Сосновые экосистемы в условиях аэротехногенного загрязнения, их сохранение и реабилитация (13.04.2009)

Автор: Мартынюк Александр Александрович

Формирование устойчивых к загрязнению древостоев в условиях загрязнения может быть достигнуто при уходе за их составом [1989, 1993, 2001]. В смешанных хвойно-лиственных (лиственничных) одноярусных и сложных насаждениях в зонах очень сильного и сильного поражения в условиях стабилизировавшегося или возрастающего загрязнения рубками ухода на разных возрастных этапах формируют газоустойчивые чистые лиственные древостои или древостои с преобладанием лиственных пород. При устойчивой тенденции к снижению объемов выбросов, в лиственных насаждениях с примесью или с надежным возобновлением хвойных древесных видов, а также в чистых хвойных насаждениях можно ориентироваться на выращивание сосны и ели. Рубки ухода назначают здесь только при значительном усыхании малоустойчивых (хвойных) пород, вырубка которых не приводит к дальнейшему ухудшению лесной среды и будет способствовать развитию подпологового возобновления (или второго яруса).

В чистых среднеослабленных сосновых насаждениях без подроста газоустойчивых пород, при неснижающемся уровне загрязнения, при необходимости, может быть проведен уход по низовому методу без уменьшения существующей сомкнутости полога древостоя. При достаточном количестве благонадежного подроста газоустойчивых древесных видов может проводиться прореживание древостоя слабой интенсивности совместно с уходом за подростом для формирования смешанных насаждений.

При формировании насаждений в зонах очень сильного, сильного и среднего поражения целесообразно ориентироваться, прежде всего, на осветления и прочистки. Проведение проходных рубок нецелесообразно из-за возможного снижения сомкнутости полога до критического уровня и интенсификации отпада деревьев под воздействием выбросов.

В диссертации сформированы принципы отбора деревьев в рубку с учетом их газоустойчивости и фактического состояния (состояние крон, наличие сухих ветвей и суховершинности, др.); обоснованы технологические особенности проведения рубок (слабая интенсивность выборки, низовой способ рубки, использование дорожно- тропиночной сети в качестве технологических коридоров, формирование газоустойчивых опушек).

Высокая плотность промышленных объектов приводит к увеличению источников огня в зонах загрязнения, что придает особое значение профилактическим лесопожарным мероприятиям и своевременности обнаружения лесных пожаров в процессе мониторинга. Лесозащитные мероприятия, как и в незагрязненных условиях, планируются и осуществляются на основе данных лесопатологического мониторинга и лесопатологических обследований [Мозолевская, 1984; Наставление…, 1988; Наставление…, 2001 и др.]. При этом необходимо учитывать возможное изменение численности вредоносных видов насекомых и их энтомофагов, агрессивности и патогенности возбудителей, повышение чувствительности деревьев к действию биотических факторов и увеличение кормовой базы для отдельных видов вследствие роста отпада деревьев от фитотоксикантов.

Аэротехногенное воздействие обуславливает увеличение объемов санитарно-оздоровительных мероприятий и, прежде всего, сплошных и выборочных санитарных рубок, в очагах поражения насаждений. При этом сплошные санитарные рубки могут назначаться независимо от возраста древостоев после серии выборочных санрубок или как отдельное мероприятие в насаждениях, полностью утративших биологическую устойчивость и санитарно-гигиенические функции. В отличие от незагрязненных условий, при проведении сплошных санитарных рубок в условиях очага поражения выбросами, следует допустить дробление таксационного выдела на участки (со сплошной санрубкой; с выборочной санрубкой, и без рубки – куртины с относительно здоровыми деревьями), что позволит максимально сохранить жизнеспособные части насаждений. В выборочную санитарную рубку, во избежание увеличения разреженности древесного полога, не отводят сильно ослабленные и усыхающие деревья, сохранившие живую часть кроны и не заселенные стволовыми вредителями. В целях быстрой замены погибшего насаждения технология проведения санитарных рубок должна предусматривать формирование древостоя из жизнеспособных деревьев второго яруса или подроста как хвойных, так и лиственных видов, а при их отсутствии – создание лесных культур из газоустойчивых лесных растений.

Из-за значительной техногенной нагрузки на леса в очагах поражения и обычно частому использованию их в рекреационных целях, при выборе средств борьбы с вредными организмами преимущество отдается биологическим методам перед химическими.

Из специальных мероприятий, повышающих устойчивость лесов к промышленному загрязнению, в диссертации показана возможность использования селекционных методов, применения минеральных удобрений и микроэлементов, стимуляторов роста (парааминобензойной кислоты). На особо ценных, но сильно загрязненных участках лесов, после существенного снижения объема выбросов или закрытия предприятий перед созданием лесных культур возможно проведение работ по детоксикации лесных почв.

В насаждениях зоны слабого поражения, а также в лесах с повышенным уровнем загрязнения, но без видимых признаков их поражения, использование, охрана, защита и воспроизводство лесов осуществляются в соответствии с рекомендациями для незагрязненных территорий.

выводы и рекомендации

В результате 25-летних исследований, проведенных в нарушенных промышленными выбросами экосистемах, теоретически и экспериментально обоснована взаимосвязанная система мероприятий, направленная на сохранение и реабилитацию сосновых насаждений в зоне хвойно-широколиственных лесов Европейской части России и южной тайги Восточной Сибири. Исследования, которые базировались на экосистемном подходе с учетом зонально- типологических особенностей реакции сосновых насаждений на аэротехногенное загрязнение, позволили сделать следующие выводы и рекомендации.

1. Пространственное загрязнение компонентов лесных экосистем определяется совокупным влиянием источников выбросов, размещенных на территории воздействия. При одиночном источнике или компактном размещении нескольких источников ареалы загрязнения лесов химическими веществами, как правило, имеют вытянутую форму, ориентированную на розу ветров; в других случаях – более сложную конфигурацию. Величина и знак коэффициента корреляции между содержанием загрязнителя в компонентах экосистемы и расстоянием к источнику выбросов может служить подтверждением принадлежности химического вещества к выбросам изучаемого промышленного объекта.

2. В зоне влияния промышленных выбросов загрязнение атмосферного воздуха на каждом лесном участке можно характеризовать величиной дозовой нагрузки фитотоксиканта (или суммарной дозовой нагрузки нескольких фитотоксикантов), равной произведению усредненной максимальной разовой (подфакельной) концентрации на время продолжительности действия в течение месяца, вегетационного периода или года.

3. Для характеристики загрязнения лесов многокомпонентными выбросами рекомендуется использовать показатель суммарного загрязнения Zc, применяемый в оценках санитарно-гигиенического состояния городских территорий. При этом изучение химического состава снегового покрова позволяет выявить приоритетный перечень загрязнителей, объективно оценить уровень загрязнения и интенсивность выпадения техногенных веществ за зимний период.

С использованием регрессионной связи суммарного показателя загрязнения снега с состоянием насаждений установлены граничные значения показателя Zc для зон поражения сосняков, произрастающих на разных типах почв зоны хвойно- широколиственных лесов.

4. Выявлены тенденции перераспределения выпадающих из атмосферы химических загрязнителей в различных компонентах сосновых экосистем. Наиболее тесная положительная связь между содержанием техногенных элементов наблюдается в системе «снег – лесная подстилка», менее значимая в системах «снег – почва» и «подстилка – почва». Наибольшее загрязнение снега, лесной подстилки и почвы наблюдается в подкроновых, и, особенно, приствольных зонах древостоев. Содержание большинства изученных анионов в дождевых осадках увеличивается по ряду: над кронами< в окнах< под подстилкой <под кронами < под эллювиальным горизонтами почв < в стволовом стоке.

5. Наиболее объективно степень поражения деревьев выбросами характеризуют продолжительность жизни и величина некрозов хвои, густота охвоения побегов в верхней части кроны деревьев I–III классов Крафта. По данным результатов экспериментальных исследований обоснованы критерии, разработаны шкала и методика оценки повреждения сосняков промышленными выбросами, обеспечивающие получение достоверной информации о состоянии лесов вокруг источников загрязнения. Оценку степени ослабления сосновых молодняков и средневозрастных древостоев рекомендуется проводить с использованием предложенной шкалы по данным визуального определения состояния деревьев I–III классов Крафта, приспевающих и спелых – по всем деревьям насаждения.

Для уточненной оценки состояния сосновых лесов на начальных стадиях их ослабления при хроническом воздействии можно использовать показатели распространения эпифитных лишайников Evernia mesomorpha и Hypogymnia physodes.

6. На основе собственных экспериментальных работ и анализа научных источников лесные территории, подверженные аэротехногенному воздействию, разделены на 2 типа: а) с повышенным содержанием химических веществ и соединений в лесных экосистемах, но без видимых признаков ослабления древостоев; б) с видимым поражением лесов – очаги поражения лесов промышленными выбросами. Разработана система критериев, позволяющая классифицировать очаги поражения лесов выбросами с учетом их химического и агрегатного состава, площади и интенсивности повреждения, видового состава насаждений.

7. Под влиянием промышленных выбросов отпад деревьев в насаждениях идет по смешанному типу при доминирующей роли особей подчиненной части древостоя. С увеличением уровня загрязнения в число погибших и усыхающих категорий состояния включается все больше деревьев верхней части полога, возрастает интенсивность образования отпада за счет сокращения продолжительности процесса перехода деревьев из более высокой категории состояния в более низкую. Первоочередное нарушение роста по высоте деревьев высших классов Крафта приводит к «уплощению» вертикального профиля древостоя, изменению хода естественной дифференциации деревьев и повышению лесоводственно-экологической значимости подчиненных деревьев в ослабленных выбросами насаждениях.

8. В зависимости от уровня загрязнения атмосферы, начальные изменения лесных фитоценозов (угнетение и гибель наиболее чувствительных видов) трансформируются в более глубокие функциональные и структурные нарушения, вплоть до полной деструкции коренного сообщества и замены его вторичным (лесным или нелесным) ценозом, обладающим более низкой продуктивностью, но способным сохранять жизнестойкость в условиях химического загрязнения.

9. Предложена структурно-функциональная схема мониторинга лесов в условиях аэротехногенного воздействия, включающего слежение за объемами выбросов химических веществ в атмосферу (мониторинг источников воздействия), загрязнением условий местопроизрастания (мониторинг загрязнения среды), динамикой состояния насаждений и их компонентов (мониторинг состояния насаждений). Подобный мониторинг был осуществлен в насаждениях музея-заповедника «Ясная Поляна», Дзержинском лесхозе Нижегородской обл.

10. Показатели состояния, роста и продуктивности лесных насаждений ухудшаются с приближением к источникам загрязнения, при этом бонитет древостоев может снижаться на один- два класса, их запас в 1,7 раза, общая надземная биомасса и биомасса стволов – в 1,5 раза. С увеличением степени ослабления сосняков в фракционном составе их надземной фитомассы и годичной продукции повышается доля фракций кроны (ветвей, побегов текущего года и хвои) при снижении участия стволовой древесины.

Доказано, что основная причина снижения продуктивности насаждений в условиях аэротехногенного загрязнения состоит в сниженной продукционной способности ассимиляционных органов, вызванной преждевременным опадом хвои, сокращением фотосинтезирующей поверхности из-за некрозов, уменьшением массы световой хвои и разрушением хлорофилла.

Увеличение доли хвои в составе надземной фитомассы древостоев и их годичной продукции при снижении доли стволовой древесины свидетельствует о переориентации метаболизма деревьев на поддержание своей жизнеспособности в ущерб росту и продуктивности, что следует рассматривать как биоэкологическую защитную реакцию, позволяющую сохранить устойчивость деревьев и обеспечить существование насаждений в условиях загрязнения среды.

11. На основании выявленных закономерностей воздействия химических веществ на лесные экосистемы в различных зонально-типологических условиях, разработана комплексная система мероприятий по сохранению и реабилитации лесов в условиях промышленных выбросов, включающая комплекс мер по сохранению лесов (ограничение выбросов до безвредных для растительности объемов), повышению устойчивости поврежденных и восстановлению погибших насаждений.

12. В целях реализации данной системы разработана классификация нормативов допустимого воздействия химических загрязнителей на леса и сформулированы принципы экологического нормирования различных видов аэротехногенного воздействия. Принципы предусматривают учет при нормировании региональных и типологических особенностей устойчивости лесов к выбросам, реакции наиболее чувствительных экосистем или их компонентов, многокомпонентного состава выбросов и реального режима загрязнения, интегрального отклика экосистем на аэротехногенное воздействие.

В развитие экологического подхода разработаны методические основы определения допустимого загрязнения атмосферы многокомпонентными выбросами в лесах с использованием суммарной среднемесячной допустимой дозовой нагрузки и индекса суммарной среднемесячной дозовой нагрузки.

13. Исследованиями установлено, что прямое повреждающее действие кислотных осадков на ассимиляционный аппарат сосны обыкновенной наблюдается при рН=2,2; первые отрицательные изменения в росте и развитии саженцев – при 3,8 ед. рН. Эксперименты по искусственной обработке почв кислотными растворами показали, что кислотные осадки в объеме годовой – полуторагодовой нормы могут вызывать существенные изменения катионообменных свойств почв, прежде всего суммы их обменных оснований, степени насыщенности основаниями и гидролитической кислотности. Определены величины предельно допустимых нагрузок кислотообразующих соединений, составляющие для сосняков зоны хвойно-широколиственных лесов 0,3-0,9 кг/га H+, 5-15 кг/га S, 4-13 кг/га N.

14. В полевых экспериментах доказано, что для молодняков сосны, произрастающих на песчаных почвах, допустимая концентрация цинка в пахотном слое почвы в два раза превышает ПДК, установленную на саженцах в лабораторно-тепличных условиях.

15. В целях повышения устойчивости и реабилитации сосновых лесов, ослабленных промышленными выбросами, разработаны требования к совершенствованию системы ведения лесного хозяйства в очагах поражения насаждений. Предлагается в процессе лесоустройства поврежденные леса вокруг источников загрязнения относить к защитным лесам, объединяя территорию очага в особую хозяйственную часть – «леса зон промышленных выбросов» с последующим образованием в ней хозяйств и хозсекций.

Осуществление лесохозяйственных мероприятий здесь рекомендуется увязывать с реальным состоянием насаждений, существующим и перспективным режимом загрязнения среды, площадью очагов.

16. Использование лесов в очагах поражения для получения древесины возможно только в процессе санитарных рубок и рубок ухода, назначаемых по состоянию насаждений.

17. При замене погибших и восстановлении поврежденных выбросами насаждений лесовосстановительными мерами в весьма крупных и крупных очагах поражения с большими площадями погибших и усыхающих насаждений предпочтение отдается использованию естественного потенциала лесов к самовосстановлению. В целях содействия естественному возобновлению в зонах очень сильного и сильного поражения рекомендуется сохранять в составе естественного возобновления газоустойчивые и малоустойчивые древесные и кустарниковые виды лесных растений, осуществлять частичную подсадку газоустойчивых видов на участках с недостаточным количеством подроста и самосева.

Сформулированы требования к искусственному лесовосстановлению: ассортимент газоустойчивых древесных и кустарниковых пород, увеличение густоты посадки в зонах очень сильного и сильного поражения, использование посадочного материала с закрытой корневой системой, создание подпологовых культур.

18. Формирование устойчивых древостоев рубками ухода в зонах очень сильного и сильного поражения в условиях стабилизировавшегося или возрастающего загрязнения может быть достигнуто путем сохранения газоустойчивых пород в составе насаждений. При устойчивой тенденции к снижению объемов выбросов, в лиственных древостоях с примесью или с надежным возобновлением хвойных пород, а также в чистых хвойных древостоях при осуществлении рубок ухода ориентируются на выращивание сосны и ели.

В чистых среднеослабленных сосновых насаждениях без подроста газоустойчивых пород, при неснижающемся уровне загрязнения, может проводиться только уход по низовому методу, избегая уменьшения существующей сомкнутости полога древостоя. При достаточном количестве благонадежного подроста газоустойчивых древесных пород в процессе прореживания слабой интенсивности рекомендуется уход за подростом для формирования смешанных древостоев.

Разработаны требования к отбору деревьев в рубку с учетом их газоустойчивости и фактического состояния (состояние крон, наличие сухих ветвей и суховершинности, др.); обоснованы технологические особенности проведения рубок (слабая интенсивность выборки, низовой способ рубки, использование дорожно- тропиночной сети в качестве технологических коридоров, формирование газоустойчивых опушек).

19. Для повышения эффективности охраны лесов от пожаров в очагах поражения предлагается уделять повышенное внимание профилактическим мероприятиям и своевременности обнаружения лесных пожаров в процессе лесопожарного мониторинга.

20. В отличие от незагрязненных условий, при проведении сплошных санитарных рубок следует допустить дробление таксационного выдела на участки по состоянию, что позволит максимально сохранить жизнеспособные части насаждений. Во избежание увеличения разреженности древесного полога не рекомендуется отводить в выборочную санитарную рубку сильно ослабленные и усыхающие деревья, сохранившие живую часть кроны и не заселенные стволовыми вредителями. В целях быстрой замены погибшего насаждения санитарные рубки должны совмещаться с сохранением подроста или созданием лесных культур из газоустойчивых пород.


загрузка...