Плотность и содержание сухого вещества в фитомассе насаждений вблизи медеплавильных заводов Урала

Плотность и содержание сухого вещества в фитомассе насаждений вблизи медеплавильных заводов Урала

Усольцев В.А., Борников А.В, Жанабаева А.С. (УГЛТУ, Екатеринбург, РФ)

Change of density and dry matter content in different fractions of tree biomass in relation to diameter at breast height and distance from copper works is studied.

Обширные пространства фоновой среды Урала в сочетании с наличием крупных длительно действующих источников промышленных загрязнений дают уникальную возможность заниматься экспериментальными работами с целыми экосистемами на уровне территориальных комплексов. На Урале одним из наиболее интенсивных источников токсичных выбросов (главным образом, это соединения серы и тяжелые металлы) в атмосферу является медеплавильное производство, в частности, Карабашский медеплавильный комбинат (КМК) в Челябинской области и Среднеуральский медеплавильный завод (СУМЗ) в Свердловской области. Градиент загрязнений около КМК выражен в большей степени по сравнению с СУМЗ, а окружающие его территории представляют один из наиболее загрязненных участков планеты.

Исследования выполнены в подзоне южной тайги Урала в градиентах загрязнений сосновых и березовых естественных насаждений к северу от КМК и темнохвойных естественных насаждений к западу от СУМЗ. В основу нашего исследования положен метод пробных площадей, заложенных согласно требованиям ОСТ 56-60-83. Вокруг КМК естественные насаждения в радиусе 3-4 км погибли, чего не наблюдается вокруг СУМЗ. Таксационная характеристика пробных площадей приведена в табл. 1.

Наряду с традиционной таксацией древостоев на каждой пробной площади выполнены определения их фитомассы и первичной продукции. Для этого взято по 6-7 модельных деревьев каждой древесной породы в пределах варьирования их диаметров на пробной площади по методике, изложенной ранее [1]. Общее количество модельных деревьев сосны – 42, березы – 56, ели – 34 и пихты – 32. Для перевода показателей массы кроны из свежего в абсолютно сухое состояние и объема древесины и коры ствола - в показатели массы в свежем и абсолютно сухом состоянии от каждого дерева взяты образцы (табл. 2): у деревьев хвойных пород от каждой трети кроны по вертикальному профилю по одной навеске хвои и ветвей, а у березы – по одной навеске, без разделения кроны на секции. У стволов деревьев взяты выпилы на относительных высотах h = 0,2; 0,5 и 0,8 от общей высоты дерева и выполнены у каждого замеры массы и объема древесины и коры. Определена плотность каждой фракции, в свежем состоянии ρ и базисная (условная) плотность ρ_b (кг/м³), а также термовесовым способом – содержание сухого вещества S, %. Базисная (условная) плотность рассчитана по формуле ρ×(S/100).

Таблица 1- Таксационная характеристика сосновых, березовых и елово-пихтовых насаждений в градиентах загрязнений от КМК и СУМЗ

L*, км	Породный состав	Воз-раст, лет	Класс боните- та	Средняя высота, м	Средний диаметр, см	Число стволов, экз./га	Площадь сечений, м²/га	Запас древостоя, м³/га
Сосновые древостои (КМК)
4,2	7С3Б+Ос	80	III	20,6	26,9	392	16,0	158
6,6	8С1Б1Ос	80	III	19,8	28,4	440	26,3	255
8,3	8C1Б1Лц	80	III	19,5	23,8	560	25,6	240
9,5	7С3Б	70	II	18,6	28,4	434	27,2	266
13,8	10С+Б	80	II	20,6	27,7	591	32,5	310
32,0	8С2Б	80	II	20,3	28,5	600	35,0	339
Березовые древостои (КМК)
3,8	10Б+С	50	IV	14,2	15,3	1072	19,4	151
4,8	9Б1С	45	III	13,7	14,1	1178	17,6	134
8,5	10Б+С+E	40	III	15,0	14,9	1239	21,8	168
9,1	10Б+С	45	III	15,1	15,1	1217	21,6	166
13,1	10Б+С	50	II	19,5	21,5	740	26,6	233
17,5	7Б2С1Ос	50	III	17,8	21,0	796	25,6	225
31,0	10Б+Лп	40	III	16,0	17,9	856	22,2	187
Елово-пихтовые древостои (СУМЗ)
1,0	4Е3П2Б1C	74	IV	13,7	14,3	1365	21,2	149
2,0	4Е4П1Б1Ос	86	IV	16,0	15,0	1997	34,7	262
4,0	6Е3П1Б+Ос	114	III	22,6	23,0	1181	42,1	388
7,0	2Е5П3Б+Ос	90	III	21,4	22,3	1102	43,1	386
30,0	3Е6П1Б	100	III	22,3	22,7	1056	42,7	386

*Примечание. L – здесь и далее расстояние от источника загрязнений.

Таблица 2 – Количество выполненных определений квалиметрических показателей фитомассы деревьев

Фракция фитомассы	Древесная порода
Фракция фитомассы	Сосна	Береза	Ель	Пихта
Древесина ствола	126	168	99	96
Кора ствола	126	168	99	96
Ветви	102	56	89	82
Хвоя, листва	102	56	89	82

Установлено, что содержание сухого вещества древесины ствола у всех пород имеет тенденцию к увеличению, коры ствола – к снижению по мере удаления от источника загрязнений, а по плотности показатели имеют противоположные закономерности, хотя и недостаточно четкие. Содержание сухого вещества в ветвях у сосны в том же направлении снижается, у ели и пихты возрастает, у березы отсутствует, а в листве (хвое) определенной закономерности названного показателя не выявлено ни у одной породы.

Таблица 3 – Квалиметрические показатели фитомассы деревьев в градиентах загрязнений

L, км	h	Ствол							Крона
		Древесина				Кора			Ветви	Хвоя, листва
		S	ρ		ρ_b	S	ρ	ρ_b	S	S
Сосна
4,2	0,2	0,598±0,042	689±89	413±30		0,472±0,031	914±315	431±145	0,498±0,018	0,492±0,033
	0,5	0,535±0,064	728±92	389±10		0,498±0,065	1129±272	562±116
	0,8	0,507±0,064	774±146	392±63		0,511±0,075	1169±254	597±113
6,6	0,2	0,545±0,054	750±26	409±46		0,471±0,050	618±39	291±46	0,465±0,019	0,484±0,010
	0,5	0,503±0,050	775±36	390±33		0,592±0,023	660±182	391±101
	0,8	0,451±0,038	858±85	386±39		0,566±0,074	925±277	524±114
8,3	0,2	0,537±0,064	764±70	410±33		0,455±0,023	654±161	297±66,8	0,461±0,013	0,467±0,018
	0,5	0,492±0,064	762±79	375±24		0,531±0,075	990±342	526±143
	0,8	0,445±0,027	841±93	375±29		0,533±0,091	1003±207	534±32
9,5	0,2	0,589±0,038	707±125	416±60		0,501±0,078	594±135	298±53	0,471±0,013	0,475±0,023
	0,5	0,554±0,038	681±84	377±31		0,598±0,030	760±142	454±86
	0,8	0,476±0,059	831±96	396±44		0,607±0,053	834±116	506±56
13,8	0,2	0,601±0,041	759±106	456±49		0,497±0,039	636±195	316±86	0,475±0,015	0,487±0,030
	0,5	0,568±0,037	741±81	421±37		0,562±0,048	879±131	494±85
	0,8	0,494±0,050	852±109	421±67		0,546±0,051	1076±205	588±90
32	0,2	0,565±0,032	689±43	389±17		0,551±0,082	657±165	363±119	0,451±0,024	0,453±0,027
	0,5	0,522±0,038	723±67	377±35		0,634±0,051	736±53	467±55
	0,8	0,449±0,032	821±57	368±48		0,624±0,076	903±178	563±86
Береза
3,8	0,2	0,588±0,025	923±43	542±25		0,346±0,019	986±173	341±69	0,524±0,022	0,391±0,009
	0,5	0,542±0,030	964±33	523±25		0,345±0,017	916±96	316±35
	0,8	0,518±0,027	979±131	508±86		0,352±0,013	1080±228	381±89
4,8	0,2	0,578±0,040	912±43	527±26		0,341±0,032	942±173	321±70	0,531±0,032	0,413±0,044
	0,5	0,535±0,023	963±37	515±19		0,339±0,021	983±130	333±45
	0,8	0,532±0,019	930±70	495±31		0,350±0,018	1192±272	417±86
6,8	0,2	0,628±0,043	817±47	513±29		0,330±0,019	844±140	279±45	0,541±0,034	0,391±0,007
	0,5	0,547±0,012	915±47	500±25		0,349±0,029	964±154	337±48
	0,8	0,547±0,031	879±70	481±35		0,351±0,021	1348±722	473±259
8,5	0,2	0,599±0,049	847±79	507±38		0,394±0,017	945±55	373±16	0,504±0,028	0,366±0,017
	0,5	0,540±0,018	940±45	508±25		0,396±0,014	914±105	362±43
	0,8	0,521±0,019	901±57	470±35		0,399±0,019	1293±662	516±254
12,3	0,2	0,672±0,015	860±230	578±152		0,361±0,049	1049±372	379±125	0,529±0,020	0,364±0,014
	0,5	0,559±0,047	860±45	481±21		0,358±0,021	1045±194	374±74
	0,8	0,508±0,015	867±50	440±24		0,358±0,016	1109±273	397±105
13,1	0,2	0,635±0,041	802±65	509±27		0,333±0,015	900±224	300±79	0,541±0,015	0,393±0,020
	0,5	0,577±0,029	867±40	500±22		0,350±0,015	1049±166	368±67
	0,8	0,553±0,028	917±64	507±31		0,365±0,020	1147±200	419±77
17,5	0,2	0,653±0,027	777±35	507±17		0,343±0,040	855±71	294±41	0,544±0,015	0,373±0,018
	0,5	0,543±0,023	912±60	496±19		0,344±0,024	1033±293	355±113
	0,8	0,525±0,013	906±50	476±30		0,361±0,028	1142±182	413±66
31	0,2	0,683±0,036	761±50	520±32		0,328±0,015	745±195	245±66	0,533±0,015	0,377±0,017
	0,5	0,590±0,052	830±66	490±22		0,332±0,025	791±79	262±25
	0,8	0,530±0,030	890±57	472±30		0,362±0,019	1073±337	389±120
Ель
1	0,2	0,505±0,077	785±145	396±49		0,478±0,065	780±258	372±116	0,565±0,030	0,488±0,021
	0,5	0,458±0,096	850±189	389±39		0,451±0,041	820±140	370±62
	0,8	0,469±0,052	854±46	401±43		0,490±0,180	862±291	423±124
2	0,2	0,516±0,091	718±41	370±60		0,450±0,041	760±118	342±65	0,563±0,028	0,463±0,020
	0,5	0,494±0,105	886±158	437±118		0,434±0,033	1059±349	459±171
	0,8	0,438±0,072	906±107	397±106		0,470±0,055	769±128	361±73
4	0,2	0,503±0,070	750±168	377±99		0,458±0,033	1033±331	473±141	0,578±0,094	0,486±0,063
	0,5	0,430±0,109	781±142	335±54		0,428±0,046	835±69	358±42
	0,8	0,398±0,089	909±127	362±66		0,409±0,091	959±220	393±107
7	0,2	0,481±0,051	753±63	363±38		0,416±0,077	959±334	399±69	0,591±0,036	0,478±0,030
	0,5	0,438±0,057	803±56	352±36		0,429±0,042	814±149	349±70
	0,8	0,384±0,046	876±39	337±48		0,409±0,038	993±321	406±152
30	0,2	0,543±0,050	729±76	396±44		0,445±0,033	801±150	357±57	0,621±0,082	0,485±0,030
	0,5	0,497±0,047	858±238	426±139		0,445±0,036	911±84	405±59
	0,8	0,437±0,054	1119±424	489±149		0,442±0,042	1163±427	514±159
Пихта
1	0,2	0,440±0,023	815±85	358±40		0,467±0,046	813±232	380±93	0,481 ±0,019	0,436±0,014
	0,5	0,415±0,027	816±4	339±8		0,451±0,043	805±218	363±72
	0,8	0,407±0,039	906±57	368±41		0,408±0,042	921±161	375±71
2	0,2	0,452±0,035	771±65	348±28		0,463±0,035	873±117	404±59	0,503±0,017	0,439±0,011
	0,5	0,419±0,027	836±109	350±31		0,458±0,032	835±119	382±71
	0,8	0,409±0,031	879±67	359±31		0,435±0,040	762±140	331±88
4	0,2	0,433±0,037	740±161	320±55		0,491±0,037	772±199	379±100	0,488±0,019	0,437±0,014
	0,5	0,424±0,036	797±71	338±27		0,452±0,039	797±109	360±73
	0,8	0,400±0,055	889±93	355±24		0,419±0,049	673±259	282±107
7	0,2	0,454±0,042	757±117	344±41		0,455±0,012	939±158	427±84	0,480±0,021	0,445±0,010
	0,5	0,428±0,048	747±82	320±36		0,432±0,015	886±105	382±55
	0,8	0,366±0,029	861±55	315±20		0,397±0,040	922±281	365±42
30	0,2	0,462±0,043	717±70	332±22		0,460±0,025	814±91	374±53	0,512± 0,068	0,438±0,013
	0,5	0,457±0,060	748±61	342±26		0,449±0,015	1008±267	453±127
	0,8	0,435±0,059	843±125	367±44		0,436±0,028	916±108	400±51

Литература

1. Усольцев В.А. Биологическая продуктивность лесов Северной Евразии: методы, база данных и ее приложения. - Екатеринбург: УрО РАН, 2007. - 637с.