Биоиндикация рекреационных нагрузок на лесные экосистемы Мордовского Государственного природного заповедника им. П. Г. Смидовича и города Сарова Нижегородской области Текст научной статьи по специальности «Биологические науки»

БИОИНДИКАЦИЯ РЕКРЕАЦИОННЫХ НАГРУЗОК НА ЛЕСНЫЕ ЭКОСИСТЕМЫ МОРДОВСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ПРИРОДНОГО ЗАПОВЕДНИКА им. П.Г. СМИДОВИЧА И ГОРОДА САРОВ \ НИЖЕГОРОДСКОЙ ОБЛАСТИ

Н. Харчева Кружок «Экология человека» СЮН Руководитель: М.А. Макеева Заместитель директора станции юных натуралистов г. Сарова

Введение

Актуальность и чеобходимость экологических исследований заключалась в прове дении оценки воздействия загрязнения воздуха на состояние лесов Мордовского Государственного Заповедника им. П.Г.Омидовича и лесных массивов в окрестностях города Саров.

Проблема устойчивости экосистем приобрела в наши дни особую актуальность, так как утрата экологического равновесия угрожает уже глобальной экосистеме планете Земля. Иногда сообщества теряют устойчивость и сменяются другими сообществами пследствие естественных причин, например, в ходе сукцессии. Обычно под устойчивостью понимают способность экосистемы противостоять внешнему, в частности антропогенному, воздействию, а также восстанавливаться после снятия воздействия.

Сохранение устойчивого состояния можно расценивать как особую функцию экосистемы, а функции, как известно, неразрывно связаны со структурой. Поэтому изучение структуры экосистем дает важную информацию об их актуальной и потенциальной устойчивости.

Особенность работы заключается в том, что для оценки качества воздуха, как части окружающей среды, использовался комплекс относительно недорогостоящих биоиндикационных методов.

Цель работы - выявление влияния поллютантов воздуха, абиотических и антропогенных факторов среды на леса Государственного Мордовского Заповедника им. П.Г. Смидовича и лесной массив в окрестностях города Саров.

Задача работы состояла в комплексной оценке состояния чистоты атмосферы:

а) методом исследования дефолиации хвои сосны обыкновенной;

б) оценкой флуктуирующей асимметрии;

в) методом исследования структуры древостоя по напряженности роста;

г) оценкой стадий дигрессии лесных экосистем.

Новизна работы по отношению к аналогичным исследованиям, проведенным в предыдущие годы, заключается в следующем:

- в ходе исследований проводилась оценка флуктуирующей асимметрии и получены данные, в дальнейшем по ним были сформулированы выводы;

были применены новые методики исследования (исследование структуры древостоя по напряженности роста, оценка стадий дигрессии лесных экосистем).

делана оценка динамики изменений экологического состояния среды на исследуемых пробных площадях за период 2000-2004

По итогам работы сформулированы выводы об изменении экологической обстановки на территории г. Саров и Государственного Мордовского Заповедника.

Исследования в 2000 году были проведены Бердниковой Людмилой, в 2000-2002 году Савось Региной - учащимися кружкового объединения «Экология человека».

1. Географическое описание района исследований

1.1. Описание Государственного Мордовского заповедника им. П.Г. Смидоеича

Благодаря физико-географическому положению Мордовского заповедника его флора и фауна сформировались в условиях непосредственного контакта лесных и степных форм. В результате сложился богатый смешанный природный комплекс, типичный для переходной лесостепной зоны.

Заповедная территория лежит на Окско-Клязьминской равнине в междуречье реки Мокша и ее правого притока реки Сатис.

Гидрографическая сеть представлена реками Мокшей, Сатисом (правый приток Мокши) и притоками Сатиса: Пуштой, Аргой, Саровкой, Глинкой. Реки в заповеднике имеют разветвленную сеть притоков небольших лесных речек, ручьев и логов, оживающих весной во время снеготаяния, в ее низовье образуется много стариц (Сумежное, Пичерки, Каретное, Боковое и др.).

Рельеф слаборасчлененный, характерны небольшие повышения между поймами речек и логами. В результате длительной эрозии местность приобрела вид однообразной равнины со слабым уклоном в сторону Мокши с неярко выраженными четырьмя террасами, высоты которых соответственно 110, 110-120, 120-140 и 140-188 м над уровнем моря.

Самой высокой частью заповедника и наиболее древней является четвертая терраса, которая служит водоразделом для рек мокшинского и сурского бассейнов. Самой пониженной частью является первая терраса (пойма р. Мокши).

Каждая речная терраса характеризуется своими почвами. На первой террасе под пойменными дубравами преобладают черноземновидные пойменные почвы, чередующиеся с перегнойно-глеевыми почвами черноолынаников. На второй и третьей террасах под сосновыми борами распространены слабодерновоподзолистые почвы с мощным перегнойно-аккумулятивным горизонтом. Для четвертой террасы характерны почвы, развитые на кварцевых песках, подстилаемых моренными суглинками.

Для второй и третьей террас характерны воронки и замкнутые понижения карстового происхождения.

Грунтовые породы представлены доломитами, доломитизированными и кремнистыми известняками верхнего карбона, четвертичные отложения - днепровской мореной и покрывающими ее кварцевыми древнеаллювиальными пескам]

Климат района умеренно-континентальный, свойственный средним широтам. Район относится к зоне неустойчивого увлажнения. Количество осадков изменяется от 600 до 700 мм, из них 60-65% осадков приходится на теплый период (апрель — октябрь). Общее количество дней в году со снежным покровом 151; средняя толщина снежного покрова — 0,6 м.

Характерно резкое колебание температур и количества осадков в пределах отдельных сезонов. Сезоны года выражены отчетливо. Среднегодовая температура -(+3,5) СС, максимум - (+38) °С; минимум - (-44) СС. Средняя температура января -(-12,4) °С, июля - (+19,8) °С. Таким образом, амплитуда колебаний температуры воздуха составляет 82 °С. Средняя продолжительность вегетативного периода -134 дня. Обычны весенние и осенние заморозки.

Преобладающие ветры: юго-восточные, южные, юго-западные в январе; западные, северо-западные, северные в июле. Средняя скорость ветра 4,8 м/с.

Территория заповедника состоит из лесов 96%, лугов 0,9%, водоемов 0,5% и болот 0,2%.

Сосновые леса занимают более половины всей территории Заповедника и произрастают преимущественно на песчаных почвах. Господствуют в заповеднике сосняки-зеленомошники. По вершинам песчаных холмов и склонов распространены сосняки лишайниковые. На богатых почвах сосняки сложные с двухъярусными древостоями. В понижениях и местах с близким залеганием грунтовых вод отмечены сосняки-долгомошники. Места наибольшего увлажнения, окраины сфагновых болот, заняты низкобонитетными сосняками сфагновыми.

Сосна входит в состав древостоев с преобладанием лиственных пород (березы, осины, липы), которые образуют преимущественно вторичные насаждения.

Березовые леса преобладают в западной и восточной части. Осиновые леса не образуют больших массивов и распространены равномерно по всей территории. Липовые леса распространены преимущественно в западной и центральной части.

В пойме р. Мокши произрастают дубравы в возрасте 140/4-150 лет (изредка встречаются кряжистые, необычайно мощные и толстые дубы возрастом более 300 лет). В формировании дубовых лесов принимают участие вяз, ильм, липа, осина, в подлеске которых присутствуют черемуха, ежевика, крушина, черная смородина, малина н др.

Чистые еловые насаждения незначительны. Выделено три типа еловых лесов: ельник-кисличник, ельник папоротниковый и ельник-зеленомошник. Небольшую площадь занимают ельники с травяным покровом из черники, кислицы, папоротников

Черноольховые насаждения можно встретить в притеррасной пойме р. Мокши и по ее притокам.

В заповеднике сохранен хороший лесной массив, преимущественно высокого бонитета (1-П класс). Молодняки в насаждениях заповедника занимают 17%.

Во флоре заповедника зарегистрировано 736 видов сосудистых растений (Бородин и др., 1987 г.), 77 видов мхов (Н.И. Кузнецов, 1960 г.) и 83 вида лишайников. В составе флоры такие редкие виды, как венерин башмачок настоящий, пыльце-головннк красный, водяной орех, лунник оживающий. Последний вид пока нигде в Мордовии более не найден.

1.2. Общая характеристика города Саров

На значительной части территории Мордовского Г осударственного заповедника находится г. Саров закрытое административно-территориальное образование (ЗАТО).

По данным Нижегородской лесоустроительной экспедиции общая площадь ЗАТО распределяется следующим образом; лесная площадь - 75,7%, нелесная площадь -24,3%. Площадь специального назначения - 23,7%. Дороги, просеки и болота составляют, соответствечно 0,9%, 0,7% и 0,3%.

■ЦТ востока и юго-запада город окружен лесным массивом Мордовского Государственного заповедника, с севера и северо-востока - сельскохозяйственными землями Нижегородской области. Внутри города заряду с естественными насаждениями присутствуют искусственные посадки широко распространенных пород деревьев: липа, береза и интродуцированные породы: тополь бальзамический и клен ясенелистиый (американский).

Город Саров расположен старой частью в междуречье Сатиса (правобережный приток Мокши) и Саровки (левобережный приток Сатиса), новые микрорайоны -по северному правому берегу реки Сатис.

Рельеф местности ровный, слегка всхолмленный.

Реки Сатис и Саровка маловодные со среднесуточными расходами воды на уровне 0,19 м3/с и 0,04 м3/с, а годовой сток этих рек составляет 88 млн.м3 и 37 млн.м" соответственно. Основным источником водоснабжения населения и промышленности является Южногорьковское месторождение артезианских вод. Забор воды в 1999 г. составил 24804 млн.м~.

По многолетним наблюдениям отмечается, что среднее количество осадков в городе составляет 650 мм/год, при этом в зимний период выпадает в среднем 250 мм осадков и примерно 400 мм в ранний весенний период. Суточный максимум осадков равен 107 мм

Испарение с водной поверхности за безледоставный период составляет примерно 600 мм.

Глубина промерзания глинистых и суглинистых грунтов составляет 150 см, а для супесей и песков -180 см.

Преобладают почвы серые лесные, подстилающие породы подвержены карсто-'бразованиям. На территории города обнаружены множественные карстовые формь. рельефа диаметром до 20 м и глубиной до 3 м.

Атмосферное влияние наряду с изменениями температуры и влажности характеризуется туманами (20% - 40 дней в году), метелями (25'А - 60 дней в году) и грозами (28Ул - 45 дней в году).

Город Саров - индустриальный город, представленный предприятиями Минатома России, строительной индустрией и муниципальными коммунальными организациям! Применяемые на предприятиях Минатома России высокоразвитые технологии харак теризуются относительно малым уровнем воздействия на природную среду.

Основными ис"Очниками загрязнения в городе являются: ТЭЦ, гальваническое производство, автотранспорт, производственная деятельность предприятий Минатома и, в меньшей степени, печное отопление в районе индивидуальной застройки.

Промышленная зона расположена в южной части ЗАТО и отделена от зоны город ской застройки лесными массивами, переходящими в леса заповедника.

ТЭЦ непосредственно примыкает к городской черте и расположена на расстоянии примерно 800 м от южной границы городской черты.

Роза ветров характеризуется преобладающими летом южными и юго-западными ветрами, направленными с промышленной зоны на город, а также юго-западными ветрами в зимнее время Средняя годовая скорость ветра составляет 4,7 м/с. По ветровым нагрузкам город относится ко второму поясу, скоростной напор принят равным 3 5 кгс/м2.

1.3. Антропогенное воздействие на природные объекты

ВНИИЭФ является основным промышленным представителем города. Во ВНИИЭФ имеется 2475 источников выделения и 796 источников выбросов загрязняющих веществ из них:

- к средним (высота трубы от 10 до 50 м) относятся 252 источника;

- к низким (высота трубы от 2 м до 10 м) — 386 источников;

- к наземным (высота трубы ниже 2 м) - 158 источников;

- 42 источника неорганизованные.

Высокие источники (высота трубы выше 50 м) в институте отсутствуют.

Номенклатура загрязняющих веществ, выбрасываемых в атмосферный воздух, очень разнообразна (111 веществ), из них к 1 классу опасности относятся 4 вещества, ко 2-му — 24 вещества. Класс опасности веществ определялся на основании нормативов (5,6, 11).

Ниже представлен перечень загрязняющих веществ 1 класса опасности и суммарный выброс по каждому веществу, попадающему в атмосферный воздух от источников ВНИИЭФ.

К ним относятся:

- - свинец в основном образуется при пайке изделий, суммарный выброс от всех источников ВНИИЭФ составляет 0,00036 тонн в год;

озон - образуется при работе ксероксов, суммарный выброс равен 0,00005 тонн в гсЦ •олуилендиизоцианат попадает в атмосферный воздух при проведении исследовательских работ, суммарный выброс составляет 0,000705 тонн в год;

- растворимые соли никеля используются при гальваническом покрытии деталей, суммарный выброс составляет 0,00107 тонн в год.

Если в 1997 г. на предприятиях города установлено 328 единиц пылегазоо-чистного оборудования, то в 1999 г. это число возросло до 508 единиц.

Следует отметить, что 98% предприятий имели разрешение на выброс ВХВ в атмосферу, из них примерно 80% предприятий осуществляли выбросы в пределах ЦДВ.

1.4. Общая характеристика пробных nnoiufldeü

В соответствии с методиками были выбраны места исследований в городе и Заповеднике на территории охраняемой зоны поймы реки Сатис.

Исследования по дефолиацик хвои сосны обыкновенной, оценки стадии дигрессии, изучению структуры древостоя проводились на пробных площадях: «Очистные сооружения», «ТЭЦ», «Монастырский пруд Протяжка», «Монастырский пруд Варламовский», «Парк культуры и отдыха им. Зернова» в городе Сарове и в кв. 358, кв. 383, кв. 385, кв.24, кв. 425, кв. 449 МГПЗ им. П.Г. Смидовича.

Исследования по оценке флуктуирующей асимметрии проводились на всех исследуемых площадях как в сосняках, так и в березняках.

Исследования по демографическому анализу ценопопуляций липы сердцевидной и дуба черешчатого проводились на пробных площадях «Очистные сооружения», «ТЭЦ», кв. 358, кв. 334, кв. 385, кв. 424, кв. 383, кв. 425.

Ниже приведены некоторые абиотические и биотические характеристики пробных площадей.

2. Исследования дефолиации хвои сосиы обыкновенной

2.1. Дефолиация и ее причины

Выбрасываемые промышленными комплексами поллютанты увеличивают нагрузку на среду, которая может превышать адаптивные возможности растений и ценозов, что может стать причиной не только потери ими устойчивости, но и их деградации и гибели. Поэтому особое значение приобретают исследования, посвященные количественной оценке масштаба и временного хода последствий длительной антропогенной нагрузки на фотосинтезирующую компоненту биогенного цикла углерода.

Реакция биоты на антропогенные воздействия определяется по совокупности морфометрических, физиологических, биохимических и других признаков, характеризующих ее состояние. Сообщества и экосистемы реагируют на внешние факторы изменением пространственной и видовой структуры, которое может быть выражено количественными показателями.

Наиболее токсичны для растений кислые газы: фтор, хлор, сернистый газ, окислы азота. Сернистый газ в группе кислых газов занимает лишь третье место, ио по удедь-иому весу в загрязнении воздуха - одно из первых.

Многочисленные исследования показали, что количество газа, поглощенного растениями зависит от концентрации газа, времени поглощения, погодно-климатических и других условий. С увеличением концентрации газов в воздухе увеличивается и содержание вредных соединения в растениях, и это вызывает подавления роста. Поэтому по угнетению роста можно относительно судить о степени загрязнения воздуха и токсичности газов.

Различия в скорости поглощения газов листьями растений находятся в определенной связи с биологическими и анатомо-морфологическими признаками. У многих устойчивых видов летальиый предел накопления сульфата в клетках выше, чем у неустойчивых.

В процессе воздействия токсикантов наблюдается интенсивный опад хвои, опад нижних мутовок у угнетённых деревьев, что в значительной степени увеличивает мощность лесной подстилки.

Подавление фотосинтеза растений кислыми газами было зарегистрировано ещё во второй половине прошлого века. Длительное снижение фотосинтеза может вызвать увеличение ксероморфности строения листовых органов, подавлеиие роста, ускорение старения, снижение урожайности и устойчивости к другим неблагоприятным факторам. У хвойных деревьев накопление вредных веществ ассимиляционным аппаратом совершается в течение 3-5 лет и более, что приводит к опаданию хвои старшего возраста (4-, 5-, а иногда и 3-летней). Такое уменьшение охвоения, наблюдаемое у хвойных пород, является характерным признаком действия промышленных газов в крупных городах и на промышленных предприятиях.

Сернистый ангидрид и другие газы, проникая внутрь листа, нарушают процесс фотосинтеза, связывают, каталитически активное железо. В условиях выключившегося фотосинтеза, но продолжающегося поступления солнечной энергии, хлорофилл начинает, как флуоресцирующее вещество проявлять фотодинамическое действие, которое сводится к фотоокислениям. Фотоокислению подвергаются различные вещества, в том числе, белки, фосфатиды, аминокислоты. Под влиянием сернистого ангидрида происходит их разрушение, ведущее к отмиранию клеток и сопровождаемому снижению окисляемое™ клеточного содержимого. С повышением интенсивности солнечного освещения токсичность сернистого ангидрида возрастает и наоборот.

При краткосрочных воздействиях оксид серы не проникает внутрь листа через верхний эпидермис, тогда как при длительной фумигации, повреждения, вызванные этим газом, становятся весьма существенными.

Токсичность двуокиси серы может сильно варьировать в связи с сопутствующими условиями окружающей среды. Похолодание и затемнение могут существенно ослабить токсичность.

Наряду с вызываемым им фотодинамическим действием сернистый газ, проникая в клетки и растворяясь в них с образованием сернистой кислоты, изменяет рН клеточной среды, а именно, сдвигает его в кислую сторону. Подкисление клеточной среды, вызывающее уменьшение стабильности биоколлоидов и даже их коагуляцию, должно сильно отражаться иа состоянии клеток, обуславливая их повреждение и отмирание. Так же и в результате постепенного накопления в листьях серы происходит сульфатное отравление, приводящее к хлорозу и гибели.

Механизм токсического действия сернистого газа на растения заключается в нарушении регуляторных функций мембран, в неспецифическом изменении деятельности многих ферментов вследствие подкисления протоплазмы и изменения ионного режима, в нарушении метаболизма органических соединений и накоплении балластных и токсических продуктов, в нарушении электронно-транспортных путей миграции энергии и фотосинтетических структур, в уменьшении использования световой энергии на фотосинтез и использовании ее на свободно-радикальные цепные реакции автоокисления.

По данным известно, что растительность Земного шара может без особого вреда улавливать ежегодно около 200 млв.т серы. В настоящее время ежегодный выброс серы в атмосферу составляет около 100 млн.т, существующий выброс сернистых газов приближается к предельно допустимому уровню. Если учесть, что кроме сернистых

газов растения должны поглощать и другие газы, часто достаточно токсичные, то приведенный расчет наглядно демонстрирует ограниченные санитарно-гигиенические возможности автотрофных организмов.

В научной литературе определены максимальные разовые нормы загрязнения воздуха для растений. Онр должны быть равны или ниже: для сернистого ангидрида 0,02 мг/м3, окислов азота 0,05 мг/м7 аммиака - 0,1 мг/м3 тумана серной кислоты -0,1 мг/м3, формальдегидг - 0,02 мг/м3, метанола - 0,2 мг/м3, бензола - 0,1 мг/м3, пыли, мочевины и сульфата - 3 мг/м3.

Так же установлено, что отмирание хвои сосны начинается при достижении содержания серы в воздухе 0,3-0,5% (в пересчёте на сухой вес), тогда как листья деревьев листопадных пород никаких внешних признаков повреждения не имеют при накоплении серы до 1%.

При содержании серы до 0,19% хвоя сосны сохраняет жизнеспособность до 3-4 лет; повышение содержания серы до 0,24% сопровождается сокращением продолжительности жизни хвои до двух лет. Быстрое, в пределах летних месяцев, накопление серы до 0,3% приводит к отмиранию хвои к концу первого или в начале второго года жизни. Соответствующее изреживание кроны ослабляет дерево, снижает его устойчивость к вторичным энтомовредителям и, в конечном итоге, приводит к полному отмиранию.

Интересно отметить, что потеря 50% хвои не препятствует появлению весьма энергичного, более 30 см, прироста ствола в высоту. Но с повышением поражённости хвои до 80% количество деревьев с таким приростом ствола заметно уменьшается. При поражённости охвоённой кроны более чем на 80%, прирост их ствола в высоту резко сокращается, те превышая 10 см. Следовательно, можно говорить о способности сосны восстанавливать жизнеспособность после значительного поражения хвои.

В условиях периодического задымления, т.е. при ежегодных газовых поражениях, сосна неизбежно погибает, поскольку хвоя в течение нескольких лет полностью отмирает и скорость отмирания зависит от интенсивности газовых атак. Известно, что ксероморфная хвоя сосны отличается заметно пониженной газочувствительностью (Красинский 1950« Князева, 1950 г.).

В общей форме были охарактеризованы причины пониженной газоустойчивости вечнозелёных хвойных древесных пород. Отмечено, что хвойные деревья менее выносливы, чем лиственные. Возможно, хвойные потому более чувствительны к сернистому ангидриду, что их листья подвергаются его воздействию весь год, а листопадные -лишь его часть.

Состояние лесной растительности находится в прямой зависимости от задымления. В зоне периодического задымления наблюдается интенсивное усыхание сосны, в то же время в этих, условиях древостой берёзы бородавчатой, несмотря на заметные газовые повреждения, характеризуются вполне удовлетворительным состоянием. В зоне эпизодического задымления состояние сосняков и березняков резко улучшается. Успешное произрастание в этих условиях взрослых сосновых древостоев объясняется распространением высококонцентрировацных газовых потоков в приземных слоях воздуха, ниже их крон.

В связи с переходом ТЭЦ г. Сарова на природный газ концентрация сернистого газа в воздухе стала незначительной и, следовательно, сернистый газ не является основной причиной повреждения древесных пород. Вместе с тем нельзя отрицать, что до перехода ТЭЦ на газовое топливо сернистый ангидрид мог нанести определённый вред насаждениям.

Наряду с промышленными предприятиями, автомобильный транспор~ создает существенное загрязнение. Дальность распространения выбросов автомобиля от автотрассы зависит от погоды рельефа, направления и скорости ветра. В сухую погоду создаётся высокая загазованность и запылённость воздуха иа расстоянии 1-2 км от трассы в подветренную сторону. По балкам, оврагам, суходолам газы расходятся на 2-3 км и более. Ь безветренную погоду газы и пыль удерживаются вдоль трассы, создавая значительное загрязнение.

Литературные данные позволяют утверждать, что лучшее перемешивание воздушных масс происходит при наличии овального поперечного профиля придорожных лесополос и кустарниковых опушек. Такие посадки легко преодолеваются ветром, не создавая застоя загрязнённого воздуха над трассой. Повышенная загазованность наблюдается на тех участках автомобильных трасс, которые вплотную примыкают к лесу, зелёным снегозащитным посадкам, зданиям и сооружениям, т.е. дорога проходит как бы в тоннеле.

Изучение дииамики содержания выхлопных газов в атмосферном воздухе показало, что после дождей загрязненность воздуха заметно снижается и через несколько дней возвращается к прежним показателям. Повышенное содержание газов наблюдается ближе к вечеру.

Известно, что в прямой зависимости от массы и поверхности листьев (хвои) находится продуктивность ассимиляционного аппарата, утилизация лучистой энергии и водный обмен. Поэтому необходимо также учитывать густоту кроны и зависимость мощности кроны от густоты посадок, возраста насаждений.

Совершенно очевидна необходимость комплексного подхода к изучению устойчивости древесных растений, т.к. наряду с токсичными промышленными дымами большое влияние оказывают и уплотнения почв, засухи, суровые зимы, нападения дендрофильных энтомовредителей.

2.2. Описание сосны обыкновенной (Pinus silvestris)

Влияние загрязнения атмосферного воздуха было исследовано исследовался на дефолиации хвои сосны обыкновенной (Pinus silvestris).

Род сосна (Pinus) насчитывает около 100 видов и входит в семейство Pinaceae, представленное сосной, кедром, елью, пихтой, лиственницей, псевдотсугой и др. Наиболее широко распространен вид сосна обыкновенная - Р. silvestris.

Деревья достигают высоты 48 м при диаметре 1 м. Для кроны характерна комичность и мутовчатое расположение ветвей.

Иглы на соснах держатся от 2 до 7 лет, в среднем 3 года.

2,3. Методика исследования дефолиации хвои сост I обыкновенной

Исследования по влиянию загрязнения воздуха проводились наземно-визуаль-ньми наблюдениями по методике, предложенной Европейским Сообществом по отбору проб при определении влияния транспортных загрязнителей атмосферы.

Суть методики заключается в том, что на расстоянии 25 м от центра исследуемой площади выбираются группы сосен (по шесть деревьев), ориентированные по сторонам света (север, юг, запад и восток).

Для последующего длительного мониторинга деревья были пронумерованы по их пространственной ориентации.

Каждое из деревьев оценивается по следующим параметрам (критериям оценки):

- класс дефолиации — т.е. балл, соответствующий проценту потери хвои сосной:

0 - норма (0-10% хвои),

1 - слабая (10-25% хвои),

2 - средняя (25-60% хвои),

3 - сильная (более 60% хвои);

- форма кроны - т.е. балл, соответствующий виду кроны сосны:

0 нормальная,

1 - округлая,

2 - шарообразная;

- класс пожелтения - т.е. балл, соответствующий проценту пожелтевшей хвои на сосне:

0 горма (0-10% хвои),

1 • слабая (10-25% хвои),

2 - средняя (25-60% хвои),

3 - сильная (более 60% хвои);

- прирост верхушек побега - т.е. балл, соответствующий соотношению прироста побегов по отношению к ".тандартной величине прироста, равной примерно 15 см в год:

0 - очень большой,

1 большой,

2 средний,

3 - малый (или прироста нет);

- класс повреждения - т.е. балл, соответствующий общему жизненному состоянию (ОЖС) сосны:

0 - более 20 лет до полного отмирания,

1 — 10-20 лет до полного отмирания, 2-3-9 лет до полного отмирания,

3 ¿енее трех лет до полного отмирания,

4 — свежий сухостой,

5 - - старый сухостой.

На основании исследований были получены следующие результаты, которые были сравнены с данными исследований за 2000-2004 года.

Сравнение результатов исследований за 2000-2004 гг.

Класс 2000 1 2001 2002 2004 2000 2001 2002 2004 2000 2001 2002 2004 2000 2001 2002 2004

дефолиации 0 1 2 3

Кв. 358 41,6 29,2 20,8 20,8 29,2 45,8 58,4 62,5 29,2 25 20,8 16,4 0 0 0 0

Кв. 383 75,1 75,1 75,1 70,8 20,8 20,8 20,8 25 4,1 4,1 4,1 4,2 0 0 0 0

Кв. 385 62,5 58,3 58,3 45,8 20,8 41,7 37,6 41,7 16,7 0 4,1 12,5 0 0 0 0

Кв. 424 29,2 29,2 37,6 29,2 54,2 45,8 45,8 45,8 12,4 20,8 16,6 16,6 4,2 4,2 0 0

Кв. 425 50 41,7 45,8 41,7 37,5 37,5 41,7 41,7 12.5 20,8 12,5 16,6 0 0 0 0

Около п. Пушга 29К 29,2 37,5 25 41,6 41,6 41,7 45,8 29,2 29,2 20,8 29,2 0 0 0 0

ТЭЦ 25 0 8,4 16,6 37,5 62,5 66,6 45,8 37,5 37,5 25 29,2 0 0 2 8,4

Очистные сооружения 16,6 16,6 29,2 12,5 37,5 33,4 37,5 54,2 37,5 25 25 25 8,4 25 8,3 8,3

Пруд Протяжный 62,5 62,5 62,5 62,5 33,4 33,4 33,4 33,4 4,1 4,1 4,1 4,1 0 0 0 0

Варламовский пруд 50 50 50 50 45,8 50 50 50 4,2 0 0 0 0 0 0 0

Таблица 2

Класс 2000 2001 2002 2004 2000 2001 2002 2004 2000 2001 2002 2004 2000 2001 2002 2004

пожелтения 0 1 2 3

Кв.358 100 4,2 20,8 20,8 0 70,8 70,8 70,8 0 20,8 8,4 8,4 0 4,2 0 0

Кв. 385 95,8 62,5 0 0 0 37,5 95,8 95,8 4.2 0 4,2 4,2 0 0 0 0

Кв. 383 0 4,2 0 0 ш 95,8 95,8 100 0 0 0 0 0 0 0 0

Кв. 424 100 16,6 0 0 0 75 79,2 100 0 8,4 20,8 0 0 0 0 0

Кв. 425 0 0 0 0 95,8 95,8 95,8 95,Я 4,2 4,2 4.2 4,2 0 0 0 0

Около п. Пушта 4,2 4,2 4,2 4,2 95,8 95,8 95,8 95,8 0 0 0 0 0 0 0 0

ТЭЦ 45.8 4,2 0 50 50 50 29,2 20,8 4,2 41,6 62,5 29,2 0 4.2 8,3 0

Очистные сооружения 29,2 29,2 8,3 50 50 45,8 45,8 37,6 20,8 25 41,7 12,4 0 0 4,2 0

Варламовский пруд 62,4 62,4 75 75 37,6 37,6 25 25 0 0 0 0 0 0 0 0

Пруд Протяжный 66,6 66,6 79,2 79,2 25 25 12,5 12,5 8,4 8,4 8,3 8,3 0 0 0 0

Форма кроны 2000 2001 2002 2004 2000 2001 2002 2004 2000 2001 2002 2004

0 1 1 1 2

Кв. 358 50 41,6 12,5 12,5 45,8 58,4 83,3 83,3 4,2 0 4,2 4,2

Кв. 383 83,4 83,4 83,4 83,4 16,6 16,6 16,6 16,6 0 0 0 0

Кв.385 66,7 62,5 66,6 25 16,7 37,5 33,4 66,6 16,6 0 0 8,4

Кв. 424 4,2 0 16,6 37,5 70.8 100 83,4 62,5 25 0 0 0

Кв. 425 41,7 41,7 41,7 41,7 54,1 54,1 54,1 54,1 4,2 4,2 4,2 4 а

Около п. Пушта 12,4 12,4 4,2 4,2 83,4 83,4 91,6 91,6 4,2 4,2 4,2 4,2

ТЭЦ 16,7 37,5 41,6 16,6 66,7 62,5 58,4 83,4 16.6 0 0 0

Очистные сооружения 33,3 37,5 20,8 4,2 29,2 41,7 58,4 95,8 37,5 20,8 20,8 20,8

Варламовский пруд 70,8 70,8 70,8 70,8 29,2 29,2 29,2 29,2 0 0 0 0

Пруд Протяжный 70,8 58,4 58,4 58,4 29,2 41,6 41,6 41,6 0 0 0 0

Таблица 4

ожс (класс повреждения) 2000 | 2001 | 2002 | 2004 2000 | 2001 | 2002 | 2004 2000 | 2001 1 2002 1 2004 2000 | 2001 | 2002 | 2004

0 1 2 3

Кв. 358 75 41,7 25 20,8 25 20,8 50 58,4 0 25 20,8 16,6 0 12,5 4,2 4,2

Кв. 383 83,3 79,2 75 70,8 16,6 20.8 25 25 0 4,2 4,2 4,2 0 0 0 0

Кв. 385 79,2 75 50 45,8 16,6 25 45,8 41,7 4,2 0 4,2 8,4 0 0 0 4,2

Кв. 424 87,5 29,2 16,6 37,6 8,4 45,8 54,7 45,8 4,2 16,6 25 16,6 0 8,4 4,2 0

Кв. 425 83,3 70,8 62,5 41,7 8,4 20,8 25 41,7 8,4 8,4 12,5 12,5 0 0 4,2 4,2

Около п. Пушта 79,2 62,5 29,2 25 16,6 29,2 45,8 45,8 4,2 8,4 25 29,2 0 0 0 0

ТЭЦ 50 Г 8,4 0 45,8 ЕС 8 41,7 16,6 16,6 25 29,2 62,5 4,2 4,2 20,8 20,8 33,3

Очистные сооружения 20,8 16,6 4,2 33,3 33,3 33,3 20,8 37,6 37,6 зП 45,8 16,6 8,4 16,6 29,2 12,5

Варламовский пруд 37,6 45,8 58,4 79,2 45,8 37,6 29,2 16,6 16,6 16,6 12,5 4,2 0 0 0 0

Пруд Протяжный 58.4 70,8 75 91,7 37,6 20,8 16,6 4,2 4,2 8,4 8,4 4,2 0 0 0 0

2.3.1. Сравнение динамики изменения класса дефолиации за 2000-2004 годы

На основании данных табл. 1-4 нами были построены диаграммы и проанализированы полученные данные.

Класс дефолиации (ТЭМ)

Класс дефолиации (Оч.соор.)

2000 2001 2002 2004 2000 2001 2002 2004

1 Стабилизируется экологическое состояние деревьев по классу дефолиации деревьев на заповедных территория- 383, 385, 424, 425 кварталов МГЗ им. П.Г. Смидовича, что может говорить о малой техногенной нагрузке на данных площадях но все же заметен небольшой спад.

В 449 квартале Мордовского заповедника (около п. Пушта), как и в 358 немного возрастет количество деревьев с первым и вторым классами повреждения. Квартал 358 находится на месте гари, возможно это влияет на повышение дефолиации, к тому же это самый молодой сосняк и происходит естественное изреживание деревьев.

2. Стабильное состояние по классу дефолиации среди городских территорий в районе прудов Варламовский и Протяжное, являющимися памятниками природы и удаленными от урбанизированных территорий. В районе ТЭЦ, очистных сооружений экологическое состояние деревьев продолжает ухудшаться. УвйТ'чивг "тся число деревьев с первым классом повреждения и остается достаточно большой процент деревьев со вторым и третьим классом дефолиации, что говорит о значительном влиянии антропогенных Факторов и расположенного вблизи ж/д полотна междугороднего сообщеиия на состояние участка вблизи ТЭЦ.

2.3.2. Результаты хвои сосны обыкновенной по классу повреждений (ОЖС) за 2000-2004 годы

1. Анализ данных по ОЖС свидетельствует о том, что наилучшим состоянием древостоя сосны обыкновенной нами отмечен 383 квартал Мордовского заповедника и Варламовского пруда. Хотя анализ данных за 2000-2004 г. о незначительном снижении процентного состава древостоя с нулевым баллом и повышением и повышением процентного состава деревьев с первым классом повреждения в 383 квартале. А в районе Варламовского и Протяжного прудов на территории города наоборот повышается процентный состав деревьев с 1 и 2 классом повреждения.

2. Менее благополучное общее жизненное состояние деревьев нами выявлено в районе 425 квартала, п. Пушта МГПЗ им.Смидовича, а также в районах ТЭЦ и очистных сооружений г. Саров

Особенно хочется отметить, что в районе ТЭЦ нами выявлено 33,3% деревьев с 3 классом повреждения.

2000 2001 2002 2004 2000 2001 2002 2004

2.3.3. Результаты по форме кроны по 2000-2004 гг.

Анализируя форму кроны мы пришли к следующему выводу, что наибольший процент деревьев вюрмальной кронойв 383 квартале Мордовского запо ведника и в районе Варламовского пруда, что свидетельствует о том, что данные сообщества претИа начальные стадии естественного становления и изреживания. Кроме того, находятся в условиях хорошего увлажнения и освещения, пробная площадь Варламовского пруда хотя и испытывает некую антропогенную нагрузку, но она касается больше прибрежной зоны водоема.

Форма кроны (Кв.424) форма кроны (Кв.383)

2000 2001 2002 2004

Форма кроны(Кв.425)

2000 2001 2002 2004

100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20%

2000 2001 2002 2004

Форма кроны(Кв.385)

2000 2001 2002 2004

Форма кроны(Очистные coop.)

Форма кроны(ТЭЦ)

2000 2001 2002 2004 2000 2001 2002 2004

Форма кроны(Варламовское оз.)

2000 2001 2002 2004

Форма кроны(Пруд Протяжный)

2000 2001 2002 2004

Выводы

На основе анализа результатов, полученных в ходе исследований дефолиации хвои сосны обыкновенной, в рамках использованной методики, можно, как и в прошлом году, отметить улучшение состояния на пробных площадях кв. 385 и кв. 358 с МГЗ, ухудшение - на пробных площадях «Очистные сооружения» и «ТЭЦ» г. Сарова.

Среди городских площадей по всем параметрам наиболее благополучной является пробная площадь «Варламовское озеро», менее благополучной - <Очистные сооружения»; в заповеднике наименее повреждена площадь кв. 383, наиболее - кв. кв. 424 и 449.

Сравнение данных по всем исследуемым пробным площадям позволяет сделать заключение о большей техногенной загрязненности окружающей среды на территории города по сравнению с МГЗ им. П.Г.Смидовича.

3. Методика исследования структуры древостоев по напряженности роста

При исследовании структуры лесных сообществ обычно обращают внимание на пространственное расположение деревьев, подроста, подлеска, живого напочвенного покрова, мертвой древесины (пней, валежника) и т.п. Анализируется структура фитомассы - соотношение различных функциональных частей растений (листьев, репродуктивных органов, корней). Существует также понятие «таксационная структура древостоя» - распределение деревьев по высотам, диаметрам, запасу древесины и другим параметрам.

Настоящая методика основана иа анализе структуры древостоев по показателю напряженности роста, т.е. отношению высоты к диаметру (Ъ/ф. Напряженность роста -это физиолого-морфологическое отражение состояния как отдельно взятого дерева, так и древостоя в целом, зависящее от конкуренции за ресурсы среды, от почвенио-гидрологических условий и техногенного воздействия. Этот термин был введен в лесную науку Я.М. Медведевь.м в 1884 г. Достаточно давно было доказано, что большая напряженность роста ведет к ослаблению и гибели дерева, или к распаду в случае древостоя. Есть данные, подтверждающие, что структура древостоев по соотношению И/с! весьма стабильна и может служить индикатором их устойчивости. Однако накопленных к настоящему времени сведений еще не достаточно, не все закономерности твердо установлены, и каждое новое исследование в этой области представляет собой большую ценность.

3.1. Теоретические основы и методика исследования

Структура древостоев по показателю напряженности роста пока исследована недостаточно для формулирования каких-либо правил. Однако, на основании имеющегося экспериментального материала, а также твердо установленных закономерностей лесной таксации и биологии лесных деревьев, можно предположить, что структура будет изменяться в зависимости от возраста древостоев следующим образом.

В молодом насаждении после смыкания крон резко обостряется конкуренция за ресурсы среды (свет, воду, питательные вещества). Физиологической реакцией на это является увеличение у деревьев прироста в высоту. В то же время недостаток ресурсов не позволяет камбию продуцировать много клеток древесины, поэтому диаметр деревьев увеличивается незначительно. Результатом неравномерного протекания ростовых процессов является диспропорция в форме ствола: он вытянут в длину при относительно малой толщине.

В дальнейшем деревья с наибольшей величиной напряженности роста отмирают, не выдерживая конкуренции или повреждаясь ветром, снегом и т.п. Важнейшая проблема, с которой сталкиваются такие деревья и которая обычно оказывается для них роковой, - это необходимость поднимать воду с растворенными веществами (в том числе регуляторами роста) на большую высоту через малое сечение ствола. Такая водопро-водящая система неэффективна, особенно в случае хвойных, у которых вода движется по эволюционно более древним и менее совершенным структурам ■ трахеидам.

Кривые напряженности роста для молодых древостоев отличаются тем, что их левые ветви более пологие, чем правые. Это показывает накопление в популяции особей с высокими значениями Ь/с1.

Дифференциация и последующий отпад деревьев в насаждении - нормальный биоэкологический процесс. Когда он протекает успешно, из древостоя элиминируются деревья с экстремально высокими ветчинами напряженности роста, освобождая жизненное пространство для других деревьев. Однако иногда случается задержка дифференциации, и целый древостой демонстрирует высокие значения этого параметра. Это очень нежелательное явление для лесовода, так как перспективы получения хорошей

древесины сводятся к нулю. Более того, растущие на пределе своих возможностей деревья более-менее быстро достигают критических величин напряженности роста и отмирают в массе, либо, не имея резервов противостоять инвазиям патогенных организмов, легко становятся их жертвой.

В средневозрастном древостое, где процессы дифференциации и отпада протекают успешно, можно обнаружить деревья с весьма разными значениями Ъ/с1. Отображающая структуру такого древостоя кривая будет приблизительно симметричной относительно 6-го класса местоположения.

В старом древостое обычно трудно найти деревья с большими величинами напряженности роста. Для этого есть по меньшей мере две величины. Во-первых, к этому времени подавляющее большинство деревьев-аутсайдеров уже погибло или вырублено при рубках ухода. Во-вторых, с возрастом замедляется, а затем полностью прекращается прирост в высоту, хотя прирост по диаметру продолжается до самой смерти дерева, и, таким образом, отношение Ь/й изменяется в сторону снижения.

Равновозрастный древостой, состоящий из двух или более поколений деревьев той же породы, отличается максимальной структурной сложностью. Старшее поколение обычно представлено деревьями с самой низкой величиной напряженности роста, младшее — с самой высокой. Нередко бывает так, что деревья верхнего яруса выросли в условиях открытого места, например, заселили гарь или заброшенную пашню, и поэтому они имеют сильно сбежистый ствол. Выросшим под ними потомкам приходится конкурировать как между собой, так и с материнскими деревьями, морфологическим следствие чего является вытянутый, удлиненный, но относительно тонкий ствол. Затем может появиться следующее поколение и т.д., тогда как достигшие предельного возраста особи постепенно отмирают. Гибнут также и те, кто не выдержал конкуренции. Таким образом, из древостоя выпадают деревья с самой разной формой ствола и величиной напряженности роста, а у остающихся эти показатели закономерно изменяются.

В целом, кривая в данном случае будет более крутой, указывающей на сильную вариабельность отношения ИМ.

Таблица 5

Пробные площади Напряженность роста(И/с1) Полнота древостоя

358 1,15 230

383 0,94 513

385 1,13 241

424 0,99 230

425 0,96 428

449 0,99 342

Парк им. Зернова 1,16 262

ТЭЦ 1,19 341

Оч. сооружения 1,17 241

Варламовское оз. 1,15

Л. Протяжный 1,16

Напряженность роста по заповедным территориям

Напряженность роста по городским территориям

1 2 3 4 5

Классы местоположения

Выводы

Среди заповедных территорий мы выявили следующие виды древостоя: с задержанной дифференциацией (424), молодняк (358), разновозрастный (449,425) и спелый (383).

Среди городских территорий присутствуют перестойный древостой (Парк им. Зернова), спелый (Варламовское озеро и пруд Протяжный) и спелый с появившимся молодым насаждением (Очистные сооружения).

4. Оценка флуктуиру! « ей асимметрии билатеральных признаков

Под асимметрией в строении тела растений понимаются различные отклонения (нарушения) от строгой билатеральной симметрии (Захаров, 1987). Нарушения симметрии имеют вторичный характер.

Асимметрия может принимать вид антисимметрии (когда структура больше развивается то на одной, то на другой стороне тела вследствие отрицательной связи между сторонами), быть направленной (когда в норме какая-либо структура развита на одной стороне тела особи больше, чем на другой) или флуктуирующей, являющейся результатом нарушений онтогенеза организма. Вследствие этого, изучение флуктуирующей асимметрии может помочь как в оценке состояния популяций, так и среды их обитания, в значительной степени обусловливающей характер онтогенеза особей.

В.М. Захаровым (1987) предложено оценивать степень флуктуирующей асимметрии в популяциях по уровню дисперсии различий (а\) между величинами билатеральных признаков не от нуля (т.е. строгой симметрии), а от среднего уровня различий между значениями указанных признаков (А-Х/) на левой и правой сторонах листа растения.

п-1

М, = (2)

п

где ф-г - различие в значениях признака на левой и правой сторонах тела; п - объем выборки.

Ошибка (бу определяется по формуле (Сапунов, 1998)

8н = ^ (3)

п

4.1.1. Вычисление асимметрии билатеральных признаков

В работе был использован метод биоиндикации с помощью оценки асимметрии листьев березы бородавчатой и хвои сосны обыкновенной. В 2003 году изучались три параметра у березы бородавчатой: 1) ширина половины листа, 2) длина второй от основания жилки второго порядка, 3) угол между основной жилкой и второй от основания листа жилки второго порядка. У хвои сосны обыкновенной измерялась длина хвоинок в мутовке. Величина выборки - 100 листьев березы бородавчатой с каждого исследуемого участка, 100 мутовок хвои сосны обыкновенной с каждого исследуемого участка.

Вычисление асимметрии билатеральных признаков осуществляется по формулам (1)и(2).

Все полученные результаты были сведены в табл. 6-10.

ст2 Уровень дисперсии различий между билатеральными признаками

и>

-4

Ширины половины листа Длины жилок Угла между основанием и жилкой 2-го порядка Длины левой и правой хвои сосны в мутовке

Квартал 358 0,015 Квартал 358 0,075 Квартал 358 0,003 Квартал 358 0,0051

Квартал 383 0,003 Квартал 383 0,026 Квартал 383 0,0049 Квартал 383 0,0014

Квартал 385 0,072 Квартал 385 0,015 Квартал 385 0,0082 Квартал 385 0,004

Кваитал 424 0,095 Квартал 424 0,052 Квартал 424 0,0029 Квартал 424 0,009

Квартал 425 0,072 Квартал 425 0,022 Квартал 425 0,0033 Квартал 425 0,0014

квартал 449 0,012 Квартал 449 0,082 Квартал 449 0,002 Квартал 449 0.004

Парк им. Зернова 0,099 Парк им. Зернова 0,072 Парк им. Зернова 0,017 Парк им.Зернова 0,034

ТЭЦ 0.102 ТЭЦ 0,038 ТЭЦ 0,059 ТЭЦ 0,105

Озеро Варламовское 0,018 Озеро Варламовское 0,024 Озеро Варламовское 0,044 Озеро Варламовское 0.01«

Очистные сооружения 0,141 Очистные сооружения 0,053 Очистные сооюужения 0,066 Очистные сооружения 0,141

Пруд Протяжный 0.002 Лруд Протяжный 0.03 Пруд Протяжны1*' 0,034 Пруд Протяжный 0,023

Мс1 Средний уровень различий между билатеральными признаками

Ширины половин листа Длины жилок Угла между основанием и жилкой 2-го порядк? Длины левой и правой хвоинки сосны

Квартал 358 0,425 Квартал 358 0,084 Квартал 358 0,08 Квартал 358 0.0094

Квартал 383 0,101 Квартал 383 О.ООб-' Квартал 383 0,07 Квартал 383 0,0056

Кзартал 385 0.313 Квартал 385 0,007 Квартал 385 0,091 Квартал 385 0,006

Квартал 424 0,311 Квартал 424 0,0013 Квартал 424 0,055 Квартал 424 0,0021

Квартал 425 0,315 Квартал 425 0,0012 Квартал 425 0,04 Квартал 425 0,0013

Квартал 449 0,404 Квартал 449 0,007 Квартал 449 0,018 Квартал 449 0,006

Парк им.Зернова 0,429 Парк им. Зеонова 0,034 Парк им. Зернова 0,141 Парк им, Зернова 0,0025

т-чц 0,242 тщ 0,103 ТЭЦ 0.59 ТЭЦ 0,106

Озеро Варламовское 0,18 Озеро Варламовское 0,027 Озеро Вапламовское 0,103 Озеро Варламивскор 0.028

Очистные сооружения 0,434 Очистные сооружения 0,124 Очистные сооружения 0,45 Очистные юоружения 0,119

Пр. Протяжный 0,376 Пр. Протяжный 0,032 Пр. Протяжный 0,102 Пр. Протяжный 0,02Т

8(1 Ошибка измерений уровня различий билатеральных признаков

Ширины половин листа Длины жилок Угла между основанием и жилкой 2-го порядка Длины левой и правой хвоинки сосны

Квартал 358 0,00015 Квартал 358 0,000075 Квартал 358 0,00003 Квартал 358 0,000051

Квартал 383 0,00003 Квартал 383 0,000025 Квартал 383 0,00004 Квартал 383 0,0000 >44

Квартал 385 0,00072 Квартал 385 0,000015 Квартал 385 0,000082 Квартал 385 0,00004

Квартал 424 0,00095 Квартал 424 0,000052 Квартал 424 0,000029 Квартал 424 0,00009

Квартал 425 0,00072 Квартал 425 0,000022 Квартал 425 0,000033 Квартал 425 0,000014

Квартал 449 0,00012 Квартал 449 0,000082 Квартал 449 0,00002 Квартал 449 0,00004

Парк им. Зернова 0,00099 Парк им. Зернова 0,000072 Парк им. Зернова 0,000017 Парк им. Зернова 0,000034

ТЭЦ 0,00102 ТЭЦ 0,00038 ТЭЦ 0,00059 ТЭЦ 0,000105

Озеро Вяоламовское 0,00018 Озеро Варламовское 0,000024 Озеро Варламовское 0,00004 Озеро Варламовское 0,000019

Пр. Протяжный 0.00002 Пр. Протяжный 0,00003 Пр. протяжный 0,000034 Пр. Протяжный 0,000023

Очистные сооружения 0 00141 Очистные сооружения 0,00053 Очистные сооружения 0,00066 Очистные сооружения 0 00014

4,1.2. Сравнение полученных материалов

Полученные данные были обработаны и сведены в табл. 17,18.

Таблица 9

и> и} о

№ площадки Ширина половины листа Ошибка в подсчетах

<72 М„ ЭЙ

2002 г. 2003 г. 2004г. 2002 г. 2003 г. 2004г. 2002 г. 2003 г. 2004г.

424 0,08 0,08 0,095 0,185 0,183 0,311 0,005 0,0086 0,0095

385 0,014 0,067 0,072 0,152 0,13 0,313 0,0008 0,00075 0,00072

449 0,08 0,095 0,012 0,234 0,347 0,404 0,009 0,01 0,012

425 0,012 0,025 0,072 0,165 0,159 0,315 0,007 0,0072 0,0073

358 0,09 0,013 0,015 0,243 0,365 0,425 0,00098 0,001 0,0015

383 0,028 0,003 0,003 0,197 0,162 0,101 0,0005 0,0007 0,0009

Парк им. Зернова 0,078 0,089 0,099 0,246 0,367 0,429 0,00065 0,00084 0,0009

Пруд Протяжный 0,014 0,019 0,02 0,201 0,269 0,376 0,0001 0,0002 0,0002

Варламовское озеро 0,012 0,015 0,018 0,18 0,134 0,18 0,0024 0,002 0,0019

ТЭЦ 0,075 0,088 0,102 0,161 0,198 0,242 0,0008 0,0009 0,0017

Очистные сооружения 0,078 0,123 0,141 0,175 0,234 0,434 0,007 0,032 0,044

№ площадки Длины жилок листа Ошибка в подсчетах

а1 Мй П

2002 г. 2003 г. 2004 г. 2002г. 2003г. 2004 г. 2002 2003 г. 2004 г.

358 0,0037 0,0049 0,0051 0,069 0,072 0,084 0.0039 0,0046 0,0051

383 0,009 0.007 0,0044 0,073 0,086 0,0067 0,0003 0,007 0,0044

425 0.006 0,009 0,0014 0,04 0,17 0.0012 0,001 0,029 0,0014

424 0,005 0,002 0.006 0,048 0,048 0,00 Ц 0,00008 0,002 0,009

385 0,004 0 002 0,004 0,032 0,039 0,007 0.00004 0,002 0,004

449 0,002 0,0035 0,004 0,0036 0,005о 0,007 0,0037 0,0039 0,004

Очистные сооружения 0,089 0,542 0,014 0,21 0,074 0,124 0,008 0,005 0,0014

Парк им. Зернова 0,001 0,0012 0,0014 0,027 0,031 0,034 0.001 0,001 0,0011

Пруд Протяжный 0,00*7 0,002 0,0023 0,024 0,028 0,032 0,0014 0,0017 0,0023

ТЭЦ 0,007 0,932 0,105 0,073 0,097 0,103 0,0002 0,009 0,00105

Варламовское озеро 0,0005 0,498 0.0019 0,06 0,123 0,027 0,007 0,015 0.0019

Анализ табл. 6, 7, 8 свидетельствует о том, что наибольшая степень флуктуирующей асимметрии ширины половины листа березы бородавчатой наблюдается в кварталах № 424, 358 МГПЗ им. П.Г. Смидовича. 424 и 449 кварталы занимают периферийное положение по розе ветров, что негативно сказывается на их жизненное состояние. Квартал № 358 находится на месте гари, деревья располагаются довольно скученно, находятся в условиях плохого освещения, что также является фактором негативного состояния. Наиме"ылая степень флуктуирующей асимметрии выявлена в 383 квартале. Квартал 383 (сосняк-беломошник) занимает центральное положение и удален от источников загрязнения, кроме того лиственные породы находятся в условиях хорошего освещения.

Среди городских исследуемых площадок наибольшая степень Флуктуирующей асимметрии нами была выявлена в районе очистных сооружений, одинаковую степень флуктуирующей асимметрии имеют пробные площади в районе ТЭЦ и парка культуры и отдыха им. Зернова. В 2003 году в районе ТЭЦ проводилась очистка дна пруда Боровое, что несомненно имеет смысл , но прилегающие фитоценозы испытывали повышенное антропогенное давление. Очистные сооружения подвергаются негативному влиянию как со стороны ГОРАВТОТРАНСА, так и со стороны железобетонного завода. Кроме того, влияние оказывает ведение строительных работ в районе пробной площади. Вероятнее всего на экологически-неудовлетворительное состояние флоры данной площади оказывает синершческое действие разных поллютантов. В районе ТЭЦ и парка им. Зернова степень флуктуирующей асимметрии намного выше, чем в исследуемых кварталах заповедника.

Наибольшую степень флуктуирующей асимметрии длины хвои в мутовке нами была выявлена в районе 358 квартала среди заповедных территорий, а в городе в районе ТЭЦ. Наименьшую степень в 383 квартале, а в городе в районе Варламовского озера и пруда Протяжный. Хотя степень флуктуирующей асимметрии в районе Варламовского озера самая низкая, её значение существеннее выше, чем её степень в районе заповедника. Возможно, это объясняется повышенной рекреационной нагрузкой со стороны предприятий ВНИИИЭФ, ГОРАВТОТРАНСА и со стороны отдыхающий горожан.

Наибольшая степень флуктуирующей асимметрии по длине жилок наблюдается в 358, 449 кварталах МГПЗ, а в городе - в районе очистных сооружений и ТЭЦ. Наименьшая степень флуктуирующей асимметрии по длине жилок наблюдается в 383 квартале МГПЗ, а в городе в районе Варламовского озера и пруда Протяжный.

Наименьшая степень флуктуирующей асимметрии угла между основной жилкой и жилкой второго порядка отмечена в районе Варламовского озера города. Наибольшая степень - з районе Очистных сооружений города и в 358 квартале МГПЗ.

Данные по длине жилок коррелируются с другими показателями флуктуирующей асимметрии, что свидетельствует об объективности проведенных исследований.

Полученные данные по флуктуирующей асимметрии коррелируются с полученными результатами по дефолиации хвои сосны обыкновенной на этих площадях.

Выводы

1. На территории заповедника степень флуктуирующей асимметрии ширины половины листа и длина хвои в мутовке увеличивается в 358, 424 и 449 кварталах МГПЗ и незначительно снижается в 383 квартале.

2. На территории города незначительно снижается степень флуктуирующей асимметрии флуктуирующей в районе Варламовского озера и Пруда Протяжный и увеличивается на остальных площадках города, что свидетельствует о повышении антропогенной нагрузке на урбанизированные территории города.

Изучение флуктуирующей асимметрии может помочь в оценке состояния фито-ценозов и среды их обитания.

4.2. Биоиндикаиия антропогенной нагрузки по анатомо-морфологическим изменениям у высших растений асимметрии билатеральных признаков

Изучение изменений биохимических и физиологических реакций растений под влиянием антропогенных воздействий требует специальных лабораторий и обученного персонала, дорогостоящих реактивов и приборов. Потому и в наше время, несмотря на бурное развитие физико-химической биологии, в практике фитоиндикации часто учитывают анатомо-морфологическим изменения растений. Такие исследования привлекают в первую очередь незначительными затратами труда и средств при наблюдении и оценке наблюдаемых явлений.

Для некоторых стрессовых факторов уже подобраны различные морфологические индикаторы. С их помощью возможна индикация при различных дозах воздействия и организация биомониторинга. С помощью методов фитоиндикации, основанных. на изучении анатомо-морфологических изменений растений, можно составлять картосхемы антропогенного влияния. Кроме того, анатомо-морфологические методы индикации находят применение при отборе устойчивых линий лесных, плодовых и декоративных деревьев для целей селекции.

В качестве примера рассмотрим микро- и макроскопические изменения высших растений, наиболее часто применяемых для индикации антропогенных воздействий (Биоиндикация ..., 1998). Однако с^дует учитывать, что степень пригодности этих изменений для фитоиндикации различна.

Микроскопические изменения.

- Изменение размеров клетки.

- Плазмолиз.

- Изменение степени ксероморфизма листьев.

- Изменение структуры древесины.

макроскопические изменения.

Изменение окраски листьев

- хлороз;

- пожелтение;

- побурение;

- покраснение;

- изменение окраски; серебристая окраска.

Некрозы.

- точечные и пятнистые некрозы; межжилковые некрозы; храевые некрозы;

- верхушечные некрозы;

- некрозы околоплодника.

Дефолиация (опадение листвы-).

Изменения размеров органов большей частью неспецифичны. Например, в окрестностях заводов по производству удобрений у сосен хвоя удлиняется под воздействием нитратов и укорачивается под воздействием КСЬ; у ягодных кустарников задымление вызывает уменьшение размеров листьев.

Изменение формы, количества и положения органов. В результате локальных некрозов происходит уродливая деформация листовой пластинки, фасциация или искривление побегов, сращение или расщепление отдельных органов, уменьшение или увеличение в числе частей цветка, смена пола и другие аномалии под действием радиоактивного облучения или гормональных гербицидов.

Изменения направления, формы роста и ветвления

Изменения прироста.

Изменения плодовитости.

Методика по измерению площадей листовых пластинок

Провести измерения количественных показателей надземных органов растений, данные измерений занести в таблицу.

Измерение площадей листовых пластинок планиметром, при его отсутствии с помощью миллиметровой бумаги. Для получения достоверных результатов необходимо проводить измерения не менее чем у 30 экземпляров растений.

Полученные результаты обработать с применением методов вариационной статистики и данные также занести в таблицу.

4.2.1. Вычисление анатомо-морфологическим изменениям у высших растений асимметрии билатеральных признаков

Вычисление асимметрии билатеральных признаков осуществляется по формулам

(4) и (5).

1. Среднее арифметическое показателя

х = 2X1.

п

где п - количество повторностей; X; количество листовых пластиной.

(4)

2. Среднее квадратическое отклонение показателя

(Т

(5)

3. Ошибка среднего арифметического показателей

о

(6)

Р = Ж

4.2.2. Сравнение полученных материалов

Полученные данные были обработаны и сведены в табл. 11.

Березняки

№ площадки V о2 8

435 25,707 7,67 1,4

Варламовское озеро 25,39 7,63 2,41

385 21,7 1,59 0,37

334 20,075 3,26 0,56

Маслиха-1 15,875 2,75 0,87

383 15,5 2,49 0,72

424 15 1,85 0,41

Очистные сооружения 14,125 2,8 0,89

425 13,44 1,89 0,44

Маслиха-2 13,05 1,59 0,48

ТЭЦ 12,725 1,63 0,51

Анализ данных табл. 16 показывает, что у растений подвергающихся повышенным антропогенным нагрузкам на урбанизированных территориях г. Сарова, происходит измельчение площади листовой пластинки по сравнению с березняками МГЗ. Так наибольшая площадь листовой пластинки зафиксирована на территории 435 квартала МГЗ и в районе Варламовского озера. Данные территории расположены в значительном удалении от различных источников загрязнения. Также относительно высокая площадь листовой пластинки была отмечена на территории МГЗ в 385 и 334 кварталах. Данные кварталы занимают центральное положение в заповеднике и испытывают незначительные рекреационные нагрузки.

На остальных площадях замечен резкий спад площади листовой пластинки. Так как территории МГЗ занимают периферийное местоположение, а городские испытывают значительное антропогенное воздействие.

4.2.3. Демографический анализ ценопопуляций древесных эдификаторов лесных экосистем

Метод определения антропогенных нарушений при помощи демографического анализа ценопопуляций растений имеет большое значение при диагностике лесных экосистем, оценки их состояния в условиях антропогенных воздействий. Этот метод может служить также основой при разработке природоохранных и хозяйственных мероприятий в лесных сообществах. Детальное изучение ценопопуляций древесного здификатора позволяет оценить сложившуюся в лесном фитоценозе ситуацию. Наиболее просто определяемым признаком климаксового (устойчивого) состояния лесной экосистемы является полночленность возрастного состава вида-эдификатора. Именно популяция здификатора обеспечивает развитие и существование как отдельных компонентов, так и всей экосистемы в целом.

Материалы и оборудование

Веревки, размеченные по 5 м; бланки описания; рулетка (до 50 м); рамка 1x1 м (мегал-лическая или деревянная); ключи для определения возрастных состояний липы и дуба.

Объекты исследования - липа сердцевидная (Tilia cordata), дуб черешчатый (Quercus robur).

Нами был выбран участок широколиственного леса, в состав которого входят перечисленные выше древесные эдификаторы. Мы ограничивали мерными веревками пробную площадь 400 м2 (20x20 м).

Далее на пробной площади проводился перечет всех особей древесных эдифика-торов, начиная с виргинильного возрастного состояния. Данные заносят в перечетную ведомость.

Вид V gl g2 g3 s

Липа

Дуб

Учет ювенилъных и имматурных особей проводился на трансекте (ширина трансекты — 1м, длина — 20 м). После этого производили пересчет количества молодых растений на всю пробную площадь, исходя из пропорции: 20 м2 — N особей; 400 м2 - х особей, или х - 20 IV где N - число особей, зафиксированных на трансекте, х - число особей на всей пробной площади. При этом для ювенильных и имматурных особей составлялись разные пропорции.

Онтогенез древесных растений имеет ряд отличительных особенностей, связанных со спецификой данной жизненной формы. Во-первых, в отличие от травянистых растений, онтогенез древесных видов сильно растянут по продолжительности. Во-вторых, в зависимости от условий произрастания и биологических особенностей конкретного вида онтогенез может иметь различные варианты (поливариантность ВШ^генеза).

При нормальных условиях развития возможно последовательное прохождение всех этапов онтогенеза завершенный онтогенез. В случае отмирания дерева в старом генеративном состояние без перехода в сенильное состояние онтогенез можно считать не вполне завершенным. Если растение гибнет прежде, чем приступает к плодоношению, онтогенез коротко незавершенный.

Угнетенный подрост деревьев может проходить не только возрастные этапы молодости, но и старости: достигает сенильного состояния, минуя генеративное. Это неполный вариант онтогенеза. При этом происходит формирование особого морфологического типа (жизненной формы), принимающего вид: маленького одноствольного деревца, имеющего достаточно большой порядок ветвления и сильно развитое основание стволика (дуб); многоствольного куста с сильно расширенной базальной частью (дуб, липа); или стланика - происходит образование достаточно большого количества молодых особей за счет вегетативного размножения (липа), получивших название «квазисе-юшьных», или «торчков».

Квартал Вид ] ¡т V 81 ё2 ёз Учет^ пи

334 Липа 8 5 25(1с) 27 - 1 5 2160

358 Липа 55 19 70(2с) 8 4 1 - 3180

383 Дуб - - 6 8(1 с) - - - 300

385 Дуб - 3 4(1с) 5 1 - - 280

410 Липа 16 18 39(2с) 5 6(2с) Зс 7 1960

424 Липа 5 13 3 1 - 3 250

Дуб - 7 4 - - - - 110

425 Липа 4 4 2 3 - - - 260

Дуб - 1 15 7 3 - - 520

435 Липа 4 - 16 2 - - - 440

Дуб 16 6 35 7 - - - 1140

Такие особи нельзя считать погибшими, так как при смене условий произрастания (освещение, отсутствие механических повреждений) есть вероятность перехода из покоящегося состояния активного роста с последующим переходом в другие этапы онтогенеза.

Таблица 13

Районы города Вид ) ¡т V & вз Б Учет], ¡л]

ТЭЦ Липа - 10(1с) 17(1с) 4(1 Зс) 2(1 с) 1 5 1100

Дуб 1 2 - - - - 60

Парк Липа - 9 2 5 1 3 1 420

Очистные Липа - - 2с 1 1с - - 40

Озеро Варламовское Липа 28 21 47(7с) 5 4(1с) 1 - 2280

Анализ таблиц 12, 13 свидетельствует о том, что в районе Варламовское и в 410 квартале по возрастным состояниям липы сердцевидной установилось климаксное сообщество, так как нами были встречены все возрастные кат егории. На этих пробных площадях обнаружено большое количество стлаников, за счет вегетативного размножения. По анализу возрастных состояний дуба встречаются единичные экземпляры юве-нильных и имматурных особей а это говорит либо о начинающемся онтогенезе и о вторичной сукцессии, либо о неполном варианте онтогенезе.

В районе парка им. Зернова отсутствует ювенильная стадия и наблюдается снижение генеративных особей до единичных экземпляров. Эт»-подтверждает повышенную рекреационную нагрузку на онтогенез популяций исследуемых видов.

В районе Очистных сооружений нами было выявлено полное отсутствие ювенильных, имматурных и взрослых генеративных особей. Это свидетельствует о незавершенном онтогенезе, скорее всего связанного с антропогенным воздействием на эту пробную площадь.

В 334 и в 358 кварталах отмечено полное отсутствие дуба и преобладание липы сердцевидной. В данных кварталах отсутствует средневозрас гные особи, это также свидетельствует о незавершенном онтогенезе.

В 383 квартале и 385 квартале отсутИвует начальные и конечные стадии онтогенеза. Кроме того на этих пробных площадях нами был выявл§р неполный вариант онтогенеза, наблюдалось формирование необычной особой морфологической жизненной формы, принимающей вид: маленького одноствольного деревца, имеющего большой порядок ветвления и сильно развитое основание стволика.

В квартале 435 и 425 на момент исследования в онтогенезе наблюдается тенденция к смене липняков на дубравы.

Проведенные исследования по возрастным категориям ценопопуляций липы сердцевидной и дуба черешчатого подтверждают данные по дефолиации хвои сосны обыкновенной, лихеноиндикации, флуктуирующей асимметрии на исследуемых пробных площадях.

Хотелось бы отметить, что по разным исследуемым признакам те кварталы заповедника и города, испытывающие наибольшее абиотическое или антропогенное влияние, так или иначе фигурируют в анализе данных как наиболее неблагополучные.

5. Рекреационная оценка лесных массивов города Жарова

Таблица 14

Шкала рекреационной оценки пробной площади

Характеристика участка Балл

Участок имеет наилучшие показатели по состоянию древесно-кустарниковой растительности, напочвенного покрова и др. элементов. Передвижение удобно во всех направлениях. Возможно использовать для отдыха без проведения мероприятий по благоустройству территории. 1

Участок имеет хорошие показатели по состоянию древесно-кустарниковой растительности, напочвенному покров} и др. элементам. Передвижение ограничено по некоторым направлениям. Возможно использовать для отдыха после проведения незначительных мероприятий по благоустройству территории. 2

Участок имеет больше плохих показателей, чем хороших, по состоянию древесно-кустарниковой растительности, напочвенному покрову и др. элементам. Передвижение затруднено во всех направлениях. Для организации отдыха необходимо проведение мероприятий, требующих значительных капитальных затрат по благоустройству территории. 3

Таблица 15

Шкала оценки биологической устойчивости насаждений

Классы устойчивости Размер и характеристика текущего отпала (усыхающие деревья и свежий сухостой) Общий размер усыхания (деревья 2 и 3 группы состояния + захламленность) Наличие вредителей и болезней леса Состояния лесной среды

1 устой чивые До 2% происходит за счет деревьев с диаметром на высоте 1,3 м менее среднего До 5% Отсутствует или единичные повреждения Не нарушены

2 - устойчивость нарушена Отпад в 2 и более раза превышает размер естественного отпада; происходит за счет деревьев с диаметром на высоте 1,3 м близким к среднему 6-40% Часто имеются, могут иметь массовое распространение и высокую численность Как правило нарушены, полнота неравномерная, или низкая

3 - устойчивость утрачена 40% и более (для осинников — 50% и более, полнота менее 0,7)

Шкала санитарно-гигиенической оценки пробной площади

Характеристика участка Балл

Участок в хорошем состоянии, воздух чистый, хорошая вентиляция, отсутствие шума, паразитов, гр;тых зарослей. Имеют место ароматические запахи, лесные звуки, сочные краски. 1

Участок в сравнительно хорошем санитарном состоянии, незначительно захламлен и замусорен, имеются отдельные сухостойные деревья, воздух несколько загрязнен, шум периодический или отсутствует. 2

Участок в плохом санитарном состоянии, захламлен мертвой древесиной, замусорен. Имеются места свалок мусора, наличие карьеров и ям. сильно загрязненный воздух (в т.ч. неприятные запахи). Место ветренное, сильно затененное, высокий уровень шума, наличие паразитов, избыточного увлажнения, густых зарослей. 3

Шкала эстетической оценки пробной площади

а) Насаждения

1 класс — хвойные и лиственные насаждения I-II классов бонитета с длинными и широкими кронами деревьев, хорошей проходимостью по участку, со здоровым, красивым подлеском и подростом средней густоты, отсутствием на участке захламленности и мертвого леса;

2 класс - насаждения среднего класса бонитета (III) с участием ольхи и осины до 5 единиц состава при средней ширине и длине крон, густотом или угнетенном подросте и подлеске с частичной захламленностью (до 5 м3 на 1 га);

3 класс - насаждения с преобладанием ольхи и осины, а также хвойные низших классов бонитета (IV-V). с плохо развитыми кронами с частичной захламленностью (от 5 м2/га и выше).

б) Открытые пространства

1 класс - площадь до 1,0 га (прогалины, поляны), хорошо дренированные свежие сухие почвы; участки площадью от 1 до 3 га со сложными, извилистыми границами, хорошо выраженным рельефом, декоративными опушками, имеются единичные декоративные деревья или сформировавшиеся древесно-кустарниковые группы; небольшие красочные водоемы с ясно выраженными беретами, обрамленными декоративной растительностью;

2 класс - открытые пространства больших размеров с конфигурацией границ простой формы; водные пространства, обрамленные малодекоративной растительностью; участки без древесной растительности, заросшие кустарниками;

3 класс - необлесившиеся вырубки, пашни, линии электропередачи, хозяйственные дворы, болота и другие открытые площади и водоемы с низкой декоративностью.

5. А Рекреационная оценка лесного массива в районе ТЭЦ

Для оценки биологической устойчивости насаждений к рекреационным нагрузкам по их состоянию - наличию вредителей и болезней древесных пород, общему состоянию

лесной среды - выделяются 3 класса устойчивости: от 1 классг - устойчивые насаждения до 3 класса - устойчивость утрачена. По данному показателю в районе ТЭЦ преобладают насаждения 2 класса биологической устойчивости - их устойчивость нарушена: отпад (усыхающие деревья и свежий сухостой) в 2 раза превышает размер естественного отпада, общий размер усыхания (деревья 2-й и 3-й группы состояния и захламленность) составляет 6-40%, древостой могут быть подвержены массовым заболеваниям и распространению вредителей, состояние лесной среды нарушено, полнота насаждений неравномерная или низкая.

Для оценки насаждений по степени устойчивости к отрицательным антропогенным воздействиям выделяются 4 класса устойчивости: от I класса — повышенной устойчивости до IV класса - пониженной устойчивости. По данному показателю лесной массив относятся к П-му классу устойчивости насаждений, т.е. к устойчивым, интенсивность рекреационного использования допустима до 500 чел.-дн./га, а в среднем было выявлено 260 человек на гектар.

Для определения общей привлекательности лесных массивов для отдыха выделяются 3 класса эстетической оценки участков: от 1 класса — наивысшая эстетическая привлекательность для отдыха до 3 класс. - низкая эстетическая оценка. По данному показателю леса имеют высокую эстетическую оценку - 2-го класса. Участки частично захламлены. Имеются участки без древесной растительности. Кроме того, следует учесть, что в эту лесную зону входят антропогенные ландшафты: железная дорога, автодорога, теплотрассы, жилая многоэтажная застройка, что снижает рекреационные и эстетические качества водоохранной зоны озера. В 2004 году в районе ТЭЦ проводилась очистка пруда Боровое.

5.2. Рекреационная оценка лесного массива в районе очистных сооружений

По показателю биологической устойчивости насаждений к рекреационным нагрузкам преобладают 2 класс биологической устойчивости, так как существующий опад (усыхающие деревья и свежий сухостой) в 2 раза превышает размер естественного опада, общий размер усыхания составляет 5-50%, древостой могут быть подвержены массовым заболеваниям и распространению вредителей. Кроме того, оживленная дорога предприятия ГОР АВТОР АНСА и близость железобетонного завода могут усугубить экологическое состояние исследуемого лесного массива. По оценке насаждений по степени устойчивости к отрицательным антропогенным воздействиям лесной массив в районе очистных сооружений относится к П-му классу устойчивости, т.е. к устойчивым. По оценке общей благоприятности лесов для отдыха нами был получен 3 балл, т.е. в удовлетворительном состоянии. Некоторые участки захламлены бытовым мусором, присутствуют шумы от автодороги и присутствует запах от предприятия «Очистные сооружения».

5.3. Рекреационная оценка лесного массива в районе пруда Протяжное

Устойчивость насаждений к рекреационным воздействиям не нарушена, однако есть и участки 2 класса биологической устойчивости (в северо-восточной части пруда) -

их устойчивость нарушена: отпад (усыхающие деревья и свежий сухостой) в 2 раза превышает размер естественного отпада, общий размер усыхания (деревья 2-й и 3-й группы состояния и захламленность) составляет 6-40%, древостой могут быть подвержены массовым заболеваниям и распространению вредителей, состояние лесной среды нарушено, полнота насаждений неравномерная или низкая.

Для оценки насаждений по степени устойчивости к отрицательным антропогенным воздействиям выделяются 4 класса устойчивости: от I класса - повышенной устойчивости до IV класса - пониженной устойчивости. По данному показателю леса водоохранной зоны пруда относятся ко П-му классу устойчивости насаждений, т.е. к устойчивым, интенсивность рекреационного использования допустима до 500 чел. дн./га (или 1680 чел.-час/га в год) загрязненность воздушного бассейна возможна в пределах умеренной (до 4 км от источника выброса).

Для оценки общей благоприятности лесов для отдыха применяется 3-х балльная шкала санитарно-гигиенической оценки территории' от 1 балла > наилучшие показатели для отдыха до 3 балла - неблагоприятные условия для отдыха. Согласно этим нормативам в водоохранной зоне преобладают леса с хорошей характеристикой (1 балл): участки в хорошем санитарном состоянии, воздух чистый, отсутствие шума и резких запахов, живописный пейзаж, хотя в наиболее посещаемых участках лесного массива имеются участки с пониженной санитарно-гигиенической оценкой (2 балла), так как они несколько захламлены и замусорены бытовым мусором.

5.4. Рекреационная оценка лесного массива в районе пруда Варламовский

По данному показателю в районе пруда преобладают насаждения 1 класса биологической устойчивости - их устойчивость не нарушена, однако есть и участки 2 класса биологической устойчивости - их устойчивость нарушена: отпад (усыхающие деревья и свежий сухостой) в 2 раза превышает размер естественного отпада, общий размер усыхания (деревья 2-й и 3-й группы состояния и захламленность) составляем 6-40%, древостой могут быть подвержены массовым заболеваниям и распространению вредителей, состояние лесной среды нарушено, полнота насаждений неравномерная или низкая.

Для оценки насаждений по степени устойчивости к отрицательным антропогенным воздействиям выделяются 4 класса устойчивости: от I класса — повышенной устойчивости до IV класса - пониженной устойчивости По данному показателю леса в районе пруда лесной массив относятся ко П-му классу устойчивости насаждений, т.е. к устойчивым, загрязненность воздушного бассейна возможна в пределах умеренной величины.

Для оценки общей благоприятности лесов для отдыха применяется 3-х балльная шкала санитарно-гигиенической оценки территории: от 1 балла наилучшие показатели для отдыха до 3 балла - неблагоприятные условия для отдыха. Согласно этим нормативам в водоохранной зоне преобладают леса с хорошей щрактеристикой (1 балл): участки в хорошем санитарном состоянии, воздух чистый, отсутствие шума и резких запахов, живописный пейзаж. В наиболее посещаемых участках водоохранной зоны имеются участки с пониженной санитарно-гигиенической оценкой (2 балла): участки в сравнительно хорошем санитарном состоянии, несколько захламлены и замусорены бытовым мусором.

6. Изучение деградацг-л лесных экосистем в условиях рекреационньи «агрузок

На заложенных пробных площадях отмечается изменение видовопр состава и биологического разнообразия, ярусности и сомкнутости различных структурных элементов, биопродуктивности, уплотнения почвы и ее оголения, а также визуальные признаки нарушенное™ отдельных структур (древостоя, живого напочвенного покрова, подлеска, возобновления и т.п.). В результате в нарушенной экосистеме возрастает доля антро-погенноустойчивых и синантропных видов (табл. 17), служащих индикаторами степени дигрессивных изменений. На фоне этих процессов наблюдается исчезновение малоустойчивых собственно-лесных флористических элементов.

Таблица 17

Характеристика стадии рекреационной деградации лесных экосистем

Стадия деградации (степень дигрессии) Характеристика нарушения структуры фитоценоза

0 Ненарушенные насаждения: сохранение всех ярусов, господство собственно-лесных видов, отсутствие чужеродных флористических элементов; полная сомкнутость древесного полога

1 Слабо нарушенные насаждения: полная сохранность древосгоя, подлеска и крупного подроста; разреживание мохово-ьлшайникового покрова (при наличии этих компонентов в исходном насаждении); слабая затронутость травяно-кусгарникового яруса; заметное повреждение подроста младших возрастов (по нарушенным местам — активизация появления всходов/ господство собственно-лесных видов, на фоне которых единичная встречаемость нелесньгх; нелесные виды — не более 10%.

2 Средняя степень нарушенности сообщества: древостой сохраняется практически полностью (выпадение отдельных деревьев, единичные прогалины); заметные повреждения подлеска и крупномерного подроста (как ярус - сохраняется); полное исчезновение мохового покрова (отдельные незначительные пятна); угнетенное состояние собственно лесных видов в травостое; заметное участие сорно-лутовых видов на общем фоне лесного покрова; собственно-лесные виды - более 50%.

3 Значительно нарушенные насаждения (критическое состояние), древостой с нарушенной сомкнутостью (в различной степени); отсутствие сомкнутого подроста и подлеска (единично уцелевшие экземпляры); сохранение отдельных видов лесного покрова на общем фоне заносных растений; отсутствие фитоценотического влияния древостоя на живой напочвенный покров; лесные виды - 10-20%.

4 Полностью разрушенное лесное сообщество: низкая полнота древостоя (вплоть до значительного распада); господство сорных и луговых (а также степных видов); значительная эрозия песчаных почв и переуплотнение суглинистых; лесные виды менее 10%.

5 Отсутствие сомкнутой растительности (полный кризис локальной экосистемы); отдельные куртины древостоя или угнетенные отдельные деревья; голая переуплотненная или разбитая почва с несомкнутыми разрозненными пятнами сорно-лугового или остепненного покрова; затрудненность поселения новой растительности

Первыми исчезают мхи и лишайники как наиболее хрупкие (и потому самые слабые) жизненные формы, занимающие экологическую нишу высотой 5-10 см. Далее выпадают лесные виды травяно-кустарникового яруса и древесные всходы. Средней степени антропогенного воздействия соответствует выпадение кустарникового подлеска и соответствующего по размерам древесного подроста Последним стадиям свойственны значительные разреживания и выпадение древостоя, после чего древесная популяция уже не представляет собой единого целого, а характеризуется как разрозненная группа.

Различают три критических уровня в процессе антропогенного распада лесов. Первый уровень связан с потерей исходного типа лесного фитоценоза, на месте которого начинает формироваться новый антропогенный тип леса. Снижается биологическая устойчивость древесных пород за счет ослабления положительных консортивных связей и интенсивной вспышки вредителей и фитофагов (демонстрируются многочисленные повреждения древесных видов). Происходит снижение жизненности древесных пород, уменьшается количество подроста, обеспечивающего устойчивость древесной популяции.

Второй критический уровень связан с полным распадом лесного типа экосистемы (выпадением или значительным разреживанием древостоя) и господством рудеральных ценозов. Однако при этом сохраняется вероятность восстановления лесного типа сообщества. Такая ситуация складывается на вырубке, лугу или в поле, в лесной зоне, которые обязательно зарастают лесом при снятии воздействия.

Третий критический уровень - полный кризис локальной экосистемы - возникает, когда глубокая антропогенная деградация затрагивает абиотическую среду - экотоп (переуплотнение, спекание, отравление почвы) или образование обширных оголенных площадей, неспособных более воспринимать новую растительность (обеспечивать укоренение всходов). Понадобятся долгие годы биологического выветривания, чтобы как-то нормализовать подобную ситуацию. Полное сведение растительности на значительных территориях в условиях рыхлых песков способствует образованию развеваемого ветром нестабильного субстрата и может вызвать процессы опустынивания.

6.1. Стадии рекреац юнной дигрессии лесного массива в районе ТЭЦ

Преобладают леса III стадии дигрессии: значительное изменение лесной среды рост и развитие деревьев ослаблены, до 10% стволов с механическими повреждениями; подрост и подлесок угнетены; подстилка и почва значительно уплотнены, вытоптано до минеральной части почвы 6-40%.

6.2. Стадии рекреационной дигрессии лесного массива в районе очистных сооружений

Лесной массив имеют Ш-1У стадии дигрессии и характеризуются от значительной до сильной нарушенное™ лесной среды: древостой куртинно-лугового типа, деревья значительно угнетены, 11-20% стволов с механическими повреждениями; подрост и подлесок редкие или отсутствуют; в составе травостоя до 50% луговых и сорных видов; подстилка на открытых местах отсутствует^ытоптано до минеральной части почвы 41-60% площади. В данных участках, небольших по площади и приуроченных к наиболее посещаемым местам, необходимо значительное регулирование рекреации.

6.3. Стадии рекрес, ¡ионной дигрессии лесного массива врайоне пруди Протяжное

Преобладают леса I II стадии дигрессии малонарушенные. Однако вблизи пруда

на наиболее посещаемой северовосточной части водоохранной зоны имеются участки лесов III стадии дигрессии, значительное изменение лесной среды, рост и развитие деревьев ослаблены, до 10% стволов с механическими повреждениями; подрост и подлесок угнетены; подстилка и почва значительно уплотнены, вытоптано до минеральной части почвы 6-40%.

6.4. Стадии рекреационной дигрессии лесного массива в районе пруда Варламовский

Преобладают леса 1-П стадии дигрессии малонарушенные. Однако вблизи автодороги и напротив промышленной площадки ВНИИЭФ, имеются участки лесов III стадии дигрессии: значительное изменение лесной среды, рост и развитие деревьев ослаблены, до 10% стволов с механическими повреждениями; подрост и подлесок угнетены; подстилка и почва значительно уплотнены, вытоптано до минеральной части почвы 6-40%.

7. Химический анализ воздуха

Функции Росгидромета на местах выполняют УГМС и его подразделения. На территории Нижегородской области данным подразделением является ВерхнеВолжское УГМС. Верхне-Волжское УГМС имеет лицензию на выполнение указанных работ. Одна из точек отбора находилась в непосредственной близости к пробной площади ТЭЦ города Сарова.

Таблица 18

Расположение точек экспедиционного наблюдения за состоянием загрязнения атмосферного воздуха в г. Саров

Номер точки Местоположение точки (адрес) Контролируемые вещества

№2 Данная точка находится з непосредственной близости к ТЭЦ (ул. Бессарабенко и ул. Силкина) Взвешенные вещества, оксид углерода, циоксвд азота, диоксид серы, фенол, формальдегид

Таблица 19

Территории города с наиболее высокими максимальными концентрациями примесей

Район Примесь Максимальная разовая концентрация

мг/м1 вПДК

Ул. Бессарабенко и у.)!. Силкина Взвешенные вещества 0,3 0,6

Диоксид азота 0,09 ы

Диоксид серы 0,014 0,03

Оксид углерода 2,0 0,4

Фенол 0,004 0,4

Формальдегид 0,013 0,4

В июле в районе расположения обнаружено незначительное единичное превышение санитарной нормы максимально-разовой концентрацией диоксида азота 1,1 ПДК.

Уровень содержания диоксида серы, оксида углерода и фенола и формальдегида был значительно ниже допустимого.

8. Анализ хвои сосны обыкновенной на содержание тяжелы; металлов

8.1. Методика исследований

Отобранн ле пробы хвои сосны обыкновенной были подвергнуты анализу на предмет содержания тяжелых металлов.

Исследования по определению металлов в пробах проводились в отделе прикладной и аналитической химии Центра ядерной и радиационной физики Российского Федерального Ядерного Центра - Всероссийского научно-исследовательского института экспериментальной физики (РФЯЦ-ВНИИЭФ). Определение металлов и мышьяка в пробах хвои сделано начальников экологической службы предприятия «Горводоканал», начальником химико-бактериологической лаборатории B.C. Деминой.

В пробах определяли содержание металлов: Be (бериллий), Си (медь), РЬ (свинец), Cd (кадмий), N1 (никель), Sn (олово), Ti (титан), Zn (цинк), Сг (хром), Мп (марганец), Ва (барий), Fe (железо).

Для определения использовали метод атомно-эмассионного спектрального анализа (АЭСА).

При анализах проб хвои использовали процедуры обработки проб, рекомендованные «Методическими рекомендациями по проведению полевых и лабораторных исследований почв и растений при контроле загрязнения окружающей среды металлами». Применяемая схема обработки проб состояла в следующем. Пробы высушивали в течение 6-8 часов при температуре 70-120 °С, а затем озоляли в течение такого же времени при температуре 350-450 °С. Полученные навески золы обрабатывали несколько раз 5М азотной кислотой при нагревании и перемешивании. Полученные азотнокислые растворы отделяли от нерастворившихся частиц фильтрованием и определяли в них содержание указанных выше компонентов методом ААСА. Для анализа использовали АА-спектрометр с пламенным и электротермическим атомизаторами.

Таблица 20

Результаты определенъя содержания м^^нае на исследуемых площадях в пробах хвои

Элемент Содержание элемента в пробах хвои, мкг/г (мг/кг) сухой массы'А

МГЗ-424 МГЭ-383 Варламовка ТЭЦ Очистные

Cd (5,7±2,8)х10"2 (3,8±1,9)х10"2 (8,5±4,3)х10"2 (3,5±1,7)х10"2 (3,1±1,5)х10"2

Ni 1,0±0,3 1,4±0,4 1,1±0,3 1,2±0,3 1,0±0,3

Си 2,0±0,3 2,2±0,4 2,6±0,4 2,8±0,5 2,4±0,4

Мп 709±92 420±55 200±26 46±6 80±10

РЬ 0,51 ±0,08 0,54+0,08 0,36±0,06 0,9±0,1 0,9±0,1

Zn 29±3 45±4 59±6 41±4 29±3

As (6,9=tl,7)xl(X2 (6,7±1,7)х10~2 (4,8±1,2)х10'2 (1,9±0,5)х10~2 (8,4±2,1)х10"2

Cr 0,9±0,1 6,4±0,8 0,7±0,1 1,1±0,1 1,3±0Д

Fe 113±25 66±14 50±11 128±28 464±102

Hg (0,4±0,1)х10~2 <4,0x10"3 <1,7х10"3 <3,5х10~3 <2,7x10'3

Примечания.

Содержание определяемого компонента приведено в 2 видах записи: если концентрация, найденная в пробе, превышает минимально определяемую данным методом, то результат представлен как с+Дс, где с - концентрация определяемого компонента, найденная в пробе данным методом, а Ас — общая абсолютная погрешность определения данной концентрации при двусторонней доверительной вероятности 0,95.

- если концентрация, найденная в пробе, шоке минимально определяемой данным методом (ниже чувствительности метода), то результат анализа приведен в виде <стш, где ст1Г] чувствительность метода (минимальная концентрация, определяемая данным методом при данных условиях проведения анализа).

8.2. Анализ данных

1. Наибольшее суммарное содержание тяжелых металлов было отмечено в пробе с пробной площади «Очистные сооружения». В пробе зарегистрировано наибольшее количество Си, РЬ, "П, Ре, Сг. Это позволяет, сделать вывод о повышенной концентрации выхлопных газов на данной территории.

2. На пробной площади «383» отмечено наибольшее содержание Мп и высокое содержание Ре, 'П.

3. Пробные площади «Варламовское озеро» находятся в лесном массиве и удалены от источников загрязнения, что и обусловило наименьшее суммарное содержание тяжелых металлов в пробе.

9. Рекомендации

1. Цревесно-кустарниковая растительность в районе ТЭЦ представлена в основном искусственными насаждениями ивы белой, ольхи черной, тополя бальзамического, березы. Естественная растительность представлена либо сохранившимися участками пойм (чернольшаники), либо сильно изреженными и нарушенными участками сосняков и березняков. Имеются участки, захламленные бытовым и промышленным мусором (особенно в районе железной дороги).

Для обустройства водоохранной зоны озера перспективно создание гармоничных ландшафтных групп из декоративных деревьев и кустарников, разбивка цветников и формирование газонов, устройство мест отдыха населения. Таким образом, необходимо провести коренную реконструкцию ландшафтов водоохранной зоны, особенно на пляжах. Необходимо провести очистку берегов озера от бытового мусора. Также следует рассмотреть вопросы по устранению возможных сбросов в озеро и р. Саровку от промышленных предприятий и принятию мер по недопущению загрязнения от данных объектов. В целом, для улучшения рекреационных условий необходимо проведение архитектурно-ландшафтных изыскательских работ, с последующей реализацией проекта.

2. Экологическое состояние участка в районе «Очистных сооружений» обуславливается фактически сложившимися на период обследования обстановкой в водоохраннной

зоне, гидрологическим режимом, гидрохимическими и гидробиологическими показа телями. В городской черте характеризуется значительной яарушенностью лесной среды, отсутствием травостоя в результате вытаптывания, захламленностью отдельных участков бытовым мусором.

Следует отметить, что возрастная структура древостоев водоохранной зоны в городской черте является неудовлетворительной, поскольку большую долю от общей площади имеют перестойные насаждения, нуждающиеся в обновлении, а доля молод-няков в настоящее время невелика. Кроме того, здесь значительна доля низкополнотных лесов и имеются редины, что требует дополнения и реконструкции этих насаждений.

3. Для восстановления и сохранения экологического благополучия естественных насаждений в районе пруда Протяжное и пруда Варламовский г. Саров в качестве первоочередных мероприятий рекомендуются следующие:

1) Соблюдение специального режима на территории водоохранной зоны в соответствии с действующими правилами и нормами.

2) Необходимо обеспечить очистку леса и вывоз мусора с территории водоохранной зоны в районе пруда Протяжное, особенно в захламленных участках леса в северовосточной части водоохраной зоны, где мусор складирован в карстовых воронках. В районе пруда Варламовский следует установить в наиболее посещаемых местах, доступных для автотранспорта, мусорные контейнеры и обеспечить регулярную вывозку мусора. Также необходимо организовать места для отдыха в наиболее посещаемых местах: установить скамьи, беседки, навесы от дождя.

3) Необходимо усилить контроль за соблюдением норм пожарной безопасности. Особенно важно проведение рейдов лесной охраны в пожароопасный период, а также выполнения всего комплекса работ по повышению устойчивости лесов к лесным пожарам. Для защиты лесов водоохранной зоны пр. Протяжное от пожаров необходимо выполнить комплекс противопожарных мероприятий: создание сети минерализованных полос; усиленная охрана патрулями в пожароопасный период; расстановка предупредительных аншлагов по противопожарной безопасности в местах отдыха населения; установка шлагбаумов и других препятствий для проезда автотранспорта в лесные массивы; другие противопожарные мероприятия (поднятие крон в молодняках сосновых насаждений, устройство противопожарных разрывов и барьеров и др.).

По итогам исследования были сформулированы предположительные причины изменения состояния лесных массивов. Для оценки изменений состояния пробных площадей города и заповедника планируется продолжение исследований в следующем году.

10. Выводы по комплексным экологическим исследованиям

1. Среди городских площадей по всем исследуемым параметрам наиболее благополучным является пробная площадь - «Варламовское озеро», которая наиболее удалена от урбанизированных территорий, но находится в 50 метрах от промышленной площадки РФЯЦ ВНИИЭФ, наименее благополучной пробная площадь — «Очистные сооружения», находящаяся в непосредственной близости от городских предприятий Горавтотранс и железобетонный завод.

2. Среди заповедных территорий наиболее благополучная по экологическим параметрам квартал 383 (сосняк-беломошник), занимающий центральное положение среди кварталов заповедника, наименее благополучное — квартал 424 (занимающий периферийное положение) и 449 (находящийся в близи посёлка Пушта).

3. На территории заповедника степень флуктуирующей асимметрии ширины половины листа и длины хвои в мутовке увеличивается в 358, 424, 449 кварталах МПГЗ и не значительно снижается в 383 квартале. На территории города незначительно снижается степень флуктуирующей асимметрии в районе Варламовского озера и пруда Протяжное и увеличивается на остальных исследуемых площадях города, что свидетельствует о повышенной антропогенной нагрузке на данной территории.

4. Демографический анализ ценопопуляций древесных эдификаторов показал, что в районе Варламовского озера установилось климаксное сообщество, в районе парка им. Зернова и Очистных сооружений отсутствуют ювенильные и иматурные особи, которые свидетельствуют о незавершённом онтогенезе в большей степени связанного с антропогенным воздействием на данной площади.

5. Рекреационная оценка лесных массивов города показала, что по биологической устойчивости насаждений к рекреационным нагрузкам преобладает второй класс (т.е. их устойчивость нарушена), по общей привлекательности лесных массивов преобладает второй класс (т.е. достаточно высокая эстетическая оценка), хотя исследоваемые участки захламлены и замусорены.

6. Лесные экосистемы в районе города находятся на 2-3 стадии деградации, т.е. от средней до значительной ступени нарушенное™.

7. Химический анализ воздуха и хвои сосны обыкновенной на содержание солей тяжелых металлов подтверждают данные биоиндикационных исследований.

8. Исследования на заповедных территориях, которые нами были выбраны как фоновые, показали, что кроме антропогенного влияния на экологическое состояние исследуемых сообществ влияют и абиотические факторы среды (степень освещённости, гидрологический и почвенный режимы, а также изменение климатических условий в течение исследуемых летних периодов).

9. Рекомендуем обеспечить очистку леса и вывоз мусора с территории памятников природы в районе пруда Протяжное и пруда Варламовское, усилить охрану патрулями в пожароопасный период, расставить аншлаги в местах отдыха населения, установить шлагбаумы и другие препятствия для проезда автотранспорта в лесные массивы.

Список литературы

1. Анализ экологического состояния в ЗАТО Арзамас-16. 1999//Комприроды ЗАТО, г. Саров, 2000.

2. Габирова Л.В., Дундин ЮЖ., Коптяева ТФ., Филин В.Р. Водоросли, лшиайнши и мохообразные СССР. М: Мысль, 197Г*

3. Кулагин Ю.З Древесные растения и промышленная среда. М.: Наука, 1974

4. Сшадский Ю.В. Сосна, ее вредители и болезни. М.: Наука, 1983.

5. Соколов В.Е., Попова 3.А., Попов К.И. Автотранспорт - источник загрязнения окружающей среды//Региональный экологический мониторинг. М.: Наука, 1993.

6. Алехин В. В. Методика полевого изучения растительности и флоры. М.: Наука, 1983.

7. Летопись Мордовского Государственного Заповедника им. П. Г. Смидовича. Раздел «Лихенофлора». МГЗ, 1988 г.

8. Кайбияйнев Л.К., Болодинский В.К., Софронова Г.И. Фотосинтетический сток углерода с сосновых древостоях вблизи крупных источников промышленной эмиссии поллютантов//Журн. «Экология», 1998. №2. С. 83-88.

9. Рубцов В.И., Новосельцева А.И., Попов В.К., Рубцов В.В. Биологическая продуктивность сосны в лесостепной зоне/'/Комприроды ЗАТО г. Сарова. Саров, 2000. М.: Наука, 1976.

10. Отчет о состоянии атмосферного воздуха г. Саров, в соответствии с договором №5/01-Ф от 04.04.2000 территориального центра по мониторингу загрязнения окружающей среды.

11. Основные положения организации и ведения лесного хозяйства в лесном фонде ЗАТО г. Саров, М. 1996.

12. Степаненко И.И. Лесная типология//Методическое пособие по проведению учебно-исследовательской работы в системе дополнительного образования. М.: Изд-во МНЭПУ. 1998.

13. Экологический мониторинг Часть II: учебное пособие//Под ред. Проф. Д.Б. Гелашвили, Н. Новгород. Изд-во ННГУ, 2000.

14. Юннатский вестник. 2002. № 2-3.