ФОРМИРОВАНИЕ СТРУКТУРЫ ДРЕВЕСИНЫ СОСНЫ ОБЫКНОВЕННОЙ В УСЛОВИЯХ ПОЧВЕННОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ ПРИРОДНОЙ СРЕДЫ (МОДЕЛЬНЫЙ ОПЫТ)
Рыкова Т.В., Касимов В.Д., Омехина И.Ю. (ВНИИЛМ, г.Пушкино, РФ)
Scotch pine wood structure formation characteristics were examined in a model experiment in pine ecosystems exposed to various zinc doses. Late wood share in annual ring formation is shown.
Для понимания природы леса и при решении ряда практических задач определяется прирост древостоев по толщине (радиальный или по диаметру). Фактическое отложение древесины за определенный период (5 или 10 лет) выражается текущим годичным или периодическим приростом.
С середины ХХ века динамика радиального прироста деревьев стала применяться при изучении влияния антропогенных факторов на состояние лесных экосистем, в частности, на сосновые экосистемы. Сосна обыкновенная (P. Sylvestris) является одной из основных лесообразующих пород с огромным ареалом в Европе и в Сибири. По своим биологическим свойствам неустойчива к техногенному загрязнению природной среды.
Наряду с тем, что промышленные выбросы действуют на ассимиляционный аппарат растений, токсические элементы проникают в почву, нарушая всасывающий аппарат корневых систем. Это вызывает ослабление роста деревьев и при критическом воздействии их гибель.
Нагрузка токсикантов на древостой зависит от их состава и пылепоглащающей функции сосновых экосистем. В исследовании по выявлению количественной оценки воздухоочистной функции сосновых лесов [1] распределение отфильтрованных атмосферных загрязнений по вертикальному профилю 16-ти летнего соснового насаждения выглядело следующим образом (кг/га в год; %)
|
|
SO2 (общая масса 85 кг/га/год) |
Промышленная пыль (тяжелые металлы) (общая масса 255 кг/га/год) |
|
Верхний полог кроны |
47/55
21/25
17/20 |
30/12
83/32
142/56 |
|
В пологе (кроне) |
||
|
Под пологом (кроной) |
Таким образом, газовая составляющая выглядит в виде перевернутого усеченного конуса, для пыли – в виде нормального усеченного конуса.
Следовательно, при промышленном производстве загрязняющие ландшафт аэрозоли оседают вместе с атмосферными осадками в лесных экосистемах, где большая часть тяжелых металлов аккумулируется в лесной подстилке и почве.
В полевом эксперименте ВНИИЛМ (1999-2006гг.) оценивалось состояние сосняков зеленомошников и их реакция на загрязнение почв при внесении различных доз соли Zn(NO3)2. Известно, что цинк входит в группу тяжелых металлов, имеющих при избыточных количествах высокую токсичность, вызывающую ухудшение состояния древесных пород и плодородия почвы, а в ряде случаев деградацию и гибель насаждений.
В культуры сосны 55 лет вносилась соль Zn(NO3)2 в дозах : 23 мг/кг (ПДК); 100; 500; 750; 1000 и 2000 мг/кг (в расчете на 20 см слой почвы).
На опытных делянках (30 деревьев) отбирались керны на уровне 1,3 м по двум радиусам: север-юг. В лабораторных условиях измерялась ширина каждого годичного кольца под микроскопом с точностью до 0,01мм. В целях изучения структуры годичного кольца определялось соотношение величины ранней и поздней древесины.
По данным [4], естественное изменение сезонного роста дерева разграничивается на 3 этапа:
- наибольший интенсивный рост (образование зоны ранних трахеид);
- уменьшение прироста (зона переходных трахеид);
- малый прирост в толщину (зона поздних трахеид).
Механизм управляющий морфогенезом ранней и поздней древесины, состоит [5] в том, что клетки ранней древесины формируются у деревьев сосны в течение роста побега и при высоком синтезе ауксинов; при последующем прекращении терминального роста и уменьшении синтеза ауксинов формируются узкие клетки поздней древесины. Трахеиды ранней древесины имеют толщину оболочек 1.5-3мкм, трахеиды поздней древесины – 3.5-4мкм [3].
Данные дендроклиматологии показывают [5], что на формирование камбиальной зоны и ширину кольца влияют условия начала вегетационного периода, а максимальная плотность определяется условиями второй половины сезона, когда дифференцируются клетки поздней древесины.
Кроме того, на формирование структуры годичного кольца оказывает влияние [4] дефолиация кроны (токсиканты, насекомые и др.), когда для выживания дерева при меньшей ширине годичного кольца на следующий год формируется годичное кольцо с большей долей поздней древесины повышенной плотности.
В ряде работ показано [2,3], что в районах сильного техногенного загрязнения обычно наблюдается снижение радиального прироста при увеличении доли поздней древесины в годичных слоях. В зоне техногенной нагрузки значительно сокращается период камбиальной активности, при этом в импактной зоне доля поздних трахеид в годичном кольце составляет 140-160%, в буферной – 100-115% [2].
Данные нашего эксперимента по изучению формирования годичного кольца древесины сосны приводятся в таблице 1.
Таблица 1 – Формирование структуры годичного кольца древесины сосны при разных дозах внесения цинка
|
Доза внесения цинка мг/кг |
d ср, деревьев, см |
До внесения цинка |
После внесения цинка |
|||
|
Средняя ширина годичного кольца |
Среднее содержание поздней древесины |
Доля поздней древесины в % относительно среднего содержания до внесения |
||||
|
2001 |
2002 |
2003 |
||||
|
Контроль |
20,3 |
2.2 мм – 100% |
1.05 мм – 48% |
74 |
86 |
81 |
|
ПДК |
21,8 |
77 |
62 |
86 |
||
|
100 |
23,1 |
60 |
51 |
45 |
||
|
500 |
20,6 |
60 |
23 |
64 |
||
|
750 |
23,1 |
119 |
48 |
38 |
||
|
1000 |
20,5 |
156 |
147 |
95 |
||
|
2000 |
24,3 |
200 |
133 |
133 |
||
Рассмотрим в качестве отклика дерева на повышение уровня стресса (дозы внесения цинка) долю поздней древесины в структуре годичного кольца, как компенсаторного фактора процессов роста. Доля поздней древесины существенно возрастает при внесении 750-1000-2000 мг/кг, составляя в первый год наблюдения (2001г.) соответственно 119-156-200%. В последующие 2 года (2002 и 2003гг.) двух-четырех кратное повышение доли поздней древесины по сравнению с периодом до внесения цинка наблюдалось в вариантах 1000-2000 мг/кг. В остальных вариантах опыта превышение составляло 7-40% по сравнению с аналогичным периодом.
Такой показательный параметр, как доля поздней древесины в структуре годичного кольца, характеризует уровень реакции деревьев сосны обыкновенной на стрессовый фактор за счет перераспределения внутренних ресурсов и может служить средством оценки состояния древостоев.
Литература
1. Коровин Н.В. Изучение негативного влияния техногенного атмосферного загрязнения на лесные насаждения сосны обыкновенной и разработка комплекса мероприятий по повышению их устойчивости, продуктивности и средозащитных функций (на примере Гомельского промышленного района) //Автореф. диссер. канд наук. – Брянск. – 2003. – 29с.
2. Павлов И.Н. Древесные растения в условиях техногенного загрязнения. –Улан-Удэ: Изд-во БНЦ СО РАН, 2006- 359с.
3. Ловелиус Н.В. Изменчивость прироста деревьев. Дендроиндикация природных процессов и антропогенных воздействий. – Л.: Наука, 1979. – 232с.
4. Ваганов Е.А., Терсков И.А. Анализ роста дерева по структуре годичных колец. -Новосибирск, Изд-во “Наука”, Сибирское отделение. – 1977. – 94с.
5. Кирдянов А.В., Ваганов Е.А. Разделение климатического сигнала, содержащегося в изменчивости ширины и плотности годичных колец древесины // Лесоведение. - №6.- 2006. -с.71-75.