CC BY
38
УДК 551.510.42: 502.757
Куянцева Н.Б.1, Мумбер А.Г.2, Потапкин А.Б., Гаврилкина С.В.
Ильменский государственный заповедник УрО РАН Е-mail: borisovna@ilmeny.ac.ru, silver@mineralogy.ru
РЕАКЦИЯ БЕРЕЗОВЫХ ДРЕВОСТОЕВ НА КИСЛОТНЫЕ ВЫБРОСЫ, ФОРМИРУЕМЫЕ КАРАБАШСКИМ МЕДЕПЛАВИЛЬНЫМ КОМБИНАТОМ
(ЮЖНЫЙ УРАЛ)
Проанализирована зависимость уровня стабильности развития и концентрации тяжелых металлов в почве у Betula pendula в градиенте токсической нагрузки на Южном Урале. Для березы на участках в Ильменском заповеднике характерны более высокие значения площади листа и диаметра стволов, по сравнению с территорией, находящейся под воздействием кислотных и металлсодержащих выбросов Карабашского медеплавильного завода.
Ключевые слова: стабильность развития, береза, Южный Урал, техногенное загрязнение.
Проблема предотвращения деградации лесных экосистем в результате химического загрязнения является одной из важнейших экологических проблем. Накоплен значительный материал по вопросам устойчивости сосновых древостоев при разных техногенных воздействиях [1,2]. В южной тайге на месте сведенных хвойных массивов, как правило, формируются производные березовые насаждения, которые представляют собой длительно существующие стадии в сукцессионных сменах растительности [3]. Актуальное состояние лесных экосистем с доминированием березы в условиях токсического воздействия изучено недостаточно [4]. В силу не специфичности ответных реакций растений наиболее эффективен комплексный подход в исследовании отдельных составляющих биогеоценозов с оценкой морфометрических показателей организмов и уровня нестабильности онтогенеза. При зонировании территорий, различающихся по степени нарушенности, предлагается использовать сравнительный анализ трансформированных и эталонных для данной природной зоны однотипных фитоценозов [5].
Цельработы
Ьать оценку состояния березовых насаждений в условиях интенсивного техногенного воздействия.
Материал и методы
Заложены пробные площади (ПП) в березовых лесах разнотравных: 1 - 6 в окрестностях г. Карабаш Челябинской области, и 7 - 11 в Ильменском гос. заповеднике (ИГЗ) на разном расстоянии от источника эмиссии. Карабашский медеплавильный комбинат (КМК) осуществляет загрязнение среды металлсодержащей пылью и сернокислотными осадками, которые выщелачивают токсические компоненты из горных пород и минералов. Отбор почвенных проб проведен в соответствии с ГОСТ 28168-89. Градиент ухудшения условий роста выстраивали на основе накопления тяжелых металлов в почве (Бе, 2п,
Си, РЬ, Сф и выражали через коэффициент суммарной токсической нагрузки Ю [6]. Содержание токсикантов оценивали по результатам атомно-абсорбционного анализа. У пяти модельных деревьев на ПП измеряли диметр стволов (Б, см). С каждой ПП взято по 25 листьев березы, у которых весовым методом определялась площадь (8, см2). Оценивались средняя частота асимметричного проявления признаков листа (соответственно, fаci, /ас2, /ас, /ас и /ас5): 1) ширина левой и правой половинок; 2) длина жилки второго порядка, второй от основания; 3) расстояние между основаниями первой и второй жилок второго порядка; 4) расстояние между концами этих же жилок; 5) угол между главной жилкой и второй от основания жилкой второго порядка; средняя величина их асимметрии Хфа [7]. В связи с тем, что средние частоты асимметричного проявления признаков представляют величины порядка 10-3, полученные значения умножались на 1000. Степень выявленных у березы отклонений от нормы (величина интегрального показателя стабильности развития) оценивалась по 5-ти балльной шкале.
Обсуждение результатов
Снижение стабильности развития отражает ухудшение состояние организма под влиянием стрессирующих факторов. Самые большие значения частоты получены у березы для параметра /ас3, описывающего асимметричность расстояния между основаниями первой и второй жилок второго порядка (табл.). Выделенный показатель является достаточно чувствительным и может быть рекомендован для экспресс-диагностики состояния среды. В градиенте токсической нагрузки (рис. 1.А-1.В) для анализируемых морфологических параметров листового аппарата березы характерны линии тренда, уравнения которых имеют положительные значения ах, что свидетельствует о снижении стабильности развития в ряду загрязнения при увеличении концентраций тяжелых металлов в почве.
Куянцева Н.Б. и др.
Реакция березовых древостоев на кислотные выбросы..
Близкая закономерность наблюдается и для показателя Хфа, т.е. средней величины асимметрии всех признаков (рис. 1.А). Незначительный наклон линий тренда, возможно, связан с тем, что насаждения, расположенные в заповеднике, являются старовозрастными и имеют менее разреженную крону. Показано, что в затененных условиях стабильность развития у березы повислой существенно ниже, чем на освещенных участках. Ранжирование ПП по группам на основе 5-ти балльной шкалы (рис. 2) выявило преобладание на территории, подверженной выбросам КМК, древо-
стоев, характеризующихся как критические, произрастающие в крайне неблагоприятных условиях. К ним относятся 83,5% насаждений, а для района ИГЗ таких лесов только 60%. Площадь листовой поверхности и диаметр ствола определяют эффективность протекания ростовых процессов.
Установлено, что в рассматриваемом градиенте загрязнения (табл., рис. 1.Г) 8 уменьшается, а Б достаточно выровнено. В целом, для района ИГЗ средние значения 8 и Б немного больше, чем для территории, находящейся под воздействием кислотных выбросов (рис. 3).
100 1 50 -
0 0,83 1 і і 2,13 2,26 і і і 3,24 3,48 4,32 8,73 і ж і 9,46 42,27 145,44
Кі
♦ Хфа — ■— ^с1 "Линейный ^ас1)
а)
300 1 200 -100 -0
0,83 1 2,13 2,26 3,24 3,48 4,32
КІ
,73 9,46 42,27 145,44
♦ fac2
fac3
Линейный ^ас3)
-Линейный ^ас2)
б)
КІ
-♦----fac4
fac5
■ Линейный ^ас5)
■Линейный ^ас4)
40 20 ■ 0
в)
0,83
2,13 2,26 3,24 3,48 4,32 8,73 9,46 42,27 145,44
КІ
-*--------S
-Линейный
Линейный ф)
г)
Рисунок 3. Тренды изменения средних частот асимметричного проявления признаков (£ае1, £ас2, £ас3, їас и £ас5), средней величины их асимметрии (Хфа), площади листовой поверхности (8) и диаметра стволов (Б) у березы на ПП в градиенте токсической нагрузки (от меньшего к большему). По оси абцисс: Кі - коэффициент суммарной токсической нагрузки; по оси ординат: частота в % (А-В), см2, см (Г).
Проблемы экологии Южного Урала
Таблица 1. Характеристика средней частоты асимметричного проявления признаков листа, средней величины асимметрии признаков листа, средней площади листа, среднего диаметра стволов у ВеШ1а репШа и коэффициента суммарной токсической нагрузки на разных пробных площадях
№ Ш КІ Состав древостоя Сомкнутость, % /ас і /ас2 /асъ /ас4 /ас 5 Хфа Балл S D
10 0,83 9Б1С 60 0,034 0,024 0,148 0,093 0,049 0,069 V 17,31^0,77 23,4±1,7
9 1 10БС 60 0,022 0,015 0,054 0,046 0,056 0,04 II 16,64±1,08 21,2±1,4
7 2,13 10Б 50 0,028 0,024 0,071 0,05 0,038 0,042 ш 24,26±1,01 23,6±2,16
3 2,26 10Б 40 0,035 0,02 0,164 0,071 0,024 0,063 V 33,88±5,54 20,4±1,72
5 3,24 10Б 30 0,061 0,038 0,098 0,066 0,066 0,066 V 11,80±0,49 21,0±3,12
4 3,48 10Б 30 0,027 0,023 0,094 0,061 0,044 0,052 IV 13,99±0,81 20,0±0,83
11 4,32 10Б 40 0,03 0,028 0,05 0,065 0,045 0,056 V 14,72±1,04 31,0±2,78
8 8,73 10БС 50 0,021 0,002 0,1 0,047 0,06 0,045 ш 16,0±1,3 18,6±0,93
2 9,46 10Б 40 0,04 0,024 0,21 0,052 0,05 0,073 V 15,55±0,7 20,4±1,36
1 42,27 10БС 40 0,044 0,04 0,172 0,092 0,264 0,122 V 17,34±1,53 31,0±2,83
6 145,44 10Б 30 0,024 0,014 0,096 0,054 0,036 0,044 II 11,55±0,41 16,6±1,37
Рисунок 2. Распределение пробных площадей по группам стабильности развития. По оси абцисс: ИГЗ - Ильменский заповедник,
КМК - Карабашский медеплавительный комбинат; по оси ординат: % встречаемости.
II, III, IV, V - баллы
ИГЗ
КМК
Рисунок 3. Средние значения площади листовой поверхности (8, см2) и диаметра стволов (Б, см) у березы повислой на исследуемых площадях. По оси абцисс: ИГЗ - Ильменский заповедник, КМК - Карабашский медеплавительный комбинат
Таким образом, показана возможность влияния тяжелых металлов в почве на уровень флюктуирующей асимметрии у БеШа репйпїа в березняках разнотравных в градиенте токсической нагрузки. Встречаемость ПП с критическими условиями на территории, испытывающей воздействие КМК, значительно выше, чем в заповеднике. Самым чувствительным к действию стресси-
рующих факторов среды является морфологический признак листа березы - расстояние между основаниями первой и второй жилок второго порядка. Установлено, что более восприимчивым параметром для оценки гомеостаза развития выступает площадь листа в сравнении с диаметром стволов, отражающим многолетнюю динамику прироста дерева.
14.09.2011
Список литературы:
1. Черненькова Т.В. Реакция лесной растительности на промышленное загрязнение. М.: Наука, 2002.-191 с.
2. Лязгунова И.В. Динамика содержания никеля и меди в растениях сосновых лесов Кольского полуострова в условиях аэротехногенного загрязнения // Растительные ресурсы. - 2008. -Т. 44. -вып. 4. -С. 91-98.
3. Колесников Б. П. Очерк растительности Челябинской области // Флора и лесная растительность Ильменского государственного заповедника им. В.И. Ленина. Свердловск. - 1961. -С.105-129. (Тр. Ильмен. гос. заповедника; Вып. 8).
4. Черненькова Т.В. Изучение березняков разнотравных в окрестностях металлургического комбината // Экология. -1986. -№6. -С. 65-67.
5. Горчаковский П.Л. Антропогенные изменения растительности: мониторинг, оценка, прогнозирование // Экология. -1984. -№5. -С. 3-16.
6. Безель В.С. Экологическая токсикология: популяционный и биоценотический аспекты. Екатеринбург: Изд-во «Гощиц-кий», 2006. -277 с.
7. Кряжева Н.Г., Чистякова Е.К., Захаров В.М. Анализ стабильности развития березы повислой в условиях химического загрязнения // Экология. 1996. -№6. -С. 71-74.
Работа выполнена при поддержке Программы Президиума РАН №4, 09-П-5-1015 «Тренды изменений растительного покрова Южного Урала под воздействием природных и антропогенных факторов: системный фитомониторинг»
