ЛЕСОВЕДЕНИЕ, 2019, № 6, С.533-546

ВЛИЯНИЕ АЭРОТЕХНОГЕННОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ НА СКОРОСТЬ РАЗЛОЖЕНИЯ РАСТИТЕЛЬНЫХ ОСТАТКОВ В СОСНОВЫХ ЛЕСАХ НА СЕВЕРНОМ ПРЕДЕЛЕ РАСПРОСТРАНЕНИЯ
Е. А. Иванова¹, Н. В. Лукина², М. А. Данилова², Н. А. Артемкина¹, В. Э. Смирнов², В. В. Ершов¹, Л. Г. Исаева^1
1Институт проблем промышленной экологии Севера, ФИЦ КНЦ РАН
Россия, 184209 Мурманская обл., Апатиты, ул. Академгородок, 14а
E-mail: ivanova@inep.ksc.ru
²Центр по проблемам экологии и продуктивности лесов РАН
Россия, 117997 Москва, ул. Профсоюзная, 84/32, стр. 14

Поступила в редакцию 12.07.2018 г.
Оценивалась скорость разложения растительных остатков (хвоя сосны, листья бореальных кустарничков, листья березы) на начальных этапах в сосняках лишайниково-кустарничковых, формирующихся на северном пределе распространения в естественных условиях и под воздействием аэротехногенного загрязнения выбросами медно-никелевого комбината «Североникель» на Кольском полуострове. В ходе исследования изучалось влияние исходного состава опада на скорость его разложения в лесах на разных стадиях техногенной дигрессии и выявлялись изменения в темпах потери массы и соединений элементов из растительных остатков, проводилось сравнение процессов разложения опада в сосновых и еловых лесах. Результаты исследования подтверждают зависимость скорости разложения от исходных концентраций элементов питания и соотношений лигнин:N, C:N и N:P в хвойных лесах. Снижение скорости потери массы опада в дефолиирующих лесах и техногенных редколесьях объясняется снижением его качества, а именно повышенным содержанием тяжелых металлов Ni и Cu, низким содержанием Ca, Mn, K, Mg и расширением соотношения лигнин:N, C:N и N:P в опаде. В лесах, подверженных воздушному загрязнению, по сравнению с фоном при разложении растительных остатков возрастали потери Ca, Mn, K и Mg, при этом более интенсивно накапливались лигнин, Al, Fe, Ni и Cu. Установлено, что темпы разложения растительных остатков вечнозеленых растений существенно выше в еловых лесах, а скорость разложения листьев березы, напротив, выше в сосновых лесах, что также объясняется качеством опада.
Ключевые слова: сосновые леса, разложение опада, темпы потери массы, качество опада, аэротехногенное загрязнение.
Исследование выполнено в рамках Государственного задания Института проблем промышленной экологии Севера ФИЦ КНЦ РАН №0226-2018-0111 (АААА-А18-118021490070-5), за счет гранта Российского научного фонда (проект 16-17-10284) и проекта Государственного задания ЦЭПЛ РАН, номер государственной регистрации - АААА-А18-118052400130-7. Тема "Методические подходы к оценке структурной организации и функционирования лесных экосистем".
DOI: 10.1134/S0024114819060044

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

• Бергман И.Е., Воробейчик Е.Л. Влияние выбросов медеплавильного завода на формирование запаса и разложение крупных древесных остатков в елово-пихтовых лесах // Лесоведение. 2017. № 1. С. 24–38.


• Бобкова К.С. Роль лесной подстилки в функционировании хвойных экосистем Европейского Севера // Вестник Института биологии Коми НЦ УрО РАН. 2000. № 9 (35) URL: https://ib.komisc.ru/add/old/t/ru/ir/vt/00-35/05.html (дата обращения 07.07.2018).


• Ветчинникова Л.В. Береза: вопросы изменчивости (морфо-физиологические и биохимические аспекты). М.: Наука, 2004. 183 с.


• Воробьева И.Г., Наумова А.Н. Интенсивность процесса деструкции растительного опада в почвах сухих местообитаний // Продуктивность и устойчивость лесных почв: Матер. III междунар. конф., г. Петрозаводск, 7‒11 сентября 2009 г. Петрозаводск: Изд-во Карельского НЦ РАН, 2009. C. 192–195.


• Воробьева Л.А. Химический анализ почв: Учебник. М.: Изд-во Московского гос. университета, 1998. 272 с.


• Евдокимова Г.А., Мозгова Н.П. Трансформация растительных остатков в почве в зоне воздействия аэротехногенных выбросов алюминиевого завода // Почвоведение. 2013. № 8. С. 1005–1015.


• Зенкова И.В. Структура сообществ беспозвоночных животных в лесных подзолах Кольского полуострова: Дисс. ... канд. биол. наук (спец. 03.02.08). Апатиты: Изд-во Кольского НЦ РАН, 2000. 156 с.


• Кузнецов М.А. Влияние условий разложения и состава опада на характеристики и запас подстилки в среднетаежном чернично-сфагновом ельнике // Лесоведение. 2010. № 6. С. 54–60.


• Кузнецов М.А., Осипов А.Ф. Растительный опад как компонент биологического круговорота углерода в заболоченных хвойных сообществах средней тайги // Вестник Института биологии Коми НЦ УрО РАН. 2011. № 9. С. 10–12.


• Ларионова А.А., Квиткина А.К., Быховец С.С., Лопес-де-Гереню В.О., Колягин Ю.Г., Каганов В.В. Влияние азота на минерализацию и гумификацию лесных опадов в модельном эксперименте // Лесоведение. 2017. № 2. С. 128–139.


• Лукина Н.В., Никонов В.В. Биогеохимические циклы в лесах Севера в условиях аэротехногенного загрязнения: в 2-х ч. Апатиты: Изд-во Кольского НЦ РАН, 1996. Ч. 1. 213 с.; Ч. 2. 192 с.


• Лукина Н.В., Никонов В.В. Питательный режим лесов северной тайги: природные и техногенные аспекты. Апатиты: Изд-во Кольского НЦ РАН, 1998. 316 с.


• Лукина Н.В., Полянская Л.М., Орлова М.А. Питательный режим почв северотаежных лесов. М.: Наука, 2008. 342 с.


• Никонов В.В., Лукина Н.В., Безель В.С., Бельский Е.А., Беспалова А.Ю., Головченко А.В., Горбачева Т.Т., Добровольская Т.Г., Добровольский В.В., Зукерт Н.В., Исаева Л.Г., Лапенис А.Г., Максимова И.А., Марфенина О.Е., Паникова А.Н., Пинский Д.Л., Полянская Л.М., Стайннес Е., Уткин А.И., Фронтасьева М.В., Цибульский В.В., Чернов И.Ю., Яценко-Хмелевская М.А. Рассеянные элементы в бореальных лесах. М.: Наука, 2004. 616 с.


• Никонов В.В., Лукина Н.В., Полянская Л.М., Паникова А.Н. Особенности распространения микроорганизмов в Al-Fe-гумусовых подзолах северотаежных еловых лесов: природные и техногенные аспекты // Микробиология. 2001. Т. 70. № 3. С. 319‒328.


• Никонов В.В., Лукина Н.В., Полянская Л.М., Фомичева О.А., Исаева Л.Г., Звягинцев Д.Г. Численность и биомасса почвенных микроорганизмов северо-таежных сосновых лесов при пирогенной сукцессии // Почвоведение. 2006. № 4. С. 484‒494.


• Полянская Л.М., Никонов В.В., Лукина Н.В., Паникова А.Н., Звягинцев В.Г. Микроорганизмы Al-Fe-гумусовых подзолов сосняков лишайниковых в условиях аэротехногенного загрязнения // Почвоведение. 2001. № 2. С. 215‒226.


• Фомичева О.А., Полянская Л.М., Никонов В.В., Лукина Н.В., Орлова М.А., Исаева Л.Г. Численность и биомасса почвенных микроорганизмов в старовозрастных коренных еловых лесах северной тайги // Почвоведение. 2006. № 12. С. 1469‒1478.


• Цветков В.Ф., Цветков И.В. Промышленное загрязнение окружающей среды и лес. Архангельск: Изд-во Северного (Арктического) федерального университета имени М.В. Ломоносова, 2012. 312 с.


• Ярмишко В.Т., Лянгузова И.В. Многолетняя динамика параметров и состояния хвои Pinus sylvestris L. в условиях аэротехногенного загрязнения на Европейском Севере // Известия СПбЛТА. 2013. № 2 (203). C. 30-46.


• Albrektson A. Needle litterfall in stands of Pinus sylvestris L. in Sweden, in relation to site quality, stand age, and latitude // Scandinavian Journal of Forest Research. 1988. N 3. P. 333-342.


• Berg B. Litter decomposition and organic matter turnover in northern forest soils // Forest Ecology & Management. 2000. V. 133. P. 13‒22.


• Berg B., McClaugherty C. Plant litter – decomposition, humus formation, carbon sequestration, 2nd ed. Edt.: B. Berg, C. McClaugherty. Germany: Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2008. 340 p.


• Bödeker I.T.M., Lindahl B.D., Olson Å., Clemmensen K.E. Mycorrhizal and saprotrophic fungal guilds compete for the same organic substrates but affect decomposition differently // Functional Ecology. British Ecological Society. 2016. V. 30. Iss. 12. P. 1967–1978. URL: https://doi.org/10.1111/1365-2435.12677 (January 16, 2019).


• Fang X., Zhao L., Zhou G., Huang W., Liu J. Increased litter input increases litter decomposition and soil respiration but has minor effects on soil organic carbon in subtropical forests // Plant Soil. 2015. V. 392. P. 139–153.


• Hobbie E.A., Macko S.A., Shugart H.H. Insights into nitrogen and carbon dynamics of ectomycorrhizal and saprotrophic fungi from isotopic evidence // Oecologia. 1999. V. 118. Iss. 3. P. 353–360. URL: https://doi.org/10.1007/s004420050736 (January 16, 2019)


• Husson F., Le S., Pages J. Exploratory multivariate analysis by example using R. 2nd ed. London: Chapman & Hall/CRC Press. 2017. 248 p.


• Kozlov M., Zvereva E. Decomposition of birch leaves in heavily polluted industrial barrens: relative importance of leaf quality and site of exposure // Environmental Science & Pollution Research. 2015. V. 22. Iss. 13. P. 9943–9950. URL: https://doi.org/10.1007/s11356-015-4165-8 (July 7, 2018).


• Lukina N., Nikonov V. Assessment of environmental impact zones in the Kola Peninsula forest ecosystems // Chemosphere. 2001. V. 42. Iss. 1. P. 19–34. URL: https://doi.org/10.1016/S0045-6535(00)00095-3 (July 7 2018).


• Lukina N.V., Orlova M.A., Steinnes E., Artemkina N.A., Gorbacheva T.T., Smirnov V.E., Belova E.A. Mass-loss rates from decomposition of plant residues in spruce forests near the northern tree line subject to strong air pollution // Environmental Science and Pollution Research. 2017. V. 24. Iss. 24. P. 19874–19887.


• Pausas J.G. Litter fall and litter decomposition in Pinus sylvestris forests of the eastern Pyrenees // Journal of Vegetation Science. 1997. V. 8. P. 643–650.


• Pedersen L.B., Bille-Hansen J. A comparison of litterfall and element fluxes in even aged Norway spruce, sitka spruce and beech stands in Denmark // Forest Ecology & Management. 1999. V. 114. P. 55–70.


• Portillo-Estrada M., Pihlatie M., Korhonen J.F.J., Levula J., Frumau A.K.F., Ibrom A., Lembrechts J.J., Morillas L., Horváth L., Jones S.K., Niinemets Ü. Climatic controls on leaf litter decomposition across European forests and grasslands revealed by reciprocal litter transplantation experiments // Biogeosciences. 2016. V. 13. P. 1621–1633.


• R Core Team. R: A language and environment for statistical computing. R Foundation for Statistical Computing. Vienna, Austria, 2017. URL: http://www.R-project.org.


• Raal A., Boikova T., Püssa T. Content and dynamics of polyphenols in Betula spp. leaves naturally growing in Estonia // Records of Natural Products. 2015. V. 9. N 1. P. 41–48.


• Rahman M.M., Tsukamoto J., Rahman M.M., Yoneyama A., Mostafa K.M. Lignin and its effects on litter decomposition in forests ecosystems // Chemistry & Ecology. 2013. V. 29. Iss. 6. P. 540–553.


• Rowland A.P., Roberts J.D. Lignin and cellulose fractionation in decomposition studies using acid-detergent fibre methods // Communications in Soil Science & Plant Analysis. 1994. V. 25. N 3-4. P. 269–277.


• Tu L-h., Hu H-l., Chen G., Peng Y., Xiao Y-l., Hu T-x., Zhang J., Li X-w., Liu L., Tang Y. Nitrogen addition significantly affects forest litter decomposition under high levels of ambient nitrogen deposition // PLoS ONE. 2014. V. 9. Iss. 2. URL: https://doi.org/10.1371/journal.pone.0088752 (July 7, 2018).


• Wardle D.A., Nilsson M-C., Zackrisson O., Gallet C. Determinants of litter mixing effects in a Swedish boreal forest // Soil Biology & Biochemistry. 2003. V. 35. Iss. 6. P. 827‒835.


• Zhang D., Hui D., Luo Y., Zhou G. Rates of litter decomposition in terrestrial ecosystems: global patterns and controlling factors // Journal of Plant Ecology. 2008. V. 1. N 2. P. 85–93.