Научный журнал
Успехи современного естествознания
ISSN 1681-7494
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,791

СОСТОЯНИЕ И ПРОДУКТИВНОСТЬ РАСТЕНИЙ НАПОЧВЕННОГО ПОКРОВА СОСНОВЫХ ЛЕСОВ В УСЛОВИЯХ АЭРОТЕХНОГЕННОГО ЗАГРяЗНЕНИЯ НА ЕВРОПЕЙСКОМ СЕВЕРЕ

Ярмишко В.Т. 1
1 Ботанический институт им. В.Л.Комарова РАН
Исследованиями установлено, что под воздействием хронического загрязнения окружающей среды отходами медно-никелевого производства в сосняках чернично-вороничных на Европейском Севере наблюдается подавление ростовой активности и измельчение парциальных кустов растений рода Vaccinium. Кроме морфологических изменений, отмечаются внешние признаки поражения токсикантами в виде хлорозов и некрозов листьев, происходит снижение общей фитомассы напочвенного покрова (в 5 раз и более) в сравнении с фоновыми сообществами.
аэротехногенное загрязнение
отходы медно-никелевого производства
сосновые леса
1. Андреева Е.Н. Динамика видового состава мхов // Влияние промышленного атмосферного загрязнения на сосновые леса Кольского полуострова. — Л.: Бот. ин-т им. В.Л.Комарова, 1990. – С. 133–141.
2. Горшков В.В. Напочвенный лишайниковый покров // Лесные экосистемы и атмосферное загрязне­ние. – Л. : Наука, 1990в. – С. 141–144.
3. Лукина Н.В., Никонов В.В. Биогеохимические циклы в лесах севера в условиях аэротехногенного загрязнения. – Апатиты: КНЦ РАН, 1996. – Ч.1. – 216 с.
4. Лянгузова И. В. Содержание химических элементов в разных фракциях фитомассы сосны // Влияние промышленного атмосферного загрязнения на сосновые леса Кольского полуост­рова. – Л.: Бот. ин-т, 1990. – С. 48–55.
5. Лянгузова И.В. Толерантность компонентов лесных экосистем Севера России к аэротехногенному загрязнению: автореф. дис. ... д-ра биол. наук. – СПб., 2010. – С. 39.
6. Мазная Е.А. Влияние промышленных выбросов на состояние и структуру ценопопуляций Vaccinium myrtillus L. и V. vtis-idaea L. (Кольский полуостров) // Раст. ресурсы. – 2001. – Т. 37, Вып. 3. – С. 1–12.
7. Мазная Е.А., Лянгузова И.В. Эколого-популяционный мониторинг ягодных кустарничков при аэротехногенном загрязнении. – СПб.: ВВМ, 2010. – 195 с.
8. Методы изучения лесных сообществ. – СПб.: НИИХимии СПбГУ, 2002. – 240 с.
9. Никонов В.В. Общие закономерности первичной биологической продуктивности и биогехимических циклов на Крайнем севере // Сообщества Крайнего Севера и человек. – М.: Наука, 1985. – С. 79–90.
10. Ярмишко В.Т. Сосна обыкновенная и атмосферное загрязнение на Европейском Севере. – СПб.: Изд-во НИИ химии СПбГУ, 1997. – 210 с.
11. Ярмишко В.Т., Деева Н.М., Мазная Е.А., Леина Г.Д. Влияние промышленных выбросов на ассимиляционный аппарат Pinus sylvestris L. B Vaccinium myrtillus L. на Eвропейском Cевере // Раст. ресурсы. – 1995. – Вып. 3.
12. Ярмишко В.Т., Ярмишко М.А. Воздействие атмосферного промышленного загрязнения на структуру и продуктивность растений нижних ярусов северотаежных сосновых лесов // Проблемы экологии растительных сообществ (отв. ред. В.Т.Ярмишко). – СПб.: ООО «ВВМ», 2005. – С. 130–139.

В лесных экосистемах на Европейском Севере средообразующая роль принадлежит не только древесному ярусу, но и нижним ярусам растительности, слагаемых в основном кустарничками, мохообразными и лишайниками. Фитомасса этих растений может достигать 25 % и более общего запаса, годичная продукция и участие в биогеохимическом круговороте – 50–60 % (Никонов, 1985). Антропогенное воздействие, особенно техногенное загрязнение, вызывает существенную перестройку организации фитоценозов, обусловливая изменение запаса, структуры, состояния и пространственного распределения растительного органического вещества, заключенного в напочвенном покрове (Лукина, Никонов,1996; Ярмишко В., Ярмишко М., 2005).

Цель настоящей работы – исследовать состояние и продуктивность нижних ярусов сосновых лесов на северном пределе их распространения в условиях хронического атмосферного загрязнения.

Материалы и методы исследования

Многолетние комплексные исследования проводились на постоянных пробных площадях (ППП) в сосняках чернично-вороничных на иллювиально-железистых подзолистых почвах. Большинство ППП ориентированы по градиенту загрязнения к юго-западу (по направлению господствующих ветров) от медно-никелевого комбината «Североникель», расположенного в г. Мончегорск. В фоновых условиях ППП закладывали на удалении 60 км и более от источника эмиссии.

Общее описание растительности напочвенного покрова сосновых лесов производили на площадках размером от 1 до 10 м2, количество которых зависело от размеров пробной площади и пестроты строения нижних ярусов леса.

При учете фитомассы растений травяно-кустарничкового и мохово-лишайникового ярусов были использованы рекомендации, изложенные в монографии «Методы изучения лесных сообществ» (2002). Фитомассу растений нижних ярусов леса мы учитывали, как правило, в августе месяце, когда наступает завершение роста вегетативных органов на 25–30 площадках размером 25×25 см. Свежие укосы разбирали по видам растений и взвешивали. При этом мхи и лишайники по видам не подразделялись. Для определения сухой массы отбирали навески, которые высушивали до постоянного веса при температуре 105 °С.

Результаты исследования и их обсуждение

Фоновые лесные сообщества характеризуются средней концентрацией SO2 в воздухе за вегетационный период менее 10 мкг/м3 (Ярмишко, 1997) и содержанием тяжелых металлов (Ni, Со, Си) в растениях и почве не более 14–16 мг/кг (Лянгузова, 1990, 2010).

На расстоянии 30–35 км от источника эмиссии в районе умеренного атмосферного загрязнения средняя концентрация SO2 в воздухе составляет 25–35 мкг/м3, а содержание тяжелых металлов в верхних горизонтах почвы в 10–12 раз больше по сравнению с фоновыми сообществами. Здесь наблюдаются наиболее серьезные и четко выраженные изменения в состоянии лесных сообществ.

В условиях средних уровней аэротехногенного загрязнения общее число видов травяно-кустарничкового яруса в сосняках чернично-вороничных сохраняется на уровне фоновых сообществ.. Однако исследования морфометрических показателей отдельных видов этого яруса выявили, что в таких условиях произрастания происходит снижение ростовой активности и наблюдается измельчение парциальных кустов Vaccinium myrtillus, V. vitis-idaea и V. uliginosum (Ярмишко и др., 1995, Ярмишко, 1997; Мазная, Лянгузова, 2010). Так, например, в молодых и спелых сосняках кустарничково-лишайниковых наблюдается достоверное снижение средней высоты парциальных кустов, длины побега текущего года и средней площади листовой поверхности. Кроме морфологических изменений, отмечаются внешние признаки поражения токсикантами в виде хлорозов и некрозов листьев у большинства растений травяно-кустарничкового яруса (Vaccinium myrtillis, V. vitis-idaea, V. uliginosum, Equisetum silvaticum L., Linnaea borealis, Chamerion angustifolium (L.) Holub, Lerchenfeldia flexuosa и др.). При этом доля здоровых листьев снижается в 3,5 раза у Vaccinium myrtillis и в 1,5 раза у V. vitis-idaea и резко возрастает доля поврежденных – до 93 и 49,3 % соответственно (Мазная, 2001).

В исследованных сосновых лесах в условиях умеренного уровня атмосферного загрязнения наблюдается снижение общей продуктивности фитомассы растений травяно-кустарничкового яруса в 1,7–4,0 раза по сравнению с таковой в фоновых сообществах (табл. 1, 2).

Продуктивность фитомассы отдельных видов снижается более значительно, например, Vaccinium myrtillus до 5,9 раз. Интересно отметить, что в фоновых сосняках чернично-вороничных на долю Vaccinium vitis-idaea приходилось не более 4 % от общей фитомассы живого напочвенного покрова. В условиях умеренного и высокого уровня атмосферного загрязнения этот показатель достигает 14 %. По мере усиления аэротехногенного загрязнения наблюдается также относительное увеличение фитомассы таких видов как Empetrum hermaphroditum и Arctostaphylos uva-ursi.

Таблица 1

Продуктивность растений нижних ярусов в чернично-вороничных сосняках в фоновых условиях на Кольском Севере

Виды отдельных растений или групп растений

Возраст древостоев и давность нарушения их пожарами

молодой (III кл. возраста)

cпелый (XI кл. возраста)

33* (90)**

17 (60)

32 (90)

Лишайники

180 ± 55

33,1 ± 8

234 + 51

29,4 ± 6

660 + 170

61,7 ± 10

Мхи

215 ± 56

39,5 ± 8

192 + 11

24,1 ± 7

161 + 6

15,1 + 8

Vaccinium vitis-idaea

17 ± 6

3,1 ± 1,6

22 + 7

2,8 ± 1,7

41 ± 11

3,8 + 0,7

Vaccinium myrtillus

77 ± 19

14,2 ± 4

275 ± 35

34,5 ± 8

140 ± 4

13,1 ± 3

Empetrum hermiiphroditum

Arctostaphylos uva-ursi

51 ± 17

9,4 ± 3

70 ± 10

8,8 + 3

З,0 ± 20,8

0,4 ± 0,1

61 ± 25

5,7 ± 2

Arctostaphylos uva-ursi

4,0 ± 1,3

0,7 ± 0,3

3,2 ± 0,8

0,4 ± 0,1

6,8 ± 4,3

0,6 ± 0,5

Примечание к табл. 1, 2: * – номер постоянной пробной площади; ** – давность последнего лесного пожара, лет. Прочерк означает отсутствие вида в напочвенном покрове. В числителе – продуктивность сухой фитомассы, г/м2; в знаменателе – доля участия вида, % от общей фитомассы.

Таблица 2

Продуктивность растений нижних ярусов в сосняках чернично-вороничных в условиях разного уровня атмосферного загрязнения на Кольском Севере

Виды отдельных растений или групп растений

Уровень загрязнения

умеренный

высокий

Возраст древостоев и давность нарушения их пожарами

молодой (III кл. возраста)

спелый (XI кл. возраста)

молодой (III кл. возраста)

41* (50)**

45 (120)

47 (100)

Лишайники

24 ± 12

21 ± 10

92 ± 25

27,8 ± 6

-

-

Vaccinium vitis-idaea

16,5 ± 5

14,4 ± 4

17 ± 2

5,1 ± 3

14,5 ± 5

14,4 ± 5

Vaccinium myrtillus

47 ± 20

41 ± 11

102 ± 23

30,8 ± 3

12 ± 4

11,8 ± 4

Empetrum hermaphroditum

27 ± 23

23,6 ± 7

120 ± 40

36,3 ± 8

51 ± 13

50,2 ± 13

Arctostaphylos uva-ursi

-

-

-

-

24 ± 14

23,6 ± 11

В районах умеренного загрязнения окружающей среды изменений в видовом составе напочвенных лишайников в сравнении с фоновыми районами не наблюдается. Отмечается лишь нарушение формы роста слоевищ у отдельных видов (Горшков, 1990в). Общее покрытие мохово-лишайникового яруса по данным описаний 1982–1984 гг. составляло 54 % (варьировало на конкретных пробных площадях в пределах 45–70 %), а к настоящему времени снизилось почти втрое за счет отмирания части напочвенных лишайников и мхов.

Зона в 8–15 км от эпицентра промышленных выбросов характеризуется высоким уровнем загрязнения окружающей среды. Средняя концентрация двуокиси серы в воздухе за вегетационный период здесь превышает 40 мкг/м3, а содержание Ni и Си в растениях и почве в 150–200 раз больше по сравнению с фоновыми условиями (Лянгузова, 1990, 2010),

В этих условиях общее проективное покрытие травяно-кустарничкового яруса не превышает 20 %. Ярус слагают синузии четырех основных видов Empetrum hermaphroditum (проективное покрытие 5 %), Vaccinium myrtillus (5 %), V. vitis-idaea (3 %) и Arctostaphylos uva-ursi (3 %), иногда встречаются Festuca ovina L., Diphasiastrum complanatum (L.) Holub. и Linnaea borealis. Виды травяно-кустарничкового яруса (сомкнутость до 0,2, высота видов 8–10 см) размещаются по площади сообщества неравномерно, наблюдается приуроченность отдельных видов или формируемых ими микрогруппировок к нанопонижениям и подкроновым пространствам сохранившихся деревьев. В условиях сильного атмосферного загрязнения резко снижается жизненность парциальных кустов Vaccinium murtillus и V. vitis-idaea и они имеют внешние повреждения листьев хлорозами и некорозами (Мазная, Лянгузова, 2010). Так, по данным Е.А. Мазной (2001) масса отмерших кустов в общей фитомассе надземных частей в таких условиях увеличивается более чем в 8 раз. Как показали наши исследования, в условиях сильного атмосферного загрязнения продуктивность фитомассы яруса в целом и отдельных видов снижается от 1,2 до 8,5 раз по сравнению с фоновыми условиями (табл. 1 и 2).

Мохово-лишайниковый ярус фактически разрушен (общее проективное покрытие не превышает 10 %, мощность – 1–2 см). Е.Н. Андреевой отмечает (1990), что в условиях сильного промышленного загрязнения из состава мохового покрова выпадают Pleurozium schreberi, Dicranum spp.. Sphagnum spp. и Ptilidium ciliare, составляющие основу мохового покрова лесов фоновых районов и где их вклад в суммарное проективное покрытие мхов составляет 95 % и более. В исследованных сосняках в мохово-лишайниковом ярусе встречаются лишь отдельные куртины Cladonia cenotea (3 %), С. gracilis (1 %), С. crispata (1 %), Cladina mitis (1 %) и Lecidea granulose (Hoffm.) Ach. (2 %), которые приурочены к нанопонижениям. О разрушении мохово-лишайникового яруса в сосновых лесах в условиях высокого уровня атмосферного загрязнения свидетельствуют также данные, приведенные в табл. 2.

В непосредственной близости от комбината «Североникель» (в радиусе 3–5 км) от старых древостоев остались редкие остовы мертвых деревьев на эродированной почве. В молодых сосновых лесах нормальный древостой не сформирован и можно наблюдать лишь остатки растительности нижних ярусов леса. Однако наличие живых растений, таких как Vaccinium myrtillus, Empetrum hermaphroditum и Arctostaphylos uva-ursi, имеющих, на первый вид красное окрашивание листьев, остальные – измельченные листовые пластинки, приурочены, как правило, к местам накопления и устойчивого сохранения снегового покрова, предохраняющего длительное время фотосинтетический аппарат от прямого воздействия токсикантов.

Заключение

Исследования живого напочвенного покрова, проведенные в сообществах сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L.) в условиях хронического промышленного загрязнения на Европейском Севере показало следующее:

1. Продуктивность фитомассы растений живого напочвенного покрова в молодых и спелых фоновых сосняках лишайниковых составляет 974 и 1078 г/м2 сухой фитомассы соответственно. Доля участия лишайников и видов травяно-кустарничкового яруса в этих сообществах составляет 78–87 и 11,0–18,6 % от общей фитомассы напочвенного покрова. Доля мхов незначительна (1,3–2,1 %). Продуктивность фитомассы напочвенного покрова молодых и спелых чернично-вороничных сосняков составляет 544 и 1069 г/м сухой фитомассы.

2. В условиях умеренного и сильного уровней атмосферного загрязнения выбросами медно-никелевого комбината в сосняках чернично-вороничных происходит снижение продуктивности общей фитомассы напочвенного покрова, травяно-кустарничкового яруса и лишайников (в 5 раз и более) и происходит полное выпадение мхов из состава напочвенного покрова. В условиях максимального загрязнения растения приурочены, как правило, к местам накопления и устойчивого сохранения снегового покрова длительное время.


Библиографическая ссылка

Ярмишко В.Т. СОСТОЯНИЕ И ПРОДУКТИВНОСТЬ РАСТЕНИЙ НАПОЧВЕННОГО ПОКРОВА СОСНОВЫХ ЛЕСОВ В УСЛОВИЯХ АЭРОТЕХНОГЕННОГО ЗАГРяЗНЕНИЯ НА ЕВРОПЕЙСКОМ СЕВЕРЕ // Успехи современного естествознания. – 2012. – № 11-1. – С. 18-21;
URL: https://natural-sciences.ru/ru/article/view?id=31014 (дата обращения: 23.05.2022).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074