CC BY
16
УДК 630.181.62
Хвойные бореальной зоны. 2018. Т. XXXVI, № 5. С. 417-421
ВЛИЯНИЕ ТЕХНОГЕННОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ Г. КРАСНОЯРСКА НА ВЕГЕТАТИВНЫЕ ОРГАНЫ ЕСТЕСТВЕННЫХ ДРЕВОСТОЕВ СОСНЫ ОБЫКНОВЕННОЙ
Л. И. Романова
Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
E-mail: ontogenez16@mail.ru
Техногенное загрязнение природной среды охватило в последние десятилетия значительные территории, находящиеся вблизи промышленных центров Сибири. В самих промышленных городах, при непрерывном возрастании масштабов загрязнения, техногенная трансформация зеленых насаждений приобрела большое распространение.
Особенно от токсического воздействия страдают городские хвойные насаждения. Проведено обследование естественных древостоев сосны обыкновенной, произрастающей в г. Красноярске и его окрестностях. Оценивалось состояние вегетативных органов под влиянием техногенного стресса в загрязненных районах и на контрольном участке. Результаты показали, что техногенная нагрузка оказывает негативное влияние на состояние деревьев в городских условиях.
Такой показатель, как апикальное доминирование, у деревьев лиственницы в условиях загрязнения практически отсутствует, а угол прикрепления боковых ветвей первого порядка к стволу в верхней, средней и нижней части кроны увеличен во всех городских насаждениях, по сравнению с контролем.
Ключевые слова: лиственница сибирская, вегетативные органы, жизненное состояние, техногенное загрязнение, таксационные показатели.
Conifers of the boreal area. 2018, Vol. XXXVI, No. 5, P. 417-421
INFLUENCE OF TECHNOGENIC POLLUTION OF KRASNOYARSK ON VEGETATIVE ORGANS OF NATURAL PINE STANDS IN ORDINARY
L. I. Romanova
Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: ontogenez16@mail.ru
Technogenic contamination of the natural environment has captured in recent decades significant areas located near the industrial centers of Siberia. In industrial cities themselves, with the continuous increase in the scale ofpollution, the technogenic transformation of green plantations has become very widespread.
Especially from the toxic effect of urban coniferous plantations. In this paper, a survey of natural stands of Scots pine, which grows in the city of Krasnoyarsk and its environs, was carried out. The state of vegetative organs was assessed under the influence of man-made stress in contaminated areas and in the control area. The results showed that the technogenic load had a negative impact on the state of trees in urban conditions.
Such an index as the apical dominance is practically absent in the case of larch trees in conditions of contamination, and the angle of attachment of lateral branches of the first order to the trunk in the upper, middle and lower parts of the crown is increased in all urban plantations, in comparison with the control.
Keywords: Siberian larch, vegetative organs, vital state, technogenic pollution, taxation indicators.
ВВЕДЕНИЕ
Сосна обыкновенная характеризуется высоким адаптивным потенциалом, что позволяет этому виду занимать обширный ареал с разнообразными экологическими условиями. Была установлена высокая чувствительность этого вида к техногенному загрязнению [2]. Установлено, что длительное воздействие даже невысоких концентраций аэрополлютантов может приводить к хроническим нарушениям природных экоси-
стем [3]. Проблема усыхания и гибели сосновых лесов под воздействием воздушных токсичных эмиссий, особенно вблизи городов, широко обсуждается в нашей стране и за рубежом. Сосна обыкновенная проявляет высокую чувствительность к аэротехногенному загрязнению [1]. Так, в условиях техногенного загрязнения в организме сосны обыкновенной происходили изменения биохимических и физиологических процессов, цитогенетических характеристик.
Изменение метаболических и цитогенетических процессов под влиянием промышленных эмиссий отражалось на формировании и функционировании вегетативных органов и генеративных структур сосны. У деревьев наблюдалось снижение линейного прироста побегов, уменьшение длины и массы хвои, количества хвои на побеге одного возраста [4].
С учетом этого фактора актуальным является изучение действия техногенных факторов на протекание биологических процессов у представителей рода Pinus в естественных насаждениях, произрастающих в непосредственной близости к городской среде, что позволит увидеть перспективы дальнейшего использования данного вида для озеленения городов.
В статье рассмотрено влияние техногенного загрязнения на жизненное состояние и таксационные показатели деревьев сосны обыкновенной. В ходе настоящих исследований установлена чувствительность данного вида к условиям экологического стресса.
ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ
ИССЛЕДОВАНИЯ
Работа проводилась в естественных древостоях сосны обыкновенной, расположенных в окрестностях п. Березовки, в районе Академгородка и в районе пл. Бадаложный. Древостои характеризуются разным уровнем техногенного загрязнения.
Платформа Бадаложный. Район платформы Ба-даложный находится на Ачинском направлении Красноярской железной дороги в 85-90 км от Красноярска и относится к территориям бассейна реки Оби. Почвы суглинистые, серые лесные. Тип леса - сосняк разнотравный; бонитет, в основном, II-III класса. Возраст - 90-100 лет, полнота 0,6-0,7.
Академгородок. Район Академгородка расположен на левом берегу р. Енисей. С севера прилегает район Студгородка, с востока протекает р. Енисей, с юго-востока - протока Удачная, а с запада граничит с районом Ветлужанка. Большую площадь занимают лесные массивы - насаждения сосны обыкновенной. Исследуемый участок - сосняк разнотравный естественного происхождения. Возраст древостоя - 90100 лет, полнота 0,5-0,7, бонитет II-III класса.
Березовский бор. Находится на правом берегу р. Енисей, на северо-восточной окраине г. Красноярска и занимает площадь 374 га. С трех сторон бора проходит автотрасса, с северо-западной стороны протекает р. Енисей, с юга, юго-востока проходит железная дорога на Железногорск, с северо-востока находится п. Березовка.
Основными загрязнителями территории Бора (по данным Березовской СЭС и ООО «Красноярской экологической лаборатории») являются ТЭЦ-1 и КрАЗ, другие промышленные объекты, расположенные вблизи границы города и Березовского района: МУП «Водоканал», ЗАО «Сибтяжмаш», АО «Красмаш», ОАО «Красцветмет», ГХК. На экологическом неблагополучии района сказывается близость г. Железно-горска.
Для комплексного изучения деревьев сосны обыкновенной, произрастающей в г. Красноярске и его окрестностях, были применены таксационные, мор-
фометрические и статистические методы исследования.
На территории каждого из рассмотренных древостоев были исследованы 150 деревьев.
Жизненное состояние древостоя определялось по методике В. А. Алексеева [2]. Индекс жизненного состояния древостоя рассчитывался по формуле
I = (100«! + 70п2 + 40п3 + 5п4) / N, (1)
где I - относительное жизненное состояние древостоя, %; п1 - число здоровых, шт.; п2 - ослабленных, шт.; п3 - сильно ослабленных шт.; п4 - отмирающих деревьев, шт.; N - общее число деревьев на пробной площади, включая сухостой, шт.
В соответствии с индексом жизненного состояния древостой дифференцировался класс биогеоценоза (табл. 1).
Для анализа морфоструктуры кроны сосны учитывались следующие таксационные характеристики деревьев: высота, диаметр ствола на уровне груди, протяженность кроны, угол прикрепления скелетных ветвей в нижней, средней и верхней части ствола, число веток в нижней и верхней мутовке, проекция кроны в направлении «север-юг», «запад-восток», степень апикального доминирования (отношение длины ли-дерного побега к боковым в верхней мутовке).
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Проведенные исследования показали, что загрязнение влияет на общее состояние деревьев сосны обыкновенной (табл. 2). В условиях Академгородка преобладали здоровые деревья, однако число ослабленных деревьев составило здесь почти 16 %, а в п. Березовка уже возросло до 66 %. Согласно классификации В. А. Алексеева [2] было выявлено, что индекс жизненного состояния древостоя на контрольном участке значительно выше, чем в районах, испытывающих на себе влияние техногенной нагрузки. Так, на платформе Бадаложный почти все деревья в насаждении можно отнести к здоровым. На этом участке произрастают стройные, высокие деревья. Отмирающие ветви в нижней, средней и верхней части кроны практически не встречаются. Деревья сосны, не имеющие значительных внешних повреждений кроны, ствола и хвои, составили на платформе Бадаложный 94 %. В Березовском древостое заметно снижается доля здоровых деревьев сосны по сравнению с древостоя-ми из менее загрязненных районов.
На данном участке наблюдаются такие признаки ослабленности, как: снижение густоты кроны на 30 % за счет опадения хвои или изреживания скелетной части кроны, наличие 30 % мертвых или усыхающих ветвей в верхней половине кроны, а также выключение из ассимиляционной деятельности, вследствие атмосферного загрязнения или по другим неизвестным причинам 30 % всей площади хвои. Отмечалось также на одном дереве одновременно наличие всех выше указанных признаков, проявляющихся в меньших размерах, но приводящих к суммарному ослаблению жизненного состояния дерева на 30 %. Боль-
шинство особей на данном участке можно отнести к ослабленным - 66 %. На данном участке древостоя здоровые особи отсутствуют, а число отмирающих деревьев составило 14 % от числа исследованных (см. табл. 1).
Следует добавить, что в Березовском древостое состояние отдельных особей осложняется такими заболеваниями, как рак, некроз, а также повреждениями вредителей (о чем свидетельствуют следы деятельности дятла) и механическими повреждениями.
Оценка общего состояния показала, что древостои, произрастающие в районе платформы Бадаложный и Академгородка можно отнести к здоровым, ненарушенным биогеоценозам (табл. 3).
Расчет индекса жизненного состояния:
^ад = (100 • 141 + 70 • 6 + 40 • 3) / 150 =
= (14 100 + 420 + 120) / 150 = 97,6 %;
!.Акад = (100 • 120 + 70 • 24 + 40 • 3 + 5 • 3) = = (12 000 + 1 680 + 120 + 15) / 150 = 92,1 %;
!Бер = (70 • 99 + 40 • 30 + 5 • 21) / 150 =
= (6 930 + 1 200 + 105) / 150 = 54,9 %.
Индекс древостоя в Академгородке, равный 92,1 %, стремится к нижней границе диапазона (90 %).
Данное насаждение по состоянию приближается к биогеоценозам с начальным повреждением. В Березовском древостое индекс равен почти 55 %, что соответствует классу поврежденных лесных биогеоценозов.
Таким образом, результаты оценки жизненного состояния деревьев сосны обыкновенной показали, что техногенная нагрузка оказывает определенное негативное влияние на их вегетативные органы, что, в общем, сказывается на ослабленном состоянии насаждений вблизи города, по сравнению с контрольным участком.
Морфоструктура кроны формируется в течение жизни древесного организма под контролем среды обитания. Для оценки морфоструктуры кроны использовали таксационные показатели. Измеряли высоту дерева, диаметр ствола на уровне груди, протяженность кроны, угол прикрепления скелетных ветвей в нижней, средней и верхней части ствола, проекцию кроны, степень апикального доминирования.
По данным таксационных исследований средние значения высоты деревьев в двух древостоях оказались почти одинаковыми: на платформе Бадаложный 13,8 м, в Академгородке - 13,6 м (табл. 4). В поселке Березовка высота деревьев несколько ниже - 13,4 м. Протяженность кроны оказалась наибольшей на контрольном участке в районе платформы Бадаложный и составила 73 %.
Таблица 1
Шкала классов оценки индексов жизненного состояния лесных биогеоценозов
Индекс (I), % Класс биогеоценоза
90 < I < 100 Здоровые, ненарушенные биогеоценозы
80 < I < 89 Биогеоценозы с начальным повреждением древостоя
50 < I < 79 Поврежденные лесные биогеоценозы
20 < I < 49 Сильно поврежденные лесные биогеоценозы
I < 19 Разрушенные лесные биогеоценозы
Таблица 2
Жизненное состояние деревьев сосны обыкновенной
Число деревьев, %
Район исследования зоровых, Щ ослабленных, п2 сильно ослабленных, п3 отмирающих, п4 всего, шт.
пл. Бадаложный 94 4 2 - 150
Академгородок 80 16 2 2 150
п. Березовка - 66 20 14 150
Таблица 3
Оценка жизненного состояния биогеоценозов сосны обыкновенной в окрестностях г. Красноярска
Район исследования Индекс древостоя (!д), % Индекс (I), % Класс биогеоценоза
пл. Бадаложный (90-100 лет) 97,6 90 < I < 100 Здоровые, ненарушенные биогеоценозы
Академгородок (90-100 лет) 92,1 90 < I < 100 Здоровые, ненарушенные биогеоценозы
п. Березовка (70 лет) 54,9 50 < I < 79 Поврежденные лесные биогеоценозы
Направление роста ветки (угол отхождения скелетной ветки от ствола) и степень апикального доминирования - важные показатели состояния древесного организма.
Следует отметить, что такой показатель, как степень апикального доминирования (отношение длины лидерного побега к боковым в верхней мутовке) во всех районах исследования составил 1:1, преобладание роста лидерного побега над боковыми то есть соотношение 2:1 наблюдалось только в контрольном древостое на платформе Бадаложный.
На диаграмме (см. рисунок) рассматривается процентное соотношение деревьев с плоскими кронами и деревьев с доминирующим лидерным побегом.
По мнению Е. Г. Мининой и И. Н. Третьяковой [58], апикальная доминантность является важнейшим фактором формирования кроны дерева и свидетельствует об адаптационных способностях древесных организмов. Степень апикального доминирования определяется генетическими и физиологическими свойствами, связанными с возрастом растения и экологическими факторами. Снижение роста лидерного побега приводит к угнетению роста всех процессов древесного организма и его старению. Отсутствие апикального доминирования у деревьев сосны обыкновенной, произрастающей в условиях промышленного загрязнения в районе поселка Березовка, можно
рассматривать, как проявление угнетения роста верхушечного побега в условиях загрязнения.
В непосредственной связи с выражением апикального доминирования находится величина угла отхож-дения боковых веток от основной оси (ствола) дерева. Эта величина зависит от направленности роста ветки. При росте в геотропически отрицательном направлении указанный угол естественным образом уменьшается. Это явление можно наблюдать в контрольных насаждениях сосны, где угол прикрепления ветвей первого порядка к стволу в верхней, средней и нижней части кроны, оказался более острым, чем у деревьев, произрастающих в экологически неблагоприятных районах, и составил в районе платформы Бадаложный в нижней части кроны - 51°, в средней - 50° и в нижней - 42°.
В древостое, произрастающем в п. Березовка, угол прикрепления ветвей оказался больше и составил: в нижней части кроны 70,8°, в средней - 61,8° и в нижней - 60,2° (табл. 3).
По направлению роста ветвей деревья из разных пунктов произрастания проявили значительную индивидуальную изменчивость. Нормальное для сосны обыкновенной постепенное уменьшение угла отхож-дения ветвей от ствола по градиенту роста лидерного побега выдержано менее чем у половины деревьев на исследуемых участках.
Процентное соотношение долей деревьев сосны обыкновенной с выраженным доминированием лидерного побега (А) и деревьев с плоскими кронами (В):
1 - пл. Бадаложный (фоновый древостой); 2 - Академгородок; 3 - п. Березовка
Таблица 4
Таксационная характеристика сосны обыкновенной в окрестностях г. Красноярска
Место произрастания Высота, м D13, см Протяженность кроны, % Угол прикрепления скелетных веток, град Проекция кроны, м Степень апикального доминирования
низ середина верх С-Ю 3-В
пл. Бадаложный М±т 13,8±0,04 37,2±0,1 72,9±0,36 50,9±0,3 50,3±0,3 42±0,32 6,6±0,07 6,1±0,06 2:1
V, % 4 2 6 6 7 9 11 12
Академгородок M±m 13,6±0,07 30,6±0,1 71,8±0,2 56,3±0,2 50,6±0,2 49,5±0,3 5,7±0,07 5,1±0,1 1:1
V, % 7 5 3 5 5 6 5 12
п. Березовка М±т 13,4±0,08 25,6±0,2 70,0±0,4 70,8±0,5 61,8±0,5 60,2±0,6 5,0±0,1 4,6±0,1 1:1
V, % 7 3 7 8 9 8 6 11
Отмечено отклонение от нормального направления роста скелетных веток в разных частях кроны.
При наблюдении за кроной представителей семейства сосновых Е. Г. Мининой [5] было высказано предположение о том, что критерием начальной стадии загрязнения атмосферы может служить направление роста побегов в пространстве: «Ветки кроны, пригибающиеся к земле, то есть ветки с резко выраженным геотропическим положительным ростом, свидетельствуют о гравитационно-зависимом ослаблении адаптации дерева к загрязнению среды». Отмеченное изменение формы кроны (изогнутость ствола) и увеличение угла прикрепления боковых ветвей к стволу у 70-73 летних деревьев, произрастающих в загрязненном районе поселка Березовка, может свидетельствовать об их преждевременном старении в условиях техногенной нагрузки.
Результаты обследования вегетативных органов сосны обыкновенной во всех районах исследования показали, что все таксационные характеристики в загрязненных районах и на контрольном участке имеют различия. Состояние вегетативных органов деревьев сосны в поселке Березовка по всем морфометриче-ским показателям - удовлетворительное.
Такой показатель, как апикальное доминирование, у деревьев сосны в условиях загрязнения практически отсутствует, а угол прикрепления боковых ветвей первого порядка к стволу в верхней, средней и нижней части кроны увеличен во всех древостоях, по сравнению с контролем.
Считается, что с увеличением концентрации пол-лютантов в воздухе уменьшаются адаптивные способности организма. Следовательно, увеличение угла отклонения скелетных веток и отсутствие апикального доминирования у сосны обыкновенной в загрязненных районах может служить индикационным показателем техногенного загрязнения среды обитания. При данных параметрах кроны деревьев сосны обыкновенной, произрастающих в Академгородке и, особенно, в п. Березовке, приобретают плоский вид, что свидетельствует об угнетении деревьев в условиях экологического стресса.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Результаты оценки жизненного состояния деревьев сосны обыкновенной показали, что техногенная нагрузка оказывает определенное негативное влияние на их вегетативные органы, что, в общем, сказывается на ослабленном состоянии насаждений вблизи города, по сравнению с контрольным участком.
По итогам исследования морфоструктуры кроны можно сделать вывод, что на контрольном участке таксационные показатели оказались самыми лучшими, в Академгородке - чуть ниже, а в поселке Березовка - самыми низкими. Следовательно, техногенное загрязнение отрицательно сказывается на росте дре-востоев сосны обыкновенной.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Абаимов А. П. Эколого-географические особенности притундровых лесов Средней Сибири и организация хозяйства в них // Проблемы притундрово-го лесоводства. Архангельск, 1995. С. 42-55.
2. Алексеев В. А. Диагностика жизненного состояния деревьев и древостоев // Лесоведение. 1989. № 4. С. 51-57.
3. О состоянии и охране окружающей среды в Красноярском крае за 2010 год : Гос. докл. Красноярск, 2011. 280 с.
4. Зубарева О. Н. Влияние выбросов промышленных предприятий в Средней Сибири на сосну обыкновенную (Pinus sylvestris L.) : автореф. дис. ... канд. биол. наук. Красноярск, 1993. 21 с.
5. Минина Е. Г., Третьякова И. Н. Геотропизм и пол у хвойных. Новосибирск : СО АН СССР, 1983. 199 с.
6. Носкова Н. Е., Третьякова И. Н. Влияние стресса на репродуктивные способности сосны обыкновенной // Хвойные бореальной зоны. 2006. № 3. С. 54-63.
7. Осколков В. А., Воронин В. И. Репродуктивный процесс сосны обыкновенной в Верхнем Приангарье при техногенном загрязнении. Иркутск : Изд-во Иркутск. гос. ун-та, 2003. 140 с.
8. Третьякова И. Н. Эмбриология хвойных. Новосибирск : Наука, 1990. 157 с.
REFERENCES
1. Abaimov A. P. Ekologo-geograficheskiye osoben-nosti pritundrovykh lesov Sredney Sibiri i organizatsiya khozyaystva v nikh // Problemy pritundrovogo lesovod-stva. Arkhangelsk, 1995, S. 42-55.
2. Alekseyev V. A. Diagnostika zhiznennogo sosto-yaniya derev'yev i drevostoyev // Lesovedeniye. 1989, №. 4, S. 51-57.
3. O sostoyanii i okhrane okruzhayushchey sredy v Krasnoyarskom kraye za 2010 god : Gos. dokl. Krasnoyarsk, 2011, 280 s.
4. Zubareva O. N. Vliyaniye vybrosov promysh-lennykh predpriyatiy v Sredney Sibiri na sosnu obyk-novennuyu (Pinus sylvestris L.) : avtoref. dis. ... kand. biol. nauk. Krasnoyarsk, 1993, 21 s.
5. Minina E. G., Tret'yakova I. N. Geotropizm i pol u khvoynykh. Novosibirsk, SO AN SSSR, 1983, 199 s.
6. Noskova N. E., Tret'yakova I. N. Vliyaniye stressa na reproduktivnyye sposobnosti sosny obyknovennoy // Khvoynyye boreal'noy zony. 2006, №. 3, S. 54-63.
7. Oskolkov V. A., Voronin V. I. Reproduktivnyy protsess sosny obyknovennoy v Verkhnem Priangar'ye pri tekhnogennom zagryaznenii. Irkutsk, Izd-vo Irkutsk. gos. un-ta, 2003, 140 s.
8. Tret'yakova I. N. Embriologiya khvoynykh. Novosibirsk, Nauka, 1990, 157 s.
© Романова Л. И., 2018
Поступила в редакцию 10.06.2018 Принята к печати 31.10.2018
