Экологические проблемы лесов

Благодаря своим гигиеническим и эстетическим свойствам леса имеют огромное рекреационное  значение. С ростом городов и увеличением  численности городских жителей  возрастает роль лесов  и лесопарков как мест массового отдыха, туризма, профилактики заболеваний и лечения, удовлетворения эстетических и познавательных потребностей населения.

Таким образом леса испытывают значительную антропогенную нагрузку.

Таблица 2.1^* 
 

Лесные  ресурсы, их основные полезные функции и роль в экономике 

2.1 Промышленные выбросы  и их влияние  на лесную растительность

Кислотные дожди, образующиеся в результате промышленного  загрязнения атмосферы, в комплексе  антропогенных факторов, отрицательно действующих на природную среду занимают особое место по масштабам и опасности воздействия.

Кислотность той или иной среды обуславливается  наличием свободных ионов H+. Концентрация свободных ионов водорода обозначается символом pH. Показатель pH химически чистой воды при 20°C равен 7,0. Растворы с pH <7,0 – кислотные, с pH> 7,0  - щелочные. Вещества, способствующие снижению pH, называются кислотообразующими. В атмосферу кислотообразующие вещества попадают не только в результате хозяйственной деятельности человека, но и вследствие природных явлений (например, при извержениях вулканов, землетрясениях). Принято считать, что при pH, равном 5,6 и отсутствии других примесей атмосферные осадки не загрязнены. Кислотные осадки имеют pH ниже 5,6.

Кислотообразующие вещества при взаимодействии с водяными каплями облаков образуют кислоты, а затем соли кислот, нередко еще более токсичные, что приводит, таким образом, к выпадению кислотных дождей. Это сопровождается существенными негативными экологическими последствиями. В настоящее время выпадение кислотных дождей стало широко распространенным явлением, приводящим к существенному закислению природной среды и заметным экологическим изменениям на территории целых регионов.

При этом кислотные дожди могут выпадать на расстоянии многих сотен и тысяч километров от источников первичного выброса веществ. В широком смысле к кислотным осадкам относят собственно дождь, снег, туман, сухое осаждение аэрозольных частиц, поглощение газов подстилающей поверхностью, вызывающие появление на последней свободных ионов водорода, обуславливающих формирование кислой среды.

К наиболее распространенным антропогенным загрязняющим веществам относят: окислы серы, азота, озон, соединения углерода, фтора, хлора  и др., а также твердые и жидкие аэрозоли различного происхождения: продукты неполного сгорания топлива, отходы плавильного производства черных и цветных металлов, выбросы цементных заводов, продукты трансформации первичных поллютантов. Леса поражаются в наибольшей мере двуокисью серы и кислотными осадками, образованными преимущественно серной и азотной кислотами. К числу поллютантов антропогенного и природного происхождения относятся также озон, фтор, хлор. Другие фитооксиданты оказывают на леса менее отрицательное влияние в силу их ограниченного распространения.

Сера  поступает в атмосферу не только в результате природных процессов (деятельность микроорганизмов, бактерий, разложение органического вещества почвы, извержение вулканов, морские брызги и т.д.), но и в результате хозяйственной деятельности человека. Большая ее часть (96%) в атмосферу поступает в виде оксида серы вследствие сжигания угля и нефтепродуктов. Доля суммарного выброса оксидов, по данным Ю.А. Израэля и др. , составляет: производство тепла и электроэнергии – 37%, промышленность – 13%, транспорт – 50%. Диоксид серы в основном выбрасывается при производстве тепла и электроэнергии(55%).

Соединения  серы по своему отрицательному воздействию  на окружающую среду занимают одно из первых мест среди загрязняющих веществ. Негативные последствия этого  воздействия отмечены не только вблизи источников выбросов, но и на весьма значительном расстоянии от них.

Вредное влияние загрязненного воздуха  на растения происходит как путем  прямого воздействия газов на ассимиляционный аппарат, так и  путем косвенного воздействия через  почву. Отмечается, что прямые эффекты  происходят за счет повышенного содержания диоксида серы в атмосферном воздухе и носят в основном локальный характер. Среди вторичных эффектов закисления природных сред можно назвать поражение наземной растительности за счет смены метаболических процессов в почве и соответствующего изменения характера питания растений.

Важным  последствием воздействия диоксида серы является понижение устойчивости растений к засухе, морозу, засолению  почв, вредителям, болезням. Накопление вредных веществ в почве приводит к своеобразной патологии: гибели полезной микрофлоры, нарушению роста, отравлению корневых систем и нарушению минерального питания, что, в свою очередь, способствует снижению плодородия и усилению мутационных процессов.

Внешние признаки поражения древесных растений проявляются различно, в зависимости от загрязнителя и лесорастительных условий.

П.С. Пастернак  и др. отмечают, что установить четкую зависимость между загрязнениям атмосферы и повреждаемостью  лесных насаждений сложно, поэтому  важно использовать биоиндикаторы  загрязнений воздуха. Наиболее пригодны в качестве индикаторов организмы, занимающие наиболее низкие трофические уровни, прежде всего, лишайники, особенно чувствительные к техногенному загрязнению атмосферного воздуха. Общая деградация эпифитного лишайникового покрова позволяет судить о наличии загрязнения. Если лишайники покрывают не менее половины поверхности комлевой части ствола на высоте 0,5-2,0м, воздух в лесу можно считать чистым, при покрытии менее 10% поверхности ствола – воздух сильно загрязнен.

В.А.Алексеевым (1990) предлагается шкала категорий жизненного состояния деревьев по характеристике кроны: здоровое дерево, ослабленное(поврежденное), сильно ослабленное (сильно поврежденное), сильно ослабленное (сильно поврежденное), отмирающее дерево, сухостой. Им выделяется V классов лесных экосистем по жизненному состоянию.

1. Класс не нарушенных атмосферным загрязнением лесных экосистем (без признаков ослабления). Древостой по жизненному состоянию «здоровый». Никаких симптомов повреждений от загрязнения ни у одного из компонентов экосистем не отмечается. В I классе выделяются эталонные леса для сравнительного изучения поврежденных экосистем.
2. Класс начального повреждения лесных экосистем (ослабленные). Нарушается или разрушается покров эпифитных лишайников. Преобладают здоровые деревья и жизненное состояние древостоев не имеет существенных (более 10%) отклонений от соответствующего показателя незагрязненных лесов. Леса II класса обычны при региональном типе загрязнения атмосферы, наблюдаются в сфере действия выбросов мощных тепловых электростанций.
3. Класс поврежденных лесных экосистем (сильно ослабленные). Доля здоровых деревьев составляет в лесах этого класса менее 50% как по числу, так и по объему. Поврежденность древостоев достигает 20-49%. Происходит отмирание ветвей в верхней части кроны. Покров эпифитных лишайников практически разрушен. На распространение лесов этого класса дополнительно влияет длительное региональное загрязнение.
4. Класс сильно поврежденных лесных экосистем (усыхающие). В древостоях таких экосистем здоровые деревья основного лесообразователя единичны или отсутствуют. Подрост и подлесок повреждены. Это зоны разрушения экосистем, которые вокруг крупных комбинатов по выплавке цветных металлов занимают десятки и сотни тысяч гектаров. Существенное значение в ухудшении жизненного состояния растений здесь имеет изменение почвенных условий. В случае регионального загрязнения сильно поврежденные леса возникают как результат дополнительного воздействия других абиотических или биотических стрессов. При этом само загрязнение может играть роль триггерного механизма, вызывающего ослабление экосистем и провоцирующего тем самым дальнейшее развитие неблагоприятной ситуации, в частности, вспышки численности насекомых-вредителей.
5. Класс полностью разрушенных экосистем (усохшие – свежий и старый сухостой). Леса отсутствую, возможны остатки разрушенных древостоев с сильно поврежденными и отмирающими особями.

2.2 Загрязнения промышленными  выбросами в зоне  произрастания лесов 

Впервые данные о загрязнении природной  среды страны опубликованы в докладе Государственного комитета СССР по охране природы «Состояние природной среды в СССР в 1988 году» (1990). Используя данные государственного доклада, можно отметить что в 1988 году почти на всей территории Республики Башкортостан отмечалась максимальная среднегодовая интенсивность выпадения сульфатной серы – более 20кг/га в год(в единицах серы).

Среднегодовая интенсивность выпадения нитратного азота на большей части территории  республики составила в 1988 году 2-5кг/га в год, в восточной части и на юге была максимальной – более 5кг в год.

Интенсивность выпадения аммонийного азота  в большинстве районов составила 2-5кг/га в год, однако в северных районах  она была повышенной – 5-10кг/га, а  в южных –максимальной – более 10кг/га в год.

Следует отметить, что сера, нитратный и  аммонийный азот являются кислотообразующими элементами, в значительной степени  именно они обусловливают образование  кислотных дождей.

Просматривая  статистические данные, можно отметить снижение выбросов  в атмосферу за последние 15 лет. Однако вряд ли можно согласиться с тем, что снижение выбросов в атмосферу обусловливается природоохранными мероприятиями, скорее – это результат экономического спада. Кроме того, следует учитывать, что ведомственные отчеты ранних лет не учитывают значительные выбросы от транспортных средств, чья доля значительно возросла в последнее десятилетие.

Наибольшие  объемы валовых выбросов в атмосферу  наблюдаются в городах: Уфа (29,5% выбросов республики), Стерлитамак (14,5%), Салават(10,7%).

В «Государственном докладе о состоянии окружающей природной среды Российской Федерации в 1991 году» сообщается, что около 65% промышленных выбросов от стационарных источников приходится на европейскую территорию России. Постоянно наблюдается рост концентраций оксида и диоксида азота. Для промышленных регионов центра России и Урала характерны максимальные значения выпадений сульфатной серы. В этих регионах и на юге Сибири наблюдаются также повышенные уровни выпадений азота (сумма выпадений нитратов и аммония). Учитывая географическое положение Башкортостана, климатические условия и розу ветров (преобладающий перенос воздушных масс - западный), следует признать, что загрязнение атмосферы республики происходит и в результате воздушного межобластного переноса загрязняющих веществ.

Загрязнителями  атмосферы в регионе являются также нефтегазодобывающие управления (НГДУ). Многочисленные объекты нефтепромыслов являются источниками загрязнения  атмосферного воздуха различными соединениями. Многочисленные объекты нефтепромыслов являются источниками загрязнения атмосферного воздуха различными соединениями. Газообразные выделения, поступающие в атмосферу, состоят из углеродов(метан, этан, пропан, бутан, пентан, гексан, гептан), сероводорода, сернистого газа, углекислого газа, окислов азота и др. Основными причинами попадания этих соединений в атмосферный воздух являются: неполная герметичность технологического оборудования, сжигания попутного газа на факелах, открытые поверхности накопителей и очистных сооружений, аварии на различных этапах добычи, подготовки и транспортировки нефти, газа и воды. Большая протяженность нефте- и газопроводов, частые аварии на них  с разливом нефти, сточных вод, своевременная ликвидация которых чрезвычайно затруднена, также способствует загрязнению атмосферного воздуха и почв.

Среди наиболее загрязненных районов следует  отметить Нефтекамский, где самым  крупным источником загрязнения  является Кармановская ГРЭС. Дымовые  трубы Кармановской ГРЭС относятся  к категории сверхвысоких (две  трубы по 250м, одна- 270м). отработанные газы на станции часто выбрасываются выше области инверсии и распространяются на большие расстояния. Приземные инверсии температур способствуют задержке попадающих в воздух примесей, созданию условий для увеличения их концентрации, образованию так называемой индустриальной дымки. Часто такая дымка наблюдается и на территории Янаульского и Татышлинского районов. В рассматриваемом регионе отмечаются кислотные туманы, которые, по сравнению с кислотными дождями, более вредны.

2.3 Химический состав снеговой воды

Показателем загрязненности атмосферы вредными веществами является наличие их в  снеге. В течение 1989-1998гг. в лесхозах республики отбирались пробы снега  для определения кислотности  атмосферных осадков в рамках программы регионального мониторинга воздействия загрязнения атмосферы на леса. Анализ снега, проводимый в лесной почвенно-химической лаборатории показал, что практически все леса республики (за исключением территорий, прилегающих к промышленным центрам в радиусе примерно 20-30 км) произрастают в зоне, где pР снеговой воды менее 5,6. Это говорит о выпадении кислых атмосферных осадков на территории республики.

Выделяются  районы с сильной кислотностью снеговой воды (pH 4,0-4,3). В местах произрастания равнинных ельников, интенсивно усыхающих в последние годы, снеговая вода характеризуется сильной кислотностью(как и в юго-восточной половине Уфимского плато). Обширность таких районов обусловливается влиянием южного промышленного узла (г.Стерлитамак, Салават, Ишимбай, Мелеуз), а также в крайне западной части республики.