Наиболее подходящим признаком для оценки негативного влияния промышленных выбросов на древесную растительность является величина радиального прироста, поскольку он позволяет количественно выражать процесс разрушения древостоев (Ловелиус, 1979; Лайранд и др., 1980; Стравинскене, 1987; ГОСТ 13056.6-75, 1988; Юкнис, 1988).
Под факелом Красноярского алюминиевого завода изучено влияние выбросов на радиальный прирост тополя (рис. 8.1). Наибольшему угнетению подвержены особи, растущие под факелом завода у дорог. Вывод хорошо согласуется с результатами замеров линейного прироста побегов и площади листьев.
Рис. 8.1 - Динамика радиального прироста тополя бальзамического (1- контроль; под факелом 0,5 км от завода: 2- в удалении от дорог; 3 – придорожные посадки)
В дендроклиматологии получил широкое применение метод индексов радиального текущего прироста, поскольку он, довольно объективно исключая фактор возраста и, давая не зависящие от него величины, тем самым отражает влияние комплекса остальных факторов, главным образом, климатических (Битвинскас, 1974). Определение индексов производится по возрастным кривым радиального прироста, рассчитанным способом скользящей средней, или по биологическим кривым, получаемым на основании линейных и нелинейных моделей изменения кривой роста.
В нашем случае, для определения зависимостей между радиальным приростом и климатическими показателями необходимо было произвести выравнивание дендрограмм для нивелировки не только возраста, но, в большей степени, загрязнения. Для аппроксимации использовалось уравнение параболы второго порядка (Y =a+ bx+cx2).
В таблице 8.1 представлены коэффициенты корреляции между полученными индексами, климатическими параметрами и приростом прошлого года.
Таблица 8.1
Парные коэффициенты корреляции между индексами текущего радиального прироста и параметрами уравнений множественной регрессии
Условия роста |
Индекс прироста
прошлого года, (Х1) |
Средняя температура
за VI-VIII, (Х2) |
Сумма осадков за
V-VIII, (Х3) |
Сумма осадков за
Х-IV, (Х4) |
Контроль |
0,19 ± 0,03 |
0,66±0,02 |
0,55±0,02 |
0,40±0,02 |
Придорожные
посадки, 0,5км от завода |
0,32±0,02 |
0,34±0,02 |
0,84±0,01 |
-0,06±0,03 |
Удалении от дороги, 0,5 км от завода |
0,16±0,03 |
0,42±0,02 |
0,72±0,01 |
0,14±0,03 |
При анализе таблицы видно, что с увеличением уровня загрязнения уменьшается зависимость между средней летней температурой и радиальным приростом. При этом увеличивается корреляция между осадками за май-август и индексами Это говорит о том, что в условиях высокого атмосферного загрязнения снижается влияние температуры при одновременном возрастании влияния осадков. Прирост прошлого года оказывает большее влияние в придорожных посадках под факелом завода. Возможное объяснение - кумулятивный характер действия фтора, тяжелых металлов и других токсикантов на прирост. Коэффициент корреляции между индексами прироста и осадками за декабрь-апрель выше в условиях низкого фонового загрязнения. В свою очередь, у дороги он снижается практически до нудя. При расчете уравнения множественной регрессии для этих условий данный фактор был исключен. Ниже представлены уравнения, выражающие зависимость радиального прироста текущего года от климатических характеристик и прироста прошлого года.
Контроль:
Y=-6,259-0,154Х1+0,321Х2+5,213*10-3Х3+6,939*10-3Х4;
коэффициент множественной корреляции = 0,86.
Под факелом завода, 0, 5 км:
Y=-4,716+0,413Х1+7,055*10-3Х2+1,653*10-3Х3+2,756*10-2Х4;
коэффициент множественной корреляции = 0,83.
Придорожные посадки под факелом завода, 0,5км:
Y=-0,620+0,379Х1-0,378Х2+3,275*10-2Х3;
коэффициент множественной корреляции = 0,90.
Отмеченное увеличение влияния осадков в условиях атмосферного и почвенного загрязнения на прирост доказывает необходимость дополнительного полива, особенно в засушливый период.
Динамика радиального прироста тополя после пересадки представлена на рисунке 8.2. Снижение прироста под факелом завода после 5-летнего периода ежегодного увеличения объясняется в большей степени превышением нейтрализующих способностей организма. Другим немаловажным фактором является миграция токсичных солей в посадочную яму и одновременный выход растущих корней в загрязненную фтором и другими токсикантами почву. В качестве мероприятий, способствующих нормализации ростовых процессов, следует предусмотреть замену при посадке большего количества почвы, внесение удобрений и полив.
На рисунках 8.3 – 8.8 представлена динамика радиального прироста ели, пихты, кедра, растущих в пойме ручья Турма на расстоянии от завода 5 км в северо-восточном направлении.
Несмотря на достаточно близкое размещение от завода, деревья не испытывают явного угнетения (отсутствуют суховершинность и некроз хвои) (рис. 8.9)
Рис.8.2 - Динамика радиального прироста тополя бальзамического после пересадки (1 –контроль; 2- под факелом КрАЗа 0,5 км, у дороги)
Снижение радиального прироста установлено только при тщательном инструментальном исследовании при выделении возрастных групп. Контроль заложен в сходных лесорастительных условиях вне прямого действия алюминиевого завода.
До конца 60-х годов существует общая закономерность роста деревьев как в контроле, так и под факелом завода, проявляемая в синхронности и равенстве приростов.
Особое влияние на радиальный прирост оказывают ценотические условия. Поэтому при выборе контроля подбирались насаждения с синхронным циклом развития. Для этого в нескольких древостоях одного возраста, состава, в равных лесорастительных условиях при отсутствии прямого воздействия техногенных выбросов были взяты несколько кернов для определения соответствия возрастным кривым опытных древостоев.
Рис. 8.3 - Динамика радиального прироста сосны кедровой сибирской IV-V классов возраста (1 –под факелом БрАЗа, пойма ручья Турма; 2- контроль)
Рис. 8.4 - Динамика радиального прироста сосны кедровой сибирской под факелом БрАЗа, пойма ручья Турма (классы возраста: 1 – IV-V; 2 - II-III)
Для исследования были взяты две возрастные группы сосны кедровой сибирской 80-100 и 140-180 лет (рис. 8.4). Данные группы наиболее широко представлены в районе интенсивного техногенного загрязнения и отличаются по состоянию кроны и радиальному приросту. Для кедра II-III и IV-V классов возраста до середины 60-х годов XX века был характерен синхронный рост. До начала 20-х годов модельные деревья находились в условиях жесткой конкуренции. Затем, видимо, в результате естественного отпада (или выборочных рубок) и улучшения условий произрастания, вследствие перехода кедра в первый ярус, наблюдается интенсивное увеличение радиального прироста. Через 20 лет после заполнения свободного ценотического пространства начинается снижение ростовых процессов. Одной из причин отсутствия резкого снижения прироста с началом работы завода является переход древостоя в процессе естественного отпада в период увеличения прироста после достижения минимальных значений ширины годичного кольца, вызванных конкуренцией со стороны сопутствующих особей (вогнутая кривая). Объективная оценка негативного воздействия алюминиевого завода возможна только при сравнении с ростом контрольных деревьев, растущих в равных лесорастительных и ценотических условиях со сходной историей роста.
Интересная закономерность проявляется при сравнении динамики роста кедра II-III и IV-V классов возраста после начала работы БрАЗа. Наряду с высокой синхронностью по минимальным и максимальным значениям, для дендрограмм характерны различные тренды. Несмотря на высокий уровень загрязнения и относительно невысокую устойчивость хвойных деревьев, для молодняков кедра характерен тренд увеличения радиального прироста. При этом значительное снижение ширины ГК на 50-70 % в 1992-1995 и 2004 гг. следует рассматривать как нарушение стабильности системы. Высокий жизненный потенциал молодых деревьев позволяет до определенной степени компенсировать негативное воздействие техногенного загрязнения. По абсолютным значениям ширины годичного кольца деревья кедра II-III классов возраста превышают контрольные.
Для пихты характерны сходные закономерности динамики роста (рис.8.5, 8.6). С 1978 по 1991 гг. у деревьев VI-VII классов возраста после устойчивого периода депрессии радиального прироста (с 0,95 по 0,66 мм) установлено увеличение ширины годичного кольца (до 0,94-1,07 мм).
Рис. 8.5 - Динамика радиального прироста пихты сибирской VI-VII класса возраста (1 - под факелом БрАЗа, пойма ручья Турма; 2 – контроль)
Рис. 8.6 - Динамика радиального прироста пихты сибирской под факелом БрАЗа, пойма ручья Турма (класс возраста: 1 - VI-VII; 2 – IV)111
Характерная синхронность прироста с контролем и более молодыми деревьями (IV) свидетельствует о благоприятном влиянии сочетания климатических факторов.
Однако только климатически обусловленная составляющая не может обеспечить столь значительное увеличение прироста. Представляется более значимая роль ценотической составляющей.
А именно то, что в течение первого десятилетия работы предприятия произошел отпад перестойных деревьев, находящихся в ослабленном состоянии и подверженных, в силу их размещения в верхнем пологе, наибольшему воздействию техногенных выбросов. Отпад и последующее освобождение пространства стимулируют рост оставшихся деревьев. Но уже с 1999 г. наблюдается устойчивое снижение радиального прироста у спелых деревьев.
Закономерности изменения радиального прироста хорошо согласуются с изменениями количества выбросов загрязняющих веществ (ЗВ). Некоторое увеличение количества ЗВ в 1992 г. (после значительного снижения в конце 80-х годов) сопровождается регрессией прироста (минимум в 1993 г.). До 1999 г. происходит равномерное уменьшение газообразных выбросов, согласуемое с увеличением ширины годичного кольца. Следующее скачкообразное увеличение выбросов ЗВ в 2000 г. также сопровождается регрессией прироста (минимум в 2001 г.) пихты сибирской всех изученных возрастных групп. Уменьшение ширины годичного кольца в этот период у деревьев, растущих в контрольных условиях, свидетельствует о синергетическом влиянии неблагоприятного сочетания климатических факторов.
Наиболее значительное снижение характерно для ели сибирской V-VI классов возраста (рис. 8.7). Снижение происходит в несколько этапов с промежуточными периодами относительно стабильных колебаний прироста с некоторым увеличением. Первое, наиболее значительное уменьшение ширины годичного кольца начинается с 1966 г. и продолжается до 1971 г. Снижение составляет 30 % от контрольных значений. Затем, до 1990 г. происходит колебание прироста в пределах 0,93-1,18 мм. Второе снижение (1991-1997 гг.) составляет 80 % от контрольных значений. Затем, в 1998 г. происходит увеличение радиального прироста, сохраняемого на одном уровне в течение 3 лет. В настоящее время наблюдается очередное снижение ширины годичных колец. Можно только предположить его еще более
значительное уменьшение. Безусловно, большой вклад в общий тренд уменьшения радиального прироста накладывает естественное возрастное снижение ростовых процессов.
Отсутствие значительного уменьшения ширины годичных колец у деревьев X-XII классов возраста вызвано существующими колебаниями прироста у черты, за которой наступает гибель (рис. 8.8). За период после пуска завода установлен значительный отпад (в первую очередь перестойных) деревьев. Отпад, во-первых, способствовал оптимизации роста оставшихся деревьев, во-вторых, радиальный прирост погибших деревьев не вошел в дендрохронологический ряд. Тем не менее, существующий отрицательный тренд свидетельствует о негативном влиянии техногенных выбросов на рост ели сибирской. При сохранении существующего уровня загрязнения возможна гибель обследованных перестойных деревьев в ближайшие десятилетия.
Для изучения влияния выбросов БрАЗа на радиальный прирост сосны обыкновенной были выбраны древостои, произрастающие у основания г.Моргудон и сопки, прилегающей к ручью Турма (рис. 8.10; 8.11).
На г. Моргудон вся древесная растительность погибла в результате высокого техногенного загрязнения.
Исследованное насаждение сосны в возрасте 45-55 лет возникло из подроста на месте спелых сосняков и лиственничников, погибших в начале 70-х годов XX века.
На рис. 8.12 представлена гистограмма усыхания деревьев лиственницы. Совмещение годичных колец проводилось не по календарным годам, а по году усыхания (№ +6). Модельными были выбраны свежеусохшие деревья. На рисунке хорошо видно, что гибель наступает после перманентного уменьшения радиального прироста в течение 5 лет.
Несмотря на более высокий уровень загрязнения, радиальный прирост средневозрастных сосняков менее чувствителен к выбросам алюминиевого и кремниевого заводов, чем сосняков V-VI классов возраста, произрастающих в условиях меньшего уровня загрязнения (рис. 8.13). Ширина годичного кольца сосны III класса в ряде случаев (при снижении уровня загрязнения) превышает контрольные значения. Резкое и устойчивое снижение прироста совпадает с началом работы предприятия (в 1966 г. были запущены первые цеха).
Рис. 8.7 - Динамика радиального прироста ели сибирской V-VI классов возраста (1- под факелом БрАЗа, пойма ручья Турма; 2 – контроль)
Рис. 8.8 - Динамика радиального прироста ели сибирской под факелом БрАЗа пойма ручья Турма (классы возраста: 1 - V-VI; 2 – X-XII )
Рис. 8.9 – Пихта сибирская под факелом БрАЗа (пойма ручья малая Турма, хребет Долгий)
Рис.8.10 – Усыхание вершины сосны обыкновенной под факелом БрАЗа (хребет Долгий, 1 ППП)
Рис. 8.11 – Усыхание сосны обыкновенной под факелом БрАЗа (хребет Долгий, 2 ППП)
Рис. 8.12 - Гистограмма усыхания деревьев лиственницы
Ответная реакция на изменение количества техногенных выбросов хорошо проявляется при анализе радиального прироста сосны в молодом возрасте (45 - 55 лет). Значительное уменьшение выбросов загрязняющих веществ (ЗВ) к концу 80-х годов сопровождалось увеличением прироста с некоторым запаздыванием по времени.
Второе снижение выбросов ЗВ в период 1994-1998 гг., связанное с введением новых технологических решений, также приводит с 1998 г. к очередному повышению радиального прироста после его падения в 1992-1996 гг., вызванного резким увеличением количества эмиссии HF в 1989, 1992 гг.
Проведенный анализ показал, что для всех изученных видов характерны общие закономерности изменения ширины годичного кольца после пуска БрАЗа. Отсутствие абсолютной синхронности в хронологии вызвано различными показателями устойчивости к газообразным выбросам и ответной реакции на метеорологические факторы, а также ритмическими особенностями роста и развития.
Рис.8.13 - Динамика радиального прироста сосны обыкновенной (100-120 лет: 1 - под факелом БрАЗа, хр. Долгий; 2 – контроль; 45-55 лет: 3- под факелом БрАЗа, г. Моргудон; 4 - контроль)
* * *
Ель, пихта, кедр (несмотря на меньшую газоустойчивость темнохвойных видов), растущие в пойме ручья Турма на расстоянии от завода 5 км, не испытывают явного угнетения и мало чем отличаются от контроля по радиальному приросту и продолжительности жизни хвои. Наблюдается гибель только перестойных деревьев. В качестве основной причины, определяющей отсутствие значительного угнетения деревьев, можно назвать наличие благоприятных условий для роста (хорошая обеспеченность питательными веществами и водой). Высокий жизненный потенциал, быстрый рост способствуют связыванию токсичных веществ в неподвижные соединения, удалению их с опадом или гуттацией. Сосна обыкновенная, располагаясь на ветроударных склонах г. Моргудон и хр. Долгий, испытывает не только более высокую техногенную нагрузку, но и недостаток влаги, питательных веществ. Все это, безусловно, отражается на значительном снижении радиального прироста с момента пуска завода.
Установлена различная возрастная реакция древесных растений, растущих в идентичных условиях, на равный уровень загрязнения. Молодняки и средневозрастные древостои демонстрируют минимальное уменьшение ширины годичного кольца (в сравнении со спелыми и перестойными). Как известно, газоустойчивость снижается одновременно со старением.
Значительное влияние на газоустойчивость оказывают возрастной тренд и ценотические особенности древостоя. Естественное возрастное снижение скорости роста и высокая сомкнутость крон, сопровождающаяся обострением конкурентных отношений, ведут к увеличению чувствительности радиального прироста к техногенному загрязнению.
