Научный журнал

Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований

ISSN 1996-3955

ИФ РИНЦ = 0,593

• Авторы
• Резюме
• Файлы
• Ключевые слова
• Литература

Бергман И.Е. 1 Воробейчик Е.Л. 1 Жданова Т.Ю. 1

---

1 Институт экологии растений и животных УрО РАН

Исследовано распределение деревьев по категориям крупности в районе Карабашского медеплавильного завода в двух контрастно различающихся уровнем атмосферного загрязнения зонах (фоновой и импактной), в каждой зоне – четыре варианта экотопа (сосновый, березовый, пойменный лес, березовая редина). Доля деревьев высоких ступеней толщины (>20 см) в сосновых и березовых древостоях в импактной зоне ниже, чем в фоновой, в поймах ситуация противоположна. Строение березовых редин по зонам загрязнения не различается.

Статья в формате PDF

335 KB

атмосферное загрязнение

древостой

категория крупности

экотоп

медеплавильный завод

1. Анучин Н.П. Лесная таксация. – М.: Лесн. пром-сть, 1982. – 550 с.

2. Борисова О.В. Влияние аэротехногенного загрязнения на хвойные и лиственные древостои в Новгородской обл.: Автореф. дис. ... канд. биол. наук. – СПб., 2009. – 20 c.

3. Борников А.В. Биологическая продуктивность березы повислой в градиенте загрязнений от Карабашского медеплавильного комбината: Дис. ... канд. с.-х. наук. Екатеринбург, 2012. – 123 с.

4. Жанабаева А. С. Влияние выбросов Карабашского медеплавильного комбината на биологическую продуктивность сосны обыкновенной: Дис. … канд. с.-х. наук. Екатеринбург, 2012. – 118 с.

5. Мухачева С.В., Давыдова Ю.А., Кшнясев И.А. Реакция населения мелких млекопитающих на загрязнение среды выбросами медеплавильного производства // Экология. 2010. № 6. – С. 452–458.

6. Мухачева С.В., Давыдова Ю.А., Воробейчик Е.Л. Роль гетерогенности среды в сохранении разнообразия мелких млекопитающих в условиях сильного промышленного загрязнения // ДАН. 2012. Т. 447, №1. С. 106-109.

7. Усольцев В.А., Залесов С.В. Методы определения биологической продуктивности насаждений. Екатеринбург: УГЛТУ, 2005. 147 с.

8. Фимушин Б.С. Закономерности роста сосновых древостоев и методика оценки ущерба, наносимого им промышленными выбросами в условиях пригородной зоны Свердловска: Дис. … канд. с.-х. наук. – Свердловск, 1979. – 169 с.

9. Цветков В.Ф., Цветков И.В. Лес в условиях аэротехногенного загрязнения. Архангельск, 2003. – 354 с.

10. Ярмишко В.Т. Сосна обыкновенная и атмосферное загрязнение на европейском Севере. – СПб: БИН РАН, 1997. – 210 с.

Распределение деревьев по размеру – один из наиболее изученных вопросов лесной таксации; оно очень информативно для характеристики жизненного потенциала лесного сообщества – как в статике, так и в динамике [9]. В настоящее время накоплен значительный материал по строению хвойных древостоев в условиях атмосферного загрязнения [9, 8 и др.]. В то же время работы, касающиеся влияния загрязнения на строение лиственных древостоев единичны [2], а для пойменных биотопов – вообще отсутствуют.

Как правило, для изучения функционирования лесных экосистем в условиях промышленного загрязнения выбирают участки со сходными лесорастительными условиями, доминирующими в регионе. Однако в реальности исследуемые территории представляют собой мозаику разнообразных биотопов [6]. Цель настоящей работы – установить насколько различаются перестройки в строении древостоев под действием загрязнения в различных вариантах экотопов. В ходе работы проверяли рабочую гипотезу, заключающуюся в предположении, что строение древостоев (т.е. распределение деревьев по категориям крупности) изменяется однонаправлено (в сторону уменьшения доли деревьев высоких ступеней толщины вблизи источника загрязнения) даже в контрастно различающихся вариантах экотопических условий. Данная гипотеза базируется на хорошо документированных фактах снижения прироста деревьев по диаметру и высоте при увеличении техногенной нагрузки [10 и др.].

Материалы и методы исследования

Исследования выполнены в районе действия Карабашского медеплавильного завода, расположенного в 90 км к северо-западу от Челябинска (Южный Урал) и действующего с 1910 г. – одного из крупнейших в России точечных источников загрязнения среды тяжелыми металлами и сернистым ангидридом. Подробная характеристика района дана в работе [5].

Исследования проводили в 2012 г. на двух участках: с интенсивным техногенным воздействием (импактная зона, 0,5–5 км от завода, обследована площадь около 30 км2) и со слабым загрязнением (фоновая зона, 20–25 км к югу от завода, около 50 км2). В пределах каждого участка выделено по 4 варианта экотопа, различающихся положением в рельефе и характером растительности – типичных для одной зоны и имеющих «аналог» в другой (таблица). В каждом экотопе заложено по три пробные площади (ПП) размером 25х25 м. Для каждой ПП с помощью нивелира рассчитан ее уклон. Кроны деревьев сфотографированы с использованием камеры Sony CyberShot DSC-H5, на каждой ПП фотографии были сделаны в 7–10 случайных точках, высота расположения камеры – 40–50 см от земли; последующая обработка фотографий с расчетом площади проекций крон выполнена в пакете SIAMS Photolab (v.4.0.4.x). На каждой ПП выполнен сплошной перечет деревьев, в который включали особи с диаметром на высоте 1,3 м более 4,5 см; ступень толщины – 1 см. Полученные в результате перечета диаметры деревьев были сгруппированы в интервалы: I – 4,5– 9,5 см; II – 9,5 –14,5 см; III – 14,5–9,5 см; IV – 19,5 – 24,5; V – более 24,5 см. Учет растений нижнего яруса осуществляли на 3–0 миниплощадках (размером 1–25 м2 в зависимости от экотопа) в пределах ПП. Средний диаметр древостоя рассчитан по формуле: Dcp = 100G/(N(π/4))0,5, где G – сумма площадей сечений стволов, м2/га; N – число стволов, экз./га [7]. На основании данных работ [3, 4], а также с использованием высотомера построены зависимости высоты от диаметра и рассчитаны средние высоты (Нср., м). Запас (М, м3/га) рассчитан по формуле Н.П. Анучина [1]: М = 10∑G + 0,4∑G (Hcp – 22).

Статистический анализ выполнен в программах STATISTICA v.8.0. и AtteStat (версия от 24.02.13). Структуру древостоя по категориям крупности анализировали с помощью таблиц сопряженности, для оценки различий использовали критерий χ2 Пирсона. При определении однородности слабонасыщенных таблиц (частоты в некоторых ячейках не превышали 5) использовали диагностику Симонова-Цай, по результатам которой определяли допустимость аппроксимации χ2 Пирсона. Если возникала проблема с аппроксимацией χ2 использовали критерий Фримана-Холтона (расширение точного критерия Фишера). Для сравнения средних использовали критерий Манна-Уитни (учетная единица – ПП).

Таксационная характеристика древостоя в разных вариантах экотопов в фоновой и импактной зонах

1Данные предоставлены к.б.н. Золотаревой Н.В. Значимые различия (p<0.05) между зонами загрязнения в пределах варианта экотопа выделены жирным шрифтом.

Структура древостоя фоновых и импактных территорий в разных экотопах. Римские цифры – категории крупности

Результатыисследования и их обсуждение

Распределение деревьев по категориям крупности связана с зоной нагрузки для соснового (χ2(4) = 21,33, р<0.001), березового (χ2(4) = 83,47, р<0.001), и пойменного (χ2(4) = 11,35, р=0.023) древостоев, но не для березовых редин (χ2(3) = 3,08, р = 0.28) (см. рисунок). Доля деревьев высоких ступеней толщины (>20 см) в сосновых и березовых древостоях в импактной зоне ниже на 17 % и 42 % по сравнению с фоновой. Противоположная ситуация наблюдается в пойменных древостоях, где доля деревьев IV и V категории крупности выше (на 6 %) у завода, чем на фоновой территории.

В подавляющем большинстве работ зарегистрировано уменьшение запаса древостоя по мере увеличения промышленного загрязнения [3, 4, 9 и др.], что хорошо согласуется с полученными нами данными по всем вариантам экотопов (таблица). В сосновых и березовых насаждениях это снижение произошло за счет уменьшения среднего диаметра древостоя при неизменной густоте, тогда как в пойменном лесу и редине – из-за уменьшения густоты, причем средний диаметр не уменьшился, а даже увеличился. Изменение среднего диаметра – это отражение смещений в структуре древостоя (увеличения/уменьшения доли той или иной категории крупности). Различия в реакциях могут быть связаны с разной устойчивостью древостоев к загрязнению в том или ином варианте экотопа. Логично предположить, что в поймах древостой более устойчив к загрязнению как из-за промывного режима, препятствующего накоплению металлов, так и большего плодородия почвы. Кроме того в пойменном лесу под действием загрязнения помимо снижения радиального прироста может интенсифицироваться гибель деревьев молодого поколения; в результате в древостое остаются устойчивые, как правило, крупные деревья высоких возрастов, соответственно средний диаметр древостоя увеличивается. Однако нельзя исключать влияния других факторов – как антропогенного (рекреация, выпас скота, рубки, сенокос), так и естественного (повреждение болезнями и вредителями и т.п.) происхождения, интенсивность которых может быть различна в фоновой и импактной зонах.

Заключение. Исходную гипотезу об уменьшении доли деревьев средних и крупных размеров с увеличением техногенной нагрузки во всех вариантах экотопов следует отвергнуть: это наблюдается в сосновых и березовых древостоях, но не в пойменных лесах и березовых рединах. Хотя сочетание естественных и антропогенных факторов, накладывающихся друг на друга, затрудняет вычленение влияния атмосферного загрязнения на строение древостоя, анализ распределения деревьев по категориям крупности важен для понимания процессов функционирования лесных экосистем в условиях загрязнения.

Работа выполнена при финансовой поддержке программы Президиума РАН «Живая природа» (проект 12-П-4-1026) и РФФИ (грант 12-05-00811).

Библиографическая ссылка