CC BY
91
ОСОБЕННОСТИ ТЕХНОГЕННОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ ЛЕСНОЙ
ПОЧВЫ
FEATURES OF TECHNOGENIC POLLUTION OF FOREST SOIL
Лысиков А.Б. (ИЛАНРАН, Московская обл., РФ) Lysikov A.B. (IFS RAS, Moscow région, RF)
Рассмотрена возможность диагностировать интенсивность загрязнения поллютантамилесной экосистемы по химическому составу почвы в разных микрозонах парцелл древесных эдификаторов.
The results of studying theintensity of forest ecosystems contamination by means of chemical properties of soil in different microzoneswas considered.
Ключевые слова: экология, загрязнение, почва, парцелла, микрозона
Key words: ecology, contamination, soil, parcella, microzone
Одним из наиболее масштабных источников техногенного загрязнения природных экосистем в настоящее время является автомобильный транспорт, при этом влияние крупных автомагистралей на лесные сообщества является многофакторным. В условиях интенсивного автотранспортного загрязнения на поверхность почвы, главным образом, аэральным путем - в виде сухих выпадений, а также в составе аэрозолей и с осадками поступают большие количества поллютантов. Некоторые поступающие элементы, в частности, тяжелые металлы, такие, как свинец, цинк и медь, способны накапливаться в почве, образуя с органическим веществом малорастворимые и комплексные соединения.
Исходя из концепции парцеллярной неоднородности распределения химических элементов в почве лесного биогеоценоза, можно считать, что обусловленное локализацией поллютантов, различие химического состава верхнего горизонта почвы в разных микрозонах парцелл, образованных крупными деревьями-эдификаторами, может послужить диагностическим критерием характера и интенсивности техногенного воздействия на лесной биогеоценоз со стороны автомагистрали
Задачей исследования было установить возможность диагностирования интенсивности техногенного загрязнения почвы сложных сосняков с примесью березы бородавчатой некоторыми поллютантами, поступающими с примыкающей Московской кольцевой автодороги (МКАД), путем сравнения химического состава почвы по микрозонам березовых парцелл. Исследования проводили в 8 квартале Серебряноборского опытного лесничества в сложных борах, испытывающих влияние МКАД. Состав насаждения в примыкающей к МКАД полосе леса 8С2Б, средняя высота - 22 м, возраст насаждения около 75 лет. Число стволов около 650 экз.га-1. В полосе леса от 30 до 100 м от МКАД количество берёзы в составе насаждения несколько снижается. Встречаются крупномерные деревья и подрост берёзы, дуба, ивы козьей и осины около 4,5 м высотой.
Исследуемый участок характеризуется выровненным, плоским рельефом. Почвообразующие породы представлены песчаными и супесчаными четвертичными отложениями, перекрывающими толщу флювиогляциальных
наносов. Почва среднедерновая слабоподзолистая супесчаная иллювиально-железистая двучленная.
Пробные площади представляли собой три вытянутые полосы длиной 150 м и шириной 5 м, ориентированные параллельно МКАД на расстоянии 20, 50 и 100 м от дороги. Внутри каждой из них выбирали по 5 экземпляров березы не ниже среднего возраста, входящие в первый ярус древостоя. Рассматривая каждую березу как эдификатор парцеллы, из гумусово-аккумулятивного горизонта почвы в 3-х-кратной повторности отбирали образцы в радиусе 20 см от основания ствола (приствольная микрозона) и на расстоянии 2 м от ствола, с разных его сторон (подкроновая микрозона).
В почвенных пробах традиционными методами проводили анализ кислотности верхнего минерального горизонта почвы (pH водной вытяжки), определение поглощённого кальция, а также валового содержания некоторых тяжёлых металлов (медь, цинк, свинец) с помощью нейтронно-активационного анализа.
Воронковидное строение кроны березы, характеризующееся малыми углами отхождения скелетных ветвей от ствола, обусловливает преимущественное стекание вод по ветвям и стволу к его основанию. Результаты измерения биометрических параметров берез в возрасте 80 лет показали, что площадь поверхности ствола и ветвей разного порядка у них может составлять 20 м , не принимая во внимание складки и неровности коры, с учетом которых эта величина будет значительно выше. Исходя из этого, можно оценить как весьма высокую потенциальную способность березы к перехвату и аккумулированию атмосферных поллютантов, определенный вклад в этот процесс вносят и ассимиляционные органы дерева с их огромной поверхностью.
Атмосферные осадки, стекающие по стволу, ветвям и, частично, листьям березы и собираемые в комлевой части ствола, обычно имеют более кислую реакцию по сравнению с осадками, прошедшими через крону, а также собранными на открытом месте. Кислотность образцов, взятых из верхнего минерального горизонта почвы ненарушенных техногенным воздействием лесных биогеоценозов также бывает несколько выше в приствольной микрозоне березы, по сравнению с почвой вне проекции кроны. Такое подкисление, очевидно, связано с извлечением стоковыми водами органических кислот и выщелачивающим действием их на почву, примыкающую к основанию ствола.
Наши исследования в лесах придорожной зоны МКАД показали, что некоторое подкисление почвы вприствольной микрозоне березы отмечалось только на пробной площади, находящейся в 100 м от автомагистрали. По мере приближения к дороге, напротив, отмечали подщелачивание почвы вблизи основания ствола берез, причем максимальное различие между микрозонами по этому показателю зафиксировано на ближайшей к автомагистрали пробной площади.
Основной причиной увеличения щелочности придорожных почв является повышенное содержание оснований в составе противогололедных реагентов, применяемых на автомагистралях в зимнее время. В последние годы преоб-
ладающим реагентом, используемым дорожными службами, является препарат ХКМ, содержащий в своем составе около 30 % хлористого кальция. Значительную долю в составе реагентов составляли и хлориды щелочных металлов, являясь причиной засоления почвы и токсических ожогов растительности. Поступающие с дороги соли в составе аэрозолей естественным образом осаждаются в придорожной полосе не только на почве, но и на стволах и ветвях деревьев, а впоследствии под воздействием осадков смываются в почву под стволами, сдвигая ее естественную кислотность в щелочную зону, что может неблагоприятно сказываться на вегетации растений, в первую очередь, напочвенного покрова.
Подтверждением этому являются результаты определения содержания поглощенного кальция в почве разных микрозон березовой парцеллы на разном удалении от МКАД. На ближайшей к дороге пробной площади его количество увеличивалось по сравнению с самой отдаленной площадкой в 1,5-1,6 раза, причем несколько выше - в приствольной микрозоне. При удалении от МКАД количество обменного кальция в лесной почве довольно сильно снижалось, постепенно приближаясь к естественным значениям для зональных почв, достигая на расстоянии 100 м от дороги величины около 5,6 мг-экв. 100 г-1 (в подкроновоймикрозоне). При этом на дистанции 100 м от МКАД превышение содержания обменного кальция в приствольной микрозоне над содержанием его в подкроновой составляло всего 4% и было недостоверным при Р = 0,95, на расстоянии 50 м, соответственно 10%, а на удалении 20м от МКАД - 18%. Таким образом, в примыкающей к дороге полосе лесного биогеоценоза крупные березы - эдификаторы соответствующих парцелл могут играть определенную роль в перераспределении химических соединений, поступающих аэральным путем с МКАД под полог леса.
Еще одним свидетельством в пользу этого утверждения стали результаты анализа содержания некоторых тяжелых металлов в почве разных микрозон березовых парцелл. Количество в почве свинца, одного из главных агентов автотранспортного загрязнения, оказалось существенно выше в почве приствольной микрозоны березовых парцелл.
Максимальные различия между микрозонами по этому показателю были отмечены на ближайшей к МКАД пробной площади (на расстоянии 20 м от нее), они составляли 54%. На удалении 50 м от полотна дороги приствольная микрозона по содержанию свинца обгоняла подкроновую на 19%, тогда как на расстоянии 100 мот дороги - на 12%. Анализируя абсолютные величины содержания свинца, следует отметить, что только в варианте приствольной микрозоны ближайшей к МКАД пробной площади его количество в почве превышает значения ПДК, а во всех остальных вариантах оно ниже.
Подобный, но несколько менее ярко выраженный характер распределения по микрозонам парцеллы отмечался в случае оценки содержания в почве цинка. На придорожной пробной площади вприствольной микрозоне березы его количество на 39% превышало таковое в подкроновой микрозоне. На расстоянии 50м от МКАД это различие составляло 22%, а на удалении 100 м -отмечалось обратное, т.е. содержание цинка в приствольной микрозоне ока-
залось даже на 7% ниже, чем в подкроновой, однако эта разница была недостоверной даже при Р=0,90.
Что касается содержания в почве меди, то на ближайшей к МКАД пробной площади в приствольной микрозоне оно составило 44,3 мг кг-1 и лишь на 16% превышало ее содержание в подкроновой микрозоне. При удалении от дороги снижение количества меди в почве оказалось довольно незначительным, а различия между микрозонами парцелл - недостоверными при Р=0,90. Таким образом, имеются основания считать, что медь не входит в число основных загрязнителей, которые поступают в изучаемые придорожные лесные биогеоценозы со стороны МКАД.
Следует отметить также, что величины валового содержания цинка и меди в образцах почвы с ближайшей к МКАД пробной площади приближались к значениям ПДК для почвы, но не превышали их. Потенциальная опасность относительно высокого содержания тяжелых металлов в лесной почве придорожной зоны несколько снижается по причине реакции почвенного раствора, которая, как было показано, приближается здесь к нейтральной под влиянием применения противогололедных реагентов. В таких условиях подвижность многих металлов в почве и доступность их для растений существенно снижается.
Таким образом, на примере сложных сосняков с примесью в насаждении березы бородавчатой была показана возможность путем сравнения химического состава почвы в разных микрозонах березовых парцелл диагностировать интенсивность загрязнения лесного биогеоценоза поллютантами, поступающими с примыкающей МКАД. Было установлено, что в приствольной микрозоне количество валовых форм тяжелых металлов (свинец, цинк медь) в верхнем 10-сантиметровом слое почвы в 1,2-1,5 раза превышало их содержание в почве подкроновой микрозоны. При удалении от автомагистрали, являющейся локальным источником загрязнения, параллельно с уменьшением общего содержания поллютантов в почве отмечали снижение межпарцеллярных различий по этим показателям. В приствольной зоне березы отмечали также относительное подщелачивание почвы и повышение количества обменного кальция. Использование результатов сравнительного анализа почвы по микрозонам парцеллы может быть применено для индикации и диагностики характера и динамики техногенного загрязнения того или иного лесного биогеоценоза.
