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

Емісії “Балцему” забруднили двокілометрову зону від комбінату сполуками основних металів. У період максимального рівня викидів вміст Mg2+ в снігу збільшився в 11 разів, а Са2+, Na+ та К+ - в 30 разів відносно контролю. Техногенні катіони переважно зв’язані з НСО3-, SО42- та в меншій мірі - з СО32. Ці сполуки спричинили дуже високий рівень лужності опадів (рН сягає 12), що зменшується з віддаленням від джерела забруднення (рис. 1).

 

Рис.1 Кислотність (рН) снігового покриву у період максимальних обсягів емісій “Балцему”, 1988 р.

 

Таким чином, встановлено, що відстань до 2 км від “Балцему” є зоною сильного рівня забруднення, від 2 до 9 км – зоною середнього рівня забруднення, > 9 км – зоною незначного рівня забруднення. На поширення полютантів суттєво впливає вітровий режим місцевості, в результаті чого зона забруднення витягується в бік переважаючих вітрів. 

Стіна лісу є своєрідним біологічним бар’єром, що перешкоджає розповсюдженню забруднених повітряних потоків (особливо пилової фракції) і скорочує зону забруднення, а найбільший техногенний тиск зазнає узлісся. Так, наприклад, вміст нерозчинного пилу у сніговому покриві на найближчому до комбінату узлiссі досягав 1800 мг/л, а в глибині масиву – зменшився у10 разів.

Значне скорочення обсягу викидів “Балцему” (внаслідок загального спаду виробництва з 1995 р.) обумовило зниження ступеня забруднення атмосферних опадів, хімічний склад яких у 2000 р. наблизився до фонового рівня.

 

Екологічна роль лісових підстилок в умовах аеротехногенного забруднення

 

Хімічний склад та кислотність лісових підстилок у промислових зонах змінюється в залежності від відстані до джерел забруднення та підгоризонту підстилки. Найбільшу акумулятивну здатність щодо забруднювачів має нижній підгоризонт підстилок у зв’язку зі значною адсорбційною здатністю його диспергованої маси та з вилуговуванням полютантів із верхніх підгоризонтів. Так, в техногенній зоні ЗТЕС в підгоризонті А03 сполук Co накопичується в 4 рази більше, ніж у А01, Ni – 3,5; V –3,2; Sr –3; Cr – 2; Cu – 1,25; Pb – в 1,1 рази. Лісові підстилки цієї зони також відзначається підвищеним вмістом основних макроелементів (рис. 2), за винятком азоту, вміст якого зменшується до 40 %.

 

 

Рис. 2. Співвідношення вмісту макроелементів у А03 до А01 в зоні емісій ЗТЕС.

 

В районі ЗТЕС навесні (після опалювального сезону) за рахунок інтенсивної акумуляції полютантів відбувається збільшення зольності підстилок (до 80 %), порівняно з осіннім періодом, на відміну від контролю, для якого характерна обернена залежність динаміки величини зольності протягом року. 

В лісових підстилках під впливом емісій “Балцему” накопичуються сполуки важких (Sr, Cu, Cr) та основних металів (Ca, Mg, Na, K). Вміст останніх, порівняно з контролем, зріс від 50 до 300 %, що спричинило підлуговування підстилок майже на 70 % та збільшення їх зольності на 50 %.

Наслідком промислового забруднення соснових лісів є також акумуляція підстилками одного з основних фітотоксикантів - сполук сірки. Частка техногенної сірки (від її загального вмісту) у підстилках зони ЗТЕС досягає 33 %, “Балцему” – 56 %. 

Таким чином, в підстилках накопичується значна кількість техногенних речовин, що стає однією з причин порушення основних параметрів природного біологічного кругообігу в лісових екосистемах.

 

Аеротехногенне забруднення лісових ґрунтів

 

Внаслідок аеротехногенного впливу найбільш істотних змін зазнали фізико-хімічні властивості гумусових горизонтів лісових ґрунтів. 

Зонування ґрунтів (за рівнем рН) максимально наближеного до “Балцему” Високобірського лісництва Балаклiйського держлiсгоспу у 1988, 1994 та 1997 роках (табл. 1) дозволило побудувати картосхеми забруднення поверхневого шару лісових ґрунтів. Визначено, що реакція ґрунтового розчину значно варіює - від сильно лужної до слабо кислої та залежить від відстані до “Балцему” та обсягу його емісій. Більш ніж 30-річна седиментація техногенного пилу призвела до утворення поблизу комбінату зон із сильно лужною реакцією ґрунтового розчину (рН>8,0), що на 4-4,5 од. вище від контролю. Такі дуже високі для дернових опідзолених ґрунтів значення рН зберігаються протягом всього періоду спостережень (15 років). 

 

Таблиця 1

Розподiл площі ґрунтів Високобiрського лiсництва за рівнем рН, га

Рiк рН

9,0-8,0 8,0-7,5 7,5-7,0 7,0-6,5 6,5-6,0

1988 90,5 837 1698 83 -

1994 64,2 1222,1 286 1150 -

1997 4,7 1345,1 393,2 621,6 380

 

Через чотири роки після значного скорочення обсягу емісій “Балцему” (1997р.) кислотно-лужний баланс ґрунтів поступово відновлюється. Менш мінералізовані атмосферні опади прискорили вилуговування забруднювачів. Процеси відновлення природного рівня кислотності характерні для ґрунтів, віддалених від комбінату на 2 та більше кілометри, на відміну від зони сильного рівня забруднення, де накопичені за попередні роки полютанти обумовлюють стійке підлуговування ґрунтів.

Істотних змін зазнали також катіонно-обмінні властивості лісових ґрунтів. У період максимального рівня забруднення найвищий вміст катіонів (Са2+ – 50 мг-екв/100 г ґрунту, Мg2+ – 5, К+ –