ЛЕСОВЕДЕНИЕ, 2009, № 6, с. 32-45
_ ОРИГИНАЛЬНЫЕ _
СТАТЬИ
УДК 630*184.4+551.510.42(470.21)
ОЦЕНКА БИОРАЗНООБРАЗИЯ ЛЕСОВ В ЗОНЕ ВЛИЯНИЯ ГОРНО-МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО КОМБИНАТА "СЕВЕРОНИКЕЛЬ"*
© 2009 г. Т. В. Черненькова1, Е. В. Басова1, Ю. Н. Бочкарев2, М. Ю. Пузаченко3
1Центр по проблемам экологии и продуктивности лесов РАН 117997 Москва, Профсоюзная ул., 84/32 E-mail: chernenkova50@mail.ru 2 Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова Географический факультет 119992 Москва, Воробьевы горы, главное здание 3 Институт по проблемам экологии и эволюции РАН 119071 Москва, Ленинский просп., 33 Поступила в редакцию 10.12.2007 г.
Изучено изменение состава и структуры бореальных лесов в окрестностях горно-металлургического комбината "Североникель" на Кольском п-ве за 1981-2008 гг. На основе данных полевых и дистанционных исследований проведена комплексная оценка биоразнообразия северотаежных экосистем, находящихся в условиях атмосферного загрязнения. В результате сокращения объема выбросов в атмосферу (более чем в 5 раз за последние 15 лет) произошло замедление дигрессион-ных процессов и наблюдаются признаки позитивной динамики восстановления биоразнообразия растительного покрова.
Биоразнообразие лесов, промышленное загрязнение, данные дистанционных исследований, ГИС-технологии, восстановительные сукцессии.
Специфика изучаемой модельной территории (Мончегорский р-н, Мурманская обл.) определяется динамичным преобразованием растительного покрова в окрестностях источника аэротехногенного загрязнения - горно-металлургического комбината (ГМК) "Североникель". Продолжительное действие металлургического производства вызвало значительные негативные изменения в состоянии природных сообществ на больших территориях, хорошо диагностируемые как наземными, так и дистанционными методами. Большое число данных, полученных в результате проведенных исследований в данном районе в течение трех десятилетий, характеризует различные аспекты нарушений лесных экосистем [3, 5, 8, 12, 15, 16, 23, 26, 28, 30, 31 и др.].
В настоящее время в силу сокращения производства и совершенствования технологий, используемых на металлургическом предприятии "Североникель", в его окрестностях наблюдается
* Работа выполнена при финансовой поддержке гранта Президента РФ государственной поддержки научных исследований, проводимых ведущими научными школами (НШ-4121.2008.4) и РФФИ (07-04-10067к; 07-04-01743а).
обратная картина - активизация восстановительных процессов. При этом научные исследования особенностей и механизмов естественных восстановительных сукцессий растительного покрова в этом районе практически отсутствуют. Сопоставив данные, полученные в разные периоды времени в течение последней четверти века, можно дать оценку состояния основных компонентов лесных сообществ и динамики сукцессионных процессов. На новом этапе исследований в связи с использованием дистанционной информации, количественных методов ее обработки и ГИС-технологий круг задач был расширен. Помимо выявления особенностей трансформации изначально однотипных лесных сообществ по градиенту загрязнения, важной задачей стало установление пространственного варьирования биоразнообразия лесного покрова в зависимости от природных факторов, связанных с характером рельефа местности.
ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
Рассматриваемая территория располагается в подзоне северной тайги, Кольско-Печерской под-провинции Североевропейской таежной провинции [10]. Незаболоченные северотаежные ело-
вые леса приурочены к наиболее дренированным и прогреваемым местообитаниям. Они характерны для районов с преобладанием форм ледниковой аккумуляции, где встречаются на склонах и гребнях различных ледниковых образований. Помимо ельников, на равнине и в межгорных долинах распространены сосняки; депрессии, озерные котловины и речные долины заняты болотами. На высоте от 350 до 450-500 м над ур. моря леса сменяются березовыми криволесьями. Верхние части склонов горных массивов и их вершины заняты горными тундрами.
Территория Мончегорского р-на расположена в районе 67°55' с.ш. и 32°48' в.д. на высоте 1201200 м над ур. моря. В районе исследований до начала работы ГМК в автоморфных позициях рельефа были распространены ельники зелено-мошные, представленные воронично-черничной группой [1]. Структурные и фитоценотические особенности этих лесов определяются неблагоприятными климатическими условиями этих широт, вызывающими ослабление эдафической роли ели (Picea obovata), а также усилившимся за последние 50 лет антропогенным воздействием. В настоящее время лесные сообщества представлены здесь мозаикой из сукцессионных постпиро-генных серий сосново-еловых и мелколиственных лесов с разным участием мохообразных и лишайников в составе напочвенного покрова.
К антропогенным факторам воздействия на лесной покров исследуемого района относятся рубки леса, пожары, рекреация. Однако определяющим облик и состояние лесных экосистем фактором в окрестностях г. Мончегорска на протяжении последней полусотни лет является воздействие атмосферных выбросов металлургического комбината "Североникель". В зоне его влияния основными ингредиентами токсического воздействия выступают тяжелые металлы и сернистые соединения (ежегодные выбросы соединений серы составляли 288 тыс. т и 11 тыс. т пыли). В настоящее время отмечены признаки позитивной динамики состояния растительного покрова, связанные с уменьшением объемов выбросов с начала 1990-х годов, сменой высокосернистых норильских на местные малосернистые руды, с переводом цеха плавки никеля на комбинат "Печенганикель", а также с заменой старого оборудования и изменениями в технологии производства. На рис. 1 представлена динамика выбросов загрязняющих веществ за 35 лет, демонстрирующая последовательное их снижение к настоящему времени.
Исследования по оценке состояния лесных экосистем в окрестностях данного металлургического комбината были начаты нами в начале 1980-х
Год
Рис. 1. Выбросы вредных веществ в атмосферу комбината "Североникель", тыс. т год-1 (по данным Управления экологического мониторинга и охраны окружающей среды ОАО "КГМК"). 1 - диоксид серы, 2 - твердые вещества.
годов; методические подходы и результаты этих исследований отражены в ряде публикаций [28, 31, 33, 34]. Организованная сеть постоянных пробных площадей позволила осуществить сопоставление результатов предыдущих и современных исследований (2005-2008 гг.), полученных на одних и тех же площадках. В данной работе результаты сравнения состава и структуры лесных сообществ за разные периоды исследований приведены только для ельников кустарнич-ково-зеленомошных и их дигрессионных серий на расстояниях 5, 10, 20, 30 км от источника загрязнения в направлении преобладающих ветров (ЮЮЗ). В качестве контроля были использованы растительные сообщества, располагающиеся вне зоны техногенного воздействия, приблизительно в 70 км к западу от комбината. Отличие условий произрастания лесных сообществ фоновой зоны от контроля состояло в наличии постоянного аэротехногенного загрязнения невысокого уровня (создается всеми присутствующими в регионе источниками эмиссий и не вызывает существенных структурных перестроек в организации лесных сообществ) (табл. 1) и регулярно повторяющихся пожаров со средней периодичностью 100 лет [7].
Согласно общей схеме мониторинга экосистем-ного разнообразия лесов в качестве основных источников информации были использованы: спек-трозональная сканерная съемка системы Ьа^8а1;, данные лесоустройства и полевых исследований, а также базовые картографические материалы. Оценка состояния растительного покрова с использованием дистанционных данных состояла из следующих этапов: предварительная обработка изображения, комплекс полевых работ при среднем числе описаний в каждом классе выделенных
Таблица 1. Концентрации тяжелых металлов в почве ельников по градиенту загрязнения, мг кг-1 (1983 г.)
Расстояние от источника загрязнения, км
горизонт 5 10 20 30 контроль
Cu A0 2285.7±470.1 673.58±193.69 51.67±20.01 45.5±13.8 3.71± 0.79
A2 114.03±39.38 32.49±15.70 6.21±1.90 3.07±1.4 1.50±1.10
Ni A0 6220.6±1572 2068.43±576.5 332.06±140.84 115.54±28.0 5.15± 1.44
A2 424.51±301.6 89.62±32.66 14.59±2.92 2.88±1.76 0.35±0.23
Cd A0 1.35±0.34 0.94±0.25 1.09±0.40 0.73±0.24 0.27±0.07
A2 0.21±0.11 0.43±0.26 0.82± 0.55 0.43±0.28 0.15±0.09
Mn A0 36.50± 6.82 160.06±107.38 81.73±21.08 352.7±146.9 235.6± 56.0
A2 39.38±3.30 49.16±11.28 84.39±33.99 45.67±11.98 30.65±9.19
Fe A0 9.63±1.99* 9.84±4.87* 1.05±0.06* 0.84±0.24* 0.57±0.26*
A2 3.42±0.73* 3.56±0.78* 10.62± 3.71* 9.89±4.51* 1.63± 0.61*
Zn A0 32.34±4.61 22.42±2.88 28.91±5.09 24.85±4.57 20.06±4.51
A2 11.79±3.64 8.20±0.86 14.78±3.49 9.44±2.77 8.99± 1.69
Pb A0 18.17±4.95 15.89±7.41 9.20±3.51 8.23±3.16 3.28±1.18
A2 11.31±7.90 3.74±1.28 2.79±0.93 4.83±1.13 2.68±0.79
Co A0 35.05±9.53 15.48±4.48 5.65±0.82 4.43±1.09 0.18±0.09
A2 4.38±2.33 3.56±0.86 2.03±0.63 2.15±1.05 1.65±0.85
Примечание. Число проб 5-7.
* — г кг 1
типов поверхности или синтаксономических единиц от 5 до 20, тематическое дешифрирование с обработкой и анализом данных, визуализация параметров (индикаторов) состояния растительного покрова.
При отображении параметров состояния растительного покрова использовался метод интерполяции характеристик растительности в точках полевых описаний на всю территорию с помощью данных дистанционного зондирования (ДДЗ) и цифровой модели рельефа (ЦМР) исследуемой территории (классификация с обучением) (М 1:200 000 и 1:50 000). Согласно Ю.Г. Пузаченко [20], наиболее эффективным статистическим способом интерполяции точечных полевых данных в пространстве спектральных значений каналов и значений высот по цМР является пошаговый дис-криминантный анализ. Входными переменными для дискриминантного анализа являются спектральные яркости каналов космоснимка и рассчитанные на их основе индексы отражательных способностей каналов [18], относительные высоты по цМР и морфометрические характеристики рельефа. Были использованы материалы спектро-зональной съемки Landsat 7, находящиеся на сайте Global Land Cov
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.