Оценка жизненного состояния сосны обыкновенной в районе расположения полигона твердых коммунальных отходов «Жирошкино»

Полный текст

Введение Проблема обращения с отходами производства и потребления - одна из наиболее актуальных экологических проблем современной России. Ежегодно на территории Российской Федерации образуется порядка 55-60 млн т твердых коммунальных отходов (ТКО), в Москве - 5,5 млн т, а в Московской области - около 5 млн т. При этом основным способом их утилизации (90 %) является размещение и захоронение на полигонах, в карьерах, на санкционированных и стихийных свалках [1-3]. Объекты размещения отходов, даже не используемые в течение длительного времени, являются потенциальными источниками негативного воздействия на компоненты окружающей природной среды. Основным загрязнителем атмосферного воздуха и почвенного покрова вблизи полигонов и свалок является свалочный газ (биогаз), который образуется из органической части отходов в анаэробных условиях в результате жизнедеятельности метаногенных бактерий. Это смесь более чем пятидесяти газовых компонентов, основными из которых являются метан (46-66 %), диоксид углерода (35-55 %), аммиак, оксиды азота и сероводород [4]. При этом потенциальная газопродуктивность мусорных масс составляет 280-300 м3 на тонну ТКО, а ареал рассеяния компонентов свалочного газа с полигона достигает 2,5 км [5; 6]. Следует учитывать также, что разложение отходов сопровождается выделением тепла. А это наряду с тепловым загрязнением окружающей среды может приводить к самовозгоранию мусора, которое проявляется как в виде поверхностных пожаров, так и в виде скрытого горения в глубоких горизонтах свалочного тела. При таком горении в атмосферу выделяется целый комплекс токсичных веществ, в том числе такие стойкие органические загрязнители, как диоксины и полихлорированные бифенилы [7; 8]. Загрязнение почвенного покрова в зоне влияния объектов размещения отходов обусловлено также образованием фильтрата, который содержит в себе растворенные и взвешенные токсичные органические и неорганические вещества - хлориды, сульфаты, нитраты, ПАВ, нефтепродукты, тяжелые металлы и их производные [9]. Деятельность по размещению, хранению и захоронению отходов производства и потребления негативно сказывается и на состоянии биоценозов. Так, оксид углерода, оксиды азота и серы в составе свалочного газа способны вызывать необратимые изменения в клетках и тканях растений, которые внешне проявляются в виде хлороза (побледнения листьев и хвои вследствие разрушения хлорофилла), некроза (отмирание тканей листовой пластины и ее побурение), дефолиации, угнетения роста и развития растения [10-16]. Повышенное содержание тяжелых металлов в почве и грунтовых водах также оказывают угнетающее действие на жизнедеятельность растений, приводит к дисбалансу компонентов питания, нарушению синтеза и функций многих биологически активных соединений: ферментов, витаминов, гормонов [17]. Фитотоксический эффект оказывают и продукты горения свалочного тела. Так полихлорированные бифенилы даже при их содержании в почвах в концентрациях намного ниже ПДК снижают энергию прорастания семян, сокращают длину наземной части и, соответственно, биомассу растений, снижают репродуктивный потенциал [18]. Целью настоящей работы явилась оценка состояния окружающей среды в зоне влияния закрытого полигона ТКО «Жирошкино» Домодедовского района Московской области по жизненному состоянию деревьев на примере сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L.). Объекты и методы исследования Оценка состояния деревьев Pinus sylvestris проводилась на четырех пробных площадках, заложенных на различном удалении от полигона ТКО «Жирошкино», с учетом среднегодовой розы ветров Москвы и Московской области: 250, 750, 1400 и 2400 м. В качестве контрольной территории, на которой исключено негативное влияние объекта захоронения ТКО, но сохранены все остальные потенциальные источники загрязнения, был выбран Кузьминский лесопарк. В качестве фоновой, то есть «условно чистой», территории выступил Приокско-Террасный заповедник в силу своей удаленности от потенциальных источников атмосферного загрязнения. Согласно классификации Международного союза охраны природы (МСОП, IUCN) данный заповедник относится к категории IA. Strict nature reserve - строгий природный резерват (государственный природный заповедник), и его территория сохраняется в качестве эталона природы южного Подмосковья. При этом ближайшие к заповеднику полигоны ТКО «Лесная», «Съяново» и «Жерновка» расположены на расстоянии порядка 10-20 км, что исключает их как прямое, так и косвенное воздействие на биоценозы особо охраняемой природной территории [19]. На каждой пробной площадке площадью 1 га случайным образом было выбрано по двадцать четыре дерева. Таблица 1 Классы повреждения сосны обыкновенной (Pinus sylvestris) по степени дефолиации и депигментации крон, количеству шишек и приросту побегов Класс повреждения Степень дефолиации, % Степень депигментации, % Количество шишек, шт Прирост побегов, см 0 класс 0-10 0-10 очень много более 15 1 класс 10-25 10-25 много 10-15 2 класс 25-60 25-60 несколько 5-10 3 класс более 60 более 60 нет менее 5 Table 1 Damage classes of Pinus sylvestris by the degree of defoliation and depigmentation of crowns, number of cones and growth of shoots Damage class Degree of defoliation, % Degree of depigmentation, % Number of cones, pieces The growth of shoots, cm The 0 class 0-10 0-10 very many more than 15 The 1st class 10-25 10-25 many 10-15 The 2nd class 25-60 25-60 a few 5-10 The 3rd class more than 60 more than 60 no less than 5 Общее жизненное состояние (ОЖС) деревьев определялось в соответствии с методикой организации и проведения работ по мониторингу лесов европейской части России по программе ICP-Forest (методика EЭК ООН) по следующим показателям: классы дефолиации и пожелтения кроны, количество шишек и прирост побегов (табл. 1) [16]. Категория жизненного состояния сосны обыкновенной присваивалась по методике изучения лесных сообществ В.А. Алексеева (1989) (табл. 2). Индекс состояния древостоя рассчитывался по формуле , где Iv - индекс жизненного состояния древостоя; n1, n2, n3, n4 - количество здоровых, ослабленных, сильно ослабленных и отмирающих деревьев; n - общее число деревьев. Таблица 2 Категории жизненного состояния деревьев Балл ОЖС Категория жизненного состояния Признаки повреждения 0 Здоровое дерево Не подвержено никаким изменениям кроны и ствола; крона густая, зеленая хвоя, прирост нормальный для текущего года; лишайник на стволах хорошо развит, без следов повреждения 1 Поврежденное (ослабленное) дерево Заметно снижение густоты кроны (30-40 %); хвоя повреждена насекомыми (более 6 %), крона светло-зеленого цвета; прирост уменьшен меньше, чем наполовину 2 Сильно поврежденное (сильно ослабленное) дерево Снижение густоты кроны до 70 %; хвоинки поражены насекомыми; признаки некроза и хлороза; резко снижен размер прироста 3 Усыхающее дерево Снижение густоты кроны до 20 % и меньше; верхние ветви сухие и усыхающие; хвоинки светло-зеленого, желтого, оранжевого цвета; присутствуют некрозы 4 Свежий сухостой Дерево, погибшее в течение последнего года; на кроне не опавшие сухие хвоинки; частично заселено деревоокрашивающими грибами и вредителями стволов 5 Старый сухостой Дерево, погибшее в течение прошлых лет; ветви и кора утрачены; полностью заселено деревоокрашивающими грибами и вредителями стволов Table 2 Tree life status categories Class of the vital state Life status categories Signs of damage 0 Healthy tree Not subject to any changes in the crown and trunk; dense crown, green needles, normal growth for the current year; the lichen on the trunks is well developed, with no signs of damage 1 Damaged (weakened) tree Markedly reduced crown density (30-40%); the needles are damaged by insects (more than 6%), the crown is light green in color; growth reduced by less than half 2 Badly damaged (heavily weakened) tree Reducing crown density to 70%; needles struck by insects; signs of necrosis and chlorosis; growth rate sharply reduced 3 Drying tree Reducing crown density to 20% or less; the upper branches are dry and drying out; needles of light green, yellow, orange; necrosis present 4 Fresh dead wood A tree that has died in the last year; on the crown are not fallen dry needles; partially populated by wood-staining fungi and pests of trunks 5 Old dead wood A tree that has died during the past years; branches and bark are lost; completely inhabited by wood-coloring mushrooms and pests of the trunks При Iv, равном 1,7-0,8, состояние древостоя оценивалось как здоровое; при Iv = 0,79-0,5 - ослабленное (поврежденное); при Iv = 0,49-0,2 - сильно ослабленное (сильно поврежденное); при Iv = 0,19-0 - разрушенное (полностью деградированное) [17]. Статистическая обработка данных проводилась с помощью программы Microsoft Excel. Результаты исследования и их обсуждение Результаты проведенных исследований показали, что полигон ТКО «Жирошкино» оказывает негативное воздействие на состояние фитоценозов, представленных сосной обыкновенной (Pinus sylvestris). Классы дефолиации и депигментации деревьев в зоне влияния полигона достоверно выше (1-2 класс) по сравнению с контрольной (0-1 класс) и фоновой территориями (0 класс) (рис. 1). У деревьев, произраставших рядом с полигоном ТКО, снижено общее количество генеративных органов (шишек) по сравнению с контрольной и фоновой площадками. При этом также отмечена тенденция увеличения их количества при удалении от полигона (рис. 2). Кроме того, у сосен вблизи полигона на фоне снижения общего количества шишек по сравнению с контрольной и фоновой площадками наблюдалось преобладание «старых» (раскрывшихся) шишек над «новыми» (не раскрывшимися), что также свидетельствовало об их угнетенном состоянии. 2400 м от полигона ТКО (2400 m from landfill MSW) 1400 м от полигона ТКО (1400 m from landfill MSW) 750 м от полигона ТКО (750 m from landfill MSW) 250 м от полигона ТКО (250 m from landfill MSW) Рис. 1. Определение класса дефолиации и депигментации крон деревьев на исследуемых площадках (р < 0,05) [Figure1. Determination of the class of defoliation and depigmentation of tree crowns at the study sites (р < 0,05)] Баллы общего жизненного состояния древостоя, определенные по комбинации классов дефолиации и депигментации крон деревьев, а также по состоянию генеративных органов показаны на рис. 3. Как видно из рисунка, на всех исследуемых пробных площадках присутствовали деревья с разными баллами ОЖС. Однако их соотношение различалось и напрямую зависело от расстояния до полигона захоронения отходов. Так, на расстоянии 250 м отмечено преобладание «усыхающих» деревьев с баллом ОЖС, равном 3, а также наличие «свежего сухостоя» при полном отсутствии «здоровых» деревьев. По мере удаления от источника загрязнения наблюдалось снижение количества усыхающих деревьев и увеличение доли ослабленных и здоровых деревьев. 2400 м от полигона ТКО (2400 m from landfill MSW) 1400 м от полигона ТКО (1400 m from landfill MSW) 750 м от полигона ТКО (750 m from landfill MSW) 250 м от полигона ТКО (250 m from landfill MSW) Рис. 2. Оценка состояния генеративных органов сосны обыкновенной на исследуемых площадках (р < 0,05) [Figure 2. Evaluation of the state of the generative organs of Pinus sylvestris at the studied sites (р < 0,05)] - старый сухостой (an old dead tree) 1400 м от полигона ТКО (1400 m from landfill MSW) 750 м от полигона ТКО (750 m from landfill MSW) Рис. 3. Общее жизненное состояние Pinus sylvestris на исследуемых площадках [Figure 3. General vitality of Pinus sylvestris at the study sites] На контрольной площадке в Кузьминском лесопарке количество деревьев, обладающих 2-м классом ОЖС (сильно ослабленные деревья), превышало аналогичные значения на пробной площадке № 4, что, по-видимому, обусловлено более интенсивной рекреационной нагрузкой на территории парка. Фоновая территория отличалась преобладанием «здоровых» деревьев (91,7 %). Результаты расчета индекса жизненного состояния древостоев представлены на рис. 4. Деревья, произрастающие на расстоянии 250 м от полигона в пределах его санитарно-защитной зоны, по индексу состояния древостоя характеризовались как сильно ослабленные. При удалении от полигона ТКО наблюдалось постепенное увеличение данного показателя, что свидетельствовало об увеличении в структуре биоценозов количества здоровых деревьев. Значения индекса состояния древостоя, класса дефолиации и депигментации, количества генеративных органов достигали контрольных (Кузьминский лесопарк) при удалении от полигона ТКО на расстояние 2,4 км. Однако данные показатели значительно ниже фоновых значений (Приокско-Террасный заповедник) на всех изученных площадках. Рис. 4. Индекс состояния древостоя на исследуемых площадках [Figure 4. Tree state index on the investigated sites] Полученные в ходе исследования результаты полностью подтверждаются литературными данными. Так, в работе М.М. Комбарова и Е.В. Грачева (2013) установлена «нулевая» выживаемость растений, рекомендуемых для биологического этапа рекультивации, в условиях воздействия жидкой фракции полигона ТБО. Р.Х. Мамаджановым (2016) выявлено, что растения, произрастающие вблизи специального сооружения, предназначенного для изоляции и обезвреживания ТБО, оказались самыми чувствительными к загрязнению, и по мере отдаления от него состояние растительности улучшается [18; 19]. Заключение Объекты размещения отходов производства и потребления оказывают негативное воздействие на окружающую среду на протяжении всего жизненного цикла. Практически все компоненты экосистем (как абиотические, так и биотические) существующие вблизи или вокруг свалок и полигонов ТКО, в той или иной мере подвергаются деградации даже после прекращения приема отходов объектами их захоронения. При этом в качестве наиболее чувствительных и репрезентативных индикаторов состояния «нарушенной» среды обитания выступают растения. К числу древесных пород, наиболее часто используемых в целях биомониторинга, относится сосна обыкновенная (Pinus sylvestris L.). Фитоиндикационными показателями в сосновых древостоях, как правило, служат процентное соотношение некрозной и хлорозной хвои, ее преждевременное увядание и опадение, состояние генеративных органов и ростовых почек на побегах. А степень антропогенного влияния оценивается по общему жизненному состоянию фитоценоза. В результате проведенных исследований установлено достоверное улучшение жизненного состояния древостоя сосны обыкновенной по мере удаления от полигона ТКО «Жирошкино». Так, «сильно поврежденные» деревья, произрастающие в зоне непосредственного влияния полигона (0,25 км), с увеличением расстояния от места захоронения отходов сменились «ослабленным» древостоем. При этом количество здоровых деревьев в структуре фитоценоза достигло контрольных значений на расстоянии 2,4 км. Таким образом, методы биоиндикации, основанные на изучении морфологических признаков сосны обыкновенной, позволяют оперативно оценить интенсивность и масштабы негативного воздействия объектов захоронения ТКО на окружающую среду. Кроме того, благодаря продолжительному существованию ассимиляционных органов сообщества хвойных пород деревьев надежно характеризуют изменения среды обитания за длительные периоды времени.

Об авторах

Юлия Игоревна Баева

Российский университет дружбы народов

Автор, ответственный за переписку.
Email: baeva-yui@rudn.ru

кандидат биологических наук, доцент, доцент кафедры судебной экологии с курсом экологии человека экологического факультета

Российская Федерация, 117198, Москва, ул. Миклухо-Маклая, 6

Камиля Равилевна Камалетдинова

Российский государственный социальный университет

Email: camilja@mail.ru

магистр 2-го курса обучения факультета экологии и техносферной безопасности

Российская Федерация, 129226, Москва, ул. Вильгельма Пика, д. 4, стр. 1

Список литературы