На правах рукописи
Специальность: 06.03.03 - Лесоведение и лесоводство, лесные пожары и борьба с ними
Автореферат
на соискание ученой степени кандидата
сельскохозяйственных наук
СОСТОЯНИЕ ХВОЙНЫХ НАСАЖДЕНИЙ ЗОНЫ ШИРОКОЛИСТВЕННЫХ ЛЕСОВ И РЕПРОДУКЦИЯ СОСНЫ ОБЫКНОВЕННОЙ В УСЛОВИЯХ ПРОМЫШЛЕННОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ (НА ПРИМЕРЕ СЕВЕРО-ЗАПАДНОЙ ЧАСТИ БРЯНСКОЙ ОБЛАСТИ)
Паничева Дарья Михайловна
Брянск, 2009
Работа выполнена на кафедре лесозащиты и охотоведения Брянской государственной инженерно-технологической академии (БГИТА)
Научный руководитель: доктор сельскохозяйственных наук, Шелухо Василий Павлович
Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук Тарасенко Василий Петрович кандидат сельскохозяйственных наук Бовкунов Владимир Михайлович
Ведущая организация: Московский государственный университет леса
Защита состоится «25» июня 2009 г. в 14.00 ч. на заседании диссертационного совета Д 212.019.01 в Брянской государственной инженерно-технологической академии (241037 г. Брянск, пр-т Ст. Димитрова, 3)
E-mail: panicheva80@mail.ru
Факс: (4832) 74-16-52
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке БГИТА.
Автореферат разослан «12»_мая 2009 г.
Ученый секретарь диссертационного совета Нартов Д.И.
Общая характеристика работы
Актуальность темы диссертации. В зоне хронического воздействия промвыбросов происходит ухудшение состояния и деградация лесных насаждений. Особенной чувствительностью к действию антропогенных факторов обладают компоненты хвойных биогеоценозов, в частности сосновых. Отсутствие информативных характеристик воздействия промвыбросов различной химической природы на лесонасаждения снижает эффективность прогнозов состояния лесов, организации лесовыращивания и ведения лесного хозяйства.
Объект исследований - хвойные фитоценозы Брянской области, находящиеся под хроническим воздействием промышленных эмиссий различной химической природы.
Цели и задачи исследований. Цель работы - выявление сравнительных характеристик воздействия промышленных поллютантов различной химической природы на санитарное состояние насаждений хвойных пород, на репродуктивные способности древостоев, состояние возобновления, обоснование использования показателей поселения эпифитных лишайников в качестве биоиндикаторов степени воздействия загрязнений лесных ценозов. Для достижения поставленных целей были сформулированы следующие задачи: поллютант химический хвойный лесной
провести лесопатологическое обследование хвойных насаждений и их компонентов в районах техногенеза;
обосновать биоиндикационные критерии для зонирования территории по степени воздействия промышленных аэрополлютантов;
изучить показатели репродуктивных способностей сосны обыкновенной, состояния подроста и подлеска;
оценить возможности использования для биоиндикации параметров поселения эпифитных лихеносинузий;
обосновать и разработать рекомендации по возобновлению сосновых биоценозов в районах техногенного воздействия.
Научная новизна и значимость результатов. Впервые для условий зоны широколиственных лесов изучены изменения параметров состояния компонентов хвойных БГЦ при хроническом воздействии фторсодержащий выбросов, проведены исследования по использовании индикаторов повреждений хвойных лесов и обоснованы биоиндикационные параметры зонирования промышленного воздействия, дана оценка состояния женской и мужской репродуктивной сферы сосны обыкновенной в условиях хронического воздействия промвыбросов различной химической природы, произведен сравнительный анализ влияния фторсодержащих и щелочных выбросов на состояние подроста и подлесочных видов, определены основные направления возобновления сосновых фитоценозов в различных зонах загрязнения.
Основные научные положения, выносимые на защиту:
1. Изменение состояния хвойных древостоев зависит от состава и уровня воздействия аэрополлютантов. Действие выбросов фтористой природы является более агрессивным по сравнению с щелочными и оказывает более сильное влияние на состояние лесных ценозов, но на меньшей территории.
2. Состояние компонентов хвойных фитоценозов позволяет выявлять зоны по уровню хронического воздействия поллютантов.
3. В составе и распространении лихеносинузий различных жизненных форм происходят значительные изменения. Для биоиндикации территорий наиболее информативны популяционные показатели лишайников: Lepraria incana Ach., Hypogymnia physodes L.
4. Хроническое промвоздействие вызывает существенное ухудшение репродуктивных процессов женской и мужской сферы сосны обыкновенной, а также закономерные изменения в составе, густоте и состоянии подроста и подлеска.
Обоснованность выводов и практическая значимость работы подтверждается разнообразщным и значительным по объему экспериментальным материалом, длительным периодом эксперимента, применением научно-обоснованных методик, использованием современных методов обработки, анализа и оценки данных.
Личный вклад автора. Все работы по теме диссертации осуществлены лично автором или при его непосредственном участии.
Выражаю огромную благодарность доктору сельскохозяйственных наук, профессору В.П. Шелухо, кандидату сельскохозяйственных наук, доценту Г.А. Кистерному, сотрудникам лесохозяйственного факультета за помощь, замечания и оказанную поддержку при выполнении и подготовке диссертационной работы.
Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались на международных, региональных научно-практических конференциях, ежегодных конференциях по итогам НИР БГИТА, в том числе на международных конференциях: «Леса Евразии - Русский север» (Петрозаводск, 2007), «Экология - 2007: эстафета поколений» (Пущино, 2007), «Леса Евразии - Северный Кавказ» (Сочи, 2008), «Экология - 2008: эстафета поколений» (Пущино, 2008).
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 8 научных работ, в том числе 3 - в изданиях, рекомендованных ВАК.
Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из общей характеристики работы, 8 глав, заключения. Общий объем - 182 страницы, включает 52 таблицы, 49 рисунков. Список использованных литературных источников - 198 наименований, из них 11 на иностранном языке.
1 Состояние вопроса
Анализ литературных источников по изучению влияния аэрополлютантов на различные компоненты лесных экосистем свидетельствует о том, что техногенное загрязнение оказывает негативное влияние на все компоненты экосистемы (Кулагин, 1974; Илькун, 1978; Смит, 1985; Рожков, Козак, 1989; Михайлова и др., 2003, 2004; Лукина, Никонов, 1996; Степанчик, 1996; Харук и др., 1996; Николаевский, 1996; Ворон и др., 2000; Демаков, 2000; Менщиков и др., 2001; Коробова, 2008 и др.). Эффект воздействия связан с разнообразием загрязнителей, их объемами, климатическими и метеорологическими условиями района исследования, таксационными характеристиками насаждений (Воронцов, 1979; Добровольский, 1988; Рунова и др., 1996; Reuter и др., 1997; Чжан, 1999; Щербинина, 2002; Тарханов, 2004 и др.). Поражение лесов различной степени наблюдается практически в районе любого источника промышленных выбросов (Артамонов, 1986).
Аэротехногенное воздействие на леса вызывает негативные изменения на разных уровнях экосистемной организации и приводит к деградации насаждения в целом (Алексеев и др., 1996; Васильева, и др., 2000; Морозкин и др. 2001; Коровин и др., 2003).
Наименьшей устойчивостью к действию антропогенных загрязнений характеризуются хвойные насаждения. Признаки повреждений появляются даже при относительно низкой концентрации загрязнителя в воздухе, эффект от действия загрязнений является инерционным (Ворон и др., 2000, 2001 и др.).
Вопросы антропогенной деградации рассматриваются в работах А.С. Рожкова и В.Т. Козака (1989),Т.А. Михайловой (1998), В.Ф. Цветкова (1998), А.Н. Жидкова (2000) и др.
Большинство исследований подтверждают влияние поллютантов на состояние ассимиляционного аппарата (Дьяконов, 1996; Рязанцева и др., 1999; Коновалов и др., 2001; Щекалев и др., 2001; Басова, 2001; Дрожжин, 2002; Сергейчик, 2005), продолжительность жизни хвои (Хальбваш, 1988; Иванов, 1998; Глушкова и др., 1998; Петров и др., 1999; Хан, 2000; Торлопова и др., 2000; Неверова, Колмогорова, 2002; Прожерина, Валкама, 2008 и др.), на увеличение текущего отпада (Мартынюк, Петров, 1986; Алексеев и др., 1989; Леман, 1999; Шелухо, 2001), текущий прирост и состояние насаждений (Барткявичус, Тябера, 1982; Бабушкина, Луганский, 1990; Тавнин и др., 1996; Рунова, и др., 1996…2006; Усанова, 1998; Степанчик, 1998; Сазонова и др., 1999; Федорков, 2002; Шелухо, 2003, 2005), химический состав почв (Лобанов, 1953; Ворон и др., 1980, 1990, 1996; Чертов, 1983; Гришина и др., 1990), лихеносинузии (Десслер, 1981; Горшков, 1990; Ярмишко, 1992; Михайлова, Воробейчик, 1995; Бобкова и др., 1997; Баканов, 1998), репродуктивные способности (Подзоров, 1965; Михеев, 1996; Бабушкина, 1996; Тарбаева, 1997; Аникеев, 1997, 2000; Осколков, 1999 и др.; Федорков, 1999; Хромова, Романовский, 2002; Третьякова, Носкова, 2004), состояние естественного возобновления (Шелухо, 2001, 2005; Груммо, Зеленкевич, 2006).
В ряде работ рассмотрены вопросы мониторинга лесных экосистем в техногенных условиях, позволяющие оценить и прогнозировать ситуацию (Ямбург и др., 1999; Шелухо, 2002; Тарханов, 2004). Многие работы свидетельствуют о возможности диагностики экосистем по состоянию организмов - биоиндикаторов (Трасс, 1971; Бязров, 1988; Мартин, 1984; Николаевский, 1995; Баумгертнер, 1995; Баканов, 1996, 1997; Жидков, 1996, 1997; Отнюкова, 1997; Аржанова, Скирина, 1997; Шелухо, 2001).
На основе анализа научной литературы по воздействию промзагрязнений на экосистемы, можно сделать вывод, что техногенные эмиссии явлются важным стрессором для лесных экосистем.
К настоящему времени довольно полно изучено влияние промвыбросов на древесную растительность, живой напочвенный покров и сукцессионные процессы. Недостаточно изучены вопросы влияния выбросов различной химической природы на хвойные биогеоценозы зоны широколиственных лесов, на их репродукцию, возобновление, закономерности изменения санитарного состояния еловых насаждений в связи с интенсивностью и видами промышленных загрязнений.
2 Характеристика района исследования
Исследования проводились на территории восточной и северо - восточной частей Брянской области. Климат района работ умеренно - континентальный с теплым летом и умеренно холодной зимой. Продолжительность вегетационного периода составляет 180…190 дней Среднее многолетнее количество осадков составляет 560…600 мм. Зимой преобладают южные, летом - западные, осенью - юго-западные, весной - юго-восточные ветры Почвенный покров района разнообразен; наряду с подзолистыми встречаются серые лесные, торфянистые, дерновые почвы.
Район проведения работ располагается в лесорастительном районе сосновых лесов левобережья Десны с лесистостью 45% и преобладанием сосны обыкновенной в древостоях. По районированию А.С. Тихонова (2001) территория исследования отнесена к Фокинскому и Дятьковскому ландшафтам ослабленных хвойных насаждений.
Основными и наиболее значимыми загрязнителями атмосферы района исследований являются ОАО «Мальцовский портландцемент» и ОАО «Дятьковский хрусталь», поставляющие в лесные экосистемы твердые пылевые частицы, оксиды серы и азота (Учебно-опытное лесничество); оксиды азота, серы и фтористый водород (Дятьковское лесничество).
3 Объекты, задачи и методы исследования
Объектом исследований явились хвойные фитоценозы Брянской области, находящиеся под хроническим воздействием промышленных эмиссий различной химической природы.
Детальные работы сосредоточены в древостоях III…VI классов возраста I…Iа бонитета с полнотой - 0,4-0,8, долей участия главной породы в составе - 5…10 единиц и находящихся в близких относительно друг друга условиях произрастания - С2…3. В зоне щелочных выбросов (ОАО «Мальцовский портландцемент») исследовались сосновые насаждения, а в зоне фторсодержащих (ОАО «Дятьковский хрусталь») - сосновые и еловые.
Лесопатологическая таксация и закладка пробных площадей осуществлялась в соответствии с требованиями «Правил санитарной безопасности в лесах» (2007), «Санитарных правил в лесах Российской Федерации» (1998), «Методики лесопатологического обследования очагов вредителей и болезней (1984), «Инструкции по экспедиционному лесопатологическому обследованию лесов СССР» (1983), и «Руководству по планированию, организации и ведению лесопатологических обследований» (2007) .
Для изучения лихеносинузий учитывались проективное покрытие эпифитных лишайников на высоте 1,3 м, их видовой состав и протяжённость поселений на стволах деревьев. Описание лишайниковых синузий проводилось раздельно по каждой стороне горизонта (С; Ю; 3; В) с использованием палетки. Лишайники учитывались на 25 деревьях близких диаметров в пределах каждой пробной площади.
Учёт естественного возобновления производили на круговых площадках радиусом 1,78 м (10 м2) (Тихонов, Набатов, 1995). При учете подроста и подлеска они распределялись по категориям крупности и благонадежности. Также оценивалась равномерность распределения подроста по учётной площадке и его густота (Общесоюзные нормативы…, 1992).
Для определения показателей репродуктивной деятельности сосны обыкновенной измеряли параметры шишек (Правдин, 1964), фертильной зоны, определяли частичную женскую стерильность по репликам семенных чешуй (Романовский, 1989) и жизнеспособность пыльцы (Пятницкий, 1961; Абатурова, 1978).