Kharpukhaeva T. M., Afanas’eva L. V., Kalugina O. V., Oskorbina M. V. Species Composition and Vegetation Structure of Light Coniferous Forests under Pollution of Aluminum Smelter Emissions in Irkutsk Oblast
1 Inst. Gen. Exp. Biol., Rus. Acad. Sci., Sib. Br.
Sakhyanov str., 6, Ulan-Ude, Republic of Buryatia, 670047 Russian Federation
2 Sib. Inst. Plant Physiol. Biochem., Rus. Acad. Sci., Sib. Br.
Lermontov str., 132, Irkutsk, 664033 Russian Federation
E-mail: takhar@mail.ru, afanl@mail.ru, olignat32@inbox.ru, omaria-84@ya.ru
Abstract
UDC 581.5 (571.53)
How to cite: Kharpukhaeva T. M.1, Afanas’eva L. V.1, Kalugina O. V.2, Oskorbina M. V.2 Species composition and vegetation structure of light coniferous forests under pollution of aluminum smelter emissions in Irkutsk Oblast // Sibirskij Lesnoj Zurnal (Sib. J. For. Sci.). 2022. N. 6. P. 45–57 (in Russian with English abstract and references).
DOI: 10.15372/SJFS20220605
© Kharpukhaeva T. M., Afanas’eva L. V., Kalugina O. V., Oskorbina M. V., 2022
The species diversity and state of the ground cover of light coniferous forests in the territories of Irkutsk Oblast, polluted by emissions from three aluminum smelters (Bratsk (BrAZ), Irkutsk (IrkAZ) and Tayshet (TAZ)), differing in production technology and duration of impact on forests, were studied. 188 species of vascular plants from 49 families, 102 species of lichens, including 26 species of epigeal and 13 species of ground mosses were identified. Most species belong to the forest floral complex, mainly to the light coniferous zone-zonal group. Perennial herbaceous plants dominate in the biomorphological spectrum: its basis consist of long-rooted (30 % of the total flora), short-(26 %), and rod-rooted (13 %) species. The mesophytic species dominate in ecological spectrum. The most significant transformation of the species composition was observed in forest communities located in the industrial zone (within a radius of 0.5 km) of BrAZ, where the critical level of contamination of Scotch pine (Pinus sylvestris L.) trees was found. The drying of trees and the degradation of the grass-shrub layer contributed to the formation of solid moss cushion from silvergreen bryum moss (Bryum argenteum Hedw.) on the soil. In the industrial zone of TAZ and IrkAZ, where average and strong level of tree-stands contamination, respectively, was found we observed the increase of plant projective coverage to 70-85 % and the total number of vascular plant species due to the appearance of meadow, forest-steppe and ruderal. The composition of phytocenoses often changes towards the predominance of photophilic species. With a low level of contamination of tree-stands, changes in the floral complex are less pronounced and statistically insignificant compared to background territories.
Article
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ (REFERENCES)
Бардаш А. В., Богданов В. Н., Богоявленский Б. А., Анисимова З. Н., Кусакин В. К., Хренов П. М., Буфал Б. В., Линевич Н. Л., Сорокина Л. П., Дурнев Ю. А., Комаров Л. В., Устинов С. К., Заборцева Т. И., Маторова Н. И., Рященко С. В., Аргучинцев В. К., Афанасьева Л. М., Батуев А. Р. Атлас. Иркутская область (экологические условия развития). М.; Иркутск, 2004. 90 с. [Bardash A. V., Bogdanov V. N., Bogoyavlenskiy B. A., Anisimova Z. N., Kusakin V. K., Khrenov P. M., Bufal B. V., Linevich N. L., Sorokina L. P., Durnev Yu. A., Komarov L. V., Ustinov S. K., Zabortseva T. I., Matorova N. I., Ryashchenko S. V., Arguchintsev V. K., Afanas'eva L. M., Batuev A. R. Atlas. Irkutskaya oblast' (ekologicheskie usloviya razvitiya) (Atlas. Irkutsk Oblast (environmental conditions of development)). Moscow; Irkutsk, 2004. 90 p. (in Russian)].
Беляева Н. В. Катастрофический ветровал и изменения травяно-кустарничкового и мохового ярусов в лесах Висимского заповедника В кн.: Последствия катастрофического ветровала для лесных экосистем. Екатеринбург, 2000. C. 46–62 [Belyaeva N. V. Katastroficheskiy vetroval i izmeneniya travyano-kustarnichkovogo i mokhovogo yarusov v lesakh Visimskogo zapovednika (Catastrophic windfall and changes in the grass-shrub and moss layers in the forests of the Visimsky Reserve) In: Posledstviya katastroficheskogo vetrovala dlya lesnykh ekosistem (Consequences of a catastrophic windfall for forest ecosystems). Yekaterinburg, 2000. P. 46–62 (in Russian)].
Вайцеховская Е. Р. Биоразнообразие травяного яруса лесных экосистем при воздействии промышленных эмиссий // Проблемы сохранения биологического разнообразия Южной Сибири: 1-я междунар. науч.-практ. конф., Кемерово, 19–22 мая, 1997 г. Кемерово, 1997. С. 113–114 [Vaytsekhovskaya E. R. Bioraznoobrazie travyanogo yarusa lesnykh ekosistem pri vozdeystvii promyshlennykh emissiy // (Biodiversity of the herbaceous layer of forest ecosystems under the influence of industrial emissions) // Problemy sokhraneniya biologicheskogo raznoobraziya Yuzhnoy Sibiri: 1st Int. Sci. Pract. Conf., Kemerovo, 19–22 May, 1997. Kemerovo, 1997. P. 113–114 (in Russian)].
Воробейчик Е. Л., Трубина М. Р., Хантемирова Е. В., Бергман И. Е. Многолетняя динамика лесной растительности в период сокращения выбросов медеплавильного завода // Экология. 2014. № 6. С. 448–458 [Vorobeichik E. L., Trubina M. R., Khantemirova E. V., Bergman I. E. Mnogoletnyaya dinamika lesnoy rastitel'nosti v period sokrashcheniya vybrosov medeplavil'nogo zavoda (Long-term dynamics of forest vegetation during the period of reducing emissions from a copper smelter) // Ekologiya (Ecology). 2014. N. 6. P. 448–458 (in Russian with English abstract)].
Воробьева Г. А. Классификация и систематика почв южной (освоенной) части Иркутской области: метод. указ. Ч. 1. Иркутск: Облмашинпром, 1999. 47 с. [Vorob'eva G. A. Klassifikatsiya i sistematika pochv yuzhnoy (osvoennoy) chasti Irkutskoy oblasti: metod. Ukaz. (Classification and systematics of soils in the southern (developed) part of Irkutsk Oblast: guidelines). Part 1. Irkutsk: Oblmashinprom, 1999. 47 p. (in Russian)].
Государственный доклад «О состоянии и охране окружающей среды в Иркутской области в 2020 году». Иркутск: Мегапринт, 2021. 330 с. [Gosudarstvenny doklad «O sostoyanii i okhrane okruzhayushchey sredy v Irkutskoy oblasti v 2020 godu» (State report «On the state and protection of the environment in Irkutsk Oblast in 2020»). Irkutsk: Megaprint, 2021. 330 p. (in Russian)].
Зверев А. А. Информационные технологии в исследованиях растительного покрова. Томск: ТМЛ-Пресс, 2007. 304 с. [Zverev A. A. Informatsionnye tekhnologii v issledovaniyakh rastitel'nogo pokrova (Information technologies in the studies of vegetation cover). Tomsk: TML-Press, 2007. 304 p. (in Russian)].
Зверев А. А. Методические аспекты применения фитоиндикационного анализа в изучении биоразнообразия // Сиб. экол. журн. 2020. № 4. С. 401–415 [Zverev A. A. Metodicheskie aspekty primeneniya fitoindikatsionnogo analiza v izuchenii bioraznoobraziya (Methodological aspects of using indicator values in biodiversity analysis) // Sib. ekol. zhurn. (Sib. Ecol. J.). 2020. N. 4. P. 401–415 (in Russian with English abstract)].
Калугина О. В., Афанасьева Л. В. Особенности морфометрических параметров Pinus sylvestris L. в условиях воздействия эмиссий алюминиевого производства // Актуальные проблемы науки Прибайкалья. Вып. 3. Иркутск: Иркут. гос. ун-т, 2020. С. 99–103 [Kalugina O. V., Afanas`eva L. V. Osobennosti morfometricheskikh parametrov Pinus sylvestris L. v usloviyakh vozdeystviya e`missiy alyuminievogo proizvodstva (Features of Pinus sylvestris L. morphostructural parameters under pollution of aluminium smelters emissions) // Aktual`ny`e problemy` nauki Pribaykal`ya (Actual Probl. of Sci. in Pribaykal’e). Iss. 3. Irkutsk: Irkutsk St. Univ., 2020. P. 99–103 (in Russian)].
Красная книга Иркутской области / Отв. ред. В. В. Попов. Улан-Удэ: Респ. типогр., 2020. 552 с. [Krasnaya kniga Irkutskoy oblasti (Red Book of Irkutsk Oblast) / V. V. Popov (Resp. Ed.). Ulan-Ude: Resp. tipogr., 2020. 552 p. (in Russian)].
Красная книга Российской Федерации (растения и грибы). М., 2008. 855 с. [Krasnaya kniga Rossiyskoy Federatsii (rasteniya i griby) (Red Book of the Russian Federation (plants and fungi)). Moscow, 2008. 855 p. (in Russian)].
Леса и лесное хозяйство Иркутской области / под ред. Л. Н. Ващука. Иркутск: Иркут. упр. лесами, 1997. 288 с. [Lesa i lesnoe khozyaystvo Irkutskoy oblasti (Forests and forestry of Irkutsk Oblast) / L. N. Vashchuk (Ed.). Irkutsk: Irkut. upr. lesami, 1997. 288 p. (in Russian)].
Малышев Л. И., Пешкова Г. А. Особенности и генезис флоры Сибири (Предбайкалье и Забайкалье). Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1984. 265 с. [Malyshev L. I., Peshkova G. A. Osobennosti i genezis flory Sibiri (Predbaykal'e i Zabaykal'e) (Peculiarities and genesis of the Siberian flora (Prebaikalia and Transbaikalia). Novosibirsk: Nauka (Science). Sib. Br., 1984. 265 p. (in Russian)].
Методы изучения лесных сообществ / Авторы: Андреева Е. Н., Баккал И. Ю., Горшков В. В., Лянгузова И. В., Мазная Е. А., Нешатаев В. Ю., Нешатаева В. Ю., Ставрова Н. И., Ярмишко В. Т., Ярмишко М. А. СПб: НИИхимии СПбГУ, 2002. 240 с. [Metody izucheniya lesnykh soobshchestv (Methods for studying forest communities) / Authors: Andreeva E. N., Bakkal I. Yu., Gorshkov V. V., Lyanguzova I. V., Maznaya E. A., Neshataev V. Yu., Neshataeva V. Yu., Stavrova N. I., Yarmishko V. T., Yarmishko M. A. St. Petersburg: NIIkhimii SPbGU (Sci. Res. Inst. Chem. St. Petersburg St. Univ.), 2002. 240 p. (in Russian)].
Михайлова Т. А., Калугина О. В., Шергина О. В. Динамика состояния сосновых лесов Предбайкалья в условиях воздействия антропогенных факторов // Сиб. лесн. журн. 2017. № 1. С. 44–55 [Mikhailova T. A., Kalugina O. V., Shergina O. V. Dinamika sostoyaniya sosnovykh lesov Predbaykal'ya v usloviyakh vozdeystviya antropogennykh faktorov (The dynamics of pine forests in Prebaikalia under anthropogenic impact) // Sib. lesn. zhurn. (Sib. J. For. Sci.). 2017. N. 1. P. 44–55 (in Russian with English abstract)].
Михайлова Т. А., Калугина О. В., Шергина О. В. Мониторинг техногенного загрязнения и состояния сосновых лесов на примере Иркутской области // Лесоведение. 2020. № 3. С. 265–273 [Mikhailova T. A., Kalugina O. V., Shergina O. V. Monitoring tekhnogennogo zagryazneniya i sostoyaniya sosnovykh lesov na primere Irkutskoy oblasti (Monitoring of technogenic pollution and the state of pine forests on the example of Irkutsk Oblast) // Lesovedenie (For. Sci.). 2020. N. 3. P. 265–273 (in Russian with English abstract and references)].
Пармузин Ю. П. Средняя Сибирь. Очерк природы. М.: Мысль, 1964. 312 с. [Parmuzin Yu. P. Srednyaya Sibir'. Ocherk prirody (Central Siberia. Essay on nature). Moscow: Mysl', 1964. 312 p. (in Russian)].
Серебряков И. Г. Экологическая морфология растений. Жизненные формы покрытосеменных и хвойных. М.: Высш. школа, 1962. 378 с. [Serebryakov I. G. Ekologicheskaya morfologiya rasteniy. Zhiznennye formy pokrytosemennykh i khvoynykh (Ecological morphology of plants. Life forms of angiosperms and conifers). Moscow: Vyssh. shkola, 1962. 378 p. (in Russian)].
Трубина М. Р., Дьяченко А. П. Современное состояние мохового покрова лесов после сокращения выбросов среднеуральского медеплавильного завода // Поволж. экол. журн. 2020. № 4. С. 477–491 [Trubina M. R., D'yachenko A. P. Sovremennoe sostoyanie mokhovogo pokrova lesov posle sokrashcheniya vybrosov sredneural'skogo medeplavil'nogo zavoda (The current state of the moss cover of forests after reducing emissions from the Middle Ural copper smelter) // Povolzh. ekol. zhurn. (Povlzh’e Ecol. J.). 2020. N. 4. P. 477–491 (in Russian with English abstract and references)].
Цыганов Д. Н. Фитоиндикация экологических режимов в подзоне хвойно-широколиственных лесов. М.: Наука, 1983. 197 с. [Tsyganov D. N. Fitoindikatsiya ekologicheskikh rezhimov v podzone khvoyno-shirokolistvennykh lesov (Phytoindication of environmental regimes in the subzone of coniferous-broad-leave forests). Moscow: Nauka (Science), 1983. 197 p. (in Russian)].
Чепинога В. В. Рабочее районирование территории Байкальской Сибири для характеристики распространения сосудистых растений // Изв. Иркут. гос. ун-та. Сер.: Биол. Экол. 2009. Т. 2. № 2. С. 3–7 [Chepinoga V. V. Rabochee rayonirovanie territorii Baykal'skoy Sibiri dlya kharakteristiki rasprostraneniya sosudistykh rasteniy (Working zoning of the territory of Baikal Siberia to characterize the distribution of vascular plants) // Izv. Irkut. gos. un-ta. Ser.: Biol. Ekol. (Proc. Irkutsk St. Univ. Ser.: Biol. Ecol.). 2009. V. 2. N. 2. P. 3–7 (in Russian with English abstract)].
Черепанов С. К. Сосудистые растения России и сопредельных государств (в пределах бывшего СССР). Рус. изд. СПб, 1995. 992 с. [Cherepanov S. K. Sosudistye rasteniya Rossii i sopredel’nykh gosudarstv (v predelakh byvshego SSSR) (Vascular plants of Russia and neighboring countries (within former USSR). Rus. ed. St-Petersburg, 1995. 992 p. (in Russian)].
Шенников А. П. Введение в геоботанику. Л.: Изд-во ЛГУ, 1964. 447 с [Shennikov A. P. Vvedenie v geobotaniku (Introduction to geobotany). Leningrad: Izd-vo LGU (Leningrad St. Univ. Publ.), 1964. 447 p. (in Russian)].
Шишов Л. Л., Тонконогов В. Д., Лебедева И. И. Классификация и диагностика почв России. Смоленск: Ойкумена, 2004. 342 с. [Shishov L. L., Tonkonogov V. D., Lebedeva I. I. Klassifikatsiya i diagnostika pochv Rossii (Classification and diagnostics of Russian soils). Smolensk: Oykumena, 2004. 342 p. (in Russian)].
Bosshard W. Kronenbilder Eidgeössische anstalt für das forstliche versuschwesen. Birmensgeber, 1986. 98 p.
Kalugina O. V., Mikhailova T. A., Afanas’eva L. V., Gurina V. V., Ivanova M. V. Changes in the fatty acid composition of pine needle lipids under the aluminum smelter emissions // Ecotoxicology. 2021. V. 30. N. 10. P. 2083–2095.
Kalugina O. V., Mikhailova T. A., Shergina O. V. Pinus sylvestris as a bio-indicator of territory pollution from aluminum smelter emissions // Environ. Sci. Pollut. Res. 2017. N. 24 (11). P. 10279–10291.
Manual on methods and criteria for harmonized sampling, assessments, monitoring and analysis of the effects of air pollution on forest. UNECE, ICP Forest Program. Coordinating Centre. Hamburg, 2010.
Soliveres S., Lehmann A., Boch S., Altermatt F., Carrara F., Crowther T. W., Delgado-Baquerizo M., Kempel A., Maynard D. S., Rillig M. C., Singh B. K., Trvedi P., Allan E. Intransitive competition is common across five major taxonomic groups and is driven by productivity, competitive rank and functional traits // J. Ecol. 2018. V. 106. N. 3. P. 852–864.
Turetsky M. R., Bond-Lamberty, Euskirchen E., Talbot J., Frolking S., McGuire A. D., Tuittila E-S. The resilience and functional role of moss in boreal and arctic ecosystems // New Phytol. 2012. V. 196. N. 1. P. 49–67.
Vorobeichik E. L., Trubina M. R., Khantemirova E.V., Bergman I. E. Long-term dynamic of forest vegetation after reduction of copper smelter emissions // Rus. J. Ecol. 2014. V. 45. Iss. 6. P. 498–507 (Original Rus. Text © E. L. Vorobeichik, M. R. Trubina, E.V. Khantemirova, I. E. Bergman, 2014, publ. in Ekologiya. 2014. N. 6. P. 448–458).
Zverev A. A. Methodological aspects of using indicator values in biodiversity analysis // Contemp. Probl. Ecol. 2020. V. 13. Iss. 4. P. 321–332 (Original Rus. text © A. A. Zverev, 2020, publ. in Sib. Ekol. Zhurn. 2020. N. P. 401–415).
