Мониторинг, динамика и качество экосистемных услуг северотаежных лесов при разной интенсивности антропогенной нагрузки

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 23-26-00193

НазваниеМониторинг, динамика и качество экосистемных услуг северотаежных лесов при разной интенсивности антропогенной нагрузки

Руководитель Лянгузова Ирина Владимировна, Доктор биологических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Ботанический институт им. В.Л. Комарова Российской академии наук , г Санкт-Петербург

Конкурс №78 - Конкурс 2022 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 06 - Сельскохозяйственные науки; 06-101 - Лесное хозяйство

Ключевые слова экосистемные услуги бореальных лесов, мониторинг, дендроэкология, загрязнение окружающей среды, тяжелые металлы, лесные экосистемы, ширина и площадь годичных колец, сосновые леса, северная тайга, взаимодействие организм-среда, элементный состав растений и лишайников, листовая диагностика, Al-Fe-гумусовый подзол, система почва-растение, Северо-Запад России

Код ГРНТИ68.47.94

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Мониторинг техногенного загрязнения окружающей среды, его индикация и контроль состояния наземных экосистем остаются одной из важнейших и актуальных проблем современной экологии, охраны окружающей среды, лесной науки. Реализация проекта направлена на разработку научно обоснованного прогноза восстановления/потери ресурсного потенциала лесных экосистем (на примере северотаежных сосновых лесов) по градиенту техногенного загрязнения на фоне разной интенсивности эмиссии загрязняющих веществ и изменения климата на территории Мурманской области. В связи с этим в задачи предлагаемого проекта входят: ретроспективный анализ ширины и площади годичных колец Pinus sylvestris L., дискретный анализ уровня накопления основных загрязнителей (Ni, Cu, Со, Pb), микро- (Fe, Mn) и макроэлементов (Са, Mg, K) в древесине сосны, произрастающей по градиенту аэротехногенного загрязнения; оценка дендроклиматического отклика радиального прироста и площади годичных колец сосны за последние 50–70 лет и моделирование продуктивности сосновых древостоев на основе динамических трендов исследуемых параметров. Новизна предлагаемого проекта заключается в комплексном синхронном исследовании дендроклиматического отклика древостоев сосны, ответной реакции радиального прироста и площади годичных колец сосны на снижение интенсивности аэротехногенного загрязнения и ретроспективного анализа накопления тяжелых металлов (ТМ) в стволовой древесине сосны по градиенту загрязнения окружающей среды. В настоящее время еще недостаточно внимания уделяется роли антропогенных загрязнителей воздуха для объяснения причин дивергенции в дендрохронологии, а прямое моделирование роста деревьев при различных сценариях загрязнения никогда еще не применялось. В представляемом проекте будут использованы широко распространенные дендрохронологические методы, но в отличие от традиционных подходов, не учитывающих жизненное состояние деревьев, в данном проекте из всей совокупности особей сосны будут выбираться наиболее часто встречающиеся (65–70%) в древостое деревья сосны, относящиеся по своему жизненному состоянию к ослабленным и сильно ослабленным. В рамках предлагаемого проекта исследования будут проводиться на сети постоянных пробных площадей (ППП) по градиенту техногенного загрязнения в пределах импактной и буферной зон, удаленных от комбината «Североникель» на 8–15 км и 25–35 км соответственно. В качестве контроля будут обследованы ППП в фоновом районе, расположенном в 80 км от источника загрязнения. На каждой ППП будут отобраны образцы органогенного горизонта Al-Fe-гумусовых подзолов, древесные керны сосны (у основания ствола и на высоте 1.3 м), листьев (хвои) сосны, березы, черники, брусники, голубики, шикши, ягод кустарничков, плодовых тел грибов для их химического анализа методом атомно-абсорбционной спектрометрии. Данные о накоплении и превышении ПДК ТМ в растительном сырье лягут в основу зонирования загрязненной территории с целью установления границ и площади территории непригодной для сбора ягод, грибов и лекарственных растений. При статистической обработке полученных дендроклиматических хронологий будут использованы методы GAM, мультивариантной статистики и моделирования структурных уравнений, в том числе с привлечением подходов Байесовой статистики. Для построения функции отклика минерального состава растений на интенсивность аэротехногенной нагрузки и уровень загрязнения почвы ТМ будут применены множественный регрессионный и кластерный анализы. Комплексный подход к реализации поставленных задач даст возможность более точно и корректно осуществлять прогноз состояния лесных экосистем, что безусловно важно для разработки научно обоснованной технологии мониторинга загрязнения окружающей среды ТМ, которая входит в число критических технологий Российской Федерации. Оценка качества экосистемных услуг недревесных ресурсов леса, а также динамики ресурсного потенциала древостоев северной тайги на загрязненной территории являются высокоактуальными для Крайнего Севера.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Лянгузова И.В., Катютин П.Н. Effects of High and Low Aerotechnogenic Emissions of Heavy Metals on Wild Plants Forests, V. 14, Issue 8, N article 1650. (год публикации - 2023)
10.3390/f14081650

2. Лянгузова И.В. Экотоксикологическая оценка плодовых тел макромицетов при аэротехногенном загрязнении Успехи медицинской микологии, Т. XXV. С. 109–112. (год публикации - 2023)

3. Катютин П.Н., Лянгузова И.В. Особенности динамики радиального прироста Pinus sylvestris L. при разном уровне промышленного загрязнения на Кольском полуострове Лесотехнический журнал, №4, Т,13, Ч. 2 (год публикации - 2023)

4. Катютин П.Н., Лянгузова И.В., Ставрова Н.И., Баккал И.Ю., Горшков В.В. СТРУКТУРНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ ЦЕНОПОПУЛЯЦИЙ PINUS SYLVESTRIS L. В ЭКОСИСТЕМАХ СЕВЕРНОЙ ТАЙГИ И ПРИ АЭРОТЕХНОГЕННОМ ЗАГРЯЗНЕНИИ Ботанический журнал (год публикации - 2025)

Аннотация результатов, полученных в 2024 году
В соответствии с планом работ в полевой сезон 2024 г. были заложены 2 постоянные пробные площади (ППП) в пределах буферной зоны комбината «Североникель» (г. Мончегорск), на которых был проведен сплошной учет таксационных параметров древостоев и крупного подроста сосны обыкновенной с оценкой категории жизненного состояния каждого дерева; выкопаны почвенные разрезы; отобраны образцы кернов древесины сосны, модельных видов растений, дикорастущих ягод и съедобных грибов, а также отобраны пробы органогенного горизонта (лесной подстилки) почв. Установлено, что все растительные сообщества относятся к группе типов лишайниково-зеленомошных средневозрастных сосновых лесов в соответствии с ранее заложенными ППП в аналогичных биогеоценозах в фоновом районе Кольского полуострова и в импактной зоне. На территории буферной зоны абсолютный максимум в виталитетной структуре древостоев приходится на сильно ослабленные особи (46%), при этом доля усыхающих особей возрастает в 1.5 раза по отношению к их доле в фоновом районе. Все почвы на заложенных ППП относятся к типу Al-Fe-гумусовых подзолов. Результаты химического анализа верхнего органогенного горизонта подзолов показали повышенную степень фитотоксичности почв на территории буферной зоны (индекс техногенной нагрузки варьирует в пределах 8–18 отн. ед.). На основе измерения ширины годичных колец отобранных кернов древесины сосны выполнена статистическая оценка радиального прироста сосен на заложенных ППП. Аппроксимация основного тренда радиального прироста линейными регрессионными уравнениями выявила схожий характер изменения этого параметра практически во всех случаях. Дисперсионный анализ данных радиального прироста деревьев сосны за два периода исследований (1980–1999 и 2000–2019 гг.) в фоновом районе Кольского полуострова и в буферной зоне выявил непринципиальные различия в динамике хода роста стволовой древесины. В фоновых условиях во второй период наблюдений произошло достоверное уменьшение радиального прироста по отношению к первому периоду, что обусловлено увеличением возраста дерева вследствие возрастания диаметра ствола. В пределах буферной зоны наблюдается различная реакция радиального прироста на снижение интенсивности аэротехногенного загрязнения. На одной ППП выявлено достоверное снижение радиального прироста во второй период наблюдений, на другой ППП различия в значениях радиального прироста за два сравниваемых периода недостоверны, что, возможно, связано с 2-кратной разницей в уровне загрязнения лесной подстилки тяжелыми металлами. При количественной оценке дендроклиматического отклика радиального прироста сосны на изменение климатических параметров за последние 50-70 лет на территории фонового района Кольского полуострова и буферной зоны комбината «Североникель» выявлена значимая отрицательная связь между радиальным приростом и рядом климатических параметров. Результаты регрессионного анализа показали, что в фоновых районах Кольского полуострова прослеживается четкое снижение радиального прироста сосны при возрастании среднегодовой температуры, а также среднемесячной и суммы температур за вегетационный сезон, что свидетельствует о дивергенции дендроклиматического отклика радиального прироста на изменение климатических факторов. На территории буферной зоны эта закономерность нарушается: реакция радиального прироста стволовой древесины сосны на совместное воздействие климатических и антропогенных факторов различается на разных пробных площадях, расположенных на загрязненной территории. На всей обследованной территории в большинстве случаев данные радиального прироста не скоррелированы с параметрами осадков (среднегодовое количество осадков, среднемесячное количество и сумма осадков за вегетационный сезон). На фоне многократного сокращения объемов атмосферных выбросов комбинатом «Североникель», произошедшего с начала XXI века, регистрируется значительное снижение содержания потенциально токсичных металлов (Ni, Cu, Co, Pb, Cd) в листьях лекарственных растений. На территории буферной зоны содержание тяжелых металлов в листьях и ягодах Vaccinium vitis-idaea, V. myrtillus и V. uliginosum повышено по Ni, а по Pb и Cd находятся ниже их ПДК для пищевых продуктов, что свидетельствует о возможности сбора ягод для употребления в пищу, а листьев для применения в народной медицине. В пределах буферной зоны в плодовых телах базидомицетов: Leccinum versipelle (Fr.) Snell, Leccinum scabrum (Bull.) Gray, Suillus luteus (L.) Roussel, р. Russula Pers. и Lactarius rufus (Scop.) Fr., ПДК по Pb и Cd превышены в 1.5–2 и 2–20 раз соответственно. Следовательно, сбор грибов на этой территории представляет опасность для здоровья местного населения. Таким образом, проведенная экотоксикологическая оценка качества недревесных ресурсов леса выявила непригодность съедобных грибов для употребления в пищу местным населением, по крайней мере в радиусе 30 км от комбината «Североникель». Члены научного коллектива приняли участие в 5 международных конференциях (https://earth.spbu.ru/news-events/news_3660.html; https://dalgau.ru/sveden/struct/sluzhba-prorektora-po-nauchnoy-rabote/nauchno-issledovatelskaya-chast/plan-provedeniya-konferentsiy-i-forumov/doc/IP_OHRANA_I_RAC_ISPOLZOVANIE_LES_RES.pdf; http://forest.akadem.ru/Konf/2024/IF/%D0%9F%D1%80%D0%BE%D0%B3%D1%80%D0%B0%D0%BC%D0%BC%D0%B0_%D0%BA%D0%BE%D0%BD%D1%84%D0%B5%D1%80%D0%B5%D0%BD%D1%86%D0%B8%D0%B8_%D0%98%D0%9B_2024.pdf; https://ekbofr2024-insma.urfu.ru/ru/programma/; https://ipae.uran.ru/sites/default/files/gallery/files/%D0%9F%D0%A0%D0%9E%D0%93%D0%A0%D0%90%D0%9C%D0%9C%D0%90_80%20%D0%BB%D0%B5%D1%82%20%D0%98%D0%AD%D0%A0%D0%B8%D0%96.pdf) с устными докладами по тематике проекта. Результаты проведенных работ отражены в 1 научной статье, принятой к опубликованию в 2025 г. в Ботаническом журнале (Scopus Q4; Белый список, уровень 3).

Публикации