Воздействие промышленных загрязнений в виде депонирования
advertisement
БИОЛОГИЧЕСКИЕ НАУКИ эволюции таксонов важны данные по их ареа лам. Анализ показывает, что на уровне родов и видов семейства Лютиковые отсутствует прямая связь размера ареала с их ядовитостью, декора тивностью, даже сорностью. Таксоны Лютиковых в Евразии отмечены к началу миоцена (ОДС, от Казахстана и до Средней Азии, включая ТяньШань и Памир). С плиоцена из ныне существующих таксонов известны виды родов Лютик (R. acris, R. repens, R. sceleratus), Василистник (T. simplex) и ряд дру гих. Они были всегда приурочены к лесам, сте пям, редколесьям [11, 12 и др.]. Таким образом, из сопоставляемых семейств по генезису более древним является семейство Fabaceae, моложе – Ranunculaceae. Но при этом крайне важно учитывать известную неравномер ность эволюции таксонов по признакам (гетеро батмию). Поэтому в семействе Fabaceae, наряду с древними, имеются и молодые таксоны. В обоих семействах содержатся разновоз растные таксоны, возникшие в процессе дли тельной и неравномерной биоэволюции. Это глобальное явление очень важно учитывать в систематике растений. Литература 1. Проблемы филогении растений // Тр. МОИП. Отд. биол. М., 1965. Т. 13. 268 с. 2. Благовещенский, А.В. Биохимические основы филогении высших растений / А.В. Благовещенский, Е.Г. Александ рова. М.: Наука, 1974. 104 с. 3. Теоретические основы селекции: сб. статей ВИР. М.: Ко лос, 1973. Т. 1. 448 с. 4. Грант, В. Видообразование у растений / В. Грант. М.: Мир, 1984. 528 с. 5. Авдеев, В.И. Изменчивость признаков некоторых видов Hedysarum L. Оренбургского Приуралья / В.И. Авдеев, А.А. Рязанова // Известия ОГАУ. Оренбург, 2008. № 2. С. 213–216. 6. Камелин, Р.В. Флорогенетический анализ естественной флоры горной Средней Азии / Р.В. Камелин. Л.: Наука, 1973. 356 с. 7. Вульф, Е.В. Историческая география растений / Е.В. Вульф. М.; Л.: АН ССР, 1944. 546 с. 8. Быков, Б.А. Очерки истории растительного мира Казахстана и Средней Азии / Б.А. Быков. АлмаАта: Наука, 1979. 108 с. 9. Попов, М.Г. Основы флорогенетики / М.Г. Попов. М.: АН СССР, 1963. 135 с. 10. Мирошниченко, Ю.М. Влияние географических факто ров на химизм растений в степях АфроАзиатской арид ной области / Ю.М. Мирошниченко, А.Ю. Мирошни ченко // Генетические растительные ресурсы России и со предельных государств: сб. статей. Оренбург: Димур, 1999. С. 54–55. 11. Авдеев, В.И. Этапы формирования степных ландшафтов в Евразии. Общие аспекты проблемы / В.И. Авдеев // Изве стия ОГАУ. Оренбург, 2008. № 2. С. 38–42. 12. Выходцев, И.В. Являются ли плодовые леса Южной Кир гизии реликтами от третичного времени? / И.В. Выходцев // Материалы совещания по развитию ореховодства. Фрун зе: Кыргызстан, 1970. С. 71–91. Воздействие промышленных загрязнений в виде депонирования углерода популяциями сосны обыкновенной Pinus sylvestris L. А. Б. Захаров Захаров, àñïèðàíò, Íèæåãîðîäñêàÿ ÃÑÕÀ Леса Нижегородской области составляют 0,33% от общей площади лесного фонда России, по покрытой лесом площади – 0,42% [1]. Ранее проведённые исследования и полученные нами данные позволили создать модель депонирова ния углерода лесами Нижегородской области. Для составления такой модели учитывалось распределение покрытой лесом площади по пре обладающим видам в разрезе каждого вида по бонитету. Например, популяция сосны обыкно венной депонирует nое количество углерода, но в разных типах условий местопроизрастания ин тенсивность роста вида неодинакова. Для этого были применены константы депонирования уг лерода, определённые опытным путем в резуль тате закладки учётных площадей и вычисления динамики роста популяции. За эталонную еди ницу депонирования в популяциях сосны обык новенной были взяты сосняки с типом условия местопроизрастания А2 I и Iа класса бонитета. Также мы применили коэффициенты к группам возраста (табл. 1). 1. Динамика роста сосны обыкновенной, Приволжский лесорастительный район. По данным Моисеева С.М. [2]. Для сосны искусственного происхождения центрального и юговосточного лесорастительного районов Возраст, лет Высота, м Диаметр, см На 1 га м3 запас прирост 55 5,50 37,0 83,0 3,70 5,53 Iа класс бонитета 10 4,6 5,2 I класс бонитета 10 15 3,5 6,2 4,3 6,5 Зная прирост, динамику площадей по возра стам и классам бонитета, можем определить долю сухой древесины, из которой вычислим массу депонированного углерода в древесине на всей площади. Отладка элементов модели осуществлялась по её основным блокам. Например: при площади всех 10летних сосновых популяций I класса бонитета Х гектар. Прирост 3,7 м3/га в год. Сред 195 БИОЛОГИЧЕСКИЕ НАУКИ нее содержание углерода древесины в килограм мах составит: λ C = 0,495 ⋅ 3,7 ⋅ µ ⋅ ⋅ Χ , f где С – среднее содержание углерода, кг. При построении модели нами принято: – 0,495 – процентное содержание углерода по массе в древесине. Абсолютно сухая древесина в среднем содержит 49,5% углерода, 44,1% кисло рода, 6,3% водорода, 0,1% азота [3]; – 3,7 – средний прирост м3/га I класса бони тета в возрасте 10 лет; – µ – масса сырого кубометра древесины, кг; – λ – плотность сухой древесины из 1 м3 сырой; – f – плотность 1 м3 сырой древесины; – Х – площадь популяции данного возраста и класса бонитета. Соответственно масса депонированного уг сы углерода, вид – сосна. Древесина других видов имеет другую плотность. Модель ограни чивается точностью определения кубомассы и приростов. Средние приросты могут быть приня ты за 1 год и за 5 лет. Нами определены объёмы поглощенного углерода на заложенных учетных площадях и искусственных популяциях в целом. Предвари тельно была вычислена кубомасса сырорасту щей древесины. Так, например, 1 га древостоя в популяции, где заложена учетная площадь ПП 3, депониро вал 27324 кг углерода, что равняется поглощен ному диоксиду углерода СО2 объёмом, равным 0,18648 . 27342 = 5098,73 м3. Данные по другим участкам записали в таблицу 2. 2. Объемы поглощённого СО2 на 1 га древостоя С . лерода на 1 га будет: Х Так как плотность сырой древесины сос ны равна 500 кг/м3, а плотность сухой 480 кг/м3, то из 1 кг сырой древесины получим 0,96 кг сухой [4]. В конечном итоге получили модель, адапти рованную для вида сосна: 480( кг / кбм) ⋅ Χ ( га ) = C = 0,495 ⋅ 3,7( кбм.га ) ⋅ 500кг ⋅ 500 (кг / кбм) = 0,495 ⋅ 3,7(кбм / га) ⋅ 500(кг ) ⋅ 0,96 ⋅ Х ( га) = = 237,6 ⋅ 3,7(кбм / га) ⋅ Х ( га). Если условно принять средний прирост (G), то уравнение преобразованной модели для сосны будет следующим: где 237,6 – нами вычисленная постоянная вели чина для моделирования депонирования угле рода по виду сосна. Последовательными вычислениями массы углерода на 1 га согласно таблице 1 получим постоянные величины. Это позволит нам через матрицу EXEL вычислить массу депонирован ного углерода всех сосновых популяций в изуча емом районе, а также вести долговременный мониторинг. Молярная масса С – 12,011 г/моль. Молярная масса О – 15,999 г/моль. Молярная масса СО2 = 44,009 г/моль. Т.е. в 1 кг углерода На один атом углерода приходится одна мо лекула СО2. Объем СО2: V = Vm ⋅ υ = 22,4 л / моль ⋅ 83,25 моль = = 1864,8 л = 0,18648 м3 . Данная модель будет работать при условии: содержание в сухой массе древесины 49,5% мас ПП Масса углерода, депонированная на 1 га/кг Объемы поглощённого СО2 на 1 га древостоя, м3 ПП 1 ПП 2 ПП 3 ПП 5 ПП 6 ПП 8 ПП 9 ПП 10 ПП 11 ПП 12 ПП 13 ПП 14 ПП 15 ПП 16 ПП 17 ПП 18 24235,2 21384 27324 16632 17820 12592,8 22572 15444 14256 11880 16632 17820 16632 16632 22572 19008 4519,4 3987,7 5095,4 3101,5 3323,1 2348,3 4209,2 2880,0 2658,5 2215,4 3101,5 3323,1 3101,5 3101,5 4209,2 3544,6 Актуальна также проблема снижения продук тивности и устойчивости популяций под воздей ствием антропогенной нагрузки. Нарушаются процессы метаболизма растения. Вычисление депонирования углерода в популяциях с угнете нием роста возможно в сочетании вышеприве денного уравнения поглощаемого популяцией углерода и функциональной зависимостью вы ражения динамики роста популяции по объёму и близостью к источнику загрязнения. При анализе динамики роста модельных особей сосны обыкновенной в Нижегородском урбанизированном районе получили данные объёмов особей по анализу ствола, в зависи мости от близости к источнику загрязнения: мы выразили степенным уравнением как наибо лее точно описывающим зависимость. Мы построили разные графики функцио нальной зависимости (рис. 1) и выбрали для создания экологической модели наиболее адек ватные. 196 БИОЛОГИЧЕСКИЕ НАУКИ 0,2 0,1 8 0,1 6 y = 0,0207x 0,6087 R2 = 0,7644 0,1 4 y = 0,01 64x 0,5 295 R2 = 0,5778 0,1 .. Объем, кбм 0,1 2 0,08 y = 0,0071 x 0,5 75 6 R2 = 0,4445 0,06 0,04 0,02 0 0 5 10 15 y = 0,001 5x 0,6469 R2 = 0,3855 y = 0,0002x 0,5 885 R2 = 0,321 4 20 25 Ра с с то я н и е , к м Рис. 1 – Зависимость объёма модельной особи сосны обыкновенной по пятилетиям от промышленной зоны в направлении северовостока Так, вычислили зависимость по пятилетиям роста популяций сосны обыкновенной искусст венного происхождения: 5 лет y = 0,0002х0,5885; R2 = 0,3214; 10 лет y = 0,0015х0,6469; R2 = 0,3855; 15 лет y = 0,0071х0,5756; R2 = 0,4445; 20 лет y = 0,0164х0,5295; R2 = 0,5778; 25 лет y = 0,0207х0,6087; R2 = 0,7644; 4. Границы объёмов стволов в математической модели где Х – расстояние в километрах до промышлен ной зоны. Согласно полученным данным мы можем вычислить уровень поглощения углерода попу ляциями на любом удалении от лимитирующего источника. Для составления модели депонирования угле рода выбрали из графиков наиболее адекватную зависимость. Это график (рис. 1) зависимости высоты популяций сосны обыкновенной в воз расте 25 лет от расстояния до промышленной зоны г. Дзержинска в направлении северо востока от промышленной зоны с степенным уравнением y = 0,0207х0,6087. На графике мы установили границы работы модели – это мини мум и максимум удалённости учётных площа дей. Данные приведены в таблице 3. 3. Рамки адекватности полученной модели по удалённости от источника загрязнения Значения для направления северо-восток от Дзержинска и восточной промзоны, км Min 0,5 Max 20 Для того чтобы математическая модель суще ствовала, установили верхнюю и нижнюю гра ницы на выбранном графике по пересечению линии тренда с минимумами и максимумами расстояний учётных площадей и записали в таб лицу 4. Значения для направления северо-восток от Дзержинска и восточной промзоны, объём в м3 Min 0,0125 Max 0,128 Так, модель коэффициента депонирования выглядит следующим образом: Дс = 0,0207х0,6087/ Vmax, где х – расстояние лесного участка от границы урбанизированного района, км; Vmax – максимальное значение объёма в мо дели, на пересечении линии тренда с макси мальной удаленностью учетной площади. По составленной модели вычислили объёмы депонированного углерода на разных расстоя ниях с применением преобразованной модели поглощения углерода для сосны, получили урав нение: λ C = 0,495× 0,0207х 0,6087 × µ × × Χ s f , где С – среднее содержание углерода, кг. При построении модели нами принято: – 0,495 – процентное содержание углерода по массе в древесине. Как уже отмечалось выше, 197 БИОЛОГИЧЕСКИЕ НАУКИ 5. Данные значений фактического и расчётного содержания депонированного углерода № ПП Расстояние, км Фактический объём, м3 Вычисленный объём, м3 Фактическое содержание углерода в модельной особи, кг Расчетное содержание углерода в модельной особи, кг пп1 пп2 пп3 пп9 пп10 пп11 пп13 пп14 пп16 пп17 пп18 13 13,5 20 18,5 20 11 16 15 11 2 0,5 0,1827 0,1164 0,1799 0,1062 0,0815 0,1111 0,0694 0,0617 0,1379 0,0296 0,0125 0,099 0,101 0,128 0,122 0,128 0,089 0,112 0,107 0,089 0,031 0,0125 43,41 27,66 42,74 25,23 19,36 26,40 16,49 14,66 32,77 7,03 2,97 23,5224 23,9976 30,4128 28,9872 30,4128 21,1464 26,6112 25,4232 21,1464 7,3656 2,97 абсолютно сухая древесина в среднем содержит 49,5% углерода, 44,1% кислорода, 6,3% водоро да, 0,1% азота [3]; – х – удаленность популяции от источника загрязнения, км; – Хs – площадь популяции данного возраста и класса бонитета. Уравнение модели с усредненными пара метрами значений будет выглядеть следующим образом: С = 237,6 ⋅ 0,0207 х 0,6087 . По данной модели представили расчетные и фактические значения депонированного углеро да модельных особей на учётных площадях в таблице 5. Из расчетных данных в таблице 5 видно, что популяции, расположенные на расстоянии 0,5 км, имеют на 91% ниже способность депонировать углерод, чем на расстоянии 20 км. Нами зафиксировано воздействие Нижего родского урбанизированного района на интен сивность и ход искусственных популяций сосны обыкновенной Pinus sylvestris L. Установлена тес ная связь прироста сосновых популяций с рас стоянием до промышленных территорий урбани зированного района. Установлена зависимость прироста сосны обыкновенной по высоте, диа метру, объему стволовой древесины от радиуса и направления антропогенного воздействия, оце ниваемого через интегрированный показатель – снижение темпов роста. Составлена математическая модель воздей ствия деятельности человека на популяции сосны обыкновенной в Нижегородском урба низированном районе, а также древостоями, подверженными воздействию промышленных выбросов в урбанизированных территориях. Популяции сосны обыкновенной на загрязнен ных полютантами территориях не могут в пол ном объёме выполнять экологические функции. Поэтому недостаточно создание искусственных популяций на таких территориях, необходимо ле соводственными методами повышать их устой чивость. Литература 1. Куприянов, Н.В. Леса и лесное хозяйство Нижегородской области / Н.В. Куприянов, С.С. Веретенников, В.В. Ши шов. Н.Новгород: ВолгоВятское кн. издво, 1994. 100 с., ил. 2. Моисеев, С.М. Таксация молодняков. Л., 1971. 344 с. 3. Никитин, Н.И. Химия древесины и целлюлозы. М.Л., 1962. 4. Древесина. Показатели физикомеханических свойств. М., 1962. О возможности использования осадков бытовых сточных вод для производства безопасной сельскохозяйственной продукции А. В. Филиппова Филиппова,äîöåíò,ê.ñ.-õ.í., А. А. Мелько Мелько, ê.á.í., Îðåíáóðãñêèé ÃÀÓ Сегодня важным аспектом жизни является потребление качественных продуктов питания. В последнее время для возделывания культур используются нетрадиционные удобрения, к ко торым относятся и осадки бытовых сточных вод: они положительно влияют на биопродуктив ность культур. Материалы и методы. Наши исследования проводились с 2004 по 2008 гг. и включали изу чение осадков бытовых сточных вод (ОСВ) очи стных сооружений ЮжноУральского филиала 198
