Содержание к диссертации
Введение
1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 9
2. ПРИРОДНЫЕ УСЛОВИЯ, ОБЪЕКТЫ, ПРОГРАММА И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ 28
2.1 Природные условия в местах проведения исследований 28
2.2 Программа и методика исследований 48
3. ЗАГРЯЗНЕНИЕ КОМПОНЕНТОВ ПРИРОДНОЙ СРЕДЫ В РАЙОНЕ РАСПОЛОЖЕНИЯ ПОЙМЕННЫХ ОСОКОРНИКОВ 72
3.1 Характеристика пойменных осокорников 72
3.2 Источники антропогенного загрязнения пойменных лесов 79
3.3 Загрязнение атмосферного воздуха 83
3.4 Состояние и загрязнение почв 84
3.5 Загрязнение поверхностных вод 98
3.6 Загрязнение грунтовых вод 100
ВЫВОДЫ 106
4. ЭКОЛОГО - МЕЛИОРАТИВНОЕ СОСТОЯНИЕ ОСОКОРНИКОВ В УСЛОВИЯХ КОМПЛЕКСНОГО АНТРОПОГЕННОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ ПОЙМЕННЫХ ЛАНДШАФТОВ 107
4.1 Оценка уровня комплексного антропогенного загрязнения пойменных ландшафтов 107
4.2 Исследование состояния осокорников в условиях загрязнения пойменных ландшафтов 119
ВЫВОДЫ 125
5. НАДЗЕМНАЯ ФИТОПРОДУКТИВНОСТЬ ПОЙМЕННЫХ ОСОКОРНИКОВ В СВЯЗИ С ИХ СОСТОЯНИЕМ 126
5.1 Характеристика объектов исследований 126
5.2 Продуктивность осокорников в условиях фонового загрязнения пойменных ландшафтов 130
5.3 Продуктивность осокорников в условиях усиленного загрязнения пойменных ландшафтов 148
5.4 Сравнительный анализ продуктивности осокорников в условиях фонового и усиленного загрязнения пойменных ландшафтов 157
ВЫВОДЫ 169
6. ВЕДЕНИЕ ХОЗЯЙСТВА В ПОЙМЕННЫХ ОСОКОРНИКАХ И ИХ ЭКОЛОГО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ 171
6.1 Ведение хозяйства в пойменных осокорниках 171
6.2 Эколого-экономическая эффективность пойменных осокорников 174
ВЫВОДЫ 178
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ 179
ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВУ 181
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 182
ПРИЛОЖЕНИЯ 202
- Природные условия в местах проведения исследований
- Загрязнение грунтовых вод
- Исследование состояния осокорников в условиях загрязнения пойменных ландшафтов
Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ. Леса пойменных ландшафтов, произрастающих вблизи крупных промышленных центров Нижнего Дона, имеют важное эколого - мелиоративное и эстетическое значение.
Запретные полосы лесов по берегам рек, озёр, водохранилищ и других водных объектов, выполняющие водоохранные, защитные, санитарно-гигиенические, оздоровительные и иные функции, относятся к лесам 1 группы.
В настоящее время эти насаждения испытывают антропогенный прессинг, выражающийся в комплексном загрязнении компонентов ландшафтов пойм - атмосферного воздуха, грунтовых и поверхностных вод, почв. По данным современных исследований [176], в пойме соединяются два главных потока поллютантов - атмосферный и водный (с водотоками рек). Высокая чувствительность пойм рек к антропогенному загрязнению объясняется их положением в нижней части каскадной ландшафтно-геохимической системы.
Известно, что лесные насаждения пойм характеризуются низкой биологической продуктивностью, плохим состоянием, ослаблением роста и недостаточной долговечностью лесообразующих пород, в особенности -тополя чёрного [11, 17, 78, 80, 82]. Это позволяет предположить, что основная причина преждевременной деградации пойменных лесов на Нижнем Дону, заключается не только в антропогенном изменении водного режима почв [186], но и в комплексном химическом (антропогенном) загрязнении ландшафтов пойм, особенно - в районах крупных агломераций. При этом доля тополя чёрного в структуре покрытых лесом земель в пойме Дона колеблется, по разным оценкам, от 14 до 9 %, и занимает 3-е место после дуба и вяза. Важно учесть и хозяйственно-экологическую значимость осокоря в районе исследований, на что указывал ещё Ф. К. Арнольд [11].
Принципы оценки лесорастительных условий, выделение производных типов леса в пойменных лесах бассейна Дона, изложены в рекомендациях Донской НИЛОС [78, 161].
Исследования эколого - мелиоративного состояния осокорников Доно-Аксайской поймы в условиях загрязнения ландшафтов проводились на кафедре экологии и лесных мелиорации ФГОУ ВПО «НГМА» в 2000-2004 г. на территории Семикаракорского лесхоза, городских земель г. Новочеркасска и Октябрьского района в рамках темы 13.02.03 Координационного плана Россельхозакадемии.
ЦЕЛЬ РАБОТЫ - установить связи показателей состояния пойменных осокорников с экологическими условиями загрязняемых ландшафтов, а так же обосновать мероприятия по повышению устойчивости и эколого-мелиоративной роли насаждений тополя чёрного в условиях загрязнения природной среды.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
- оценка загрязнения компонентов природной среды в районе расположения пойменных осокорников;
- исследование эколого-мелиоративного состояния осокорников в условиях комплексного антропогенного загрязнения пойменных ландшафтов;
- изучение надземной фитопродуктивности пойменных осокорников в связи с их состоянием;
- уточнение технологии хозяйствования в пойменных осокорниках для повышения их эколого-экономической эффективности.
НА ЗАЩИТУ ВЫНОСИТСЯ:
- распределение запаса осокорников, с учётом состояния деревьев, в условиях различных групп ландшафтов по степени загрязнения;
- предел загрязнения (3-я группа ландшафтов), после достижения которого начинается массовая деградация пойменных осокорников;
- показатели надземной фитопродуктивности пойменных осокорников в связи с их эколого-мелиоративным состоянием;
- технология создания пойменных осокорников с высокой эколого-мелиоративной эффективностью, предполагающая разреженные древостой с рядно-групповым размещением кустарника.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА:
- установлена связь средневзвешенной категории состояния древостоев пойменных осокорников с группами ландшафтов по степени загрязнения;
- определена связь распределения запаса насаждений с категориями состояния деревьев тополя чёрного в условиях различных групп ландшафтов;
- установлен предел загрязнения ландшафтов, после достижения которого начинается массовая деградация пойменных осокорников;
- получены регрессионные уравнения, характеризующие уменьшение надземной фитопродуктивности древостоев пойменных осокорников по мере их деградации.
ОБОСНОВАННОСТЬ И ДОСТОВЕРНОСТЬ РЕЗУЛЬТАТОВ подтверждается достаточным объёмом экспериментального материала и статистической обработкой результатов с получением уравнений регрессии, характеризующихся тесными связями, а так же использованием современных методик исследований. Полученный материал достаточен по форме и содержанию для разработки поставленных вопросов.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ РАБОТЫ:
- определены виды древесной растительности, которые наряду с осокорем хорошо растут и развиваются в условиях допустимого (фонового) загрязнения ландшафтов;
- уточнена технология создания устойчивых пойменных осокорников, обладающих высокой эколого-мелиоративной эффективностью в условиях допустимого (фонового) загрязнения ландшафтов.
ЛИЧНЫЙ ВКЛАД АВТОРА. Автор лично участвовал в составлении методики исследований, закладке пробных площадей и ландшафтных профилей, отборе образцов грунтовых вод и почв, биоиндикационном зонировании пойменных ландшафтов, изучении эколого-мелиоративного состояния и надземной фитопродуктивности древостоев пойменных осокорников. В целом автору лично принадлежит: постановка целей и задач исследований, их решение, выводы и предложения производству.
АПРОБАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ - проводилась на научных международных конференциях в г. Пенза (2003 г), г. Ростов-на-Дону (2003 г.), Всероссийской научно-практической конференции с международным участием в гг. Воронеж - Краснодар (2004 г), а так же на региональных научных конференциях в п. Персиановский (ДонГАУ) в 2000, 2002-2003 гг.
ПУБЛИКАЦИИ. Основное содержание диссертации опубликовано в шести печатных работах.
РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ проводится в Се-микаракорском лесхозе с 1.09.2003 г на площади 50,5 га ежегодным экономическим эффектом 7546 руб. / га. Так же результаты исследований внедрены в учебный процесс лесохозяйственного факультета ФГОУ ВПО «НГМА».
СТРУКТУРА РАБОТЫ характеризуется следующими показателями: диссертация состоит из введения, литературного обзора, программы и методики исследований, результатов исследований, общих выводов и предложений производству, списка использованной литературы, насчитывающего 212 источников, в том числе 23 иностранных. Объём диссертации включает 225 страниц, в том числе 205 страниц машинописного текста, 61 рисунок, 34 таблицы, 5 приложений.
В диссертации использованы данные таксации лесных насаждений, изложенные в последнем проекте лесоустройства Семикаракорского лесхоза, а так же климатические данные метеостанции «Персиановская», сведения о загрязнении окружающей природной среды Главного управления природных ресурсов по Ростовской области. При проведении химических анализов грунтовых вод в работе принимали участие сотрудники экоана-литической лаборатории ФГНУ РосНИИПМ. Все остальные исследования проведены лично автором в лесах, расположенных на землях водного фонда и в Семикаракорском лесхозе.
Автор выражает глубокую признательность своему научному руководителю доктору сельскохозяйственных наук, профессору, Заслуженному деятелю науки РФ В. М. Ивонину, а так же доценту Малышевой 3. Г.
Природные условия в местах проведения исследований
Район проведения исследований расположен в полуаридной зоне юга Европейской части России, в западной провинции недостаточного увлажнения, с умеренно-континентальным климатом. Континентальность климата выражается в больших амплитудах летних и зимних суточных температур. Зимой погоду определяет азиатский циклон, что обуславливает продолжительные сильные восточные ветры, иногда до 34-40 м/с, с сильными метелями или (в бесснежные зимы) пыльными бурями. Большое значение в формировании климата имеют массы воздуха, формирующиеся над Средиземным морем [115], вызывающие зимой повышение температуры с пасмурной погодой и моросящими затяжными дождями, а летом - понижение температуры, проливные дожди, кучевую облачность. Среднемесячные метеорологические данные, за период наших исследований, приведены в таблице 2.1.
Температура воздуха. Как следует из таблицы 2.1, самым холодным месяцем является февраль; самым теплым - июль. Многолетняя среднемесячная температура в эти месяцы составляет -5,2 и +23,5 С соответственно.
Период со среднесуточной температурой воздуха - 5 С и ниже длится с 5.01 по 15.02; период же с температурой воздуха + 20 С и выше, длится с 13 июня по 29 августа. По данным Персиановской метеостанции, до 1994 г, средняя суточная температура 0С и более отмечалась с13 марта по 29 ноября, т.е. 260 дней. Иногда зимой отмечается повышение температуры воздуха до 0,5 - 0,8 С. Явление это имеет место при южном ветре.
В целом же, за период наших исследований, значения среднемесячной температуры воздуха, практически не отличались от таковой при многолетних наблюдениях.
Температурный режим, в значительной степени, определяет начало и продолжительность ледохода и снеготаяния в поймах рек, длительность и глубину затопления самой поймы. Известно, что температурный режим во многом определяется ветровым режимом.
Ветровой режим в районе проведения исследований складывается под воздействием широтной циркуляции, лучше всего выраженной зимой [2]. В это время увеличивается повторяемость восточных румбов, усиливается скорость ветра. Циркуляция воздушных масс летом выражена слабо. Преобладание восточных румбов - особенность ветрового режима мест наших исследований. Среднегодовая роза ветров построена по многолетним данным метеостанции «Персиановский» и приводится на рисунке 2.1.
Как видно из рисунка 2.1, роза ветров характеризуется восточными, северо-восточными и северо-западными ветрами; реже - западными, юго-восточными. Многолетняя средняя скорость ветра составляет 6-8 м/с, в том числе зимой 6-7 м/с; весной и осенью 6-9 м/с. Летом этот показатель изменяется незначительно. По многолетним данным [2, 115] штиль в районе проведения исследований составляет 5-14 % в месяц от общего числа наблюдений за ветром. Чаще - летом (10-14 %), меньше - зимой (5-7 %). Наибольшая продолжительность штилей в августе. Необходимо отметить, что штиль способствует застою воздушных масс, а если учесть близость крупных промышленных объектов, то и сильному загрязнению воздушного пространства в районе исследований [128]. Согласно данным того же источника, потенциал загрязнения атмосферы (ПЗА) в районе исследований оценивается как повышенный континентальный.
Суховеи, по многочисленным данным, в условиях мест проведения исследований, наблюдаются слабые. Продолжительность интенсивных суховеев, за весну и лето, достигает 8-9 дней. Особенно сильные пыльные бури были в 1960 и 1969 гг.
Давление атмосферного воздуха довольно постоянно. Как правило, среднее годовое давление составляет 1005 гПа [2, 115]. Зимой и летом показатели давления сильно разнятся - значение его максимально и минимально соответственно. Так, в ноябре - декабре величина давления составляет около 1008 гПа и достигает 988 гПа в июле.
Влажность воздуха. В период с 2000-2003 гг., в среднем, наибольшая относительная влажность наблюдается с декабря по март (88, 87, 86, 82 % соответственно); самая низкая относительная влажность воздуха наблюдается с мая по август (62, 63, 60, 59 % соответственно).
Низкая относительная влажность воздуха не только опасна сама по себе, но и усугубляет действие поллютантов, особенно - газообразных, на растительность [93,115].
Атмосферные осадки в районе наших исследований выпадают неравномерно. В период 2000-2003 гг. наибольшее количество осадков было отмечено в период 2002-2003 г. (429,6 мм) и 2000-2001 г.(428,7 мм.); наименьшее количество отмечено в период 2001-2002 г. - 361,0 мм.
В отношении многолетней динамики выпадения атмосферных осадков по месяцам можно заметить, что наибольшее количество выпадает в июне (60,6 мм); наименьшее - в феврале и марте (30,9 и 29,7 мм).
Безусловно, осадки не только способствуют осаждению загрязняющих веществ на поверхность почвы, но и их инфильтрации оттуда в грунтовые воды [43]. Как следует из данных некоторых источников [28], осадки в районе наших исследований имеют сложную химическую структуру, включающую в себя различные загрязняющие вещества.
Химический состав атмосферных осадков в районе исследований имеет сложный характер. По результатам химических анализов проб снега [28, 115], его (снега) минерализация колеблется в достаточно больших пределах. Максимальное значение этого показателя (159 мг/л) отмечено в 8 км к востоку от промзоны города, в районе поймы р. Аксай (ст. Бессерге-невская). Качественный ионный состав снеговых проб характеризуют кальций, сульфаты, гидрокарбонаты. Наибольшие концентрации поллютантов также отмечены в непосредственной близости от поймы р. Тузловобщий самый крупный показатель по ионам железа (0,68 мг/л). Некоторые данные [28] указывают на присутствие целого ряда элементов-примесей (ЭП): меди, никеля, марганца, молибдена, железа, свинца, алюминия, кобальта, серебра, титана, бериллия, селена. Среди них самые значительные концентрации характерны для марганца (21,0 мкг/л) и меди (17,5 мкг/л). Концентрации же другого опасного поллютанта - свинца - не превышают 8 мкг/л; единично свинец имеет концентрацию до 56 мкг /л.
Загрязнение грунтовых вод
Район проведения исследований расположен в полуаридной зоне юга Европейской части России, в западной провинции недостаточного увлажнения, с умеренно-континентальным климатом. Континентальность климата выражается в больших амплитудах летних и зимних суточных температур. Зимой погоду определяет азиатский циклон, что обуславливает продолжительные сильные восточные ветры, иногда до 34-40 м/с, с сильными метелями или (в бесснежные зимы) пыльными бурями. Большое значение в формировании климата имеют массы воздуха, формирующиеся над Средиземным морем [115], вызывающие зимой повышение температуры с пасмурной погодой и моросящими затяжными дождями, а летом - понижение температуры, проливные дожди, кучевую облачность. Среднемесячные метеорологические данные, за период наших исследований, приведены в таблице 2.1.
Температура воздуха. Как следует из таблицы 2.1, самым холодным месяцем является февраль; самым теплым - июль. Многолетняя среднемесячная температура в эти месяцы составляет -5,2 и +23,5 С соответственно.
Период со среднесуточной температурой воздуха - 5 С и ниже длится с 5.01 по 15.02; период же с температурой воздуха + 20 С и выше, длится с 13 июня по 29 августа. По данным Персиановской метеостанции, до 1994 г, средняя суточная температура 0С и более отмечалась с13 марта по 29 ноября, т.е. 260 дней. Иногда зимой отмечается повышение температуры воздуха до 0,5 - 0,8 С. Явление это имеет место при южном ветре.
В целом же, за период наших исследований, значения среднемесячной температуры воздуха, практически не отличались от таковой при многолетних наблюдениях.
Температурный режим, в значительной степени, определяет начало и продолжительность ледохода и снеготаяния в поймах рек, длительность и глубину затопления самой поймы. Известно, что температурный режим во многом определяется ветровым режимом.
Ветровой режим в районе проведения исследований складывается под воздействием широтной циркуляции, лучше всего выраженной зимой [2]. В это время увеличивается повторяемость восточных румбов, усиливается скорость ветра. Циркуляция воздушных масс летом выражена слабо. Преобладание восточных румбов - особенность ветрового режима мест наших исследований. Среднегодовая роза ветров построена по многолетним данным метеостанции «Персиановский» и приводится на рисунке 2.1.
Как видно из рисунка 2.1, роза ветров характеризуется восточными, северо-восточными и северо-западными ветрами; реже - западными, юго-восточными. Многолетняя средняя скорость ветра составляет 6-8 м/с, в том числе зимой 6-7 м/с; весной и осенью 6-9 м/с. Летом этот показатель изменяется незначительно. По многолетним данным [2, 115] штиль в районе проведения исследований составляет 5-14 % в месяц от общего числа наблюдений за ветром. Чаще - летом (10-14 %), меньше - зимой (5-7 %). Наибольшая продолжительность штилей в августе. Необходимо отметить, что штиль способствует застою воздушных масс, а если учесть близость крупных промышленных объектов, то и сильному загрязнению воздушного пространства в районе исследований [128]. Согласно данным того же источника, потенциал загрязнения атмосферы (ПЗА) в районе исследований оценивается как повышенный континентальный.
Суховеи, по многочисленным данным, в условиях мест проведения исследований, наблюдаются слабые. Продолжительность интенсивных суховеев, за весну и лето, достигает 8-9 дней. Особенно сильные пыльные бури были в 1960 и 1969 гг.
Давление атмосферного воздуха довольно постоянно. Как правило, среднее годовое давление составляет 1005 гПа [2, 115]. Зимой и летом показатели давления сильно разнятся - значение его максимально и минимально соответственно. Так, в ноябре - декабре величина давления составляет около 1008 гПа и достигает 988 гПа в июле.
Влажность воздуха. В период с 2000-2003 гг., в среднем, наибольшая относительная влажность наблюдается с декабря по март (88, 87, 86, 82 % соответственно); самая низкая относительная влажность воздуха наблюдается с мая по август (62, 63, 60, 59 % соответственно).
Низкая относительная влажность воздуха не только опасна сама по себе, но и усугубляет действие поллютантов, особенно - газообразных, на растительность [93,115].
Атмосферные осадки в районе наших исследований выпадают неравномерно. В период 2000-2003 гг. наибольшее количество осадков было отмечено в период 2002-2003 г. (429,6 мм) и 2000-2001 г.(428,7 мм.); наименьшее количество отмечено в период 2001-2002 г. - 361,0 мм.
В отношении многолетней динамики выпадения атмосферных осадков по месяцам можно заметить, что наибольшее количество выпадает в июне (60,6 мм); наименьшее - в феврале и марте (30,9 и 29,7 мм).
Безусловно, осадки не только способствуют осаждению загрязняющих веществ на поверхность почвы, но и их инфильтрации оттуда в грунтовые воды [43]. Как следует из данных некоторых источников [28], осадки в районе наших исследований имеют сложную химическую структуру, включающую в себя различные загрязняющие вещества.
Химический состав атмосферных осадков в районе исследований имеет сложный характер. По результатам химических анализов проб снега [28, 115], его (снега) минерализация колеблется в достаточно больших пределах. Максимальное значение этого показателя (159 мг/л) отмечено в 8 км к востоку от промзоны города, в районе поймы р. Аксай (ст. Бессерге-невская). Качественный ионный состав снеговых проб характеризуют кальций, сульфаты, гидрокарбонаты. Наибольшие концентрации поллютантов также отмечены в непосредственной близости от поймы р. Тузлов общий самый крупный показатель по ионам железа (0,68 мг/л). Некоторые данные [28] указывают на присутствие целого ряда элементов-примесей (ЭП): меди, никеля, марганца, молибдена, железа, свинца, алюминия, кобальта, серебра, титана, бериллия, селена. Среди них самые значительные концентрации характерны для марганца (21,0 мкг/л) и меди (17,5 мкг/л). Концентрации же другого опасного поллютанта - свинца - не превышают 8 мкг/л; единично свинец имеет концентрацию до 56 мкг /л.
Как следует из рисунка 3.8, с 1-ой по 4-ю группу ландшафтов происходит постепенное увеличение содержания сухого остатка водной вытяжки. Так, минимальное значение отмечается в условиях 1-ой группы ландшафтов - 0,086 % , максимальное - в условиях 4-ой группы ландшафтов -0,2 % в среднем. Из зависимости (3.3) видно, что она имеет прямой линейный вид, т.е. возможно дальнейшее увеличение содержания в почвах исследуемого показателя. Этот вывод согласуется с результатами исследований других авторов [176], а значит, обосновывает верность используемого метода фитоиндикации.
Поймы рек Грушевка - Тузлов и Аксай - Дон, в пределах города Но-вочеркасска, занимают площадь 29 км . По сведениям Л. М. Родионовой и др. [128], почвы этих пойм загрязнены в несколько меньшей степени, чем почвы г. Новочеркасска. Результаты их исследований приведены в таблице 3.10.
Вдоль южных и западных границ Промышленного района г. Новочеркасска с поймой реки Тузлов (см. рисунок 2.4), наблюдается высокая степень химического загрязнения, что объясняется естественным направлением эмиссии поллютантов промышленного и селитебного района города с возвышенности в пойму.
Объединенная пойма pp. Аксай - Дон загрязнена гораздо меньше: из 101 пробы 95 % характеризуются как «относительно удовлетворительные» и 5 % - как «с чрезвычайной экологической ситуацией» [128]. Общая невысокая загрязненность почв Аксайской поймы объясняется тем, что на нее (пойму) сток происходит со стороны селитебной зоны, и большей степенью промывания паводковыми водами. Указанные поймы - это естественные коллекторы загрязняющего стока [176].
Что касается невысокого уровня химического загрязнения со стороны НчГРЭС, то это объясняется двумя причинами: наличием ветровых коридоров со стороны электростанции и самоочищающейся способностью пойменных земель вследствие хорошего промывания. Тем не менее, общая тенденция загрязнения почв пойм pp. Тузлов, Аксай и Дон прослеживается четко.
Особое внимание необходимо уделить сведениям о «мономентальных геохимических аномалиях» [24, 128] в условиях пойменных ландшафтов таких опасных поллютантов как цинк, свинец, медь. По данным И.А. Бо-гуша и др. [128], цинк, в основном с уровнем концентрации свыше 10 ПДК, охватывает площадь аномалии 48 км2. В пойме реки Тузлов отмечена техногенная аномалия цинка и меди (ПДК 5). Отмечено, что факельные дымовые уносы НчГРЭС являются причиной этих аномалий, в т. ч. и в пойме р. Аксай.
Другие приблизительные оценки [9, 47, 115, 128] свидетельствуют о том, что в виде аэрозолей и в форме газов от НчГРЭС поступает в атмосферу, а оттуда - в почвы (в том числе пойменные), около половины скандия и цезия, три четверти ванадия, марганца, брома, кадмия, ртути; почти 100 % молибдена и селена. На участок общей площадью 175 км , в который почти полностью входят пойма реки Тузлов и большая часть поймы рек Аксай и Дон, поступило (в тоннах): бериллия - 1,44; ванадия - 9,9; хрома - 269; марганца - 143; кобальта - 27,4; меди - 22,1; мышьяка - 13,7; свинца - 67,0; кремния - 111,0; никеля - до 100; германия - 45; ниобия -90; кадмия - 4,5; ртути - до 0,2.
В результате такого мощного прессинга в слое почвы 0-10 см концентрируется 100 мг/кг свинца и 5 мг/кг кадмия [128, 178]. В районе ст. За-плавской, в пойме рек Аксай - Дон, обнаружены аномалии содержания в почве следующих веществ: меди - до 20 мг/кг; свинца - до 100; цинка - до 150; бария-до 150.
В радиусе до 20 км вокруг НчГРЭС и до 25 км от города Новочеркасска [128], тяжелые металлы загрязняют почвы в направлении господствующих ветров. Распределение поллютантов в почвах происходит следующим образом: кобальт - в радиусе 10-15 км вокруг НчГРЭС его концентрация составляет около 32 мг/кг почвы; от 20 до 25 км - 24 мг/кг; никель - в радиусе до 20 км - 40 мг/кг; до 10-15 км - до 120 мг/кг; цинк - в радиусе 10 км - 250-300 мг/кг; марганец - до 200 мг/кг в радиусе 5-10 км вокруг НчГРЭС; ртуть - в радиусе 36 км - 0,05 мг/кг, в радиусе 15-25 км вокруг НчГРЭС- до 0,01 мг/кг почвы.
Исходя из выше изложенного можно заключить, что почвы пойм в районе г. Новочеркасска являются накопителями поллютантов, при этом загрязненные почвы эмиссируют поллютанты не только в поверхностные, но и в грунтовые воды, что подтверждается результатами некоторых исследований [79, 128, 152, 154].
Исследование состояния осокорников в условиях загрязнения пойменных ландшафтов
Для детального анализа имеющегося материала, приведём выборку лесоводственно-экологических показателей насаждений, принятых к рассмотрению (см. таблицу 4.5).
Рисунок 4.4 - Связь средневзвешенных категорий состояния древосто-ев пойменных осокорников (Кср) с группами ландшафтов (Гл)
По данным рисунка 4.4 заключаем, что средняя категория состояния древостоя осокорников прямо зависит от загрязнения пойменных ландшафтов. Первой группе ландшафтов соответствует категория состояния древостоя не более 1,7; второй - не более 2,1; третьей - 2,8; четвёртой -4,0. Это соответствует результатам натурных наблюдений (см. таблицу 4.3).
Таким образом, состояние спелых древостоев тополя чёрного прирусловых и среднепойменных осокорников можно использовать как индикатор групп ландшафтов по степени загрязнённости.
Поскольку оценка средневзвешенной категории состояния древостоя базируется на показателях запаса деревьев соответствующих категорий состояния, то было решено оценить изменение показателя запаса насаждения (по категориям состояния деревьев) в зависимости от групп ландшафтов. При статистической обработке собранного материала было установлено, что в условиях 1-3-ей групп ландшафтов большая часть запаса насаждения формируется деревьями 1-2-й и, в небольшой степени, 3-й категорий состояния. Оценив данное явление разностным методом, с помощью критерия существенности (критерий Стьюдента), было отмечено несущественное различие по категориям состояния. Это дало нам право объединить значения 3-х статистических рядов (1, 2 и 3-ей групп ландшафтов) в одно уравнение.
Связь запаса осокорников с категориями состояния деревьев (в условиях 1-3-ей и 4-ой групп ландшафтов) представлены, соответственно, зависимостями:
В приведённых уравнениях принято: М - запас осокорников, формируемый деревьями осокоря соответствующих категорий состояния, %; К -категория состояния деревьев осокоря в древостое. Совместное графическое решение уравнений (4.3) и (4.4) приведено на рисунке 4.5.
Из рисунка 4.5 видно, что кривые пересекаются в некоторой точке. Если спроецировать её на ось абсцисс, то получим значение - 3, которое
указывает на «переломную» категорию состояния, после достижения которой происходит массовая деградация древостоя тополя чёрного в пойменных осокорниках. Эта деградация описывается уравнением (4.4), согласно которому в условиях 4-ой группы ландшафтов на долю деревьев 4-5(6) категорий состояния приходится до 76,4 % запаса. В условиях 1-3-ей групп ландшафтов 68,5 % запаса древостоя приходится на здоровые деревья 1-2-ой категорий состояния (уравнение 4.3). На правильности наших выводов указывает и тот факт, что полученная регрессионными зависимостями величина 3,0, практически совпадает со значением средней категории состояния древостоев всего района исследований, которое мы получили по формуле (2.1). Оно равняется 2,6.
Таким образом, категория состояния древостоя пойменных осокорников прямо зависит от группы ландшафтов. Однако, некоторые древостой 1-3-ей групп ландшафтов, с более низкой категорией состояния, имеют более высокую продуктивность. Мы объясняем это явление следующим образом.
Распределение деревьев в древостое по категориям состояния, при биотаксации, осуществляется посредством тщательной визуальной оценки архитектоники и количества живых и усохших ветвей кроны. Отсюда можно заключить, что воздействие поллютантов на деревья осокоря, в условиях поймы, выражается в первую очередь, в уменьшении количества живых и увеличении количества усохших ветвей. Что и было установлено нами при биотаксации пробных площадей. Однако, в условиях 1-3-ей групп ландшафтов, в особенности в благоприятных природных лесорасти-тельных условиях, эти факторы не оказывают существенного влияния на общую продуктивность, выражаемую через запас древостоя. На это указывает полученная нами регрессионная зависимость (4.3). И только в условиях 4-ой группы ландшафтов, наряду с ухудшением состояния кроны, происходит стремительное ухудшение производительности древостоя, выражаемое через его запас. Таким образом, можно предположить, что в условиях 1-3-ей группы ландшафтов у древостоя тополя чёрного имеется устойчивость к факторам загрязнения среды. Как указывалось выше, расчётным путём (см. рисунок 4.5) нами получено значение группы ландшафтов 3. В этих условиях производительность древостоев тополя чёрного (по запасу) продолжает определяться естественными лесорастительными условиями. В условиях 4-ой группы ландшафтов устойчивость данного вида к условиям комплексного загрязнения среды исчерпывается. Таким образом, 3-я группа ландшафтов является «буферной».
Ещё одна характерная особенность исследуемых лесов - увеличение количества сухостоя текущего года (то есть появившегося в год проведения исследований) по мере ухудшения экологической обстановки (с 1-ой по 4-ю группы ландшафтов). Данное явление описывает степенная зависимость:
где СТ - количество сухостоя текущего года относительно общего количества деревьев на пробной площади, %; Гл - группа пойменных ландшафтов. На рисунке 4.6 приводится графическое решение указанного уравнения.
