Оценка воздействия выбросов силикатного производства на сосновые экосистемы среднего поволжья
Скачать 391.82 Kb.
|
На правах рукописи Майшанова Маргарита Ивановна ОЦЕНКА ВОЗДЕЙСТВИЯ ВЫБРОСОВ СИЛИКАТНОГО ПРОИЗВОДСТВА НА СОСНОВЫЕ ЭКОСИСТЕМЫ СРЕДНЕГО ПОВОЛЖЬЯ Специальность – 03.02.08 экология (биология) Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук Москва 2013 Диссертация выполнена в ФГБОУ ВПО «Поволжский государственный технологический университет» Научный руководитель: доктор биологических наук, профессор Демаков Юрий Петрович Официальные оппоненты: Черненькова Татьяна Владимировна доктор биологических наук, профессор, ведущий научный сотрудник ФГБУ Центр по проблемам экологии и продуктивности лесов РАН Черников Владимир Александрович доктор с.-х. наук, профессор, профессор кафедры экологии ФГБОУ ВПО РГАУ-МСХА имени К.А.Тимирязева Ведущая организация: ФБУ «Всероссийский научно-исследовательский институт лесоводства и механизации лесного хозяйства» Защита состоится « 24 » апреля 2013 года в 14 час.30 мин. на заседании диссертационного совета Д 220.043.03 при Российском государственном аграрном университете - МСХА имени К.А. Тимирязева по адресу: 127550, г. Москва, ул. Прянишникова, д.15.
ВВЕДЕНИЕ Актуальность работы обусловлена необходимостью познания закономерностей изменения структурно-функциональной организации экосистем под воздействием усиливающегося с каждым годом техногенного загрязнения окружающей среды, совершенствования методического обеспечения системы экологического мониторинга, научного обоснования хозяйственных мероприятий по снижению последствий негативного влияния промышленных выбросов на состояние наземных экосистем и их отдельных компонентов. В полной мере это относится к лесным экосистемам как сложным самоорганизующимися динамическим открытым системам. Факторы, определяющие состояние лесных экосистем, действуют комплексно, часто синергически, поэтому для оценки их состояния необходим системный подход, который в исследованиях иногда отсутствует. В настоящее время детально изучены последствия воздействия на лесные экосистемы аэротехногенного загрязнения от металлургических и химических предприятий (Кулагин, 1985; Ярмишко, 1994; Черненькова, 2002; Мартынюк, 2009; Фомин, 2011), подробно рассмотрено влияние на них выбросов цементных заводов (Бериня и др., 1985; Армолайтис и др., 1995; Шелухо, 2003, Valter et al., 2011). Особенности же влияния на лесные экосистемы силикатного производства, продукция которых крайне востребована в современных условиях в связи с активным градостроительством, изучено не так подробно. Недостаточно изученным является также вопрос о миграции химических элементов в лесных экосистемах при загрязнении окружающей среды кальцийсодержащими выбросами. Цель: проведение комплексного экологического исследования с оценкой влияния длительного загрязнения среды аэротехногенными выбросами представительного силикатного производства на состояние сосновых экосистем Среднего Поволжья и выявить закономерности изменения ее структурной организации. Для ее реализации решались следующие задачи:
Научные положения, составляющие предмет защиты:
Научная новизна. Впервые для Республики Марий Эл и Среднего Поволжья проведены комплексные экологические исследования с оценкой влияния длительного загрязнения среды аэральными выбросами представительного силикатного производства на состояние сосновых экосистем, произрастающих на рыхло-песчаных дерново-слабоподзолистых почвах. Результаты исследований показали, что в ареал распространения пылевых выбросов силикатного производства небольшой: стабилизация объема выпадающей пыли и массы большинства входящих в ее состав химических элементов, основными из которых являются кальций и стронций, происходит на расстоянии 400-700 м от источника загрязнения. Результаты комплексного экологического исследования показали неоднозначное влияние известкового загрязнения на различные компоненты сосновых экосистем. Так, щелочные выбросы способствуют в сосновых экосистемах нейтрализации среды, улучшению лесорастительных свойств, изменению химического состава коры и древесины, хвои деревьев сосны. Установлено, что подщелачивание окружающей среды привели к существенному изменению таксономического и типологического разнообразия подпологовой растительности и комплекса почвенной мезофауны загрязненной территории по сравнению с фоновым уровнем, но не сказалось существенным образом на состоянии эдификатора, его способности к росту и самовосстановлению. При проведении исследований выявлены новые для республики Марий Эл виды организмов: два вида лишайников, 16 видов пауков и два вида наземных моллюсков. Практическое значение исследований заключается в выделении индикаторов, которые могут быть использованы при ведении экологического мониторинга в зоне воздействия силикатного производства. Обоснованность выводов и достоверность результатов исследований обеспечивается большим объемом экспериментального материала, собранного и обработанного с использованием стандартных методов экологии и математической статистики. Личный вклад автора заключается в постановке цели и задач исследования, разработке его программы, сборе, обработке и анализе эмпирического материала, формулировании выводов и основных положений диссертации. Апробация работы. Основные результаты исследований доложены на региональных, всероссийских и международных научно-практических конференциях: «Второй Всероссийской (с международным участием) полевой школы по почвенной зоологии и экологии» (Пенза, 2011); «Лесное хозяйство России: состояние, проблемы, перспективы инновационного развития» (Казань, 2011); «Найновите научни постижения – 2012» (София, 2012); «Aktuální vymoženosti vědy – 2012» (Прага, 2012), «Aplikované vědecké novinky – 2012» (Прага, 2012), «Nauka: teoria i praktyka – 2012» (Пшемысль, 2012), «Теоретические и прикладные проблемы науки и образования в 21 веке» (Тамбов, 2012); «Татищевские чтения: актуальные проблемы науки и практики» (Тольятти, 2012); а также на ежегодных внутривузовских научных конференциях и заседаниях кафедры управления природопользованием и лесозащиты Марийского государственного технического университета. Публикации. Основные положения диссертации изложены в 15 научных работах, семь из которых опубликованы в изданиях, рекомендованных ВАК Российской Федерации. Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов и списка литературы, включающего 366 источников, в том числе 47 на иностранном языке, и 32 приложений (на 87 стр.). Работа изложена на 272стр. машинописного текста, из них основная часть составляет 152 стр., иллюстрирована 81 таблицами и 22 рисунками. Благодарности. Автор выражает искреннюю признательность своему научному руководителю д.б.н., проф. Ю.П. Демакову. Выражаю сердечную благодарность научным сотрудникам различных организаций, оказавшим неоценимую помощь в сборе и обработке полевого материала: с.н.с. Г.А. Богданову (заповедник «Большая Кокшага») – по оценке состояния подпологовой растительности, канд. с.-х. наук А.В. Исаеву (заповедник «Большая Кокшага») и к.б.н. И.И. Митяковой (ПГТУ) – по исследованию почв, к.б.н. Ю.П. Краснобаеву (Жигулевский заповедник им. И.И. Спрыгина), к.б.н. В.А. Матвееву (МарГУ), к.б.н. Т.Г. Стойко (Пензенский ГПУ им. В.Г. Белинского), м.н.с. А.Н. Чемерису (Томский ГУ), а также сотрудникам Зоологического института РАН, д.б.н. Б.А. Коротяеву, д.б.н. С.Ю. Синеву, д.б.н. А.Г. Кирейчуку, д.б.н. М.Ю. Мандельштаму, к.б.н. Д.А. Гапону, Б.М. Катаеву, А.В. Ковалеву и А.Г. Мосейко – за содействие в идентификации таксономической принадлежности различных групп беспозвоночных животных, ст. лаб. Швецову С.М. (ПГТУ) – за проведение анализов зольного состава почв, древесины, коры и хвои деревьев сосны. Работа выполнена в рамках федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы по Государственному контракту от 20 сентября 2010 г. № 14.740.11.0423. ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ 1. Состояние вопроса Техногенное воздействие человечества на окружающую его среду, резко возросшее во второй половине ХХ столетия, приобрело глобальный характер. Большой массив публикаций посвящен изучению влияния техногенного загрязнения на лесные экосистемы. Множество работ посвящено изучению влияния промышленного загрязнения на почву поллютантами кислой природы (Оконский и др., 1996; Копцик и др., 2001; Zhideeva at al., 2002; Воробейчик, 2003; Дороничева, Мартынюк, 2008; Яшин и др., 2010; Медведева, Яковлев, 2011), однако влияние щелочного загрязнения изучено не так подробно (Бериня и др., 1985; Армолайтис и др., 1995; Шелухо, 2003, Макаров, 2007, Valter et al., 2011). Важное место в системе экологического мониторинга занимает древостой. Техногенная трансформация этого важнейшего элемента при токсическом загрязнении среды влечет необратимые изменения всей структуры экосистемы, поэтому он является одним из наиболее информативных объектов биомониторинга (Ярмишко, 1994; Савич и др., 2000; Черненькова, 2002; Шелухо, 2003; Наумов, Бардачева, 2008; Фомин, 2011; Усольцев и др., 2012). Хвоя у хвойных пород хорошо аккумулирует промышленные поллютанты, которые отрицательно сказываются на продолжительности жизни и морфометрических параметрах (Автухович, 1999; Рунова, 1999; Коровин и др., 2003; Павлов, 2007; Мартынюк, 2009; Шубина и др., 2010; Тарханов, 2011). Индикационные возможности коры и древесины у хвойных пород изучены гораздо слабее (Нильсон, Мартин, 1984; Какарека, 1996; Черненькова, 2004; Копцик и др., 2008). По мнению многих авторов, травяно-кустарниковый ярус также чутко реагирует на промышленное загрязнение среды (Воробейчик и др., 1994; Мазная, 2003; Баккал, Горшков, 2005; Шелухо, 2003; Ефимова, 2007; Соромотин, 2008). Благодаря особенностям своего анатомо-морфологического строения мхи и лишайники обладают большой чувствительностью к загрязнению среды промышленными поллютантами, поэтому они являются одними из наиболее информативных и чутких структурных элементов в природных экосистемах (Мартин, 1985; Winner, 1988; Scott, Hutchinson, 1990; Бязров, 2002; Martynyuk, 2006; Гапеева и др., 2010; Отнюкова и др., 2012). В качестве информативных объектов биомониторинга загрязнения природной среды большую популярность среди исследователей приобрели почвенные и дендрофильные водоросли (Кабиров, 1997; Черненькова, 2002; Дубовик, 2003; Сафиуллина и др., 2009). Достаточно подробно освещено влияние промышленного загрязнения на почвенную мезофауну, особенно детально рассмотрено на примере жесткокрылых (Криволуцкий, 1994; Воробейчик и др., 2012; Eijsackers, 2001; Ettema, Wardle, 2002; Ермаков, 2004; Berg, Bengtsson, 2007; Гонгальский и др., 2010). Среди почвенной биоты наиболее слабо изучено влияние техногенного загрязнения на паукообразных и сообщества наземных моллюсков (Штернбергс, 1985; Wilczek, Migula, 1996; Gunnarsоson, 2000; Shaw et al., 2003; Зенкова, Валькова, 2008; Танасевич и др., 2009; Золотарев, 2009). 2. Объекты и методика исследований Объектом исследования являлся массив соснового леса, расположенный в квартале 27 Силикатного участкового лесничества с северной стороны Марийского завода силикатного кирпича (Республика Марий Эл), произрастающего на связно-песчаной дерново-слабоподзолистой почве, сформированной на флювиогляциальных песках (рис. 1). Тип лесорастительных условий переходный от сухого к свежему бору (А1-2 ). В диссертационной работе описаны особенности производства силикатного кирпича, состав выбросов и природные условия объекта исследования. В данном биотопе на разном удалении от источника загрязнения было заложено девять учетных лент на расстоянии от 80 до 1500 м, на которых проведена оценка массы и состава пылевых выбросов, физико-химических параметров органо-минерального горизонта и почвы, зольного состава древесины, коры и хвои деревьев сосны обыкновенной, состояния древостоя, структурной организации подпологовой растительности и почвенной мезофауны. Учетные ленты были объединены в четыре зоны по степени их загрязнения: 1 – зона максимального загрязнения (80-130 м от источника загрязнения), 2 – зона умеренного загрязнения (190-280 м), 3 – зона слабового загрязнения (340-390 м) и фоновый участок (1500 м).
Рис. 1.Карта объекта исследования в Европейской части России и схема расположения учетных лент в сосновом лесу. Для оценки химического состава выбросов и ареалов распространения пыли были использованы полотнища хлопчатобумажной ткани, которыми обвязывали на высоте 2,5-3 м стволы деревьев, расположенных на разном удалении от источника загрязнения (в трех повторностях). Содержание золы и зольных элементов (Са, Fe, K, Мn, Zn, Sr, Рb, Сг, Сu, Со, Ni, Cd) оценивали также в образцах органо-минерального горизонта, почвы, древесины, коры и хвои деревьев сосны. Анализ проводили на атомно-абсорбционном спектрометре AAnalyst 400. Пробоподготовку образцов и процедуру химического анализа проводили по типовым методикам. На всех учетных лентах брали в пятикратной повторности пробы органо-минерального горизонта вместе с моховым покровом в виде почвенного монолита размером 10х10 см, очищенного от минерального слоя. Массу выпавшего загрязнителя оценивали по формуле: Мз = Мп – Морг. – Ммф., где Мз – масса выпавшего загрязнителя, кг/м2 ; Мп – абсолютно сухая масса органо-минерального горизонта и мхов, кг/м2; Морг. – масса органического вещества (потери при прокаливании) в органо-минеральном горизонте кг/м2; Ммф. – масса минеральной части органо-минерального горизонта на фоновом участке, кг/м2. На расстоянии 80 м от источника загрязнения и на фоновом участке были заложены почвенные разрезы до глубины 1,5 м и проведено их морфологическое описание. На расстоянии 110, 190, 280, 340 и 390 м от источника загрязнения сделано по 5 прикопок, расположенных способом конверта. В центральной прикопке до глубины 50 см проводили описание почвенного профиля. Образцы почвы для определения ее физико-химических показателей брали по профилю пошагово предварительно убрав органо-минеральный горизонт из слоев 0-5, 20-25, 40-45, 60-65, 80-85 и 95-100 см (на прикопках из слоев 0-5 и 20-25 см). Оценка параметров органо-минерального горизонта и почвы проведена по ОСТ 56-81-84. Для определения физико-химических свойств почв использовали стандартные методики (ГОСТ 26483-85; ГОСТ 26212-84; ГОСТ 26213-84; ГОСТ 26487-85). Гранулометрический состав исследовали на лазерном анализаторе размера частиц «ANALYSETTE 22» MicroTecPlus. Показатель pH вытяжки органо-минерального горизонта, почвы и коры деревьев оценивали при помощи pH-тестера и электрода Cheker by Hanna. Оценку состояния древостоя на учетных лентах проводили на круговых учетных площадках площадью 100 м2 в пяти повторностях (Тябера, 1984). Деревья делили на возрастные поколения и категории санитарного состояния. На каждой ленте был проведен также учет численности и состояния подроста, который делили на 2 класса по высоте и 4 класса по состоянию. Количество всходов сосны определяли на 20 пробных площадках размером 1х1 м на каждой учетной ленте. Учитывали количество и диаметр валежа. Проводили с помощью бурава Пресслера также отбор кернов древесины у сосны первого и второго поколения на высоте 50 см от поверхности почвы в 8-кратной повторности (всего 112 кернов). У 25 деревьев, произрастающих на трассе ЛЭП на различном удалении от источника загрязнения, провели измерение годичного прироста в высоту за весь период их жизни (28-35 лет). В качестве контроля (фона) были выбраны 30-летние культуры сосны, находящиеся от источника загрязнения на расстоянии 1100 м к северо-западу. На трассе ЛЭП на разном расстоянии от источника загрязнения проводили отбор образцов хвои с пяти срубленных деревьев, у которых из центральной части кроны было взято по пять веток. Оценку степени повреждения хвои проводили по 7-балльной шкале (Ярмишко, 2005) на основе осмотра 100 пар хвоинок. На каждой учетной ленте при помощи охотничьей высечки взяты также образцы коры. Оценку состояния подлеска в пределах каждой учетной ленты, включающего численность и класс жизнеспособности, проводили на пяти круговых пробных площадках, а травянистых растений – на 20 пробных площадках размером 1х1 м (всего 360 площадок) Оценку состояния видового состава мохообразных, лишайников, водоросли Trentepohlia sp. в пределах каждой учетной ленты проводили на пяти круговых пробных площадках стандартными методами, применяемыми в биогеоценологии. Отлов почвенной мезофауны проводили при помощи ловушек Барбера (Гиляров, 1965), установленных в количестве пяти шт. на каждой учетной. Сбор из ловушек проводили 2 раза в месяц в течение 3-х сезонов (2010-2012 гг.). В качестве фиксирующей жидкости в ловушках использовали 4 % раствор формалина. Для учета сообщества наземных моллюсков в пределах каждой учетной ленты брали пробы органо-минерального горизонта на пяти площадках размером 25х25 см. В общей сложности отобрано 45 проб органо-минерального горизонта, осуществлено 1200 сборов из почвенных ловушек за 18630 ловушко-суток, отловлено и идентифицировано 33672 экз. беспозвоночных. Для количественной оценки структурной организации травяного покрова и сообществ почвенной мезофауны использовали индексы биоразнообразия, широко применяемые в биогеоценологии (Песенко, 1982; Мэгарран, 1992). Цифровой материал обработан на ПК с использованием пакетов стандартных программ Exsel и Statistiсa 6. | |||||||||||
Добавить документ в свой блог или на сайт
Похожие:
 | Технология производства силикатного кирпича (скачать реферат) ... | | «разработка комплекса мер по снижению воздействия выбросов автотранспорта на население городов» По теме: «разработка комплекса мер по снижению воздействия выбросов автотранспорта на население городов». 1 этап – 10 автомагистралей... |
| Кузнецов Анатолий Александрович Подбор и оценка исходного материала... М. Т. Баранова, Т. А. Ладыженской, Н,М. Шанского (Программно-методические материалы: Русский язык 5-9 класс/ Сост. Л. И. Рыбченкова.... |  | «Статистический анализ антропогенного воздействия на водные экосистемы» Поэтому каждый случай загрязнения воды должен тщательно изучаться, чтобы, по крайней мере, минимизировать его последствия |
| Программа «Оценка собственности») и специалистов по специальности... Обсуждена на заседании кафедры экономики производства, протокол №1 от 5 сентября 2008 года | | Методические указания по расчету выбросов загрязняющих веществ в... Д. Я. Борщов), за основу которых ранее были приняты «Методические указания по расчету выбросов загрязняющих веществ при сжигании... |
| Птицы Среднего Поволжья. Приспособленность птиц к жизни в разнообразных условиях среды | | Программа курса «Экономическая оценка земельных участков» цикла сд... Автор (составитель) – Зиятдинов Ф. С., д э н, профессор кафедры Экономики производства кгфэи |
| Отчет о выполнении природоохранных мероприятий по теме: «Разработка... «Разработка Программы и проекта производства работ по ликвидации источников негативного воздействия на загрязненных территориях островов... | | Г. С. Сабирзянова в сборнике представлены тексты докладов участников... В сборнике представлены тексты докладов участников научно-практической конференции «Региональные энциклопедии: проблемы общего и... |
| Программа курса «Культура и традиции народов Поволжья» Курс «Культура и традиции народов Поволжья» предназначен для обучающихся 1-4 классов общеобразовательной школы | | 1. Немного истории Д. Я. Борщов), за основу которых ранее были приняты «Методические указания по расчету выбросов загрязняющих веществ при сжигании... |
| Формула специальности Д. Я. Борщов), за основу которых ранее были приняты «Методические указания по расчету выбросов загрязняющих веществ при сжигании... | | Программа дисциплины общие вопросы физической экологии дпп. Дс. 01... Курс «Общие вопросы физической экологии» является начальным в серии дисциплин, связанных с физической экологией. Он призван дать... |
| Ra) и причины вариаций объемной активности радона (ОА Д. Я. Борщов), за основу которых ранее были приняты «Методические указания по расчету выбросов загрязняющих веществ при сжигании... | | Рабочая программа Дисциплины «Оценка воздействия на окружающую среду» Дьяконов К. Н. Экологическое проектирование и экспертиза: учебник для вузов. Доп. Мо РФ — М., 2005. экз |
