CC BY
39
СТРУКТУРНЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ ЛЕСОВ МУЗЕЯ-ЗАПОВЕДНИКА Л.Н. ТОЛСТОГО «ЯСНАЯ ПОЛЯНА» ПРИ ДЛИТЕЛЬНОМ ТЕХНОГЕННОМ ВОЗДЕЙСТВИИ
В. Д. КАСИМОВ, ведущий научн. сотр. ВНИИ лесоводства и механизации лесного хозяйства, канд. с.-х. наук,
Д.В. КАСИМОВ, главный специалист компании «Фрэком» (экологический консалтинг и проектирование), канд. биол. наук
В работах по лесоведению академик И.С. Мелехов много внимания уделял прикладным аспектам экологии, касающимся значения леса как фактора окружающей среды, в связи с опасностью загрязнения атмосферы, почвы и воды.
Ученый отмечал, что «для леса характерно многообразие связей с факторами внешней среды, тесное переплетение и взаимодействие этих связей. ...Лес сам является экологическим фактором огромного значения» [2]. На современном этапе техногенное влияние на лесные экосистемы стало особенно актуальным, поскольку промышленные выбросы способны существенно изменять структуру лесных экосистем.
В наших исследованиях 1997-2001 гг., проведенных в музее-заповеднике «Ясная Поляна», дана оценка долговременного техногенного влияния на лесные насаждения.
В качестве исходной информации использованы данные постов № 1 и № 2 Тульского центра по гидрометеорологии (загрязнение атмосферного воздуха) и материалы ряда научно-исследовательских институтов [1], модельного опыта по определению путей газовых потоков в леса заповедника [3], карты-схемы лесной растительности и данные
лесоустроительных проектов за 1960-1995 гг. Полученные материалы позволили систематизировать информацию о способности лесных экосистем воспринимать техногенные нагрузки, изучить преобразования их структуры при техногенном воздействии и получить возможность прогноза изменения состояния лесных биоценозов.
Мемориальный и природный заповедник «Ясная Поляна» расположен в 2-3 км от Щекинского промышленного узла и в 1,5 км от крупного промышленного предприятия -Щекинского химкомбината «Азот», с пуском которого в 1963-64 гг. возникли сложные экологические проблемы. Промышленные эмиссии этого комбината послужили главной причиной деградации лесных насаждений. В известной мере оказывали негативное влияние Косогорский металлургический завод и предприятия «Тулачермет». В начале 70-х годов валовой объем промышленных выбросов составил около 500 тыс. тонн в год, за 1982-1985 гг. - 364,1-188,2, а к началу 90-х годов валовой объем выбросов снизился до 30 тыс. тонн в год. Достаточно сказать, что количество дней без вредных примесей в 1965-1968 гг. составляло всего 2-8 %, а в 1969-1972 гг. - 12-28 %.
136
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 5/2005
Оставались неизученными особенности циркуляции газовых токсикантов в условиях пересеченного рельефа и изменения их концентраций в зависимости от таксационных показателей насаждений.
В 1972 г. специализированной группой Центрального лесоустроительного предприятия [3] было проведено изучение газовых потоков путем модельного опыта по определению путей проникновения вредных выбросов в леса заповедника, а также количества случаев превышения ПДК по трем компонентам (Б02, К02, КН3) в наблюдаемых точках. Учитывались направления ветра и возможные места застоя токсикантов.
Точки отбора проб были стационарными, пробы воздуха отбирались аспираци-онным методом в течение августа, сентября и октября 1972 г.; анализ проводился Тульской СЭС.
Результаты исследований показаны в таблице, из данных которой следует, что наибольшее превышение безопасного уровня загрязняющих веществ было в следующих пунктах (точках отбора проб):
Чепыж - по Б02, КН3, К02 соответственно в 9,7; 18 и 9,3 раза;
Афонина роща - по Б02 и КН3 - в 9,7 и 18 раза;
Бисов покос - по Б02 и К02 - в
9.7 и 6,7 раза;
Южная опушка леса - по N0 - в
8.8 раза.
Распространение газовых потоков в зависимости от форм рельефа и структуры лесных насаждений изучалось также с помощью дымовых шашек.
При анализе результатов этих исследований создается следующая картина проникновения вредных примесей в леса музея-заповедника.
При направлении ветра с румбом Ю-В (в направлении от химкомбината) в обстановке устойчивого состояния атмосферы, когда факел вредных примесей распространялся горизонтально, он проходил над садами и частично через них, через участок леса «Чепыж», а затем концентрировался в по-
нижениях, в т.ч. на полянах Чепыжа и в еловых культурах.
При направлении ветров румбом Ю и Ю-З газовые потоки при встрече с плотной стеной леса частично поднимались вверх на некоторую высоту и двигались дальше над лесом на значительную глубину; другая часть, отталкиваясь от стены леса на расстояние 10-20 м, в дальнейшем опять приближалась к ней и обтекала лесную опушку по склонам и рекам Кочаку и Безымянной и дальше по пойме р. Воронки.
При этом наличие своеобразных «коридоров» в виде дороги, ручья или просто редкое размещение деревьев в малополнот-ных насаждениях способствовало проникновению газовых потоков в эти «щели». Во всех этих «щелях» отмечался сухостой, в т.ч. дуба.
Водоемы и небольшие поляны среди спелого леса являлись зонами накопления газа. Примером тому служит участок Бисов покос, который закрыт со всех сторон лесом. То же наблюдалось и на полянах в Арков-ском верху. Таким образом, различный тип подстилающей поверхности оказывал влияние на скорость турбулентных потоков.
При северном и северо-восточном направлении ветра по долине р. Воронки часть газовых потоков от Косогорского металлургического и Ново-Тульского металлургического заводов двигалась до устья р. Ясенки и по ней до оврага к Плоцкому верху. Другая их часть шла по логу к участку Осинник и далее к Старой Абрамовской посадке.
При западном и северо-западном направлениях ветра выбросы поступали при движении автомашин по автодороге «Москва - Симферополь».
Установлено, что плотное смыкание крон первого яруса приводит к застойным газовым накоплениям, а молодняки, поляны и прогалины по отношению к сформировавшимся насаждениям можно рассматривать как зоны торможения воздушных потоков, в которых возникают очаги более высоких концентраций вредных примесей по сравнению с другими участками.
Таблица
Максимально-разовые концентрации загрязняющих веществ по 10 наблюдаемым точкам музея-заповедника (август-сентябрь 1972 г.)
№ Точки отбора проб (название и местоположение участка) Высота над уровнем моря Загрязняющие вещества
802 NHз да2
макс.-разовая конц. мг/м3 значение превышений макс.-разовая конц. мг/м3 значение превышений макс.-разовая конц. мг/м3 значение превышений
1 2 3 4 5 6 7 8 9
1 Чепыж (6Д31п1Б), 0,6 поляна в сев.-западной части насаждений 220,0 2,90 9,70 1,80 18 0,372 9,3
2 Плоцкий верх, начало большого оврага 212,5 0,36 1,2 1,40 14 0,121 3,0
3 Участок Прудище, низина, покос 190,0 0,3 1,0 1,4 14 0,129 3,2
4 Старая Абра-мовская посадка, северная опушка в пойме р. Воронки 185,0 1,09 3,6 1,7 17 0,094 2,4
4а Контрольная, в пойме р. Воронка 182,0 - - - - - -
5 Афонина роща, у вершины оврага 220,0 2,9 9,7 1,8 18 0,085 2,1
6 Арковский верх, в центре лесного массива 220,0 1,39 4,6 0,28 2,8 0,124 3,1
7 Источек, у южной границы усадьбы 222,8 1,45 4,8 0,26 2,6 0,140 3,5
8 Поляна Бисов покос 215,0 2,92 9,7 0,24 2,4 0,268 6,7
9 Елочки под Грумантом (место погибших старых культур ели) 200,0 1,42 4,7 0,28 2,8 0,160 4,0
10 Южная опушка лесов усадьбы, перед плотной стеной леса 224,8 0,73 2,4 0,28 2,8 0,350 8,8
Примечание: Максимально-разовые концентрации загрязнений сравнивались с нормативом безопасных концентраций токсикантов для условий «Ясной Поляны», значения которых равны для 802 - 0,30 мг/м3, МИ3 - 0,10 мг/м3 и N02 - 0,04 мг/м3 (Временные нормативы ПДК ... 1984).
Объем поступающих токсикантов на территорию музея-заповедника с повышенными местоположениями и с румбами Ю и Ю-З от Щекинского промкомплекса составляет 2/3 всех вредных выбросов, остальное количество (1/3) - от Косогорского металлургического завода (румбы направления ветра В и С-В), некоторый объем дает автодорога (румбы З и С-З).
С течением времени интенсивность воздействия газовых токсикантов и аэрозолей, их приоритетный состав могут изменяться в той или иной степени, но направление газовых потоков, обусловленное рельефом местности, розой ветров и характером подстилающей поверхности (лес, поляна, луг, поле) останется более или менее постоянным.
Учет пространственного воздействия токсикантов на лесные насаждения, их состояния позволили разработать экологическое зонирование территории лесного фонда с выделением двух зон [4]: зоны угрожаемой степени ослабления лесов (78 % площади) и зоны умеренной степени ослабления лесов (22 % площади).
Различная устойчивость древесных пород к действию токсикантов предопределила структурные изменения мемориальных лесных насаждений музея - заповедника [5]. При анализе динамики состояния насаждений основных лесообразующих пород (дуб, береза, липа, ель) были использованы материалы лесоустройства 1960, 1972, 1983, 1990 и 1995 г.г. [6].
Распределение площадей с различной долей участия основных лесообразующих пород в составе свидетельствует о различных тенденциях в их возобновлении и отпаде. За период 1990-1995 гг. площадь высо-кополнотных насаждений дуба сократилась почти в 10 раз, у березы она несколько снизилась с 61,8 до 58 %.
Показательной является динамика изменения полнот. Высокополнотных насаждений дуба не осталось совсем в связи с интенсивным отпадом. Площадь среднепол-нотных насаждений увеличилась в 2 раза, а низкополнотных - в 6 раз. В 1995 г. средняя
полнота дубовых насаждений равнялась 0,52.
Площадь высокополнотных березняков сократилась с 50,3 % в 1960 г. до 5,4 % в 1995 г., т.е. почти в 10 раз. В то же время доля насаждений с полнотой 0,4-0,5 увеличилась с 11 % в 1960 г. до 37,2 % в 1995 г. Средняя полнота березняков - 0,55.
Площадь высокополнотных липняков уменьшилась с 11,8 % в 1960 г. до 0,5 % в 1995 г., но зато увеличилась доля средне-полнотных насаждений с 78,8 до 93,1 %. Средняя полнота липняков - 0,64.
В ельниках произошло увеличение доли насаждений с полнотой 1,0-0,8 за счет создания культур взамен погибших средневозрастных насаждений.
Рассмотрение возрастного спектра показало, что у дубовых и березовых насаждений он является неполным. Происходит накопление спелых и перестойных насаждений, в то время как отсутствуют молодняки естественного происхождения. Восстановление дуба осуществляется за счет лесных культур, преимущественно подпологовых.
Среди березовых насаждений отсутствуют молодняки 1 и 2 классов возраста, а площадь остальных березовых насаждений почти равномерна распределена между 4 возрастными группами: средневозрастными, приспевающими, спелыми и перестойными.
У липняков возрастной спектр представлен насаждениями всех групп возраста.
Наиболее существенные различия в породно-возрастной структуре мемориальных лесных насаждений отмечены в периоды лесоустройства 1972 и 1983 гг. Именно в это время происходит интенсивное изрежи-вание верхнего полога и снижение полноты, резкое падение доли участия дуба в составе насаждений, наблюдается кульминация снижения площади молодняков у дуба и березы и увеличения их у ели за счет культур 1965-1970 гг. взамен погибших ельников 3-4 классов возраста.
Таким образом, значительный техногенный пресс привел к существенным изменениям структуры и динамики состояния лесных экосистем. Следует подчеркнуть ус-
тойчивую тенденцию к деградации коренных дубовых насаждений, усилению позиций липы, что особенно проявляется в мемориальных березовых насаждениях с интенсивным развитием подлеска и второго яруса липы. В связи с этим возникает необходимость проведения мер ухода и реконструкции для обеспечения мемориального облика лесов музея - заповедника «Ясная Поляна».
Библиографический список
1. Краткая справка о результатах работ по комплексному обследованию загрязнения природной среды в районе музея-усадьбы «Ясная Поляна», выполненных ИПГ, ГГО, НПО «Тайфун» и УГКС ЦЧО (23.03.1988 г.).
2. Мелехов И. С. Значение и использование леса как составной части окружающей среды: Учебное
пособие (из курса общего лесоводства). - М.: МЛТИ, 1977. - 41с.
3. Отчет исследования загрязнения атмосферного воздуха и условий аэрации в лесных угодьях усадьбы «Ясная Поляна». Центральное лесоустроительное предприятие В/О «Леспроект», 1972.
4. Научный отчет за 1998 г. по теме № 257-98 «Ле-соводственный и лесопатологический мониторинг лесных насаждений музея-усадьбы «Ясная Поляна» и музея-заповедника В.Д. Поленова». Пушкино, рукопись. - 49 с.
5. Касимов Д.В. Эколого-лесоводственная оценка состояния и возобновления дубовых насаждений в музее-заповеднике Л. Н. Толстого «Ясная Поляна». Автореф. дис. ... канд. биол. наук. - М.: ВНИИЛМ, 2000. - 20 с.
6. Проекты организации и развития лесного и паркового хозяйства музея-усадьбы Л.Н.Толстого «Ясная Поляна». - М.: Леспроект, 1960, 1972, 1983, 1990, 1995.
