Russian Federation
This article discusses the possibility of using an assessment of biological damage as a result of a complex of abiotic factors, including anthropogenic factors. A decrease in the productivity of woody plants, including Scots pine, under the influence of abiotic factors can be considered as a failure of the ecosystem and its trophic levels to receive part of the flows of matter, energy and information and, therefore, considered damage to the environment, or biological damage
assessment of biological damage to model trees and pine plantations, productivity of woody plants, anthropogenic factors
Исходя из того, что снижение прироста биомассы является причиной сокращения внутрисистемных потоков, а масштабы снижения прироста характеризуют биологический ущерб экосистеме, была сделана оценка биологического ущерба для модельного дерева сосны и соснового насаждения.
Естественные абиотические факторы, например, такой, как засуха, обусловливают периодический характер «провалов» продуктивности в отличие от антропогенных воздействий, которые, выступая, как правило, в виде постоянных техногенных эмиссий, постепенно ведут к деградации природных экосистем и ухудшению качества окружающей среды. Загрязнение атмосферы промышленными выбросами является главным антропогенным фактором дигрессии и деградации лесных экосистем. При этом оценка состояния лесов, испытывающих антропогенное влияние поллютантов, по изменениям запасов надземной фитомассы и ее фракционного состава [1], по комплексным показателям, на основе которых представляют эколого-фитотоксикологическое картирование территорий Байкальского региона [2], или с помощью других подходов [3] показывает, что техногенные эмиссии снижают продуктивность древесных растений. Оценка величины биологического ущерба включает в себя определение стоимости биотических компонентов экосистемы [4]. Если оценка стоимости биотических компонентов опирается на результаты исследования материально-энергетического хозяйства экосистемы, то ее ключевым моментом может выступать продуктивность биотических компонентов, представленная в энергетическом эквиваленте. Энергия образующегося органического вещества (NPP), вместе с энергией дыхания продуцентов (Rа) и гетеротрофного дыхания (Rg), в конечном итоге характеризует входящий поток энергии экосистемы (Аi), распределяемый по трофическим уровням (NPP и Rg) и обеспечивающий ее динамическое стационарное состояние. Каждый трофический уровень представлен в экосистемах совокупностью популяций разных видов, среди которых в круговороте потоков одни популяции играют основную, а другие – вспомогательную роль. В этом контексте сосна обыкновенная представляет собой главный вещественно-энергетический компонент экосистем лесостепного Предбайкалья.
Цель работы состояла в определении биологического ущерба от снижения прироста биомассы сосны и соснового насаждения на стадии кульминации его текущего прироста в условиях лесостепного Предбайкалья.
В работе использованы результаты 30-летнего периода изучения особенностей роста сосны обыкновенной в высоту и по радиусу на опытном участке, характеристика которого, а также экологических условий района наблюдений, методов измерения биомассы модельных деревьев приведена в [5, 6]. Естественным стресс-фактором района наблюдений является недостаточное увлажнение среды. Следует отметить, что почвенно-воздушные засухи в районе наблюдений по своему действию носят характер «одномоментного удара», резко снижающего линейный и радиальный прирост сосны. Как показали наблюдения, восстановление величины продуктивности до уровня, отмеченного накануне засухи, происходило в течение 2-6 последующих вегетаций в зависимости от степени остроты почвенно-воздушного стресса. При этом любое даже значительное изменение величины продуктивности находилось в области физиологически допустимого ее снижения, лежащего в рамках адаптивных возможностей сосны обыкновенной, обитающей в условиях недостаточного увлажнения лесостепного Предбайкалья.
Верхняя и нижняя граница диапазона изменения прироста биомассы ствола в расчете на модельное дерево сосны, выраженная в кга.с.м., соответственно описывалась уравнениями регрессии.
В этом диапазоне средняя величина прироста биомассы ствола сосны изменялась от 5,9 ± 0,5 до 3,6 ± 0,8 кга.с.м, а максимум и минимум прироста биомассы ствола составляли 7,2 и 1,8 кга.с.м. Таким образом, за счет действия естественного стресс-фактора прирост биомассы ствола модельного дерева сосны снижался почти на 40 %.
Следует отметить, действие антропогенных факторов, которым лесные экосистемы подвергаются все в большей мере, может накладываться на естественные стресс-факторы. Поскольку экосистемы подчиняются закону внутреннего динамического равновесия, следствием которого является нелинейность ответных реакций, формируемых при взаимодействии их элементов и свойств, довольно трудно относить снижение продуктивности только на счет антропогенных факторов при одновременном их действии с естественными стресс-факторами. С нашей точки зрения, этот момент необходимо учитывать при зонировании территорий, испытывающих антропогенное влияние, по степени их загрязнения, и разделять снижение продуктивности лесных экосистем, обусловленное природно-климатическими условиями от его снижения, связанного с последствиями хозяйственной деятельности человека. Величина биологического ущерба, в значительной мере обусловленная сокращением прироста биомассы ствола за вегетацию, количественно оценивалась как энергетическая стоимость снижения продуктивности на 1 кга.с.м (Wк) в расчете на модельное дерево сосны [4,7]. Для расчета энергетической стоимости снижения продуктивности (Ск) сначала определили энергетическое содержание тканей (Qк, кДж), исходя из их теплоемкости (qк) [8] и величины параметра Wк:
Qк=qk·Wk (1)
Далее рассчитали интенсивность гетеротрофного дыхания с учетом коэффициента утилизации энергии:
Rg=0,0417·р·q/∏ = кjjp1, (2)
где р – плотность древесной биомассы, т/м3; q ‒ теплота сгорания древесины, кДж/г; ∏ = кjjp1- коэффициент утилизации энергии при переходе с одного трофического уровня на другой (0,001).
Затем, учитывая время оборота энергии биомассы (Θк), оценили энергетическую стоимость сосны обыкновенной как биотического компонента экосистемы и связали ее с ценой энергетического эквивалента.
Ск= Qк· Θк + Rg/∏ (3)
При определении цены единицы энергетического эквивалента стоимости опирались на сопоставимое с утилизацией солнечной энергии автотрофными организмами производство энергии при помощи солнечных электроустановок с ценой фотоэлектрического модуля [7].
Согласно расчетам, снижение продуктивности сосны за вегетацию, выраженное в эквиваленте массы, в энергетическом эквиваленте составило 83,5 Вт, а в денежном ‒ около 11 тыс. рублей. Биологический ущерб, представленный как стоимость снижения прироста древесной биомассы в расчете на 1 га соснового насаждения за вегетацию, составил –144 кВт или 18,9 млн. рублей.
Таким образом, были определены размеры снижения продуктивности сосны, вызванные действием естественного стресс-фактора, и выражены в энергетическом и денежном эквиваленте. Поскольку подобное снижение продуктивности вполне может быть обусловлено действием на сосновые насаждения антропогенных факторов, то полученные соотношения между величиной снижения продуктивности сосны и величинами, характеризующими это снижение в энергетическом и денежном эквиваленте, можно использовать для оценки биологического ущерба сосновым насаждениям, испытывающим влияние антропогенного пресса.
1. Martynyuk A.A. Osobennosti formirovaniya nadzemnoy fitomassy sosnovyh molodnyakov v usloviyah tehnogennogo zagryazneniya // Lesovedenie. – 2008. ‒ № 1. – S. 39-45.
2. Voynikov V.K., Voronin V.I., Mihaylova T.A., Pleshanov A.S. Kompleksnaya ocenka oslableniya lesnyh ekosistem atmosfernymi emissiyami na primere Baykal'skogo regiona // Sibirskiy ekologicheskiy zhurnal. ‒ 2008. ‒ № 6. – S. 833-840.
3. Vtorova V.N., Hlopova L.B. Koncentracii himicheskih elementov v rasteniyah i pochve i ocenka sostoyaniya lesnyh ekosistem // Lesovedenie. – 2009. ‒ № 1. – S. 11‒17.
4. Bol'shakov V.N., Korytin N.S., Kryazhimskiy F.V., Shishmarev V.M. Novyy podhod k ocenke stoimosti bioticheskih komponentov ekosistem // Ekologiya, 1998. ‒ № 5. – S. 339‒348.
5. Zabuga V.F., Zabuga G.A. Ocenka zatrat na dyhanie vetveyPinussylvestris (Pinaceae) po ih radial'nomu rostu // Botanicheskiy zhurnal. – 2005. – T.90. ‒ № 12. – S. 1867‒1878.
6. Zabuga V.F., Zabuga G.A. Ocenka dyhatel'nyh zatrat stvola i skeletnyh korney Pinus sylvestris po ih radial'nomu prirostu // Botanicheskiy zhurnal. – 2006. – T. 91. ‒ № 5. – S.755‒765.
7. Ekologiya i bezopasnost' zhiznedeyatel'nosti: Ucheb. posobie dlya vuzov / D.A. Krivoshein, L.A. Muravey, N.N. Roeva i dr., podred L.A. Murav'ya. –M.: YuNITI-DANA, 2000. – S. 135-139.
8. Odum Yu. Ekologiya. ‒ M.: Mir, 1986. ‒ 704 s.
