Коваль І.М. Динаміка радіального приросту і санітарного стану соснових деревостанів в умовах аеротехногенного забруднення в Поліссі та Степу : Коваль И.М. Динамика радиального прироста и санитарного состояния сосновых деревостанив в условиях аэротехногенного загрязнения в Полесье и Степи

Краткое содержание

1. Стан насаджень. Радіальний приріст як показник продуктивності
деревостанів під впливом зовнішніх факторів (огляд літератури)

У розділі проаналізовано і узагальнено матеріали, які характеризують закономірності впливу повітряного забруднення та клімату на стан та радіальний приріст соснових деревостанів; окреслено проблеми діагностики пошкоджень. Описано підходи до використання критеріїв оцінки стану деревостанів (Алексеев, 1982; Алексеев и др., 1988; Гетко, 1989; Duinker, 1987; Oren et al., 1989; Ярмышко, 1997).

Динаміка радіального приросту дерев відображає вплив на формування деревини комплексу екологічних факторів (Шиятов, 1986 Кайрюкштис, 1980, 1987; Колищук, 1967, 1979; Douglass, 1936), в т. ч. антропогенного впливу (Vins 1961, 1962; Lovelius, 1997; Стравинскене, 1980; Лиепа, 1985; Шовган, 1987; Грицан, 1990). Реакція рослин на дію повітряного забруднення залежить від складу токсикантів, їх концентрації, експозиції, віку насаджень, резистентності окремих видів дерев (Алексеев, 1990; Илькун, 1971, 1978; Николаевский, 1989; Duinker, 1987; Смит, 1985; Ворон, 1983; Voron et al., 1997). Несприятливі погодні умови (морози, посухи, висока відносна вологість повітря) посилюють реакцію рослин на забруднювачі (Сергєєва, 1971).

Однак до цього часу  залишаються невирішеними питання, пов’язані з реабілітацією насаджень після зменшення техногенного впливу; механізмами спільного впливу комплексу токсикантів та кліматичних чинників на стан сосняків та формування радіального приросту сосни звичайної;  розробка єдиного підходу до системи збору та обробки дендрохронологічної інформації.

2. Програма, методика, об’єкти та обсяг виконаних робіт

Програмою досліджень відповідно до мети роботи передбачалося:

1.      Вивчити   зміни стану   соснових   деревостанів    під впливом повітряного

забруднення в лісовій (в районі РВАТ “Азот”) та степовій (в районі ЛРСПА) зонах.

2. Дослідити динаміку радіального приросту сосни під впливом повітряного забруднення промисловими викидами та кліматичних факторів, у т. ч. в умовах зниження аеротехногенного навантаження.

3. Виявити особливості динаміки формування ранньої та пізньої деревини.

4. Дослідити вплив клімату і аеротехногенного забруднення на формування ранньої та пізньої деревини сосни в зоні дії викидів підприємств ЛРСПА.

5. Встановити особливості динаміки радіального приросту сосни з урахуванням внутрішньоценотичних відносин у деревостанах.

 Базовим  у дослідженнях   був метод    порівняльної екології   (Погребняк, 1968).   При цьому  досліджували соснові насадження у різних природних зонах – лісовій та степовій, а у межах насадження – на екологічних профілях, де пробні площі було закладено на різній відстані від джерел викидів у напрямку панівних вітрів: в лісовій зоні – на відстані 4,5; 7,5; 10 та 20 км від підприємства РВАТ “Азот”; у степу – на відстані  3; 5,3; 7,1 та 30 км від промзони ЛРСПА.

Процес деградації соснових деревостанів оцінено за категоріями санітарного стану дерев з урахуванням класів Крафта в межах пробних ділянок екопрофілів. Стан як окремих дерев, так і деревостану в цілому оцінювали згідно з методичними положеннями “Санітарних правил у лісах України” (1995) з урахуванням “Рекомендаций по повышению устойчивости зеленых насаждений к техногенному загрязнению атмосферы   выбросами   аммиака,  сернистого  ангидрида, окислов  азота в условиях лесной и степной зон Украинской ССР” (Пастернак и др., 1987), розроблених лабораторією екології УкрНДІЛГА.

Ширину радіального приросту визначали шляхом замірів мікроскопом МБС-1 кернів деревини, відібраних буравом Преслера (із 25 дерев у напрямках північ-південь, захід-схід на висоті стовбурів 1,3 м). Ступінь подібності дендрорядів оцінювали методами кореляційного аналізу.

Отримані дані обробляли за програмами Міжнародного банку даних деревних кілець (ITRDB) (Fritts, 1976). Якість вимірювання кілець контролювали за програмою COFECHA шляхом перехресного датування між серіями вимірювань. За допомогою програми ARSTAN обчислено хронології: STANDART, RESIDUAL, ARSTAN.

При обчисленні STANDART-хронології з серій вимірювань вилучали вікові тренди. Для цього до кожної індивідуальної серії підбирали криві для моделювання росту, які апроксимували негативною експонентою. Для отримання серій без трендів значення вимірювань у кожній серії ділили на відповідні значення кривої апроксимації, потім обчислювали середньоарифметичне індивідуальних серій. Без авторегресійного аналізу створюється тільки ця версія хронології.

Версія хронології RESIDUAL обчислювалася подібним способом, але із залишкових серій одновимірного авторегресійного моделювання. При цьому отримано апроксимацію для авторегресійного процесу для кожної серії окремо і знайдено середньоарифметичні значення індивідуальних серій.

Хронологію ARSTAN обчислено на основі коефіцієнтів авторегресії, отриманих при багатовимірному авторегресійному моделюванні. У залишкову хронологію повертається авторегресійна модель, якій властива циклічність. Це спроба “захопити” якомога більше кліматичних сигналів (Cook, 1985).

Індекси радіального приросту обчислювали для кожного дерева, потім вираховували середні для пробних площ. Проведено статистичну обробку матеріалу, кореляційний та регресійний аналізи залежностей радіального приросту від кліматичних

умов та обсягів викидів забруднювачів. Для кореляційного аналізу використано клі-матичні показники за різні частини вегетаційного періоду та гідрологічного року. Встановлено  зв’язки  між  індексами   радіального  приросту  та гідротермічними індексами: Бітвінскаса  О₁  і О₃  (Бітвінскас, 1974),  W, Хромова,    (Хромов, 1974);  індексами арідності, плювіофактором Ланга, розрахованими за підпрограмою ITRDB ARI (Cook et al, 1981; Fritts, 1976).

У випадках високих коефіцієнтів кореляції між індексами приросту та обсягом викидів проведено регресійний аналіз (апроксимація кривими 2-го та 3-го ступеню, які дали можливість прогнозувати мінливість приросту). Точність оцінки (надійність функцій) визначено за коефіцієнтами детермінації R² (Уткин и др., 1987).

Об’єктами досліджень були чисті соснові культури 65-70 річного віку. Повнота становить 0,41-0,73 (Полісся) та 0,63-0,97 (Степ). Бонітет насаджень в Поліссі I^а - II, у Степу – I - IV.  Запас насаджень – 182 - 445 м³/ га у Поліссі, 112 - 371 м³/ га – у Степу.  У   лісовій  зоні   на   пробних  площах  тип  лісорослинних  умов -  свіжий сугруд (С₂); у степовій – свіжа субір (В₂).

3. Фізико-географічна характеристика районів досліджень

Волинське Полісся. Район досліджень розташований на межі лісової та лісостепової зон, у межах двох фізико-географічних районів: Костопільського та Цуманського фізико-географічної області Волинського Полісся. Клімат помірно-континен­таль­ний. Середньорічна температура повітря становить +6,9°С, річна сума опадів – 680 мм із амплітудою 300 - 1000 мм. Грунти дернові слабо- і середньопідзолисті. Лісистість території становить від 10 до 50%, у середньому – 29%.

Східний Степ. Район досліджень належить до Сіверськодонецького фiзико-географiчного району Старобiльскої степової області. Клімат континентальний з вираженими посухо-суховiйними явищами, що особливо різко проявляються в окремі роки. Середньорічна температура повітря + 7,8°С. Літо спекотне, кількість днів з температурою більше 30°С – 30. Річна  сума  опадів в середньому  становить  460-520 мм, випаровування – 580-650 мм. Грунти дернові супіщані та  піщані. Соснові бори приурочені до піщаних терас рік. Лісистість території становить 8,6%.

4. Характеристика повітряного забруднення викидами РВАТ “Азот” та підприємств ЛРСПА.

РВАТ “Азот” є одним з найпотужніших джерел забруднення атмосфери у Волинському Поліссі, середньорічний обсяг викидів якого у період 1976-1989 рр. становив 33,9 тис. т / рік, а в період економічного спаду 1991-1995 рр. – 4,6 тис. т / рік.

У Східному Степу підприємства трьох міст: Сєверодонецька, Лисичанська, Рубіжного утворюють промагломерацію – ЛРСПА. Основними джерелами викидів у цьому районі є: СВО “Азот”, Лисичанський содовий та нафтопереробний заводи.

В обох природних зонах промислове забруднення атмосфери подібне за хімічним складом. Домінантними фітотоксикантами є: SO₂ (36%), NO_x (3,5%), NH₃ (1,4-6%). Гази та  аерозолі кислот   у викидах  становлять  80 - 94%.    Проте   інтен-

сивність   навантаження   на   досліджуваних екопрофілях була різною: за період 1985-1993 рр. середньорічний обсяг викидів у Поліссі становив 15,2 тис. т/рік, у Степу – 153,1 тис. т/рік. Це пов’язано з тим, що у лісовій зоні джерело забруднення є локальним, а у степовій зоні об’єкти розташовані в районі трьох міст (промагломерації).

5. Вплив атмосферного забруднення та кліматичних факторів на стан
соснових деревостанів

Динаміка стану насаджень під впливом викидів РВАТ “Азот”. Перші обстеження стану цих деревостанів було проведено співробітниками лабораторії екології лісу УкрНДІЛГА у 1979 р., коли в результаті аварійного викиду фітотоксикантів почалося масове всихання лісових насаджень.

Різке  погіршення стану   насаджень   тривало з   1979 до 1983-1984 рр.   Так,  з

1982 до 1983 р. індекс стану на найближчій до комбінату пробній площі збільшився з 2,31 до 3,55, кількість сухостою збільшилася на 10%, а здорових дерев – зменшилася з 41% до нуля. Насадження з категорії ослаблених перейшло до категорії всихаючих. Подальші три роки насадження в зоні дії забруднення РВАТ “Азот” перебували під впливом зростання обсягу викидів, до якого додалася посуха 1987 р. (рис. 1).

Незважаючи на зменшення емісій наприкінці 80-х – на початку 90-х рр., стан насаджень погіршився. Це пов’язано з тим, що сосняки ще не вийшли зі стану стресу, викликаного забрудненням, а дія посух 1990 та 1992 рр. призвела до подальшої їх деградації. Процес стабілізації стану намітився лише у 1993 р. У цей же час спостерігалося деяке збільшення охвоєння крон, частка сухостою не перевищувала 3%.

У 1994-1995 рр., незважаючи на зменшення кількості викидів до 1,8 тис. т/рік, зона пошкодження досягала 20 км. Найближчі до комбінату насадження більшою мірою пошкоджувалися емісіями. Посухи додатково пригнічували стан дерев.