CC BY
109
ЭКОЛОГИЯ
МЕТОДОЛОГИЯ ОЦЕНКИ И ПРОГНОЗА СОСТОЯНИЯ ДУБРАВ В УСЛОВИЯХ АНТРОПОГЕННЫХ ВОЗДЕЙСТВИЙ
(НА примере московского региона)
Е.Э. МУЧНИК, вед. науч. сотр. Ин-та лесоведения РАН, докт. биол. наук,
Н.Ф. КАПЛИНА, вед. науч. сотр. Ин-та лесоведения РАН, канд. биол. наук,
Н.Ю. КУЛАКОВА, науч. сотр. Ин-та лесоведения РАН, канд. биол. наук,
Н.Н. СЕЛОЧНИК, ст. науч. сотр. Ин-та лесоведения РАН, канд. биол. наук,
Л.С. ЕРМОЛОВА, ст. науч. сотр. Ин-та лесоведения РАН, канд. биол. наук.
[email protected]; [email protected]; [email protected]; [email protected]; [email protected] Институт лесоведения РАН, Советская 21, п/о Успенское, Московская обл. 143030 Россия
На основе результатов обследования модельных парковых, лесопарковых и лесных участков насаждений с доминированием дуба черешчатого в Московском регионе предложена методология оценки состояния дубравных биогеоценозов, находящихся под воздействием различных сочетаний факторов среды (загрязнения, рекреации и др.). Разработаны оценочные шкалы категорий состояния дубовых древостоев, фитоценоза в целом, мико- и лихенобиоты, почвы. Для оценки и прогноза долгосрочного состояния (5 -15 лет) дубрав рекомендуется оригинальная классификация развития крон дуба черешчатого, при этом наиболее значимыми показателями являются доля раскидистых деревьев от числа живых и доля деревьев благонадежного состояния от числа раскидистых. Оценку и прогноз краткосрочного состояния (1-5 лет) дуба в неблагоприятных экологическихусловияхрекомендуется проводить по второму показателю с учетом признаков восстановления кроны после повреждений. Для уточнения категории и прогноза состояния насаждения с учетом микобиоты разработана шкала категорий на основе количественных данных о поражении грибами деревьев дуба и спектре экологических групп грибов-макромицетов в сообществе. Оценочная шкала трансформации растительного покрова в целом разработана на основе процентного участия наиболее характерного для дубняков региона комплекса «лесных» эколого-ценотических групп: суммы неморальных и бореальных видов. В шкале оценки общего уровня загрязнения среды на модельных объектах учитывается интенсивность поступления поллютантов, концентрации тяжелых металлов в почве и значения рН почвенной вытяжки. Шкала, характеризующая уровень антропогенной трансформации лихенобиоты, основана на показателе видового богатства и полноте спектров экобиоморф и эколого-субстратных групп. Шкала азотного загрязнения базируется на процентном содержании ацидофитных видов в эпифитном лишайниковом покрове дуба. Каждый модельный объект оценивается по состоянию различных компонентов биогеоценоза и получает определенный набор категорий/баллов, являющийся основой для сравнения объектов между собой, а также для долговременного мониторинга.
Ключевые слова: дубравные биогеоценозы, городские леса, дубовые древостои, морфология крон, антропогенная трансформация, растительный покров, микобиота, загрязнение почв, лихенобиота, азотное загрязнение
Городские леса и парки выполняют важную средоохранную и средоформирующую роль, на 40-50 % снижают влияние негативных факторов, воздействующих на жителей города [9]. Дубравы в Московском регионе более редки, чем насаждения с доминированием других пород, но очень перспективны для выращивания. В связи с этим обоснованная оценка и прогнозирование состояния дубрав весьма актуальны.
Цель работы - разработка методологии оценки и прогноза состояния парковых и лесопарковых насаждений с доминированием дуба черешчатого. Задачи: оценить воздействие различных комплексов факторов среды (поступление загрязняющих веществ в насаждения, интенсивности рекреации и нек. др.) на основные компоненты дубрав (фитоценоз, мико- и лихенобиоту, почву); разрабо-
тать оценочные шкалы для каждого из компонентов; дать прогноз состояния изученных модельных объектов.
Для комплексного обследования были выбраны следующие модельные объекты (№ ПП).
1. Природно-исторический парк «Измайлово» (южная часть, N 55о 46' E 37о 48'): 1.1 на расстоянии до 50 м от шоссе Энтузиастов и 1.2 на расстоянии более 100 м от этого же шоссе в Терлецком лесопарке;
2. Участок с доминированием дуба в Серебряноборском опытном лесничестве Института лесоведения РАН (вблизи ул. Осенняя и Рублевского шоссе, N 55о 45' E 37о 23'): 2.1 на расстоянии до 50 м от Рублевского шоссе и 2.2 на расстоянии более 100 м от этого же шоссе, внутри лесного массива;
216
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 6/2014
ЭКОЛОГИЯ
3. Парк «Дубки» (N 55о 49' E 37о 34'):
3.1 на расстоянии до 50 м от Ивановского проезда и 3.2 на расстоянии более 100 м от этого же проезда;
4. Воронцовский парк (N 55о 40' E 37о 32'): 4.1 на расстоянии до 50 м от ул. Ворон-цовские пруды и 4.2 на расстоянии более 100 м от этой же улицы;
5. В качестве контроля использовали участок с доминированием дуба в Пушкинском районе Московской области, 99 кв. Пушкинского участкового лесничества Правдинс-кого лесхоза-техникума (N 56о 07' E 37о 59'):
5.1 на расстоянии до 50 м от Ярославского шоссе и 5.2 на расстоянии более 100 м от этого же шоссе, внутри лесного массива.
Для более полного изучения влияния на древостои дуба конкурентных отношений и рекреации описывались дополнительные площадки: в Терлецком лесопарке - 1.2.1 и 1.2.2, соответственно; в Серебряноборском лесничестве - 2.2.1 и 2.2.2, соответственно; в Воронцовской дубраве - 4.2.1 и 4.2.3, соответственно, и их совместное влияние 4.2.2; у Ярославского шоссе - влияние конкуренции (5.1.2 и 5.2.2). В то же время, на придорожной площадке 5.1 не проводились описания растительного покрова и микобиоты.
В насаждениях обследовали деревья и древостои дуба среднего и старшего онтогенетического состояния. В связи со снижением роста деревьев по высоте на этом возрастном этапе ветви становятся более долгоживущими и признаки восстановления облиственных побегов выражены значительно лучше, чем у более молодых деревьев.
С целью долгосрочного и краткосрочного прогноза состояния дуба черешчатого (как и многих лиственных видов) необходимо различать долговременное состояние - ориентировочно за 5-15 лет (ДС) и кратковременное состояние, за 1-5 лет (КС).
Для оценки ДС использовали оригинальную классификацию роста и развития крон дуба черешчатого, основанную на особенностях их развития и редукции [6, 12]: 1 - раскидистая крона, наиболее хорошо развитая; 2 - зонтиковидная, без нижних раскидистых ветвей, усохших под воздействием
неблагоприятных факторов; 3 - узкокронная, образованная в основном водяными побегами после усыхания первичной кроны. В отличие от классификации по Крафту, она применима для отдельно стоящих деревьев.
КС оценивали по дефолиации, диско-лорации листьев, наличию усохших ветвей и побегов - признакам, включенным в шкалу категорий санитарного состояния, принятую в лесном хозяйстве, а также по участию регенеративных побегов в облиственности дерева. Различали следующие категории: 1
- внешне здоровое, 1.5 - с признаками ослабления и регенерации кроны, 2 - с признаками ослабления без признаков регенерации,
2.5 - ослабленное с признаками регенерации кроны, 3 - ослабленное без признаков регенерации, 4 - усыхающее, 5 - свежий сухостой, 6
- старый сухостой.
Деревья дуба черешчатого учитывали как на пробных площадях, так и рядом, полосами либо куртинами. Число деревьев зависело от стабильности их распределения по типам и категориям. Обследованные выборки включали от 24 до 162 деревьев.
Исследование микобиоты включало выявление фитопатогенных грибов, влияющих на санитарное состояние дубрав [10], а также определение наличия/отсутствия видов грибов-индикаторов (микоризообразовате-лей, подстилочных и гумусовых сапротрофов и ксилотрофов), типичных для лесных биогеоценозов. В парках проводился однократный учет грибов-макромицетов всех экологических групп, в лесах и лесопарках - двукратный учет (летний и осенний).
Травяной покров в городских лесах
- один из наиболее уязвимых компонентов фитоценоза, который можно считать показателем неблагоприятных воздействий сравнительно небольшой давности. При оценке воздействия комплекса неблагоприятных факторов городской среды на состояние фитоценоза важно выявить его «нарушенность» в сравнении с исходной растительностью. Для этой цели использовали метод сопоставления соотношения эколого-ценотических групп (ЭЦГ) видов растительности изучаемых объектов. При определении принадлежности ви-
ЛЕСНОИ ВЕСТНИК 6/2014
217
ЭКОЛОГИЯ
Таблица 1
Состояние и развитие крон деревьев дуба черешчатого по учетам 2012-2014 гг. Status and development of tree crowns English oak to integrate in 2012-2014
№ ПП НФ СК Р БР ДС КС
1.1 К+а 0.4-0.8 61 100 2 1
1.2 К+r 0.4-0.8 72 100 1 1
1.2.2 R+к 0.4-0.8 92 96 1 2
2.1 А+В+К 0.3-0.8 33 81 4 3
2.2.1 К+r 0.5-0.8 38 100 3 1
2.2.2 R+к 0.2-0.4 62 85 2 3
3.1 R+а+к 0.3-0.6 61 93 2 3
3.2 R+к 0.2-0.6 73 94 2 3
4.1 А+г+к 0.3-0.8 67 100 2 1
4.2.1 К+r 0.7-1.0 25 100 4 1
4.2.2 К+R 0.6-0.8 34 100 3 1
4.2.3 R 0.0-0.4 90 100 1 1
5.1.1 А 0.2-0.4 38 100 3 1
5.1.2 К+А 0.5-0.9 23 100 4 1
5.2.1 К 0.2-0.6 59 100 2 1
5.2.2 К 0.6-0.9 33 100 3 1
Обозначения. НФ - неблагоприятные факторы (перечень - в тексте); СК - сомкнутость крон; Р - доля раскидистых деревьев от числа живых, %; БР - доля благонадежных деревьев 1-2 категорий состояния от числа раскидистых, %; ДС - прогнозируемое долговременное состояние
дов травяного покрова к ЭЦГ использовалась База данных [13]. В анализ включались также виды древесного яруса и подроста. Площадь исследуемых участков 20 х 20 м.
При исследовании почвенных проб содержание натрия определяли эмиссионным пламенно-фотометрическим методом, хлоридов - аргентометрическим методом, свинца и цинка - методом пламенной атомно-абсорбционной спектрофотометрии. Анализ водной вытяжки из почвы проводили общепринятыми методами [1]. Значения рН определяли в водной суспензии почвы при соотношении почва : вода 1:5.
Сборы и идентификация лихенологи-ческих материалов осуществлялись согласно общепринятым методикам. Обследовались не менее 100 стволов деревьев и кустарников, в т.ч., не менее 20 стволов дуба черешчатого. Для определения значений рН корки дуба на каждой пробной площадке с 10 деревьев дуба в прикомлевом (на уровне около 0,5 м) и стволовом (на уровне 1,5 м) горизонтах были отобраны пробы корки толщиной 0,5-0,8 мм. Пробы высушены в течение 24 ч при 105 оС, гомогенизированы, сделаны навески в 1 г и разведены дистиллирован-
ной водой в пропорции 1 : 25. Полученную суспензию выдерживали в течение 24 ч, периодически взбалтывая. Измерения выполняли на рН-метре-иономере «Эксперт-001» с электродами ЭСК-10601/7. Экологические группы по отношению к кислотности субстрата даны согласно сводной таблице [3 с дополнениями].
результаты и обсуждение
В табл. 1 приведены основные показатели древостоев дуба на модельных объектах. Выявлены следующие неблагоприятные факторы: конкуренция (К), рекреация (R), влияние автодорожного загрязнения (А), вырубка опушки (В). Сильное влияние указанных факторов обозначено прописными буквами, а слабое - строчными.
От 1-го к 3-му типу развития кроны наблюдается тенденция ухудшения КС, как в худшие, так и лучшие годы. То есть более развитые кроны меньше повреждаются и лучше восстанавливаются. Это объясняется более высокой концентрацией пластических углеводов дуба в органах и тканях более развитых деревьев [15]. Деревья раскидистого типа усыхают только в критических ситуаци-
218
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 6/2014
ЭКОЛОГИЯ
Рисунок. Прогнозируемое ДС насаждений дуба черешчатого (на 10 лет) по учетам 2009-2014 гг. Обозначения осей те же, что в табл. 1. Стрелки - направление изменений в повторно обследованных насаждениях. Кривыми линиями ограничены зоны различных категорий прогноза ДС. Сверху вниз ухудшается прогноз КС Figure. Projected DS English oak trees (10 years) to include 2009-2014. The designations of the axes are the same as in Table. 1. The arrows - direction of changes in the re-surveyed plantations. Curved lines restricted zones of different categories forecast DS. Top-down forecast worsens COP
ях, в то время как зонтиковидного и, особенно, узкокронного типа имеют закономерную динамику выживаемости в процессе само-изреживания насаждения [6]. Поэтому наиболее значимые показатели для оценки ДС насаждения - доля раскидистых деревьев (Р) и доля благонадежных деревьев от числа раскидистых (БР). Второй показатель - также и наиболее информативный для оценки КС.
Принята следующая шкала категорий ДС дубовых древостоев в неблагоприятных экологических условиях (по доле числа раскидистых деревьев 1-2 категорий от числа живых деревьев, Р = Р*БР/100): 1 - лучшее состояние, Р1-2 >70-100 %; 2 - хорошее, Р1-2 >50 - 70 %; 3 - удовлетворительное, Р1-2 >30
- 50 %; 4 - неудовлетворительное, Р1-2 >10-30 %; 5 - критическое, Р1-2 < 10 %. На рисунке представлен прогноз ДС объектов исследования по показателям Р и БР.
Для оценки КС предложены категории по величине БР: 1 - лучшее состояние, БР >95
- 100 %; 2 - хорошее, БР >90 - 95 %; 3 - удовлетворительное, БР >80 - 90 %; 4 - неудовлетворительное, БР >50 - 80 %; 5 - критическое, БР < 50 %. Как видно из табл. 1, большинство
объектов имеют лучшую категорию КС, при этом 4 из них - только удовлетворительную оценку ДС и два - даже неудовлетворительную, что связано с низкой долей раскидистых деревьев в этих насаждениях в связи с конкуренцией за свет.
На основе количественных данных о поражении грибами деревьев дуба и нали-чии/отсутствии экологических групп (ЭГ) грибов-макромицетов в сообществе выделены следующие категории состояния, в баллах (табл.2):
1. На деревьях дуба базидиом нет. В сообществе полный спектр ЭГ: ксилотрофы, гумусовые и подстилочные сапротрофы, ми-коризообразователи.
2. Базидиомы биотрофов на дубах в количестве 1-2 шт., ксилотрофов - также единично. В спектре ЭГ отсутствуют микоризо-образователи.
3. Биотрофы на дубах до 10 шт., ксилотрофы 5-7 шт. Отсутствуют микоризо-образователи и гумусовые сапротрофы, из подстилочных сапротрофов только широко распространенные виды. Иногда отмечается Bjerkandera adusta (Willd.) P. Karst., являю-
ЛЕСНОИ ВЕСТНИК 6/2014
219
ЭКОЛОГИЯ
Таблица 2
Оценка состояния насаждений разной степени трансформации с учетом микобиоты Assessment of the state plantations varying degrees of transformation with the mycobiota
Модельные объекты Экологические группы грибов Оценка состояния насаждений с учетом микобиоты, баллы
Биотрофы (базидиом на 1 стволе) Ксилотрофы (базидиом всего/ в т.ч. Ба/ ПНР) Подстилочные и гумусовые сапротрофы, кол-во видов Микоризо-обра-зователи, кол-во видов
1.1 лтд до 10 15/1/- 2 - 4
1.2 лтд до 20 14/1/- 8 3 3
2.1 - 10/-/- 2 - 2
2.2 - 9 (на валеже и пнях)/-/- 10 2 1
3.1 лтд до 6, дт 1 сжт 15 /1/1* - - 4
3.2 лтд до 2 -/-/2 1 - 3
4.1 лтд 1 2/-/- - - 2
4.2 - -/-/- - - 2
5.2 дт 1 17 на валеже и пнях)/-/- 11 7 1
Примечания: *много фаутов (сухобочины, морозобоины, обломы, дупла), лдт - ложный дубовый трутовик, дт - дубовый трутовик, сжт - серножелтый трутовик, Ба - Bjerkandera adusta; ПНР - поперечный надломовидный рак бактериальный
щийся индикатором антропогенного влияния
[11].
4. Биотрофы до 10 шт., ксилотрофы до 10 шт. на дереве. Других ЭГ нет или подстилочные сапротрофы, единично. Может присутствовать Bjerkandera adusta.
5. Биотрофы более 10 шт., ксилотрофы более 10 шт. на дереве. Грибов из других ЭГ нет. Присутствует Bjerkandera adusta.
В тех случаях, когда по состоянию микобиоты насаждение попадает в категорию 4, но доля числа раскидистых деревьев в нем превышает 30 %, категория состояния может быть повышена и долгосрочный прогноз улучшен. В случае, когда на стволах дубов базидиом биотрофов и ксилотрофов нет (что возможно при хорошем уходе за насаждением), но в сообществе отсутствуют другие ЭГ, категория состояния может быть снижена как отклоняющаяся от естественного состояния сообществ.
В растительном покрове модельных объектов выявлены следующие ЭЦГ: неморальная (Nm), бореальная (Br), боровая (Pn), нитрофильная (Nt), лугово-опушечная (Md), водно-болотная (Wt), интродуценты (Corn). Показателем уровня трансформации растительного покрова служит шкала про-
центного участия наиболее характерных для дубняков Московского региона комплекса «лесных» ЭЦГ: суммы неморальных и бореальных видов. Соотношение их в дубняках достаточно стабильно. Виды этих групп преобладают в широколиственных лесах Подмосковья с доминированием дуба и липы [8]. По доле участия в фитоценозе лесного комплекса видов выделено 5 категорий нарушенности растительного покрова: 1) не нарушен - лесные виды составляют 81-100 %, 2) мало нарушен - 61-80 %,
3) средне нарушен - 41-60 %, 4) сильно нарушен - 21-40 %, - 5) нарушенность критическая - <20 %.
Дубняк волосисто-осоковый в Пушкинском лесничестве (5.2) принят за контрольный объект в состоянии наименьшей на-рушенности всех компонентов биогеоценоза (категория 1). Близок к нему по составу растительности расположенный в глубине лесного массива участок 2.2 в Серебряноборском лесничестве (дубняк с сосной лещиновый зе-ленчуково-волосистоосоковый). Следует заметить, что объекты, расположенные вблизи шоссе и испытывающие стрессовое воздействие выхлопных газов, всегда принадлежат более высокой категории нарушенности, чем
220
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 6/2014
ЭКОЛОГИЯ
Таблица 3
Оценка уровня АТ растительного покрова на модельных объектах Assessing the level of AT vegetation model objects
Модельные Объекты Эколого-ценотические группы, % Nm+ Br, % Категория АТ
Nm Br Pn Nt Md Wt Corn
1.1 45.2 13.3 - 16.1 16.1 - 9.7 58.5 3
1.2 66.7 9.5 - 4.8 14.3 - 4.7 76.2 2
2.1 66.7 11.1 3.7 18.5 - - - 77.8 2
2.2 75.0 10.0 5.0 5.0 - 5.0 - 85.0 1
3.1 28.2 2.6 - 20.6 43.5 2.6 2.6 30.8 4
3.2 21.6 - - 5.5 54.0 8.1 10.8 21.6 4
4.1 17.8 7.1 - 1.8 62.5 - 10.7 24.9 4
4.2 47.0 11.5 - 17.6 5.9 - 17.6 58.5 3
5.2 61.9 23.8 - 14.3 - - - 85.7 1
расположенные в глубине лесного массива (табл. 3).
Таким образом, по уровню антропогенной трансформации (АТ) растительного покрова исследованные нами модельные объекты можно расположить в следующем порядке (по мере усиления нарушенности): 5.2 - 2.2 - 2.1 - 1.2 - 1.1 - 4.2 - 4.1 - 3.2 - 3.1.
Для оценки поступления поллютантов и уровня загрязнения почв модельных объектов проведено ранжирование их по нескольким показателям. Первый этап работы включал ранжирование исследуемых насаждений дуба черешчатого по интенсивности поступления поллютантов. По накоплению тяжелых металлов (цинка и свинца), в снежном покрове, характеризующему степень автотранспортного загрязнения [5], участки разделили на три группы: более 2 мг/м2 (группа с индексом
3), 1-1,99 мг/м2 (индекс 2) и менее 0,99 мг/м2 (индекс 1).
Величины запасов натрия и хлоридов в снеге связаны с применением антигололедных средств. Ранжирование участков по этому показателю в принципе соответствовало их разделению на придорожные (поступление Na более 110 и хлоридов более 300 мг на м2 в месяц - индекс 2) и удаленные от магистрали (поступление Na и хлоридов соответственно меньше этих значений - индекс 1).
Второй этап работы включал разделение участков по степени загрязнения почв. По этим показателям участки были разделены на три группы: с высоким содержанием элементов (Zn > 100 и Pb > 30 мг/кг почвы),
средним (Zn от 55 до 99 и Pb от 15 до 29 мг/кг почвы) и низким (Zn < 54 и Pb < 14 мг/кг почвы). Причем концентрация цинка в первой и второй группах превосходила значения ОДК (Гигиенические нормативы, 2009) (55 мг/кг). Группам были присвоены соответственно индексы 3, 2 и 1.
Легкорастворимые соли натрия, хлориды и сульфаты, отсутствовали в почвенных профилях уже к началу июня, тем не менее, в почвах ряда участков отмечали повышенное содержание гидрокарбонатного иона и связанные с этим повышенные значения рН, что являлось косвенным признаком повышенного весеннего засоления. Все участки были разделены на две группы - придорожные со значениями рН более 6,1 (индекс 2) и отстоящие от дороги - значения рН ниже 6 (индекс 1).
В результате все участки оценивались по четырем признакам, в зависимости от интенсивности проявления которых участкам присваивались индексы. Фоновые участки имели индексы не выше 1 и балл 1 по общей шкале (табл. 4).
Так как дуб черешчатый - солеустойчивая культура, наибольший вес при ранжировании придавали поступлению и концентрации в почве тяжелых металлов. Очевидно, поступление тяжелых металлов, накапливающихся в снежном покрове, было примерно пропорционально количеству летучих компонентов поллютантов, оказывающих особенно неблагоприятное воздействие на растения [14]. Поэтому, если поступление тяжелых
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 6/2014
221
ЭКОЛОГИЯ
Таблица 4
Оценка поступления поллютантов и уровня загрязнения почв модельных объектов Evaluation of receipt of pollutants and soil contamination model objects
Модельные объекты Индексы показателей загрязнения почв Оценка загрязнения в баллах
Поступление Zn и Pb Поступление Na и хлоридов Концентрация в почве Значения рН
Zn Pb
1.1 2 2 2 2 2 4
1.2 1 1 1 1 1 1
2.1 3 2 2 2 2 4,5
2.2 1 1 1 1 2 1,5
3.1 2 2 3 3 2 4,5
3.2 1 1 2 2 2 2,5
4.1 1 2 2 2 2 3,5
4.2 1 1 1 1 1 1
5.1 2 2 2 1 2 3,5
5.2 1 1 1 1 1 1
металлов оценивалось индексом 2, то балл участка не мог быть ниже 2. Если при этом и концентрация тяжелых металлов в почве характеризовалась индексом 2, то балл не мог быть ниже трех. Если и остальные признаки имели индекс 2, то балл был не ниже 4. Если какой-либо показатель оценивался индексом 3, то участку присваивался балл выше 4. В переходных случаях использовали шаг в полбалла.
Согласно проведенной оценке, высоким уровнем загрязнения закономерно характеризуются почвы участков, прилегающих к наиболее крупным автотрассам, наименьшим - участки внутри лесных или парковых массивов.
Лишайники, наряду с другими компонентами биогеоценозов, подвергаются различным воздействиям городской среды (загрязнение воздуха и почвы, обрезка ветвей деревьев-форофитов, вывоз валежника и пней, рекреация или внесение удобрений и мн. др.), что приводит к антропогенной трансформации (АТ) лихенобиоты [7]. Это сопровождается, в частности, снижением видового богатства, изменениями в составе экобиоморф (ЭБМ) и эколого-субстратных групп (ЭСГ). Уровень АТ лихенобиоты отражает, в определенной степени, и уровень АТ модельных объектов, в целом. Кроме того, видовое разнообразие эпифитных лишайников можно рассматривать и в качестве показателя загрязнения соединениями азота. Для средней поло-
сы европейской части России рН корки дуба черешчатого в фоновых условиях составляют 4,3-4,5 [4]. При таких значениях рН корки в эпифитном лишайниковом покрове (ЭЛП) дуба преобладают виды группы ацидофитов. Однако загрязнение воздуха соединениями азота (а также рекреация, в частности, массовый выгул собак) вызывает защелачивание и, таким образом, эвтрофикацию корки, способствуя росту нетипичных для нее видов-нитрофитов [16].
Шкала, характеризующая уровень антропогенной трансформации лихенобиоты на модельных объектах, включает 5 категорий или баллов: 1 - лишайников не менее 20 видов, спектры ЭБМ и ЭСГ полные (П) (лучшее, естественная лесная лихенобиота, загрязнение отсутствует или незначительное); 2 - лишайников не менее 10-19 видов, спектр ЭБМ полный или неполный (Н), могут отсутствовать кустистые и/или чешуйчато-кустистые биоморфы, спектр ЭСГ полный или неполный (Н) могут отсутствовать эпик-силы (Н) (хорошее; загрязнение слабое); 3 -лишайников 5-9 видов, спектры ЭБМ и ЭСГ неполные (Н) (удовлетворительное; загрязнение умеренное); 4 - лишайников 1-4 вида, спектры ЭБМ и ЭСГ неполные (неудовлетворительное; загрязнение сильное); 5 - лишайники отсутствуют (критическое; загрязнение очень сильное).
Шкала азотного загрязнения (АЗ) основана на анализе лихенобиоты дуба череш-
222
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 6/2014
ЭКОЛОГИЯ
Таблица 5
Оценка уровня АТ лихенобиоты и азотного загрязнения на модельных объектах Assessing the level of AT lichen and nitrogen pollution on model objects
№ модельного объекта Кол-во видов лишайников Спектр ЭБМ Спектр ЭСГ рН корки дуба (среднее) Кол-во видов лишайников в ЭЛП дуба ацидофитов в ЭЛП дуба Балл: АТ/ АЗ
1.1 5 П Н 4,88±0,11 2 - 3/4
1.2 18 Н П 4,71±0,14 10 30 % 2/3
2.1 4 П Н 4,91±0,16 2 - 4/4
2.2 10 П Н 4,52±0,10 5 80 % 2/1
3.1 8 Н Н 5,37±0,32 5 - 3/4
3.2 19 Н Н 5,22±0,19 10 30 % 2/3
4.1 5 Н Н 5,31±0,16 5 - 3/4
4.2 18 Н Н 4,72±0,15 10 30 % 2/3
5.1 15 П Н 4,88±0,22 10 40 % 2/3
5.2 30 П П 4,71±0,12 13 77 % 1/1
чатого по отношению к кислотности субстрата и включает 4 категории: 1 - ацидофитов не менее 75 % (АЗ отсутствует либо очень незначительно); 2 - ацидофитов не менее 50 % (АЗ умеренное); ацидофитов не менее 25 % (АЗ значительное); ацидофитов менее 25 % (АЗ сильное). При отсутствии лишайников в ЭЛП дуба конкретно об азотном загрязнении судить трудно, поэтому категория 5 (состояние критическое, загрязнение очень сильное) в данном случае неприменима.
В результате обследования лихенобиоты получены комбинированные оценки уровня АТ лихенобиоты и азотного загрязнения на модельных объектах (табл. 5).
Отметим, что рН корки дуба череш-чатого в Московском регионе, в среднем, вероятно, выше, чем в приведенном ранее источнике [4], а виды-ацидофиты на контрольном модельном объекте (5.2) сохраняют преимущество в ЭЛП дуба даже при показателях рН 4,71. Последний факт, возможно, объясняется и низкими показателями загрязнения среды другими поллютантами, и более высоким уровнем влажности в лесных условиях.
Заключение
Для оценки и прогноза ДС дубрав рекомендуется оригинальная классификация развития крон дуба черешчатого, при этом наиболее значимыми показателями являются доля раскидистых деревьев от числа живых и доля деревьев благонадежного
состояния от числа раскидистых. Оценку и прогноз КС дуба черешчатого в неблагоприятных экологических условиях рекомендуется проводить по второму показателю с учетом признаков восстановления кроны после повреждений. Численные значения шкал этих показателей будут корректироваться с использованием материалов дальнейшего мониторинга.
Каждый модельный объект оценивается по состоянию различных компонентов биогеоценоза и получает определенный набор категорий (баллов), который может служить основой для сравнения объектов между собой, а также для долговременного мониторинга.
Работа поддержана грантом Программы Президиума РАН «Биологические ресурсы России», частично, РФФИ (грант 12-
04-01347) и грантом Программы Президента РФ для государственной поддержки ведущей научной школы НШ-2807.2012.4.
Библиографический список
1. Воробьева, Л.А. Химический анализ почв / Л.А. Воробьева. - М.: МГУ, 1988. - 272 с.
2. Гигиенические нормативы ГН 2.1.7.2511-09. Ориентировочно допустимые концентрации (ОДК) химических веществ в почве. Зарегистр. в Минюсте РФ 23.06.2009 г. Регистрационный № 14121. Постановление Главного государственного санитарного врача РФ от 18 мая 2009 г. № 32.
3. Инсаров, Г.Э. Эпифитные лишайники в условиях загрязнения атмосферы Москвы: методология
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 6/2014
223
ЭКОЛОГИЯ
долговременного мониторинга / Г.Э. Инсаров, Е.Э. Мучник, И.Д. Инсарова // Проблемы экологического мониторинга и моделирования экосистем. - Т 23. - Москва: ИГКЭ, 2010. - С. 277 - 296.
4. Инсарова, И.Д. Сравнительные оценки чувствительности эпифитных лишайников различных видов к загрязнению воздуха / И.Д. Инсарова, Г.Э. Инсаров // Проблемы экологического мониторинга и моделирования экосистем. - Т 12. - Л.: Г идро-метеоиздат, 1989. - С. 113-175.
5. Каплина, Н.Ф. Влияние автотранспортного загрязнения на состояние дуба черешчатого / Н.Ф. Каплина, Н.Ю. Кулакова, Е.Э. Мучник, Н.Н. Селочник // Изучение, сохранение и восстановление естественных ландшафтов: сборник статей II Междун. научно-практической конф., Волгоград 17-21 сентября 2012 г. - М.: Планета, 2012. - C. 97-102.
6. Каплина, Н.Ф. Морфология крон и состояние дуба черешчатого в средневозрастных насаждениях лесостепи / Н.Ф. Каплина, Н.Н. Селочник // Лесоведение. - 2009. - № 3. - С. 32-42.
7. Мучник, Е.Э. Антропогенная трансформация ли-хенофлоры (основные тенденции)/ Е.Э. Мучник // Теоретические проблемы экологии и эволюции (Четвертые Любищевские чтения). - Тольятти: Институт экологии Волжского бассейна РАН, 2005. - С. 146 - 156.
8. Носова, Л.М. Воздействие деревьев-эдификаторов на биологическое разнообразие лесных экосистем / Л.М. Носова, Е.В. Тихонова, Н.Б. Леонова // Лесоведение. - 2005. - № 4. - С. 40-48.
9. Полякова, Г.А. Парки Москвы: экология и флористическая характеристика / Г.А. Полякова, В.А. Гутников. - М.: ГЕОС, 2000. - 406 с.
10. Руководство по планированию, организации и ведению лесопатологических обследований. При-
ложение 3 к приказу Рослесхоза от 29.12.2007. № 523.
11. Сарычева, Л.А., Микобиота Липецкой области / Л.А. Сарычева, Т.Ю. Светашева, Т.С. Булгаков и др. - Воронеж: ИПЦ ВГУ, 2009. - 288 с.
12. Селочник, Н.Н. Оценка состояния дубрав с учетом развития крон деревьев в неблагоприятных условиях: антропогенных (Московский регион) и климатических (лесостепь) / Н.Н. Селочник, Н.Ф. Каплина // Вестн. Моск. гос. ун-та леса - Лесной вестник. - 2011. - № 4 (80). - C. 103-108.
13. Ханина, Л.Г. База данных «Флора сосудистых растений Центральной России» [Электронный ресурс] / Л.Г. Ханина, Л.Б. Заугольнова, О.В. Смирнова и др. - Объединенный центр вычислительной биологии и биоинформатики. Электр. дан. и прог.
- Пущино: ИМПБ РАН, 2001-2007. - Режим доступа: http.jcb.ru/ecol/index.shtml - Загл. с экрана.
14. Шевякова, Н.И. Причины и механизмы гибели зеленых насаждений при действии техногенных факторов городской среды и создании стресс-устойчи-вых фитоценозов / Н.И. Шевякова, В.В. Кузнецов, Л.А. Карпачевский // Вестн. Моск. гос. ун-та леса
- Лесной вестник. - 2000. - № 6. - С. 25-33.
15. Kulakova, N. Determination of stock carbohydrates in trees tissues and organs at estimating the conditions of forest-steppe oak stands of the European Russia / N. Kulakova, N. Kaplina // Forest Change 2014. Series of Conference Papers. - Zentrum Wald Forst Holz, Weihenstephan, Germany, 2014.- № 4. - P. 16.
16. van Herk C.M. Epiphytes on wayside trees as an indicator of eutrophication in the Netherlands// Monitoring with lichens - monitoring lichens. IV. Earth and Environmental Science. - Kluwer Academic Publisher, Dordrecht, Boston, London, 2002. - P. 285-290.
METHODOLOGY FOR EVALUATION AND PREDICTION OF OAK FORESTS STATE UNDER ANTHROPOGENIC IMPACT (THE CASE OF MOSCOW REGION)
Muchnik E.E., leading researcher of the ILAN, Dr. biol. Sciences; Kaplina N.F., leading researcher of ILAN, PhD. biol.
Sciences; Kulakova N.Yu., train staff of ILAN, PhD. biol. Sciences; Selochnik N.N., senior train staff of ILAN, PhD. biol. Sciences;
Ermolova L.S., senior train staff of ILAN, PhD. biol. Sciences
[email protected]; [email protected]; [email protected]; [email protected]; [email protected] Institute of Forest Science, Russian Academy of Sciences (ILAN), Sovetskaya 21, Uspenskoe, Moscow region, 143030 Russia
English oak (Quercus robur) stands under anthropogenic stress, namely air and soil pollution and recreation were studied in parks andforests in Moscow region, Russia. Methodology for oak-dominated ecosystems assessment was elaborated on the base of scales to assess state of stands, vegetation, soil, fungi and lichen communities. To assessment and forecast state of an oak standfor 5 to 15 years, original classification of oak crown development is suggested. The most important indices are part of spreading trees of living ones, and part of trees in a satisfactory state of spreading trees. For short-term, 1 to 5 years assessment and forecast of state under hard stress, we recommend the second index combined with characteristics of crown recovery. Xylotrophic fungi characteristics are used to construct an additional scale to assess state of oak stands. A scale of vegetation transformation based on percentage ofboreo-nemoral species in all vegetation forming species is suggested. Pollution level is described by pollutant flows, heavy metal concentration in soil, and pH value in soil extract. To characterize level of lichen community anthropogenic transformation, the foolowing indices are applied: species diversity, set of ecobiomorphs
224
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 6/2014
ЭКОЛОГИЯ
and lichen species groups confined with different substrates. Nitrogen pollution scale is based on the percentage of acidophytic species in oak epiphytic lichen species list. The set of indices suggested can be used for comparison of oak-dominated ecosystems in space and time, as well as for long-term monitoring of their state.
Key words: oak forest ecosystems, urban forests, oak stands, crown morphology, anthropogenic transformation, vegetation, mycobiota, soil pollution, lichen biota, nitrogen pollution
Reference
1. Vorob’eva L.A. Khimicheskiy analizpochv [Chemical analysis of soil]; MSU, 1988, 272 p.
2. Gigienicheskie normativy GN 2.1.7.2511-09. Orientirovochno dopustimye kontsentratsii (ODK) khimicheskikh veshchestv v pochve. Zaregistr. v Minyuste RF 23.06.2009 g. Registratsionnyy № 14121. Postanovlenie Glavnogo gosudarstvennogo sanitarnogo vracha RF ot 18 maya 2009 № 32 [Hygienic standards. The approximate allowable concentrations of chemicals in the soil. Normative were Registered at the Ministry of Russia, 23.06.2009. Registration number is 14121. Resolution of Chief State Sanitary Doctor of Russia, May 18, 2009 no 32]
3. Insarov G.E., Moutchnik E.E., Insarova I.D. Epiphytic lichens under air pollution stress in Moscow: methodology for long-term monitoring. Problems of ecological monitoring and ecosystem modelling, V.23, Moscow: IGCE, 2010, pp. 277-296. (in Russian, abstract in English).
4. Insarova I.D., Insarov G.E. Comparative assessments of epiphytic lichen sensitivity to air pollution. Problems of ecological monitoring and ecosystem modelling, V.12, Leningrad: Gidrometeoizdat, 1989. pp. 113-175. (in Russian, abstract in English).
5. Kaplina N.F., Kulakova N.Yu., Muchnik E.E., Selochnik N.N. Vliyanie avtotransportnogo zagryazneniya na sostoyanie duba chereshchatogo [Influence of vehicular pollution on the state of Qurncus rybur] Izuchenie, sokhranenie i vosstanovlenie estestvennykh landshaftov: sbornik statey II Mezhdun. nauchno-prakticheskoy konf [The study, conservation and restoration of natural landscapes: a collection of articles of II Internat. Scientific and Practical Conference], Volgograd 17-21 September, 2012, Moscow: Planeta, 2012, pp. 97-102.
6. Kaplina N.F., Selochnik N.N. Morfologiya kron i sostoyanie duba chereshchatogo v srednevozrastnykh nasazhdeniyakh lesostepi [Morphology of crowns and Quercus robur state in middle-aged forest-steppe plantations] Lesovedenie, 2009, no 3, pp. 32-42.
7. Muchnik E.E. Anrtropogennaya transformatsia likhenoflory (osnovnye tendentsii) [The Lichen flora’s anthropogenic transformation (main tendentious). Teorethicheskie problemy ecologii i evolyutsii (Chetvyortye Ljubischevskie chtenya) [Theoretical problems of Evolution and Ecology (the 4th Ljubischev’s reading)] Toljatty: Institute of Volga Basin Ecology RAS, pp. 146-156.
8. Nosova L.M., Tikhonova E.V,. Leonova N.B. Vozdeystvie dereviev-edifikatorov na biologicheskoe raznoobrazie lesnykh ekosistem [Effect of trees edificators on biological diversity of forest ecosystems] Lesovedenie, 2005, no 4, pp. 40-48.
9. Polyakova, G.A., Gutnikov, V.A. Parki Moskvy: ekologia i floristicheskaya kharakteristika [Parks of Moscow: ecology and floristic characteristic]. Moscow: GEOS, 2000. 406 p.
10. Rukovodstvo po planirovaniyu, organizacii i vedeniyu lesopatologicheskix obsledovanij. Prilozhenie 3 k prikazu Roslesxoza ot 29.12.2007. № 523 [Guidelines for the planning, organization and management of forest pathology inspection. Annex 3 to the Order of the Federal Forestry Agency of 29.12.2007. no 523].
11. Sarycheva L.A., Svetasheva T.Yu., Bulgakov T.S. i dr. MikobiotaLipetskoj oblasti [Mycobiota of Lipetsk Region] Voronezh: CPI VSU, 2009, 288 p.
12. Selochnik N.N., Kaplina N.F. Otsenka sostoyaniya dubrav s uchetom razvitiya kron derev’ev v neblagopriyatnykh usloviyakh: antropogennykh (Moskovskiy region) i klimaticheskikh (lesostep’) [Assessment of oak stands with regard to tree crown development in unfavourable conditions both anthropogenic (Moscow region) and climatic (forest-steppe)] Bulletin of Moscow State University of Forestry - Forestry Bulletin, 2011, no 4 (80), pp. 103-108.
13. Khanina L.G. Zaugol’nova L.B., Smirnova O.V. i dr. Baza dannykh «Flora sosudistykh rasteniy Tsentral’noy Rossii» (Elektronnyy resurs). [Database «Flora of vascular plants of Central Russia» (electronic resource)] Ob»edinennyy tsentr vychislitel’noy biologii i bioinformatiki. Elektr. dan. iprog. [Joint Center for Computational Biology and Bioinformatics]. RE. dan. and prog. Pushchino: IMPB Academy of Sciences, 2001-2007. Mode of access: http.jcb.ru/ecol/index.shtml Caps. from the screen.
14. Shevyakova N.I., Kuznetsov V.V., Karpachevskiy L.A. Prichiny i mekhanizmy gibeli zelenykh nasazhdeniy pri deystvii tekhnogennykh faktorov gorodskoy sredy i sozdanii stress-ustoychivykh fitotsenozov [Causes and mechanisms of stands death under the influence of anthropogenic factors of the urban environment. The creation of stress-resistant phytocenoses] Bulletin of Moscow State University of Forestry - Forestry Bulletin, 2000, no 6, pp. 25-33.
15. Kulakova N., Kaplina N. Determination of stock carbohydrates in trees tissues and organs at estimating the conditions of forest-steppe oak stands of the European Russia. Forest Change 2014. Series of Conference Papers. Zentrum Wald Forst Holz, Weihenstephan, Germany, 2014, no 4, p. 16.
16. Van Herk C.M. Epiphytes on wayside trees as an indicator of eutrophication in the Netherlands. Monitoring with lichens -monitoring lichens. IV. Earth and Environmental Science, Kluwer Academic Publisher, Dordrecht, Boston, London, 2002, pp. 285-290.
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 6/2014
225
