Введение к работе
Актуальность проблемы. В субарктических районах Европейской части России береза Черепанова (Betula pubescens ssp. czerepanovii (Orlova) Hamet- Ahti) играет важнейшую экосистемную роль, формируя древесную растительность на северном пределе ее распространения. Несмотря на относительно хорошую изученность экологии разных видов берез (Кулагин, 1963; Ермаков, 1986; Махнев, 1987; Коновалов, 2003; Ветчинникова, 2004; Wiegolaski, 2005), в том числе в зонах воздействия промышленных предприятий (James, Courtin, 1985; Меньшиков и др., 1987; Васфилов, 1989; Шибистова, Гире, 1989; Ситникова, 1990; Крючков, 1991; Kurteva et al., 2002; Kozlov, Zvereva, 2004; Бойко, 2005; Катютин, 2005; Приймак, 2005; Васильев и др., 2008), накопленная информация, в основном, ограничена описанием эффектов загрязнения на организменном уровне.
Актуальность исследования определяется недостаточностью данных о влиянии загрязнения на демографические процессы в популяциях растений, недостатком информации об изменениях ростовых характеристик, архитектуры кроны и регенерационной способности исследуемого вида в градиентах промышленного загрязнения (в частности, о межгодовой изменчивости эффектов), а также слабой изученностью влияния загрязнения на чувствительность древесных растений к погодным условиям. Эта информация важна для прогнозирования изменений субарктических экосистем, отличающихся повышенной чувствительностью к естественным и антропогенным воздействиям, при различных экономических и климатических сценариях.
Цель работы - детальное изучение экологии березы Черепанова в градиенте интенсивного промышленного загрязнения на Кольском полуострове, включая количественное описание ростовых и демографических процессов.
Задачи исследования:
1. Описать зависимость параметров, характеризующих жизнеспособность и рост березы Черепанова (радиальный и вертикальный прирост, длина и количество годичных побегов, характер ветвления и форма кроны, размер листа, замедленная флюоресценция хлорофилла) от уровня промышленного загрязнения.
-
Охарактеризовать фенологию и межгодовую изменчивость ростовых процессов березы Черепанова в градиенте промышленного загрязнения.
-
Исследовать возобновление, смертность и возрастную структуру популяций березы Черепанова в градиенте промышленного загрязнения.
-
Сравнить архитектуру кроны и регенерационную способность березы Черепанова в различных местообитаниях, включая промышленные пустоши, фоновые леса и горные тундры.
Основные положения, выносимые на защиту:
-
-
Кардинальная трансформация окружающей среды, вызванная многолетним воздействием атмосферных выбросов медно-никелевого завода, привела к существенным изменениям ростовых и демографических процессов в популяциях березы Черепанова на Кольском полуострове.
-
У деревьев, выживших в условиях промышленной пустоши, изменена структура кроны и усилены регенерационные способности. Изменение ряда параметров ростовых процессов проявляется однонаправленно у материнских растений и у семенного потомства при выращивании в фоновых условиях.
-
Значительное снижение выбросов, произошедшее 15 лет назад, не отразилось на ростовых и демографических процессах в популяциях березы Черепанова. В наиболее загрязненных местообитаниях продолжается гибель деревьев при полном отсутствии возобновления; на некоторых участках промышленных пустошей береза может полностью исчезнуть в ближайшие десятилетия.
Научная новизна и теоретическая значимость результатов исследования. Установлено, что длительное влияние промышленных выбросов сформировало устойчивые к условиям техногенной пустоши популяции березы Черепанова с измененной формой роста. Впервые описана модификация структуры крон деревьев, сохранившихся в сильно загрязненных местообитаниях; показано, что эти изменения способствуют выживанию в условиях промышленной пустоши и усилению компенсаторных реакций на механические повреждения. Впервые, на основании 17-летних наблюдений за индивидуально маркированными особями, изучена межгодовая изменчивость размеров листа и побега в градиенте промышленного загрязнения; обнаружено, что загрязнение ослабляет зависимость размеров листа и побега от погодных условий. Определен пороговый уровень загрязнения, достижение которого коренным образом изменяет ход демографических процессов в исследованных популяциях. Подтверждена гипотеза об "инерционности" воздействия загрязнения на лесные экосистемы: гибель популяций березы продолжается, несмотря на существенное снижение выбросов.
Практическая значимость. Результаты исследования могут быть использованы для моделирования изменений субарктических экосистем при различных климатических и экономических сценариях, а также для разработки восстановительных мероприятий в нарушенных экосистемах.
Апробаиия работы. Результаты исследований были представлены на: Spring seminar, University of Turku (Turku, Finland, 2003); Международной конференции «Современные экологические проблемы Севера» (Апатиты, 2006); 8 Finnish Conference of Environmental Sciences (Mikkeli, Finland, 2007); 17 Annual Meeting of the Society of Environmental Toxicology and Chemistry (Porto, Portugal, 2007); Symposium on Ecology, Biological Diversity, Genetics, Environmental and Marine Biology (Turku, Finland, 2008); Конференции молодых ученых «Биосфера Земли: прошлое, настоящее и будущее» (Екатеринбург, 2008); 23 IUFRO Conference «Air Pollution and Climate Change at Contrasting Altitude and Latitude» (Murten, Switzerland, 2008); Doctoral student conference «Next Generation Insights into Geosciences and Ecology» (Tartu, Estonia, 2011).
Декларация личного вклада автора. Планирование исследований, сбор материала, проведение полевых и большинства лабораторных экспериментов, обработка данных и интерпретация результатов выполнены лично автором.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 работ, из них 3 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, и одна монография.
Структура и объем диссертации. Рукопись содержит введение, 7 глав, заключение, выводы и список литературы, изложена на 242 страницах.
Похожие диссертации на Влияние промышленного загрязнения на экологию березы Черепанова (Betula pubescens ssp. czerepanovii (Orlova) Hmet-Ahti) на Кольском полуострове
-
