CC BY
56
ВЛИЯНИЕ АНТРОПОГЕННЫХ ФАКТОРОВ НА ЛЕСНУЮ РАСТИТЕЛЬНОСТЬ
Михайлов М.З. (ГОУ ВПО «БрГУ», г. Братск, РФ)
The analysis of the radial gain for the diagnosis of fluctuations of efficiency of wood photosynthesis is lead.
До строительства Братского территориально-производственного комплекса данная территория была сплошь занята светло-хвойной тайгой. Главной лесооб-разующей породой коренных лесов рассматриваемого района являлась сосна, которая занимала 56% лесопокрытой площади, лиственница - 4,7%, ель и пихта -12,2%, кедр сибирский - 0,9%, береза - 21,8%, осина - 4,4%.
В настоящее время лиственные насаждения с преобладанием березы и осины, в основном, молодняки, находятся в непосредственной близости к промпло-щадке алюминиевого завода, т.к. появились под пологом погибших хвойных дре-востоев или после их вырубки.
На территории радиусом 8 км от промплощадки предприятия лесная площадь занимала 78% территории, остальные 22 приходились на угодья, площади специального назначения и др.
Границы распространения поврежденных промышленными выбросами дре-востоев определяются концентрацией в воздухе вредных соединений, и направлением преобладающих ветров. Поэтому в наибольшей степени поражены древо-стои, расположенные восточнее и северо-восточнее от БрАЗа. На степень усыха-ния древостоев влияет рельеф местности и возраст деревьев. Особенно сильно повреждаются древостои, обращенные к источникам промвыбросов. По данным лесопатологического обследования насаждений лесхоза, представленных в таблице 16 ослабленные древостои составили 61,9 %, сильно ослабленные - 31,9 %, усыхающие - 4,8 %, погибшие -1,4%.
В зависимости от степени ослабления (усыхания) насаждений, на всей обследованной наземной площади выделены три условные зоны влияния промышленных выбросов: первая зона - зона сильного влияния, в которую вошли в основном усыхающие и погибшие насаждения (в основном перестойные древостой); вторая зона - зона среднего влияния промвыбросов, в которую входят сильно ослабленные насаждения; третья зона - зона слабого влияния промвыбро-сов, которая включает в себя как ослабленные, так и здоровые насаждения с признаками влияния промвыбросов. Третья зона не имеет четко выраженной внешней границы.
Комплексной характеристикой загрязнения воздуха служит «индекс загрязнения» атмосферы, определяемый из соотношения:
ИЗА = ^1!ПДК1).С1,
где q и ПДКt, - концентрации для ПДК i-ой примеси, а Ci - класс ее опасности.
На рис. 1 мы приводим годовой ход индекса загрязнения для 11 антропогенных примесей воздуха в г. Братске. Как видно из графика, ИЗА меняется в течение года по своему закону, несколько похожему на изменение пыли.
20 18 16 14 12
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
ИЗА
Рисунок 1 - Годовой ход индекса загрязнения атмосферы в г. Братске
Интегральный индекс загрязнения атмосферы (ИЗА) также изменяется в течение года, в наибольшей мере повторяя ход аэрозолей.
В заключение анализа сезонных изменений атмосферных примесей подчеркнем, что в относительной мере амплитуды внутригодовых вариаций не-
-5
велики и составляют в среднем около 30 мг/м .
Объективная оценка степени техногенного воздействия должна базироваться на расчете диффузионного переноса атмосферных примесей от их источников. В зависимости от целей, перепое примесей рассчитывается с той или иной степенью детализации решений уравнения турбулентной диффузии. В настоящее время известно множество вариантов численного и аналитического решения уравнений диффузии, отличающихся начальными и граничными условиями, учетом масштабов турбулентности, форм рельефа, параметров стратификации атмосферы и параметров источников.
Для районирования лесных массивов большой площади, по нашему мнению, нет необходимости в детальных расчетах, а достаточно получить усредненное пространственное распределение средних за год или сезон концентраций примесей.
Годовая сумма выбросов в Братске и Усть-Илимске равна 118 тыс. т/год и 32 тыс. т/год, что соответствует мощности источника 3,7 и 1,0 кг/с. Объемная концентрация резко убывает с расстоянием и, например, в Братске на расстояниях 2,
-5 -5
10, 40 и 60 км соответственно равна: 9250, 370, 23 и 10* 10- мг/м .
Аналогичные расчеты по примененной нами методике можно выполнить отдельно для сезонов или месяцев вегетационного периода. Несмотря на усредненный характер расчетов, полученные концентрации соответствуют наблюдаемым значениям. Так, в Братске измеряемые общие концентрации составляют 1-1,2
-5
мг/м ; такая же цифра получена в нашем расчете для ближайших окрестностей города.
Для получения боле достоверных результатов по влиянию техногенного загрязнения на радиальный прирост применялся метод дендрохронологиче-ских исследований.
Анализируя данные абсолютных значений радиального прироста можно заметить определенные закономерности в изменении этих величин. Так радиальный прирост после 50-60-х годов снижается у всех категорий деревьев. Это соответствует времени пуска основных предприятий. Анализ изменений прироста го-
дичных слоев в зонах I и II по трем категориям жизненного состояния - здоровые, угнетенные и сухостойные - показывает, что совместные колебания происходят почти синхронно.
Снижение прироста у угнетенных деревьев сосны произошло более резко, чем у категории здоровых деревьев, а у лиственницы угнетенной снижение прироста шло плавно, постепенно. Сухостойные деревья сосны и лиственницы первоначально, до воздействия выбросов уже имели меньший радиальный прирост, т.е. были несколько угнетены, поэтому длительное воздействие загрязнителей привело к ослаблению деревьев, снижению радиального прироста и в конечном итоге, к гибели.
Для обоснования использования средних обобщенных хронологий сосны (средн. сосны) и лиственницы (средн. листвен.) при анализе связи радиального прироста рассматриваемых деревьев с климатическими компонентами представим коэффициенты корреляции данных хронологий с серией колец каждого отдельного дерева (см. табл. 1)
Таблица 1 - Коэффициенты корреляции между средними обобщенными хронологиями колец сосны и лиственницы и сериями колец каждого отдельного дерева_
О О 00 00 00 00 оо оо ГО оо
О О О о О о о о ч ч ч 1=1
00
к 3 00 00 т 00 ю 00 00
и о 00 ю ю ю го Ю
о о о о о о о о о О о о О О
О о
К и 00 т с^ ю 00 Ю
и о го 00
к о о о о о о о О О о О О о
О ч
На рис. 2 показана динамика среднего годового радиального прироста сосны и лиственницы, и многолетний ход повторяемости западной и восточной формы циркуляции.
Из рисунка видно, что три кривые имеют приблизительно одинаковый ход и тренд: кривые приростов сосны и лиственницы, а также кривая хода повторяемости западной формы циркуляции.
300 -250
ш
I 200
^ 150
о ч
100 50 0
1,6 1,4 1,2 1
0,8 0,6 0,4 0,2 0
1900 1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000
-•-западная циркуляция -■-восточная циркуляция
■прирост, мм (сосна)
- прирост, мм (лиственница)
Рисунок 2 - Динамика годового радиального прироста (мм) сосны и лиственницы (1900-2005 гг.) и повторяемость западной и восточной формы циркуляции
Если же принять в расчет не только гидротермические факторы, но и радиационные, а также гелиофизические факторы, то множественный коэффициент корреляции вырастает до 0.72 (для сосны) и 0.78 (для лиственницы). Т.е. можно сказать, что в исследуемом районе не существует фактора, единолично лимитирующего прирост хвойных деревьев. То есть, все представленные выше геофизические факторы имеют большое значение в приросте исследуемых деревьев. Представляет интерес, построенная регрессионная модель зависимости прироста сосны и лиственницы от различных метеорологических факторов. Для построения этой модели использовался пакет статистических программ STADIA. Приведем некоторые из уравнений многомерной регрессии:
1. Средний прирост лиственницы - ZRl
ZR1 = 0,41 - 0,02/; + 0,03Tyjj - 0,0ЫГ - 0,01 RXI + 0,005 Rp + 0,004 RPII
2. Средний прирост сосны - ZR
ZR2 =0,04-0,057;
"R 2
0,06 у;7/ - 0,02 Ay - 0,01 я v/
0,057?,, + 0,04 R,
3. Прирост сосны угнетенной - ZJ
R 3
7Л, = 0,65 + 0,037; + 0,03 Тш + 0,02 Ат + 0,01 Мх/ + 0,001 Я,., + 0,002 Я,.7/
4. Прирост сосны здоровой - гК4
гк4 = 1,15 - 0,147[ + 0,12ГК// - 0Мт - 0,02ЯХ1 - 0,01 \ЯУ + 0,0017?к//
5. Прирост лиственницы здоровой - гК5
= 1,18 + 0,0057; - 0,03'/;7/ + 0,02/1, - 0,01 ДА7 + 0,004Яу + 0,005 Нги
Регрессионная модель радиального прироста представляет наибольший интерес для диагноза многолетних колебаний продуктивности лесного фотосинтеза. В прогностических целях использовать такую модель затруднительно в связи с большими трудностями прогноза гидрометеорологических факторов. Регрессионный анализ, выполненный нами, характеризует естественные вариации продуктивности фитоценоза.
