CC BY
82
Дендро 2012: перспективы применения древесно-кольцевой информации для целей охраны, воспроизводства и рационального использования древесной растительности
НЕКОТОРЫЕ ОСОБЕННОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ДЕНДРОХРОНОЛОГИЧЕСКОЙ ОЦЕНКИ ПРИРОСТА PINUS SYLVESTRIS L. ПРИ ПРОВЕДЕНИИ БИОИНДИКАЦИОННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ В УРБАНИЗИРОВАННОЙ СРЕДЕ СЕВЕРНЫХ ТЕРРИТОРИЙ
Е.М. РУНОВА, проф. кафедры воспроизводства и переработки лесных ресурсов Братского ГУ, д-р с.-х. наук,
Л.В. АНОШКИНА, ст. преподаватель кафедры лесных машин и оборудования Братского ГУ, канд. биол. наук,
И.И. ГАВРИЛИН, зав. лабораториями кафедры и безопасности жизнедеятельности экологии и Братского ГУ, канд. биол. наук
runova@rambler.ru, i.gavrilin@list.ru ФГБО УВПО «Братский государственный университет» 665709, Иркутская обл., г. Братск, ул. Макаренко 40
Проведение экологического мониторинга в целях оценки качества урбанизированной среды, перенасыщенной разнообразными промышленными предприятиями и многокомпонентными источниками загрязнения атмосферного воздуха, наряду с теоретическим, имеет актуальное практическое значение. Особое значение экологический мониторинг имеет для урбоэкосистем северных территорий, где в результате климатических, орографических и других условий, использование методов инструментального контроля качества среды обитания, при их высокой точности не дает достаточно полного представления об экологической обстановке на данной территории. Поэтому необходимо применение именно биоиндикационныхметодов, которые позволяют произвести экспресс оценку качества объектов окружающей среды. При этом получение достоверной информации о кратковременном и хроническом воздействии загрязняющих веществ, как в течение определенного времени, так и в прошлом, необходимо использование природных объектов урбоэкосистем, и, в первую очередь древесных растений. В последнее время развитие получили биоиндикационные исследования техногенного загрязнения промышленных и селитебных зон с использованием интегрированных во времени и пространстве ответных реакций древесных растений (биоиндикаторов), входящих в состав зеленых насаждений. В статье рассматриваются особенности использования дендрохронологической оценки прироста сосны обыкновенной при проведении биоиндикационных исследований в урбанизированной среде северных территорий. Приведены показатели радиального прироста сосны обыкновенной с учетом климатических и антропогенных факторов урбоэкосистемы Братска. Установлено, что техногенная нагрузка в большей степени влияет на радиальный прирост: длительное воздействие загрязнителей приводит к его снижению и, как следствие, к ослаблению деревьев и последующей возможности их оценки с помощью методов биоиндикации, что подтверждает обоснованность использования дендрохронологических исследований. Дифференциация Pirns sylvestris L. по показателям радиального прироста, по классам сквозистости и степени дефолиации являются одними из критериев при оценке ее экологического состояния на территории урбоэкосистем.
Ключевые слова: урбоэкосистема, древесные растения, экологический мониторинг, биоиндикационные исследования, радиальный прирост
В настоящее время получение достоверной информации о качестве окружающей среды невозможно без проведения мониторинговых исследований, которые зачастую растянуты во времени и пространстве и не могут полностью отражать всю картину экологического состояния природных компонентов на определенной территории [1]. Проведение экологического мониторинга в целях оценки качества урбанизированной среды, перенасыщенной разнообразными промышленными предприятиями и многокомпонентными источниками загрязнения атмосферного воздуха, наряду с теоретическим, имеет актуальное практическое значение [1-3]. Особое значение
экологический мониторинг имеет для урбо-экосистем северных территорий, где в результате климатических, орографических и других условий зачастую использование методов инструментального контроля качества среды обитания, при их высокой точности не дает достаточно полного представления об экологической обстановке на данной территории. Поэтому необходимо применение именно биоиндикационных методов, которые позволяют произвести экспресс-оценку качества объектов окружающей среды [1]. При этом для получения достоверной информации о кратковременном и хроническом воздействии загрязняющих веществ, как в течение определенного време-
146
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 5/2014
Дендро 2012: перспективы применения древесно-кольцевой информации для целей охраны, воспроизводства и рационального использования древесной растительности
Таблица
Показатели радиального прироста Pirns sylvestris L. с учетом климатических и антропогенных факторов урбоэкосистемы Братска Indicators of radial growth Pinus sylvestris L. with the climatic and anthropogenic factors urboehkosistemy Bratsk
Год Средний годичный индекс, %* Среднегодовая температура, 0С Среднегодовое кол-во осадков, мм/мес Среднегодовое кол-во выбросов промышленных предприятий, тыс.т/год
зона сильного техно -генного воздействия зона умеренного техногенного воздействия
1993 85,00 96,92 0,6 24 153,80
1994 75,01 86,65 0,0 32 131,40
1995 81,20 103,51 1,3 30 118,00
1996 92,00 96,97 -1,6 38 109,40
1997 96,00 120,05 0,5 30 104,30
1998 83,04 107,56 -0,6 22 107,60
1999 96,02 116,86 -0,9 28 85,60
2000 81,10 95,70 -1,7 30 120,70
2001 80,22 115,01 -0,9 29 101,20
2002 101,00 114,42 1,1 23 90,80
2003 84,06 120,96 0,5 33 101,70
2004 102,00 104,47 0,3 26 82,70
2005 93,43 120,96 0,5 38 92,90
2006 90,20 114,42 0,4 30 114,27
2007 104,00 120,64 1,9 34 124,40
2008 93,50 106,05 2,1 34 123,60
2009 97,00 104,05 -0,5 30 116,30
2010 98,75 105,80 -0,9 34 114,30
2011 99,60 108,41 0,5 34 109,00
2012 95,40 109,00 0,3 38 116,70
ни, так и в прошлом, необходимо использование природных объектов урбоэкосистем и, в первую очередь, древесных растений [2-4]. В последнее время развитие получили биоиндикационные исследования техногенного загрязнения промышленных и селитебных зон с использованием интегрированных во времени и пространстве ответных реакций древесных растений (биоиндикаторов), входящих в состав зеленых насаждений [3].
Биоиндикационные исследования проводились на постоянных и временных пробных площадях в зеленых насаждениях г. Братска, находящихся под влиянием выбросов алюминиевого производства, лесопромышленного комплекса и предприятий теплоэнергетики. В качестве биоиндикатора по комплексу признаков хвои, коры и ствола [3] использовалась сосна обыкновенная (Pinus sylvestris L.) [2, 4]. Подтверждение и интерпретация полученных результатов биоиндикационных исследований, нахождение взаимосвязей климатических и антропогенных факторов с ответной реакцией
Pinus sylvestris L. невозможно без проведения дендрохронологических и дендроклиматических исследований [2, 4, 5]. Необходимо отметить, что годичный прирост древесины зависит от индивидуальных биологических особенностей дерева, а также внешней среды: условий местопроизрастания, положения в древостое, климатических, экологических факторов. При этом ни индивидуальные генетические особенности, ни отдельные экологические факторы, исключая катастрофические события, не определяют полностью реально наблюдаемую изменчивость радиального прироста [4, 5, 7]. При обработке результатов исследований применялся метод индексов радиального текущего прироста, разработанный В.Е. Рудаковым [8], который четко выражает изменчивость определенных природных явлений в относительных безразмерных величинах. Индекс радиального прироста определяется по формуле
I=(i / g-ioo, (1)
где i - ширина годичного кольца;
i - средняя ширина годичного слоя.
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 5/2014
147
Дендро 2012: перспективы применения древесно-кольцевой информации для целей охраны, воспроизводства и рационального использования древесной растительности
□ I □ II □ III □ IV □ V □ Отпад
Рисунок. Распределение показателей состояния Pinus sylvestris L. по классам сквозистости (в %) и удаленности от промышленных предприятий
Fig. Distribution of indicators of Pinus sylvestris L. by classes skvozistosti (in%) and distance from the industrial enterprises
В рамках биоиндикационных исследований была проведена дендрохронологическая оценка [6, 7] динамики радиального прироста Pinus sylvestris L., произрастающей в зонах с различной антропогенной нагрузкой (таблица).
Прослеживается закономерность между техногенной нагрузкой и рассматриваемыми факторами. В зоне сильного антропогенного воздействия зависимость прироста от климатических и антропогенных факторов более ощутима.
Сопоставив динамику радиального прироста (табл. 1) на участках с разным уровнем загрязнения, установили, что в сосновых древостоях, произрастающих изначально в схожих условиях, при длительном техногенном воздействии наблюдается снижение радиального прироста древесины. Следует также отметить, что при длительном техногенном воздействии на сосновые насаждения уменьшается количество поздней древесины. Из рассматриваемых выше
факторов техногенная нагрузка в большей степени влияет на радиальный прирост: длительное воздействие загрязнителей приводит к его снижению и, как следствие, к ослаблению деревьев.
Для определения связи радиального годичного прироста с комплексом биоиндикационных признаков хвои, коры и ствола был проведен корреляционный анализ, который показал наиболее тесную связь с таким показателем, как сквозистость [9, 10]. Под сквозис-тостью следует понимать густоту кроны дерева и равномерность ее облиственности по окружности. Дефолиацию следует рассматривать как признак поражения древесных растений, приводящий к преждевременному опадению хвои и прекращению процессов ассимиляции [10]. Сравнение указанных критериев позволило не только использовать их как индикаторы состояния древесных растений урбоэкосистемы Братска при проведении биоиндикационных исследований, но и ранжировать состояние Pinus sylvestris L. по классам сквозистости и
148
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 5/2014
Дендро 2012: перспективы применения древесно-кольцевой информации для целей охраны, воспроизводства и рационального использования древесной растительности
удаленности от промышленных предприятий (рисунок).
При определении сквозистости кроны выделялось пять классов: первый - наилучший, со сквозистостью до 20 %, при котором просветы неба видны лишь сквозь естественную мозаику листьев, крона равномерно развитая, пышная; второй, третий и четвертый классы характеризуются соответственно сквозистостью 21 - 40, 41 - 60, 61 - 80 %; пятый - наихудший, просветы большие, скво-зистостью 81-100 %, крона плохо развита, часто однобокая. Дополнительно учитывалась суховершинность (число деревьев с сухими вершинами) [10].
Из рис. 1 видно, что на долю первых трех классов сквозистости крон приходится наибольшее количество деревьев от общего числа. Следует отметить, что на расстоянии более 20 км от промышленных предприятий происходит уменьшение сквозистости крон: в число преобладающих входит третий класс (41-60 %). Кроме этого, на значительном протяжении в северо-восточном направлении от промышленных предприятий наблюдается наличие деревьев, соответствующих четвертому и пятому классу сквозистости (61-80,
81-100 %), что обусловлено продолжительностью и интенсивностью техногенной нагрузки.
Снижение радиального прироста приводит к снижению устойчивости древесных растений и, как следствие, к сухо-вершинности или полной дефолиации ассимиляционных органов. Корреляционный анализ показал наличие тесной связи между классами сквозистости и радиальным приростом (г = 0,84). Чем ниже радиальный прирост, тем хуже класс сквозистости Pinus sylvestris L.
Кроме того, существует достаточно тесная зависимость между расстоянием от источников выбросов и степенью дефолиации. Чем ближе к источникам выбросов, тем более высокий процент дефолиации деревьев. Даже на расстоянии более 20 км в северо-восточном направлении от промышленных предприятий степень дефолиации остается на высоком уровне. Наряду с этим прослеживается
тенденция: по мере удаления от источников загрязнения происходит увеличение доли деревьев первого и второго класса сквозистости (<20 и 21-40 %).
В целом техногенная нагрузка в большей степени влияет на радиальный прирост: длительное воздействие загрязнителей приводит к его снижению и, как следствие, к ослаблению деревьев и последующей возможности их оценки с помощью методов биоиндикации, что подтверждает обоснованность использования дендрохронологических исследований. Дифференциация Pinus sylvestris L. по показателям радиального прироста, по классам сквозистости и степени дефолиации являются одними из критериев при оценке ее экологического состояния на территории ур-боэкосистем.
Библиографический список
1. Гаврилин, И.И. Оценка влияния железной дороги на состояние растительности по показателям фитотоксичности почв с использованием тест-объекта «Avena Sativa L.» / И.И. Гаврилин, М.А. Губарь // Международный научно-исследовательский журнал [Research Journal of International Studies].-2012.- № 7-1.- С. 27-29.
2. Рунова, Е.М. Влияние рекреационной нагрузки на радиальный прирост сосны / Е.М. Рунова, Л.В. Аношкина, Т.А. Михайлова // Системы Методы Технологии. - 2011. - № 2 (10). -
С. 142-144.
3. Мелехова, О.П. Биологический контроль окружающей среды: биоиндикация и биотестирование / О.П. Мелехова, Е.И. Егорова, Т.И. Евсеева и др.; под редакцией О.П. Мелеховой и Е.И. Егоровой.
- М.: Издательский центр «Академия», 2007. -288 с.
4. Рунова, Е.М. Зависимость радиального прироста сосны от климатических и антропогенных факторов / Е.М. Рунова, Л.В. Аношкина // Актуальные проблемы лесного комплекса; под ред. Е.А. Памфилова. Сборник научных трудов по итогам международной научно - технической конференции. Выпуск 28. - Брянск: БГИТА, 2011. - 199 с.
5. Шиятов, С.Г. Дендрохронология верхней границы леса на Урале / С.Г. Шиятов. - М.: Наука, 1986.
- 136 с.
6. Битвинкас, Т.Т. Дендроклиматические исследования. - Л.: Гидрометеоиздат, 1974. - 170 с.
7. Ваганов, Е.А. Погодные условия и структура годичного кольца деревьев: имитационная модель трахеидограммы / Е.А. Ваганов, И.В. Свидерская,
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 5/2014
149
Дендро 2012: перспективы применения древесно-кольцевой информации для целей охраны, воспроизводства и рационального использования древесной растительности
Е.Н. Кондратьева // Лесоведение. - 1990. - № 2. - С. 37-45.
8. Рудаков, В.Е. Методы изучения колебаний климата на толщину годичных колец // Доклады АН АрмССР, 1981. - С. 75-79.
9. Уфимцева, М.Д. Фитоиндикация экологического состояния урбогеосистем Санкт-Петербурга
/ М.Д. Уфимцева, Н.В. Терехина.- СПб.: Наука, 2005.- 339 с.
10. Гаврилин, И.И. Устойчивость древесных растений в урбоэкосистемах северных территорий (на примере г. Братска Иркутской области): дисс. ... канд. биол. наук: 03.02.08 / Гаврилин Игорь Игоревич. - Ульяновск, 2012. - 191 с.
SOME PECULIA RITIES OF APPLICATIN OF DENDROCHRONOLOGICAL ESTIMATION OF PINUS SYLVESTRIS
L. AT CONDUCTING BIOINDICATIVE RESEARCHES IN URBAN ENVIRONMENTOF NORTHERN TERRITORIES
Runova E.M., professor of reproduction and processing of forest resources Bratsk State University, Dr. agricultural Science;
Anoshkina L.V., senior lecturer in forest machinery and equipment Bratsk State University, PhD. biol. Science; Gavrilm I.I., head of
the laboratory of the department of ecology and life safety and Bratsk State University, PhD. biol. Sciences
runova@rambler.ru, i.gavrilin@list.ru Bratsk State University, 665709, Irkutsk region., Bratsk, st. Makarenko, 40
Ecological monitoring in order to assess the quality of the urban environment, containing a variety of industrial enterprises and multi-component sources of air pollution, along with theoretical, has actual practical value. Ecological monitoring is of particular importance for urban ecosystems of the Northern territories, where as a result of climatic, orographic and other conditions, the use of instrumental methods of environmental conditions quality control, with their high precision does not give an overall view about the ecological situation on the territory. That is why it is necessary to use bioindicative methods which allow rapid estimation of the quality of the environment objects. For obtaining reliable information about shortterm and chronic impacts ofpollutants within a certain time, and in the past, it is necessary to use natural objects of urban ecosystems, and, first of all woody plants. Recently biological research of technogenic pollution of industrial and residential zones using integrated in time and space responses of woody plants (bioindicators), forming part of green planting were developed.
The article discusses the features of the use of dendrochronological estimation of growth of Scotch pine when conducting biological research in the urban environment of the Northern territories. Parameters of Scotch pine radial growth are given with regard to climatic and anthropogenic factors of Bratsk urban ecosystem. It is found out that the technogenic load has a greater impact on the radial growth: long-term exposure to pollutants leads to its decline and as a consequence to weakening of trees and subsequent possibility of their evaluation using the methods of bioindication, that confirms reasonability of dendrochronological research application. Differentiation of Pinus sylvestris L. on indicators radial growth, by grades of transparency and degree of defoliation are among the criteria for the ecological conditions estimation on the territory of urban ecosystems.
Key words: urban ecosystem, arboreal plants, ecological monitoring, bioindicative studies, radial growth
References
1. Gavrilin I.I., Gubar’ M.A. Otsenka vliyaniya zheleznoy dorogi na sostoyanie rastitel’nosti po pokazatelyam fitotoksichnosti pochv s ispol’zovaniem test-ob”ekta «Avena Sativa L.» [Impact assessment of the railway in the state of vegetation in terms of phytotoxicity of soil with the use of the test-object «Avena Sativa L.]. International research journal = Rsearch Journal of International Studies. 2012. № 7-1. pp. 27-29.
2. Runova E.M., Anoshkina L.V., Mikhaylova T.A. Vliyanie rekreatsionnoy nagruzki na radial’nyyprirost sosny [The influence of recreational load on radial increment of pine. System Technology Methods]. System Technology Methods. 2011. № 2 (10). pp. 142-144.
3. Melehova O.P., Egorova E.I., Evseeva T.I., i dr Biologicheskiy kontrol’okruzhayushchey sredy: bioindikatsiya i biotestirovanie [Biological control environment: bioindication and biotesting]. Moscow, Publishing center «Academy», 2007. 288 p.
4. Runova E.M.,Anoshkina L.V. Zavisimost’radial’nogo prirosta sosny ot klimaticheskikh i antropogennykh faktorov [The dependence of the radial increment of pine from climatic and anthropogenic factors. Actual problems of the forest sector. Proceedings of the international scientific - technical conference. Issue 28]. Aktual’nye problemy lesnogo kompleksa; pod red. E.A. Pamfilova. Sbornik nauchnykh trudov po itogam mezhdunarodnoy nauchno - tekhnicheskoy konferentsii. Vypusk 28. Bryansk, Bryansk state engineering and technological Academy, 2011. 199 p.
5. Shiyatov S.G. Dendrokhronologiya verkhney granitsy lesa na Urale [The dendrochronology the upper border of forests in the Urals]. Moscow, Nauka, 1986. 136 p.
6. Bitvinkas T.T. Dendroklimaticheskie issledovaniya [Dendroclimatic research]. Leningrad: Gidrometeoizdat, 1974. 170 p.
7. Vaganov E.A., Sviderskaya I.V, Kondrat’eva E.N. Pogodnye usloviya i struktura godichnogo kol’tsa derev’ev: imitatsionnaya model’trakheidogrammy [Weather conditions and structure of the annual rings of the trees: a simulation model tracheotomy]. Lesovedenie [The forest science]. 1990, № 2. pp. 37-45.
8. Rudakov VE. Metody izucheniya kolebaniy klimata na tolshchinu godichnykh kolets [Methods of study of climate fluctuations on the thickness of annual rings]. Doklady AN ArmSSR [Reports of Academy of Sciences of the ArmSSR], 1981. pp.75-79.
9. Ufimtseva M.D., Terekhina N.V Fitoindikatsiya ekologicheskogo sostoyaniya urbogeosistem Sankt-Peterburga [Phytoindication ecological state of arbogastes of Saint Petersburg]. SPb., Nauka, 2005. 339 p.
10. Gavrilin I.I. Ustoychivost’drevesnykh rasteniy v urboekosistemakh severnykh territoriy (naprimere g. Bratska Irkutskoy oblasti): diss. ... kand. biol. nauk: 03.02.08 [The stability of woody plants in urban ecosystems of the Northern territories (for example, Bratsk, Irkutsk region): dissertation of candidate of biological Sciences: 03.02.08]. Ul’yanovsk, 2012. 191 p.
150
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 5/2014
