Введение к работе
' " —
Актуальность темы. Интенсивное развитие з Беларуси в последние десятилетия промышленного и сельскохозяйственного производства в сочетании с ускорением темпов градостроительства существенно обострило экологические проблемы в республике, обусловленные прогрессирующим характером антропогенных воздействий на биосферу. Неизбежное при этом ухудшение качества природной среды в результате загрязнения техногенными поллютантама воздушного бассейна, источников водоснабжения и почвы,' а также возрастающих рекреационных нагрузок в пределах крупных городских агломераций, представляет серьезную опасность для сохранения ее экологического равновесия и негативно сказывается на здоровье населения. Поскольку данная проблема
* . на современном этапе обретает ухе глобальный характер, являясь крайне актуальной для всех промашленно развитых стран, то усилия мирового сообщества при ее решении должны быть направлены в первую очередь на изучение не только специфики сложившейся экологической ситуации, но а на оценку обусловленных ею изменений в биосфере.
В результате целенаправленного поисха методических подхо
дов в решении этих задач, на котором было сконцентрировано в
последние десятилетия внимание многочисленных научных axon и
коллективов, наметилась генеральная линия в стратегии иссле
дований по данной проблеме в виде режимных наблюдений за со
стоянием компонентов биосферы в рамках Европейского экологи
ческого мониторинга. *. .
В числе первых государств, подключавшихся к этой работ*, был СССР. Широкомасштабными многопрофильными исследованиями
; - изменений природной. среды под воздействием антропогенных факторов с использованием современных приборов а установок, в том числе и космической техники,были охвачены территории всех входивиих в' его' состав республик. :
Не исключением являлась и Беларусь, где особой остроты
. поставленные вопросы достигли в связи с аварией на Чернобыльской АЭС в 1986 г. Целым рядом научных коллективов республике были проведены комплексные исследования, позволившие дать на только объективную оценку ^*ологической,ситуации, сложившейся
. : вг;регйоне под врзДействиёмувнт^пог^ного пресса, ноі в послу-
жившие достоверной основой для разработки прогноза ее изменений. Это, в свою очередь, позволило определить природные возможности лесных экосистем, прилегающих к крупным промышленным центрам .
Данная работа является одним из этапов в плане экологических исследований, выполненных в республике в период с 1986 по 1994 гг. Основное внимание в ней впервые уделено изучению трансформации сосновых лесов Беларуси под комплексным воздействием техногенных и рекреационных нагрузок. Выбор данного направления был обусловлен тем, что наиболее чувствительным вх индикатором, по общепризнанному мнению, являются лесные экосистемы, широко распространенные на территории региона и способные аккумулировать , по данным Ю.З. Кулагина (1974), Г.М. Илькуна (1978), В.П. Тарабрина и др. (1986) , до 48% загрязняющих веществ, что приводит в ряде случаев к нарушению сложившихся в ходе эволюции экологических связей между отдельными их компонентами н как следствие - к частичной и даже полной деструкции в деградации растительных комплексов.
Первоначально наши исследования были сконцентрированы на -
изучении направленности процессов накопления и трансформации
в них органического вещества и особенностей миграционных цик
лов химических элементов в специфических условиях с установ
лением степени отклонения профилирующих параметров от нормы,
нашедшие отражение в ряде монографий (Сидорович, Рупасова,
Бусько, 19851 Сидорович, Алехно, Бусько и др., 1988; Алехно,.-
Арабей, Бусько и др., 1992). Данная же работа является логич
ным продолжением этих исследований, и актуальность ее продик
тована, прежде всего, необходимостью проведения на основе
комплексной оценки экологической ситуации в Беларуси, сложив
шейся под воздействием антропогенных нагрузок, зонирования
территории республики по уровне и характеру техногенных за
грязнений в изучения ответной реахциии на них лесных сооб
ществ. ', /;' .'"\
Цель работы заключалась в решении проблемы по изучению
формирования экологической обстановке в Беларуси в целом и
отдельных ее частях под комплексным воздействием техногенных
и рекреационных нагрузок и установлении степени обусловленной
ям трансформации лесных экосистем на примере сосновых фитоце-
нозов. '-'''
Исследования осуществлялись в ходе многолетних наблюдений за состоянием природной среды и характером происходящих изменений в лесных экосистемах функционирующих в техногенной среде относительно их заповедных аналогов, в рамках Европейского экологического мониторинга, и основывались на приоритетном решении следующих задач:
изучении пространственного распределения уровня кислотности снежного покрова и накопления в нем серо-, азот- и металлсодержащих поллютантов;
виявлення особенностей накопления техногенных загрязнителей в лишайниках как фитоиндикаторах;
зонировании территории Беларуси по уровню техногенного загрязнения лесных экосистем;
определении отклонений от нормы ростовых и биопродукционных показателей сосновых древостоев, функционирующих в техногенной среде;
установлении изменений в химизме хвои, опада, лесной подстилки и почв сосновых фитоценозов под воздействием техногенного' фактора;
сравнительном анализе структуры корреляционных связей между химическими элементами в отдельных компонентах лесных экосистем при техногенном воздействии и в его отсутствии на заповедных территориях.
Ззяилшймааишдожвлия
-
Специфика промышленного производства, обусловливающая количество и состав поллютантов, пространственная направленность насыщенных ими воздушных потоков, а тгікхв уровень рекреационных нагрузок определяют состояние экологической ситуации в Беларусии отдельных оо частях, состояние которой характеризуется в целом как неудовлетворительное.
-
Доминирующими элементами загрязнения в спектре тяжелых металлов в Минской и Витебской областях являются Си, Сг, N1, Со, Cd; Могилевской и Гомельской - Мп и Sr; Брестской и Гомельской - РЬ и Мо; Гродненской - Zn. Загрязнение территории республики серосодержащими поллютантами носит повсеместный характер, с наиболее выраженными аномалиями, в пределах Минской и Витебской областей.
... а. Трансформация сосновых фитоценозов региона сопровождается выраженными, сдвигами эволюционно сложившегося равновесия
между вертикальным и радиальным развитием древостоев в направлении усиления первого и ослабления второго, имеющими обратимый характер при стабилизации уровня антропогенных нагрузок, что является приспособительным механизмом адаптации лесных экосистем к специфическим условиям произрастания.
-
Определяющими интегральными тенденциями в трансформации химизма основных компонентов лесных экосистем Беларуси (ассимилирующих органов сосны, опада, лесной подстилки и почв) под воздействием техногенного фактора, на фоне индивидуальных особенностей, являются существенная активизация накопления в них преимущественно Ni, Na, S, РЬ и Те при параллельном повышении миграционной способности Мд, К, Cr, Р и В, а также усиление взаимной согласованности процессов в минеральном обмене как на регулируемом (в хвое), так и нерегулируемом (в консервативных компонентах) уровнях.
-
Установленное усиление взаимной согласованности обменных процессов как на управляемом (в хвое), так и на неуправляемом (в консервативных компонентах) уровнях сосновых фито-ценозов под воздействием техногенных нагрузок создает предпосылки для некоторого повышения естественного плодородия сравнительно бедных дерново-подзолистых лесных почв и как следствие - временного увеличения биологической продуктивности сформированных на них древостоев.
НаУчная**новизна и теоретическая значимость работы.
Впервые"в результате многолетних комплексных исследований по индикации техногенных загрязнений лесных экосистем Беларуси, выполненных' на основе изучения химизма снежного покрова и эпигейнбго лишайника Hypogimnia physodee как тест-индикатора, установлены особенности формирования экологической обстановки в 'республике в целом и отдельных ее частях под воздействием техногенных и рекреационных нагрузок. На основе зонирования территории Беларуси по уровню загрязнения лесных экосистем*, серо-, азот- в металлсодержащими поллстантама были выявлены очаги химических аномалий и установлен вклад каждого элемента в общую картину загрязнения.
На региональном уровне впервые дана оценка степени экологической трансформации лесных экосистем под воздействием антропогенных нагрузок, основанная на изменении ростовых в биопродукционных параметров древостоев сосновых фитоценозов.
Выявлены индивидуальные особенности и общие черты в процессах трансформации химизма отдельных компонентов лесных экосистем (ассимилирующих органов, опада, лесной подстилки и почв) под воздействием техногенных факторов в рэспублнго и отдельных ее частях.
Впервые на основе многомерного корреляционного анализа структуры связей между 21-м химическим элементом в хвое, опаде, лесной подстилке и почвах сосновых фитоценозов дана количественная и качественная оценка перестройки в их минеральном обмене под воздействием техногенных поллютантов в условиях Беларуси.
Практическая значимость работы-
Получена базовая информация для банка данных единой Международной системы Европейского экологического мониторинга по оценке экологической ситуации в лесных экосистемах Беларуси, позволяющая прогнозировать возможные ее изменения.
Основные научные положения в выводы работы нашли отражение;
в заключении Европейского центра мониторинга лесов (Г.Гамбург) о характере экологической ситуации в лесных ландшафтах Белорусского региона, сложившейся под воздействием антропогенных .нагрузок;
в практических рекомендациях Министерства лесного хозяйства Беларуси по сохранению биологического разнообразия Республики Беларусь;
в системе мероприятий Министерства природных ресурсов и охраны окружающей среды Республики Беларусь по оптимизации природной среды лесных ландшафтов в зеленых зон Витебской области;
в разработке Бел НИИП Градостроительства "Проблемы и условия территориального устройства Беларуси".
Личный вклад автора. В основу диссертационной работы положены материалы личных исследований автора, полученные при выполнении плановых разделов научной тематики Центрального ботанического сада Академии наук Беларуси в лаборатории экологической физиологии растений в 1986-1994 гг. по двум научно-исследовательским темам: "Экологический мониторинг и разработка научных основ оптимизации урбанизированной среды средствами-озеленения"' и'"Оценка вероятных изменений природ-
>
- б -
ной среды лесных ландшафтов Белоруссии в зонах интенсивных техногенных нагрузок" (Государственная регистрация тем N 01.86.0017137 и 01.90.0020108 соответственно).
Как ответственный исполнитель и организатор исследований, автор самостоятельно, в рамках плановой тематики, осуществил выбор и реализовал общее направление работы, дифференцировал его на относительно автономные, но методологически взаимосвязанные частные позиции. Сбор, обработку, интерпретацию и обобщение результатов полевых наблюдений и аналитической информации автор выполнил лично в соответствии с утвержденными программами и методиками.
Объем обобщаемого материала. В работе нашли отражение данные 984 агрохимических анализов 123 образцов лесных почв,, результаты химических анализов элементного состава 850 растительных проб (18 600 определений), 123 почвенных образцов (2700 определений), 200 проб снеговых вод (4 200 определений), а также 109 000 учетов биометрических и биопродукционных параметров структурных компонентов древостоев сосновых фитоценозов, всего 135 000 определений и измерений.
Основные положения работы положены; на Всесоюзном совещании по проблемам в методам геосистемного мониторинга (Пущино, 1981), Всесоюзном научно-практическом совещании "Влияние промышленного загрязнения на лесные экосистемы и мероприятия по повышению их устойчивости" (Каунас, 1984), Всесоюзном совещании по охране и рациональному использованию растительного мира (Москва, 1984), Всесоюзном совещании "Современные проблемы географии экосистем" (Москва,, 1984), 3-м Республиканском совещании "Биогеоцвнологическив исследования на Украине" (Львов, 1984), Всесоюзной научной конференции "Закономерности, роста и производительности древостоев" (Каунас, 1985), Всесоюзном совещании "Стабильность и энергетическая эффективность высокопродуктивных лесных биогеоценозов (Тарту, 1985), Всесоюзной научной конференции "Мониторинг лесных экосистем" (Каунас, 1986), II Всесоюзном совещании "Общие проблемы био-геоценологии" (Москва , 1986) , Всесоюзном совещании по проблеме охраны воздушного бассейна от выбросов предприятий химической промышленности и промышленности строительных материалов (Ереван, 1986), Республиканской научно-технической конференции "Охрана окружающей среды и рациональное использо-
ванне ресурсов" (Новополоцк, 1989), Многостороннем совещании стран - членов СЭВ "Советско-монгольский эксперимент "Убсу-Нур" (Кызыл, 1989), Всесоюзном совещании "Проблемы лесоведения и лесной экологии" (Москва, 1990), Всесоюзном совещании "Геохимия техногенеза" (Минск, 1991), Международной научной конференции "Промышленная ботаника: состояние а перспективы развития" (Кривой Рог , 1993).
Публакацшь. По материалам исследований опубликовано 39 работ, в том числе 4 монографии.
Qe-beKjjfigoTjtj. Диссертация состоит из введения, девяти глав, заключения и общих выводов. Материалы ее изложены на 597 страницах, включающих 370 страниц основного машинописного текста, 30 рисунков и 106 таблиц, из которых 59 - приложения. Список использованной литературы содержит 617 работ, из которых 278 иностранных.