Динамика прироста сосны обыкновенной в техногенных условиях (на примере Учалинского горно-обогатительного комбината) тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Бахтина Светлана Юрьевна

• Бахтина Светлана Юрьевна
• кандидат наук
• 2024

Оглавление диссертации кандидат наук Бахтина Светлана Юрьевна

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. НАУЧНЫЕ ОСНОВЫ ЛЕСНОЙ МЕЛИОРАЦИИ

ТЕХНОГЕННО НАРУШЕННЫХ ЗЕМЕЛЬ (обзор литературы)

1.1. Проблемы и перспективы лесной рекультивации техногенно нарушенных земель

1.2. Роль лесорастительных условий в динамике прироста древесных растений

1.3. Генотипическая изменчивость древесных растений в условиях

техногенеза

ГЛАВА 2. РАЙОН, ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

2.1. Характеристика лесорастительных условий района исследований

2.2. Характеристика техногенного загрязнения района исследований

2.3. Характеристика лесов Учалинского лесничества

2.4. Объекты и методы исследований

ГЛАВА 3. ФАКТОРЫ ДИНАМИКИ ПРИРОСТА СОСНЫ

ОБЫКНОВЕННОЙ ПРИ ТЕХНОГЕНЕЗЕ

3.1. Динамика климата в районе исследований

3.2. Динамика распространения сосны обыкновенной на нелесных землях Учалинского района в природных и техногенных условиях

3.3. Генотипическая изменчивость подроста и молодняка сосны обыкновенной в техногенных условиях

3.4. Линейный прирост сосны обыкновенной в природных условиях

3.5. Прирост сосны обыкновенной в техногенных условиях

3.6. Физико-механические свойства древесины молодняка сосны

обыкновенной в техногенных условиях

ЗАКЛЮЧЕНИЕ И РЕКОМЕНДАЦИИ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Динамика прироста сосны обыкновенной в техногенных условиях (на примере Учалинского горно-обогатительного комбината)»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования. Развитие промышленности и сельского хозяйства привело к загрязнению природных экосистем тяжелыми металлами [Aelion et al., 2009], в том числе в России [Менщиков, Махнев, 2003]. В отличие от органических веществ, эти токсиканты и их соединения, мигрируя из почв по пищевой цепи [Zaitsev et al., 2021), разрушаются естественным образом крайне медленно [Liu et al., 2009]. В регионах России с развитой горнорудной промышленностью, таких как Южный Урал, разработки месторождений полезных ископаемых привели к особо масштабному изменению окружающей среды [Кулагин, 1985] и многократному превышению в ней предельно допустимых концентраций тяжелых металлов [Абакумов и др., 2015; Асылбаев, Хабиров, 2015]. Лесные древесные растения, обладающие большой биомассой, длительностью жизненного цикла и устойчивостью к поллютантам [Гиниятуллин, Кулагин, 2010], являются эффективными биоаккумуляторами тяжелых металлов, надолго задерживая их кругооборот [Уразгильдин, Кулагин, 2022]. Изучение лесоразведения и лесовозобновления при техногенезе [Шебалова, Залесов, 2007] всегда представляло актуальную научную проблему, решение которой необходимо для выработки практических решений для лесной мелиорации земель, загрязненных отходами горнодобывающей промышленности [Лукьянец, Шилова, 1979; Чибрик Т.С., 2003]. Динамика пророста, являющаяся важным индикатором реакции древесных растений на разнообразие лесорастительных условий [Ваганов, Шиятов, 1999], при техногенном загрязнении среды тяжелыми металлами изучено недостаточно [Катютин, Лянгузова, 2023].

Степень разработанности темы исследования. Исследованиям влияния промышленного загрязнения на состояние лесов посвящено огромное число работ. В областях, близких к теме диссертационной работы, особенно результативные и масштабные исследования были проведены со второй половины прошедшего века на Среднем и Южном Урале - в Ботаническом саду УрО РАН, Институте экологии растений и животных УрО РАН, Уральском

федеральном университете, Уральском государственном лесотехническом университете, Уфимском институте биологии УФИЦ РАН, Сибайском институте (филиале) Уфимского университета науки и технологий. В их числе разработка схем классификации отвалов горнорудной промышленности и способов их рекультивации [Колесников, Пикалова, 1974: Зарипов и др., 2020], изучение почвообразования в техногенных условиях [Махонина, 2023], анализ процессов формирования культурных фитоценозов на промышленных отвалах [Тарчевский, 1970; Шевчук, Пикалова, 1979], включая их естественное лесозарастание [Лукьянец, 1979; Баталов и др., 1989], исследование нейтрализации промышленных токсикантов древесными растениями [Гетко, 1989], проработка проблем создания устойчивых и продуктивных биогеоценозов на нарушенных землях [Чибрик и др., 2002], анализ динамики содержания тяжелых металлов на техногенных землях горнодобывающих предприятий Южного Урала [Семенова и др., 2012; Абакумов и др., 2015; Асылбаев, Хабиров, 2015], исследование состояния сосновых насаждений при техногенезе [Залесов и др., 2017], изучение влияния промышленных поллютантов на качество [Махнева, Менщиков, 2012] и линейный прирост подроста сосны обыкновенной [Бачурина, Шевелина, 2018] и др. Разрабатываются теоретические основы адаптации древесных растений Урала к техногенной среде [Уразгильдин, Кулагин, 2022].

Целью работы являлось изучение влияния техногенного загрязнения Учалинского горно-обогатительного комбината на динамику прироста сосны обыкновенной.

Для достижения цели диссертационной работы решались следующие задачи:

1. изучить динамику зарастания растительностью техногенно загрязненных земель Учалинского горно-обогатительного комбината;

2. сравнить линейный и/или радиальный прирост в местообитаниях подроста, молодняка и в спелых древостоях из техногенных зон комбината, различающихся по лесорастительным условиям, и растений из природных условий;

3. сравнить на территории комбината физико-механические свойства древесины молодняка с различной динамикой линейного и радиального прироста;

4. определить месяцы, климатические показатели (количество осадков, температура воздуха) которых являются критически важными для линейного и радиального прироста подроста, молодняков и древостоев в техногенной и природной среде.

Научная новизна. Показаны закономерности развития лесных экосистем леса и формирования генотипической изменчивостью на загрязненных тяжелыми металлами техногенных землях, возникших при разработках медно-колчеданных руд. В природных и техногенных условиях исследована динамика линейного и/или радиального прироста сосны обыкновенной разных возрастных групп. Установлено, что в местообитаниях с сохранившейся почвой промышленные поллютанты не оказывает заметного влияния на прирост сосны обыкновенной. Более низкие значения прироста, более плотная, твердая и прочная древесина обнаружены у растений, произрастающих в особо неблагоприятных лесорастительных условиях на почвогрунтах склонов и поверхностей отвалов. Определены месяцы, температура и количество осадков которых критически важны для роста сосны обыкновенной. Выявлено, что климатический отклик в приросте, выраженный в природной среде, при техногенезе уменьшается с ухудшением качества лесорастительных условий.

Теоретическая и практическая значимость работы заключается в получении новых знаний об экологических факторах (климат, топографические и другие лесорастительные условия), влияющих на закономерности роста и формирования подроста и молодняка - величину и динамику линейного и/или радиального прироста растений онтогенетических групп, а также об особенностях формирования физико-механических свойств древесины вида при техногенезе. Полученные данные могут быть использованы как научное обоснование использования сосны обыкновенной для естественной рекультивации техногенно загрязненных земель предприятий, разрабатывающих месторождения медно-колчеданных руд. Результаты могут быть использованы

для моделирования и прогноза динамики леса на землях промышленного назначения, как научной основы для создания защитных лесных насаждений при техногенезе, разработки проектов лесной мелиорации промышленных отвалов горнодобывающих предприятий, нормативных документов учета лесов и проведения лесохозяйственных работ. Результаты диссертации применяются в Башкирском государственном аграрном университете при подготовке бакалавров по направлению 35.03.01 «Лесное дело». Они могут быть использованы в аналогичных целях в других высших учебных заведениях по программам бакалавриата и магистратуры по направлениям «Лесное дело» и «Биология».

Методология и методы исследования. Методологической основой работы послужили труды ученых-лесоводов, их экспериментальные разработки и теоретические обобщения результатов изучения древесных растений при техногенезе, в первую очередь на Среднем и Южном Урале. При определении цели и задач исследования, выборе методов и объектов, проведении работ и анализе результатов применены общенаучный системный подход и классические пути научного познания, а также подходы и концепции лесоведения - в том числе о структурно-функциональном единстве лесного насаждения, о преадаптации древесных растений к стрессу от промышленного загрязнения. Конкретные методы исследований выбраны в соответствии с поставленными задачами.

Положения, выносимые на защиту:

1) закономерности развития леса на участках техногенно загрязненных земель Учалинского горно-обогатительного комбината, зарастающих древесной растительностью;

2) динамика прироста подроста и молодняка в пространстве в техногенных и природных условиях, его связь с разнообразием лесорастительных условий при техногенезе;

3) климатические сигналы в линейном и/или радиальном приросте молодняка и деревьев в природных и техногенных условиях.

4) формирование физико-механических свойств древесины молодняка при техногенезе в местообитаниях с разными лесорастительными условиями;

Степень достоверности и апробация результатов работы. Достоверность результатов доказывается применением апробированных методов лесоведения для изучения радиального и линейного приростов хвойных древесных растений, использованием большого числа пробных площадей, применением разнообразных полевых, экспериментальных и статистических методов, разнообразных компьютерных программ. Полученные данные качественно совпадают с результатами аналогичных исследований по сосне обыкновенной в других регионах, воспроизводимостью полученных результатов. Исследования проводились согласно планам НИР по бюджетным темам «Онтогенетические аспекты адаптации лесообразующих древесных пород при естественном возобновлении в условиях Южно-уральского региона» (№ государственной регистрации 01200903471, 2013-2017 гг.) и «Адаптация древесных растений и трансформация лесных экосистем Южно-Уральского региона в контрастных природных и антропогенных условиях» (AAAA-A18-118022190103-01, 20182022). Часть результатов получена в рамках гранта Президента Российской Федерации на государственную поддержку молодых российских ученых МК-3699.2022.5 (2022-2023 г.), Государственного задания Минсельхоза России по проекту № АААА-А18-118011190153-9 (2022 г). Отдельные работы финансировалась грантом Российского научного фонда 19-16-00084 (2019-2021 гг.). Основные положения диссертационной работы апробированы, кроме указанных проектов, на международной научной конференции «Промышленная ботаника: состояние и перспективы развития» (Донецк, 2017), II международной конференции «Пространственно-временная динамика биоты и экосистем Арало-Каспийского бассейна» (Оренбург, 2017), международной школе-конференции «Лесная наука, молодежь, будущее» (Гомель, 2021), VII Всероссийской конференции ЭкоБиоТех 2021 (Уфа, 2021 г.), научной конференции, посвященной 50-летнему юбилею лаборатории популяционной генетики ИОГен РАН и 85-летию со дня рождения академика Ю.П. Алтухова (Москва, 2022),

научно-практической конференции «Оптимизация лесопользования» с международным участием, посвященной 70-летию Почетного работника высшего образования, Заслуженного лесовода России Залесова Сергея Вениаминовича (Екатеринбург, 2023 г.)., международной конференции «Лесные экосистемы в условиях изменения климата: биологическая продуктивность и дистанционный мониторинг» (Йошкар-Ола Ола, 2023), XVI научно-практической конференции «Наука молодых - инновационному развитию АПК» (Уфа, 2023 г.).

Личный вклад автора. Постановка цели и задач исследования, выбор методов и объектов, проведение полевых, камеральных и полевых работ, статистическая обработка данных полевых и экспериментальных исследований, их интерпретация, систематизация и обобщение, апробация результатов и сделанных заключений и выводов, а также написание диссертационной работы выполнены ее автором лично. Подготовка публикаций осуществлена самостоятельно или, в совместных статьях, при активном участии автора диссертации.

Публикации. По теме диссертации опубликованы 16 научных работ, учитываемых РИНЦ, в том числе 1 статья в журнале из Перечня рецензируемых научных изданий ВАК при Минобрнауки России и 2 статьи в зарубежных журналах, приравненных к ним.

Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, 3 глав, заключений и рекомендаций, списка использованной литературы (164 источников, в том числе 82 на иностранных языках). Диссертация изложена на 194 с. машинописного текста, включает 27 таблиц и 71 рисунок.

Выражается признательность проф. Ю.А. Янбаеву и доц. Э.И. Галееву из Башкирского ГАУ за содействие в проведении полевых и лабораторных работ, доц. Уфимского университета науки и технологий А.А. Тагировой за сотрудничество при проведении анализа генотипической изменчивости.

ГЛАВА 1. НАУЧНЫЕ ОСНОВЫ ЛЕСНОЙ МЕЛИОРАЦИИ ТЕХНОГЕННО НАРУШЕННЫХ ЗЕМЕЛЬ (обзор литературы)

1.1. Проблемы и перспективы лесной рекультивации техногенно нарушенных

земель

В последние два столетия процесс естественной эволюции, в результате которой сформировалось современное разнообразие растительности, был существенно подавлен другим процессом - антропогенной эволюцией [Миркин, Наумова, 2012]. Промышленное загрязнение окружающей среды к настоящему времени достигло угрожающих масштабов. В условиях антропогенного преобразования биосферы, в связи с извлечением из недр и рассеиванием в окружающей среде разнообразных химических элементов [Rossiter, 2007] формируются обширные техногенные ландшафты [Morel et al., 2015]. По классификации Международного комитета по классификации антропогенных почв ICOMANTH [Galbraith, 2012] артефакты на них включают отходы жизнедеятельности человека, промышленные отходы, рудничные отходы, дноуглубительные отложения, выемки коренных пород, нефтепродукты и т.д. Эти материалы занимают все больше поверхности Земли [Hayes et al., 2014]. Они чрезвычайно разнообразны по свойствам [Morel et al., 2005], токсичнее природных материалов и трудно поддаются природным механизмам разложения. Наиболее явным примером таких образований служат отходы горнодобывающих предприятий [Андроханов В.А. и др., 2004]. Следствием техногенеза является резкое изменение природной среды в результате действия комплекса факторов, различных по физико-химическим характеристикам и биологической значимости. Техногенная трансформация приводит к появлению в природной среде новых специфических факторов или необычных по своему сочетанию и характеру воздействия ранее не существовавших промышленных поллютантов [Асютин, 1981]. К ним относятся тяжелые металлы, представляющие широкую группу загрязняющих веществ. В качестве критериев принадлежности к ним

используются многочисленные характеристики: атомная масса, плотность, токсичность, распространенность в природной среде, степень вовлеченности в природные и техногенные циклы. К особо распространенным и экологически опасным тяжелым металлам относят Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Mo, Cd, Hg, Pb и др. [Зайцева, 2006]. Например, вместе с минеральными маслами они являются источником загрязнения 60 % почв стран Европейского Союза [Panagos et al., 2013]. Основная часть их источников в условиях России представлена горнодобывающими предприятиями [Щелканов и др., 2012]. Тяжелые металлы обладают широким спектром их действия на организм человека. Они влияют практически на все системы организма, оказывая токсическое, аллергическое, канцерогенное и другие действия [Теплая, 2013]. Они представляют значительный риск для здоровья человека по пути "почва-растения-человек" [Liu et al., 2011). Это указывает на необходимость проведения мониторинга содержания этих поллютантов в воздухе, воде и, особенно, в почве. Корреляция между накоплением металлов в тканях и почвенных факторах зависят от параметров почвы [Pulford et al., 2001]. Для них почва является емким акцептором, занимающим место в круговороте химических загрязнителей в биосфере. Почва находится в постоянном взаимодействии с другими природными системами - атмосферой, гидросферой, растительным миром, и является важным источником поступления загрязняющих веществ в организм человека. Поступившие в почву тяжелых металлов в процессе активного их извлечения корневой системой могут быстро накапливаться в растениях [Теплая, 2013]. В то же время они крайне медленно удаляются из нее. Поэтому актуальной проблемой является разработка мер рекультивации техногенно загрязненных территорий. В конечном счете, целью этой работы является нейтрализация тяжелых металлов из почв, к которым на техногенных ландшафтах относят также почвогрунты на различных поверхностных образованиях [Радостева, 2011], частично функционирующих как обычные почвы: они служат местом обитания живых организмов, прежде всего растений, депонирующей средой органического

вещества и различных загрязнителей, участвуют в биологическом круговороте, выполняя ряд почвенных функций.

Актуальная задача минимизации негативного влияния антропогенной деятельности на окружающую среду, на что в конечном счете нацелена диссертационная работа, согласно ГОСТ Р 14.13-2007 (здесь и далее нормативные документы взяты на сайте Информационной сет «Техэксперт» по адресу http://dcs.cntd.ru/) должна быть решена за счет сокращения или полное прекращения негативных воздействий на окружающую среду объектов хозяйственной деятельности, в том числе за счет использования доступных технологий и технических методов. Согласно ГОСТ Р 59057-2020, нарушенные земли всех категорий подлежат рекультивации. Порядок ее проведения определен Постановлением Правительства Российской Федерации от 10 июля 2018 года N 800. В данном нормативном документе использованы понятия: «деградация земель» - ухудшение качества земель в результате негативного воздействия антропогенной деятельности, «нарушенные земли» - земли, деградация которых привела к невозможности использования, «рекультивация земель» - меры по предотвращению деградации земель и (или) восстановлению их плодородия, в том числе путем устранения последствий загрязнения почвы, восстановления плодородного слоя почвы и создания защитных лесных насаждений. Установлено, что рекультивация земель осуществляются в соответствии с утвержденными проектом путем проведения таких технических и биологических мероприятий, как планировка, формирование откосов, нанесение плодородного слоя почвы, устройство гидротехнических и мелиоративных сооружений, захоронение токсичных вскрышных пород, возведение ограждений, проведение агротехнических и фитомелиоративных мероприятий (направленных на улучшение агрофизических, агрохимических, биохимических и других свойств почвы), осуществление искусственного или комбинированного лесовосстановления или лесоразведения с применением саженцев с закрытой корневой системой. Перед этим должны быть проведены полевые и лабораторные исследования (определение физических, химических и

биологических показателей состояния почв, результатов инженерно-геологических изысканий). Согласно ГОСТ Р 59057-2020, при рекультивации отвалов и карьерных выемок должны быть в том числе выполнены такие следующие требования, как организация концентрированного стока ливневых и технических вод путем устройства специальных гидротехнических сооружений, очистка или безвредное удаление дренированной из отвалов воды, содержащей токсичные вещества, обеспечение регулирования водного режима в рекультивационном слое из пород, обладающих неблагоприятными водно-физическими свойствами, создание экрана из капилляропрерывающих или нейтрализующих материалов (песок, камень, гравий, пленка и т.п.) при наличии в основании рекультивационного слоя токсичных пород и др. Если отметки внутренних отвалов окажутся ниже ожидаемого уровня грунтовых вод, заболачивание рекультивируемой поверхности должно быть исключено. Результатом всех перечисленных работ должно стать обеспечение соответствия качества земель нормативам качества окружающей среды и требованиям законодательства Российской Федерации в области обеспечения санитарно-эпидемиологического благополучия населения. Оно может быть достигнуто после полного завершения технического этапа работ за счет последующей биологической рекультивацией нарушенных земель. Согласно ГОСТ Р 590572020, при будущем лесохозяйственном использовании техногенных территорий, должны быть обеспечены стадия мелиоративной подготовки, комплекс агротехнических, биологических и фитомелиоративных мероприятий по восстановлению утраченного качественного состояния земель (в т.ч. плодородия), условия для восстановления экологических функций почв и биологической продуктивности. Необходимо восстановить хозяйственную и экологическую ценность нарушенных земель, их озеленение, возвращение в сельскохозяйственное, лесное или иное пользование, создание благоприятного для жизни и деятельности человека ландшафта. Для этого необходим комплекс агротехнических и фитомелиоративных мероприятий (внесение органических и минеральных удобрений, посев и посадка растений, уход за ними и т.д.), должны

быть улучшены агрофизические, агрохимических, биохимических и других свойств почвы и создание условий для восстановления видового разнообразия флоры и фауны. Эти работы должны проводиться с учетом местного климата и особенностей растительности прилегающей территории и естественных ландшафтов (реставрационно-ландшафтная рекультивация), последующего хозяйственного использования территорий. Для очищения загрязненных экосистем разработаны различные инженерные и биологические технологии [McGrath et al., 2006].

Достижение экологического равновесия и снижения негативного воздействия техногенеза на естественную окружающую среду возможно при использовании растений для биологической рекультивации - фиторемедиации. Под этим понятием понимается процесс, который использует растения для облегчения, переноса, стабилизации или деградации загрязняющих веществ из почвы, донных отложений, поверхностных вод и подземных вод [Campbell, 2006]. Эта концепция была за рубежом впервые предложена, а затем разработана на основе изучения способности видов растений нейтрализовать загрязняющие вещества из компонентов окружающей среды [Chaney et al., 1997]. Они могут выполнять роли в транспортировки, стабилизации и расщепление (ризофильтрацию, фитостабилизацию, фитоволяризацию, фитодеградацию и фитотрансформацию) загрязняющих веществ из грунтов, почвы, донных отложений и воды [Pulford, Watson, 2002]. К настоящему времени исследован фиторемедиационный потенциал более 400 видов, в первую очередь принадлежащих семействам Астровые (подсолнечник), Злаковые (кукуруза), Капустные и Молочайные [Fayaz et al., 2022]. Поиск в базе данных pubmed.gov, учитывающий публикации в ведущих научных журналах мира, по ключевому слову «phytoremediation» показал нам «лавинообразный» рост статей в этой области - с единичных в 60-х годов прошлого столетия до многих тысяч в год с начала нынешнего века.

Для рекультивации техногенных земель согласно ГОСТ 59057-2020 могут быть созданы лесонасаждения с целью увеличения лесного фонда, оздоровления

окружающей среды или защиты земель от эрозии с учетом требований Лесного кодекса Российской Федерации. При формировании внешних и внутренних отвалов выше уровня земной поверхности в рамках выполнения технических и биологических этапов работ следует высаживать быстрорастущую древесную и другую растительность - в первую очередь из состава флоры местной природно-климатической зоны. При рекультивации земель может быть предусмотрено создание насаждений различного назначения, для чего нужны подбор древесных и кустарниковых растений в соответствии с классификацией горных пород, с учетом степени химического и физического выветривания поверхностного слоя отвалов шахтных пород, характером гидрогеологического режима и других экологических факторов, а также организация противопожарных мероприятий. Виды древесных растений не относятся к гипераккумулторам экотоксикантов [Bedair et al., 2022]. Однако они имеют такие безусловные преимущества в эффективном обеззараживании техногенно загрязненных территорий этом, как быстрота роста, большая биомасса надземной и подземной частей, устойчивость к токсичным элементам и веществам, способность аккумулировать их на длительное время из-за длительности жизненного цикла и т.д. Последнее преимущество отсутствует у травянистых фиторемедиантов, их утилизация каждый год или через несколько лет вместе с накопленными поллютантами превращается в дорогостоящую меру и экологически небезопасно [Concei?ao et al., 2020]. Адаптивный потенциал древесных растений, определяемый большими размерами геномов (что обеспечивает огромную генетическую изменчивость и широту биохимических и физиологических реакций), а также симбиозом с грибами позволяют им успешно выживать в экстремальной техногенной среде [Dickinson et al., 1992]. Как правило, для их роста внесение удобрений не является обязательным. Большинство древесных растений показывают сравнительно большую устойчивость к содержанию с грунтах или почвах тяжелых металлов -особо опасных экотоксикантов, встречающихся на многих (особенно в образованных горной промышленностью) техногенных землях [Punshon et al., 1995]. В отличие от травянистых растений, древесину, даже содержащую

токсичные элементы, возможно использовать в ее традиционном назначении. Ежегодный обильный листопад приводит к быстрому увеличению органического вещества и, соответственно, почвообразовательному процессу [Pulford, Watson, 2003]. Несмотря на указанные преимущества древесных растений в фиторемедиации техногенно загрязненных земель, биологический этап рекультивационных работ остается крайне затратным, особенно учитывая масштабы и рост площадей нарушенных земель.

В отличие от зарубежных исследователей, активно занявшихся изучением проблем рекультивации техногенных земель лишь в начале 2000-х годов, эта научная проблема интересовала советских, а потом российских ученых за много десятилетий до этого периода. К сожалению, они мало представлены в иностранных базах научной литературы. В условиях России древесные растения традиционно рассматривались одним из главных объектов для нейтрализации промышленных поллютантов [Гетко, 1989] при естественном зарастании техногенных земель из-за необходимости инвестирования больших средств для искусственной рекультивации (ее дороговизны). По этой причине для лесной зоны рекомендовалось оставлять под естественное лесозарастание относительно большие площади [Лукьянец, 1979; Чибрик, 2003]. Возможности древесных растений в этом впечатляющи. Например, на Урале активная лесная рекультивация была осуществлена на 4 тыс. га, а 7 тыс. га исследованной территории была занята молодняками без вмешательства человека [Лукьянец, 1979]. В экстремальных лесорастительных условиях техногенно загрязненных земель древесные растения могут показывать поразительные образцы успешной реализации своего потенциала для зарастания промышленных отвалов - см. результаты, полученные при изучении облесения отвалов Коркинского угольного разреза в Челябинской области [Чибрик и др., 1982]. При создании санитарно-защитных насаждений целесообразнее опираться на использование аборигенных видов древесных растений и создание многокомпонентных лесных насаждений. Самыми популярными при этом на Южном Урале и сопредельных территориях являются береза бородавчатая (Betula pendula Roth.), лиственница

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Бахтина Светлана Юрьевна, 2024 год

- -

9 10 11 12 1 2

* Шз ™ 2Мз --ЗМз

Месяцы 4Мз

Рисунок 3.5.1 - Динамика коэффициента корреляции Спирмена Я между линейным приростом молодняка сосны обыкновенной в природных условиях и осадками с сентября предыдущего по август текущего года.

8

1Мз 2Мз 3Мз 4Мз

9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7

Месяцы

Рисунок 3.5.2 - Динамика коэффициента корреляции Спирмена Я между линейным приростом молодняка сосны обыкновенной в природных условиях и температурой с сентября предыдущего по август текущего года.

первом из них видно, что динамика коэффициента Спирмена относительно синхронна для выборок пробных площадей 1Мз - 3М2, а «дисбаланс» вносит корреляции прироста растений местообитания 4М3 и, в меньшей степени, 3Мз.

Пробная площадь 4М3 отличается от групп тем, что сомкнувшийся молодняк здесь образовался на грунтах нижнего склона отвалов, содержащих сравнительно мало органического вещества, формирующемся между обломками горных пород разного размера на продуктах выветривания и лесном опаде. Доказательством влияния этого на прирост является 1,7-разовое отставание показателя , по сравнению с выборкой пробной площади 1Мз. В таких условиях, как показано в классическом труде [Колесников, Пикалова, 1974], микроклимат обладает крайней гетерогенностью. В зимней период на благодаря сильной неоднородности мезо- и микрорельефа толщина снежного покрова сильно варьируется особенно в районах с малым количеством зимних осадков (таких, как исследованный нами Учалинский район). Здесь снегов ложится позже и сходит раньше, чем на выровненных элементах рельефа. Дождевая вода в такой среде распределяются и накапливается крайне неравномерно, приводя к большим колебаниям в пространстве влажности верхних слоев грунтов и лесной подстилки. Все это может обусловить выявленную нами асинхронную реакцию молодняка на осадки в разных точках микрорельефа, при том, что этот климатический фактор сильно варьируются по месяцам и годам (см. раздел 3.1.). Температуры же, динамика которых в исследованный период 2009-2013 гг. не выражена, позволили выявить намного больший и сравнительно синхронный климатический сигнал в линейном приросте сомкнутого молодняка сосны обыкновенной. Совершенно иная картина обнаружена у несомнутых растений, редко произрастающих на открытых склонах отвалов. У растений всех трех местообитаний корреляция с количеством осадков и месячными температурами практически отсутствует. Этим несомкнутые растения техногенных и природных местообитаний отличаются контрастно. Для доказательства этого ниже нами приведен рисунок 3.5.3. В ней показано, что молодняк сосны обыкновенной на заброшенных пашнях (группа А1) и на неиспользуемых пастбищных и

0,8

0)

| 0,6

с

О

0,4

к с;

0)

£ 0,2 о.

0 ^

I-

ф 0,0 ^

1 -0,2

о о

-0,4

9 10 11 12 1 2 3 4 5 Месяцы

6 7 8

■ Группа А1 ■■■ Группа А2 - Группа В

Рисунок 3.5.3 - Динамика коэффициента корреляции Спирмена Я между линейным приростом молодняка сосны обыкновенной в природных условиях и количеством осадков с сентября предыдущего по август текущего года.

сенокосных условиях (А2) сильно варьируется по месяцам и большей частью сильно высоко коррелирован с динамикой месячных осадков. Значения коэффициента Спирмена у несомкнутого молодняка техногенный зоны УГОК статистически незначимо флуктуируют вблизи нуля. Такая же картина наблюдается и при анализе корреляции годичного линейного прироста 2009-2013 гг. и месячных температур (в диссертационной работе не приведена). И снова, причиной таких различий двух типов лесорастительных условий (природных и техногенных) может быть крайняя бедность органического вещества в местообитаниях 5Мз - 7Мз. Доказательством является крайне малая величина среднего годичного линейного прироста (варьируется от 8,7 до 14,7 см - см. таблицу 3.5.1) и примерно вдвое больший коэффициент вариации растений по этому признаку (52,0 % против 22,8 % в выборках сомкнутого молодняка). Таким образом, климатический сигнал в годичном линейном приросте молодняка из природных местообитаний отличается от такового в техногенных условиях. Во-первых, в техногенных условиях меньше число месяцев изученного периода 2009-2013 гг., когда температура и количество осадков оказывают существенное

влияние на ежегодный линейный прирост (сомкнутый молодняк) или же динамика этих климатических факторов не являются заметными в росте растений (несомкнутый подрост). Во-вторых, температура на техногенно измененных ландшафтах проявляет себя как более критический экологический фактор, определяющий величину годичного линейного прироста, чем в молодняках на ненарушенных землях. Здесь больше влияния на этот показатель количества осадков. Кроме большего числа месяцев с статистически достоверной корреляцией, это выражается в более высоких уровнях значимости коэффициента Спирмена.

В внутрипопуляционном разнообразии молодняков сосны обыкновенной в техногенных условиях в реакции на динамику климата в важные для вегетационного сезона месяцы, как показано выше, может сильно повлиять выраженная гетерогенность почвенно-грунтовых условий. Для дополнительной проверки этого сценария нами проведено сравнение линейного прироста (по числу мутовок подобраны одновозрастные экземпляры) 10-детнего подроста сосны обыкновенной. Они были расположены вдоль условной трансекты длиной

I,2 км на выровненном элементе рельефа параллельно северо-восточному склону отвалов. Растения расположены в местообитаниях УГОК, отличающихся по сохранности почвенного покрова - не нарушенного (участки 1Пз, 3Пз), частично нарушенного (5Пз) и практически лишенного почвы (2Пз, 4Пз). В среднем за изученные 2016-2019 гг. значение линейного прироста составили 26,5±2,2 см (медиана статистически достоверно коррелировала со средним на уровне р<0,05). Показатель от растения к растению меняется существенно - от 4,5±0,2 до 58,1±7,1 см (рис. 3.5.4.). Прирост в диапазонах до 25 см, 15-30, 30-45 и более 45 см имеют 24, 11, 9 и 15 измеренных растений, соответственно. На участках с ненарушенной почвой для подроста характерны сравнительно высокие значения годичного прироста в высоту - в выборках пробных площадок 1Пз и 3Пз он составил 47,0±1,7 (изменения в пределах 37,0-57,4 см, коэффициент вариации

II,5 %) и 47,3±1,8 см (38,1-58,1 см, 12,0 %), соответственно. В выборке 5Пз, где величина этого показателя ниже - 28,5±1,5 см (22,1-35,4 см, 18,1 %), густота

90 80

г

и

Ь 70

0 о.

5 60 .

С

1 50

л г >5

® 40

5

е;

>5

| 20 .

О

10

30

1Пз 2Пз 3Пз 4Пз

Выборки подроста

5Пз

. Среднее I ДИ

Рис. 3.5.4 - Годичный линейный прирост подроста на пробных площадках сосны обыкновенной в высоту в условиях промышленного загрязнения в 20162019 гг. ДИ - границы 95 %-ного доверительного интервала.

0

подроста и, соответственно, конкуренция растений за доступ к свету меньше. У подроста групп 2Пз и 4Пз. самый низкий годичный прирост в высоту - 10,2±0,8 см (4,6-17,8 см, 35,4 %) и 12,3±1,7 см (5,0-21,7 см, 40,2 %), соответственно. Он произрастает в местообитаниях, где почвенный слой сильно нарушен, а местами горная порода практически оголена. Средний прирост выборок большинства пар подроста отличается статистически достоверно на высоком уровне значимости (р<0,001), кроме пар 1Пз-3Пз и 2Пз-4Пз.

С формальной точки зрения методическим ограничением описанных выше результатов по сравнению прироста в природных и техногенных условиях в 20092013 гг., несмотря на относительно большое число сравниваемых выборок, может быть сравнительно небольшой (5 летний) период изучения динамики линейного прироста молодняка сосны обыкновенной в природных и техногенных условиях. Для верификации полученных нами данных и сделанных заключений нами эта работа проведена детальнее на примере 16 модельных растений пробных площадей 1Мз-4Мз в землях УГОК. При этом сделан анализ влияния на линейный прирост динамика климатических показателей более длительного

периода (2004-2019 гг.). Проведены измерения не только линейного, но и радиального, прироста срубленных деревьев. Анализ связи полученных данных с различиями местообитаний по уровню промышленного загрязнения проведен с учетом данных, ранее полученных в лаборатории лесоведения Уфимского института биологии УФИЦ РАН [Радостева, 2011] по концентрации тяжелых металлов в почвах.

Ход роста всех модельных деревьев молодняка сосны обыкновенной в высоту хорошо соответствовал динамике, детально описанной в лесоводственной литературе. Период экспоненциального роста до 13-14 лет (выборки пробных площадей 1Мз - 3 Мз) или до 19 лет (1Мз) затем сменился стабилизацией с прекращением возрастающего бурного роста растений. При этом динамика прироста выборок по годам, как показало по выравниванию по первому году, хорошо синхронизирована. Это заключение справедливо в той или иной степени и при анализе отдельных модельных растений. Статистически значимыми на уровне р<0,001 были корреляции приростов пар выборок 1Мз/2Мз (Я=0,92), 1Мз/3Мз (Я=0,89)и 2Мз/3Мз (Я=0,91). Даже корреляции пар с участием молодняка группы 4Мз были достоверными (2Мз/4Мз, р<0,01) или положительными (3Мз/4Мз, Я=0,34; 1Мз/4Мз, Я=0,27). Эта закономерность подтверждается не только по средним величинам, но также по изменчивости годичного прироста всех модельных деревьев при их совместном анализе (рисунок 3.5.5.). Таким образом, опасение влияния на сделанные заключения сравнения растений, по-разному проходящих этапы возрастной динамики линейного и радиального прироста, не является обоснованным. В целом, все модельные деревья сходным образом проходят возрастные изменения годичного прироста в толщину, как и спелые деревьев в техногенной зоне УГОК, появившихся и прошедших этап молодняка до начала активной деятельности комбината (см. ниже).

При анализе линейного и радиального прироста 2004-2019 гг. полностью подтвердились результаты, полученные при изучении первого из параметров в 2009-2013 гг. (таблица 3.5.1). Средние значения и медианы линейного и

3

X

>х

О) X

X ^

>х 3

X

т

X

ч: о

110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0

1 4 7 10 13 16 19 22 25 Годы линейного прироста

Рисунок 3.5.5 - Изменчивость линейного прироста модельных деревьев сосны

▲ Медиана □ 25%-75%

X Размах без выбросов

обыкновенной в первые 25 лет жизни.

радиальном прироста модельных деревьев уменьшаются в направлении от наиболее удаленной от промышленных отвалов пробной площади 1Мз к участку 2Мз, находящейся на расстоянии около 100 м от них. На пробной площади 3Мз, расположенной у самого подножья отвалов, куда поступают кислые подотвальные воды с высоким содержанием тяжелых металлов (Абакумов и др., 2015), эти показатели снижаются еще больше, особенно годичный линейный прирост в высоту. И, наконец, минимальный прирост растений в обоих направлениях отмечается на пробной площади 4Мз, которые заселили лишенный почвы крутой склон отвалов, сложенный из «пустых» вскрышных горных пород, заполненный между обломками продуктами выветривания и органическим веществом - опадом разлагающихся листьев, остатками травянистой растительности и др. Средний годичный прирост в высоту на пробных площадях 2Мз, 3Мз и 4Мз составил 89,6, 68,1 и 54,8 %%, соответственно, от показателя на пробной площади 1Мз. Радиальный прирост уменьшается примерно такими же темпами - 87,5, 84,4 и 50,0 %%, соответственно. Различия выборок по критерию X2 значимы для первого из этих признаков на уровне р<0,01 (пара пробных

площадей 2Мз/3Мз) и р < 0,01 (1Мз/3Мз, 1Мз/4Мз , 2Мз/3Мз и 3Мз/4Мз), для второго показателя - на уровнях р<0,05 (1Мз/2Мз), р<0,01 (1Мз/3Мз) и р<0,001

(1Мз/4Мз, 2Мз/4Мз и 3Мз/4Мз). Как результат сходства этих двух трендов, корреляция обоих этих показателей (рисунок 3.5.6.) статистически достоверна на уровне (р<0,05). Тем не менее, по корреляции линейного и радиального прироста снова выявляются различия сомкнутого молодняка из разных экологических условий - даже при рассмотрении модельных деревьев отдельных деревьев. Коэффициенты Спирмена были статистически достоверными у половины растений в выборках пробных площадей 1Мз (в среднем Я=0,49) и 2Мз (Я=0,47), не достигали порогового 5%-ного уровня значимости, но были близкими к нему в 3Мз (Я=0,29). На четвертом участке значения корреляции были меньше, в том числе отрицательные. Недостоверность корреляции линейного и радиального -приростов возникает в тех случаях, когда, несмотря на сравнительно высокие значения первого показателя того или иного модельного дерева и года, второй параметр пропорционально в некоторых случаях не увеличивался. При удалении таких «выбросов» из вариационных рядов коэффициент корреляции Спирмена 110

2

о

ь

о

0 а

а с

>5

1 >5 Ф I

•

• • ф • •

• • • 4 и____

• • .. • . ...» •• •

.Л-"« И?' • • • • • •

• •• •

• •

- • •

100 90 80 70 60 50 40 30 20 10

0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 Радиальный прирост, мм

Рисунок 3.5.6 - Корреляция между линейным и радиальным приростом 20042019 гг. молодняка и подроста сосны обыкновенной в техногенных условиях.

увеличивался, в том числе до статистически достоверного уровня. На пробной площади 4Мз линейное увеличение радиального прироста с возрастом и переход на этап «плато» происходило гораздо раньше (рисунок 3.5.7). Но увеличение темпа радиального прироста продолжалось намного дольше (рисунок 3.5.8) и не отношении средних величин, но и каждого модельного дерева. Это утверждение доказывается на диаграммах размаха (рисунки 3.5.9 и 3.5.10).

Анализ корреляции с климатическими показателями 2004-2019 гг. (таблица 3.5.4) так же приводит доказательства сохранения роли количества и режима осадков и температуры воздуха в приросте в техногенных условиях. Однако статистическая значимость коэффициента Спирмена обнаружена на более низких уровнях значимости и на меньшем числе достоверных случаев. Особенно заметным является снижение статистически значимых корреляций при совместном анализе линейного прироста модельных деревьев и динамики температур по месяцам - обнаружена отрицательная связь лишь для сентябрьских температур. Причиной может быть то, что к 2019 г. деревья на пробных площадях уже сомкнулись и приблизились к стадии жердняка. На этом этапе средостабилизирующая роль леса должна была усиливается, по сравнению с подростом I класса возраста в 2009-2013 гг., и чувствительность растений к

0 2005 2007 2009 2011 2013 2015 2017 2019 .......2МЗ

— 3Мз

Годы прироста — 4Мз

Рисунок 3.5.7 - Динамика линейного прироста молодняка сосны обыкновенной

в условиях промышленного загрязнения.

4,5 4,0

2 2

н- З,5

и

о

^ 3,0 £1

Л 2,5 л

За 2,0

с

га

§ 1,5

л

о.

1,0

0,5

* Л \ /.

и \ \ У

;"/ \ '*/ * / '

4 У ' /

' \ /

/ V

\ \ •'/

0

2005 2007 2009 2011 2013 2015 2017 2019 Годы прироста

Рисунок 3.5.8 - Динамика радиального прироста молодняка сосны

..... 1Мз

-- 2Мз — 3Мз - 4Мз

обыкновенной в условиях промышленного загрязнения.

экстремальным климатическим явлениям должна снижаться [Залесов, 2020]. Кроме того, теснота связи прироста с метеорологическими данными может определяться возрастом [Баранник, 1988], по сравнению с возрастом подроста. Осадки сентября года, предшествующего вегетационному сезону, стали существенным экологическим фактором с отрицательным влиянием уже на переходе к возрастному этапу жердняка (р<0,05). Возможно, в этом опосредованное влияние динамики количества осадков сыграло свою роль. После 2009-2013 гг., в которых в вегетационный сезон наблюдались аномально обильные дожди, количество осадков этого месяца в последующие 6 лет линейно снижалось с трендом 168,6-113,3-41,4-42,9-18,1-28,4 мм. Температура в эти годы варьировалась не столь существенно, но в услугах дефицита накопления влаги перед годом прироста любое повышение температуры может оказаться критическим. Нами обнаружено, что при отсутствии или отрицательной корреляции линейного прироста, его снижение компенсируется увеличением в тот же месяц прироста в толщину. Имеется также тенденция, согласно которой статистически достоверные корреляции чаще встречаются при анализе зависимости радиального прироста от климатических факторов, по сравнению с ростом в линейном направлении (таблица 3.5.4).

110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0

1Мз 1Мз 3Мз 4Мз Группы модельных деревьев

° Медиана □ 25%-75%

X Размах без выбросов

Рисунок 3.5.9 - Динамика в пространстве медиан и диаграмма размаха линейного прироста сомкнутого молодняка сосны обыкновенной в техногенных

условиях.

5,5 5,0 4,5 4,0

8. 3,5 | 3,0 '1 2,5

I 2,0

I 1,5 1,0

0,5

0,0

1Мз 2Мз 3Мз 4Мз Группы модельных деревьев

□ Медиана

□ 25%-75%

X Размах без выбросов

Рисунок 3.5.10 - Динамика в пространстве медиан и диаграмма размаха линейного прироста сомкнутого молодняка сосны обыкновенной в техногенных

условиях.

Приведенный выше материал свидетельствует об уменьшении линейного и радиального прироста сомкнутого молодняка по мере приближения к источнику загрязнения - промышленным отвалам с их токсичными подотвальными водами и продуктами выветривания (Абакумов и др., 2015). В обобщенным виде оно

Таблица 3.5.4 - Статистическая оценка достоверности корреляции между ежегодным линейным приростом сосны обыкновенной в техногенных условиях и климатических условий 2004-2019 гг.

N Предыдущий год Текущий год

9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8

Корреляция линейного прироста и осадков

1 Мз 0,15 0,21 0,10 0,19 0,14 -0,39 -0,15 0,52 0,16 0,44 0,01

2 Мз -0,11 0,18 0,34 -0,16 -0,27 -0,25 0,37 0,14 0,39 0,34

3 Мз 0,18 0,13 0,23 0,41 0,14 -0,17 0,34 0,65

4 М3 -0,18 -0,43 0,16 0,26 -0,17 0,10 0,17 0,21

Корреляция линейного прироста и температур

1Мз -0,28 -0,43 -0,14 0,19 0,13 0,15 0,35 -0,38 -0,18 -0,26 0,13

2Мз -0,17 -0,10 -0,15 -0,13 0,32 -0,32 0,10

3Мз -0,53 -0,32 -0,07 0,37 0,12 0,29 0,44 0,19 -0,25 -0,13 -0,41 0,21

4Мз 0,16 0,28 -0,27 -0,23 0,40 -0,15 0,29 0,35

Корреляция радиального прироста и осадков

1Мз 0,40 -0,32 -0,29 -0,11 0,56 0,41 -0,28 0,05 0,25 0,13 0,76 0,06

2Мз 0,36 -0,11 -0,30 0,46 0,25 -0,30 0,29 0,65 0,17

3Мз 0,52 0,23 0,47 0,20 -0,46 0,36 -0,14 0,45

4Мз 0,58 -0,26 -0,25 0,37 0,27 -0,49 -0,32 0,25 -0,10 0,18 -0,43

Корреляция радиального прироста и температур

1Мз -0,30 -0,25 0,27 0,27 0,18 0,40 0,04 -0,37 -0,33 -0,58 0,12

2Мз -0,30 -0,13 -0,21 0,23 0,13 0,20 0,22 -0,39 -0,27 -0,39 0,20

3Мз -0,16 -0,25 -0,30 0,14 0,37 0,12 0,11 -0,48 -0,30 -0,23

4Мз 0,40 -0,15 -0,25 0,12 -0,43 -0,56

Примечания: N - номера выборок; 9-12 и 1-8 - месяцы предыдущего и текущего годов; зеленым, желтым и серым оттенками обозначены уровни значимости р<0,001, р<0,01 и р<0,05, соответственно; в таблице показаны лишь значения корреляции Я>0,1 и Я<0,1.

доказывается, помимо приведенных выше данных, при использовании многомерного кластерного метода (рисунки 3.5.11 и 3.5.12). Радиальный прирост меньше реагирует на уменьшение богатства почвы или почвогрунтов -сравнительно высоко дифференцирована от других лишь выборка пробной площади 1Мз, отобранная в местообитании с лучше сохранившимся почвенным слоем. Линейный прирост четко показывает существование двух отличающихся кластеров (2Мз/4Мз и 1Мз/2Мз), приуроченных к двум разным типам местообитаний, различающимся по почвенным условиям. Применение анализа главных компонент (данные не приведены) показывают аналогичные результаты. Ранее было показано, что у сосны обыкновенной при нехватке жизненных ресурсов (доступа к инсоляции) наблюдается адаптивная конкуренция линейного и радиального прироста за запас ассимилянтов [Кухта, Румянцев, 2010]. Таким образом, причиной существенного изменения прироста в зависимости от степени удаления выборок модельных деревьев от источника загрязнения (отвалов с их токсичными подотвальными водами и продуктами выветривания) может быть соответствующее изменение в пространстве благоприятности лесорастительных условий, связанных с уменьшением поллютантов в почве и атмосферном воздухе. Чаще концентрации загрязняющих веществ уменьшаются от источника загрязнения неравномерно - по экспоненте, вначале сильно и с расстоянием медленнее [Коротеева и др., 2015]. Но, вне зависимости от уменьшения/увеличения концентрации экотоксикантов по мере удаления от промышленных отвалов, в этих же направлениях в техногенной зоне УГОК улучшаются/ухудшаются почвенные условия. Это может привести к мнимому эффекту промышленных загрязнителей на рост растений или воздействию на прирост обоих экологических трендов.

Далее приведен анализ того, какая из этих причин (техногенное загрязнение, экстремальность лесорастительных условий, вызванная дефицитом органических веществ в почвах или почвогрунтах) внесли основной вклад в обнаруженную динамику в пространстве линейного и радиального прироста молодняка сосны обыкновенной? Число отечественных научных трудов в этой

4Мз-

3Мз-

2Мз-

1Мз-

110 120 130 140 150 160 170 180 190 Евклидово расстояние

Рисунок 3.5.11 - Кластеризация модельных деревьев сомкнутого молодняка сосны обыкновенной в условиях техногенного загрязнения по величине

линейного прироста.

4Мз-

3Мз- -

2Мз-

1Мз-

9,0 9,5 10,0 10,5 11,0 11,5 12,0 Евклидово расстояние

Рисунок 3.5.12 - Кластеризация модельных деревьев сомкнутого молодняка сосны обыкновенной в условиях техногенного загрязнения по величине

радиального прироста.

области огромно [Усольцев и др., 2012]. Источниками загрязнения изученных нами молодняков служат пылевые выбросы из-за выдувания ветром твердых частиц с поверхности отвалов вскрышных, пустых пород и некондиционных руд и хвостохранилищ и жидкие отходы [Абдрахманов и др., 2014]. Наиболее опасным для растений из-за скорости воздействия и токсичности является вторая группа - карьерные, шахтные и подотвальные воды, фильтрат хвостохранилищ.

Три из четырех изученных выборок молодняка (2Мз, 3Мз и 4Мз) расположены на подножии и на склонах отвалов в условиях, благоприятствующих максимальному поступлению химически загрязненных отвальных и подотвальных вод, а также пылевидных промышленных выбросов. Следовательно, можно было бы ожидать одинаково сильного снижения линейного и радиального прироста в этих экотопах. В научной литературе широко представлены результаты, подтверждающие обоснованность этого предположения. Сеянцы, выращенные на сильно загрязненной соединением магния почве комбината «Магнезит», имели меньший прирост по высоте и диаметру, а семена - пониженную всхожесть [Мохначев и др., 2017]. В угольных отвалах Кемеровской области прирост 10-15-летнего подроста сосны обыкновенной (7,9 см) был ниже, чем в удаленном на 4 км контрольном участке (10,9 см) [Колмогорова, 2016]. Прирост центрального побега подроста сосны обыкновенной среднего и крупного категорий был ниже на 46-80,9 % у ОАО «Уфалейникель», по сравнению с условным контролем [Бачурина, Шевелина, 2018]. Видимо, в этих случаях подтверждается правило, что угнетающее воздействие промышленного загрязнения на рост сосны обыкновенной зависит от концентрации поллютантов [Попов и др., 2015]. В лесных культурах сосны обыкновенной вблизи магнезитового комбината г. Сатка Челябинской области исследован [Завьялов и др., 2019] радиальный прирост 1994-2010 гг. двух групп деревьев, каждая из которых расположена на одном и том же расстоянии от комбината «Магнезит», но отличалась плодородием почв. Показано, что до увеличения промышленных выбросов до определенного уровня прирост был выше на плодородных почвах. В то же время после превышения выбросами порогового уровня разница показателей нивелировалась, что интерпретируется как превышение буферной способности почвы, которая важна для адаптации растений к экстремальным условиям.

Выборка пробной площади 1Мз, строго говоря, не является идеальным контролем для модельных деревьев, находящихся вблизи отвалов - источников загрязнения УГОК, так как расположена всего в 1,5 км от трех других

местообитаний. На примере 12 пробных площадей в сосняках в градиенте загрязнений от Карабашского медеплавильного комбината фитомасса в сосновых насаждениях начинает резко увеличивается по мере удаления от него на 4-5 км [Усольцев и др., 2012]. По сравнению с экологически более благополучными местообитаниями в этом районе, при приближении к этому источнику промышленного загрязнения радиальный прирост сосны обыкновенной снижается почти вдвое [Кучеров, Мулдашев, 2003]. С другой стороны, эти дистанции могут быть специфичными для каждого промышленного предприятия, в зависимости от структуры его загрязняющих веществ. В г. Карабаш наиболее губительными для растений являются газообразные выбросы (сернистый ангидрид составлял до 91,3 % эмиссий) [Усольцев и др., 2012]. Загрязнение от деятельности УГОК (в 2021 г. 2,644 тыс. тонн) и завода «Николь-Пак» вблизи отвалов является большей частью в виде пылевых выбросов [Абдрахманов и др., 2014] и учитываемых по категории «недостаточно очищенных» сбросов вод. Например, в 2020 г. водоотведение в поверхностные водные объекты составили: УГОК - 1,03 млн м3, «Николь-Пак» - 0,53 млн м3. Из-за меньшей дальности пассивного распространения таких выбросов контрольное насаждение, видимо, может быть выбрано на меньшем расстоянии, чем от предприятий с преимущественно с газообразными выбросами [Усольцев и др., 2012]. Кроме того, в этом может помочь сравнительно большая устойчивость сосны обыкновенной, как вида, к промышленным поллютантам - деревья могут достигать возраста более 300 лет даже в пригородах крупных промышленных центров [Шевелина и др., 2014]. В условиях интенсивного техногенного загрязнения от Омского нефтеперерабатывающего завода у сосны обыкновенной выявлена большая устойчивость, по сравнению с лиственницей сибирской и елью сибирской [Донец, 2019]. Вид также обладает сравнительно высокой металлоустойчивостью. По данным лаборатории лесоведения Уфимского института биологии УФИЦ РАН [Радостева, 2011], различия территории УГОК и земель вне их оказались существенными по содержанию валовых (2,2 ПДК - в 4,5 раз выше, чем в условном контроле) и подвижных (1,4 ПДК) форм меди.

Содержание цинка в техногенных условиях превышало ПДК в 1,6 раз, хотя по подвижной форме таких различий не выявлено. По подвижным формам и Си различий техногенных и контрольных условий не обнаружено, а для Сё или превышения ПДК были небольшими (1,03 единиц и 1,2 ПДК по валовым и подвижным формам, соответственно). В то же время на самих отвалах количество токсикантов оказалось существенно выше. Например, предельно допустимые концентрации свинца оказались на отвалах превышали его количество в естественных насаждениях в 9,7 раз. Тем не менее, линейный и радиальный прирост сосны обыкновенной у подножия отвалов (выборки пробных площадей 2Мз и 3Мз) мало уступал аналогичным показателям в условном контроле (1Мз). Ожидание угнетающего воздействия экотоксикантов может оправдываться лишь в отношении молодняка 4Мз. Но в почвах местообитания, органах и тканях деревьев содержание тяжелых металлов близко к имеющемуся количеству в близлежащих выборках 2Мз и 3Мз, которые продемонстрировали сопоставимый для деревьев контрольного насаждения прирост. Аналогичный феномен снижения прироста сосны обыкновенной в одних пробных площадях и его повышения на других участках отвалов угольных разрезов Кузбасса [Шереметов, Уфимцев, 2012]. Авторы связали этот феномен с различиями выборок в возрасте и сомкнутости крон, но возможное его определение различиями местообитаний в экологических условиях (изучены разные шахты и разрезы) не рассматривали. Полученные нами данные об отсутствии связи приростов сосны и различий в содержании тяжелых металлов в местообитаниях в районе УГОК могут быть связаны еще с одним фактором -повышенным естественным фоном этих токсикантов во всем Учалинском районе [Тяжелые металлы..., 2009], вследствие чего к ним могла сформироваться локальная устойчивость вида.

О способности спелых насаждений сосны обыкновенной сохранять свои средообразующие функции в условиях промышленного загрязнения сообщалось ранее [Веселкин и др., 2015]. При рекультивации промышленных отвалов, несмотря на техногенное загрязнения, в них формируются

высокопроизводительные лесные культуры сосны обыкновенной, достигающие запасов в 334 м3/га [Юсупов и др., 1998]. О таком потенциале молодняка от естественного возобновления свидетельствуют наши данные для молодняка выборок 1Мз1, 2Мз и 3Мз, а также для подроста выборок 1Пз и 3Пз (рисунок 3.5.13).

Причиной резкого падения линейного прироста молодняка 4Мз, по сравнению с деревьями на 2Мз и 3Мз, может быть недостаток питательных веществ, а угнетающее действие промышленных поллютантов может носить менее значимое влияние. Эта выборка единственная из 4 представляет сомкнутый молодняк сосны обыкновенной, произрастающий на северо-восточном склоне отвалов между разнородных обломков горных пород разных размеров и форм на субстратах, крайне гетерогенных по мощности почвогрунтов, по водным, физическим и химическим составляющим лесорастительных условий из-за различий в происхождении пород, чередования с оползнями, трещинами и вымоинами. Химический состав некоторых образцов таких грунтов выявил содержание в них до 0,3-0,4 % цинка, 0,2-0,3 % меди, 20-35 % серы, 35 % железа [Гильмутдинова и др., 2017]. Рудные минералы и отходы в таких местообитаниях

Рисунок 3.5.13 - Высокий линейный прирост подроста сосны обыкновенной у подножья промышленных отвалов УГОК (выборка пробной площадки 3Пз).

в результате окисления приводят к переводу труднорастворимых веществ и соединений в хорошо растворимые формы, процесс сопровождается снижением рН воды и увеличением окислительно-восстановительного потенциала. Миграция в толще отвалов благоприятствует максимальному поступлению химически загрязненных отвальных и подотвальных вод, а также коллоидных растворов в ниже расположенные элементы рельефа, где происходит лесовозобновление. Рентгено-флуоресцентный анализ показал [Гильмутдинова и др., 2017], что воды в зоне разработки медно-серного месторождения содержат оксид А12О3 (1,74 %,), железо (до 25,15 %), оксиды марганца и магния (0,06 и 1,17 %), серу (14,29 %), медь (0,0234 %), цинк (0,0083 %), токсичные в указанных концентрациях (установлено после выпаривания в сухом остатке). В водосборнике УГОК содержание меди, цинка, железа, марганца и кадмия составило 32,5, 212, 62,2, 36,96 и 0,6 г/дм3, которое существенно превышает природный фон. Минерализация подотвальных вод доходит до 420,0 г/дм3, а рН снижается до 2,6 [Абдрахманов и др., 2014]. Но, видимо, лимитирующим фактором для роста молодняка сосны обыкновенной является недостаток органического вещества. Сосна обыкновенная заселяет здесь многочисленные ямы и трещины между обломками «пустых» вскрышных горных пород, заполненных продуктами выветривания и органическим веществом - опадом разлагающихся листьев, остатками травянистой растительности и др. Растения групп 2Мз и 3Мз, произрастающие в аналогичных условиях техногенного загрязнения, но в местообитаниях с наличием маломощной почвы, по величине радиального и линейного прироста мало уступают условному контролю (выборка пробной площади 1Мз). В работах лаборатории лесоведения Уфимского института биологии УФИЦ РАН данных [Радостева, 2011] дана подробная агрохимическая и химическая характеристика почвогрунтов и почв для исследованной нами техногенной зоны УГОК. Показано, что под сосновыми древостоями вне отвалов (в нашей работе эти местообитания представлены выборкой 2Мз) на глинистой подстилке мощностью до 18 см образован опад толщиной около 1,5 см. Обеспеченность подвижным фосфором (2,05 мг/100 г

почвогрунта), подвижного азота (0,6 мг) и калия (2,05 мг) слабая, содержание общего углерода в верхнем горизонте всего 1,0 %. Значения рН оказались в «кислом» диапазоне, они варьировались несущественно (4,4 - 4,3) и были сопоставимы (5,3-5,4) с контрольным древостоем (в нашей работе он представлен выборкой 1Мз) с их 43,2 мг. экв. В то же время в техногенных почвогрунтах сумма поглощенных оснований (7,6 мг. экв на 100 г) была многократно ниже, чем в почвах условного контроля. В местообитании 4Мз, тем не менее, формируется достаточно мощная лесная подстилка, которая важна для обеспечения жизнедеятельность грибов, мезофауны почв и микроорганизмов. разложения и минерализации органического вещества [Демаков и др., 2015]. В анализируемых условиях по указанным выше причинам создается крайне гетерогенный и частно контрастный микроклиматический режим [Колесников, Пикалова, 1974]. В зимний период из-за неоднородности мезо- и микрорельефа (рисунок 3.5.14) ровный покров снега не формируется, он ложится позже и сходит раньше, чем на прилегающих пространствах. Промерзание грунтов здесь глубже, их оттаивание происходит медленнее. Но на неглубоких субстратах деревья быстрее выходят из состояния покоя и по этой причине более чувствителен к весенним заморозкам [Пахарькова и др., 2021]. Наблюдается высокая контрастность суточных температур, более выраженным является экспозиционный эффект на мезо- и микроуровнях. Распределение осадков в виде дождя также неравномерно, они быстро стекают с положительных элементов рельефа в микропонижения, перенося мелкозем, образованный из-за ветровой и водной эрозии и являющийся субстратом для начала почвообразования. По этим причинам условия для искусственной рекультивации крайне неблагоприятны и, таким образом, самозарастание древесными растениями таких местообитаний является важным процессом. При этом могут задействованы механизмы структурно-функциональной адаптации растений, сформированные к природным экстремальным факторам среды - как к природным, так и к и техногенным [Кулагин, 2013]. Недавно был изучен климатический отклик в динамике радиального прироста древостоев сосны обыкновенной в природных условиях с

Рисунок 3.5.14 - Несомкнутый подрост на склоне промышленных отвалов

УГОК (выборка Мз7).

подразделением деревьев по жизненному состоянию на категории «без признаков ослабления», «ослабленные», «очень ослабленные» и «усыхающие» [Ма1^ееу е1 а1., 2022]. Установлена разная реакция растений на динамику климата, причиной которой, кроме генетического разнообразия особей, могут быть различия в микрорельефе. Индивидуальная (внутрипопуляционная) изменчивость в реакции сосны на динамику климата может быть эволюционно сложившейся формой выживания растений. Нами показано, что аналогичную интерпретацию можно применить и к техногенным условиям на основе полученных нами данных.

Заключение о больших перспективах сосны обыкновенной в естественном облесении большей части техногенной зоны УГОК на фоне результатов об успешном росте подроста и молодняка вида в условиях загрязнения среды поллютантами горно-рудной промышленности требует подтверждения более глубоким ретроспективным анализом. Для этого, как показано в Главе 2, нами изучены 15 деревьев, в большинстве своем достигших спелого возраста (средний возраст 79,2 года, изменения от 72 до 85 лет), возникших до начала деятельности УГОК, но в данное время произрастающих у подножия северо-восточных окраин промышленных отвалов. В качестве контроля выбран одновозрастный чистый спелый сосновый древостой, находящийся в 10 км северо-восточнее в Ургунском

бору и наиболее подходящий по таксационным показателям для сравнения с насаждением в районе УГОК. В обоих группах деревьев измерен радиальный прирост. Для его сравнения в целях учета возрастного тренда показателя определялись базразмерные индексы (см. Главу 2). В связи с тем, что они выявляли одни те же закономерности, ниже анализ полученных данных приведен для абсолютных значений прироста и статистических показателей, вычисляемых на их основе. В связи с небиномиальным распределением вариационных рядов, вновь использована медиана, для которой определялся размах варьировался и вычислялся коэффициент вариации. Была верифицирована следующая гипотеза. Учалинский карьер начал добывать и перерабатывать товарную руду с 1958 года. Следовательно, именно с этого времени мог начаться стресс для деревьев от воздействия промышленных поллютантов в виде токсичной пыли, растворенных и газообразных загрязняющих веществ. Несмотря на снижение объемов добычи руд с 1985 г., особенно открытым способом (рисунок 3.5.15), эффект их накопления за более чем 60 лет должен привести к увеличению техногенной нагрузки на экосистему с каждым новым годом. Так как предположение о токсичном влиянии промышленных поллютантов на растения бесспорно [Абакумов и др., 2015], можно было бы ожидать нарастающего снижения радиального прироста за более чем 60-летний период деятельности комбината (рисунок 3.5.15). И, наоборот, сохранение данного параметра на уровне насаждений в экологически более благополучных условиях может доказывать адаптивность сосны обыкновенной и его перспективность для использования в рекультивации техногенных земель.

В среднем радиальный прирост 15 деревьев из техногенных условий УГОК за 61 год (с начала разработки руд) анализов составил значение 2,8±0,1 мм (медиана 2,6 мм), с изменениями по годам от 1,4 до 4,3 мм (коэффициент вариации 24,8 %). Синхронность прироста растений является выражен слабее, чем у молодняка - коэффициент корреляции Спирмена был статистически достоверным лишь у 31 сравненной пары (34,1 %), в том числе 14,3 % и по 9,9 % пар на уровнях p<0,05, p<0,01 и p<0,001, соответственно. Для остальных пар

Открытые работы ■ Подземные работы

Рисунок 3.5.15 - Динамика добычи руды на Учалинском месторождении

(Чадченко и др., 2009).

деревьев пробной площади 1Дз сравнительно большая доля корреляций была ниже к 5 %-ному порога статистической значимости.

Со времени появления растений начала добычи и переработки руд и промышленного загрязнения местообитания с 1959 г. вплоть до 1980 г. в выборке деревьев из УГОК сохранялись относительно высокие значения параметра, варьирующиеся в пределах 3,1-4,3 мм в год, несмотря на существенный рост объемов добычи руды. После небольшого спада показателя до 2,6-2,7 мм и ее подъёма к 1982-1983 гг до 3,1 мм в следующий период наблюдался общий тренд на снижение (с небольшими флуктуациями) радиального прироста до 1,4 мм в 2015 г. Однако вряд ли это явление вызвано преимущественным токсическим действием на растения промышленных поллютантов. В пользу этой версии интерпретации обнаруженного тренда снижения исследованного параметра может служить устойчивый рост его значений до середины 80-х годов прошлого столетия. Это происходило при том, что техногенное загрязнение за это время, очевидно, кумулятивно только возросло. Возможно, в обнаруженных флуктуациях годичного радиального прироста большую роль играет динамика

другого его ведущего триггера - климатических условий. Общее снижение прироста за более чем 60 лет может быть из-за возрастного тренда [Ярмишко, Игнатьева, 2020], наблюдающегося примерно по такому же сценарию в контрольном насаждении 1Де. Тем не менее, у деревьев 1Дз отмечены относительно 1959 года не только периоды спада прироста, но и их стабильного многолетнего роста (1961-1971, 1973-1982, 1987-1997, 2002-2004, 2015-2020 гг.). Безразмерные индексы (Cook, 1985) позволили «нейтрализовать» возрастной тренд (рисунок 3.5.16) и подтвердить динамику, указанную выше по абсолютным значениям радиального прироста (с небольшой тенденцией к снижению в конце исследованного периода). Разные индексы высоко (p<0,01) коррелируются -R=0,99 (ars/std), R=0,78 (ars/res) и R=0,76 (res/std). В контрольном насаждении 1Де, где влияние промышленного загрязнения на жизненное состояние деревьев намного меньше из-за удаленности от выбросов и стоков УГОК, с 1959 г. по индексам наблюдается аналогичная динамика радиального прироста. В то же время, между насаждениями из техногенных и природных условий выявлены различия по коэффициенту вариации годичного радиального прироста (рисунок 3.5.18). Размах изменчивости признака по годам для разных деревьев в пределах отдельных выборок сопоставим в обоих насаждениях и характеризуется в целом сходными трендами, за отдельными исключениями. Но коэффициент вариации годичного радиального прироста существенно выше в контрольном древостое 1Де. По этому показателю (24,4±0,80, медиана 25,2, 11,1-37,5 %) опытное насаждение уступало контролю - древостою, расположенному в 10 км от предприятия (34,4±0,9, медиана 33,0, изменения по годам от 21,2-51,5 %). Раньше при исследовании спелых насаждений сосны обыкновенной из Воронежской было показано [Matveev et al., 2012], что внутрипопуляционные различия по приросту были сравнительно высокими в природных древостоях. В условиях аэротехногенного загрязнении от промышленных предприятий Архангельска, Котласа и Сыктывкара отмечено статистически высоко достоверное снижение коэффициента вариации прироста деревьев [Щекалев, Тарханов, 2007]. Проведенный нами анализ истории Ургунского бора (пробная площадь 1Де) и

2.0

ь- 1 .5

(71 С

<v

£ 1 .О

<L>

<f\ о

O.O-LH-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1

1940 1960 1980 2000 2020

Sample "tree— ring iridle-es

Рисунок 3.5.16 - Динамика безразмерных индексов радиального прироста деревьев спелого возраста у подножия отвалов Учалинского горнообогатительного комбината, вычисленные в программе ARSTAN (Cook, 1985).

Годы std

Рисунок 3.5.17 - Динамика безразмерных индексов радиального прироста деревьев спелого возраста у подножия отвалов Учалинского горнообогатительного комбината, вычисленные в программе ARSTAN (Cook, 1985). Примечания: ars - обобщенное свойство авторегрессии, полученное из рядов, которые предположительно испытывают влияние климата; res -авторегрессионное моделирование отдельных трендов без учета низкой частоты; std - хронология со значительной автокорреляцией.

насаждения в техногенной зоне УГОК (1Дз) показал, что в первом случае популяция сосны обыкновенной, имеющий статус особо охраняемой природной территории, расположена на площади в 3398,0 га. Очевидно, что число деревьев здесь на много порядков выше, чем в техногенной зоне комбината, где еще до его

Годы прироста

Рисунок 3.5.18 - Варьирование радиального прироста деревьев в 1959-2021 гг. Примечание: сплошной и пунктирной линиями показаны коэффициенты вариации в древостоях из техногенных (выборка 1Дз) и природных (1Де)

условий, соответственно.

создания существовало смешанное насаждение с небольшой долей участия сосны. Более широкая генетическая база в природных условиях, возможно, обусловила большую индивидуальную генетическую изменчивость деревьев величине годичного радиального прироста как реакции на воздействие климата. Ранее было сделано важное заключение [Ма1^ееу е1 а1., 2022], что внутрипопуляционная дифференциация деревьев в реакции на динамику климата может быть формой эволюционно сложившегося защитного механизма выживания видов, а также следствием разнообразия генотипического состава. Результаты корреляционного анализа, выполненного для отдельных деревьев выборки 1Дз, приведены в таблице 3.5.5. Обращает на себя внимание, что корреляции Спирмена между приростом и количеством осадков 2004-2019 гг достигли статистически значимых величин (обе отрицательные) лишь у одного из пятнадцати деревьев (1,6 %). В то же время, температура в этом возрасте для сосны обыкновенной является более критическим фактором (статистически значимая корреляция обнаружена уже 26,7 % деревьев). Индексы, вычисленные в программе АЯБТАК, показали отсутствие статистически значимых корреляций

с температурами, но положительную связь с осадками октября (коэффициент Спирмена 0,70, р<0,01). У подроста и молодняка из техногенной зоны УГОК, наоборот, климатический отклик в линейном и/или радиальном приросте показан существенно больше для месячных значений количества осадков. Полученная для условий УГОК динамика прироста может быть вызвана не столь техногенным загрязнением [Щекалов, Тарханов, 2007], а естественными процессами, наблюдающимися в популяциях. Помимо кратковременных флуктуаций прироста, вызванных климатическими показателями, у сосны обыкновенной обнаруживаются «длинноволновые» колебания, вызванные динамикой техногенного загрязнения. Циклы в дендрохронологических рядах можно разделить [Шиятов, 1986] на разные группы, в том числе внутривековые (продолжительностью до 60 лет) и вековые (продолжительностью от 60 до 120 лет). Внутривековые циклы (11, 22 и 88 лет) часто связаны с изменением температурного режима, режима осадков и колебаниями в ходе солнечной активности [Тимофеев, 2001]. Нами же показано, что климатические факторы продолжают оказывать влияние на радиальный прирост и в намного меньших, годовых, временных отрезках. В условиях техногенного загрязнения, промышленные поллютанты могут, кроме лучшей освещенности, способствовать лучшему росту подроста сосны обыкновенной. Ниже представлены соответствующие данные для растений (выборки 9Пз и 1Пе, не включенные в таблицу 2.4.1.), возникших в результате самосева земель, прилегающих к Юлдашевскому известняковому карьеру (рисунок 3.2.1) . Технологическая известь объекта с 1990 г. используется УГОК в основной деятельности в качестве вспомогательной продукции для производства концентратов. При ее добыче образуется в большом количестве известковая пыль, которая может существенно изменять лесорастительные условия прилегающих участков - в первую очередь, из-за изменения механических и физико-химических свойств почв, микрофлоры [Артюшин, Державин, 1984]. Вторая пробная площадь (1Пе) заложена в прилегающем низкополнотном сосново-березовом насаждении в условиях достаточного солнечного света. Загрязнение участка известняковой пылью здесь

Таблица 3.5.5 - Корреляции между ежегодным радиальным приростом деревьев выборки 1Дз и ежемесячными климатическими показателями 2004-2019 гг.

Месяцы

N Предыдущий год Текущий год

9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

Корреляция радиального прироста и осадков

1 -0,25 -0,38 0,23 -0,43 -0,11

2 0,17 0,13 -0,30 -0,35 -0,26

3 0,22 0,14 -0,24 -0,21 0,34 0,19 -0,11 -0,23

4 0,19 -0,15 -0,21 0,23 0,19 -0,14 -0,23 -0,34 -0,34 -0,19

5 0,23 -0,53 -0,31 0,15 0,10 0,14 -0,12 -0,10 -0,15 -0,52 -0,12

6 0,27 0,38 -0,14 0,30 0,22 0,35 -0,16 -0,31

7 0,20 -0,14 0,28 0,33 0,19 -0,23 -0,39

8 -0,16 -0,15 -0,11 0,17 0,22 0,11 -0,15 -0,26

9 0,39 0,47 0,16 0,14 -0,22 -0,42

10 0,30 -0,25 -0,32 0,15 0,32 0,12 -0,19 0,21 -0,41 -0,25

11 -0,11 -0,13 0,26 0,18 0,31 0,21 0,35 -0,16 -0,10

12 0,26 -0,20 -0,34 0,18 0,13 -0,11 0,13 -0,32 -0,27

13 0,35 -0,41 -0,46 0,17 0,38 0,11 -0,21 -0,27

14 -0,25 -0,38 0,30 0,18 0,30 0,14 0,30

15 0,37 -0,20 -0,35 0,14 -0,17 -0,14 -0,16 -0,39 -0,36

Корреляция радиального прироста и температур

1 0,32 0,47 0,33 0,18 -0,34 -0,23 0,24 0,18 -0,09

2 -0,28 0,19 0,33 0,54 -0,11 -0,52 -0,29 -0,28 -0,17

3 0,27 -0,12 -0,34 -0,36 -0,48 -0,43 0,38 -0,03 0,40 0,15

4 -0,3 -0,34 -0,13 -0,10 -0,10 0,37 -0,22 -0,12 0,17

Продолжение таблицы 3.5.5.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

5 0,23 0,59 0,1 -0,40 -0,13 0,34 0,42 0,11

6 0,32 -0,33 -0,28 0,19 -0,10 -0,21 0,42 8 -0,35 0,19 0,10

7 0,15 0,15 -0,12 -0,03 0,34 -0,13 -0,20 0,19

8 -0,35 0,24 0,34 -0,20 -0,22 -0,22 -0,10 -0,03

9 0,11 -0,11 0,10 0,12 0,05 0,16 -0,20 -0,35 0,08

10 0,30 0,31 -0,39 -0,05 0,11 0,24 -0,10 0,16 0,09

11 0,28 0,19 -0,25 -0,26 -0,42 0,38 -0,23 0,30 0,03

12 0,24 0,35 0,19 -0,16 -0,30 -0,24 -0,14 0,23 0,03

13 0,35 0,14 -0,54 -0,12 -0,19 0,03 -0,14 -0,14 -0,28 0,31 -0,27

14 0,34 0,35 -0,36 -0,38 -0,41 -0,45 0,16 0,39 -0,26

15 0,17 0,10 -0,26 -0,44 -0,25 0 -0,36 0,60 0,13

Примечание: значения коэффициента корреляции в интервале от -0,1 до 0,1 в таблице не показаны; N - номера деревьев.

ограничено как расстоянием (около 300 м от карьера), так и экранирующим пыль эффектом деревьев, произрастающих на этом отрезке. У подроста в каждом на известняковом карьере выявлен больший размах изменчивости годичного прироста в высоту 2011-2013 гг. (30,9, 31,1 и 34,1 %% против 27,9, 22,9 и 30,8 %%1Пе). Однако здесь речь можно вести лишь о тенденции - попарное сравнение коэффициентов вариации в опыте и контроле показало статистическую недостоверность их различий при существующих объемах выборок. Вблизи карьера выявлен больший размер прироста (31,9±1,8, 32,1±1,9 и 24,2±1,7 мм в 2013, 2012 и 2011 гг. в условиях большего техногенеза (против 23,2±1,2, 22,7±0,9 и 12,9 мм, соответственно). Сравнительно низкий прирост растений в высоту в 2011 г. в обеих выборках может быть связан с динамикой климатических показателей. В частности, по информации из Башкирского управления по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды, в 2011 г.

среднегодовая температура была примерно на 2 градуса ниже, чем в 2012-2013 гг. Несмотря на это, на поверхности отвалов подрост сосны обыкновенной демонстрирует относительно лучший рост в пределах всего анализируемого периода времени - величины годичного прироста в 2011, 2012 и 2013 гг. выше на 110,9, 40,5 и 37,5 % соответственно. Два основных фактора лесорастительной среды могут привести к этому результату. Видимо, известь (состоящий из оксидов и гидроксидов кальция), для сосны обыкновенной не является токсичным. Карбонат кальция, поступающий в среду в виде мелкодисперсной пыли в ходе открытых горных работ, повышает, помимо изменения физико-механических почв, их щелочность (в том числе за счет нейтрализации органических кислот). Наоборот, известкование является мерой по химической мелиорации почв, в ходе чего достигается лучшее использование растениями минеральных веществ, уменьшается кислотность почвы, улучшаются их физико-химические свойства, активизируется деятельность микроорганизмов и т. д. [Антоненко и др., 2017]. На территории Учалинского района доминируют черноземы выщелоченные со слабокислым рН. Также возможно, что количество известковой пыли, поступающей из Юлдашевского известнякового карьера, не достигло уровня, за которым начинается эффект ингибирования роста сосны обыкновенной, например, фотосинтеза. Кроме того, на известняковом карьере естественная освещенность растений более равномерно распределена в трехмерном пространстве. Весь подрост на пробной площади относится к первому классу возраста, в год измерений он имел высоту 1,7±0,12 м (коэффициент вариации 40,8 %). Для 5 выбранных для статистического анализа интервалов высот вариационного ряда установлено, что преобладают растения высотой 1,08-1,61 м (33,3 %), в интервалах 0,55-1,08, 1,61-2,14 и 2,14-2,67 м имеются по 20 % экземпляров, выявлены всего 2 растения (6,7 %) высотой более 2,67 м. Кроме относительно слабой вариабельности высоты растений, достижению пространственной однородности естественного освещения может способствовать относительно небольшая густота растений (в пересчете на 1 га обнаружены 1052 шт.) и относительная равномерность размещения подроста в

местообитании. В отличие от контрольной выборки, в выборке 1Пе влияние известковой пыли должно ощущаться меньше. Известно [Антоненко и др., 2017], что наибольшее снижение концентрации поступающего с известковой пылью кальция наблюдается на расстоянии 100 м от источника загрязнения. Видимо, здесь часть растений может испытывать преимущественно эффект другого экологического фактора - неравномерного бокового затенения от подроста и деревьев сосны и березы репродуктивного возраста. Оно за счет угнетения роста, видимо, не позволяет полностью реализовать генетически заложенный потенциал для проявления групповой (популяционной) изменчивости. Подтверждение этого предположения получено нами при анализе индивидуальной изменчивости годичного прироста во времени у отдельных растений в среднем за три года. Величина признака у подроста на карьере составила в среднем 27,4 ± 1,8 см, изменяясь от 12,3 до 56,3 см (коэффициент вариации 35,2 %). При этом в сравниваемой контрольной выборке оказалось меньше не только абсолютное значение годичного прироста в высоту, но и его вариабельность (соответствующие значения составили 19,6 ± 0,8, 12,3-28,7, 22,1 %). В выборке из известкового карьера численность растений разных интервалов индивидуальной изменчивости была сопоставимой (средний коэффициент вариации 22,6 %, изменения по растениям от 4,3 до 47,3 %%. В каждом из первых четырех интервалов было по 6-8 растений. Видимо, здесь реализована основная часть генетически заложенного потенциала проявления изменчивости. В контрольной выборке другая ситуация - там коэффициенты вариации годичного прироста отдельных растений распределены по интервалам более неравномерно (в среднем 32,9 %, изменения по отдельным растениям в пределах 9,8- 53,8 %%, в первых четырех интервалах диапазона варьирования число растений изменяется от 2 до 12.

На данном этапе проанализированы факторы, влияющие на динамику линейного и/или радиального прироста подроста, молодняка и деревьев спелого возраста в техногенных условиях (климатические показатели, почвенно-экологические условия). В отличие от изученных природных местообитаний,

молодняк расположен здесь на верхних горизонтах обломков горных пород, крайне гетерогенных по мощности почвогрунтов и нарушенных земель и по водным, физическим и химическим составляющим лесорастительных условий). Но подрост и молодняк в условиях промышленного загрязнения окружающей среды отходами комбината могут иметь сравнительно высокий линейный и/или радиальный прирост, не уступающий этим показателям в большом числе контрольных насаждений вне прямого влияния загрязняющих веществ предприятия. Наибольшие значения прироста молодняка обнаружена на выровненных элементах у подножия промышленных отвалов с сохранившимся почвенным покровом, а наименьшая - на их склонах на грунтах с небольшим содержанием органического вещества с крупнообломочным фракционным составом подстилающих пород. Показана устойчивость сосны обыкновенной к техногенным условиям горнодобывающих предприятий, загрязняющих окружающую среду отходами, содержащими тяжелые металлы с преобладанием цинка и меди [Радостева, 2011]. На территории комбината наблюдается высокая дифференциация молодняка разных местообитаний по величине прироста, в том числе его относительно высокие значения у подножия отвалов. Причиной этого феномена является не территориальная неравномерность промышленных поллютантов, а сравнительная благоприятность или экстремальность лесорастительных условий, в первую очередь обусловленных наличием и развитостью почвенного покрова. Об устойчивости вида к токсическому воздействию загрязняющих веществ свидетельствует сохранение сравнительно высокого радиального прироста деревьев, достигших спелой группы возраста, с конца 50-х годов прошлого столетия до 1980-х годов, несмотря на масштабный рост объемов добычи и переработки руд со времени создания комбината до конца этого периода, а также устойчивое увеличение прироста с 2015 года. В техногенных условиях корреляционные связи между приростом молодняка и климатическими показателями менее выражены, снижаясь параллельно к уменьшению прироста. В отличие от влияния количества осадков в природных условиях, температура на техногенно измененных ландшафтах проявляет себя

как более критический экологический фактор. У сомкнутого молодняка климатический сигнал в линейном приросте выражен в большей степени. Корреляционные связи линейного прироста с месячным количеством осадков и температурами воздуха у подроста на склонах отвалов разнонаправленны и в основном статистически не достоверны.

3.6. Физико-механические свойства древесины молодняка сосны обыкновенной

в техногенных условиях

В разделе приведен анализ динамики в пространстве физико-механических свойства древесины молодняка сосны обыкновенной в техногенных условиях УГОК, отличающихся почвенно-грунтовыми условиями. У модельных деревьев местообитаний 1Мз-4Мз плотность составила значение 454±14 кг/м3 (медиана 445,0, изменения в пределах 350-570, коэффициент вариации 12,2 %), твердость - 143,2±4,9 Дж/см2 (137,4, 121,3-202,0, 13,8), предел прочности при сжатии вдоль волокон - 49,0±1,5 Мп (48,3, 41,3-64,6, 12,1), предел прочности при сжатии поперек волокон - 7,5±0,2 Мп (7,5, 6,1, 8,7, 11,4). Значения этих показателей изменяются обратно пропорционально величинам ЛП и РП молодняка. Корреляция уменьшается в следующем порядке при сравнении линейного прироста: с плотностью (коэффициент Спирмена Я=-0,70, р<0,01), с пределом прочности при сжатии вдоль волокон (Я=-0,53, р<0,05), с пределом прочности при сжатии поперек волокон (Я=-0,47) и твердостью (Я=-0,16). Аналогичные, но менее выраженные, корреляции выявлены при сравнении радиального прироста: с плотностью (Я=-0,49, р<0,05), с пределом прочности при сжатии поперек волокон (Я=-0,34), с пределом прочности при сжатии вдоль волокон (Я=-0,29) и твердостью (Я=-0,14). Значения прочности положительно коррелировали с пределом прочности при сжатии вдоль волокон (Я=-0,53, р<0,05) и с пределом прочности при сжатии поперек волокон (Я=-0,30). Корреляция пар твердость/предел прочности при сжатии вдоль волокон и твердость/предел прочности при сжатии вдоль волокон была равна Я=0,34 и Я=0,17,

соответственно, а в остальных сочетаниях значения Я были от 0 до ±0,10. Пример корреляции плотности древесины и годичного прироста в высоту приведен на рисунке 3.6.1. Между этими показателями наблюдается отрицательная корреляция (г = 0,947) на уровне, близком к 5 %-ному порогу (р = 0,053). Статистическая незначимость при очень высоком коэффициенте Спирмена выявлена, возможно, из-за статистических причин (сравнивались лишь 4 группы растений), а не о слабости связи. Но при исключении из корреляционного анализа выборки 1Мз корреляция статистически достоверна (г = 0,999, р = 0,026).

Как было показано в разделе 3.4., средние значения и медианы линейного и радиального прироста модельных деревьев сомкнутого молодняка уменьшаются (по мере ухудшения лесорастительных условий в направлении от наиболее удаленной от промышленных отвалов выборки 1Мз к участку 2Мз, находящейся на расстоянии около 100 м от них. В группе 3Мз, расположенной у самого подножья отвалов, эти показатели снижаются еще больше, особенно линейного прироста. И, наконец, минимальные значения обоих показателей отмечаются в выборке 4Мз, молодняк в которой заселил лишенный почвы крутой склон отвалов, сложенный из «пустых» вскрышных горных пород, заполненный между их обломками продуктами выветривания и органическим веществом -опадом разлагающихся листьев, остатками травянистой растительности и др. Средний линейный прирост в выборках 2Мз, 3Мз и 4Мз составил 89,6, 68,1 и 54,8 %%, соответственно, от показателя выборки 1Мз. Радиальный прирост уменьшается примерно такими же темпами - 87,5, 84,4 и 50,0 %%, соответственно. Полное соответствие этих трендов наблюдается и при анализе физико-механических свойств древесины (таблица 3.6.1). Условия техногенеза формируют насаждения с разными физико-механическими свойствами древесины. При сравнении с выборкой молодняка на удалении в 1,5 км от отвалов (1Мз), для молодняка у их подножия (2Мз) и на склонах отвалов (3Мз и 4Мз), установлены следующий пропорции от величин в 1Мз: плотность: 97,6, 116,9 и 122,9 %%, твердость: 109,0, 98,2 и 112,0 %%, предел прочности при сжатии вдоль волокон 98,5, 106,0 и 114,9 %%, предел прочности при сжатии поперек волокон:

Линейный прирост, см

Рисунок 3.6.1 - Корреляция плотности древесины и годичного прироста в высоту. Примечания: пунктирными линиями приведены границы 95 %-ного доверительного интервала, сплошной линией - теоретически ожидаемая

корреляция.

105,8, 112,7 и 114,5 %%. Медианы плотности и их изменчивость в группах модельных деревьев подтверждают указанные закономерности (рисунок 3.6.2). Эти показатели и их изменчивость уменьшаются по высоте ствола (см. пример плотности на рисунке 3.6.3), но эта тенденция менее выражена на склонах отвала в жестких лесорастительных условиях выборки 4Мз, хотя чаще отмечены «выбросы». Анализ литературы показывает, что в природных условиях плотность древесины сосны обыкновенной варьируется в широких пределах в зависимости от условий произрастания, типов леса. Деревья с интенсивным ростом формируют менее плотную древесину. Наблюдается зависимость показателя от лесорастительных условий [Данилов и др., 2015]. При поиске литературы нами не обнаружено исследований зависимости физико-механические свойства древесины сосны обыкновенной в техногенных условиях, что обуславливает научную новизну полученных результатов, в том числе в разных частях ствола. Тем не менее, наши данные показывают, что и в естественных насаждениях и при техногенезе наблюдается одна и та же картина

0,58

0,50

§ у

ъ

л

и 0,46 о ' я н о

В

0,40

0,34

Рисунок 3.6.2 - Плотность древесины модельных деревьев сомкнутого молодняка в условиях техногенного загрязнения в выборках 1Мз-4Мз и ее

изменчивость. Примечания: Треугольниками показаны медианы, прямоугольниками 25-75 %-ный размах, вертикальными линиями то же без учета «выбросов», точками - «выбросы». Нумерация кряжей возрастает снизу

ствола.

- быстрорастущие деревья из более благоприятных лесорастительных условий имеют более мягкую древесину и наоборот, как это наблюдается в естественных древостоях [Данилов и др., 2017]. Также в научной литературе есть подтверждение результатов, полученных при изучении образцов на разных высотах на стволе (обладающих разным возрастом). Было установлено, что плотность древесины с возрастом повышается до некоторого предела, а затем при дальнейшем стоянии дерева на корню начинает снижаться. В работе [Данилов и др., 2015] показано, что физико-механические свойства древесины сосны достигают максимума в возрасте 150-200 лет, после чего следует снижение; в возрасте 260—280 лет плотность падает на 8—10%. С учетом этой закономерности и того, что возраст исследованных нами модельных деревьев существенно ниже (18,5- 37.5 0.3 лет), следует признать, что на отвалах УГОК может формироваться древесина с более плотной древесиной, чем в целом в природных условиях. Существенные различия выборок из УГОК по свойствам

Т

х

Т

1МЗ 2Мз 3Мз 4Мз Выборки модельных деревьев

Таблица 3.6.1 - Показатели физико-механических свойств древесины молодняка сосны обыкновенной в техногенных условиях.

Выборки Модельные деревья П Т 1ШСВВ 1ШСВВ

1 410 151,6 55,5 6,7

2 420 130,0 41,4 7,5

1Мз 3 400 130,0 41,3 7,0

4 430 134,8 48,5 6,6

5 420 140,0 48,1 6,4

6 410 134,8 48,1 6,6

2Мз 7 440 165,4 45,5 7,7

8 350 155,5 42,3 8,5

9 480 130,0 51,9 8,7

10 490 121,3 50,0 6,1

3Мз 11 490 130,0 44,1 8,1

12 480 155,5 52,1 8,2

13 480 130,0 46,9 8,1

14 450 140,0 50,0 7,4

4Мз 15 540 202,0 53,1 7,4

16 570 140,0 64,6 8,7

Примечания: П - плотность (кг/м3), Т - твердость (Дж/см2), ППСВВ - предел

прочности при сжатии вдоль волокон (Мп), ППСВВ - предел прочности при сжатии поперек волокон (Мп).

древесины в условиях относительно равномерного распределения экотоксикантов на исследованной территории [Радостева, 2011] свидетельствуют о том, что не распределение промышленных поллютантов является основной причиной этих различий, по сравнению с уровнем плодородия эдафических условий. Сравнительно небольшая плотность древесины выборки пробной площади 3Мз, находящейся у подножия отвалов с высокой токсичностью кислых

0,6 0,5

0,4 0,3

Рисунок 3.6.3 - Плотность древесины модельных деревьев сомкнутого молодняка в условиях техногенного загрязнения в выборках пробных площадей 1Мз-4Мз (слева) и значения показателя в середине кряжей - метровых отрезов ствола (справа). Примечания: Нумерация кряжей возрастает снизу ствола.

Другие пояснения см. на рисунке 3.6.2.

отвальных вод с высоким содержанием тяжелых металлов [Абакумов и др., 2015] является аргументом в пользу этого предположения. Несмотря на относительно дальние расстояния распространения тяжелых металлов (подвижные формы меди и цинка достигают 22,5 и 2,6 ПДК в радиусе до 5 км от комбината -см. [Абакумов и др., 2015], на участках 1Мз и 1Мз обнаружены большие величины прироста, не уступающие значениям признаков из природных насаждений или превышающие их. Минимальный прирост в высоту отмечен на соседствующем участке 4 Мз, где деревья заселили местообитание с практически полным отсутствием почвы. Эта картина в целом соответствует закономерностям, наблюдающимся в природных условиях - в относительно благоприятных экологических условиях формируется менее плотная древесина и наоборот [Сультсон, Романова, 2017].

Из-за необходимости больших затрат на техническую рекультивацию, в советский период активно изучались вопросы локальной искусственной и

1 2 3

Номера кряжей

4

естественной лесной рекультивации техногенных земель - см. [Гиниятуллин и др., 2018]. Результатом этой деятельности прогнозируется не только экологический эффект, но также возможность использования выращиваемой или «дикорастущей» растительной продукции. В случае древесных растений это биомасса, в первую очередь древесина, качество которой определяется ее физико-механическими и/или химическими свойствами, в первую очередь, плотностью, которая имеет высокую корреляцию с остальными параметрами [Сультсон, Романова, 2017], см. также наши результаты. Участки зарастания лесом в районе УГОК представлены как горными почвами с низкой мощностью гумусового горизонта, так и нарушенными землями с почвоподобными телами с неразвитым профилем, слабой поглощающей и очищающей способностью. Возможно, доступность питательных веществ, как и в природных условиях, определяет выявленные нами различия местообитаний по физико-механическим свойствам древесины. Как показали результаты предыдущих разделов, сосна обыкновенная имеет большой потенциал для естественной фиторемедиации техногенных земель предприятий горнодобывающих промышленности, загрязняющих окружающую среду тяжелыми металлами [Радостева, 2011]. Этот процесс представляет экономически эффективную и экологически чистую альтернативу искусственным технологиям восстановления нарушенных земель. Как показали данные этого раздела, значения изученных физико-механических показателей древесины сомкнутого молодняка из техногенно загрязненной зоны УГОК статистически значимо изменяются обратно пропорционально величинам линейного и радиального приростов. Более плотная, твердая и прочная древесина обнаружена в группе растений, произрастающих в крайне неблагоприятных лесорастительных условиях склонов отвалов и характеризующихся сравнительно небольшим приростом. Со временем здесь возможно получение древесных лесоматериалов с высокими прочностными свойствами и стойкостью к загниванию.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1) Техногенно загрязненные земли Учалинского горно-обогатительного комбината зарастают древесно-кустарниковой растительностью усиливающимися темпами. Данные дистанционного зондирования Земли свидетельствуют об уменьшении в последнее десятилетие площадей, лишенных растительности, при одновременном увеличении фотосинтетически активной биомассы на участках первоначального зарастания, в том числе сосны обыкновенной. В первую очередь, это явление наблюдается на северо-восточной части техногенных земель, где меньше выражена инсоляция, сохранились и выросли деревья, дошедшие до репродуктивного возраста, ставшие семенниками. При этом на данной территории формируется субпопуляции, отличающиеся по генотипической изменчивости.

2) Показана устойчивость сосны обыкновенной к техногенным условиям комбината, загрязняющего окружающую среду отходами с высоким содержанием тяжелых металлов с преобладанием цинка и меди. На территории предприятия наблюдается высокая дифференциация молодняка разных местообитаний по величине радиального и линейного прироста. Относительно высокие значения этих показателей выявлены для молодняков у подножия отвалов на выровненных элементах рельефа с сохранившейся почвой, несмотря на большее загрязнение тяжелыми металлами. На склонах отвалов с грунтами с малым содержанием органического вещества, крупнообломочным фракционным составом подстилающих пород, обнаружено существенное снижение прироста. Об устойчивости вида к токсическому воздействию тяжелых металлов свидетельствует сохранение сравнительно высокого радиального прироста деревьев репродуктивного возраста со времени создания комбината до конца 80-х годов прошлого столетия, несмотря на масштабный рост объемов добычи и переработки руд в этот тридцатилетний период, а также устойчивое увеличение прироста в последние десятилетие.

3) Климат последних двух десятилетий оказывает существенное воздействие на динамику прироста молодняка сосны обыкновенной в природных

условиях, начиная с осени и зимы, предшествующих сезону роста, а также весной и летом вегетационного периода. В зависимости от месяца, влияние является положительным (осадки: октябрь, ноябрь, декабрь, март-август; температура воздуха: октябрь, январь, апрель, июнь) или отрицательным (осадки: сентябрь, январь, февраль; температура воздуха: ноябрь, декабрь, март) статистически достоверно синхронно для большинства насаждений и деревьев. Климатический сигнал в линейном приросте выражен в большей степени. В техногенных условиях корреляционные связи между приростом и климатическими показателями менее выражены, снижаясь параллельно уменьшению прироста. Корреляционные связи линейного прироста с месячным количеством осадков и температурами воздуха у несомкнутого подроста на склонах отвалов отсутствуют, разнонаправленны и чаще статистически не достоверны. В отличие от природных условий, температура на техногенно измененных ландшафтах проявляет себя как более критический экологический фактор.

4) Физико-механические показатели древесины молодняка в техногенно загрязненной зоне комбината изменяются пропорционально величинам линейного и радиального приростов. Более плотная и прочная древесина обнаружена в группе растений, произрастающих в крайне неблагоприятных лесорастительных условиях склонов отвалов, характеризующихся сравнительно небольшим приростом.

РЕКОМЕНДАЦИИ

1. В проектах лесной мелиорации техногенно загрязненных земель предусматривать выделение земель для самосева сосны обыкновенной при наличии около горнодобывающих предприятий насаждений - источников поступления семян.

2. На промышленных отвалах на землях горнодобывающих предприятий шире практиковать лесоразведение посевом и посадкой сосны обыкновенной, устойчивой к техногенным условиям и показывающей сравнительно высокий прирост древесины.

3. При разработке новых нормативных документов учета лесов и проведения лесохозяйственных работ учитывать возрастающее влияние на ход формирования деревьев и насаждений изменения климата, к которому сосна обыкновенная в благоприятных лесорастительных условиях проявляет высокую чувствительность.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Абаимов В.Ф. Дендрология с основами лесной геоботаники и дендроиндикации: учебное пособие / В.Ф. Абаимов // Оренбург: Оренбургский ГАУ. - 2014. - 396 с.

2. Абакумов Е.В. Экологическая и санитарная характеристика отвалов карьеров по добыче медного колчедана / Е.В. Абакумов, Я.Т. Суюндуков, Г.Я. Биктимерова, Т.А. и др. // Гигиена и санитария. - 2015. - № 6. - С. 46-50.

3. Абдрахманов Р.Ф. Геоэкология Башкирского Зауралья / Р.Ф. Абдрахманов, Р.М. Ахметов, Б.Н. Батанов // Геология, полезные ископаемые и проблемы геоэкологии Башкортостана, Урала и сопредельных территорий. Материалы и доклады 10-я Межрегиональной научно-практической конференции. - Уфа. - 2014. - № 10. - С. 210-213.

4. Ангелов В.А. Изучение особенностей вещественного состава хвостов обогащения медно-колчеданных руд Учалинской обогатительной фабрики / В.А. Ангелов, Е.И. Ангелова, К.А. Аверьянов // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2012. - № 5. - С. 362-368.

5. Асылбаев, И. Г. Особенности накопления редкоземельных элементов в почвах и породах Южного Урала / И. Г. Асылбаев, И. К. Хабиров // Агрохимия. - 2015. - № 7. - С. 58-67.

6. Баталов А.А. Лесовосстановление на промышленных отвалах Предуралья и Южного Урала / А.А. Баталов, Н.А. Мартьянов, А.Ю. Кулагин и др. // БНЦ Уро АН СССР. - Уфа. - 1989. - 140 с.

7. Бачурина А.В. Влияние промышленных поллютантов ОАО «Уфалейникель» на средний периодический прирост центрального побега подроста сосны обыкновенной / А.В. Бачурина, А.О. Шевелина // Леса России и хозяйство в них. - 2018. - № 3 (66). - С.12-20.

8. Ваганов Е.А. Роль дендроклиматических и дендрогидрологических исследований в решении глобальных и региональных экологических проблем (на примере Азиатской части России / Е.А. Ваганов, С.Г. Шиятов // Сибирский экологический журнал. - 1999. - № 6 (2). - С. 3-17.

9. Веселкин Д.В. Связь между характеристиками состояния деревьев и древостоев сосны обыкновенной в крупном промышленном городе / Д.В. Веселкин, В.А. Галако, В.Э. Власенко и др. // Сибирский экологический журнал. - 2015. - № 22 (2). - С. 301-309.

10. Волкова Г.Л. Воздействие климатических факторов на линейный прирост лесокультур и естественного возобновления сосны обыкновенной в Пензенской области / Г.Л. Волкова, Е.А. Позднякова, А.А. Волков и др. // Фундаментальная и прикладная климатология. - 2016. - Т. 2. - С. 107-118.

11. Габбасова И.М. Изменение климата и риск деградации почв в Зауральской степи Республики Башкортостан / И.М. Габбасова, Н.В. Соболь, Т.Т. Гарипов // Экобиотех. - 2023. - Т. 6, № 1.

12. Гетко Н.В. Растения в техногенной среде: Структура и функции ассимиляционного аппарата / Н.В. Гетко // Наука и техника. - Минск. - 1989. -208 с.

13. Гильмутдинова Р.А. К вопросу об использовании и переработке отходов горно-обогатительных комбинатов Южного Урала / Р.А. Гильмутдинова, С.В. Мичурин, С.В. Ковтуненко и др. // Журнал: Успехи современного естествознания. - № 2. - 2017. - С. 68-73.

14. Гиниятуллин Р.Х. Оценка содержания металлов в надземных органах березы повислой в условиях полиметаллического загрязнения окружающей среды / Р.Х. Гиниятуллин, А.Ю. Кулагин // Аграрная Россия. - 2010. - №6. - С. 21-25.

15. Глушков И. Картирование заброшенных земель в восточной Европе с помощью спутниковых снимков Landsat и Google Earth Engine / И. Глушков, В. Лупачик, А. Прищепов, П. Потапов, М. и др. // Аэрокосмические методы и геоинформационные технологии в лесоведении, лесном хозяйстве и экологии. Доклады VII Всероссийской конференции. — М.: ЦЭПЛ РАН. - 2019. - С. 35-37.

16. Государственный доклад о состоянии природных ресурсов и окружающей среды Республики Башкортостан в 2022 году. - Уфа. - Самрау. -2023. - 319 с.

17. Демаков Ю.П. Свидетельство о государственной регистрации базы данных .№ 2023624781 Российская Федерация. Многолетняя динамика годичного прироста деревьев сосны обыкновенной в лесах Республики Марий Эл: № 2023624468 : заявл. 05.12.2023 : опубл. 20.12.2023 / Ю. П. Демаков, А. И. Прыгунова, Е. С. Шарапов.

18. Демаков Ю.П. Закономерности динамики прироста деревьев сосны в различных типах леса заповедника / Ю.П. Демаков, А.В. Исаев, М.Г. Сафин // Научные труды Государственного природного заповедника «Большая Кокшага». -2015. - Вып. 7. - С. 101-138.

19. Донец Е.В. Особенности динамики сезонного прироста побегов хвойных видов древесных растений в бассейне буферного пруда АО «Газпромнефть-ОНПЗ» / Е.В. Донец // В сборнике: Естественные науки и экология. Межвузовский сборник научных трудов. Ежегодник. Омский государственный педагогический университет. - Омск. - 2019. - С. 113-116.

20. Железнова О.С. Влияние климата на радиальный прирост сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L.) в различных местообитаниях Мещерской низменности / О.С. Железнова, С.А. Тобратов // Известия РАН. Серия географическая. - 2019. - № 5. - С. 67-77.

21. Завьялов К.Е. Влияние аэротехногенных выбросов магнезитового производства на рост Pinus sylvestris L. в зависимости от плодородия почвы / К.Е. Завьялов, Н.С. Иванова, А.М. Потапенко и др. // Бюл. МОИП. Отд. биол. - 2019. - Т. 124. - Вып. 2. - С. 50-58.

22. Залесов С.В. Лесоводство / С.В. Залесов // Министерство науки и высшего образования Российской Федерации, Уральский государственный лесотехнический университет. - Екатеринбург. - 2020. - 294 с.

23. Залесов С.В. Состояние лесных насаждений, подверженных влиянию промышленных поллютантов ЗАО «Карабашмедь» и реакция их компонентов на проведение рубок обновления / С.В. Залесов, А.В. Бачурина, С.В. Бачурина // Уральский государственный лесотехнический университет. - Екатеринбург. -2017. - 276 с.

24. Зарипов Ю.В. Формирование древесной растительности в выработанных карьерах огнеупорной глины / Ю.В. Зарипов, С.В. Залесов, Р.А. Осипенко // Международный научно-исследовательский журнал. - № 2 (92). -Часть 1. - С. 83-88.

25. Исаев А.А. Экологическая климатология / А.А. Исаев // Научный мир. - Москва. - 2001. - 456 с.

26. Катютин П. Н. Особенности динамики радиального прироста Pinus sylvestris L. при разном уровне промышленного загрязнения на Кольском полуострове / П. Н. Катютин, И. В. Лянгузова // Лесотехнический журнал. - 2023. - Т. 13. - № 4 (52). - Ч. 2. - С. 76-94.

27. Кимура М. Молекулярная эволюция. Теория нейтральности / М. Кимура // Мир. - Москва. - 1985. - 394 с.

28. Колесников Б.П. К вопросу о классификации промышленных отвалов как компонентов техногенных ландшафтов / Б.П. Колесников, Г.М. Пикалова // Растения и промышленная среда. - МВ и ССО РСФСР. - Свердловск, Урал. гос. ун-т им. А.М. Горького. — 1974. - Сборник 3. - С. 3-28.

29. Колмогорова Е.Ю. Морфометрическая характеристика древесных растений, произрастающих в условиях угольного отвала разреза «Кедровский» / Е.Ю. Колмогорова // Бюллетень науки и практики. - 2016. - № 6 (7). - С. 25-30.

30. Коротеева Е.В. Подход к зонированию нарушенных территорий на основе содержания тяжелых металлов в органах сосны обыкновенной (на примере региона Карабашского медеплавильного комбината) / Е.В. Коротеева, Д.В. Веселкин, Н.Б. Куянцева и др. // Вестник СВНЦ ДВО РАН. - 2015. - № 3. -С. 86-93.

31. Коршиков И.И. Адаптация растений к условиям техногенно загрязненной среды / И.И. Коршиков // автореферат дис. ... доктора биологических наук: 03.00.12. - Киев, 1994. - 52 с.

32. Кузнецов В.М. F-статистики Райта: оценка и интерпретация / В.М. Кузнецов // Проблемы биологии продуктивных животных. - 2014. - № 4 (80). -104 с.

33. Кулагин А.Ю. Особенности произрастания древесных растений в экстремальных лесорастительных условиях: соотношение эври-, пост- и преадаптаций / А.Ю. Кулагин // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. - 2013. - Т. 15. - №3-4. - С. 1338-1340.

34. Кулагин Ю.З. Древесные растения и промышленная среда / Ю.З. Кулагин // М.: Наука. - 1974. - 125 с.

35. Кулагин Ю.З. Индустриальная дендроэкология и прогнозирование / Ю.З. Кулагин // Отв. ред. Е.В. Кучеров. - Наука. - Москва. - 1985. - 117 с.

36. Кухта А.Е. Линейный и радиальный приросты сосны обыкновенной в Волжско-Камском и Центрально-Лесном государственных природных заповедниках / А.Е. Кухта, Д.Е. Румянцев // Лесной Вестник. - № 3. - 2010. - С. 8-93.

37. Кучеров С.Е. Радиальный прирост сосны обыкновенной в районе Карабашского медеплавильного комбината / С.Е. Кучеров, А.А. Мулдашев // Лесоведение. - 2003. - № 2. - С. 43-49.

38. Луганский Н.А. Лесоведение и лесоводство. Термины, понятия, определения: учебное пособие студентам, обучающимся по специальностям 260400 - "Лесное и лесопарковое хоз-во" / Н.А. Луганский, С.В. Залесов, В.Н. Луганский // Урал. гос. лесотехн. ун-т. - 3-е изд. - Екатеринбург. - УГЛТУ. -2010. - 128 с.

39. Луганский Н.А. Лесоведение: учебное пособие / Н.А. Луганский, С.В. Залесов, В.Н. Луганский // Урал. гос. лесотехн. ун-т. - Екатеринбург, 2010. - 432 с.

40. Лукьянец А.И. Ландшафтно-экологическое зонирование территорий, подверженных воздействию дымо-газовых выделений медеплавильных предприятий Урала / А.И. Лукьянец, И.И. Шилова // Человек и ландшафты. -Свердловск. - УНЦАНСССР. - 1979. - С. 28-31.

41. Махнева С.Г. Качество семян и семенного потомства сосны обыкновенной из зон техногенного загрязнения среды / С.Г. Махнева, С.Л.

Менщиков // Известия Оренбургского государственного аграрного университета.

- № 37. - 2012. - С. 236-240.

42. Менщиков С.Л. Динамика жизненного состояния лесных насаждений в условиях хронического загрязнения промышленными выбросами / С.Л. Менщиков, А.К. Махнев // Биологическая рекультивация нарушенных земель: материалы Международного совещания. - Екатеринбург. - 2003. - С. 323-331.

43. Мохначев П.Е. Особенности развития сеянцев Pinus silvestris L. в техногенно загрязненных почвах / П.Е. Мохначев, С.Г. Махнева, С.Л. Менщиков и др. // Леса России и хозяйство в них. - 2017. - № 4 (63). - С. 6-67.

44. Музафарова А.А. Эколого-генетический анализ процессов лесовозобновления на отвалах горнодобывающих предприятий цветной металлургии / А.А. Музафарова // автореферат дис. ... кандидата биологических наук: 03.00.16. - Ин-т биологии Уфим. науч. центра РАН. - Уфа. - 2006. - 18 с.