CC BY
0УДК 630*181.2: 57.044
DOI: 10.24412/cl-37200-2024-670-674
ЭКОЛОГО-БИОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ЛЕСОВОССТАНОВЛЕНИЯ И ЗАЩИТНОГО ЛЕСОРАЗВЕДЕНИЯ НА НАРУШЕННЫХ ТЕРРИТОРИЯХ ЛЕСОСТЕПНОГО ЮЖНОГО ПРИУРАЛЬЯ
ECOLOGICAL AND BIOLOGICAL JUSTIFICATION OF FOREST RESTORATION AND PROTECTIVE AFESTORATION IN DISTURBED TERRITORIES OF THE FOREST-
STEPPE SOUTH URAL REGION
Кулагин А.Ю. Гиниятуллин Р.Х. 2 Kulagin A.Yu., Giniyatullin R.Kh.
Уфимский институт биологии Уфимского федерального исследовательского центра РАН,
Уфа, Россия
Ufa Institute of Biology of the Ufa Federal Research Center, Russian Academy of Sciences,
Ufa, Russia
E-mail: 1coolagin@list.ru, 2grafak2012@yandex.ru
Аннотация. В лесостепных условиях Южного Приуралья региональные геохимические особенности и деятельность горнорудных предприятий приводят к повышению содержания металлов в окружающей среде (атмосфера, почвенный покров, водные объекты). Естественные ивняки выступают звеном в оптимизации экологической обстановки речных долин (реки Таналык, Худолаз и Карагайлы). В листьях, ветвях, коре и корнях ивы трехтычинковой (Salix triandra L.) аккумулируются металлы. Среднее содержание металлов в различных органах не превышает нормативов, установленных для растений. По среднему содержанию в различных органах ивы трехтычинковой металлы образуют следующий ряд по убыванию: Fe > Mn > Zn > Cu > Cd > Pb. Наибольшие значения содержания металлов отмечаются в растениях ивы трехтычинковой, произрастающих в пойме р. Карагайлы. Показано, что ивовые насаждения выполняют защитную функцию в части накопления металлов в органах и ограничивают миграцию металлов в окружающей среде. Проведение мероприятий по лесовосстановлению и защитному лесоразведению в долинах и поймах рек в лесостепном Южном Приуралье с использованием видов рода Salix L. - быстрорастущих высокопродуктивных древесных растений, устойчивых к промышленным загрязнителям позволяет увеличить долю лесопокрытой площади и улучшить экологическую обстановку в регионе.
Ключевые слова: Южное Приуралье, поймы рек, Salix triandra L., аккумуляция металлов, защитное лесоразведение охрана окружающей среды.
Abstract. In the forest-steppe conditions of the Southern Urals, regional geochemical features and the activities of mining enterprises lead to an increase in the content of metals in the environment (atmosphere, soil cover, water bodies). Natural willow forests act as a link in optimizing the ecological situation of river valleys (the Tanalyk, Khudolaz and Karagaily rivers). Metals accumulate in the leaves, branches, bark and roots of willow (Salix triandra L.). The average content of metals in various organs does not exceed the standards established for plants. According to the average content in various organs of S. triandra, metals form the following descending series: Fe > Mn > Zn > Cu > Cd > Pb. The highest values of metal content are observed in S. triandra plants growing in the floodplain of the Karagaily river. It has been shown that willow plantings perform a protective function in terms of the accumulation of metals in organs and limit the migration of metals in the environment. Carrying out measures for reforestation and protective afforestation in the valleys and floodplains of rivers in the forest-steppe Southern Urals using species of the genus Salix L. - fast-growing, highly productive woody plants resistant to industrial pollutants allows to increase the share of forested area and improve the environmental situation in the region.
Key words: Southern Urals Region, river floodplains, Salix triandra L., accumulation of metals, protective afforestation, environmental protection.
Введение. Регион Южного Приуралья характеризуется наличием месторождений полезных ископаемых [1-3], разработка которых приводит к значительным нарушениям природного комплекса и загрязнению окружающей среды [4]. Одним из аспектов последствий разработки месторождений, обогащении руд является загрязнение водных ресурсов [5-7]. В контрастных лесорастительных условиях резко континентального климата Южного Приуралья и Зауралья сформировался мозаичный растительный покров [8].
Актуальным вопросом выступает оценка роли пойменной растительности в ограничении распространения загрязнителей в окружающей среде [9-12]. В качестве основных загрязнителей вод рек Таналык, Худолаз и Карагайлы в Зауралье отмечены Cu, Zn, Mn и Fe [13]. В регионе в составе ивняков в поймах рек распространена ива трехтычинковая (Salix triandra L.). Относительное жизненное состояние пойменных насаждений ивы трехтычинковой в условиях антропогенного загрязнения в среднем характеризуется как «здоровое».
Цель исследования - характеристика особенностей накопления металлов в органах ивы трехтычинковой в естественных насаждениях в поймах рек Таналык, Худолаз и Карагайлы в условиях загрязнения вод промышленными предприятиями Южного Приуралья и Зауралья.
Материалы и методы. Исследования проводились на территории 10 участков: на 4 створах р. Таналык, на 3 створах р. Худолаз и на 3 створах р. Карагайлы (рисунок 1).
Рисунок 1. Карта расположения участков проведения исследований на рр. Таналык, Худолаз и Карагайлы (условные обозначения приведены в тексте).
Створы р. Таналык: Т1 - фоновый (выше г. Баймак), Т2 - выше п. Бурибай (п. Самарское, до приема стоков Бурибайского ГОК), Т3 - ниже п. Бурибай (на 1 км выше данного створа осуществляет сброс сточных вод Бурибайский ГОК), Т4 - замыкающий (п. Мамбетово, граничит с Оренбургской областью). Створы р. Худолаз: Х1 - фоновый (п. Казанка), Х2 - ниже п. Калинино (после впадения стоков предприятий г. Сибай), Х3 - замыкающий (п. Новопокровский, пограничный с Челябинской областью). Створы р. Карагайлы (правобережный приток р. Худолаз): К1 - ниже сброса шахтных вод Сибайского филиала УГОК, К2 - ниже сброса сточных вод очистных сооружений (ОС) ООО «Водосбыт», КЗ - устье.
Объекты исследования - естественные насаждения ивы трехтычинковой (Salix triandra L. forma discolor), расположенные на пойменных участках рек (рисунок 1).
При сборе и анализе образцов растительного материала руководствовались общепринятыми методами [14-18]. Содержание элементов (Cu, Zn, Mn, Fe, Pb, Cd) в образцах определялось методом атомно-абсорбционной спектрофотометрии с пламенной атомизацией (ацетилен-воздух) на приборе Contr AA 300, Analytik Jena.
Использовались стандартные методы статистической обработки фактического материала [19, 20].
Результаты исследований и их обсуждение. Распределение металлов в органах ивы трехтычинковой неоднородно и связано с удаленностью от источника загрязнения (рисунок 2). Максимальные концентрации металлов отмечаются у растений, произрастающих в зоне воздействия предприятий горнопромышленного комплекса, что согласуется с результатами ряда исследований [21, 22].
мг/кг 14 -|
12 -
10 -
8 -
6 -
4 -
2 -
0
tu Ш lift ¡я-И
Li
Т1 Т2 Т3 Т4 Х1 Х2 Х3 К1 К2 К3 □ листья □ ветви □ кора □ корни
мг/кг 160 -| 140 -120 -100 -80 -60 -40 -20 -0^
Mn
П-гГТ
1зГЖ
нл
Т1 Т2 Т3 Т4 Х1 Х2 Х3 К1 К2 К3 злистья □ветви □ кора □ корни
Х2 Х3 □ кора
К1 К2 К3 □ корни
Cu
40 30 20 10 -0
Т2 Т3 Т4 Х1 Х2 Х3 К1
□ кора
]корни
мг/кг 160 -
140 -120 -100 -80 -60 -40 -20 -0 -
Fe
Id
Li
Т1 Т2 Т3 Т4 Х1 Х2 Х3 К1 К2 К3
□ листья □ ветви □ кора □ корни
мг/кг 3,0 п
и L аЛ* ц в и L ж
s кл
Т1 Т2 Т3 Т4 Х1 Х2 Х3 К1 К2 К3
□ ветви □ кора
Cd
2,0
1,0 -
0,0
Рисунок 2. Содержание металлов в различных органах ивы трехтычинковой (Salix triandra L. f. discolor), произрастающих в поймах рек Таналык, Худолаз и Карагайлы (мг/кг сух. в-ва) (условные обозначения приведены в тексте).
Установлено неравномерное накопление металлов в различных органах ивы трехтычинковой - наибольшее содержание Cu отмечается в листьях и корнях, Zn - в коре и листьях, Mn - преимущественно в листьях, Fe - в корнях, Pb и Cd - в коре (рисунок 3).
Поступление металлов в растения определяется физико-химическими особенностями элементов, ландшафтно-геохимическими условиями их миграции, способностью растений к аккумуляции металлов в органах и их физиологической ролью в метаболических процессах [23]. По долинам рек с речным стоком происходит миграция промышленных загрязнителей, в том числе и металлов [24]. Естественные ивняки выступают звеном в оптимизации экологической обстановки речных долин, о чем свидетельствует способность аккумулировать ряд техногенных металлов [25, 26]. Данное обстоятельство определяет перспективность проведения мероприятий по лесовосстановлению и защитному лесоразведению в долинах и поймах рек в лесостепном Южном Приуралье. Использование видов рода Salix L. - быстрорастущих высокопродуктивных древесных растений, устойчивых к промышленным загрязнителям позволяет увеличить долю лесопокрытой площади и улучшить экологическую обстановку в регионе.
Рисунок 3. Соотношение металлов в различных органах ивы трехтычинковой (Salix triandra L. f. discolor), произрастающих в поймах рек Таналык, Худолаз и Карагайлы (мг/кг сух. в-ва) (А - содержание элементов в листьях, Б - в ветвях, В - в коре, Г - в корнях; условные обозначения приведены в тексте).
Заключение. Региональные геохимические особенности и деятельность горнорудных предприятий в Южном Приуралье и Зауралье обуславливают повышенные концентрации металлов в воде рек и в донных осадках [27, 28]. Среднее содержание металлов в различных органах ивы трехтычинковой в целом не превышает нормативов, установленных для растений. По среднему содержанию в различных органах ивы трехтычинковой металлы образуют следующий ряд по убыванию: Fe > Mn > Zn > Cu > Cd > Pb. Наибольшие значения содержания металлов отмечаются в растениях ивы трехтычинковой, произрастающих в пойме р. Карагайлы. Таким образом, прибрежные ивовые насаждения выполняют защитную функцию в части накопления металлов в органах и ограничивают миграцию металлов в окружающей среде.
Исследования выполнены с использованием оборудования центра коллективного пользования «Агидель» в рамках плановых исследований по бюджетной теме № 1230207001525 FMRS-2023-0008 «Устойчивость лесообразующих древесных видов и эколого-биологические адаптации с учетом антропогенной трансформации ландшафтно-природных комплексов».
Список литературы
1. Чибилёв А.А., Левыкин С.В., Рябуха А.Г. Актуальные проблемы современного степеведения // Аридные экосистемы. 2012. № 4. С. 97-101.
2. Чибилев А.А. Бассейн Урала: история, география, экология. Екатеринбург: УрО РАН, 2008. С. 312.
3. Абдрахманов Р.Ф., Ахметов Р.М. Влияние техногенеза на поверхностные и подземные воды Башкирского Зауралья и их охрана от загрязнения и истощения // Ежегодный геологический сборник. Уфа: ИГ УНЦ РАН, 2007. № 6. С. 266-269.
4. Ильин В.Б., Степанова М.Д. О фоновом содержании тяжелых металлов в растениях // Изв. Сиб. Отд. АН СССР. Сер. Биол. науки. 1981. № 5/1. С. 26-32.
5. Балков В.А. Водные ресурсы Башкирии. Уфа: Башкнигоиздат, 1978. С. 176.
6. Гареев А.М. Реки и озера Башкортостана. Уфа: Китап, 2001. С. 260.
7. Смирнова Т.П. Роль химико-биологических факторов в формировании экологического состояния малых рек в зоне влияния горно-обогатительных комбинатов: Автореф. дисс... канд. хим. наук. Казань, 2009. С. 11.
8. Курманова Л.Г., Курманов Р.Г., Кулагин А.Ю. Геоботаническая характеристика растительных сообществ долин рек Таналык, Худолаз и Карагайлы // Известия Самарского науч. центра РАН, 2012. Т. 14. № 1. С. 94-99.
9. Elowson S. and Christersson L. Purification of groundwater using biological filters // in P. Aronsson
and K. Perttu (eds), Willow Vegetation Filters for Municipal Wastewater and Sludges, Swedish University of Agricultural Sciences, Uppsala. 1994. Р. 219-223.
10. Eltrop L., Brown G., Joachim O. and Brinkmann K. Lead tolerance of Betula and Salix in the mining area of Mechernich / Germany // Plant Soil. 1991. Р. 131, P. 275-285.
11. Hammer D., Kayser A., Keller C. Phytoextraction of Cd and Zn with Salix viminalis in field trials // Soil Use and Management. 2003.No 19. Р. 187-192.
12. Ling T., Jun R., Fangke Y. Effect of cadmium supply levels to cadmium accumulation by Salix // Int. J. Environ. Sci. Tech. Summer, 2011. No 8 (3). Р. 493-500.
13. Опекунова М.Г. Оценка экологического состояния почв в районе воздействия горнорудных предприятий Южного Урала. // Ресурсный потенциал почв - основа продовольственной и экологической безопасности России. Материалы международной научной конференции посвященной 165-летию со дня рождения В.В. Докучаева. СПб, 2011. С. 440-442.
14. Сукачев В.Н. Программа и методика биогеоценологических исследований. М.: Наука, 1966. 333 с.
15. Алексеев В.А. Некоторые вопросы диагностики и классификации поврежденных загрязнением лесных экосистем // Лесные экосистемы и атмосферное загрязнение // Л.: Наука, 1990. С.38-54.
16. Методические указания по определению тяжелых металлов в почвах сельхозугодий и продукции растениеводства. М.: ЦИНАО, 1992. С. 20-23.
17. Зырин Н.Г., Обухов А.И. Спектральный анализ почв, растений и других биологических объектов. М.: Изд-во МГУ, 1977. С. 334.
18. ГОСТ 27262-87. Корма растительного происхождения. Методы отбора проб. М.: ИПК Издательство стандартов, 2002. С. 7.
19. Зайцев Г.Н. Математическая статистка в экспериментальной ботанике. М., 1984. 424 с.
20. Ивантер Э.В., Коросов А.В. Введение в количественную биологию. Петрозаводск: Изд-во ПетрГУ, 2014. 298 с.
21. Григорян К.В. Влияние загрязненных промышленными отходами оросительных вод на содержание тяжелых металлов в почве и в некоторых сельскохозяйственных культурах // Почвоведение. М.: Наука, 1984. № 9. С. 97.
22. Ильин В.Б. Тяжелые металлы в системе почва-растение. Новосибирск: Наука, Сиб. отд-ние, 1991. С. 51.
23. Голдовская Л.Ф. Химия окружающей среды. М.: Мир; БИНОМ. Лаборатория знаний, 2007. С. 295.
24. Мур Дж., Рамамурти С. Тяжелые металлы в природных водах: Контроль и оценка влияния. М.: Мир, 1987. С. 288.
25. Kuzovkina Y.A. and Quigley M.F. Willows beyond wetlands: uses of Salix L. species for environmental projects // Water, Air, and Soil Pollution. 2005. No 162. Р. 183-204.
26. Perttu K.L. and Kowalik P.J. Salix vegetation filters for purification of water and soils // Biomass Bioenerg. 1997. No 12 (1). Р. 9-19.
27. Курманова Л.Г., Кулагин А.Ю. Динамика содержания и распределения химических элементов в водах рек Башкирского Зауралья // Вестник Удмуртского университета. Серия 6: Биология. Науки о Земле. 2012. Вып. 1. С. 3-8.
28. Алибаева Л.Г., Кулагин А.Ю. Содержание и распределение химических элементов в донных отложениях рек Башкирского Зауралья // Вестник Удмуртского университета. Серия 6: Биология. Науки о Земле. 2013. Вып. 1. С. 3-8.
