Роль лісової підстики у накопиченні та розподілі важких металів у екосистемах середньої частини Присамар’я Дніпровського
УДК 630*114.35:549.28(477.36)
Н. М. Цвєткова, М. С. Якуба
Днепропетровский национальный университет им. Олеся Гончара,
Днепропетровск, Украина
ROLE OF FOREST’S GROUND LITTER IN ACCUMULATION
AND DISTRIBUTION OF HEAVY METALS IN ECOSYSTEMS OF
THE MIDDLE PART OF PRYSAMAR’YA DNIPROVS’KE
N. N. Tsvetkova, M. S. Yakuba
Oles’ Honchar Dnipropetrovs’k National University, Dnipropetrovs’k, Ukraine
Серед екологічних проблем глобального забруднення навколишнього середовища (повітря, води, ґрунтів, рослинності тощо) забруднення важкими металами виступає одним із пріоритетних напрямів. У даній роботі наведено результати інвентаризації концентрації важких металів (Ti, V і Cr) у лісових підстилках біогеоценозів середньої частини Присамар’я Дніпровського.
Лісові біогеоценози Присамар’я Дніпровського знаходяться в різних мікрокліматичних умовах і представлені природними лісами та штучними лісовими насадженнями. Природні біогеоценози – байрачні, пристінні, заплавні та аренні лісові екосистеми; штучні біогеоценози – дубові, дубово-кленові, білоакацієві, соснові, гледичієві насадження та лісосмуги.
Територія середньої частини Присамар’я Дніпровського знаходиться на відстані 70 км від м. Дніпропетровськ і 3 км від с. Андріївка Новомосковського району Дніпропетровської області. Досліджені степові та лісові екосистеми розташовані на вододілі степових річок Самара та Сороковушка, на пристіні, у байраках і заплавах р. Самара. Вододіл являє собою хвилясту рівнину з абсолютними висотами 140–160 м і схилом в 1,5 ° південно-східної експозиції. Панівні ґрунтотвірні породи – леси, лесовидні суглинки, алювіально-делювіальні та давньо-алювіальні відкладення.
Клімат району досліджень помірно-континентальний. Температура повітря знаходиться між середніми річними ізотермами +7,9 °С на півночі та +8,8 °С на півдні при середніх значеннях найтеплішого місяця (червня) +22 °С і найхолоднішого (січня) в інтервалі від –5 до –7 °С. Середня швидкість вітру – 3,0–3,5 м/с. Норма опадів – близько 450 мм/рік, трапляються атмосферні посухи, що відображаються на структурі та складі рослинності, біогеоценозах у цілому. У заплавних, аренних і байрачних лісах формується своєрідний, відмінний від зонального, мікроклімат.
За геоботанічним районуванням територія середньої частини Присамар’я Дніпровського належить до степової зони, підзони північних степів. Дані ґрунтових досліджень свідчать про те, що на території району дослідження переважають чорноземи звичайні, чорноземи звичайні лісопокращені, чорноземи лісові; у заплаві – лучно-лісові та лісо-лучні ґрунти, на арені – дернові та дерново-борові ґрунти. Зональним типом рослинності району є різнотравно-кострицево-ковиловий степ, інтразональними рослинними угрупованнями є природні та штучні лісові екосистеми. Частину результатів дослідження біогеоценозів середньої частини Присамар’я Дніпровського наведено нижче.
Різнотравно-кострицево-ковиловий степ. Потужність калдану (підстилки) – 1,6 см. Концентрація титану в калдані становить 320, хрому – 130, ванадію – 50 мг/кг. У ґрунті – чорноземі звичайному малогумусному, середньосуглинковому на лесовидних суглинках уміст титану становить 290, хрому – 80, а ванадію – 36 мг/кг.
В’язо-ясенева діброва. Лісова підстилка двошарова, потужність – 1,8 см. Загальний запас підстилки дорівнює 14,6 т/га, кількість опаду – 3,1 т/га. Швидкість розкладання відмерлої органічної маси – 52 %. У підстилці вміст титану становить 280·102, хрому – 63, ванадію – 130 мг/кг. В опаді кількість титану дорівнює 120·102 мг/кг, хрому – 48, ванадію – 110. Ґрунти в’язо-ясеневої діброви заплавно-лісові, малогумусні, супіщані на алювіальних відкладеннях. Концентрація титану в шарі ґрунту 0–50 см становить 125, хрому – 50, ванадію – 105 мг/кг.
Липово-ясенева діброва. Лісова підстилка двошарова, потужність – 3 см. Швидкість розкладання – 38 %. Кількість опаду – 3,4 т/га, запаси підстилки – 11,3 т/га. Концентрація важких металів у підстилці липово-ясеневої діброви дорівнює: титан – 156·102, хром – 37, ванадій – 215 мг/кг. У опаді кількість титану становить 120·102, хрому – 28, ванадію – 72 мг/кг. У ґрунті зафіксовано такий вміст: титану – 90·102, хрому – 35, ванадію – 32 мг/кг.
Вільшаник. Місце розташування – підвищена частина притерасся долини р. Самара. Підстилка двошарова, потужністю 2 см, її запас становить 17,3 т/га, швидкість розкладання – 30 %. Ґрунтові води розташовані на глибині 95 см. Концентрація титану у підстилці – 161·102 мг/кг, хрому – 63, ванадію – 244. Ґрунти заплавно-болотні, малогумусні, суглинкові на алювіальних відкладах, містять таку кількість досліджуваних хімічних елементів: титану – 120·102, ванадію – 238, хрому – 63 мг/кг. В опаді ці значення становлять 74·102, 67 та 36 мг/кг, відповідно.
Сосновий бір розташований на арені р. Самара. Підстилка тришарова, запаси становлять 50,5 т/га, потужність – 2,47 см, швидкість розкладання – 13,8 %. Запаси опаду складають 2,9 т/га. Ґрунти – дерново-борові, піщані на давньоалювіальних відкладеннях. Вміст важких металів у ґрунті: титану – 32·102, хрому – 22, ванадію – 95 мг/кг. В опаді вміст титану становить 55·102, хрому – 7, ванадію – 16 мг/кг, у підстилці – 64·102, 42 та 113 мг/кг, відповідно.
Дубово-кленова лісосмуга. Ґрунт – чорнозем звичайний лісопокращений, малогумусний, середньосуглинковий на лесовидних суглинках. Уміст титану у ґрунті становить 38·102, хрому – 122, ванадію – 44 мг/кг, в опаді титану 25·102, хрому – 115, ванадію – 35 мг/кг. У підстилці зафіксовано такі значення вмісту досліджених хімічних елементів: 42·102, 124, 58 мг/кг, відповідно. Визначення вмісту вказаних важких металів у надземних частинах рослин різних видів, опаді та підстилці, профілі ґрунтів природних і антропогенно змінених лісових біогеоценозів, показало, що найбільші концентрації досліджених хімічних елементів відмічено у пістилках лісових екосистем.
Лісова підстилка – особливий компонент біогеоценозу, що впливає на вміст гумусу та поживних речовин у ґрунті. Склад і властивості підстилки залежать від кількісного видового складу рослинного покриву, хімічного складу окремих видів рослин, спрямованості та інтенсивності процесів біохімічної трансформації опаду.
Зміна концентрації елементів у процесі перетворення фотосинтезуючої фітомаси в опад і далі у підстилку свідчить про те, що трансформація елементарного хімічного складу рослин відбувається в процесі утворення підстилок. У результаті, утворена з опаду підстилка збагачена усіма досліджуваними елементами (Ti, V та Cr) у 2–11 разів. Отже підстилка, у якій інтенсивно відбуваються процеси деструкції та біохімічної трансформації рослинних залишків, виступає як біогеохімічний бар’єр, що затримує токсичні метали та відіграє провідну роль у здатності екосистем до саморегуляції. У результаті протікання постійних процесів біохімічного розкладання підстилки, елементи, що вивільняються можуть поглинатися рослинами, ґрунтовими безхребетними або надходити безпосередньо у ґрунт в іонній формі або у зв’язаному стані у складі гумусових речовин. Джерело техногенних забруднень лісових екосистем – аерозольні та газові викиди речовин в атмосферу. Забруднюючі речовини (у тому числі важкі метали) затримуються у надземній частині деревних рослин, а потім мігрують під полог крон переважно з біогенним опадом.
За даними В. А. Тихомирова (1983), час, за який 95–99 % забруднюючих речовин, що надійшли до лісової екосистеми акумулюється у лісовій підстилці, а їх вміст при цьому у надземній частині деревостану досягає мінімуму, становить у листяних лісах 2 роки, а у хвойних – 5–7 років, що пов’язано з більшою тривалістю життя хвої.
Час, необхідний для повного надходження до складу ґрунту органо-мінеральних речовин, у тому числі забруднюючих, які містяться у горизонті А0 ґрунтів екосистем степового Придніпров’я складає у листяному лісі 3 роки (середнє значення ОПКреч = 3), у хвойному – 6–8 років (середнє значення ОПКреч = 6–8).
З отриманих даних можна зробити висновок, що в середньому в умовах степового Придніпров’я для переміщення титану, ванадію та хрому з опаду в підстилку і далі у ґрунт витрачається від 4 до 8 років. Лісова підстилка – важлива ланка системи зв’язків між рослинністю та ґрунтом. Вона – один із найважливіших складників лісового угруповання та структурно-функціональний компонент, який об’єднує абіотичні та біотичні частини біогеоценозу до цілісної системи. Всебічне вивчення підстилок повинно носити моніторинговий характер і є необхідною умовою оцінки стану лісового біогеоценозу, пізнання процесів кругообігу речовин у системі «ґрунт – рослина».
Zoocenosis — 2011
Біорізноманіття та роль тварин в екосистемах: Матеріали VІ Міжнародної наукової конференції. – Дніпропетровськ: Вид-во ДНУ, 2011. – С. 43-45.