Введение к работе
Актуальность темы. Превращение биосферы в биотехносферу - исторически неизбежный процесс. Антропогенные факторы и техногенез уже сегодня определяют состояние органического мира и перспективы его дальнейшего развития (Свирежев, Логофет, 1978; Василенко и др., 1985; Одум, 1986; Кулагин, 2006; Environment ..., 1970; Smith, 1981; Chiras, 1991), оказывают негативное влияние на живые организмы, сравнимые по своим масштабам и значению, с такими природными факторами, как температура, свет, вода. Лесная растительность и лесообразующие виды деревьев, произрастающие в условиях техногенного загрязнения, оказываются в критических экологических ситуациях. Техногенная трансформация природных ландшафтов нередко приводит к формированию экстремальных лесорастительных условий (ЛРУ) в пределах географического и экологического ареалов отдельных видов древесных растений (Таусон, 1948; Кулагин, 1974, 1985; Свирежев, Логофет, 1978; Василенко и р., 1985; Одум, 1986; Коршиков, 1996; Кулагин, Шагиева, 2005; Avenhaus, Hafele, 1974; Korte et. al., 1976; Pilegaard, 1978; Davis, 1980; Dovald, Semb, 1980; Smith, 1981; Dowdy, 1983; Hawrys, 1984; Perala, 1984; Bucker, Guderian, 1993; Klumpp et. al., 1998).
Для проведения комплексных лесоэкологических исследований нами были выбраны экотопы, являющиеся характерными для Среднего Поволжья, а также сопредельных іерриторий в целом - Казанский промышленный центр (КПЦ), представляющий собой концентрацию химических, нефтехимических и вспомогательных производств с преобладающим углеводородным типом загрязнения (Государственный..., 2010).
Цель работы - на основании анализа изменений эколого-физиологических и лесобиологических характеристик сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L.) и березы повислой (Betula pendula Roth) оценить особенности их адаптации к техногенным условиям Казанского промышленного центра.
Задачи исследования:
-
Оценить изменения количества и соотношения пигментов фотосинтеза в ассимиляционных органах при развитии растений в экстремальных лесорастительных условиях;
-
Охарактеризовать изменения водного режима (интенсивности транспирации, водного дефицита и содержания свободной воды) ассимиляционных органов древесных растений;
-
Изучить особенности повреждений и ростовых процессов листьев, хвои, побегов и стволов древесных растений;
-
Определить относительное жизненное состояние, плодоношение и естественное возобновление сосновых и березовых насаждений Казанского промышленного центра.
Научная новизна диссертационной работы заключается в том, что для Казанского промышленного центра автором впервые проведен комплексный анализ состояния основных лесообразующих древесных пород России - сосны обыкновенной и березы бородавчатой. Использование классических лесобиологических методов исследования, применяемых в практике лесного хозяйства, в сочетании с современными эколого-физиологическими методами позволили получить характеристики древостоев и определить степень негативного влияния комплекса предприятий нефтехимической промышленности и автомобильного транспорта на лесные экосистемы региона.
Теоретическая значимость работы заключается в том, что на основании материалов, полученных в ходе проведения экспедиционных работ и экспериментов,
приводятся характеристики изменчивости, экологической пластичности, устойчивости и адаптивного потенциала сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L.) и березы бородавчатой (Betula pendula Roth) в условиях техногенеза на территории Среднего Поволжья. Данные показатели определены путем изучения динамики изменений различных параметров растений на молекулярном, физиологическом, организменном и ценопопуляционном уровнях организации при произрастании в экстремальных ЛРУ.
Обоснованность выводов и достоверность результатов работы обеспечены значительным объемом фактического материала, лабораторными и полевыми экспериментами с применением современных методов проведения исследований и подтверждением их методами математической статистики.
Декларация личного участия. Автор производил работы по аналитическому обзору исследований по изучаемому вопросу. Формулирование цели, гипотезы и задач исследований, выбор методик, сбор фактического материала, закладка лабораторных и полевых опытов, проведение камеральных работ, анализ и обобщение результатов исследований, формулирование выводов произведены автором лично.
Практическая значимость исследований состоит в том, что полученные и проанализированные характеристики древостоев позволяют разработать систему экспресс-анализа состояния и учета лесонасаждений. Комплексный всесторонний анализ насаждений позволяет не только оценивать текущее состояние древостоев, но и прогнозировать их развитие в будущем, определяя возможности выполнения средостабилизирующих биосферных функций на определенной территории. Предложенные методы оценки состояния лесных экосистем и созданная сеть пробных площадей могут стать основой для проведения многолетних мониторинговых исследований.
Материалы, представленные в настоящей диссертационной работе, могут использоваться в учебном процессе в ССУЗах и ВУЗах общебиологического и лесохозяйственного профилей при подготовке и чтении курсов «Дендрология», «Экологическая физиология растений», «Охрана окружающей среды», «Рекультивация техногенно нарушенных земель», «Общая экология», «Региональная экология», «Введение в промышленную и транспортную экологию» и т.д. Следует отметить, что материалы, представленные в работе, частично используются при чтении некоторых курсов на естественно-географическом факультете БГПУ им. М. Акмуллы.
Апробация работы. В период выполнения работ с 2006 по 2011 гг. результаты исследований докладывались на Всероссийской научно-практической конференции «Экология в высшей школе: синтез науки и образования» (г. Челябинск), Международной научной конференции, посвященной 100-летию со дня рождения член-корреспондента АН СССР П.И. Лапина (г. Москва), Всероссийской научно-практической конференции «Современные проблемы качества природной и техногенной среды» (г. Тамбов), Региональной научно-практической конференции «Уральский регион Республики Башкортостан: человек, природа, общество» (г. Сибай), Международной научно-практической конференции «Природоресурсный потенциал, экология и устойчивое развитие регионов России» (г. Пенза), II Всероссийской заочной научно-практической конференции «Современные проблемы контроля качества природной и техногенной сред» (г. Тамбов) и Всероссийской конференции с участием зарубежных ученых «Проблемы изучения и сохранения растительного мира Евразии» (г. Иркутск) и Международной научно-практической конференции «Экологическое равновесие: антропогенное вмешательство в круговорот воды в биосфере» (г. Санкт-Петербург).
Организация исследований. Работа выполнялась на кафедре экологии и природопользования и в Научно-образовательном экологическом центре ФБГОУ ВПО «Башкирский государственный педагогический университет им. М. Акмуллы» в период 2006 по 2011 годы. Исследования проводились в рамках выполнения проектов «Восстановление и формирование лесных экосистем в критических ландшафтах Башкортостана» (грант РФФИ №08-04-97017-р; грант АН РБ №40/35-П) и НИР №1.4.09 по тематическому плану МОН РФ проведения фундаментальных исследований (Адаптация древесных растений и экологическое обоснование лесовосстановления арушенных ландшафтов».
На защиту выносятся следующие положения:
1. Состояние хлорофилл-белкового комплекса и параметры водного режима
вляются наиболее информативными при характеристике степени деградации растений
осны обыкновенной и березы бородавчатой в условиях антропогенно
ансформированной среды.
-
Изменения анатомо-морфологических и физиологических параметров ревесных растений в условиях анррпогенного воздействия представляют собой опряженные процессы, направленные на обеспечение выживания растений в кстремальных лесорастительных условиях.
-
Видовые особенности листопадных древесных растений (на примере березы ородавчатой) являются основой для более успешного выживания в условиях ехногенеза по сравнению с «вечнозелеными» растениями.
Публикации. Основные результаты исследований изложены в 10 научных бликациях, в том числе в 3 статьях в журналах, рекомендованных ВАК России.
Объем и структура диссертации. Диссертационная работа изложена на 153 раницах и включает введение, 4 главы, выводы, список литературы, включающий 234 «именований, в том числе 74 на иностранных языках и 5 приложений, содержит 3 блицы и 72 рисунка.
