Трансформація соснових екосистем середньої течії басейну р. Сіверський Донець в умовах аеротехногенного забруднення

 

Проаналізовано та узагальнено матеріали з проблеми аеротехногенного забруднення лісів. Відзначено, що в сучасний період промислові емісії можна розглядати як постійно діючий екологічний фактор, що негативно впливає на стан лісових насаджень, особливо хвойних (Ількун, 1978; Дончева, 1978; Кулагин, 1982; Ворон, 1983; Мазепа, 1986; Николаевский, 1989; Гришина 1990; Армолайтис та ін., 1995; Ярмишко, 1997). Незважаючи на значну кількість наукових робіт з цієї проблеми, досліджень комплексного характеру небагато, тобто переважно розглядаються зміни лише окремих компонентів лісових екосистем (як правило деревостанів) без застосування системного підходу до визначення ступеня порушення структурно-функціональної організації лісових екосистем. Саме комплексний підхід забезпечує високу інформативність відносно достовірного стану лісів і прогнозу його змін на майбутнє, що підкреслює актуальність проведених досліджень. 

 

Природні умови району досліджень

 

Наведено характеристику району досліджень (межа лісостепової та степової зон): описані кліматичні умови, ґрунти, рослинність, гідрографічна сітка та геоморфологічна будова долини р. Сіверський Донець. Відзначено, що в умовах промислових емісій такі метеорологічні характеристики приземного шару повітря, як часті штилі (16%) та слабкі вітри (66-84%), стійка стратифікація атмосфери, інверсії - сприяють утворенню небезпечного рівня забруднення. Восени частими є тумани, краплі якого являють собою ядра конденсації забруднюючих речовин та спричиняють пошкодження лісових насаджень. 

Доведено, що ймовірність швидкого розсіювання промислових емісій в районі досліджень відносно невелика. Це робить його зоною підвищеної екологічної небезпеки для поширених тут соснових лісів.

 

Методика та об’єкти досліджень

 

Вивчення впливу промислових емісій на середньовікові (55–70 років) чисті сосняки в умовах свіжого субору (В2) середньої течії басейну р. Сіверський Донець проводилось в рамках багаторічних досліджень лабораторії екології УкрНДІЛГА. Середній діаметр деревостанів коливається в межах 17,2-29,3 см, середня висота – 17,4-25,9 м, повнота – 0,63-0,95, запас – 252-501 м3/га.

Постійні пробні площі закладались за загальноприйнятими в таксації методиками (Анучин, 1982) на різній відстані від промислових об’єктів: від “Балцему” - 0,8; 1; 1,5; 2,2; 8,2; 20,6 км (контроль); від ЗТЕС – 4; 6,5; 8; 10,5; 13; 14,5; 28 км (контроль), з урахуванням напрямків переважаючих вітрів. 

Для визначення техногенного навантаження на ліси та виділення зон різного ступеня забруднення застосовували хімічний аналіз снігового покриву (Израэль и др., 1987). У зразках снігу визначали: рН; K+, Na+, Ca2+, Mg2+, NН4+, SО42-, НСО3-, СО32-, Cl-, вміст пилу та сухий залишок (Кульский и др., 1976); Fe, Сu, Mn, Zn, Cd, Ni методом емісійної спектроскопії (Зырин, Обухов, 1977). 

У кожному виділеному підгоризонті лісової підстилки (Карпачевский, 1982), в зразках деревини та кори сосни звичайної за загальноприйнятими методиками аналізу рослинного матеріалу (Радов и др., 1985) визначали: зольність, рН (потенціометрично); загальний вміст калію на полум'яному фотометрі, кальцію (трилонометрично). Підстилку додатково аналізували на обмінну S (Мочалова, 1975); загальні форми С (за Тюріним), N та Р (мокре спалювання в одній наважці) з подальшим визначенням N - за Кієльдалем, P - спектрофотометрично, а також Na, Mg, Са, Аl, Si, Fe, Ni, Pb, Co, Mn, Zn, V, Cu, Cr, Sr, Ti, Zr методом емісійної спектроскопії (Зырин, Обухов, 1977). 

Визначення запасів підстилки, величини опаду та швидкості його розкладу проводилось за методикою Н.І. Базілевич, Л.Є. Родіна (1965). 

При оцінці впливу повітряного забруднення на лісові ґрунти використовувались методичні підходи Л.О. Гришиної та ін. (1991) щодо організації і проведення ґрунтових досліджень для екологічного моніторингу. Опис ґрунтових профілів і відбір зразків проводились за традиційними в ґрунтознавстві методиками (“Полевой определитель почв”, 1981). В зразках ґрунту визначали: рН (водний та сольовий); водорозчинні НСО3-, СО32-, Cl- (титруванням), NН4+, SО42- (спектрофотометрично); водорозчинні та обмінні K+, Na+ на полум'яному фотометрі, Ca2+, Mg2+ (трилонометрично), Н+ за Соколовим, SО42- за методикою ЦІНАО; гiдролiтичну кислотнiсть за Капеном; суму увібраних основ за Капеном-Гільковицем; азот, що легко гідролізується за Шконде-Корольовою; рухомі Р2О5, К2О за Чириковим; загальні форми N, Р, К (мокре спалювання в одній наважці) та - Na, Mg, Са, Аl, Si, Fe, Ni, Pb, Co, Mn, Zn, V, Cu, Cr, Sr, Ti, Zr (Зырин, Обухов, 1977); гумус за Тюріним; груповий i фракцiйний склад гумусу (модифікація Пономарьової, Плотнікової); максимальну гiгроскопiчнiсть (ваговий метод); гранулометричний склад за Качинським; дiйсну об’ємну вагу скелету ґрунту за Міховичем; целюлозолiтичну активнiсть (Сэги, 1983).

Лісівничо-таксаційні характеристики вивчали за загальноприйнятими методиками (Анучин, 1982), радіальний приріст – за Н.В. Ловеліусом (1979). 

Стан соснових насаджень визначався згідно з “Рекомендациями по повышению устойчивости зеленых насаждений…” (1987). 

Обробка отриманих результатів виконувалась методами математичної статистики (Лакин, 1980; Доспехов 1985).

Загалом проведено 2600 хімічних визначень у 72 зразках снігу, 107 - ґрунту, 50 - лісової підстилки, 44 - деревини. Для визначення радіального приросту з 150 дерев відібрано 600 кернів та проведено 48000 вимірів.

 

Аеротехногенне забруднення соснових екосистем (за даними хімічного аналізу снігового покриву)

 

У складі емісій ЗТЕС основними фітотоксикантами є SО2, NОx, важкі метали (ВМ), “Балцему” - сильнолужний (pH>11) пил, що містить сполуки Ca, K, Na, Mg, Al, Fe, N, С, S та ВМ. 

За хімічним аналізом снігового покриву визначено, що відстань від 4 до 6,5 км від ЗТЕС