1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Ботанический журнал
  4. T. 108, № 11, 2023

Ботанический журнал, 2023, T. 108, № 11, стр. 1001-1014

Запасы потенциально токсичных элементов в напочвенном покрове сосновых лесов северной тайги при аэротехногенном загрязнении

И. В. Лянгузова 1, *, А. И. Беляева 1, М. Н. Катаева 1, Е. Н. Волкова 1

1 Ботанический институт им. В.Л. Комарова РАН
197022 Санкт-Петербург, ул. Профессора Попова, 2, Россия

* E-mail: ILyanguzova@binran.ru

Поступила в редакцию 03.10.2023
После доработки 26.10.2023
Принята к публикации 07.11.2023

Аннотация

В работе представлены результаты изучения распределения запасов потенциально токсичных элементов (Ni, Cu) в подкроновых пространствах и “окнах” древостоев в средневозрастных сосновых лесах на фоновой территории Кольского полуострова и при загрязнении окружающей среды атмосферными выбросами комбината “Североникель” (г. Мончегорск, Мурманская обл.). На основе ранее полученных данных о запасах надземной биомассы компонентов напочвенного покрова, мортмассы растительного опада и лесной подстилки и данных химического анализа методом атомно-абсорбционной спектрометрии листьев доминирующих видов кустарничков, надземных частей мха Pleurozium schreberi (Brid.) Mitt. и лишайника Cladonia stellaris (Opiz.) Pouzar et Vězda, а также растительного опада и органогенного горизонта (подстилки) Al-Fe-гумусовых подзолов произведен расчет запасов Ni и Cu в различных компонентах лесных экосистем. Установлено, что резкое снижение объемов атмосферных выбросов комбинатом “Североникель”, произошедшее в последнее 20-летие, не оказало влияния на уровень загрязнения местообитаний, и запас тяжелых металлов в верхнем органогенном горизонте Al-Fe-гумусовых подзолов остается очень высоким, особенно в импактной зоне, что не позволяет даже начаться процессу восстановления напочвенного покрова на этой территории. Запас тяжелых металлов в растительном опаде согласованно возрастает с увеличением уровня загрязнения лесной подстилки при приближении к источнику загрязнения, но масштаб этого увеличения существенно меньше в мортмассе по сравнению с подстилкой: если запас тяжелых металлов в подстилке в импактной зоне превышает фоновые значения в 170–390 крат, то это превышение в растительном опаде достигает лишь 28 крат. Характер распределения запасов тяжелых металлов в компонентах напочвенного покрова, растительного опада и лесной подстилке по площади фитоценоза принципиально различается в фоновых условиях и при аэротехногенном загрязнении, что обусловлено различиями в накоплении органического вещества в разных типах микросайтов. Соотношение концентраций и запасов Ni : Cu также различается в почвенно-растительном покрове в сосновых лесах фонового района и на территории с аэротехногенным загрязнением.

Ключевые слова: сосновые леса, напочвенный покров, запас биомассы, мортмасса, лесная подстилка, растительный опад, северная тайга, тяжелые металлы, аэротехногенное загрязнение, Мурманская область

Список литературы

  1. Ayras M., Kashulina G. 2000. Regional patterns of element contents in the organic horizon of podzols in the central part of the Barents region (Finland, Norway and Russia), with special reference to heavy metals (Co, Cr, Fe, Ni, Pb, V and Zn) and sulphur as indicators of airborne pollution. – Journal of Geochemical Exploration. 68: 127–144.

  2. [Bazilevich, Titlyanova] Базилевич Н.И., Титлянова А.А. 2008. Биотический круговорот на пяти континентах: азот и зольные элементы в природных наземных экосистемах. Новосибирск. 381 с.

  3. [Classification…] Классификация и диагностика почв России. 2004. Смоленск. 342 с.

  4. [Demakov et al.] Демаков Ю.П., Исаев А.В., Шарафутдинов Р.Н. 2017. Роль лесной подстилки в борах Марийского Заволжья и вариабельность ее параметров. – В сб.: Научные труды Гос. природного заповедника “Большая Кокшага”. 8: 15–43.

  5. [Dynamics…] Динамика лесных сообществ Северо-Запада России. 2009. СПб. 276 с.

  6. Ershov V.V., Lukina N.V., Orlova M.A., Zukert N.V. 2016. Dynamics of snowmelt water composition in conifer forests exposed to airborne industrial pollution. – Rus. J. Ecol. 47 (1): 46–52.

  7. Ershov V.V., Isaeva L.G., Sukhareva T.A., Lukina N.V., Danilova M.A., Smirnov V.E. 2020. Assessment of the composition of rain deposition in coniferous forests at the Northern tree line subject to air pollution. – Rus. J. Ecol. 51 (4): 319–328. https://doi.org/10.1134/S1067413620040050

  8. Jones C.G., Lawton J.H., Shachak M. 1994. Organisms as ecosystem engineers. – Oikos. 69 (3): 373–386.

  9. [Ivanova, Lukina] Иванова Е.А., Лукина Н.В. 2017. Варьирование массы и фракционного состава древесного опада в сосняках кустарничково-лишайниковых при аэротехногенном загрязнении. – Лесоведение. 5: 47–58. https://doi.org/10.7868/S0024114817050059

  10. [Ivanova et al.] Иванова Е.А., Лукина Н.В., Данилова М.А., Артемкина Н.А., Смирнов В.Э., Ершов В.В., Исаева Л.Г. 2019. Влияние аэротехногенного загрязнения на скорость разложения растительных остатков в сосновых лесах на северном пределе распространения. – Лесоведение. 6: 533–546. https://doi.org/10.1134/S0024114819060044

  11. [Karpachevsky] Карпачевский Л.О. 1981. Лес и лесные почвы. М. 264 с.

  12. [Karpachevsky] Карпачевский Л.О. 1983. Подстилка – особый биогоризонт лесного биогеоценоза. – В кн.: Роль подстилки в лесных биогеоценозах. М. С. 88–89.

  13. [Karpachevsky et al.] Карпачевский Л.О., Зубкова Т.А., Ташнинова Л.Н., Руденко Р.Н. 2007. Почвенный покров и парцеллярная структура лесного биогеоценоза. – Лесоведение. 6: 107–113.

  14. Kashulina G., de Caritat P., Reimann C. 2014. Snow and rain chemistry around the “Severonikel” industrial complex, NW Russia: Current status and retrospective analysis. –Atmospheric Environ. 89: 672–682.

  15. Kashulina G.M. 2017. Extreme pollution of soils by emission of the copper-nickel industrial complex in the Kola peninsula. – Eurasian Soil Science. 50 (7): 837–849. https://doi.org/10.1134/S1064229317070031

  16. Kashulina G.M. 2018. Monitoring of soil contamination by heavy metals in the impact zone of copper-nickel smelter on the Kola peninsula. – Eurasian Soil Science. 51 (4): 467–478. https://doi.org/10.1134/S1064229318040063

  17. [Klimenko, Ostakhova] Клименко Д.Е., Остахова А.Л. 2020. Моделирование потерь дождевых осадков в кронах хвойных древостоев. – Лесоведение. 4: 335–345.

  18. Kozlov M., Zvereva E. 2007. Industrial barrens: extreme habitats created by non-ferrous metallurgy. – Rev. Environ. Sci. Biotechnol. 6: 231–259.

  19. Kozlov M.V., Zvereva E.L., Zverev V.E. 2009. Impacts of point polluters on terrestrial biota. Dordrecht, Heidelberg, London, New-York. 466 p.

  20. [Lebedeva et al.] Лебедева В.Х., Тиходеева М.Ю., Ипатов В.С. 2005. Влияние древесного полога на виды напочвенного покрова в ельнике чернично-зеленомошном. – Бот. журн. 90 (3): 400–410.

  21. [Lebedeva et al.] Лебедева В.Х., Тиходеева М.Ю., Ипатов В.С. 2006. Оценка влияния деревьев на виды травяно-кустарничкового и мохового ярусов в сосняке чернично-зеленомошном. – Бот. журн. 91 (2): 176–192.

  22. [Lebedeva et al.] Лебедева В.Х., Ипатов В.С., Тиходеева М.Ю. 2015. Неоднородность пространственной структуры живого напочвенного покрова в лесных сообществах. – Вестник СПбГУ. Сер. 3. Биология. 2: 32–46. https://biocomm.spbu.ru/article/view/859/750

  23. [Lebedeva et al.] Лебедева В.Х., Тиходеева М.Ю., Ипатов В.С. 2016. О неоднородности растительного покрова лугов и лесов. – Бот. журн. 101 (4): 358–376.

  24. Lukina N.V., Orlova M.A., Smirnov V.E., Steinnes E., Artemkina N.A., Gorbacheva T.T., Belova E.A. 2017. Mass-Loss Rates from Decomposition of Plant Residues in Spruce Forests Near the Northern Tree Line Subject to Strong Air Pollution. – Environmental Science and Pollution Research. 24 (24): 19874–19887.

  25. [Lukina et al.] Лукина Н.В., Ершов В.В., Горбачева Т.В., Орлова М.А., Исаева Л.Г., Тебенькова Д.Н. 2018. Оценка состава почвенных вод северотаежных хвойных лесов фоновых территорий индустриально развитого региона. – Почвоведение. 3: 284–296. https://doi.org/10.7868/S0032180X18030036

  26. [Lyanguzova] Лянгузова И.В. 2016. Тяжелые металлы в северотаежных экосистемах России. Saarbrucken (Германия). 260 с.

  27. [Lyanguzova] Лянгузова И.В. 2017. Динамические тренды содержания тяжелых металлов в растениях и почвах при разном режиме аэротехногенной нагрузки. – Экология. 4: 250–260. https://doi.org/10.7868/S0367059717040114

  28. Lyanguzova I.V. 2021. Airborne Heavy Metal Pollution and its Effects on Biomass of Ground Vegetation, Foliar Elemental Composition and Metabolic Profiling of Forest Plants in the Kola Peninsula (Russia). – Russian Journal of Plant Physiology. 68 (Suppl. 1): S140–S149.

  29. [Lyanguzova et al.] Лянгузова И.В., Примак П.А., Салихова Ф.С., Волкова Е.Н., Беляева А.И. 2021. Воздействие загрязнения почв тяжелыми металлами на пространственное распределение биомассы напочвенного покрова и запаса лесной подстилки в сосновых лесах Кольского полуострова. – Раст. ресурсы. 57 (4): 340–358.

  30. Lyanguzova I., Katjutin P. 2023. Effects of High and Low Aerotechnogenic Emissions of heavy Metals on Wild Plants. – Forests. 14 (8). N article 1650.

  31. Lyanguzova I., Yarmishko V., Gorshkov V., Stavrova N., Bakkal I. 2018. Impact of heavy metals on forest ecosystems of the European North of Russia. – In: Heavy Metals. London. P. 91.

  32. [Methods…] Методы изучения лесных экосистем. 2002. СПб. 240 с.

  33. Munn R.E. 1973. Global Environmental Monitoring System (GEMS). – SCOPE. Report 3. Toronto: ICSU-SCOPE. 130 p.

  34. Myking T., Aarrestad P.A., Derome J. et al. 2009. Effects of air pollution from a nickel–copper industrial complex on boreal forest vegetation in the joint Russian–Norwegian–Finnish border area. – Boreal Environ. Res. 14: 279–291.

  35. [Nikonov et al.] Никонов В.В., Лукина Н.В., Смирнова Е.В., Исаева Л.Г. 2002. Влияние Picea obovata и Pinus sylvestris на первичную продуктивность нижних ярусов хвойных лесов Кольского полуострова. – Бот. журн. 87 (8): 107–119.

  36. [Odintsov et al.] Одинцов П.Е., Караванова Е.И., Степанов А.А. 2018. Трансформация водорастворимых органических веществ подстилок подзолов фоновых и техногенных территорий Кольского полуострова. – Почвоведение. 8: 1022–1032. https://doi.org/10.1134/S0032180X18080099

  37. [Pereverzev] Переверзев В.Н. 2011. Почвообразование в лесной зоне Кольского полуострова. – Вестн. КНЦ РАН. 2: 74–82.

  38. Salemaa M., Vanha-Majamaa I., Derome J. 2001. Understory vegetation along a heavy-metal pollution gradient in SW Finland. фоновых и техногенных территор (3): 339.

  39. Salemaa M., Derome J., Helmisaari H.-S., Nieminen T., Vanha-Majamaa I. 2004. Element accumulation in boreal bryophytes, lichens and vascular plants exposed to heavy metal and sulfur deposition in Finland. – Sci. Total Environ. 324: 141–160.

  40. [Semenyuk et al.] Семенюк О.В., Телеснина В.М., Богатырев Л.Г., Бенедиктова А.И., Кузнецова Я.Д. 2020. Оценка внутрибиогеоценозной изменчивости лесных подстилок и травяно-кустарничковой растительности в еловых насаждениях. – Почвоведение. 1: 31–43. https://doi.org/10.31857/S0032180X2001013X

  41. [Telesnina et al.] Телеснина В.М., Семенюк О.В., Богатырев Л.Г. 2017. Свойства лесных подстилок во взаимосвязи с напочвенным покровом в лесных экосистемах Подмосковья (на примере УОПЭЦ “Чашниково”). – Вест. МГУ. Сер. 17. Почвоведение. 4: 11–20.

  42. [Trubina et al.] Трубина М.Р., Воробейчик Е.Л., Хантемирова Е.В., Бергман И.Е., Кайгородова С.Ю. 2014. Динамика лесной растительности после снижения промышленных выбросов: быстрое восстановление или продолжение деградации? – Доклады Академии наук. 458 (6): 721–725. https://doi.org/10.7868/S0869565214300252

  43. [Vorobeichik] Воробейчик Е.Л. 1995. Изменение мощности лесной подстилки в условиях химического загрязнения. – Экология. 4: 278–284.

  44. [Vorobeichik] Воробейчик Е.Л. 2002. Изменение пространственной структуры деструкционного процесса в условиях атмосферного загрязнения лесных экосистем. – Изв. АН. Сер. Биол. 3: 368–379.

  45. [Vorobeichik et al.] Воробейчик Е.Л., Трубина М.Р., Хантемирова Е.В., Бергман И.Е. 2014. Многолетняя динамика лесной растительности в период сокращения выбросов медеплавильного завода. – Экология. 6: 448–458. https://doi.org/10.7868/S0367059714060158

  46. [Vorobeychik, Kaigorodova] Воробейчик Е.Л., Кайгородова С.Ю. 2017. Многолетняя динамика содержания тяжелых металлов в верхних горизонтах почв в районе воздействия медеплавильного завода в период сокращения объемов его выбросов. – Почвоведение. 8: 1009–1024. https://doi.org/10.7868/S0032180X17080135

  47. [Vorobeichik, Pishchulin] Воробейчик Е.Л., Пищулин П.Г. 2009. Влияние отдельных деревьев на рН и содержание тяжелых металлов в лесной подстилке в условиях промышленного загрязнения. – Почвоведение. 8: 927–937.

  48. [Vorobeichik, Pishchulin] Воробейчик Е.Л., Пищулин П.Г. 2011. Влияние деревьев на скорость деструкции целлюлозы в почвах в условиях промышленного загрязнения. – Почвоведение. 5: 597–610.

  49. [Vorobeichik, Pishchulin] Воробейчик Е.Л., Пищулин П.Г. 2016. Промышленное загрязнение снижает роль деревьев в формировании структуры полей концентраций тяжелых металлов в лесной подстилке. – Экология. 5: 323–334.

  50. Zvereva E.L., Kozlov M.V. 2004. Facilitative effects of top-canopy plants on four dwarf shrub species in habitats severely disturbed by pollution. – J. Ecol. 92 (2): 288–296.

  51. Zvereva E.L., Kozlov M.V. 2007. Facilitation of bilberry by mountain birch in habitat severely disturbed by pollution: Importance of sheltering. – Environ. Exp. Bot. 60 (2): 170–176.

  52. Zvereva E., Roitto M., Kozlov M. 2010. Growth and reproduction of vascular plants in polluted environments: a synthesis of existing knowledge. – Environ. Rev. 18: 355–367.

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Ботанический журнал

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал