (Лесные..., 1990; Михайлова и др., 2006).

Важным направлением экологического мониторинга в промышленных зонах является анализ пространственно-временной динамики параметров минерального питания растительных организмов в условиях разного уровня атмосферного загрязнения. В основном исследования, посвященные влиянию промышленных эмиссий на растения, проводятся по градиенту промышленного загрязнения. Результаты наблюдений на одних и тех же объектах в многолетнем тренде имеют большое значение для получения объективной картины происходящих изменений в условиях долговременного аэротехногенного воздействия и позволяют охарактеризовать состояние растений на современном этапе.

Цель нашей работы — провести сравнительную оценку минерального состава ассимилирующих органов доминирующих древесных растений северотаежных лесов Кольского полуострова, формирующихся в период высокого уровня воздушного промышленного загрязнения (1991, 1993 гг.) соединениями серы и тяжелых металлов и после его значительного снижения (2000 и 2007 гг.).

МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ

Выполнена сравнительная оценка минерального состава хвои доминирующих древесных растений, отобранной в 1991, 1993, 2000 и 2007 гг. в зоне влияния горно-металлургического комбината "Североникель" (г. Мончегорск). Согласно данным управления научно-технического развития и экологической безопасности ОАО "Кольская ГМК", годовые объемы выбросов 802 снижались от 195.7 тыс. т в 1991 г. до 35.9 тыс. т в 2007 г., N1 — от 2.7 до 0.5 тыс. т, Си — от 1.7 до 0.6 тыс. т соответственно. Таким образом, за 16-летний период объем атмосферных выбросов 802 и N1 сократился более чем в 5 раз, Си — почти в 3 раза (рис. 1).

Исследования проводили в ельниках кустар-ничково-зеленомошных и сосняках кустарнич-ково-лишайниковых, которые формируются в сходных природных условиях, но испытывают разные техногенные нагрузки. В соответствии с уровнем загрязнения и состоянием растительности на территориях, подверженных воздействию промышленных эмиссий, выделены следующие основные стадии дигрессии лесных экосистем: фоновые леса (Ф), дефолиирующие леса (Д) и техногенные редколесья (Р) (Лукина, Никонов, 1998). Обследованы семь постоянных пробных площадей по градиенту промышленного загряз-

нения в еловых (7, 31, 260 км от комбината) и сосновых (8, 31, 48, 270 км) лесах, соответствующих основным стадиям техногенной дигрессии. Детальное описание площадок приводится в ранее опубликованных работах (Лукина, Никонов, 1998; Лукина и др., 2005). Образцы хвои ели сибирской (Picea obovata Ledeb.) и сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L.) отбирали на каждой площадке в 5—15-кратной повторности из верхней трети кроны в конце вегетационного периода (август). Хвоя ели собрана в 1993, 2000 и 2007 гг., хвоя сосны — в 1991 и 2007 гг. В лабораторных условиях хвою разбирали по возрастным классам. Концентрацию химических элементов анализировали в хвое текущего года, однолетней и многолетней. Металлы (Ca, Mg, K, Fe, Mn, Cu, Ni, Zn) определяли методом атомно-абсорбционной спектрофотометрии, P — фотоколориметрическим методом по интенсивности окраски фос-форно-молибденового комплекса (метод Лоури-Лопеса) (Большой..., 1978), S — турбидиметриче-ским методом согласно ГОСТ 26490-85. Растительные образцы подвергали мокрому озолению концентрированной HNO3. Образцы хвои перед анализом не отмывали. Для сравнения химического состава хвои древесных растений в различные периоды отбора проводили однофакторный непараметрический анализ Kruskal-Wallis ANOVA (StatSoft, Inc., 2010).

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

При оценке воздействий металлургических предприятий на лесные биогеоценозы, в выбросах которых преобладают сернистый ангидрид и тяжелые металлы, большое значение приобретает изучение их содержания в растениях. Концентрации в хвое (листьях) загрязняющих веществ свидетельствуют о потенциале токсической нагрузки на древостои и являются широко распространенным диагностическим признаком их состояния (Лесные экосистемы..., 1990; Михайлова и др., 2006). Загрязняющие вещества попадают в растение при корневом питании, путем газообмена и обменной адсорбции с поверхности листовой пластинки (Смит, 1985). Газообразные токсиканты поглощаются растениями главным образом через устьица, растворяются в плёночной воде оболочек клеток мезофилла и через мембраны попадают внутрь клеток, при этом большинство поллютантов накапливается в хлоропластах (Ба-рахтенова, Николаевский, 1988).

В фоновых условиях в хвое сосны и ели отмечается довольно низкая концентрация Cu и Ni — средние значения не превышают 2—3 мг/кг. Эти металлы относятся к необходимым для нормального функционирования растений микроэлемен-

МИНЕРАЛЬНЫЙ СОСТАВ АССИМИЛИРУЮЩИХ ОРГАНОВ ХВОЙНЫХ ДЕРЕВЬЕВ 99

Содержание, тыс. т/год

Содержание, т/год

Рис. 1. Динамика поступления 802, N1, Си в атмосферу в период с 1990 по 2007 г. с выбросами комбината "Северони-кель" (по данным управления научно-технического развития и экологической безопасности ОАО "Кольская ГМК").

там, но при избытке в окружающей среде оказывают токсическое действие. В условиях воздействия выбросов медно-никелевого производства в хвое деревьев концентрации N1 и Си увеличиваются (табл. 1, 2) — максимальных значений они достигали в 1991 и 1993 гг. на стадии техногенных редколесий. В условиях загрязнения изменяется соотношение N1 : Си (рис. 2). Так, если в фоновых районах в хвое сосны отношение N1 : Си варьирует от 0.3 до 1.0, а в хвое ели значения несколько выше и колеблются в пределах 0.8—1.5, то в дефо-лиирующих сосновых лесах содержание никеля в хвое выше в 1.3—2 раза, в еловых лесах — в 2—5 раз, в техногенных сосновых и еловых редколесьях — в 1.6—5.4 раза. Изменения соотношения N1 : Си в условиях атмосферного загрязнения отмечали и другие исследователи, что они объясняют как явлениями антагонизма в поглощении элементов,

так и разной скоростью поглощения из почвы (Андреева, Говорина, 2008; Лянгузова, 2010). В высоких концентрациях никель снижает поглощение меди, конкурируя за переносчиков (Veltrup, 1979). Установлено, что никель в отличие от меди более интенсивно перемещается из корней в надземные органы. Так, примерно 30% поглощенного корнями никеля транспортируется в листья (Kozlov, Barcan, 2000). Очевидно, что изменение соотношения Ni : Cu зависит и от их соотношения в атмосферных выбросах и выпадениях. В выбросах (рис. 1) и атмосферных выпадениях (Рассеянные..., 2004) за период наблюдений с 1991 по 2002 г. существенно преобладал Ni, что может

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 «Охрана окружающей среды. Экология человека»