Введение к работе
Актуальность темы. Хозяйственная деятельность человека, преобразуя абиотические факторы среды обитания живых организмов, изменяет условия функционирования природных экосистем и определяет новые тренды в их развитии. Серьезные антропогенные преобразования биосферы связаны с загрязнением воздушной среды, к числу приоритетных поллютантов которой относятся оксиды азота (NOx). Техногенные NOx относительно быстро выводятся из воздушной миграции, поступая на земную поверхность с осадками и за счет сухого осаждения преимущественно в форме нитратных соединений, которые активно включаются в биотический круговорот и существенно трансформируют многие его процессы.
В зарубежных публикациях последних лет уделяется большое внимание экологическим проблемам, связанным с последствиями повышенного поступления техногенных соединений азота в лесные биогеоценозы (Bobbink et al., 2002; Sutton et al., 2011). В нашей стране подобные исследования не получили широкого распространения, хотя во многих регионах России отмечается высокий уровень загрязнения воздушной среды NOx (Государственный доклад.., 2009). В их числе - Московская область, лесные экосистемы которой играют важнейшую роль в обеспечении экологического благополучия столичного региона. Сохранение биоразнообразия лесов Подмосковья, их средообразующих, рекреационных, водоохранных и других функций, имеет особую актуальность в связи с тенденцией роста техногенных нагрузок азота в Центральном регионе. Это определило выбор темы диссертационной работы и объектов исследования.
Цель работы - анализ влияния техногенной эмиссии оксидов азота на фитоценотические и почвенно-экологические условия лесных экосистем Московской области, определяющие динамику их развития и устойчивое функционирование в долговременной перспективе.
В соответствии с поставленной целью, объектами исследования в данной работе были лесные биогеоценозы Подмосковья, рассматриваемые нами как совокупность растительных сообществ и среды их обитания. Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
-
На основе анализа литературы определить набор показателей / индикаторных критериев, отражающих условия обеспеченности лесных экосистем азотом, как важнейшим элементом питания, и характеризующих степень возможной трансформации азотного цикла в лесных биогеоценозах в результате воздействий, связанных с техногенной эмиссией NOx.
-
Оценить интенсивность и преобладающие формы поступления соединений азота в леса Подмосковья с атмосферными выпадениями.
-
На примере ключевых участков определить особенности флористического состава и эколого-ценотические условия, характерные для лесных сообществ Московской области, а также почвенно-геохимические характеристики, отражающие их экологическое состояние и условия азотного питания в зависимости от сочетания природно-техногенных факторов и сезонной динамики.
-
Оценить зависимость почвенно-экологических и фитоценотических показателей от величин поступления азота в леса Подмосковья с атмосферными выпадениями и дать характеристику степени трансформации азотного цикла в лесных экосистемах Московской области.
Научная новизна. Для лесных биогеоценозов Московской области впервые проведены сопряженные исследования почвенно-экологических и фитоценотических показателей, характеризующих обеспеченность лесов Подмосковья основным элементом питания - азотом. Оценено влияние природных и техногенных факторов на эти показатели. Впервые определены параметры пула минеральных соединений азота (N-NH4^6m) и N-NO3) в основном корнеобитаемом слое лесных почв центра Европейской России в течение вегетационного сезона при разном сочетании погодно- климатических условий. Выполнены оценки критических нагрузок эвтрофирующих и подкисляющих соединений азота, соответствующих экологически безопасным уровням поступления азота в различные типы лесных экосистем Подмосковья, при которых сохраняются оптимальные экологические условия их функционирования и видовое разнообразие.
Практическая значимость. Результаты выполненного исследования могут быть использованы природоохранными и лесными службами Московской области для анализа и прогноза экологического состояния лесов Подмосковья. Предлагаемые критерии оценки азотного статуса лесных экосистем могут быть использованы в рамках экологической экспертизы проектов развития столичного региона.
Декларация личного участия автора. Все полевые исследования и большая часть химико-аналитических работ выполнены лично или при непосредственном участии автора. Выполнены описания лесной растительности на всех ключевых участках и проведена статистическая обработка геоботанических данных. В течение 2-х вегетационных сезонов 2010-2011 гг. с частотой 1 раз в 2 недели проведены мониторинговые исследования динамики минеральных соединений азота в почвах Приокско- Террасного государственного природного биосферного заповедника (ПТБЗ).
Апробация результатов работы. Материалы диссертации были представлены на 14 конференциях: Конференция молодых ученых «Ломоносов- 2008» (Москва, 2008), Пущинская международная школа-конференция молодых ученых «Биология-наука XXI века» (Пущино, 2008, 2010); 3-я Всероссийская конференция «Принципы и способы сохранения биоразнообразия» (Пущино, 2008); Всероссийская конференция «Фундаментальные достижения в почвоведении, экологии, сельском хозяйстве на пути к инновациям» (Москва, 2008); Конференция с международным участием «Почвы и почвенная безопасность России», (С.-Петербург, 2009); Конференция «Математическое моделирование в экологии» (Пущино, 2009, 2011); Всероссийская молодежная научная конференция «Актуальные проблемы биологии и экологии», (Сыктывкар, 2010); Международная конференция молодых ученых «Актуальные проблемы ботаники и экологии», (Украина, Ялта, 2010); Международная конференция «European Geosciences Union General Assembly 2011», (Vienna, Austria, 2011); Всероссийская научная конференция с международным участием по лесному почвоведению (Апатиты, 2011), Международная конференция «Multidisciplinary academic research 2012» (Prague, Czech Republic, 2012).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 3 статьи в рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК, 12 работ в сборниках и материалах конференций и 5 в сборниках тезисов.
На разных этапах исследований работа поддерживалась грантами РФФИ (№№ 09-04-01209, 12-04-31795) и грантом Фонда содействия развития малых форм предприятий в научно-технической сфере «УМНИК- 2010».
Структура и объем работы. Работа состоит из введения, 5 глав, заключения и выводов, списка литературы, включающего 256 источников (из них 98 зарубежных), и приложений. Работа изложена на 130 страницах, содержит 13 таблиц, 32 рисунка и 6 приложений.
Благодарности. Автор выражает благодарности своему научному руководителю к.г.н., доценту И.В. Припутиной; заведующему лабораторией моделированиях экосистем ИФХиБПП РАН, д.б.н., профессору А.С. Комарову и всем сотрудникам лаборатории за оказанное внимание и помощь в работе; заведующему лабораторией, д.б.н., профессору Д.Л. Пинскому и сотрудникам лаборатории физико-химии почв ИФХиБПП РАН, а также ведущему инженеру лаборатории функциональной экологии ИФПБ РАН В.П. Смирновой за помощь в проведении химико-аналитических исследований; к.б.н., с.н.с. ИБК РАН А.В. Танканаг за помощь в проведении расчетов величин критических нагрузок; руководству ПТБЗ - за предоставленную возможность проведения мониторинговых исследований на территории заповедника.
