CC BY
32
УДК 630*425
С.Н. Тарханов, С.Ю. Бирюков
Институт экологических проблем Севера УрО РАН
Тарханов Сергей Николаевич родился в 1955 г., окончил в 1978 г. Архангельский лесотехнический институт, кандидат сельскохозяйственных наук, заведующий лабораторией экологии популяций и сообществ Института экологических проблем Севера УрО РАН. Имеет более 150 печатных работ в области эколого-географической изменчивости хвойных, биоиндикации атмосферного загрязнения и диагностики состояния лесных экосистем. E-mail: [email protected]
Бирюков Сергей Юрьевич родился в 1965 г., окончил в 1994 г. Архангельский лесотехнический институт, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник лаборатории экологии популяций и сообществ Института экологических проблем Севера УрО РАН. Имеет около 30 печатных работ в области лесной интродукции древесных пород на Европейском Севере, биологической рекультивации техногенно нарушенных территорий. E-mail: [email protected]
ПОВРЕЖДЕННОСТЬ ДЕРЕВЬЕВ РАЗНЫХ МОРФОЛОГИЧЕСКИХ ФОРМ СОСНЫ В НИЗОВЬЕ СЕВЕРНОЙ ДВИНЫ ПРИ АЭРОТЕХНОГЕННОМ ЗАГРЯЗНЕНИИ
Рассмотрена поврежденность морфологических форм сосны в северной подзоне тайги бассейна Северной Двины в разных лесорастительных условиях и на различном расстоянии от «высоких» источников выбросов. Показана динамика распределения численностей деревьев по категориям состояния и индексов повреждения сосны при аэротехногенном загрязнении и в фоновых условиях у форм, различающихся цветом мужских стробилов и диаметром кроны. Дана краткая характеристика повреждения и потери хвои у деревьев длиннохвойной и короткохвойной форм.
Ключевые слова: сосна, поврежденность, морфологические формы.
Цель нашей работы - определение зависимости степени поврежден-ности разных морфологических форм сосны от лесорастительных условий и степени аэротехногенной нагрузки.
Исследования проводили в сосновых насаждениях северной подзоны тайги бассейна Северной Двины. Выделение форм осуществляли на пробных площадях методом непровешенной ходовой линии на различном расстоянии от «высоких» источников выбросов. Диагностические признаки и эколого-биологические особенности морфологических форм сосны рассмотрены нами ранее [2].
Состояние отдельных деревьев оценивали по категориям (классам) повреждения общепринятыми в России методами [4], а в целом для выборок
® Тарханов С.Н., Бирюков С.Ю., 2011
деревьев разных форм главных лесообразующих видов - по следующей формуле [5]:
6
I = £ Щ )Щ \
¡=1
где I - индекс повреждения;
7 - номер класса повреждения (от 1 до 6), балл;
Ж - статистический вес деревьев 7-го класса повреждения;
Ж — сумма статистических весов (численность, запас деревьев).
В качестве статистических весов деревьев разных классов повреждения использовали их численность. Состояние ассимиляционного аппарата оценивали по стандартной методике, разработанной Европейской экономической комиссией (ЦК-ЕСЕ) для стран Европы [1, 8], и шкалам, предложенным В.Т. Ярмишко [7].
В результате воздействия атмосферного загрязнения на лесные сообщества происходит дифференциация деревьев по жизненному состоянию. Как показывает гистограмма распределения частот деревьев краснопыльни-ковой формы сосны по категориям состояния (рис. 1, а), в сосняках кустар-ничково-сфагновых северной подзоны тайги наибольшее число деревьев на расстоянии до 5 км от «высоких» источников эмиссий представлено 2-й и 3-й категориями повреждения. Это же характерно и для сосны с желтым цветом микростробилов (рис. 1, б), однако доля неповрежденных деревьев среди этой формы несколько выше.
Рис. 1. Распределение деревьев красно- (а) и желтопыльниковой (б) форм сосны по категориям повреждения в насаждениях кустарничково-сфагнового типа северотаежной подзоны на различном расстоянии от «высокого» источника эмиссий
В условиях активного аэротехногенного загрязнения (до 5 км от «высоких» источников эмиссий) у сосны с красной окраской микростробилов наблюдается более значительная поврежденность и потеря хвои на побегах в насаждениях сфагновой группы по сравнению с желтопыльниковой формой. Значительное усыхание ветвей происходит в нижней части кроны и отдельных ветвей в средней и верхней частях (кроме суховершинных, сильно ослабленных деревьев). Дефолиация у них значительнее выражена в нижней и верхней частях (от 5 до 70 %), слабее - в средней (до 50 %). В нижней части кроны происходит сильная дефолиация (от 50 до 95 %), у отдельных сильно ослабленных деревьев краснопыльниковой формы с усыхающей вершиной степень дефолиации достигает 100 % в верхней и средней частях кроны.
Степень повреждения хвои в условиях активного атмосферного загрязнения у деревьев краснопыльниковой формы в нижней части кроны оценивается в 1-2 балла (т.е. неповрежденная или слабо поврежденная), в средней и верхней колеблется от 1 до 5 баллов (т.е. от здоровой до сильно поврежденной, отмирающей или сухой). Потеря хвои в нижней части кроны составляет 1-3 балла (от слабой до сильной), в средней и верхней частях колеблется от 0 до 4 баллов (т.е. сильно дифференцирована от нуля до полной потери на отдельных побегах).
Индекс повреждения (I), рассчитанный как средневзвешенное значение из категорий состояния (балл повреждения) деревьев красно- и желто-пыльниковой форм сосны, в условиях атмосферного загрязнения северной тайги выше в древостоях сосны кустарничково-сфагнового типа леса по сравнению с сосняками вересково-сфагновыми и кустарничково-травяными, где этот интегральный показатель составляет 1,18...1,44. В сосняках чернично-брусничного типа хуже состояние кроны у сосны с красным цветом микростробилов (I = 1,64). Число здоровых деревьев краснопыльниковой формы в этих условиях не превышает 43 %, значительна доля ослабленных (до 57 %) [6]. Обнаруживается некоторое повышение индекса повреждения сосны с красной окраской мужских стробилов в условиях аэротехногенного загрязнения по сравнению с желтопыльниковой сосной, а с желтой - в фоновых условиях для насаждений зеленомошной (рис. 2, а) и травяной (рис. 2, б) групп типов леса. В насаждениях сосны сфагновой группы на удалении 1.5 км от источников эмиссий этот показатель у обеих форм заметно выше (рис. 2, в), чем в менее загрязненных условиях (исключение - участки в районе п. Луковецкий), а между формами различия несущественны.
В сосняках черничных свежих и брусничных по численности доминируют здоровые деревья узкокронной формы (до 86 %), процент ослабленных не более 14. Несколько хуже состояние деревьев узкокронной формы в сосняках черничных влажных, где наблюдается резкое увеличение числа ослабленных деревьев. При сравнении состояния узко- и ширококронной форм в сосняках черничных влажных выборка последней имеет большую, хотя и слабую поврежденность кроны (до 60 % здоровых деревьев), а при произрастании на дренированных почвах (сосняки брусничные) процент
I 2т * 2 т
н|] Г мл Г т
I 0 I . Ш I , |о 1 и I , и I . и <
X 10 45 К 6,5 45 50
Расстояние до источника выбросов, км
Расстояние до источника выбросов, км
б
Ш-1
ШШШш!
1 1,5 4 4 5 8 8 45 Расстояние до источника выбросов, км
50
Рис. 2. Индекс повреждения деревьев красно- (1) и желтопыльниковой (2) форм сосны в сосняках зеленомошной (а), травяной (б) и сфагновой (в) групп типов леса северотаежной подзоны
здоровых деревьев ширококронной формы в отдельных древостоях даже выше, чем узкокронной (до 100 %). В сосняках кустарничково-сфагновых на избыточно-увлажненных почвах независимо от расстояния до «высоких» источников выбросов численность здоровых деревьев (особенно ширококронной сосны) снижается (рис. 3). В этих условиях значителен процент ширококронной формы с сильной степенью повреждения кроны (38... 47 %), а также сухостойной. В пределах одних и тех же опытных участков сосняков черничных влажных и сфагновой группы типов леса северной тайги индекс повреждения деревьев ширококронной формы выше, чем узкокронной, как в загрязненных, так и фоновых условиях (рис. 4). Причем, в этих сосняках, произрастающих на расстоянии 4,5. 11,0 км от «высоких» источников эмиссий, индекс повреждения ширококронной сосны может достигать средних значений, что позволяет классифицировать ее как среднеповрежденную. В сосняках зеленомошной группы это не отмечено.
Установлено, что у длиннохвойной сосны с приближением к источнику выбросов увеличиваются степень повреждения (класс) хвои, дехрома-ция и дефолиация кроны, индекс повреждения дерева. Тенденция усиления поврежденности короткохвойной сосны с приближением к ТЭЦ (в узком диапазоне от 3,5 до 6,0 км) не выражена (см. таблицу); больше повреждается и опадает хвоя; дехромация значительнее на 14.27 %, дефолиация кроны -на 13.15 %; у короткохвойной сосны выше индекс повреждения.
3 4
Категория повреждения
6
Рис. 3. Распределение деревьев узко- (а) и ширококронной (б) форм сосны по категориям повреждения на различном расстоянии от «высокого» источника эмиссий в насаждениях кустарничково-сфагнового типа северотаежной подзоны
Поврежденность деревьев разных форм сосны
№ пробной площади Расстояние до источника выбросов, км Класс повреждения хвои Класс потери хвои Степень дехрома- ции кроны, % Степень деформации кроны, % Индекс повреждения дерева
Длиннохвойная сосна
Т 45д 3,5 1,25 1,00 14,5 14,0 2,2
Т 46 4,0 1,50 1,35 8,7 17,5 1,9
Т 45 4,5 1,70 1,15 11,2 15,7 1,8
Т 34 6,0 1,35 0,85 7,5 8,2 1,2
Короткохвойная сосна
Т 45д 3,5 2,90 1,95 41,2 27,2 2,45
Т 46 4,0 2,35 2,15 26,5 39,0 2,65
Т 45 4,5 2,55 2,05 25,7 35,5 2,65
Т 34 6,0 2,75 2,80 26,5 53,5 2,95
Рис. 4. Индекс повреждения деревьев узко- (1) и ширококронной (2) форм сосны в сосняках зеленомошной (а) и сфагновой (в) групп типов леса и черничных влажных (б) в условиях северотаежной подзоны
Особенно эти различия проявляются вблизи источника эмиссии (за исключением индекса повреждения всего дерева). Длиннохвойная сосна проявляет более высокую устойчивость к совместному воздействию стрессовых факторов (избыточное увлажнение и загрязненность воздуха), что подтверждается нашими предыдущими исследованиями [3]. Таким образом, состояние деревьев разных морфологических форм сосны зависит от лесорастительных условий и степени аэротехногенной нагрузки (в ряду других антропогенных факторов). В условиях активного аэротехногенного загрязнения сильнее повреждены деревья краснопыльниковой и ко-роткохвойной форм сосны. Индекс повреждения деревьев узко-кронной сосны с сосняках черничных влажных и сфагновой группы типов леса северной тайги меньше по сравнению с ширококронной как в загрязненных, так и в фоновых условиях.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Антропогенная динамика растительного покрова Арктики и Субарктики: принципы и методы изучения // Тр. БИН РАН. СПб., 1995. Вып. 15. 185 с.
2. Внутривидовая изменчивость хвойных и изучение состояния лесорасти-тельных сообществ в условиях загрязнения атмосферы Северо-Двинского бассейна: отчет о НИР (заключ.) / ИЭПС УрО РАН; рук. С.Н. Тарханов. № ГР 01.200.112255; Инв. № 02.2.006 04913. Архангельск, 2005. 467 с.
3. Изучение процессов адаптации и стресса древесных растений в условиях Севера: отчет о НИР (заключ.) / ИЭПС УрО РАН; рук. С.Н. Тарханов № ГР 01.2.00607687; Инв. № 02.2.00951242. Архангельск, 2008. 283 с.
4. Санитарные правила в лесах Российской Федерации. М.: Экология, 1998.
20 с.
5. Цветков В.Ф., Цветков И.В. Леса в условиях аэротехногенного загрязнения. Архангельск, 2003. 354 с.
6. Щекалев Р.В., Тарханов С.Н. Радиальный прирост и качество древесины сосны обыкновенной в условиях атмосферного загрязнения. Екатеринбург: Изд-во УрО РАН, 2006. 127 с.
7. Ярмишко В.Т. Сосна обыкновенная и атмосферное загрязнение на Европейском Севере. СПб.: НИИ химии СПбГУ, 1997. 210 с.
8. Hanisch B., Kilz E. Waldschaden erkennen Fichte und Kiefer. Stuttgart: Ulmer, 1990. 334 p.
Поступила 29.12.10
S.N. Tarkhanov, S. Yu. Biryukov
Institute of Ecological Problems in the North Ural Division of the Russian Academy of Science
Damage of Different Morphological Forms of the Pine Growing in the Lower Reaches of the Northern Dvina River in the Course of Aerotechnogenic Pollution
The damages of different morphological forms of the pine growing in the northern taiga subzone on the territory of the Northern Dvina river basin under different silvicultural conditions and situated at different distances from «high» emission sources is considered. The dynamics of the tree population distribution as to its status and indices of damage during aerotechnogenic pollution is shown. Also the dynamics of the pine population distribution for the forms notable for their colour of male strobiles and the crown diameter and growing under background conditions is described. A brief description of the damage and loss of needles by the forms with long and short needles is given.
Keywords: pine, damage, morphological forms.
