Автореферат (1154526), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Показано, что биопродуктивность древостоя в контрастныхтопоэкологических условиях обусловлена влиянием различных метеопараметров игидрологических условий данного года и предшествующих лет. Условия,создаваемые экстремально высокими и экстремально низкими значениями индексаСевероатлантического колебания (NAO), неблагоприятны для прироста древостоя,в то время как условия «переходных» периодов способствуют повышениюбиопродуктивности древесных пород.3. Выявлены следующие закономерности распределения ТМ и РН в органах итканях древесных растений: аккумуляция биофильных Cu, Zn и 40К в надземныхорганах; накопление токсичных Cd и 137Cs в корнях; повышенная аккумуляция Cd иCu в древесине ствола.При этом ежегодная долговременная иммобилизация элементов в тканяхствола составляет всего 5,5-7,5% (для ТМ) и 1,3-2,3% (для РН) от их суммарнойфиксации в приросте всех компонентов фитоценоза.4. Установлено, что видами - гипераккумуляторами 137Cs являютсяариданитные и гумидокатные пионерные растения, интенсивно питающиесянитратным азотом и восстанавливающие его в надземных органах.Активное поглощение Zn и Cd характерно для гумидокатных видов – березыповислой (Betula pendula) и осины обыкновенной (Populus tremula); интенсивноенакопление Cu свойственно для ариданитного вида – дуба черешчатого (Quercusrobur).5.
Показано, что в экосистемах Южной Мещеры Zn являетсяслабодефицитным элементом, а Cd – избыточным.Практическая значимость. Результаты диссертационной работы могут бытьиспользованы в лесном хозяйстве при разработке системы мероприятий поповышению устойчивости и продуктивности лесов, при планированиилесохозяйственных мероприятий. Разработанные зависимости запасов фитомассыот таксационных показателей древостоя могут применяться для оценки запасовфитомассы лесов центральной части Восточно-Европейской равнины.Установленные закономерности временной динамики прироста древостоев могутбыть использованы для прогноза биопродуктивности в условиях климатическихизменений.Успехи фиторемедиации почв, загрязненных одним из наиболее токсичныхтехногенных радионуклидов – 137Cs – во многом определяются результатами поискарастений - гипераккумуляторов, способных к интенсивному поглощению 137Csкорнями и его транслокации в надземные органы.
Предложенный нами механизм7гипераккумуляции 137Cs растениями позволяет осуществлять отбор растений,пригодных для фиторемедиации загрязненных данным радионуклидом почв.Установленные закономерности распределения ТМ в фитомассе древесныхрастений (в частности, барьерные ткани растений в отношении ТМ) могут бытьиспользованы для выбора наиболее удобных биообъектов для экологическогомониторинга. При организации и проведении экологического мониторинга могутбыть использованы также результаты балансовых оценок, позволяющие судить одефицитности и избыточности элементов в окружающей среде.Материалы диссертации могут быть внедрены в учебный процесс и включеныв курс лекций и лабораторный практикум по дисциплинам «Биогеохимия»,«Геохимия ландшафта», «Экология», «Ландшафтоведение».Апробация.
Материалы исследований по теме диссертации докладывались иобсуждались на II молодежной научно-практической летней школе Русскогогеографического общества «География в современном мире: проблемы иперспективы» (Калужская область, 2014); Международной молодежной научнойконференции «People.
Science. Innovations in the new millennium» (Москва, 2015);Всероссийской научной конференции «Геохимия ландшафтов» (к 100-летию А.И.Перельмана) (Москва, 2016); Международной молодежной научной конференции«Environmental problems of the third millennium» (Москва, 2016); XXIМеждународной Пущинской школе-конференции молодых ученых «Биология –наука XXI века» (Пущино, 2017); IX Международном конгрессе «Soils of UrbanIndustrial Traffic Mining and Military Areas» (Москва, 2017).Публикации.
По теме диссертации опубликовано 17 работ, из них 4 – визданиях из списка ВАК.Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав,выводов, списка литературы, 11 приложений на 37 страницах. Список литературывключает 308 источников, в том числе 107 – на иностранном языке.
Работаизложена на 260 страницах (не считая приложений) и включает 35 таблиц и 43рисунка, в том числе карты-схемы.СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫВ первой главе «Обзор литературы» рассмотрены факторы исуществующие методы оценки биологической продуктивности лесных экосистем, атакже современные представления об аккумуляции и миграции ТМ и РН врастениях. Если ранее значения биопродуктивности экстраполировались с пробныхплощадей на территорию региона или биома (Базилевич Н.И., 1993), то сегодняединственно приемлемым путем для определения запасов фитомассы является8совмещение экспериментальных данных с банками данных ГУЛФ на основемногофакторных регрессионных моделей (Усольцев В.А., 2001; 2002).Важнейшим фактором, определяющим величину биопродуктивностиэкосистем, является климат; другие факторы – подстилающие породы, рельеф ипочвенный покров – определяют локальные вариации продукционного процесса(Базилевич Н.И.
и др., 1986; Нагимов З.Я., 2000). Сегодня факторыбиопродуктивности оцениваются и изучаются на разных пространственновременных масштабах и в рамках различных научных направлений: леснойтаксации, лесоведения, почвоведения, ландшафтоведения, дендрохронологии,ландшафтной дендрохронологии, биогеоценологии и экологии (Коломыц Э.Г.,2003; Дьяконов К.Н., Беляков А.И., 2006; Ханина Л.Г. и др., 2006; Neuwirth B. et al.,2007; Щепащенко Д.Г., 2008; Zhang Y. et al., 2008; Бондарь Ю.Н., 2009; ПарфеноваЕ.И., Чебакова Н.М., 2009; Adams H.R.
et al., 2014; Усольцев В.А. и др., 2015 и др.).К важнейшим факторам, влияющим на накопление ТМ и РН растениями,относятся: 1) природа и свойства поглощаемого химического элемента (иона); 2)ландшафтно-геохимические факторы, определяемые условиями среды обитания; 3)внутренние(генотипические)факторы,определяемыебиологическимиособенностями конкретного вида растений; 4) стадия развития растения (возраст)(Nimis P.L., 1996; Прохорова Н.В. и др., 1998; Перельман А.И., Касимов Н.С., 1999;Безуглова О.С., Орлов Д.С., 2000; Винокурова Р.И., 2003; Deram A. et al., 2006;Calmon P. et al., 2009; Романцова Н.А., 2012; Сибиркина А.Р., 2014 и др.). Анализработ отечественных и зарубежных исследователей показал, что в настоящее времянаблюдается существенный дисбаланс в степени изученности влияния набиопоглощение элементов, с одной стороны, почвенных свойств, и с другой –генотипических факторов (биологических особенностей вида).Рассмотрена роль фитомассы лесных экосистем в обеспечении ихустойчивости к поступлению загрязняющих веществ.
В методологии критическихнагрузок – наиболее передовом механизме оценки эколого-геохимическойустойчивости – древесная растительность выступает в качестве важнейшегоисточника естественной буферности экосистем к загрязнению, посколькуобеспечивает долговременное изъятие элементов из миграции за счет ихиммобилизации в тканях ствола и вероятное последующее их отчуждение прирубках (Manual on Methodologies and Criteria …, 2004).Во второй главе «Объекты и методы исследования» охарактеризованобъект исследования, приведены используемые методики.Объект исследования – лесные экосистемы на юго-западе Мещерской низиныв центре Восточно-Европейской равнины (Рязанская область).
Спецификапочвенно-растительных условий района исследований определяется затрудненной9гидродинамикой и низкотрофными песчаными субстратами – наследиемчетвертичныхоледенений;характернымлимитирующимфакторомбиопродуктивности является переувлажнение. К видам - эдификаторамрастительных сообществ относятся сосна обыкновенная (Pinus sylvestris),мелколиственные породы – береза повислая (B. pendula) и осина обыкновенная (P.tremula), в условиях повышенной трофности субстрата присутствуют также ольхачерная (Alnus glutinosa), дуб черешчатый (Q. robur) и ель европейская (Picea abies).Среднее для всей территории участие пород в древостое составляет: сосна – 48,8%;береза – 39,8%; осина – 6,4%; ольха – 2,8%; дуб – 1,3%; ель – 0,9%.На относительно более дренированных участках междуречий преобладаютдерново-сильноподзолистые, среднеподзолистые и слабоподзолистые почвы; наслабо дренированных участках – дерново-глеевые оподзоленные; на заболоченныхучастках – болотные почвы (перегнойно-глеевые, торфяно-перегнойно-глеевые иторфяные).
Характерными особенностями почв являются низкие значения рНпочвенного раствора, способствующие повышенной подвижности катионогенныхэлементов, а также низкое содержание гумуса и элементов питания. Дляминеральных почв типично высокое содержание песчаной фракции (73%).В табл. 1 приведены результаты определения концентраций ТМ в почвахЮжной Мещеры в сравнении с экологическими нормативами (ЭН) их содержания.ЭН представляет собой верхний предел накопления элемента в почве данного типапри отсутствии техногенного загрязнения (Tobratov S.A. et al., 2016).Неблагоприятным с геохимических позиций устойчивости является превышениеЭН по подвижным формам, содержание которых отражает почвенные запасыэлемента, доступные для поглощения растениями.Таблица 1 – Содержание тяжелых металлов (мг/кг) в почвах Южной Мещеры всравнении с экологическими нормативами (ЭН) содержания металловдля песчаных и торфяных почвТМФорма ТМААБЮ.МещераЭНВал.Ю.МещераЭНCuМинер.0,098ZnТорф.0,1710,066-0,135 0,104-0,2310,242,7710,325,298CdМинер.1,820Торф.7,7190,895-3,4505,247-11,9866,024,6742,4527,053Минер.0,063Торф.0,1790,037-0,088 0,119-0,2160,0550,1410,0780,3142,342-4,082 4,430-6,378 8,145-56,213 20,371-37,553 0,051-0,309 0,150-0,4272,3517,50165,057,00,3400,400Примечание: Полужирным шрифтом выделены случаи превышения ЭНсодержания металлов.
Курсивом показан диапазон варьирования концентраций ТМ впределах участков почвенно-биогеохимического опробования. ААБ – подвижные формыметалла (экстракция ацетатно-аммонийным буфером с рН 4,8). Вал. – валовыенесиликатные формы. Минер. – минеральные почвы; Торф. – торфяные почвы10Как следует из табл. 1, превышения ЭН по подвижным формам характерныдля Zn (в случае торфяных почв) и Cd (в случае минеральных и торфяных почв).Превышения ЭН в случае Cd особенно опасны в связи с его высокой токсичностью(Cocozza C. et al., 2008).В результате аварии на Чернобыльской АЭС территория исследованияподверглась загрязнению техногенными радионуклидами, в том числе 137Cs.Характерной особенностью почвенного загрязнения 137Cs является высокаяпространственная мозаичность значений его удельной активности, зависящая отландшафтных особенностей территории и траектории радиоактивных выпадений(Кривцов В.А.
и др., 2011). Согласно нашим определениям, удельная активность137Cs в почвах района исследований варьирует в пределах 6,6-138,6 Бк/кг дляминеральных почв и 23,1-225,0 Бк/кг для торфяных почв.Источником первичной информации о запасах фитомассы лесных экосистемпослужили данные Государственного учета лесного фонда (ГУЛФ) дляСолотчинского лесхоза за 1982, 1991-1992 и 2002 гг. Таксационные описания ГУЛФбыли преобразованы в базу данных, содержащую характеристики древостоев исведения о динамике лесопокрытых площадей для 300 лесных кварталовСолотчинского лесхоза (свыше 3000 лесотаксационных выделов).Запасы отдельных фракций фитомассы рассчитывались на основерегрессионных зависимостей запасов от таксационных показателей древостоя. Дляоценки воздействия экологических факторов на продуктивность древостоярассчитывались коэффициенты благоприятности для той или иной фракциифитомассы (Кб):Кб ВфактВЗН,(1)где Вфакт – фактические запасы фракции (в абсолютно сухом состоянии, т/га) впределах данного лесного выдела, ВЗН – зональный возрастной норматив запасов (вабсолютно сухом состоянии, т/га) для подтаежных лесов центра ВосточноЕвропейской равнины в условиях современного климата, определяемый по базеданных В.А.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
