Фитоиндикация лесных фитоцинозов по состоянию сосны обыкновенной

    Введение 

    Роль  атмосферы в природных процессах  огромна. Наличие вокруг земного  шара атмосферы определяет общий  тепловой режим поверхности нашей  планеты, защищает ее от вредных космического и ультрафиолетового излучений. Циркуляция атмосферы оказывает влияние на местные климатические условия, а через них - на режим рек, почвенно-растительный покров и на процессы рельефообразования. Чистый воздух необходим для жизни человека, растений и животных. Атмосферные загрязнения оказывают отрицательное влияние на живые организмы, что приводит к сокращению численности, видового разнообразия животных и растений, заболеваемости человека.

     К первой группе относятся кислород (21 % по объему), азот (около 78%) и благородные  газы (около 1 %). Ко второй группе относятся  диоксид углерода (0,02 - 0,04%) и водяной пар. К третьей группе относятся случайные компоненты, определенные местными условиями. Так, вблизи металлургических заводов воздух часто содержит диоксид серы, техногенные примеси тяжелых металлов; в местах, где происходит распад органических остатков, - аммиак и другие, газообразные и жидкие вещества.

В результате антропогенного воздействия на атмосферу  возникают:

• локальная или региональная загазованность приземного слоя;
• трансграничный перенос загрязнений на значительные расстояния;
• различные глобальные (общепланетарные) эффекты,
• загрязнение лито- и гидросферы как результат процессов естественного самоочищения атмосферы.

    Одним из способов контроля состояния атмосферы  и всей окружающей среды является экологический мониторинг [1].

Показателями  состояния среды и ее компонентов  могут быть и представители органического мира – бактерии, грибы, животные или растения.

Способ  оценки состояния окружающей среды  и антропогенной нагрузки с помощью  живых организмов и их сообществ называется биоиндикацией.

Любая водная экосистема, находясь в равновесии с факторами внешней среды, имеет  сложную систему подвижных биологических  связей, которые нарушаются под воздействием антропогенных факторов. Прежде всего, влияние антропогенных факторов, и в частности, загрязнения отражается на видовом составе водных сообществ и соотношении численности слагающих их видов.

Подчеркивая всю важность биоиндикационных методов  исследования, необходимо отметить, что  биоиндикация предусматривает выявление  уже состоявшегося или происходящего загрязнения окружающей среды по функциональным характеристикам особей и экологическим характеристикам сообществ организмов.

Насаждения  являются обязательным составляющим современной, культурной урбосреды, но испытывают на себе повышенное антропогенное воздействие. В связи с этим необходимо отслеживания состояния насаждений и окружающий среды. Методы фитоиндикации сочетают мониторинг насаждений и выявление реакции растений на различные загрязнители с отслеживанием экологической обстановки [2,8]. 

Цель  работы: рассмотреть применение сосны обыкновенной в качестве биоиндикатора состояния лесных фитоценозов. 

Задачи: 

1. биоиндикационное исследование лесного сообщества зеленой    зоны г. Тольятти.
2. провести анализ степени влияние продуктов сжигания попутного газа при добыче нефти на репродуктивное состояние сосновых  древостоев в северотаежной подзоне.

1. Методы  фитоиндикации.

     В течение ряда лет выполнялось  биоиндикационное исследование в лесном массиве в районе Портпоселка  г Тольятти.

     При выборе растения-биоиндикатора учитывают  ценотическую значимость вида, отдавая  предпочтение видам-доминантам, имеющим  большую численность и биомассу либо видам-эдификаторам, определяющим лицо фитоценоза и влияющим на существование  других растений. Поэтому была выбрана сосна обыкновенная, являющаяся доминантной лесообразующей породой в нашем регионе.

     Родовое название — от латинского pin — скала, гора, латинское sylvestris — лесной от sylva — лес.

    У сосны древняя история. Она появилась  на Земле 150 миллионов лет назад. За это время неоднократно менялся лик планеты: наступали и отступали ледники, появлялись на свет и исчезали многие виды растений и животных, а их современница — сосна — преодолела время, зацепилась корнями за землю и дожила до наших дней.

    Это вечнозеленое хвойное дерево семейства  сосновых, достигающее в высоту 40 м. Кора красно-бурая, на ветвях желтоватая, отслаивающаяся. Почки удлиненно-яйцевидные, заостренные, длиной 6—12 см, смолистые, окруженные треугольно-ланцетовидными чешуями с прозрачным пленочным краем. Хвоя располагается попарно, сизо-зеленая, несколько изогнутая, жесткая, длиной 4—7 см, сохраняется на побегах 2-3 года. Мужские шишки многочисленные, желтые, собранные у основания побегов текущего года, женские—красноватые, одиночные или сидячие по 2—3 на загнутых книзу коротких ножках. После оплодотворения шишки разрастаются, деревенеют, созревают в течение 18 мес. Семена удлиненно-яйцевидные, длиной 3—4 мм, с крылом, длина которого в 3 раза превышает длину семени. Корневая система с глубоко идущим главным корнем.

    Сосна характеризуется большой морфологической  изменчивостью и образует большое  число форм. Растет быстро, особенно в молодом возрасте (до 30—40 лет). Прирост в высоту в благоприятных  почвенно-климатических условиях достигает 70—80 см в год. Доживает сосна обыкновенная до 350—400 лет.

    Сосна — одна из основных лесообразующих пород нашей страны. Сосновые леса занимают площадь около 120 млн. га. Растет на песчаных, супесчаных, подзолистых, дерновых, черноземовидных, глеевых  и торфяно-болотных почвах. Встречается также на щебнистых почвах, на известняках, меловых и скальных обнажениях. Благодаря широкой экологической амплитуде распространена от лесотундры до степной зоны. Поднимается до высоты 1500 м над уровнем моря на Алтае и до 1800 м в Саянах. Светолюбива, морозоустойчива, засухоустойчива. В благоприятных условиях сосна — дерево первой величины, образует насаждения высшего класса бонитета; при избыточном увлажнении, на торфяно-глеевидных почвах, на очень сухих дюнных всхолмленных или на скальных обнаженных — это искривленное, сучковатое дерево, высота которого в 100-летнем возрасте не превышает 5 м. В горах иногда принимает етланиковую форму.

     Считается, что для условий лесной полосы России наиболее чувствительны к  загрязнению воздуха сосновые леса. Это обусловливает выбор сосны как важнейшего индикатора антропогенного влияния, принимаемого в настоящее время за «эталон биодиагностики».

     Сосна, а также ель, пихта являются чувствительными  индикаторами воздействия диоксида серы. Под воздействием сернистого ангидрида кончики хвои становятся темно-бурыми.

     Работа  проводилась одновременно тремя  группами по шесть человек для  обеспечения достоверности результатов. Рассматривая автомагистраль как основной линейный источник загрязнения, выбрали три маршрута с разной удаленностью от источника – улица Комзина по обе стороны от трассы. Каждая группа вела подсчет образцов растений на всех шести маршрутах, по три с каждой стороны автомагистрали. Ближайшие маршруты находились в непосредственной близости к трассе, до 10 метров, следующие – на расстоянии 30-50 метров от трассы и наиболее удаленные – на расстоянии чуть более 100 метров. Выбор маршрутов делался с привязкой к местности (наличие троп) и с учетом, что, согласно литературным данным, влияние выброса автотрассы локализуется на расстоянии 30-50 метров от источника, далее становясь фоновым. Каждая группа подсчитывала на рассматриваемом маршруте общее количество образцов – сосен, принимая это количество равным 500 экземплярам, из них – количество образцов с повреждениями – бурой хвоей, отдельно визуально оценивался процент повреждения в образце. Результаты работы представлены в таблице 1. Данные трех групп усреднялись, что отражено в таблице, и анализировались.

     Предприятия нефтегазодобывающей отрасли в Западной Сибири оказывают отрицательное воздействие на состояние лесов региона. Это усугубляется тем, что промышленные объекты густой сетью распределены на обширных территориях.

     Установки для сжигания попутного газа (факелы) являются также мощным источником тепла и оказывают влияние не только на сопредельные участки, но и на климат в локальном масштабе. При этом 65% продуктов углеводородного загрязнения рассеиваются в атмосферу, 20% - поступают в водные бассейны и 15% - в почву. Согласно литературным данным, генеративные органы хвойных пород, в том числе и сосны обыкновенной, очень чувствительны к различным токсинам. Формирующиеся репродуктивные структуры острее реагируют на загрязнение, чем метамеры вегетативной системы. Поэтому изменения в генеративной сфере сосны обыкновенной могут служить чувствительным индикатором загрязнения окружающей среды, а также использоваться при организации семенного хозяйства и селекции в поврежденных лесах.

     Согласно лесорастительному районированию Е. П. Смолоногова, А. М. Вегерина (1980), объект исследований расположен на территории Пуровско-Среднеобского лесорастительного района сосновых зеленомошно-кустарничково-лишайниковых приречных и заболоченных лесов и междуречий подзоны северотаежных лесов лесной зоны Надым-Пуровской лесорастительной провинции Западно-Сибирской лесорастительной области. Климат в районе исследований определяется как континентальный и суровый. Средняя годовая температура составляет -3°С, средняя многолетняя температура в январе -22°С, в июле +17°С. Исследования проводились на территории Покачевского месторождения нефти, площадь которого составляет 26154 га. На данной территории установка для сжигания попутного газа функционирует с 1981года. Согласно официальным данным Нефтегазодобывающего управления (НГДУ) «Покачевнефть», содержание загрязняющих веществ в атмосферном воздухе (предельные углеводороды, моноксид серы, сажа) не превышает ПДК, но их присутствие носит хронический характер.

     Как видно из рисунка 1, различия по концентрации загрязняющих веществ на разном удалении от факела практически отсутствуют. Следовательно, уровень концентрации загрязнителей не является главным средообразующим фактором, оказывающим влияние на состояние основных компонентов лесных экосистем в данных условиях. Поэтому выделение зон с тем или иным уровнем загрязнения, что широко и успешно используется при оценки влияния воздушных выбросов предприятий более высоких мощностей на состояние окружающей среды в данном случае нецелесообразно. В тоже время факельные установки оказывают сильное тепловое воздействие на окружающую среду. В этой связи тепловое излучение является одним из ведущих экологических факторов, оказывающих влияние на изменение характеристик элементов леса. Были условно выделены зоны степени поражения сосновых древостоев, произрастающих на различном удалении от факела, в основу которых положено использование таких морфологических параметров компонентов леса, как категория жизненного состояния кроны деревьев, степень дефолиации, наличие эпифитных лишайников и т.д. 

     Рисунок 1. Таблица концентраций загрязняющих веществ (по данным НГДУ «Покачевнефть»), мг/м³ 

     На  различном удалении от факельной установки (100 м - зона сильного поражения, 150 м - среднего, 250м - слабого) заложены три постоянные пробные  площади (ППП). Исследуемые насаждения представлены сосняком лишайниковым естественного происхождения 120-130-летнего возраста. Отличие между ППП состоит в степени поврежденности древостоев в результате комплексного воздействия факельной установки.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Рисунок 2. Таблица распределения модельных  деревьев сосны обыкновенной по    категориям жизненного состояния кроны  в исследуемых насаждениях, %.