Введение к работе
Актуальность: Научно-технический прогресс сопровождается серьезным нарушением экологического состояния и нормального функционирования природной среды. Ее мощным стабилизирующим факторо'1 служат леса, механизм влияния которых сложен и многогранен (Про топопов,197Ь). Важное место в этом процессе принадлежит терпено*> цам, природным биологически активным соединениям, участвующим в Зиосинтезе многих жизненно необходимых для дерева компонентов (Пасешниченко,1987). Весьма существенны средообразующие свойства ввдвляющихся терпеноидных веществ, немаловажна их роль в эволюции атмосферы. Количественная оценка летучих терпеноидэв необходима три создании целостной картины протекающих в ней биосферных энергетических процессов (Исидоров, ІЙ35). Исключительно велико оздо-ювительное значение этих продуктов, называемых "атмосферными ви-:ам,.нами". Они являются активаторами ферментов живого организма, говышают бактерицидность и ионизацию среды и способствуют очище-іип воздуха путем создания центров конденсации аэрозолей. Терпе-ювдам свойственны также явственные аллелопатические и иммуни-етные качества, обеспечивающие выживание растений в контакте с іредителями и неблагоприятными условиями внешней среда. Б то <;е ремя оптимальное экологическое действие этих веществ проявляет-я в относительно узких концентрационных и компонентных пределах^ тегода, очевидна актуальность изучения содержания, состава и "за-асов" терпеноидных соединений в фитомассе растений, воздушной . ;-'.-. реде и почве - основных составляющих лесных биогеоценозов. Полу-Бнные сведения представляются объективной количественной харак-эристикой важного компонента экологического потенциала леса.
Следует также отметить, что благодаря уникальным потребитель-їим свойствам терпеноиды играют все возрастающую роль в народном эзяйстве. для увеличения объема и расширения ассортимента лесо-імической продукции необходимы данные о варьировании содержания состава эфирных масел в используемом и нетрадиционном сырье.
Цель исследований: Изучить закономерности варьирования лету-' !х терпеноидов в трех взаимосвязанных компонентах приенисейских існовьтх биогеоценозов - в фитомассе древостоя, воздушной среде почве (вклад) и на этой основе оценить "производительность" леїв по летучим экэомотаболитам и эфирному маслу, а также опре.це-іть возможности реализации полученных результатов на практике.
Задачи исследований:
-
Изучить накопление и оостав эфирного масла в основных частях сосны, опаде и лесной подстилке, а также в древесных отходах других хвойных пород с целью их возможной утилизации для получения эфирного масла.
-
Выявить влияние экологических и биоценотических, в том числе таксационных факторов на содержание эфирного масла в органах дерева и оценить потенциальные "запасы" в сосновых насаждениях среднаенисейской тайги и лесостепной зоны»
-
Количественно оценить выход летучих терленоидов из охвоенных побегов, неохвоенных ветвей, ствола, корней и растительных остатков соснякові оценить их насыщенность в атмосфере древостоев.
-
Исследовать закономерности пространственно-временного распространения летучих $итоог?анических веществ в воздушной среде сосновых фитоценозов, оценить влияние основных биотических и абиотических факторов на их концентрацию и состав.
D. Выявить возможности участия и определить вклад терпеноидных веществ в гумусообразование лесных почв в сосняках.
Защищаемые положения: 1. Разработанная методология изучения летучих терленоидов, базирующаяся на установленных закономерностях их варьирования, позволяет оценить потенциальные "запасы" этих продуктов в основных компонентах сосновых биогеоценозов,что имеет большое экологическое и народнохозяйственное значение. 2. Содержание и состав эфирного масла в фитомассе органов дерева и летучих терленоидов в воздушной среде насаждений являются важными нетрадиционными показателями, количественно определяющими существенные экологические свойства леса.
Научная новизна работы заключается в следующем: Впервые разработана методология комплексного изучения летучих терпеноидов основных взаимосвязанных компонентов сосновых биогеоценозов}
Проведены системные исследования накопления и состава эфирного масла в различных частях дерева, опаде и лесной подстилке. Изучены закономерности варьирования этих показателей;
Впервые установлено повышение содержания эфирного масла в охвоенных побегах сосны обыкновенной в широтном направлении с era на север со смещением его максимума от молодняков в лесостепи к средневозрастным насаждениям на севере;
Впервые оценены потенциальные "запасы" летучих терпеноидов в фитомэссе сосновых приенисейсних фитоценозов, изучена закономерность их накопления в зависимости от таксационных показателен; рассмотрена пнрогенная роль терпеноидов;
Исследовано выделение летучих экзометаболитоп из разных частей дерева и оценено количество терпеноидов в воздушной среде сосновых фитоценозов среднеенисейской тайги и лесостепной зоны Средней Сибири;
Изучены закономерности изменчивости концентрации и состава летучих терпеноидов в воздушной среде древостовв и над их массивами. Выявлено влилние на эти показатели основных биотических и абиотических факторов;
Оценено количество терпеноидных соединений, принимающих.участие в гумусообразовании лесных почв сосняков.
Основное теоретическое значение работы состоит в разработке іринципов и методов исследования летучих терпеноидов сосноеых биогеоценозов,что является новым направлением в изучении лесов, количественно характеризующим их существенные зкологкческие свойства.
Практическое значение и реализация результатов ''сслєдоврчия: Результаты исследований важны для понимания и оценки биосферной и санитарно-гигиенической роли сосновых лесов. Они харак-'еризуют содержание и состав биологически активных компонентов юздуха, нормализующих функциональную активность большинства :истем живого организма (Фитонциды.. .,1986). Такие материалы не-бходимы для квалифицированной санации иилых и производственных омещений. Данные по летучим зкзометаболитам и офирным маслам спользованы при разработке установки для очистки и оздоровления оэдуха бытовых и рабочих помещений предприятий посредством его скусственной ионизации и санации. Камерные испытания показали асокую эффективность воздействия летучих терпеноидов.
Результаты исследований представляют интерес при изучении ірактера превращений газового состава воздуха, варьирования в , эм концентрации озона, образования активных центров конденсации выведения поллютантов аэрозолями. Отмечаемое в работе іакопле-іє реакционноспособных терпеноидных соединений в воздушной сре-! над лесными массивами может рассматриваться как один из аргу->нтов в пользу гипотезы об участии этих веществ в атмосферных іергетических процессах.
Информация о концентрации и составе фитоорганических соеди-
4 пений может служить индикатором устойчивости лесов к нападении насекомых-вредителей и поражению болезнями. Сведения о летучих терпеноидах частей дерева и растительных остатков полезно учитывать при прогнозировании пожароопасных ситуаций, а в воздушной среде - при дистанционных наблюдениях в ИК-области.
Практическая значимость изучения летучих терленоидов в фито-ыассе растений заключается в разработке вопросов утилизации древесных отходов с получением эфирного масла, ценного для многих отраслей продукта, и рекомендаций по улучшению экологического состояния пихтоваренного производства.
Результаты исследований эфирного масла охвоенных побегов и коры пихты сибирской использованы при выполнении трех работ с общим экономическим эффектом около 3 млн рублей. Опыты по выделению масла из охвоенных побегов кедра сибирского послужили основанием для проведения промышленных испытаний и организации производства по его получению в Абазинском леспромхозе.
Возможность многократного потребления флорентинной воды, исключающего ее из производственных стоков, реализована в виде системы замкнутого водооборота в цехе по переработке коры и древесной зелени пихты на Черногорском деревообрабатывающем комбинате. Переработанный-кубовый остаток после пихтоварения показал себя стимулятором антибиотикообраэования в производстве тилоэнна, на что совместно с другими сотрудниками Института и Бердского химзавода получено авторское свидетельство.
Апробация и публикации: Материалы диссертации докладывались на ХП Менделеевском съезде по общей и прикладной химии (Москва, 1981), всесоюзных конференциях и совещаниях: по водоохранно-за-щитной роли горных лесов (Красноярск,I97t>), физиолого-биохимичес-ким основам взаимодействия растений в фитоценозах (Киев,1976), биологическим и системным исследованиям в лесной биогеоценологии (Петрозаводск,1976), эфирным маслам древесных пород (Красноярск, 19Ы), проблемам физиологии и биохимии древесных растений (Красноярск, 19ъ2), роли подстилки в лесных биогеоценозах (Красноярск, 19ЪЗ), аэрокосмическим методам исследования лесов (Красноярск, I9U4), проблем- і комплексного использования древесного сырья (Рига, 19Ь4; Ленинград,ІУЬ'і), развитию производительных сил в Сибири (Краснолрск, 19Ы/), экстрактивным веществам дреьесных растений (К^асііоярск,І9оо,І990; Горький,I9S0) и лесопользованию в лесах (Москва,І9Г^І ї. Результаты исследований обсуждались также на I?.
«і
зональных (Киев,1973,1979; Томск,1974; Днепропетровск,1978; Тюмень ,1961; Белая Церковь,1962; Ужгород,1965; Красноярск, 1966, 1968,1969; ХабароЕск,1969) и трех краевых конференциях.
Основное содержание диссертации отражено в трех монографиях, 39 статьях и 2 методических разработках общим объемом около 40 п.л. Кроме того, около 20 сообщений опубликовано в тезисах докладов и материалах конференций.
Исследования по утилизации древесной зелени и коры пихты, полученные с нашим участием, отмечены дипломом Ш степени на конкурсе прикладных работ в Сибирском отделении ЛІ1 СССР.
Организация исследований: Работа выполнена в лаборатории химии древесины Института леса и древесины им.В.Н.Сукачева СО АН СССР в период с 1972 по 1967 годи. Б представленной к защите диссертации включены результаты исследований автора и руководимой им группы. При этом основные идеи, планирование эксперимента и научное обобщение данных принадлежит автору.При постановке опытов, анализе образцов и проведении полевых исследований участвовали сотрудники лаборатории, которым выражается глубокая благодарность, /зтор искренне признателен проф.Б.В.Протопопову за внимание при постановке экспериментов и обсуиденке результатов по летучім выделениям насаждений и проф.Г.П.Курб^т-скому за консультации о пирологической роли летучих терпеноидов.
Некоторые исследования по летучим терпеноидом сосновых биогеоценозов проводились в комплексе с сотрудниками лабораторий лесной гидрологии и климатологии, лесного ресурсоведешш, лесной микробиологии, физиологии и экологии провесных растений, лесного почвоведения и лесной пирологии.
Объем работы: Диссертация состоит из введения, восьми глав, заключения, выводов, списка использованной литературы и приложения. Общий объем рукописи составляет 365 с. машгаюписного текста, в том числе 216 с. основного и 1о9 с. дополнительного (35 рисунков, 59 таблиц, 9 с. приложения, 473 библиографических неточнії-сов, включая 95 - на иностранном языке).