УДК 630*

Д.с.-х.н. Мартынюк А.А.,

Рыкова Т.В.

ФБУ Всероссийский научно-исследовательский институт лесоводства и механизации лесного хозяйства, Россия.

ВЛИЯНИЕ ВЫПАДЕНИЙ ЦИНКА НА СОСТОЯНИЕ САМОСЕВА И НАПОЧВЕННОГО ПОКРОВА СОСНЯКОВ ЗЕЛЕНОМОШНИКОВЫХ (ПОЛЕВОЙ ЭКСПЕРИМЕНТ)

Дана оценка состояния самосева сосны обыкновенной и изменения видового состава мохового и травяного ярусов лесного фитоценоза при разных нагрузках загрязнения почвы солями цинка в модельном опыте.

Ключевые слова: самосев сосны; напочвенный покров; видовой состав; соли цинка; допустимая нагрузка

I. Введение. К одним из наиболее опасных для растений химическим загрязнителям, поступающим в природную среду с выбросами промышленных предприятий, относятся тяжелые металлы. Хотя изучению данной проблемы посвящено множество научных исследований, следует признать, что для полного понимание закономерностей динамики лесных экосистем под влиянием аэротехногенного загрязнения, недостаточно имеющихся количественных данных об изменении их параметров в зависимости от конкретных уровней загрязнения.

При исследованиях динамики лесов в условиях аэротехногенного воздействия обычно изучается реакция различных ярусов лесных экосистем на загрязнение, что позволяет выявить закономерности их трансформации, изменение структуры и видового состава [1,2,3,4]. При этом наибольшее внимание уделяется древостою, хотя реакция других ярусов фитоценоза зачастую может иметь не меньшее диагностическое значение. К таким ярусам чаще всего относят эпифитные лишайники, обладающие относительно выраженной специфической реакцией на загрязнение среды. Значительная часть исследований посвящена травяно-кустарничковому и моховому ярусам лесных сообществ, хотя большинство из них имеет описательный характер, в которых вопросы взаимосвязи их видового состава и особенностей распространения с уровнем загрязнения практически не рассматриваются.

II. Постановка задачи. В связи с этим целью работы являлось изучение устойчивости молодого поколения сосны (всходы, самосев, подрост) и реакции видового состава, проективного покрытия травянистого и напочвенного покрова сосняков зеленомошниковых в зависимости от уровня загрязнения сосновых насаждений тяжелыми металлами. В качестве загрязнителя для эксперимента выбран цинк как один из наиболее распространенных и наиболее токсичных тяжелых металлов, содержащихся в выбросах промышленных предприятий.

Методология работ предусматривала проведение полевых экспериментов по изучению влияния точно измеренных объемов выпадений цинка на состояние естественного подпологового возобновления сосны и растительного покрова средневозрастных сосняков зеленомошниковых (возраст - 60 лет, бонитет- I; полнота- 0,6; запас –290м³/га; почва - дерново-подзолистая мелко-дерновая поверхностно-подзолистая псевдофибровая на слоистом рыхлом тонкозернистом водноледниковом песке) в условиях Подмосковной Мещеры. С этой целью в насаждении были заложены в двукратной повторности два вида пробных площадок: 1) площадью 30-35 м² (для изучения реакции растительного покрова); 2) площадью 4 м² (для изучения реакции самосева и всходов сосны), на которые вносили азотнокислый цинк Zn (NO₃)₂ в количестве, обеспечивающем следующую техногенную нагрузку: 7 г/м² (величина таких выпадений обеспечивает расчетную концентрацию элемента в 20-см слое почвы на уровне ПДК= 23 мг/кг), 30; 90; 150; 225 и 300 г/м².

Реакция естественного возобновления на площадках с выпадением цинка изучалась по возрастным группам, учет состояния самосева и подроста сосны проводили по общепринятой шкале с разделением на категории: 1- без признаков ослабления; 2- ослабленные; 3- усыхающие; 4- сухие. Оценка живого напочвенного покрова проводилась на учетных площадках размером 1×1м по трансектам, закладываемым по диагоналям пробных площадок.

III. Результаты. Проведенные исследования показали, что количество всходов в сосняках имеет устойчивую тенденцию к снижению за трехлетний период наблюдений при уровне загрязнении почвы в 90 г/м² и более (табл. 1). При выпадении 300 г/м² цинка количество сохранившихся всходов немногим превышает 10% от исходного. При этом на контроле и при минимальном уровне загрязнения, соответствующем санитарно-гигиеническим предельно допустимым концентрациям для почвы - 7 г/м², а также отчасти и при 30 г/м², наблюдалось увеличение числа всходов сосны под пологом древостоя. Такая реакция всходов на загрязнение почвы объясняется, по-видимому, токсичным влиянием солей цинка на энергию прорастания и всхожесть семян сосны.

Таблица 1

Состояние самосева и подроста сосны при разной нагрузке цинка

Нагрузка, г/м^2	Год учета	Количество всходов, шт.	Количество самосева и подроста по градациям высот, шт					Сохранность, самосева и подроста, %
			6-10 см	10-20 см	20-30 см	Свыше 30 см	Всего, шт
Контроль	2001	95	34	60	39	-	133
	2002	97	28	64	44	20	156
	2003	199	9	12	47	15	83	62,4
7	2001	76	20	37	42	22	121
	2002	79	34	40	35	21	130
	2003	203	21	29	26	22	98	81,0
30	2001	134	83	124	23	-	230
	2002	60	54	86	36	1	177
	2003	193	20	27	40	11	98	42,6
90	2001	92	32	70	29	13	204
	2002	22	17	12	4	3	26
	2003	47	7	14	5	3	29	14,2
150	2001	74	52	54	43	5	154
	2002	11	4	1	-	5	10
	2003	33	1	2	1	-	4	2,6
225	2001	66	32	26	15	3	76
	2002	5	-	2	-	-	5
	2003	15	-	3	-	-	5	6,5
300	2001	60	50	88	38	-	196
	2002	-	-	-	-	-	-
	2003	7	-	-	-	-	-	0

За трехлетний период наблюдений (2001-2003гг.) установлена тенденция снижения количества самосева и подроста сосны (количество в 2003г. относительно их исходного количества в 2001г.) при всех уровнях загрязнения, включая и контроль (табл.1). В последнем случае это можно объяснить влиянием комплекса различных факторов внутренней среды сообщества (например, изменение освещенности под пологом древостоя), в остальных - действием загрязняющего вещества. При этом если на контроле и уровне загрязнения 7 г/м² снижение количества самосева и подроста имеет нелинейный характер (отмечалось даже повышение количества в 2002 г.), то при более высоких нагрузках, начиная со 30 г/м², тенденция к снижению количества живого самосева и подроста приобретает более однозначные закономерности. В варианте с уровнем загрязнения почвы в 30 г/м² сохранность самосева и подроста сосны снижается до 43% от первоначального количества в 2001 г., при 225 г/м² сохраняется около 6%, а при 300 г/м² отмечается полная гибель подпологового естественного возобновления сосны.

Нашими исследованиями установлено, что в средневозрастных сосняках зеленомошниковых фоновый растительный покров представлен зелеными мхами (Polytrichum commune, Pleyrozium Schreberi, Hypnum cupressarium, Dicranum scoparium); травянисто-кустарничковой растительностью куртинного размещения- вейником наземным (Calamagrostis epigeios), белоусом торчащим (Nardus strikta), черникой (Vaccinium myrtillus), костяникой (Rubus saxatilis), брусникой (Vaccinium vitis-idaea).

Анализ динамики флористического состава травянисто-кустарничкого и напочвенного покрова показывает, что за трехлетний период наблюдений число видов кустарничкового яруса начинает меняться с нагрузки цинка в 90 г/м²; при нагрузке 150 г/м² и более в последние два года отмечается полная гибель кустарничковых растений (табл.2).Травянистый ярус оказался более устойчивым, преимущественно за счет злаковых видов, хотя при уровне выпадений в 30 г/м² отмечалась гибель 20% видов, а при 300 г/м² - полная гибель всех травянистых растений.

Таблица 2

Изменение флористического состава травянистого яруса (шт/м²) и проективного покрытия почвы мхами (в процентах) в средневозрастных сосняках при различных нагрузках цинка

Ярус	Годы наблюде- ния	Нагрузка цинка, г/м^2
		Контроль	7	30	90	150	225	300
Кустарничковый ярус	2000 (до внесения)	2	-	3	1	1	1	1
	2001	2	-	3	1	-	-	-
	2002	2	-	3	-	-	-	-
Травянистый ярус, всего	2000 (до внесения)	13	11	10	8	12	7	11
	2001	13	11	10	5	4	2	3
	2002	14	11	8	2	2	1	1
в том числе злаки	2000 (до внесения)	4	4	4	4	4	3	3
	2001	4	4	4	3	2	1	2
	2002	5	4	3	1	1	1	-
% выпавших видов		0	-	20	75	83	87	100
Моховой ярус	2000 (до внесения)	100	100	100	100	100	100	90
	2001	100	98	92	85	80	71	52
	2002	100	98	90	82	56	43	30
% повреждения (пожелтения)мохового яруса	2000 (до внесения)	-	-	-	-	-	-	-
	2001	-	15	25	72	93	97	100
	2002	-	15	25	75	98	98	100
Эпигейные лишайники	отсутствуют

Из полукустарничков наиболее чувствительной оказалась черника, которая полностью исчезает из ценоза при выпадении 300 г/м² цинка. Для брусники и костяники такая реакция не свойственна, хотя данный вывод не достаточно надежный из-за эпизодической встречаемости этих видов на учетных площадках. При более низких нагрузках цинка различий между числом видов до и после внесения практически не наблюдается. Следует отметить, что злаки, по сравнению с другими группами травянистых растений отличаются повышенной устойчивостью к воздействию солей цинка (более ощутимое изменение числа видов злаков установлено при нагрузке в 300 г/м²).

Снижение проективного покрытия почвы мхами и их пожелтение отмечаются уже при минимальной загрязненности в 7 г/м², однако даже при максимальном уровне загрязнения (300 г/м²) моховой покров остается жизнеспособным, хотя и ослабленным, на трети площади; вполне логично предположить, что его гибель может наступить в последующие годы.

IV. Выводы. Выпадение тяжелых металлов в лесные насаждения приводит к нарушению состояния самосева (всходов) древесных пород, изменению видового состава травянисто-кустарничкового и мохового покрова лесных сообществ. В частности, при нагрузке 150 г/м² внесенного цинка уменьшение числа видов в травяном покрове достигает 38%, при 300 г/м² – 71%.

Практически необратимые изменения в состоянии естественного возобновления сосны возникают при выпадениях цинка более 90 г/м².Начало поражения полукустарничкового яруса (особенно черники) отмечаться при нагрузке 150 г/м², некоторых эпигейных лишайников – 300 г/м², всходов рябины обыкновенной – свыше 300 г/м² цинка. Повышенной устойчивостью к выпадению цинка характеризуются, по сравнению с другими группами травянистых растений, злаки. Повреждение мхов (Polytrichum commune, Pleyrozium Schreberi, Hypnum cupressarium, Dicranum scoparium) наблюдается при самых низких выпадениях элемента, соответствующих установленным санитарно-гигиеническим ПДК для почвы- 7 г/м².

Литература

1. Маркин А.И. Особенности структуры лесных сообществ в разных зонах влияния Оскольского электрометаллургического комбината// Биоиндикация и биомониторинг. М.1991.с.149-155.

2. Сыроид Н.А. Влияние газообразных отходов промышленных предприятий на фитоценозы окружающих территорий// Проблемы изучения и охраны природы Прибеломорья. Мурманск, 1987. с.10-41.

3. Черненькова Т.В. Реакция лесной растительности на промышленное загрязнение.- М.: Наука, 2002.-191с.

4. Цветков, В. Ф. Лес в условиях аэротехногенного загрязнения / В. Ф. Цветков, И. В. Цветков. – Архангельск, 2003. – 354 с.

Сведения об авторах:

Мартынюк Александр Александрович – доктор сельскохозяйственных наук, директор, Всероссийский научно-исследовательский институт лесоводства и механизации лесного хозяйства (Российская Федерация, Московская обл., г. Пушкино). Область научных интересов - экология и охрана лесов от техногенного загрязнения, лесоводство и лесоведение, нормативно- правовое регулирование лесных отношений, стратегическое лесное планирование. Автор 144 публикаций.

vniilm_martinuk@mail.ru

Рыкова Татьяна Владимировна – научный сотрудник отдела экологии леса, Всероссийский научно-исследовательский институт лесоводства и механизации лесного хозяйства (Российская Федерация, Московская обл., г. Пушкино). Область научных интересов - экология и охрана лесов от техногенного загрязнения, нормативно- правовое регулирование лесных отношений. Автор 15 публикаций.

rykova.tv@mail.ru