Введение к работе
Актуальность теин. Проблема техногенного загрязнения природной среды на Европейском Севере, где расположены многие предприятия цветной и черной металлургии, горно-добывпюаей. химической и лесной промышленности, объекты атомной энергетики, является чрезвычайно актуальной. В последние 15-20 лет стало очевидним, что при достигнутой модности промышленного производства уже невозмоана естественная нейтрализация токсикантов, поступающих в воздух, почву и воду. Постоянно возрастаюзее количество промышленных выбросов в окрутаюпгую среду является основной причиной деградации веками складывающихся экосистем, к, что самое неприятное, в отдельных районах появилась реальная угроза нарушений в природных комплексах с тяжелыми необратимыми последствиями. Одним из таких районов на Европейском Севере является Кольский полуостров, особенно его центральная и западная части, где сосредоточены основные источники атмосферного загрязнения, а главной лесообразувщей породой является сосна обыкновенная (Pinus sylvestris L. ),
Первые сведения о влиянии прокыилошшх эмиссий на растительные сообиества Кольского Севера были опубликованы в 1970-х гг. (Раменская, 1972; Исаченко, Филиппова, 1975; Доачена, 1977, 1973; Аблаева, 1978; Болтнева и др., 1978; Крючков, Сыроид, 1979 и др.). Большинство выполненных исследований носили ландшафтно-географн-ческий и геоботаиический характер, отражали лишь общую оценку воздействия промышленных выбросов на растительность. Углубленного изучения влияния основных загрязнителей (S02 в сочетании с Ni, Си, Со) на сосну обыкновенную и ее сообщества до начала наших исследований там не проводилось. Между тем разработка стратегии долгосрочного экологического прогнозирования и рационального природопользования, создание программ биологического мониторинга лесных экосистем з условиях техкогеноза, возможны лишь на базе многолетних комплексных исследований и получения разнообразных количественных данных о влиянии промышленного атмосферного загрязнения на отдельные виды растений и их группировки. Работы по изучению атмосферного загрязнения на соснопые леса Европейского Севера били начаты нами в 1981 г. и включены в тематику Ботанического института им. В. Л. Комарова Российской АН, Рукоиодство на первых этапах исследований осуществлялось д. 6. н. В. А. Алексеевым.
- 4 -Педь и задачи исследований. Цель работы - изучить влияние хронического загрязнения воздуха двуокисью серы в сочетании с тяжелыми металлами (Ki, Си, Со) на сосну обыкновенную и ее сообщества. Ваяно было также оценить сосну как индикатор состояния окружающей среды и разработать основы биологического мониторинга лесных экосистем в условиях техногенез.ч на Европейском Севере. В задачи исследований входило:
выявить изменения в формировании крон и ассимиляционного аппарата сосны под воздействием поллютантов;
изучить особенности! роста сосны, формирования надземной фи-томассы и ее вертикально-фракционного распределения в древостоях, испытывающих разные уровни техногенного загрязнения;
оценить изменения в строении, распределении в почвенных горизонтах и состоянии корневых систеи сосны обыкновенной под воздействием промышленных эмиссий.
исследовать строение, состав, продуктивность и состояние сообществ сосны обыкновенной в районах с разной интенсивностью атмосферного загрязнения;
-. провести анализ динамики состояния сообществ сосны обыкновенной за исследуемый период.
Защищаемые полоненая. 1. В промышленно развитых районах Европейского Севера на сообщества сосны обыкновенной оказывает влияние целый комплекс факторов, среди которых_важнейшим является атмосферное загрязнение.
-
Хроническое загрязнение воздуха двуокисью серы и тяжелыми металлами (Ні, Си, Со) повреждает и разрушает кроны и ассимиляционный аппарат сосны, подавляет ее рост и снижает продуктивность, повреждает и разрушает корневые системы сосны обыкновенной.
-
Промышленное атмосферное загрязнение приводит к постепенному ухудшению жизненного состояния, разрушению и гибели древосто-ев сосны обыкновенной, а также к деградации ее 'сообществ и переходу их в техногенные пустоши. . ,
-
Выявленные изменения основных характеристик сосны обыкновенной и ее сообществ позволили разработать методологическую основу биоиндикации загрязнения лесных экосистем на Европейском Севере.
Научная новизна работы. Впервые на Европейском Севере проведены детальные исследования особенностей роста, продуктивности к
- 5 -состояния сосны обыкновенной в сообществах, испытывающих влияние промышленного атмосферного загрязнения, и дана количественная оценка воздействия токсикантов на эти процессы.
Выявлены основные закономерности формирования крон и ассимиляционного аппарата сосны обыкновенной и изменения их при разных уровнях техногенного загрязнения. Показаны особенности погодичной изменчивости линейного и радиального прироста сосны. Особое внимание уделено временным колебаниям процессов роста, составляющим основную трудность при оценке и прогнозе изменений роста и продуктивности древостоев в условиях загрязненной природной среды.
Изучена вертикально-фракционная структура надземной фитомассн сосны в молодых сосняках лишайниковых и зеленомошных и оценены изменения ее под влиянием атмосферного загрязнения.
Впервые на севере лесной зоны получены оригинальные данные об особенностях воздействия промышленных выбросов на рост, строение, распределение в почве и состояние корневых систем сосны обыкновенной. Определены запасы и состояние корней растений в почве сообществ, находящихся в районах с разным уровнем техногенного загрязнения.
Исследованы особенности строения, видового разнообразия, продуктивности и жизненного состояния сосняков лишайниковых и зеленомошных в условиях промышленного атмосферного загрязнения на Кольском Севере. Значительное внимание уделено динамике состояния исследуемых сообществ. Показаны основные стадии дигрессии сосновых лесов под воздействием антропогенных факторов.
Подчеркнуто значение отдельных характеристик состояния сосни обыкновенной и ее сообществ для индикации промышленного атмосферного загрязнения на Европейском Севере; разработаны биологические основы индикации состояния лесных экосистем в условиях техногенезе.
Практическая значимость работы. На основании результатов исследований разработаны методические рекомендации по организации и проведению биологического мониторинга состояния северотаежных сосновых лесов. Выявленные биоиндикационные характеристики сосны обыкновенной и практические рекомендации по оценке состояния древостоев использованы Лапландским биосферным заповедником и Новгородским лесохозяйственным производственным объединением при оценке поврежденности лесов промышленными выбросами. Основные оригиналь-
ные данные автора ііспользуются в лекциях по геохимии и геоэкологии для студентов факультета географии Российского государственного университета им. А.И Герцена. Полученные данные могут быть использованы для нормирования техногенного воздействия на лесные экосистемы, а также при разработке системы мероприятий, направленных на оздоровление окружающей человека среды.
Личный вклад автора состоит в разработке программы и методики исследований; выполнении полевых наблюдений и отборе образцов растений для лабораторных анализов; в систематизации и интерпретации экспериментальных данных; в теоретическом обобщении оригинальных данных и литературных материалов. Основные результаты совместных с другими авторами комплексных исследований опубликованы и приводятся в диссертации с соответствующими ссылками. Автор выражает свою искреннюю благодарность сотрудникам лаборатории антропогенной динамики растительных сообществ Ботанического института им. В. Л. Комарова, осоПенно И. В. Лянгузовой и М. Л. Ярмишко, оказавшим большую помощь при сборе, обработке материалов и оформлении диссертационной работы.
Апробация работы. Основные положения работы обсуждены на следующих научных совещаниях, симпозиумах и конференциях: IX Всесоюзном симпозиуме "Биологические проблемы Сезера" (Сыктывкар, 1981), советско-американском симпозиуме "Взаимодействие между лесными экосистемами и атмосферными загрязнителями" (Ленинград-Таллин, 1982), Всесоюзной школе "Влияние промышленных предприятий на окружающую среду" (Звенигород, 19В4), Всесоюзном совещании "Влияние промьшленного загрязнения на лесные экосистемы и мероприятия по повышению их устойчивости" (Каунас, 1984), Всесоюзном совещании "Стабильность и продуктивность лесных экосистем" (Тарту, 1985), Всесоюзном совещании "Мониторинг лесных экосистем" (Каунас, 1986), Всесоюзной конференции "Экологические и физиолого-биохимические аспекты антроПотолерантности растений" (Таллин, 1986), научной конференции "Продуктивность таежных биогеоценозов" (Красноярск, 1986), Всесоюзном совещании "Проблемы лесоведения и лесной экологии" (Минск, 1990), Всесоюзной конференции "Растения и промышленная среда" (Днепропетровск, 1990), Всесоюзном совещании "Экологические проблемы охраны живой природы" (Москва, 1990), Всесоюзной конференции "Методология экологического нормирования" (Харьков, 1990), Всесоюзной конференции "Охрана лесных экосистем и рацио-
--7-нальное использование лесных ресурсов" (Москва, 1991), Меидународ-ном совещании "Экологические основы оптимизации урбанизированных территорий" (Тольятти, 1991), Международном совещании "Состояние растительных ресурсов Восточной Европы" (Ульяновск, 1992), Международном совещании "Теория и практика комплексных экологических экспертиз" (С.-Петербург, 1993), а такие на Международных симпозиумах (Остравице, Чехословакия, 1984; Уппсала, Швеция, 1986; Эгер, Венгрия, 1991; Рованиеми, Финляндия, 1992; Санкт-Петербург, 1992, 1993; Рейкьявик, Исландия, 1993).
