CC BY
124
УДК 574.5; 572. 1/2 Е.М. Рунова, И.И. Гаврилин
НЕКОТОРЫЕ МОРФОМЕТРИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ХВОИ СОСНЫ ОБЫКНОВЕННОЙ (Pinus Sylvestris L.) В ЗОНАХ АЭРОТЕХНОГЕННОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ г. БРАТСКА
Положительное влияние зеленых насаждений на физиологическое и психологическое здоровье населения городов давно подтверждено научными исследованиями. В статье приведены некоторые морфометрические особенности изучения хвои сосны обыкновенной в условиях аэротехногенного загрязнения на примере г. Братска.
Ключевые слова: урбоэкосистема, морфометрические показатели, аэротехногенное загрязнение.
E.M. Runova, I.I. Gavrilin
SOME MORPHOMETRIC PECULIARITIES OF THE SCOTCH FIR (Pinus Sylvestris L.) NEEDLES IN THE BRATSK TOWN AREA AFTER AEROTECHNOGENIC POLLUTION
Positive influence of green plantings on physiological and psychological health of the town population was approved by the scientific research long time ago. Some morphometric peculiarities of Scotch fir needle study in the conditions of aerotechnogenic pollution on the Bratsk town example are given in the article.
Key words: urban ecosystem, morphometric indices, aerotechnogenic pollution.
Восстановление и сохранение благоприятного состояния окружающей среды - одни из наиболее актуальных проблем современного общества. Аэротехногенное загрязнение среды является негативной стороной концентрации промышленных предприятий и автотранспорта на урбанизированных территориях. Последствиями загрязнения атмосферы промышленными выбросами являются не только нарушения здоровья людей, объектов строительства, памятников архитектуры, но и целостности и жизнеспособности урбоэкосистем. Положительное влияние зеленых насаждений на физиологическое и психологическое здоровье населения городов подтверждается многовековыми исследованиями ряда отечественных и зарубежных ученых [1-4]. Следовательно, деградация насаждений городов, образующих особые природно-антропогенные экологические системы, может оказывать негативное влияние и на состояние здоровья населения.
Город Братск находится на севере Иркутской области и является одним из крупных промышленных центров Восточной Сибири. На его территории сконцентрировано большое количество промышленных предприятий, построенных и запущенных в эксплуатацию в середине прошлого столетия, часть из которых на сегодняшний день продолжает функционировать. Братский алюминиевый завод (БрАЗ) и Братский лесопромышленный комплекс (БЛПК) - одни из крупнейших заводов России и Европы, они являются не только градообразующими предприятиями города, но и крупнейшими поставщиками загрязняющих веществ в окружающую среду, в частности, в атмосферу.
С момента запуска первых цехов производства в районе Братска наблюдается деградация лесных экосистем. Проблемой изучения последствий этого процесса с начала его проявления занимаются многие ученые [2; 5-7]. В настоящий момент сформирована система мониторинга состояния лесов вокруг г. Братска, установлены границы распространения воздействия выбросов предприятий на лесные экосистемы (радиус от источников загрязнения примерно равен 50 км), разработаны мероприятия по улучшению экологической обстановки. Однако при решении проблемы восстановления лесов должного внимания изучению состояния урбоэкосистемы г. Братска не уделялось. Учитывая специфику предприятий и данные гидрометеослужбы (ГМС), можно выделить следующие основные загрязнители атмосферы города: соединения фтора и диоксид серы. При неблагоприятных метеорологических условиях (температурных инверсиях и штилевой погоде) возможно накопление этих веществ в атмосфере в количествах, превышающих предельно допустимые концентрации (ПДК) в десятки раз. При взаимодействии с атмосферными осадками ИР, Д!Рз и Э02 способны диссоциировать с образованием Р-, Э032- Э042-, которые, проникая в растительные организмы непосредственно через поверхность ассимилирующих органов либо с почвенными растворами через корневую систему, способны вызвать физиологические дисфункции дерева, что, в свою очередь, отражается на приросте биомассы растения [8]. Так же как и при проникновении в древесные ткани в растворенном состоянии, фториды и сульфаты при фумигации ассимилирующими органами способны вызывать их угнетение посредством воз-
действия на органо-тканевом уровне, вызывая некротические поражения листовой пластины и ингибируя линейный годичный прирост хвои.
Целью исследований является изучение экологического состояния Pinus sylvestris Ь, как наиболее важного элемента урбоэкосистемы г. Братска по морфометрическим показателям ассимиляционного аппарата деревьев, в частности, хвои.
В качестве объекта исследований послужила сосна обыкновенная (Pinus sylvestris Ь) - одна из главных лесообразующих и хозяйственно значимых пород в районе исследований, отличающаяся высокой чувствительностью к атмосферным токсикантам.
Район исследований характеризуется резко континентальным климатом, малым среднегодовым количеством осадков (см. рис.1), малой годовой суммой положительных температур (1353-1564), высокой амплитудой их колебания (от -53,1°С в зимнее время до +33,1°С - в летнее), коротким жарким летом и продолжительной жесткой зимой, обуславливающими короткий период вегетации растений (от 73 до 127 дней).
ср. год. кол-во осадков (1969-2008 гг.)
га
2 30 &
^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^^ года
Рис.1. Среднегодовое количество осадков в г. Братске (1969-2008 гг.)
Данная характеристика, в свою очередь, обусловлена географическим расположением района и соответствует условиям произрастания хвойных бореальных лесов. Следовательно, древостои с участием сосны обыкновенной (Pinus sylvestris Ь) являются наиболее важным элементом в поддержании устойчивости и сохранения функций урбоэкосистемы Братска. Древесная растительность г. Братска представлена совокупностью сохранившихся естественных хвойно-лиственных насаждений.
Жилые районы города расположены без учета смены направления преобладающих ветров вследствие создания Братского водохранилища при строительстве Братской ГЭС (гидроэлектростанции) [5]. Для города Братска преобладающими являются ветра западного направления: превалирующим остается западное, чуть менее значимо юго-западное. Годовая роза ветров приведена на рис. 2.
годовая роза ветров с
Рис. 2. Повторяемость направлений ветра
В целом для города Братска характерно следующее: среднегодовая скорость ветра около 3 м/с, что предопределяет и провоцирует создание максимальных концентраций вредных веществ у поверхности земли. Вклад ветров с небольшой скоростью довольно значительный: частота ветров со скоростью до 2 м/с составляет 44%, со скоростью от 2 до 3 м/с - 40% (см. рис.3).
■ от 0 до 1 м/с.
1%-1 3%д 11%Л V □ от 2 до 3 м/с. М% ^^^1% 43% □ от 4 до 5 м/с.
Пот 6 до 7 м/с. 40% Г
петв до 9 м/с.
□ от 10 до 11 м/с.
□ от 12 до 13 м/с.
Рис. 3. Среднегодовая повторяемость ветров различной скорости
Наибольшие значения скоростей наблюдаются осенью, что благоприятно сказывается на рассеивании вредных примесей в атмосфере, поскольку изменения концентраций при удалении от источника находятся в прямой взаимосвязи с ветровым режимом. Таким образом, при относительно близком прилегании к промышленному узлу (от 3 до 20 км) городские кварталы оказались практически под факелами выбросов алюминиевого завода и лесопромышленного комплекса.
В соответствии с целями и задачами работы закладывались пробные площади. Они выбирались по породному составу деревьев и по интенсивности атмосферного загрязнения. Деревья выбирались высотой 15-20 м на открытой местности с 8-15 боковыми побегами. Выборка хвои производилась с близко растущих деревьев на площади 10х10 м2. При выборе деревьев учитывался показатель вытоптанности участка произрастания сосны. Степень вытоптанности участка оценивалась баллами от 1 до 4: 1 - вытаптывания нет; 2 -вытоптаны тропы; 3 - нет ни травы, ни кустарников; 4 - осталось немного травы вокруг деревьев. Всего собиралось и осматривалось не менее 30 хвоинок с каждого дерева. При определении степени повреждения и усыхания хвои выделялись классы повреждения хвои. Для определения продолжительности жизни хвои обследовалась верхушечная часть ствола за последние годы. Обследовалась степень загрязнения воздуха по оценочной шкале, включающей возрастные характеристики хвои.
Образцы хвои отбирались из верхней третьей части кроны деревьев в конце вегетационного периода в различных зонах загрязнения. Хвоя разбиралась по возрастным классам. Эксперимент проводился в трехкратной повторности. При определении морфометрических характеристик хвои сосны проводились измерения фотосинтезирующих органов с точностью до 1 мм. Выборка хвои Pinus sylvestris Ь составляла по 5000 хвоинок каждого года для каждой зоны загрязнения и контрольной зоны с деревьев I и III класса состояния по шкале Крафта. Ассимилирующие органы определяют функционирование древесного растения и весьма чувствительны к условиям произрастания. У хвойных деревьев для листового аппарата характерно многолетнее существование. Продолжительность жизни хвои зависит от условий произрастания и возраста деревьев.
Таким образом, исследование количества хвои Pinus sylvestris Ь на 1 см побега разного возраста и ее состояния в зонах слабого среднего и сильного загрязнения, а также в условно чистой зоне, принятой за контрольный участок (контроль), является одним из актуальных методов, отражающих реакцию сосны обыкновенной на воздействие аэротехногенного загрязнения окружающей среды промышленными производствами.
Результаты исследования представлены на рис. 4.
16
14
12
І
И О
д к о
03
X §
й 10
<э
и
ц
§
1)
о
д
о
л
и
□ Контроль
■ Слабое
■ Среднее
□ Сильное
1 год 2 год 3 год 4 год 5 год 6 год
Рис. 4. Количество хвоинок на 1 см побега P^nus sylvestr^s L в зонах сильного, среднего, слабого загрязнения и контроле в зависимости от возраста
Как видно из рис. 4, по мере увеличения техногенной нагрузки на урбоэкосистему у основного ее элемента - деревьев сосны обыкновенной - ингибируется годичный прирост хвои (среднее количество хвоинок в штуках на 1 см побега). Также из данных рис. 4 следует, что наибольший опад хвои за год происходит у деревьев в контроле на 4-м году жизни хвои, в зоне слабого загрязнения на год раньше, а в зонах среднего и сильного загрязнения хвоя опадает относительно равномерно. Средний возраст насаждений составил 20-25 лет, среднее количество хвоинок на 1 см - 12,6.
Для получения описательных зависимостей с последующей возможностью их применения для создания интегрального показателя при учете других характеристик на рис. 5 показана диаграмма нормализованных значений рассматриваемой величины. В математическом выражении нормализация факторов имеет вид:
I
]=і
х,
где ^ - нормализованное значение, приведенное к интервалу (0,1) ряда значений для ьй зоны загрязнения; ^ - среднее значение абсолютной величины (количество мутовок на 1 см побега).
(1)
5 X V
£
К
СО 1) ^
О
X
X
сЗ
СО
о
со
К
ч
сЗ
2
£р
О
Д
0,35
0,3
0,25
0,2
0,15
0,1
0,05
0
I I Контроль
Слабого КчЧЧЧМ Среднего I I Сильного
Линейная (Контроль) ■■■■■■■■■■■■■■ Линейная (Слабого)
-------Линейная (Среднего)
Линейная (Сильного)
2 3 4 5 6
Продолжительность жизни, лет
Рис. 5. Зависимость нормализованного значения среднего количества хвоинок на 1 см побега P^nus sylvestr^s L от продолжительности жизни
6
4
2
0
1
На рис. 5 линиями показаны тренды, уравнения которых отражают закономерности количественного прироста хвои на побегах сосны обыкновенной.
На данный момент ведутся исследования по связи разноразмерных морфометрических показателей ассимиляционного аппарата и выведению интегрального показателя состояния древесных растений урбо-экосистем промышленных городов в условиях аэротехногенного загрязнения.
В результате исследований получены описательные модели зависимости нормализованных показателей среднего количества хвоинок на 1 см побега сосны обыкновенной в зависимости от продолжительности жизни; для контроля, зон слабого, среднего и сильного загрязнения соответственно имеют вид: y=-0,0378x+0,2991; y=-0,0438x+0,3199; y=-0,0579x+0,3602; y=-0,0512x+0,3578, где y - среднее количество хвоинок, см/шт; x - продолжительность жизни, лет.
Указанные зависимости информативно отражают ухудшение состояния древесных растений урбоэко-системы в условиях аэротехногенного загрязнения.
Выводы
1. Рассмотрена зависимость количества хвоинок на 1 см длины побега в зависимости от возраста.
2. Выявлена прямая зависимость количества хвои в шт/см от времени жизни хвои для различных зон загрязнения.
3. Показано, что средний возраст насаждений составляет 20-25 лет, среднее количество хвоинок на 1 см составляет 12,6.
4. Помимо воздействия аэротехногенного загрязнения на урбоэкосистему города Братска, к причинам ухудшения морфометрических характеристик сосны обыкновенной можно отнести и суровые климатические условия.
Литература
1. Фролов А.К. Окружающая среда крупного города и жизнь растений в нем. - СПб.: Наука, 1998. - 328 с.
2. Кулагин Ю.З. Древесные растения и промышленная среда. - М.: Наука, 1974. - 124 с.
3. DochingerL.S. Interception of airborne particles by tree plantings. J // Envir. Qual. - 1980. - № 2. - P. 265-268.
4. Сергейчик С.А. Растения и экология. - Минск: Ураджай, 1997. - 224 с.
5. Рунова Е.М. Влияние техногенного загрязнения на леса Приангарья. - Братск, 1999. - 107 с.
6. Илькун Г.М. Газоустойчивость растений. - Киев: Наук. думка, 1971. - 146 с.
7. Рожков А.С., Михайлова Т.А. Действия фторосодержащих эмиссий на хвойные деревья. - Новосибирск: Наука, 1989. - 160 с.
8. Чернышенко О.В. Поглотительная способность и газоустойчивость древесных растений в условиях города: моногр. - 2-е изд. стер. - М.: МГУЛ, 2002. - 120 с.
---------♦'----------
