Russian Federation
Russian Federation
Russian Federation
Has been presented the authors’ development demonstrating the possibility for determining the atmospheric air pollution in urban forest’s various areas by «passive» dosimetry’s methods. On the example of nitrogen oxides have been analyzed causes and consequences for technogenic pollution of forest ecosystems in urbanized areas. The study conducted on the territory of the Kuntsevskaya dacha’s spruce forest which is the part of the natural reserve «The Setun River’s Valley» (Moscow) has shown that in certain areas within a forest range, nitrogen dioxide accumulation in the air-ground interface can occur. Have been revealed the signs of increased nitrogen status for the investigated forest ecosystem.
nitrogen oxides, motor transport, passive dosimetry, urban forests, eutrophication of forest ecosystems.
1. Введение
Природный биогеохимический цикл азота, как известно, является практически замкнутым. Количество соединений азота, выводимых из цикла с глубоководными отложениями и процессами денитрификации в почвенном слое, компенсируются их поступлением в процессах вулканической активности, а также при химическом и биологическом связывания азота из атмосферы [1]. Дополнительное поступление соединений азота в процессе антропогенной деятельности приводит к нарушениям его биогеохимических циклов, как в локальном, так и в глобальном масштабе. В настоящее время масштабы антропогенного связывания азота более чем в три раза превышают допустимые «планетарные границы» [2]. К числу наиболее обсуждаемых в настоящее время экологических последствий этого положения относится эвтрофирование природных и природно-антропогенных экосистем. Связанный с антропогенной эмиссией оксидов азота «техногенный азот», поступающий в экосистемы в виде био- и педохимически активных соединений, ведет к интенсификации его миграционных потоков внутри экосистем и из экосистем. Это сопряжено с изменениями биоразнообразия на разных уровнях его организации — от видового до экосистемного [3]. Особо динамичным перестройкам ввиду изменения лесорастительных условий при эвтрофировании подвергаются лесные экосистемы. На фоне повышения азотного статуса лесных почв вследствие поступления добавочного техногенного азота растет продуктивность фитоценозов [4, 5]. В видовом разнообразии травяно кустарничкового яруса растет обилие нитрофильных видов, а менее требовательные к азоту виды отступают, что свидетельствует о повышении азотного статуса почв [6, 7, 8]. Но при этом постепенно прогрессирует и ряд негативных экологических процессов. Так, у древесных растений при обогащении почв азотом развивается отставание роста биомассы корней в сравнении с биомассой крон, что снижает ветроустойчивость деревьев и повышает их уязвимость в отношении патогенов (прежде всего — возбудителей корневых гнилей) [9]. Особой чувствительностью при этом отличаются хвойные породы, вследствие чего в хвойных лесах развиваются экологические сукцессии, ведущие к упрочению позиций лиственных пород (неморализации) [10, 11]. По мере «азотного насыщения» возрастает интенсивность миграционных потоков азота из лесных почв не только в растительность, но и в другие сопряженные среды — почвенно-грунтовые воды и атмосферу. В итоге добавочный азот провоцирует ускоренную минерализацию органического вещества, подкисление почв, дисбаланс элементов питания, денитрификацию, вымывание нитратов в почвенно-грунтовые воды и изменение видовой структуры биоценозов.
1. Dobrovol’skiy V. V. Biogeokhimiya mirovoy sushi. Izbrannye trudy [Biogeochemistry of world land. Selected works]. Moscow, Nauchnyy mir Publ., 2009, V. 3, 440 p. (in Russian)
2. Rockström, J., W. Steffen, K. Noone, Å. Persson, F. S. at.al. Planetary boundaries: exploring the safe operating space for humanity. Ecology and Society, 2009., vol.14, no 2.
3. Sutton M. A., Howard C., Erisman J. W., Billen G., Bleeker A., Grennfelt P., Van Grinsven H, Grizzetti B. The European Nitrogen Assessment: Sources, Effects and Policy Perspectives. Cambridge: University Press, 2011. 612 p.
4. Högberg P., Fan H., Quist M., Binkley D., Tamm C. Tree growth and soil acidification in response to 30 years of experimental nitrogen loading on boreal forest. Global Change Biology, 2006, vol. 12., pp. 489-499.
5. Magnani F., Mencuccini M., Borghetti M., Berbigier P. The human footprint in the carbon cycle of temperate and boreal forests. Nature, 2007, vol. 447., pp. 849-854.
6. Bobbink R., Hornung M., Roelofs J. G. The effects of airborne nitrogen pollutants on species diversity in natural and semi-natural European vegetation. Journal of Ecology, 1998, vol. 86., pp. 717-738.
7. Brunet, J., Diekmann M., Falkengren-Grerup U. Effects of nitrogen deposition on field layer vegetation in south Swedish oak forests. Environmental Pollution, 1998, vol. 1, no 102. pp. 35-40.
8. Zolotareva N. V., Podgaevskaya E. N., Shavnin S. A. Izmenenie struktury napochvennogo pokrova sosnovykh lesov v usloviyakh krupnogo promyshlennogo goroda [Change in the structure of the ground cover of pine forests in the conditions of a large industrial city]. Izvestiya Orenburgskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta [Izvestiya Orenburg State Agrarian University]. 2012, I. 5(37), pp. 218-221. (in Russian)
9. Majdi H., Kangas, P. Demography of fine roots in response to nutrient applications in a Norway spruce stand in southwestern Sweden. Ecoscience, 1997, vol. 2, no 4. pp. 199-205.
10. Averkieva I. Yu., Priputina I. V. Otsenka vliyaniya tekhnogennoy emissii NOx na pitatel’nyy rezhim lesnykh biogeotsenozov [Evaluation of the impact of technogenic NOx emission on the nutrient regime of forest biogeocenoses]. Vestnik KGU im. N. A. Nekrasova [Vestnik KSU im. ON. Nekrasov]. 2011, I. 3, pp. 51-57. (in Russian)
11. Priputina I. V., Zubkova E. V., Komarov A. S. Retrospective assessment of the dynamics of nitrogen availability in pine forests of the near-moscow region based on the data of phytoindication. Contemporary Problems of Ecology. 2015. Vol. 8.no 7. pp. 916-924.
12. Skryabin M. L. Obrazovanie gruppy termicheskikh oksidov azota v protsesse goreniya uglevodorodnykh topliv [Formation of a group of thermal nitrogen oxides in the process of combustion of hydrocarbon fuels]. Molodoy uchenyy [Young scientist]. 2015, I. 13, pp. 197-199. (in Russian)
13. Tarasova N. P., Kuznetsov V. A. Khimiya okruzhayushchey sredy: Atmosfera [Chemistry of the environment: Atmosphere]. Moscow, IKTs «Akademkniga» Publ., 2007. 228 p. (in Russian)
14. Boyarshinov M. G. Otsenka vliyaniya pridorozhnogo lesnogo massiva na rasprostranenie avtotransportnykh vybrosov [Evaluation of the influence of a roadside forest massif on the distribution of road transport emissions]. Matematicheskoe modelirovanie [Mathematical modeling]. 2001, V. 13, I. 8, pp. 53-64. (in Russian)
15. Kuznetsov V. A., Bednova O. V., Babiy T. E. K kharakteristike sredostabiliziruyushchikh svoystv lesnogo massiva v megapolise [To the characteristic of the mediostabilizing properties of the forest massif in the megalopolis]. Gorod. Les. Otdykh. Rekreatsionnoe ispol’zovanie lesov na urbanizirovannykh territoriyakh: tezisy dokladov nauchnoy konferentsii [Gorod. Forest. Recreation. Recreational use of forests in urban areas: abstracts of scientific conferences]. Moscow, T-vo nauchnykh izdaniy KMK Publ., 2009, pp. 41-43. (in Russian)
16. Bednova O. V., Kuznetsov V.A, Tarasova N. P. Eutrophication of an Urban Forest Ecosystem: causes and effect. Doklady Earth Sciences, 2018, vol. 478, part 1, pp. 124-128. DOI:https://doi.org/10.7868/S086956521803021.
17. Tarasova N. P., Kuznetsov V. A. Integral’nyy metod otsenki zagryazneniya atmosfernogo vozdukha i ego ispol’zovanie dlya povysheniya effektivnosti upravleniya na gorodskikh prirodnykh territoriyakh [Integral method for assessing the pollution of atmospheric air and its use to improve management efficiency in urban natural areas]. Bezopasnost’ v tekhnosfere [Safety in the technosphere]. 2008, I. 6, pp. 22-25. (in Russian)
18. Kuznetsov V. A., Tarasova N. P. Kompleksnaya otsenka vozdeystviya fizicheskikh i khimicheskikh faktorov na gorodskuyu okruzhayushchuyu sredu [Comprehensive assessment of the impact of physical and chemical factors on the urban environment]. Ekologiya i prom-st’ Rossii [Ecology and Industry of Russia]. 2008, I. 10, pp. 41-43. (in Russian)
19. Bednova O. V., Kuznetsov V.A, Tarasova N. P. Transformation of Urban Forest Ecosystems: Indication and Integral Assessment. Doklady Earth Sciences, 2015, vol. 463, Part 2, pp. 868-872. DOI: 10.1134/ S1028334X15080176.
20. Bednova O. V. Otsenka azotnogo statusa gorodskoy lesnoy ekosistemy na osnove geobotanicheskikh opisaniy [Assessment of the nitrogen status of the urban forest ecosystem based on geobotanical descriptions]. Aktual’nye problemy lesnogo kompleksa. Sbornik nauchnykh trudov [Actual problems of the forest complex. Collection of scientific papers]. Bryansk: BGITU Publ., 2016, I. 44, pp. 90-96. (in Russian)
