narfu.ru · Г ^ Z d l h j Б.Ю. Филиппов J _ _ l: Ж. Биндер (Франция),...

Главный редактор Б.Ю. Филиппов

Редакционный совет:Ж. Биндер (Франция), К.Г. Боголицын, В.А. Болотов, П.В. Боярский, Л. Брайэм (США), И. Брок (Норвегия), В.И. Голдин, А.В. Головнёв, Д.С. Дюррант (Канада), И.И. Иванкин, А.Л. Кудрин, О.Л. Кузнецов, Н.П. Лавёров, Л. Лаюнен (Финляндия), В.И. Павленко, В.А. Садовничий, С.И. Сороко, И.Е. Фролов, О.А. Шпигун, Х.-Д. Энгельманн (Германия)

СЕВЕРНОГО (АРКТИЧЕСКОГО)ФЕДЕРАЛЬНОГО УНИВЕРСИТЕТА

Научный журналИздается с 2012 года(до 1 января 2012 года – "Вестник Поморского университета")

СОДЕРЖАНИЕ

СЕРИЯ“Естественные науки”

Редакционная коллегия:В.С. Асланов, К.Г. Боголицын, И.Н. Болотов, В.П. Гергель, А.М. Гржибовский, С. Гроздев (Болгария),М.Г. Губайдуллин, А.И. Зейфман, А.И. Малов,Е.Н. Наквасина, А.П. Новоселов, В.Н. Попов, Л.Б. Соколинский, О.А. Шпигун,Е.В. Угрюмова (отв. секретарь),Л. Урбаньяк, Я. Ниемеля, И.В. Хмелинский

Свидетельство о регистрации ПИ № ФС77–47125

выдано 03 ноября 2011 года Федеральной службой по надзору в сфере связи,

информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор)

Подписной индекс журнала – 38565

№ 4 / 2015

Выходит 4 раза в год

Учредитель: Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования

“Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова”

НАУКИ О ЗЕМЛЕ

Губайдуллин М.Г., Петрова А.В. Обеспечение безопасности переработки нефтесодержащих отходов на северных нефтех-ранилищах.......................................................................................Михайлова Я.А., Морозов А.Н., Федоренко И.В. Современ-ная слабая сейсмичность западной части Срединно-Арктиче-ского хребта Гаккеля......................................................................Потапова Е.В., Зелинская Е.В. Общая оценка экологического риска для городских озелененных территорий...........................

БИОЛОГИЯ

Бурова Н.В. Типологический анализ ценофлоры ельников Архангельской области..................................................................Змётная М.И., Новикова Ю.В. Современное состояние фи-топланктонного сообщества и качество поверхностных вод дельты р. Северной Двины...........................................................Кищенко И.Т. Рост и развитие интродуцированных видов рода Tilia L. (Tiliaceae) в условиях Карелии.........................................Крылова Е.Г., Лапиров А.Г., Бердник К.А. Устойчивость на-чальных этапов онтогенеза Bidens cernua (Аsteraceae) к дей-ствию ацетатов никеля и меди......................................................Наквасина Е.Н., Голубева Л.В. Идентификация постагроген-ных лесов в национальном парке «Кенозерский»......................Никитина М.В. Содержание элементов питания как диагно-стический показатель процессов, протекающих в городских почвах г. Архангельска..................................................................Новоселов А.П., Студенов И.И., Лукин А.А. Современ-ное состояние водных биологических ресурсов р. Северной Двины...............................................................................................

5

16

25

35

44

56

66

75

83

90

Редакторы:Е.В. УгрюмоваИ.В. Кузнецова

ПереводчикЕ.Г. Кузнецова

ДокументоведН.В. Боровицкая

ВерсткаЕ.Б. Красновой

Адрес редакции:163060, г. Архангельск, наб. Сев. Двины, 17

Тел.: +7(8182) 21-61-21E-mail: [email protected]; [email protected]

© САФУ имени М.В. Ломоносова, 2015

Подписано в печать 20.12.2015. Бумага писчая. Формат 84×108 1/16. Усл. печ. л. 16,17. Уч.-изд. л. 11,42.

Тираж 1000 экз. Заказ № 3980.Издательский дом имени В.Н. Булатова САФУ

163060, Архангельск, ул. Урицкого, 56

СОДЕРЖАНИЕ

Журнал включен Высшей аттестационной комиссией Министерства образования и науки РФ в Перечень российских рецензируемых научных журналов, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертаций на соискание ученых степеней доктора и кандидата наук

Пучнина Л.В., Головина Е.О., Филиппов Д.А., Галани- на О.В., Макарова М.А., Кучеров И.Б. Местонахождения редких и охраняемых видов сосудистых растений в проектиру-емом природном парке «Звозский» и его окрестностях (Архан-гельская область).............................................................................

фИЗИКА. МАтЕМАтИКА

Аксёнов В.В., Юлкова В.М. Динамика процесса воспламене-ния частицы магния в водяном паре.............................................Бедердинова О.И., Жукова И.В. Оценивание защищенности конфиденциальной информации от утечки по техническим каналам.............................................................................................Волков А.С., Копосов Г.Д. Исследование влияния примесей с многоатомным кислотным остатком на удельную электриче-скую проводимость льда в мерзлых дисперсных средах............Зыков А.Н. Применение оператора локальных бинарных шаблонов в задаче фрактального кодирования изображений.....

НАУЧНАЯ ЖИЗНЬ

Скребец Т.Э., Горбова Н.С. VI Международная конференция «Физикохимия растительных полимеров»...................................

Указатель статей, опубликованных в журнале в 2015 году.........

К сведению авторов........................................................................

100

111

119

131

138

146

149

152

Founder: Federal State Autonomous Educational Institution of Higher Education "Northern (Arctic) Federal University

named after M.V. Lomonosov"Scientific journalPublished since 2012 (Until January 1, 2012 – Vestnik of Pomor University)

OF NOrtherN (Arctic) FederAl UNiverSity

Registration certificate ПИ № ФС77–47125 issued on November 3, 2011 by the Federal

Service for Supervision in the Sphere of Communications, Information Technology and

Mass Communications (Roskomnadzor)

Subscriptional index of the journal – 38565

SerieS “Natural Sciences”

№ 4 / 2015

cONteNtS

Editor in Chief B.yu. Filippov

Editorial Board:G. Binder (France), K.G. Bogolitsyn, V.A. Bolotov, P.V. Boyarsky, L. Brigham (USA), I. Broch (Norway), А.V. Golovnev, V.I. Goldin,J.S. Durrant (Canada),I.I. Ivankin, A.L. Kudrin, O.L. Kuznetsov, N.P. Laverov, L. Lajunen (Finland), V.I. Pavlenko, V.A. Sadovnichy, S.I. Soroko, I.E. Frolov, O.A. Shpigun, H.-D. Engelmann (Germany)

Editorial Panel:V.S. Aslanov, K.G. Bogolitsyn, I.N. Bolotov, V.P. Gerim, A.M. Grzhibovskiy, S. Grozdev (Bulgaria),M.G. Gubaidullin, A.I. Zeyfman, A.I. Malov,E.N. Nakvasina, A.P. Novoselov, V.N. Popov, L.B. Sokolinskiy, O.A. Shpigun,E.V. Ugryumova (Executive Secretary), L. Urban'yak, Ya. Niemelya, I.V. Khmelinskiy

Issued 4 times a year

GEOSCIENCES

Gubaydullin M.G., Petrova A.V. Safety of Oily Waste Processing in the Oil Terminals in the Northern Regions...................................Mikhaylova Ya.A., Morozov A.N., Fedorenko I.V. Modern Weak Seismicity of the Western Part of the Mid-Arctic Gakkel Ridge......Potapova E.V., Zelinskaya E.V. Environmental Risk Assessment for the Urban Green Areas................................................................

BIOLOGY

Burova N.V. Typological Analysis of Spruce Forests Coenoflora (Arkhangelsk Region).......................................................................Zmetnaya M.I., Novikova Yu.V. Current Status of Phytoplankton Community and Surface Water Quality in the Delta of the Northern Dvina River.......................................................................................Kishchenko I.T. Growth and Development of Introduced Species of Tilia L. (Tiliaceae) in Karelia........................................................Krylova E.G., Lapirov A.G., Berdnik K.A. Stable Initial Stages of Ontogenesis of Bidens Cernua (Asteraceae) to the Effect of Nickel and Copper Acetates..............................................................Nakvasina E.N., Golubeva L.V. Identification of Postagrogenic Forests in Kenozero National Park...................................................Nikitina M.V. Nutrient Concentration as a Diagnostic Indicator of the Processes in the Urban Soils of Arkhangelsk.............................Novoselov A.P., Studenov I.I., Lukin A.A. Current State of Water Biological Resources of the Northern Dvina River...........................Puchnina L.V., Golovina E.O., Philippov D.A., Galanina O.V., Makarova M.A., Kucherov I.B. Localities of Rare and Protected Species of Vascular Plants in the Zvozsky Designed Nature Park and Its Surroundings (Arkhangelsk Region)....................................

5

16

25

35

44

56

66

75

83

90

100

Editors:E.V. UgryumovaI.V. Kuznetsova

Translator E.G. Kuznetsova

Document Manager N.V. Borovitskaya

Make-up by E.B. Krasnova

CONTENTS

Editorial office address:Naberezhnaya Severnoy Dviny, 17,

Arkhangelsk, 163060Phone: +7 (8182) 21-61-21

E-mail: [email protected]; [email protected]

Signed in print 20.12.2015.Writing paper. Format 84х108 1/16.

Conv. printer’s sh. 16.17. Acad. publ. sh. 11.42.

Circulation 1000 copies. Order № 3980.NArFU Publishing House named after V.N. Bulatov

56, Uritskiy St., Arkhangelsk, 163060

© NArFU named after M.V. Lomonosov, 2015

The journal is included by the Higher Attestation Commission of the Ministry of Education and Science of the Russian Federation in the list of Russian reviewed scientific journals, in which major scientific results of theses for academic degrees of doctor and candidate of science have to be published

PHYSICS. MATHEMATICS

Aksenov V.V., Yulkova V.M. Dynamics of the Ignition Process of a Magnesium Particle in Water Vapor.................................................Bederdinova O.I., Zhukova I.V. Security Assessment of Confi-dential Information Against Leakage via Technical Channels...........Volkov A.S., Koposov G.D. Research of the Impact of Impurity with Polyatomic Acid Residual on the Electric Conductivity of Ice in Frozen Disperse Medium...............................................................Zykov A.N. Application of the Local Binary Patterns Operator in the Problem of Fractal Image Encoding............................................

ACADEMIC LIFE

Skrebets T.E., Gorbova N.S. VI International Conference “Physi-cal Chemistry of Plant Polymers”......................................................

Index of Articles Published in the Journal in 2015............................

Note to Authors..................................................................................

111

119

131

138

146

149

152

5


© Губайдуллин М.Г., Петрова А.В., 2015

doi: 10.17238/issn2227-6572.2015.4.5УДК 622.24.062(502.17)

Губайдуллин Марсель Галиуллович Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова адрес: 163002, г. Архангельск, наб. Северной Двины, д. 17; е-mail: [email protected]

Петрова анна викторовна ООО «РН-Архангельскнефтепродукт» адрес: 163530, Архангельская область, Приморский район, пос. Талаги, д. 30; е-mail: [email protected]

обеСПеЧение беЗоПаСноСти ПереработКи неФтеСодерЖаЩиХ отХодов

на СевернЫХ неФтеХранилиЩаХ

Разработка новых технологий обезвреживания и снижения класса опасности нефтесодержащих от-ходов для нефтехранилищ и нефтебаз распределительного типа, адаптированных к условиям Крайнего Севера и приравненных к ним районов, является актуальной научно-практической задачей. Для ее решения мы проанализировали источники образования и физико-химические свойства нефтесодержащих отходов при эксплуатации нефтехранилищ в северных районах; предложили безопасную технологию очистки ем-костей от нефтешламов, разделения, очистки, обезвреживания и утилизации составляющих обводненных нефтесодержащих отходов с низким содержанием механических примесей. Также в статье изложена разра-ботанная безопасная технология обращения с нефтесодержащими отходами и предложения по оборудова-нию мест их захоронения в условиях холодного климата. Кроме того, мы обосновали локально замкнутую технологию обращения с отходами на предприятиях нефтепродуктообеспечения, произвели оценку ее эко-номической эффективности. Совместное введение перманганата калия и гипохлорита натрия в определен-ных дозах существенно понижает концентрацию железа в объеме сточной воды, что повышает ее степень очистки. Рассмотрели возможность улучшения очистки методом отстаивания за счет одновременного ох-лаждения сточных вод до значений температур +1…–3 °С. Введение в действующий цикл очистки допол-нительных процессов по отстаиванию и охлаждению позволит поднять эффективность работы очистных сооружений. Понижение класса опасности отходов для захоронения их в шламонакопителях на террито-рии предприятия можно достичь путем термоокисления нефтезагрязненных остатков. Провели апробацию предлагаемых способов в испытательной лаборатории и на производственных площадках нефте- перева-лочного терминала ООО «РН-Архангельскнефтепродукт».

Ключевые слова: Крайний Север, нефтехранилища, технология очистки емкостей от нефтешламов, захоронение в шламонакопителях, понижение класса опасности отходов.

6


Решение проблемы обращения с нефтесо-держащими отходами, образующимися в про-цессе деятельности предприятий нефтегазового комплекса, является достаточно сложным. Пути ее решения рассмотрены в трудах ряда исследо-вателей [1–4 и др.]. Однако авторы обращаются к этой проблеме либо на крупных предприятиях добычи нефтегазового сырья, либо на нефтепе-рерабатывающих заводах, где объемы образо-вания отходов намного выше и экономически оправдано использование мощного дорогосто-ящего серийно выпускаемого оборудования по разделению нефтесодержащих отходов. Другим известным способом решения проблемы явля-ется обезвреживание нефтесодержащих отходов с применением бактериальных штаммов и сред, что рассмотрено в работах [5, 6 и др.], но такие приемы действенны лишь в тех местностях, где климатически возможен цикл жизнедеятельно-сти подобных препаратов.

В условиях Крайнего Севера климат харак-теризуется длительной холодной зимой и корот-ким, часто дождливым летом, что практически исключает применение бактериальных препара-тов с целью обезвреживания нефтесодержащих отходов. С другой стороны, в силу относитель-но небольших объемов нефтехранилищ и пере-валочных баз, здесь экономически не выгодно устанавливать специализированное стационар-ное оборудование по очистке нефтесодержа-щих отходов. Кроме того, специализированные полигоны для захоронения нефтесодержащих отходов находятся на достаточно большом уда-лении от мест их образования. Поэтому раз-работка новых технологий обезвреживания и снижения класса опасности нефтесодержащих отходов для нефтехранилищ и нефтебаз распре-делительного типа, адаптированных к условиям Крайнего Севера и приравненных к ним райо-нов, является актуальной научно-практической задачей.

Для решения поставленной задачи в работе рассмотрели следующие вопросы:

1) анализ источников образования и физико-химических свойств нефтесодержащих отходов при эксплуатации нефтехранилищ в северных районах, а также существующих теоретических

и практических решений по переработке нефте-содержащих отходов;

2) разработка безопасных технологий очистки емкостей от нефтешламов, разделе-ния (деструкции), очистки, обезвреживания и утилизации составляющих обводненных нефте-содержащих отходов с низким содержанием ме-ханических примесей;

3) разработка безопасных ресурсосберегаю-щих технологий обращения с нефтесодержащими отходами и предложений по оборудованию мест их захоронения в условиях холодного климата;

4) обоснование локально замкнутой техно-логии обращения с отходами на предприятиях нефтепродуктообеспечения, оценка ее экономи-ческой эффективности.

Материалы и методы. В качестве приме-ра рассмотрели Архангельский терминал – не-фтеперевалочный комплекс I категории с ем-костью резервуарного парка более 100 тыс. м3, самостоятельной железнодорожной веткой и сетью сливо-наливных эстакад. На территории терминала размещены очистные сооружения (ОС) промливневой канализации, которые пред-назначены для очистки сточных вод, поступаю-щих с железнодорожных эстакад, территории резервуарных парков и других технологических площадок, выпуск очищенных сточных вод осу-ществляется в водный объект – р. Войжановку. Допустимые концентрации загрязняющих ве-ществ в очищенных сточных водах регламенти-руются разрешительной документацией.

Осредненное количество сточных вод, по-ступающих на ОС, составляет 1080 м3/сут, в т. ч.: нефтепродуктов – 0,130 т/сут; взве-шенных веществ – 0,081 т/сут; химическое потребление кислорода (ХПК) – 1,594 т/сут. Очищенные сточные воды должны иметь сле-дующие показатели: содержание нефтепродук-тов в пробах, отобранных на выходе, – не более 0,05 мг/л; взвешенных веществ – 0,5…1,0 мг/л; синтетические поверхностно-активные веще-ства (СПАВ) порядка 0,1 мг/л; биологическое потребление кислорода (БПК) полное – до 3,0 мг/л; ХПК – до 30 мг/л; рН – 7,0…8,0. Это достигается путем использования для их обез-вреживания дорогостоящих активированного

7

Губайдуллин М.Г., Петрова А.В. Обеспечение безопасности переработки нефтесодержащих отходов...

угля, химреагентов и биопрепаратов. Очищен-ные воды с ОС терминала сбрасываются в во-дный объект категории I.

Содержание нефтепродуктов в сбрасывае-мых водах не должно превышать 0,05 мг/л. При отклонении от установленных норм стоки при-ходится направлять повторно в систему очист-ки, что обуславливает дополнительные эконо-мические затраты. Фактически наблюдается повышение концентрации железа до 7 мг/л, что затрудняет процесс очистки и засоряет уголь-ную загрузку фильтров.

Исследования выполняли по двум направ-лениям с целью снизить негативное влияние на процесс очистки сточных вод соединений желе-за и улучшить расслоение фаз с более эффектив-ным выходом нефтепродуктовой фракции еще до входа в ОС в парке буферных резервуаров.

Исследования по очистке нефтесодержащих сточных вод проводили в лаборатории Архан-гельского терминала на основе запатентованных нами решений по разделению, обезвреживанию загрязненных обводненных промышленных от-ходов в ходе их охлаждения естественным или искусственным источниками холода. Исследо-вания имели пятикратную повторяемость на двух составах искусственно созданных нефтесо-держащих эмульсий, а также на пробах сточных вод, отобранных на входе и выходе с ОС.

Исследования охлаждения нефтесодержа-щей эмульсии естественным или искусственным источниками холода выполняли также в лабора-торных условиях. Пробы отбирали на входе блока ОС терминала. Изначально объем пробы состав-лял 3 л, затем пробу делили на 3 части, которые выдерживали при 3 различных температурных режимах и нейтральной реакции среды (рН = = 6…7) в течение 1 ч. Длительность экспери-мента составила 12 дней: с 1 по 12 октября еже-дневно. Измерение содержания нефтепродук-тов выполняли на анализаторе нефтепродуктов АН-2 с применением ИК-фотометрии. При ис-следованиях соблюдали рекомендации, приве-денные в РД 52.24.476–2007, ГОСТ 2477–65 и ЕН ИСО 12937:2000.

На территории Архангельского терминала разрешены к использованию 3 шламонакопите-

ля из 6 карт, 4 из них функционируют с момента основания нефтебазы, т. е. с 1978 года, и в на-стоящий момент не эксплуатируются, 2 вновь построены при реконструкции ОС в 2008 году. Нефтешламы относятся к отходам III класса опасности. Общая площадь шламонакопителей – 0,682 га.

Результаты лабораторных исследований показали наличие в разрезе 3 слоев, имеющих между собой границы раздела фаз. Краткая их характеристика сводится к следующему [7, 8]:

1) верхний слой нефтешлама (высота – 10…15 см) представляет собой обводненную смесь смол, асфальтенов и парафинов;

2) средний слой (высота – 90…100 см) со-держит в себе значительное количество загряз-няющих веществ хозяйственно-бытового проис-хождения;

3) нижний (придонный) слой прудов с не-фтешламом (высота – 70…80 см) имеет кон-систенцию глины и состоит из твердых меха-нических остатков (ржавчина, ветошь, песок), органических остатков и воды (в связанном со-стоянии).

Высота отметки поверхности нефтешламов в прудах увеличивается по мере выпадения осад-ков, таяния снегов. С целью предотвращения пе-релива нефтепродукта и загрязненных вод через бортики шламонакопителя, за высотой среднего слоя установлен постоянный контроль. В слу-чае необходимости загрязненные воды среднего слоя откачиваются в промливневую канализа-цию терминала с последующим разбавлением и частичной аэрацией стока. Затем сточные воды подаются на очистку в блок ОС. Состав верхне-го и нижнего слоев шламонакопителей при этом не изменяется.

Верхний слой шламонакопителей может быть снят при помощи скребковых плавающих механизмов (скиммеров) и направлен в разде-лочные резервуары блока ОС, в которых при взаимодействии с водой и подогреве выделяется смесь отработанных нефтепродуктов. Она впо-следствии используется в качестве топлива для котельной.

Результаты и обсуждение. Для удаления ак-тивных форм железа из сточных вод предлагаем

8

применять реагенты-окислители в виде перман-ганата калия и гипохлорита натрия до входа на флотаторы ОС. После протекания реакций окис-ления в модели буферного резервуара концен-трация общего железа составляет 0,8…1,0 мг/л. После осаждения шлам из резервуара удаляется в шламонакопитель в период зачистки [9].

Сточная вода с повышенным содержанием железа характеризуется наличием двухвалентно-го железа, которое в присутствии кислорода воз-духа на флотаторах окисляется в трехвалентное железо в составе гидроксида железа или оксида железа, выпадающего в виде бурых хлопьев.

Гидратированные молекулы оксида трех-валентного железа в воде без подогрева об-ладают способностью присоединять к себе растворенные нефтепродукты и образовывать сложные комплексы, по свойствам схожие с клеем. Такого рода масса при попадании на по-следнюю ступень очистки – мелкодисперсные сорбционные фильтры – «склеивает» между со-бой частицы активированного угля, тем самым выводя уголь из рабочего состояния. В резуль-тате концентрация нефтепродуктов на выхо-де из ОС после угольной фракции составляет 1,68 мг/л. Поэтому для достижения норматив-ного качества стоков с содержанием углеводо-родов не более 0,05 мг/л необходимо произво-дить повторную очистку воды, что приводит к дополнительным расходам электроэнергии, хи-мических реагентов и к частой замене дорого-стоящих угольных фильтров.

В результате проведения ряда эксперимен-тов по удалению активных форм железа из сточ-ных вод с введением перманганата калия и ги-похлорита натрия до входа на флотаторы ОС мы получили данные по расходу реагентов и воз-можности применения метода на ОС терминала. Средняя концентрация общего железа (равная концентрации двухвалентного железа) в пробах воды составила 5,0 мг/л. Расчет потребности в химических реагентах на окисление принятой концентрации (перманганат калия и гипохлорит натрия) произвели по уравнениям химических реакций. При совместном введении пермангана-та калия и гипохлорита натрия определили дозы этих реагентов.

Для приготовления рабочего раствора, ис-ходя из данных по растворимости пермангана-та калия в воде, на 5 кг реактива требуется 79 л воды. После протекания реакций окисления в модели буферного резервуара концентрация общего железа составляет 0,8–1,0 мг/л. При по-этапном рассмотрении составляющих на входе в ОС выявили ингибирующее действие пленки нефтепродуктов над стоком на процесс окисле-ния. Таким образом, введение реагентов на ка-нализационно-насосной станции терминала не будет эффективным.

Точка введения должна находиться на мак-симальной приближенности к буферным резер-вуарам, и в ней должны происходить смешение и разбавление промышленных вод, при которых пленка нефтепродуктов механически разбива-ется. Такой точкой является канализационный сборный колодец перед входом в парк буферных резервуаров.

Для того чтобы расслоение фаз «загрязнен-ная вода/нефтепродукт» в буферном резервуаре проходило эффективнее, предлагаем произво-дить охлаждение нефтесодержащей эмульсии естественным или искусственным источниками холода. Результаты определения концентраций нефтепродуктов в сточных водах в точке входа на блок ОС терминала для различных темпе-ратурных режимов эксперимента приведены в табл. 1.

Из данных проведенных исследований вид-но, что при понижении температурного режи-ма разделение фаз происходит эффективнее, и наблюдается значительное снижение концен-трации нефтепродукта. Процесс может быть использован для улучшения подготовки стоков в буферных резервуарах, более качественного и быстрого выделения смеси отработанных не-фтепродуктов.

После прохождения сточными водами очистки возможно их применение в замкнутом цикле обращения технической воды при усло-вии реконструкции системы трубопроводов, что значительно уменьшит нагрузку на катио-нитные фильтры водоподготовки и обеспечит бесперебойную работу котельной [10]. Пробы отбирались с 5-кратным повторением, результа-


9

ты усреднялись. Химический состав исходной воды и воды из резервуара чистой воды блока ОС и среднеквадратические отклонения (СКО) определений приведены в табл. 2.

При сравнении между собой показателей технической и очищенной воды можно сделать

вывод о том, что очищенная вода имеет пре-имущественно меньшие концентрации загряз-няющих веществ. Особое внимание следует обратить на показатель жесткости воды, кото-рый важен для работы котлов цеха паротеплос-набжения. Для обеспечения его соответствия

Таблица 1СОДЕРЖАНИЕ НЕФТЕПРОДУКТОВ В ВОДЕ НА ВхОДЕ В ОС

АРхАНГЕЛьСКОГО НЕФТЕПЕРЕВАЛОчНОГО ТЕРМИНАЛА, мг/дм3

Температурный диапазон бработки

сточных вод, °С

Дата обработки

1.10 2.10 3.10 4.10 5.10 6.10 7.10 8.10 9.10 10.10 11.10 12.10

+21…+23 3,7 3,4 7,2 4,2 3,2 4,1 4,6 6,2 4,2 4,4 4,3 3,4+1…–3 4,1 3,2 5,6 2,1 1,5 3,1 4,5 4,2 2,5 3,2 3,2 3,2

–19…–21 3,8 2,4 2,5 1,8 0,3 3,9 3,2 3,6 1,9 2,2 3,0 2,4

Примечание. Определение концентрации нефтепродуктов в сточных водах проводилось в разовых пробах в па-раллельных определениях. Относительное расхождение между двумя результатами параллельных определений (предел повторяемости, %) ≤ установленного значения предела повторяемости при вероятности Р = 0,95.

Таблица 2СРАВНИТЕЛьНый КОМПОНЕНТНый АНАЛИЗ ТЕхНИчЕСКОй ВОДы р. КУЗНЕчИхИ

И ОчИщЕННОй СТОчНОй ВОДы ПОСЛЕ БЛОКА ОС АРхАНГЕЛьСКОГО НЕФТЕПЕРЕВАЛОчНОГО ТЕРМИНАЛА, мг/дм3


№ КомпонентТехническая вода Очищенная сточная вода

Состав СКО, % Состав СКО, %

1 Нефтепродукты, мг/дм3 0,01 1,2 0,02 1,12 Азот аммонийный (NH4

+), мг/дм3 0,09 1,8 0,07 1,73 Железо общее (Fe), мг/дм3 3,89 1,5 0,64 1,54 Свинец (Pb), мг/дм3 0,02 1,8 0,02 1,85 Фосфаты, в пересчете на оксид фосфора, мг/дм3 0,13 1,2 0,009 1,36 Хлориды (Cl–), мг/дм3 17 1,6 322 1,57 Сульфаты (SO4

2–), мг/дм3 217 1,8 84 1,78 Сухой остаток, мг/дм3 300 1,1 104 1,29 Взвешенные вещества, мг/дм3 52 1,9 48 1,710 Растворенный кислород, мг/дм3 8 2,0 8 1,911 ХПК, мг/дм3 37 2,0 39 1,912 Жесткость общая, мг-экв/л 3,9 0,9 1 1,0

Примечание. Относительное расхождение между двумя результатами параллельных определений (предел по-вторяемости, %) ≤ установленного значения предела повторяемости при вероятности Р = 0,95.

10

требованиям необходима специальная водопод-готовка. У очищенной воды этот показатель в несколько раз лучше, чем у воды, взятой из реки. Концентрация хлоридов в очищенной воде выше, чем в технической. Это связано с постоянной регенерацией хлоридом натрия на-трий-катионитовых фильтров с последующим сбросом отработанной воды в систему ОС. Но, поскольку содержание хлоридов и остальных компонентов состава воды нормативно не ре-гламентировано, превышение допустимо. Так-же очищенная вода имеет более высокие со-держание нефтепродуктов (0,02 мг/дм3 против 0,01 мг/дм3 у технической воды) и ХПК (39 мг/дм3 против 37 мг/дм3 соответственно). Однако данная разница незначительна, находит-ся в пределах точности методик измерений и не окажет влияния на работу как химводоочистки, так и цеха паротеплоснабжения в целом.

По результатам исследований по обезврежива-нию и утилизации (повторному использованию) нефтешламов и нефтезагрязненных грунтов мы разработали и запатентовали способ обращения с нефтесодержащими материалами. Применение этого способа утилизации нефтешламов, нефтеза-грязненных грунтов основано на термоокислении (полимеризации) тяжелых углеводородов в тон-ких пленках, образуемых при перемешивании их с минеральными частицами.

После механического вскрытия в карте шламонакопителя твердая фаза отходов до-полнительно обезвреживается в емкости за счет аэрации горячим воздухом (подача горяче-го воздуха в перфорированные трубы). После чего экскаватором нужно собрать шлам в одну часть емкости, вторая часть высвобождается под термоокисленный грунт.

Процесс термоокисления нижнего слоя шламонакопителя возможно осуществить на установке для механического перемешивания компонентов (бетоносмеситель). Для уплотне-ния укладываемого в накопитель слоя обезвре-женных нефтешламов необходимо применение передвижного площадочного вибратора.

Часть шлама загружается в барабан уста-новки для перемешивания, где в ходе термиче-

ской обработки происходит нагрев перемеши-ваемого шлама до температуры 50…70 °С. Для поддержания требуемой консистенции итого-вого продукта возможно добавление в барабан установки вяжущего агента, роль которого мо-жет исполнять снятый верхний слой шламо-накопителя. При термообработке смесь обез-вреживается, переходя в более низкий класс опасности. Затем горячая смесь сливается об-ратно в шламонакопитель, застывает и образу-ет оболочку – твердое покрытие. Уплотнение слоев производится площадочным вибратором. При последовательном повторе таких циклов шламонакопитель «утилизирует сам себя»; 1 ванна шламонакопителя будет полигоном захоронения, 3 другие после зачистки будут выполнять функции прудов дополнительного отстоя или пожарных водоемов – в них будет находиться условно чистая вода.

Актуальным представляется рассмотрение вопросов, связанных с разработкой новых без-опасных способов и рекомендаций по очистке емкостей от нефтешламов и обезвреживанию нефтесодержащих отходов.

Мы запатентовали способ, предусматри-вающий использование специализированного устройства для очистки емкостей от нефтеш-лама с учетом обеспечения безопасности про-ведения работ [11]. Зачистное устройство включает шнековый транспортер (конвейер), имеющий в верхней части гибкий шланг для удаления из емкости загрязненных веществ, а в нижней части – шарнирно закрепленную секцию с конусным диффузором. Устройство дополнительно оснащено вакуумным насосом и механизмом для пространственного переме-щения зачистного устройства в емкости. Сле-дует отметить, что шнековый транспортер обо-рудован шлангом для подачи в зону контакта его с нефтешламом нагретого нефтепродукта, а основная часть транспортера выполнена из трубных и шнековых сборно-разборных сек-ций. Причем шнековая секция, размещенная в конусном диффузоре, и сам диффузор осна-щены соответственно режущими элементами и эластичным кольцевым уплотнителем.


11

Способ очистки емкости от нефтешлама предполагает использование устройства, по-казанного на рис. 1, 2: на рис. 1 приведен вер-тикальный разрез резервуара, оснащенного ох-лаждающим устройством, а на рис. 2 – разрез резервуара с устройством зачистки емкости от нефтешлама.

До начала проведения основного этапа очистки емкости 1 (рис. 1) от загрязнителей из нее откачивают товарную продукцию. Затем в толще загрязненной воды 2 размещают охлажда-

ющее устройство, включающее систему труб 3для прокачки по ним рабочего агента из рассоль-ной емкости 4, подключенной к холодильному компрессору 5. При охлаждении происходит повышение плотности воды до 1 г/см3 и вы-деление из нее нефтепродуктов 6 и рассолов 7,имеющих плотности менее и более 1 г/см3 со-ответственно. Очищенную воду откачивают по шлангу 8 из емкости 1 и утилизируют, а систе-му труб механизмом 9 удаляют из емкости 1.

Технология очистки стенок и днища емко-сти 10 от нефтешлама 11 предусматривает раз-мещение в ней зачистного устройства (рис. 2). Оно включает шнековый транспортер 12, име-ющий в верхней части гибкий шланг 13 для уда-ления из емкости 10 нефтешлама (загрязненных веществ), а в нижней части – шарнирно закре-пленную секцию с конусным диффузором 14.Зачистное устройство дополнительно оснаще-но вакуумным насосом 15, механизмом 16 для пространственного перемещения устройства и связями 17 для фиксации шнекового транс-портера к опорной стойке 18 и очищаемой по-верхности емкости 10. Следует отметить, что шнековый транспортер выполнен из трубных и шнековых сборно-разборных секций, оснащен шлангом 19 для подачи непосредственно в зону

Рис. 1. Вертикальный разрез резервуара

Рис. 2. Разрез резервуара с устройством для зачистки емкости от нефтешлама


12

контакта конусного диффузора с нефтешламом нефтепродукта, нагретого на 15 °С ниже тем-пературы вспышки. При этом шнековая секция, размещенная в конусном диффузоре, оснащена режущими элементами 20, а диффузор – эла-стичным кольцевым уплотнителем 21. Для уда-ления из емкости 10 нефтешлама в зону кон-такта его с конусным диффузором по шлангу подают нагретый до температуры вспышки не-фтепродукт и за счет использования режущих элементов, шнекового транспортера, вакуумно-го насоса очищают стенки и днище емкости 10 от нефтешлама. Затем производят удаление за-чистного устройства и нефтешлама из емкости 10, обезвреживание и отверждение нефтешла-ма в ходе его термической обработки и поли-меризации.

Устройство для очистки емкостей от не-фтешламов применимо для нефтехранилищ распределительного типа с большим оборотом товарной продукции. Особенно актуально ис-пользование данного устройства в условиях нефтехранилищ на территориях Крайнего Се-вера и приравненных к ним вследствие нали-чия соответствующего заданному температур-ного режима.

Мы запатентовали способ захоронения про-мышленных отходов [12], при использовании которого на осваиваемом участке производят отрывку котлована, планировку дна и откосов выемки (рис. 3), а потом обезвоживание и пере-

мешивание отходов с «тяжелой» нефтью, нагрев и термоокисление смеси с использованием, на-пример, серийно выпускаемой асфальтобетон-ной установки, укладку слоя смеси на дно и откосы котлована, создание в процессе ее поли-меризации упрочненного гидроизоляционного экрана 1. Затем на горизонтальной поверхности экрана 1 устанавливают щиты многооборачива-емой опалубки, заполняют их термоокисленной смесью грунта с нефтью и на всю глубину кот-лована дополнительно создают перпендикуляр-ные друг к другу вертикальные упрочненные экраны 2 и, соответственно, автономные емко-сти. Емкости заполняют обводненным промыш-ленным отходом 3, после чего с использованием термоокисленной смеси грунта с нефтью над котлованом возводят опирающиеся на него от-косы и экраны, упрочненное арматурными сет-ками 4 защитное покрытие 5, а на его поверхно-сти – различные по назначению сооружения 6.

Применение при захоронении на полигонах промышленных отходов данного способа по-зволит при оптимальных затратах обеспечить безопасность и рациональное использование ресурсов.

Апробация предлагаемых способов была осуществлена в испытательной лаборатории и на производственных площадках нефтепере-валочного терминала ООО «РН-Архангельск-нефтепродукт». Результаты исследований подтвердили безопасность проведения работ и возможность обезвреживания обводненных нефтесодержащих отходов, содержащих в со-ставе от 0,1 ⋅ 10–3 до 10 г/л жидких углеводо-родов.

Выводы:1. На основе анализа состояния обеспече-

ния безопасности при складировании и утили-зации отходов предприятий нефтяной отрасли и существующих методов и средств решения проблемы отходов разработали новые высоко-эффективные и безопасные методы переработ-ки нефтесодержащих отходов, адаптированные к условиям Крайнего Севера.

2. Установили, что совместное введение перманганата калия и гипохлорита натрия

Рис. 3. Способ захоронения промышленных отходов в котловане


13

в определенных дозах существенно понижает концентрацию железа в объеме сточной воды и способствует образованию нерастворимого хлопьевидного осадка. Оптимальной точкой для внесения реагентов является точка слияния всех стоков в одну трубу на максимальной при-ближенности к группе буферных резервуаров. Совместный ввод в обрабатываемую воду пер-манганата калия и гипохлорита натрия позво-ляет сэкономить до 80 % перманганата калия. Данный метод даст возможность в кратчайшие сроки устранить высокую концентрацию желе-за в стоках, не прибегая при этом к значитель-ным финансовым затратам.

3. Доказали возможность повышения сте-пени очистки сточных вод от загрязнений не-фтепродуктами методом отстаивания за счет одновременного их охлаждения до значений температур +1 …–3 °С. Введение в действую-щий цикл очистки дополнительных процессов по отстаиванию и охлаждению позволит под-нять эффективность работы ОС.

4. Предложили применять на производ-ственных объектах замкнутый цикл движения технической воды с целью снижения сброса в водный объект (практически вся очищенная сточная вода поступает на нужды нефтебазы) и нагрузки на натрий-катионитовые фильтры цеха паротеплоснабжения. Установили, что применение способа термоокисления нефтеза-

грязненных остатков в шламовых накопителях позволит снизить класс опасности отходов, а также обеспечить их захоронение на террито-рии предприятия.

5. Провели апробацию предлагаемых спосо-бов в испытательной лаборатории и на производ-ственных площадках нефтеперевалочного тер-минала ООО «РН-Архангельскнефтепродукт», которая подтвердила возможность обезврежи-вания обводненных нефтесодержащих отходов, содержащих от 0,1 ⋅ 10–3 до 10 г/л жидких угле-водородов. Разработали устройство для очистки емкостей от нефтешламов в нефтехранилищах распределительного типа с большим оборотом товарной продукции. Показали актуальность применения данного устройства в условиях не-фтехранилищ на территориях Крайнего Севера и приравненных к ним вследствие наличия со-ответствующего температурного режима. При-менение разработанных способов на объектах нефтегазового комплекса позволит снизить за-траты, повысить эффективность обезврежива-ния, утилизации отходов с различными концен-трациями нефтесодержащих веществ.

7. Разработанные мероприятия рекоменду-ем внедрять на объектах нефтегазового ком-плекса, имеющих сравнительно небольшие производственные обороты, в частности на не-фтебазах распределительного типа в условиях Севера России.

Список литературы

1. Гумеров А.Г., Азметов Х.А., Гумеров Р.С., Векштейн М.Г. Аварийно-восстановительный ремонт магистральных нефтепроводов. М., 1998. 268 с.

2. Десяткин А.А. Разработка технологии утилизации нефтяных шламов: автореф. дис. … канд. техн. наук. Уфа, 2004. 24 с.

3. Пономарев В.Г., Иоакимис Э.Г. Образование и очистка сточных вод нефтеперерабатывающих заводов. М., 2009. 346 с.

4. Фердман В.М. Комплексная технология утилизации промысловых нефтешламов: автореф. дис. … канд. техн. наук. Уфа, 2002. 24 с.

5. Стахов Е.А. Очистка нефтесодержащих сточных вод предприятий хранения и транспорта нефтепродуктов. М., 1983. 263 с.

6. Яковлев С.В., Скирдов И.В., Швецов В.Н., Бондарев А.А., Андрианов Ю.Н. Биологическая очистка производственных сточных вод. Процессы, аппараты и сооружения. М., 1985. 208 с.


14

7. Петрова А.В. Совершенствование очистки нефтесодержащих сточных вод // Вестн. Сев. (Арктич.) федер. ун-та. Сер.: Естеств. науки. 2013. № 1. С. 14–19.

8. Петрова А.В., Губайдуллин М.Г. Обоснование возможностей применения сточных вод для технических целей на Архангельской нефтебазе // Защита окружающей среды в нефтегазовом комплексе. 2014. № 4. С. 35–39.

9. Петрова А.В., Плосков Д.Ю. Определение и анализ физико-химического состава нефтешламов в прудах-отстойниках на Архангельском нефтяном терминале // Наука – Северному региону: сб. материалов науч.-техн. конф. проф.-преподав. состава, науч., инж.-техн. работников и аспирантов по итогам работ за 2010 год. Архангельск, 2011. С. 411–415.

10. Петрова А.В. Обоснование метода утилизации нефтесодержащих отходов на примере шламонакопителей Архангельского терминала // Исследование и освоение углеводородных ресурсов прибрежных регионов: материалы Междунар. рос.-норвеж. конф. 17–20 июня 2013 года / отв. ред. В.И. Павленко. Архангельск, 2013. С. 95–99.

11. Пат. 2533724 Российская Федерация. Способ и устройство для очистки емкостей от нефтешлама / Конюхов А.В., Конюхов А.Д., Петрова А.В., Пустова Е.Ю., Черкасов Н.Р. – № 2013111085/05; заявл. 12.03.2013; опубл. 20.11.2014, Бюл. № 32. 6 с.

12. Пат. 2539141 Российская Федерация. Способ захоронения промышленных отходов / Губайдуллин М.Г., Конюхов А.В., Петрова А.В., Конюхов А.Д., Черкасов Н.Р. – № 2013138033/13; заявл. 13.08.2013; опубл. 10.01.2015. Бюл. № 1. 4 с.

References

1. Gumerov A.G., Azmetov Kh.A., Gumerov R.S., Vekshteyn M.G. Avariyno-vosstanovitel’nyy remont magistral’nykh nefteprovodov [Emergency and Restoring Repair of the Oil Trunk Pipelines]. Moscow, 1998. 268 p.

2. Desyatkin A.A. Razrabotka tekhnologii utilizatsii neftyanykh shlamov: avtoref. dis. … kand. tekhn. nauk [Development of Technology for Oil Sludge Disposal: Cand. Eng. Sci. Diss. Abs.]. Ufa, 2004. 24 p.

3. Ponomarev V.G., Ioakimis E.G. Obrazovanie i ochistka stochnykh vod neftepererabatyvayushchikh zavodov [Formation of Refinery Water and Clarification of the Oil Refineries]. Moscow, 2009. 346 p.

4. Ferdman V.M. Kompleksnaya tekhnologiya utilizatsii promyslovykh nefteshlamov: avtoref. dis. … kand. tekhn. nauk [Complex Technology for Commercial Oil Sludge Disposal: Cand. Eng. Sci. Diss. Abs.]. Ufa, 2002. 24 p.

5. Stakhov E.A. Ochistka neftesoderzhashchikh stochnykh vod predpriyatiy khraneniya i transporta nefteproduktov [Clarification of Oily Refinery Water by the Enterprises of Oil Storage and Transport]. Moscow, 1983. 263 p.

6. Yakovlev S.V., Skirdov I.V., Shvetsov V.N., Bondarev A.A., Andrianov Yu.N. Biologicheskaya ochistka proizvodstvennykh stochnykh vod. Protsessy, apparaty i sooruzheniya [Biological Treatment of Industrial Wastewater. Processes, Machines and Facilities]. Moscow, 1985. 208 p.

7. Petrova A.V. Sovershenstvovanie ochistki neftesoderzhashchikh stochnykh vod [Improving of Clarification of Oily Refinery Water]. Vestnik Severnogo (Arkticheskogo) federal’nogo universiteta. Ser.: Estestvennye nauki, 2013, no. 1, pp. 14–19.

8. Petrova A.V., Gubaydullin M.G. Obosnovanie vozmozhnostey primeneniya stochnykh vod dlya tekhnicheskikh tseley na Arkhangel’skoy neftebaze [Justification of Application of Wastewater for the Industrial Purposes in the Arkhangelsk Oil Terminal]. Zashchita okruzhayushchey sredy v neftegazovom komplekse, 2014, no. 4, pp. 35–39.

9. Petrova A.V., Ploskov D.Yu. Opredelenie i analiz fiziko-khimicheskogo sostava nefteshlamov v prudakh-otstoynikakh na Arkhangel’skom neftyanom terminale [Identification and Analysis of Physical and Chemical Composition of the Sludge in the Settling Ponds in the Arkhangelsk Oil Terminal]. Nauka – Severnomu regionu: sb. materialov nauch.-tekhn. konf. prof.-prepodav. sostava, nauch., inzh.-tekhn. rabotnikov i aspirantov po itogam rabot za 2010 god [Science to the Northern Region: Proc. Sci. and Tech. Conf. Faculty, Sci., Eng. and Tech. Staff and Postgraduate Students, Regarding the Results of 2010]. Arkhangelsk, 2011, pp. 411–415.

10. Petrova A.V. Obosnovanie metoda utilizatsii neftesoderzhashchikh otkhodov na primere shlamonakopiteley Arkhangel’skogo terminala [Justification of the Method of Disposal of Oily Waste at the Example of Tailings Ponds of the Arkhangelsk Oil Terminal]. Issledovanie i osvoenie uglevodorodnykh resursov pribrezhnykh regionov: materialy Mezhdunar. ros.-norvezh. konf. 17–20 iyunya 2013 [Research and Development of Hydrocarbon Resources in the Coastal Regions: Proc. Intern. Russian-Norway. Conf. 17–20 June 2013]. Ed. by V.I. Pavlenko. Arkhangelsk, 2013, pp. 95–99.


15

11. Konyukhov A.V., Konyukhov A.D., Petrova A.V., Pustova E.Yu., Cherkasov N.R. Sposob i ustroystvo dlya ochistki emkostey ot nefteshlama [Method and Apparatus for Tanks Cleaning out of Sludge]. Patent RF, no. 2533724, 2013.

12. Gubaydullin M.G., Konyukhov A.V., Petrova A.V., Konyukhov A.D., Cherkasov N.R. Sposob zakhoroneniya promyshlennykh otkhodov [Method of Disposal of Industrial Waste]. Patent RF, no. 2539141, 2013.

doi: 10.17238/issn2227-6572.2015.4.5

Gubaydullin Marsel’ GaliullovichNorthern (Arctic) Federal University named after M.V. Lomonosov

Naberezhnaya Severnoy Dviny, 17, Arkhangelsk, 163002, Russian Federation; e-mail: [email protected] Anna Viktorovna

RN-Arkhangelsknefteprodukt LLCTalagi settl., 30, Primorsky district, Arkhangelsk region, 163530, Russian Federation;

e-mail: [email protected]

SAFETY OF OILY WASTE PROCESSING IN THE OIL TERMINALS IN THE NORTHERN REGIONS

Development of new technologies of treatment and reduction of class of hazardous waste for oil storage and oil terminals of distribution type, adapted to the conditions of the Far North and equivalent areas, is an actual scientific and practical task. We analyzed the sources of formation and physical and chemical properties of oily waste in the operation of oil storages in the northern areas; proposed the safe cleaning technology of tanks out of sludge, as well as separation, cleaning, neutralization and utilization of watered oily waste with low content of mechanical impurity. The paper presents the developed safety technology of oily waste treatment and suggestions of their disposal in the conditions of a frigid climate. A locally closed technology of waste treatment at the enterprises of oil products supply is proved and an assessment of its economical efficiency is undertaken. Coadministration of potassium permanganate and sodium hypochlorite at defined doses significantly reduces the concentration of iron in the bulk of the wastewater, which increases its degree of clarification. The ways of improving the clarification by sedimentation due to the simultaneous cooling of wastewater to the temperatures of +1...–3 °C were examined. The introduction of the additional cold settling processes into the cleaning cycle will raise the efficiency of treating facilities. The reduction of class of hazardous waste for their disposal in the sludge tanks on the premises can be achieved by thermal oxidation of oil-contaminated residues. The proposed methods were tested in the test laboratory and production sites of the terminal of RN-Arkhangelsknefteprodukt LLC.

Keywords: Far North, oil storage, safe cleaning technology of tanks out of sludge, disposal in the sludge tanks, reduction of class of hazardous waste.


16


УДК 550.34

МиХайлова Яна александровнаИнститут экологических проблем Севера Уральского отделения РАНадрес: 163000, г. Архангельск, наб. Северной Двины, д. 23; е-mail: [email protected]

МороЗов алексей николаевичИнститут экологических проблем Севера Уральского отделения РАНадрес: 163000, г. Архангельск, наб. Северной Двины, д. 23; е-mail: [email protected]

ФедоренКо ирина валентиновнаИнститут экологических проблем Севера Уральского отделения РАНадрес: 163000, г. Архангельск, наб. Северной Двины, д. 23; е-mail: [email protected]

СовреМеннаЯ СлабаЯ СейСМиЧноСтЬ ЗаПадной ЧаСти Срединно-арКтиЧеСКоГо Хребта ГаККелЯ1

В настоящее время по хребту Гаккеля имеются подробные батиметрические, гравиметрические, маг-нитометрические, петрологические и сейсмические (с mb > 4) данные. Однако до сих пор мало данных об особенностях распределения в пределах хребта слабых землетрясений ввиду отсутствия систем наблюде-ний. Благодаря функционированию с 2011 года на архипелаге Земля Франца-Иосифа сейсмической стан-ции ZFI (80,8° с.ш., 47,7° в.д.) появилась возможность регистрировать в пределах хребта Гаккеля слабые землетрясения с магнитудой ML от 1,5. В статье приведен анализ результатов сейсмического мониторинга землетрясений в пределах участка хребта от 6° з.д. до 30° в.д. за период с декабря 2011 по октябрь 2014 го- да. Мы вычислили параметры сейсмического режима и их вариации. Показали, что хребет Гаккеля, не-смотря на самую низкую скорость спрединга среди срединно-океанических хребтов, сейсмически активен. Землетрясения в пределах хребта Гаккеля регистрировались неравномерно во времени и в пространстве. Выявлено наличие периодов затишья и активизации сейсмичности. Наибольшее число эпицентров приу-рочено к центральному амагматическому сегменту, а именно к району, ограниченному координатами от 1,5 до 19,0° в.д. Построенный график Беньоффа позволил выявить тенденции высвобождения сейсмической энергии в пределах хребта Гаккеля во времени. В первом приближении можно выделить период стабили-зации высвобождения сейсмической энергии длительностью 1 год. Вычисленные значения угла наклона кумулятивного графика повторяемости за период с 2012 по 2014 год также указывают на неравномерность проявления слабой сейсмичности во времени.

Ключевые слова: хребет Гаккеля, сейсмичность, сейсмический режим.

© Михайлова Я.А., Морозов А.Н., Федоренко И.В., 2015

doi: 10.17238/issn2227-6572.2015.4.16

1Работа выполнена в рамках программы НИР № 0410-2014-0031.

17

Михайлова Я.А. и др. Современная слабая сейсмичность...

В настоящее время проведению фундамен-тальных и прикладных научных исследова-ний в Арктике уделяется большое внимание. Это обусловлено несколькими причинами: во-первых, открытие крупных месторождений нефти и газа и необходимость их промышлен-ного освоения; во-вторых, общая относительно слабая изученность тектонических и геодина-мических вопросов взаимодействия континен-тальной и океанической коры.

Важной в этом контексте становится ин-формация о современной сейсмичности Ар-ктических территорий, которая является ос-новой для изучения степени сейсмической опасности и современных геодинамических процессов. Однако проведение сейсмического мониторинга в Арктике сталкивается с рядом объективных трудностей. Во-первых, редкая сеть сейсмических станций не позволяет реги-стрировать слабые землетрясения. Во-вторых, конфигурация (расположение в пространстве) станций не всегда дает возможность достовер-но определять такие параметры очага земле-трясений, как координаты, глубина, магнитуда. В результате складывающиеся представления о сейсмичности Арктики неполны и односторон-не отражают действительность.

В большей мере это относится к Средин-но-Арктическому хребту Гаккеля, формиру-ющему границу между тектоническими пли-тами (Северо-Американской и Евразийской) в Северном Ледовитом океане. В настоящее время по хребту имеются подробные бати-метрические, гравиметрические, магнитоме-трические, петрологические и сейсмические (mb > 4) данные. Однако до сих пор мало дан-ных об особенностях распределения слабых землетрясений в пределах хребта, поэтому наши представления о геодинамических про-цессах в пределах хребта Гаккеля являются неполными. Изучение слабых землетрясений может дать много информации об активных процессах в пределах хребта и их магматиче-ской и тектонической природе.

Возобновление с 2011 года инструменталь-ных сейсмологических наблюдений на архипе-

лаге Земля Франца-Иосифа (о. Земля Алексан-дры) позволило создать благоприятные условия для проведения сейсмического мониторинга хребта Гаккеля. Установка современной вы-сокочувствительной аппаратуры дает возмож-ность регистрировать слабые землетрясения (c МL > 1,5) в пределах хребта, а привлече-ние исходных данных сейсмических станций, функционирующих на архипелаге Шпицбер-ген, создает условия для достоверного опреде-ления параметров их эпицентров.

Целью данной работы является анализ сла-бой сейсмичности хребта Гаккеля путем вычис-ления параметров сейсмического режима и их вариаций. Вычисления были основаны на дан-ных, полученных сейсмической станцией ZFI за период с декабря 2011 по октябрь 2014 года.

Материалы и методы. Хребет Гаккеля является частью единой глобальной системы срединно-океанических хребтов (СОХ) длиной около 70 000 км, протянувшейся через все оке-аны. Хребет Гаккеля простирается примерно на 1800 км от 83° с.ш. 6° з.д. до 125° в.д. Ско-рость спрединга на хребте варьирует от 1,4–1,5 до 0,7 см/год. На основании морфологических особенностей и глубинного строения на хреб-те были выделены 3 сегмента [1–3]: западный вулканический сегмент (ЗВС, 7° з.д. – 3° в.д), центральный амагматический сегмент (ЦАС, 3–30° в.д.), восточный вулканический сегмент (ВВС, 30–95° в.д.). На основе анализа батиме-трических и геофизических особенностей ис-следователи [4, 5] выделяют на хребте Гаккеля дополнительно от 7 до 9 сегментов, границами которых являются разломные зоны.

В пределах хребта Гаккеля отмечаются наи-более низкие скорости спрединга среди СОХ, значительная толщина литосферы, изменяю-щиеся вдоль длины степень прогрева мантии и геометрия спрединга. Соотношение эндо-генных процессов также меняется вдоль про-стирания хребтов, а именно при преобладании тектонического фактора в структурообразова-нии; на отдельных участках значительную роль играют магматические и метаморфические процессы [3].

18

Обобщению информации о зарегистриро-ванных в пределах хребта Гаккеля землетрясе-ниях (с mb > 4) за весь период инструменталь-ных сейсмических наблюдений посвящены работы [4, 6–9]. Сейсмический пояс, трассиру-ющий хребет Гаккеля, имеет практически по-стоянное простирание и среднюю ширину, не превышающую 20–30 км. Наиболее заметные отклонения эпицентров от осевой линии уста-навливаются на участке между 40 и 80° в.д., где практически линейный фрагмент пояса длиной порядка 300 км смещен к северу на 100–120 км в своей западной части и далее на восток от-носительно плавно выходит на генеральную осевую линию.

В работе [4] на основе данных о землетря-сениях за период с 1955 по 1999 год получены следующие уравнения графика повторяемости для западной части хребта Гаккеля:

lg N = –0,83M + 5,20,где N – количество землетрясений; M – магни-туда землетрясений.

Сейсмический мониторинг района исследо-вания проводили на основе данных сейсмиче-ской станции ZFI за период с декабря 2011 по октябрь 2014 года. Для минимизации ошибки в определении координат эпицентров земле-трясений дополнительно привлекали исходные данные сейсмических станций, функциониру-ющих на архипелаге Шпицберген. Это станция KBS из сети GE (GEOFON – Global Seismic Network), станция HSPB из сети PL (Polish Seismic Network), станция HOPEN из сети NS (Norwegian National Seismic Network University of Bergen Norway), станция SPA0, входящая в сейсмическую группу SPITS. Доступ к данным осуществляли с помощью электронного ресур-са GEOFON2.

Непосредственный анализ исходных дан-ных сейсмических станций с целью получения параметров очага проводили в программном комплексе WSG [10] совместной разработки Геофизической службы РАН и «НПП Геотех» (автор программы Акимов Андрей Петрович).

Для установления координат землетрясений и времени в очаге использовали разработанную в Институте экологических проблем Севера Ураль-ского отделения РАН региональную скоростную модель NOES, для определения значений локаль-ной магнитуды ML (MWA) – реализованный в программе WSG способ расчета, основанный на осредненной по Северной Евразии калибровоч-ной функции [11]. Экспериментально установи-ли, что при существующей конфигурации сейс-мических станций и используемой скоростной модели эпицентры землетрясений в пределах хребта Гаккеля после 30° в.д. имеют большую ошибку. Поэтому в своих дальнейших рассуж-дениях и выводах о пространственно-временном распределении землетрясений будем подраз-умевать только землетрясения в пределах ЗВС и ЦАС хребта Гаккеля (от 6° з.д. до 30° в.д.).

Сформированный на основе данных ZFI ка-талог землетрясений в пределах хребта Гаккеля стал основой для вычисления параметров сейс-мического режима и их вариаций. Перечень определяемых параметров сейсмического режи-ма следующий:

– пространственно-временное распределение эпицентров землетрясений;

– выделившаяся сейсмическая энергия (гра-фик Беньоффа);

– наклон графика повторяемости (закон Гу-тенберга–Рихтера).

Для построения графика Беньоффа все зна-чения магнитуд МL землетрясений из каталога переводили в значения энергетического клас-са Kр (по номограмме Раутиан). Перевод осу-ществляли с помощью формулы, предложенной В.Д. Феофилактовым [11] в виде

Kp = 1,84ML + 3,51.В дальнейшем значения энергетического

класса переводили в значения энергии (Е, Дж) по стандартной формуле:

Е = 10Kр.Результаты и обсуждение. За период с дека-

бря 2011 по октябрь 2014 года в пределах всего хребта Гаккеля было зарегистрировано 384 зем-летрясения с магнитудой ML от 1,5 до 5,7 (рис. 1).


2GEOFON. URL: http://geofon.gfz-potsdam.de/geofon/ (дата обращения: 18.11.2015).

19

В пределах ЗВС и ЦАС зарегистрировано 256 землетрясений в том же магнитудном диапазо-не. При этом около 70 % землетрясений имеют магнитуду до 3,0.

Эпицентры землетрясений распределены вдоль хребта неравномерно (рис. 2). Наиболь-шее число эпицентров приурочено к ЦАС, а

именно к району, ограниченному координата-ми от 1,5° з.д. до 19,0° в.д. На этот район при-ходится до 75 % всех зарегистрированных зем-летрясений. Левая граница района совпадает с границей перехода зон ЗВС и ЦАС, правая – с расположением в ЦАС единственного крупно-го вулканического центра. Далее вдоль хребта

Рис. 1. Распределение землетрясений в пределах ЗВС и ЦАС хребта Гаккеля в период с декабря 2011 по октябрь 2014 года (локация землетрясений производилась на основе данных сейсмической станции ZFI и станций, функционирующих на архипелаге Шпицберген)

Рис. 2. Пространственно-временное распределение эпицентров землетря-сений в пределах западной части хребта Гаккеля


20

(до 26° в.д.) землетрясений происходило мало и только с 26° в.д. количество эпицентров заре-гистрированных землетрясений начинает сно-ва возрастать.

Приуроченность большинства землетря-сений к сегменту ЦАС может быть объяснена тем, что спрединг этого сегмента амагматичен. В пределах сегмента толщина коры минималь-на и температура мантии понижена. В структу-рообразовании этой части хребта преобладают тектонические, а не магматические и метамор-фические процессы [3]. Однако для сильных землетрясений (mb > 4,5) за весь период на-блюдений [9] приуроченность их эпицентров к району от 1,5° з.д. до 19,0° в.д. не выявляется.

В пределах ЗВС землетрясений было за-регистрировано меньше, чем в ЦАС (N = 26). Можно выделить район, ограниченный коор-динатами от 6° до 3° з.д., к которому приуроче-на основная часть эпицентров.

Землетрясения в пределах хребта Гаккеля регистрировались неравномерно во времени. В летние месяцы (с июля по сентябрь) умень-шение количества зарегистрированных зем-летрясений связано с сезонными вариациями чувствительности сейсмической станции ZFI. Однако этим нельзя объяснить практически

полное отсутствие землетрясений с мая по ок-тябрь 2012 года в пределах всей длины сегмен-тов ЗВС и ЦАС. Возможно, в данный период мы имеем дело с сейсмическим затишьем, ко-торое наступило после большой серии земле-трясений в апреле 2012 года. В этот месяц было зарегистрировано 39 землетрясений, а в районе с координатами от 1,5° з.д. до 7,0° в.д. за 2 дня произошло 13 землетрясений. Причем для сег-мента ЗВС период затишья длился весь после-дующий год – до ноября 2013 года.

Оценка выделившейся сейсмической энер-гии при землетрясениях осуществляется путем построения графика Г. Беньоффа [12]. График характеризует распределение во времени вы-делившейся энергии для сейсмических после-довательностей, которое напрямую связано с напряженно-деформированным состоянием среды и отражает процесс разрядки напряже-ний в сейсмоактивной области.

График Беньоффа строится для всех зем-летрясений как зависимость суммарной выде-лившейся сейсмической энергии при землетря-сениях от времени. Для хребта Гаккеля график Беньоффа, составленный для землетрясений, произошедших с 2011 по 2014 год, представлен на рис. 3.

Рис. 3. График Беньоффа, составленный для землетрясений западной части хребта Гаккеля за период с 2011 по 2014 год


21

Построенный график иллюстрирует пери-оды стабилизации и периоды скачкообразных высвобождений энергии. В апреле 2012 года наблюдался период сейсмической активизации, который продолжился периодом (около года) стабилизации высвобождения энергии. В мае 2013 года произошло очередное скачкообраз-ное высвобождение энергии, за которым также последовал период стабилизации (около года) до 6 марта 2014 года, когда произошло зем-летрясение с магнитудой 5,6. Таким образом, можно условно говорить о периоде стабили-зации высвобождения энергии длительностью около года (условно, т. к. для однозначного вы-деления периодов необходимо накопление дан-ных за более длительное время).

На основе зарегистрированных землетрясе-ний в пределах хребта Гаккеля мы построили кумулятивные графики повторяемости зем-летрясений, а для линейных участков графи-ков вычислили их параметры (см. таблицу). Физически значимым является значение угла наклона графика повторяемости, которое ха-рактеризует соотношение количества сильных землетрясений к слабым. В работе [4] приво-дится значение угла наклона равное 0,83 для западной части хребта Гаккеля, вычисленное по данным сильных землетрясений за весь пе-риод инструментальных наблюдений. Полу-ченные нами значения угла наклона за 2012, 2013 и 2014 годы отличаются от среднего зна-чения, указанного в работе [4], т. к. построены для узкого диапазона значений магнитуд. Од-

нако можно сравнивать значения угла наклона между собой, поскольку они построены прак-тически для одинаковых диапазонов магнитуд.

В 2012 и 2013 годы значения угла наклона практически одинаковы, что говорит об одно-типности хода сейсмического процесса, но в 2014 году значение возросло, что свидетель-ствует об изменении хода сейсмического про-цесса. Таким образом, из наших вычислений видно, что в пределах западной части хребта Гаккеля сейсмический процесс протекает не равномерно во времени.

Выводы. Анализ слабой сейсмичности за-падной части хребта Гаккеля путем вычисле-ния параметров сейсмического режима и их вариаций показал неравномерность ее проявле-ния в пространстве и во времени. В частности, были получены следующие результаты:

– хребет Гаккеля, несмотря на самую низ-кую скорость спрединга среди СОХ, сейсми-чески активен. Эпицентры зарегистрирован-ных землетрясений в пределах западной части хребта (до 30° в.д.) распределены неравномер-но. Наибольшее число эпицентров приурочено к ЦАС, а именно к району, ограниченному ко-ординатами от 1,5° з.д. до 19,0° в.д. Приурочен-ность большинства землетрясений к сегменту ЦАС может быть объяснена тем, что спрединг этого сегмента амагматичен. В структуроо-бразовании данной части хребта преобладают тектонические, а не магматические и метамор-фические процессы. Исключением является район расположения единственного вулкани-

ПАРАМЕТРы КУМУЛЯТИВНОГО ГРАФИКА ПОВТОРЯЕМОСТИ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИй В ПРЕДЕЛАх хРЕБТА ГАККЕЛЯ В 2012–2014 ГОДАх

Период Интервал магнитуд

Уравнение графика повторяемости

Абсолютная σy/x и относительная δy/x

погрешность

Коэффициенткорреляции R

2012 3,0–4,0 lgN = 5,31 – 1,25ML σy/x = 0,05;δy/x = 5,09 % 0,99

2013 2,8–3,9 lgN = 5,22 – 1,26ML σy/x = 0,03;δy/x = 3,15 % 0,99

2014 2,8–4,0 lgN = 5,79 – 1,39ML σy/x = 0,05;δy/x = 5,66 % 0,99


22

ческого центра (19° в.д.) в ЦАС, в пределах ко-торого практически отсутствует сейсмичность;

– землетрясения в пределах западной части хребта Гаккеля регистрировались неравномер-но во времени. Выявлено наличие периодов за-тишья и активизации сейсмичности, не связан-ных с сезонностью. С мая по октябрь 2012 года в пределах всей длины сегментов ЗВС и ЦАС наблюдалось практически полное отсутствие землетрясений. Затишье наступило после акти-визации сейсмичности в апреле 2012 года. При-чем для сегмента ЗВС период затишья длился весь последующий год – до ноября 2013 года;

– построенный график Беньоффа по-зволил выявить тенденции высвобождения сейсмической энергии в пределах хребта Гаккеля во времени. Условно можно выде-лить период стабилизации высвобождения сейсмической энергии длительностью 1 год, но для однозначного выделения периодов необходимо накопление данных за более длительное время;

– вычисленные значения угла наклона гра-фика повторяемости за 2012–2014 годы также указывают на неравномерность проявления слабой сейсмичности во времени.


1. Cochran J.R., Kurras G.J., Edwards M.H., Coakley B. The Gakkel Ridge: Bathymetry, Gravity Anomalies and Crustal Accretion at Extremely Slow Spreading Rates // Journal of Geophysics. 2003. V. 108. P. 2116–2137.

2. Michael P.J., Langmuir C.H., Dick H.J.B., Snow J.E., Goldstein S.L., Graham D.W., Lehnert K., Kurras G., Jokat W., Mühe R., Edmonds H.N. Magmatic and Amagmatic Seafloor Generation at the Ultraslow-Spreading Gakkel Ridge, Arctic Ocean // Nature. 2003. № 423. P. 956–961.

3. Дубинин Е.П., Кохан А.В., Сущевская Н.М. Тектоника и магматизм ультрамедленных спрединговых хребтов // Геотектоника. 2013. № 3. С. 3–30.

4. Engen O., Eldholm O., Bungum H. The Arctic Plate boundary // Journal of Geophysical Research. 2003. V. 108. № B2. P. 5.1–5.17.

5. Гуревич Н.И., Астафурова Е.Г., Глебовский В.Ю., Абельская А.А. Некоторые особенности аккреции коры у оси западной части ультранизкоскоростного хребта Гаккеля, Северный Ледовитый океан // Геолого-геофизические характеристики литосферы Арктического региона. 2004. Вып. 5. С. 87–97.

6. Fujita K., Cook D.B., Hasegava H., Forsyth D., Wetmiller R. Seismicity and Focal Mechanisms of the Arctic Region and the North American Plate Boundary in Asia // The Arctic Ocean Region. Boulder, 1990. P. 91–112.

7. Аветисов Г.П. Сейсмоактивные зоны Арктики. СПб., 1996. 186 с.8. Аветисов Г.П., Зинченко А.Г., Мусатов Е.Е., Пискарев А.Л. Сейсмическое районирование Арктического

региона // Российская Арктика: геологическая история, минерагения, геоэкология. СПб., 2002. C. 162–175.9. Schlindwein V., Demuth A., Korger E., Läderach C., Schmid F. Seismicity of the Arctic Mid-Ocean Ridge System //

Polar Science. 2015. V. 9(1). P. 146–157.10. Красилов С.А., Коломиец М.В., Акимов А.П. Организация процесса обработки цифровых сейсмических

данных с использованием программного комплекса WSG // Современные методы обработки и интерпретации сейсмологических данных: материалы 1-й Междунар. сейсмол. шк., посвящ. 100-летию открытия сейсмических станций «Пулково» и «Екатеринбург». Обнинск, 2006. С. 77–83.

11. Габсатарова И.П. Внедрение в рутинную практику подразделений Геофизической службы РАН про-цедуры вычисления локальной магнитуды // Современные методы обработки и интерпретации сейсмологиче-ских данных: материалы 1-й Междунар. сейсмол. шк., посвященной 100-летию открытия сейсмических станций «Пулково» и «Екатеринбург». Обнинск, 2006. С. 49–53.

12. Беньофф Г. Накопление и высвобождение деформаций по наблюдениям сильных землетрясений // Слабые землетрясения. М., 1961, С. 199–210.


23

References

1. Cochran J.R., Kurras G.J., Edwards M.H., Coakley B. The Gakkel Ridge: Bathymetry, Gravity Anomalies and Crustal Accretion at Extremely Slow Spreading Rates. Journal of Geophysics, 2003, vol. 108, pp. 2116–2137.

2. Michael P.J., Langmuir C.H., Dick H.J.B., Snow J.E., Goldstein S.L., Graham D.W., Lehnert K., Kurras G., Jokat W., Mühe R., Edmonds H.N. Magmatic and Amagmatic Seafloor Generation at the Ultraslow-Spreading Gakkel Ridge, Arctic Ocean. Nature, 2003, no. 423, pp. 956–961.

3. Dubinin E.P., Kokhan A.V., Sushchevskaya N.M. Tektonika i magmatizm ul’tramedlennykh spredingovykh khrebtov [Tectonics and Magmatism of Ultra Spreading Ridges]. Geotektonika [Geotectonics], 2013, no. 3, pp. 3–30.

4. Engen O., Eldholm O., Bungum H. The Arctic Plate Boundary. Journal of Geophysical Research, 2003, vol. 108, no. B2, pp. 5.1–5.17.

5. Gurevich N.I., Astafurova E.G., Glebovskiy V.Yu., Abel’skaya A.A. Nekotorye osobennosti akkretsii kory u osi zapadnoy chasti ul’tranizkoskorostnogo khrebta Gakkelya, Severnyy Ledovityy okean [Some Features of Crustal Accretion at the Axis of the Western Part of Extra-Low-Speed Gakkel Ridge, the Arctic Ocean]. Geologo-geofizicheskie kharakteristiki litosfery Arkticheskogo regiona [Geological-Geophysical Features of the Lithosphere of the Arctic Region], 2004, no. 5, pp. 87–97.

6. Fujita K., Cook D.B., Hasegava H., Forsyth D., Wetmiller R. Seismicity and Focal Mechanisms of the Arctic Region and the North American Plate Boundary in Asia. The Arctic Ocean Region. Ed. by A. Grantz, L. Johnson, J.F. Sweeney. Boulder, 1990, pp. 91–112.

7. Avetisov G.P. Seysmoaktivnye zony Arktiki [Seismically Active Areas of the Arctic]. St. Petersburg, 1996. 186 p.8. Avetisov G.P., Zinchenko A.G., Musatov E.E., Piskarev A.L. Seysmicheskoe rayonirovanie Arkticheskogo

regiona [Seismic Zoning of Arctic]. Rossiyskaya Arktika: geologicheskaya istoriya, minerageniya, geoekologiya [Russian Arctic: Geological History, Minerageny, Geo-Ecology]. St. Petersburg, 2002, pp. 162–175.

9. Schlindwein V., Demuth A., Korger E., Läderach C., Schmid F. Seismicity of the Arctic Mid-Ocean Ridge System. Polar Science, 2015, vol. 9(1), pp. 146–157.

10. Krasilov S.A., Kolomiets M.V., Akimov A.P. Organizatsiya protsessa obrabotki tsifrovykh seysmicheskikh dannykh s ispol’zovaniem programmnogo kompleksa WSG [Organization of Digital Seismic Data Processing Using a Software Package WSG]. Sovremennye metody obrabotki i interpretatsii seysmologicheskikh dannykh: materialy 1-y Mezhdunar. seysmol. shk., posvyashchennoy 100-letiyu otkrytiya seysmicheskikh stantsiy “Pulkovo” i “Ekaterinburg” [Modern Methods of Processing and Interpretation of Seismic Data: Proc. 1st Intern. Seysmol. School, Dedicated to the 100th Anniversary of the Foundation of the Seismic Stations “Pulkovo” and “Yekaterinburg”]. Obninsk, 2006, pp. 77–83.

11. Gabsatarova I.P. Vnedrenie v rutinnuyu praktiku podrazdeleniy Geofizicheskoy sluzhby RAN protsedury vychisleniya lokal’noy magnitudy [The Introduction the Procedures for Calculating the Local Magnitude into the Routine Practice of Geophysical Survey Departments of the RAS]. Sovremennye metody obrabotki i interpretatsii seysmologicheskikh dannykh: materialy 1-y Mezhdunar. seysmol. shk., posvyashchennoy 100-letiyu otkrytiya seysmicheskikh stantsiy “Pulkovo” i “Ekaterinburg” [Modern Methods of Processing and Interpretation of Seismic Data: Proc. 1st Intern. Seysmol. School, Dedicated to the 100th Anniversary of the Foundation of the Seismic Stations “Pulkovo” and “Yekaterinburg”]. Obninsk, 2006, pp. 49–53.

12. Ben’off G. Nakoplenie i vysvobozhdenie deformatsiy po nablyudeniyam sil’nykh zemletryaseniy [Accumulation and Release of Strain According to the Observations of Strong Earthquakes]. Slabye zemletryaseniya [Small Earthquakes]. Moscow, 1961, pp. 199–210.


24

doi: 10.17238/issn2227-6572.2015.4.16

Mikhaylova Yana AleksandrovnaInstitute of Ecological Problems of the North, Ural Branch of the Russian Academy of Sciences

Naberezhnaya Severnoy Dviny, 23, Arkhangelsk, 163000, Russian Federation; e-mail: [email protected]

Morozov Aleksey NikolaevichInstitute of Ecological Problems of the North, Ural Branch of the Russian Academy of Sciences


Fedorenko Irina ValentinovnaInstitute of Ecological Problems of the North, Ural Branch of the Russian Academy of Sciences


MODERN WEAK SEISMICITY OF THE WESTERN PART OF THE MID-ARCTIC GAKKEL RIDGE

At the present time there are detailed bathymetric, gravimetric, magnetometric, petrological, and seismic (mb > 4) data for the Gakkel Ridge. However, so far not enough information has been obtained on the distribution of small-magnitude earthquakes (or microearthquakes) within the ridge area due to the absence of a suitable observation system. With the ZFI seismic station (80.8 °N, 47.7 °E), operating since 2011 at the Frantz Josef Land Archipelago, we can now register small-magnitude earthquakes of 1.5 ML and more within the Gakkel Ridge area. This article elaborates on the results and analysis of the ZFI station seismic monitoring obtained within the area of the ridge between 6 °W and 30 °E for the period from December 2011 to October 2014. We have calculated the parameters of the seismic setting and their variations. The Gakkel Ridge is seismically active, regardless of the lowest spreading velocity among the global mid-ocean ridges. Earthquakes within the Gakkel Ridge were registered unevenly in time and space. Quiet periods alternated with the periods of higher seismic activity. The largest number of earthquake epicenters are assigned to the Sparsely Magmatic Zone, the area between 1.5 °E and 19.0 °E. The Benioff graph allowed us to reveal trends in release of seismic energy within the Gakkel ridge in time. In the first approximation we can highlight the stabilization period of seismic energy release of one year duration. The dip calculations of cumulative recurrence curve for the period from 2012 to 2014 also indicate the uneven existence of weak seismicity in time.

Keywords: Gakkel ridge, seismicity, seismic setting.


25

Потапова Е.В., Зелинская Е.В. Общая оценка экологического риска...

УДК 574.474(502.53)

ПотаПова елена владимировнаИркутский государственный университетадрес: 664033, г. Иркутск, ул. Лермонтова, д. 126; e-mail: [email protected]

ЗелинСКаЯ елена валентиновнаИркутский национальный исследовательский технический университетадрес: 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, д. 83; e-mail: [email protected]

обЩаЯ оЦенКа ЭКолоГиЧеСКоГо риСКа длЯ ГородСКиХ оЗелененнЫХ территорий

Большая часть населения Земли – жители городов. В связи с этим озелененные территории выполня-ют колоссальное количество экосистемных функций и испытают антропогенные нагрузки чрезвычайного уровня. Для оценки состояния и развития деградационных процессов мы выявили экологические риски озелененных территорий городов категорий общего, ограниченного пользования и специального назна-чения. По результатам полевых обследований составили перечень из 19 основных и частных рисков, под-разделенный на 8 групп: утрата видового разнообразия, упрощение вертикальной структуры, упрощение горизонтальной структуры, замена разнообразия, причинение вреда, болезни, утрата декоративной цен-ности, уничтожение. В качестве основного риска приняли утрату озелененной территорией способности выполнять свои экосистемные функции. Исходя из рассчитанной значимости рисков наиболее опасны: уничтожение озелененной территории и древесно-кустарниковой растительности, утрата видового разно-образия и изреживание. Менее значимы риски группы причинения вреда. Доля значимости рисков для объ-ектов немногим превышает половину, достигая только 0,65. Предложили 6 признаков для классификации рисков: по площади распространения, длительности воздействия, масштабности, степени тяжести и др. Оценка показала, что ни один риск не характеризуется максимумом показателей, однако 11 из 19 рисков могут стать угрозой для существования озелененной территории. Актуальность исследования обусловлена необходимостью выявления и контроля рисковых ситуаций для озелененных территорий городов с целью мониторинга и вмешательства, желательно превентивного, со стороны администраций. Оценка позволяет определить, какие озелененные территории наиболее подвержены тем или иным рискам.

Ключевые слова: город, озелененные территории, экологический риск, ранжирование рисков, клас-сификация рисков.

doi: 10.17238/issn2227-6572.2015.4.25

© Потапова Е.В., Зелинская Е.В., 2015

Благополучие населения во многом обе-спечивается выполнением экосистемами, как чисто природными, так и антропогенно транс-

формированными, своих функций, предостав-лением ими ресурсов и услуг, которые напря-мую зависят от их видового разнообразия.

26

Экосистемные сервисы (ecosystems services) дают исходные материалы для нормальной жиз-недеятельности людей (энергия, питание, строи-тельные материалы), составляют основу здраво-охранения [1, 2]. Они способны как напрямую повышать качество воды, воздуха и почв, филь-труя, адсорбируя и трансформируя вещества, по-ступающие в окружающую среду, так и косвенно улучшать состояние человека через духовно-эмо-циональную сферу. С другой стороны, благопри-ятная окружающая среда – это среда, качество которой обеспечивает устойчивое функциониро-вание естественных экологических систем, при-родных и природно-антропогенных объектов1. В контексте изложенного города являются тем ме-стом, где происходит постоянный конфликт меж-ду природной, социальной и техногенной средой. Вероятная утрата возможности экосистемами на-селенных пунктов выполнять свои функции, свя-занная с повышенной антропогенной нагрузкой, негативно отразится на их жителях.

Главной целью оценки экологического риска для озелененных территорий городов можно счи-тать принятие обоснованных решений на основе объективной информации относительно их под-держания и сохранения. Необходимо понимание того, что риск всегда возможен и именно оценка риска может способствовать снижению количе-ства опасных событий и должна являться частью процесса управления городскими территориями в целом.

В связи с этим основными задачами работы стали: определить понятие «риск» в контексте работы; выделить основные и частные риски; ранжировать риски по значимости; классифици-ровать частные риски.

Материалы и методы. Мы провели оценку экологического риска для озелененных террито-рий – научное исследование, в котором факты и обоснованный прогноз используются для оценки

потенциально вредного воздействия на окружаю-щую среду различных факторов.

На основании многолетних наблюдений (с 1995 по 2014 год) за всеми категориями озеленен-ных территорий: общего (парки, скверы, бульва-ры), ограниченного (территории образовательных учреждений и учреждений здравоохранения, при-домовые территории) пользования и специально-го назначения (санитарно-защитные зоны пред-приятий (СЗЗ), водоохранные зоны, придорожное озеленение) г. Иркутска и других городов РФ2 (всего обследовано 48 городских поселений: Мо-сква, Санкт-Петербург, города центральной части России, Сибири, Дальнего Востока и Крыма), выявили основные тенденции и факторы их де-градации и разрушения [3]. Полученные данные фиксировали при помощи стандартных геобота-нических описаний и описаний древесно-кустар-никовой растительности. При каждом посещении объекта озеленения регистрировали изменения состояния деревьев, кустарников и трав, а также событий, которые могли привести к таким изме-нениям [4]. Затем выбирали наиболее очевидные и часто регистрируемые риски и события. Оценку значимости рисков проводили методом расчета их влияния на компоненты окружающей среды.

Результаты и обсуждение. В сфере кризисо-логии и рискологии существует множество опре-делений риска. Если речь идет об управлении риском, то под риском понимается вероятность, умноженная на ущерб, если о прогнозировании риска – вероятность возникновения некоторых неблагоприятных эффектов, при анализах опас-ных ситуаций – количественная или качествен-ная оценка опасности. Чаще всего риск бывает связан с неблагоприятными последствиями и потерями, но всегда предполагается вероятност-ный характер исхода, т. е. прогноз риска является важным ввиду того, что он может быть предот-вращен3. Согласно ст. 2 гл. 1 закона «О техни-

1Об охране окружающей среды: федер. закон от 10.01.2002 № 7-ФЗ. Доступ из справ.-правовой системы «КонсультантПлюс».


2Методика оценки экологического состояния зеленых насаждений общего пользования Санкт-Петербурга. URL: https://gov.spb.ru/law?d&nd=8460717&prevDoc=8460717&mark=1SEMHRL000000622T223E3ULPDPS000032I0000O9I0000NCC2863L3B#I0 (дата обращения: 29.12.2015).

3Risk issues. URL: http://usa.marsh.com/RiskIssues/Environmental Risk.aspx/ (дата обращения: 19.11.2015); Risk Assessment. URL: http://www.epa.gov/risk_assessment/basicinformation.htm/ (дата обращения: 19.11.2015).

27

ческом регулировании»4, «риск – вероятность причинения вреда жизни или здоровью граж-дан, имуществу физических и юридических лиц, государственному или муниципальному имуществу, окружающей среде, жизни или здоровью животных и растений с учетом тя-жести этого вреда». Это определение предла-гает учитывать как вероятность, так и тяжесть причиненного вреда.

В соответствии с законом «Об охране окру-жающей среды»5, «экологический риск – ве-роятность наступления события, имеющего неблагоприятные последствия для природной среды и вызванного негативным воздействием хозяйственной и иной деятельности, чрезвы-чайными ситуациями природного и техноген-ного характера». Чаще всего риск – это потен-циально возможная ситуация, событие и даже опасность, когда результат какого-либо дей-ствия неочевиден6. Основными характеристи-ками риска являются вероятность наступления такого события и факторы, приводящие к тако-му событию – факторы риска.

В данном исследовании основным анали-зируемым риском будет утрата способности выполнения озелененной территорией своих функций. В его рамках мы выделили 8 групп частных рисков:

1) утрата видового разнообразия – умень-шение количества видов растений на опреде-ленной территории в пределах какой-либо ка-тегории озелененной территории. Необходимо отдельно рассматривать утрату как общую, так и среди древесных, кустарниковых и травяни-стых форм;

2) упрощение вертикальной структуры – вертикальная структура представлена ярусами. Как известно, в лесах можно выделить более

10 ярусов. Озелененные территории городов обычно имеют более простую вертикальную структуру;

3) упрощение горизонтальной структуры, в т. ч. изреживание древесно-кустарниковой и травянистой растительности. Второе диагно-стируется уменьшением площади проективно-го покрытия. Подрезка и сломы веток деревьев и кустарников также ведут к снижению этого показателя;

4) замена разнообразия, обычно на сорные, рудеральные и нетипичные для данной терри-тории виды травянистых растений;

5) причинение вреда, в т. ч. травянистым, кустарниковым формам, а также веткам, ство-лу и корням деревьев;

6) болезни – риск заболеваний наиболее опасен для одновозрастных и однопородных насаждений, т. к. может привести к их гибели на значительной территории;

7) утрата декоративной ценности – обыч-но относится к древесно-кустарниковой рас-тительности или некоторой площади травяни-стой растительности;

8) уничтожение – безусловная гибель, снос объекта растительности. Можно подразделить на уничтожение особи древесно-кустарниково-го и травянистого ярусов и уничтожение озеле-ненной территории в целом.

В итоге также выделили 19 частных рисков. При таком многообразии возникает необходи-мость их ранжирования по интенсивности и значимости. Для этого все частные риски оце-нили методом сравнительного анализа количе-ственных изменений по уровню их возможного влияния на компоненты озелененной террито-рии. Значимость рассчитали для 13 объектов в рамках каждой из категорий озеленения: го-

4О техническом регулировании: федер. закон от 27.12.2002 № 184-ФЗ. Доступ из справ.-правовой системы «КонсультантПлюс».

5Об охране окружающей среды: федер. закон от 10.01.2002 № 7-ФЗ. Доступ из справ.-правовой системы «КонсультантПлюс».

6ГОСТ Р ИСО 31000–2010. Менеджмент риска. Принципы и руководство. М., 2012. 20 с.; ГОСТ Р ИСО/ МЭК 31010–2011. Менеджмент риска. Методы оценки риска. М., 2012. 70 с.


28

родские леса, парки, бульвары, детские сады и школы, больницы, придомовые территории, СЗЗ предприятий, водоохранные зоны рек, ав-томобильные дороги, железные дороги, порты

и аэропорты, кладбища и неудобья, по 6 сре-дам и компонентам: атмосфера, гидросфера, почва, человек, выполнение экосистемных функций и комплексное значение. В табл. 1

Таблица 1

ЗНАчИМОСТь ВЛИЯНИЯ ВОЗНИКНОВЕНИЯ РИСКОВ НА СРЕДы И КОМПОНЕНТы ГОРОДСКИх ЛЕСОВ

частные рискиУсловное влияние на

Итогоатмосферу гидросферу почву человека экосистемные

функциикомплексное

состояние

Утрата видового разнообразия: общая 1 1 1 1 1 1 6

ДР 1 1 0 0 1 0 3КР 1 1 1 0 1 1 5ТР 0 1 1 0 1 1 4

Упрощение вертикальной структуры: ДКР 1 0 1 0 1 1 4

ТР 0 1 1 0 1 0 3Изреживание: ДКР 1 1 1 0 1 1 5

ТР 0 1 1 0 1 1 4Замена разнообразия 1 0 0 1 1 1 4

Причинение вреда: ТР 0 0 0 0 1 0 1

КР 0 0 0 0 1 0 1веткам 0 0 0 1 1 0 2стволу 0 0 0 1 1 1 3корням 0 0 1 0 1 1 3

Болезни 1 0 1 1 1 1 5Утрата декоративности 0 0 0 1 1 0 2

Уничтожение: ОТ 1 1 1 1 1 1 6

ДКР 1 1 1 1 1 1 6ТР 1 1 1 0 1 0 4

Всего 10 10 12 8 19 12 71

Примечание: ДР – древесная растительность; КР – кустарниковая растительность; ТР – травянистая раститель-ность; ДКР – древесно-кустарниковая растительность; ОТ – озелененные территории.


29

приведены результаты оценки городского леса (такого, как Плишкино (Иркутск) и им. 50-летия Советской власти (Муром)). 1 балл (т. е. «да») означает, что возникновение того или иного риска, вероятно, приведет к нару-шениям/изменениям в среде или компоненте, окажет влияние на функционирование (по-ложительное или отрицательное), 0 баллов (т. е. «нет») – что возникновение изменений в том или ином компоненте условно не зна-чимо. Изменение в любом случае будет, и это отражено, например, в оценке экосистемных

функций, которые всегда оценивали как 1, но оно не будет значимо влиять на состояние ис-следуемых компонентов. Затем баллы по всем объектам суммировали и риски были ранжи-рованы, что и отражено в табл. 2, 3 (см. с. 30).

Согласно полученным результатам, доля значимости рисков для объектов немногим превышает половину, достигая только 0,65, что позволяет сделать вывод, что состояние озеле-ненных территорий – относительно устойчиво даже при воздействии всех рисков и не явля-ется катастрофическим для качества их сред

Таблица 2

ИТОГОВАЯ ЗНАчИМОСТь ВЛИЯНИЯ РИСКОВ НА СРЕДы И КОМПОНЕНТы ГОРОДСКИх ЛЕСОВ ПО ОБЪЕКТАМ ОЗЕЛЕНЕНИЯ, баллы

Объект озеленения

Условное влияние на Всего по объекту*

Доля значи-мости атмосферу гидросферу почву чело-

векаэкосистемные

функциикомплексное

состояниеГородские леса 10 10 12 8 19 12 71 0,62Парки 11 6 9 13 19 12 70 0,61Бульвары 12 10 11 13 19 11 76 0,67Детские сады, школы 7 7 10 15 19 9 67 0,59

Больницы 5 4 15 16 19 7 66 0,58Придомовые территории 9 5 11 14 19 7 65 0,57

СЗЗ 10 8 8 7 19 9 61 0,54Водоохранные зоны 9 15 13 8 19 11 75 0,66

Автомобильные дороги 13 9 13 10 19 10 74 0,65

Железные дороги 7 8 8 7 19 8 57 0,50Порты, аэропорты 8 8 9 8 19 8 60 0,53

Кладбища 9 12 12 10 19 10 72 0,63Неудобья, пустыри 8 9 9 5 19 9 59 0,52

Всего по среде, компоненту** 118 111 140 134 247 123 873 –

Доля значимости 0,48 0,45 0,57 0,54 1,00 0,50 – –

Примечание: *– максимальная значимость риска для каждого из объектов оценивается в 19·6 = 114 баллов; ** – максимальная значимость риска для каждого из компонентов оценивается в 19·13 = 247 баллов.


30

Табл

ица

3

РАН

ЖИ

РОВА

НИ

Е Р

ИС

КО

В Д

ЛЯ

ОБЪ

ЕК

ТОВ

РА

ЗЛИ

чН

ых

КАТ

ЕГО

РИй

час

тны

й ри

ск

(№ п

/п)

Объ

екты

озе

лене

ния

Ито

гоРа

нг,

мес

тоГо

род-

ские

ле

са

Пар

-ки

Буль

-ва

ры

Дет

с-ки

е са

ды,

шко

лы

Боль

-ни

цы

При

до-

мов

ые

терр

и-то

рии

СЗЗ

Вод

о-ох

ран-

ные

зоны

Авт

омо-

биль

ные

дор

оги

Жел

ез-

ные

доро

ги

Пор

ты,

аэро

-по

рты

Кла

д-би

ща

Неу

до-

бья,

пус-

тыри

Утр

ата

видо

вого

ра

зноо

браз

ия:

о

бщая

(1)

Д

Р (2

)

КР

(3)

Т

Р (4

)

66

66

66

66

66

66

678

23

44

33

34

34

34

32

439

55

54

43

24

21

45

145

84

32

44

33

32

14

53

4111

Упро

щен

ие

верт

икал

ьной

ст

рукт

уры

:

ДК

Р (5

)

ТР

(6)

43

53

23

55

64

44

452

73

22

13

22

34

32

35

3515

Изр

ежив

ание

:

ДК

Р (7

)

ТР

(8)

54

54

43

46

65

45

459

44

64

33

34

56

54

55

576

Заме

на

разн

ообр

азия

(9)

44

45

34

34

42

11

342

10

При

чине

ние

вред

а:

Т

Р (1

0)

КР

(11)

в

етка

м (1

2)

ств

олу

(13)

к

орня

м (1

4)

13

53

35

43

41

24

240

121

26

23

21

34

22

53

3614

21

23

33

21

32

11

125

183

11

22

11

21

11

11

1819

32

34

32

14

21

32

232

16Бо

лезн

и (1

5)5

43

33

42

52

12

22

3813

Утр

ата

деко

ра-

тивн

ости

(16)

22

33

33

12

22

32

129

17

Унич

тож

ение

:

ОТ

(17)

Д

КР

(18)

Т

Р (1

9)

66

66

66

66

66

66

678

16

66

44

56

55

64

64

673

46

44

44

45

55

36

458

5В

сего

71

7076

6766

6561

7574

5760

7259

873

–


31

и компонентов. Эту тенденцию отражает и доля значимости для каждого компонента, где максимум имеет только категория «экосистем-ные функции», которая всегда оценивалась как нарушаемая. Но, с другой стороны, показатели доли практически всегда превышают половину, особенно для категории озеленения, что свиде-тельствует о важности и необходимости выде-ления и отслеживания рисковых ситуаций.

Однако следует указать на субъективность представленного материала. В качестве при-мера можно привести 2 центральных парка в городах Иркутске и Муроме. Для первого зна-чимость последствий возникновения рисков для гидросферы будет оценена как «0» – услов-но не значимо, ввиду того, что объект распо-ложен на значительном удалении от рек, но во втором скорее будет оценка «1» – значимо, т. к. парк располагается непосредственно на бе-регу Оки. Основная функция озеленения СЗЗ безусловно направлена на снижение загрязне-ния атмосферного воздуха, но регламент этой категории озеленения соблюдается хуже всего, поэтому возникает вопрос: оценивать то, что есть, или то, что должно быть. Поэтому опи-сывались предприятия, где озеленение, хоть и скудное, но имеется. Еще один пример: в не-больших городах – Меленки Владимирской области, Зима Иркутской области – городские леса и даже центральные парки как категория озеленения либо вообще отсутствуют, либо представлены в единственном экземпляре. В связи с этим значимость этих уникальных для населенного пункта объектов становится максимальной, а для таких городов, как Мо-сква, Санкт-Петербург, где количество парков велико, значимость возникновения рисков в каждом конкретном случае будет меньше. По-добные несоответствия можно обнаружить в рамках любой категории при непосредствен-ном анализе конкретного объекта, но именно это позволяет заключить, что ранжирование рисков не является обязательным. Тем не ме-нее совокупный анализ, проведенный по ус-ловным объектам, приводит к вполне логич-ным выводам.

Наиболее значимыми являются такие ри-ски, как уничтожение озелененной террито-рии и общая утрата разнообразия. Объектив-но значимы изреживание и все виды рисков, связанные с ДКР и ДР, т. к. их восстановление наиболее проблематично и затратно. Травя-нистая растительность при отсутствии риска может возобновиться менее чем за вегетатив-ный сезон, а деревья и кустарники самосто-ятельно практически не восстанавливаются и даже искусственная допосадка зачастую бывает неудачной и гибель может достигать 100 %.

В дальнейшем все частные риски классифи-цировали по нескольким критериям (табл. 4, см. с. 32):

1) по сфере возникновения: техногенный, социальный и природный. В рамках этого ис-следования все риски имеют социальное про-исхождение. Природные (например, пожары, штормы и т.д.) не рассматривали, а техногенные (например, загрязнение атмосферного воздуха) условно при отсутствии непосредственных из-мерений для городских территорий считали однозначными для всей площади города;

2) по масштабности: И – индивидуальный (характерный для отдельной особи), Г – груп-повой (отмечаемый для озелененной террито-рии в целом);

3) по площади распространения: М – мест-ный (характерный для конкретной озелененной территории), Л – локальный (характерный для нескольких озелененных территорий в одном районе города), Р – районный (характерный для района города), Г – городской (характерный для озелененных территорий всего города);

4) по частоте возникновения: Ед – ежеднев-ный (регистрируется на озелененных террито-риях ежедневно), Ен – еженедельный (происхо-дит не реже чем 1 раз в неделю), С – сезонный (для ТР – это время вегетации, а для ДКР – не реже чем 1 раз в 3 месяца), Г – годовой;

5) по длительности воздействия: К – кра-ткосрочные (действуют лишь часть вегетатив-ного сезона), С – среднесрочные (действуют бόльшую часть сезона или весь вегетативный


32

сезон) и Д – долгосрочные (действуют более одного вегетативного сезона);

6) по степени выраженности, тяжести: Пр – приемлемый (возникает лишь у некоторых особей озелененной территории), Пе – пере-носимый (возникает на небольшой части озе-лененной территории), УС – угроза суще-ствованию (четко заметный на всей площади озелененной территории), Л – летальный (озе-лененная территория полностью уничтожена до минерального горизонта), О – окончатель-ный (озелененная территория замощена или даже застроена).

По данным таблицы можно сделать следу-ющие выводы:

– ни один риск не характеризуется макси-мумом показателей (в таблице выделено полу-жирным шрифтом). Следовательно, влияние каждого в отдельности не является катастро-фическим для озелененной территории, и при-нятие простых мер, даже в виде невмешатель-ства, даст возможность восстановления;

– 10 из 19 частных рисков являются группо-выми, еще 2 имеют статус как группового, так и индивидуального, что свидетельствует об их большой поражающей силе;

Таблица 4

КЛАССИФИКАЦИЯ ЭКОЛОГИчЕСКИх РИСКОВ ДЛЯ ГОРОДСКИх ОЗЕЛЕНЕННых ТЕРРИТОРИй

частный риск (итоговая сумма баллов)

По масштаб-ности

По площади распространения

По частоте возникновения

По длительности воздействия

По степени выраженности,

тяжести

Уничтожение ОТ (78) Г М Ед, Ен, С, Г К, С, Д УС, Л, ООбщая утрата видового разнообразия (78) Г М, Л, Р, Г С, Г С, Д Л

Уничтожение ДКР (67) И М Ед, Ен, С, Г С, Д Л, ОИзреживание ДКР (59) Г М С, Г С, Д ПеУничтожение ТР (58) И М Ед, Ен, С К, С УС, ЛИзреживание ТР (57) Г М Ед, Ен, С К, С ПрУпрощение вертикальной структуры ДКР (52) Г М, Л, Р, Г Г С, Д Пе

Утрата разнообразия КР (45) Г М, Л, Р, Г С, Г К, С, Д УСУтрата разнообразия ДР (43) Г М, Л, Р, Г С, Г С, Д УСЗамена разнообразия (42) Г М, Л, Р, Г С, Г С, Д УС, ЛУтрата разнообразия ТР (41) Г М, Л, Р, Г С К, С УСПричинение вреда ТР (40) И М Ед, Ен, С К, С Пр, ПеБолезни (38) И, Г М, Л, Р, Г С К, С Пе, УС, ЛПричинение вреда КР (36) И М Ед, Ен, С, Г К, С, Д Пе, УСУпрощение вертикальной структуры ТР (35) Г М, Л, Р, Г С К, С Пр

Причинение вреда корням (32) И М Ед, Ен, С, Г К, С, Д Пе, УС, ЛУтрата декоративности (29) И, Г М Ед, Ен, С, Г К, С, Д Пр, ПеПричинение вреда веткам (25) И М Ед, Ен, С, Г К, С, Д Пр, УСПричинение вреда стволу (18) И М Ед, Ен, С, Г К, С, Д Пе, УС, Л


33

– 8 рисков характеризуются любой пло-щадью распространения, остальные являются местными, что упрощает механизмы управле-ния, уменьшая их до размеров отдельной озе-лененной территории;

– по частоте возникновения 7 из выделен-ных событий характеризуются наибольшими показателями регистрации, 5 имеют сезонную и годовую частоту, 3 – сезонную. Это указывает на необходимость принятия мер по их устра-нению практически постоянно, т. е. админи-страции муниципальных образований должны разработать круглогодичную систему управ-ленческих мер для содержания озелененной территории;

– по длительности воздействия 13 из 19 ри-сков являются долгосрочными, а значит на их устранение потребуются затраты.

Заключение. Основным риском для го-родских озелененных территорий является утрата способности выполнения ими своих функций. В процессе исследования мы выде-лили 19 частных рисков (или событий) и оце-нили значимость их влияния на компоненты озелененной территории. Классификация частных рисков по 6 критериям показала, что влияние каждого риска в отдельности не является необратимым для озелененной территории. В связи с этим для обеспечения устойчивого развития озеленения городов зачастую достаточно своевременного кон-троля состояния зеленых насаждений, что позволит предотвратить риски и, соответ-ственно, минимизировать затраты на их вос-становление.


1. Потапова Е.В. Экосистемные функции и услуги озеленения городов // Научные горизонты: материалы ХХ Междунар. науч.-практ. конф. Великобритания, 30.09–7.10.2014. Шеффилд, 2014. С. 14–16.

2. Живая планета – 2010. Биоразнообразие, биоемкость и развитие: докл. WWF Intl. URL: http://www.wwf.ru/resources/publ/book/436 (дата обращения: 19.11.2015).

3. Потапова Е.В., Зелинская Е.В. Функциональное зонирование территории городов // Вестн. Иркут. гос. техн. ун-та. 2014. Вып. 7(90). С. 43–50.

4. Потапова Е.В. Методология науки: проблемы применения на урбанизированных территориях // Наука и цивилизация – 2015: конф. = Science and Civilization – 2015: conference, Великобритания, 30.01–7.02.2015. Шеффилд, 2015. С. 21–23.

References

1. Potapova E.V. Ekosistemnye funktsii i uslugi ozeleneniya gorodov [Ecosystem Functions and Services of Urban Greening]. Nauchnye gorizonty: materialy XX Mezhdunar. nauch.-prakt. konf. [Scientific Horizons: Proc. 20th Intern. Sci. and Pract. Conf. UK, 30 September–7 October 2014]. Sheffild, 2014, pp. 14–16.

2. Zhivaya planeta – 2010. Bioraznoobrazie, bioemkost’ i razvitie: dokl. WWF Intl. [The Living Planet – 2010. Biodiversity, Biocapacity and Development: Rep. WWF Intl.]. Available at: http://www.wwf.ru/resources/publ/book/436 (accessed 19.11.2015).

3. Potapova E.V., Zelinskaya E.V. Funktsional’noe zonirovanie territorii gorodov [The Functional Zoning of Cities]. Vestnik Irkutskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta [Bulletin of Irkutsk State Technical University], 2014, no. 7(90), pp. 43–50.

4. Potapova E.V. Metodologiya nauki: problemy primeneniya na urbanizirovannykh territoriyakh [The Science Methodology: the Application Problems in the Urban Areas]. Nauka i tsivilizatsiya – 2015: konf. Velikobritaniya, 30.01–7.02.2015 [Science and Civilization – 2015: Conf. UK, 30 January–7 February 2015]. Sheffild, 2015, pp. 21–23.


34

doi: 10.17238/issn2227-6572.2015.4.25

Potapova Elena VladimirovnaIrkutsk State University

Lermontov str., 126, Irkutsk, 664033, Russian Federation;e-mail: [email protected]

Zelinskaya Elena ValentinovnaIrkutsk National Research Technical University

Lermontov str., 83, Irkutsk, 664074, Russian Federation; e-mail: [email protected]

ENVIRONMENTAL RISK ASSESSMENT FOR THE URBAN GREEN AREAS

The most part of the world’s population is the urban residents. In this regard, green areas carry a tremendous amount of ecosystem functions and experience the extraordinary level of anthropogenic load. To assess the status and development of degradation processes we identified the environmental risks of urban green areas of general and special purpose and restricted use. According to the results of the field surveys we compiled a list of 19 basic and individual risks, subdivided into 8 groups: the loss of species diversity, simplification of the vertical structure, horizontal structure simplification, diversity replacing, causing of harm, illnesses, loss of decorative value, destruction. The loss of the ability of green area to perform its ecosystem functions was considered as the main risk. On the basis of the calculated significance of risks we noted the most dangerous risks: destruction of green areas, trees and shrubs; the loss of species diversity and thinning. The risks of the group of causing of harm are of no great concern. The share of the significance of risks for the objects is a little more than a half, reaching only 0.65. 6 characters for the risk classification are offered: according to the area of distribution, exposure duration, immensity, severity, and others. None of risks is characterized by the maximum indicators. However, 11 of 19 risks can be considered as a threat to the existence of a green area. The relevance of the article is the need to identify and monitor the risk situations for the urban green areas for the monitoring purposes and regulatory interventions of the city authorities. The evaluation allows us to determine the green areas exposed to risks.

Keywords: city, green areas, environmental risk, risk ranking, risk classification.


35

БИОЛОГИЯ

© Бурова Н.В., 2015

УДК 581.93

бурова наталья викторовна Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносоваадрес: 163002, г. Архангельск, просп. Ломоносова, д. 4; e-mail: [email protected]

тиПолоГиЧеСКий аналиЗ ЦеноФлорЫ елЬниКов арХанГелЬСКой облаСти

В статье приведены результаты типологического анализа аборигенной фракции ценофлоры сосудистых растений ельников Архангельской области. Проанализированы географическая, биоморфологическая и экологическая структуры ценофлоры. В составе анализируемой флоры преобладают виды, относящиеся к бореальной широтной группе (73,7 % ценофлоры). Слабо представлены виды арктической фракции (7,7 %). Относительно высока доля неморальных и бореально-неморальных видов (9,7 %). Среди долготных групп преобладает евразиатская группа (51,3 %). Широко представлены циркумбореальная (16,7%) и евразиатско-американская (16,0 %) долготные группы. В плюримеридиональной группе отмечено только 4 вида. Ядро ценофлоры ельников составляют виды бореального евразиатского элемента флоры, который определяет ее общий географический характер. Ценофлора ельников характеризуется достаточно высоким разнообрази-ем биоморф. Основу флоры ельников составляют многолетние травы (79,0 %), среди них выделяются груп-пы длинно- и короткокорневищных растений (26,7 и 23,0 % соответственно). На долю одно- и двулетников приходится всего 8 видов. В эколого-ценотической структуре преобладают бореальные виды, на долю ко-торых приходится 28,3 % состава аборигенной фракции. Относительно широко представлена группа не-моральных видов (10,3 %). Наименьшее количество видов (3,0 %) насчитывает тундро-арктическая группа. Для исследованных вырубок и рекреационных ельников характерна бόльшая доля луговых видов по сравне-нию с естественными ельниками, что обуславливает высокую долю представителей лугово-степной группы (19,0 %). Изученная ценофлора характеризуется типичными для таежных сообществ географической, био-морфологической и эколого-ценотической структурами, близкими структуре флоры Архангельской обла-сти в целом. Несмотря на значительные антропогенные нагрузки, ельники обладают низкими показателя-ми трансформации флоры.

Ключевые слова: ценофлора, анализ флоры, географический анализ, биоморфологический анализ, эколого-ценотический анализ, ельники.

В настоящее время важным фактором фор-мирования таежной флоры является антро-погенная трансформация. Один из основных

факторов антропогенного воздействия на эко-системы Архангельской области – сплошные рубки. В ходе длительного освоения таежных

doi: 10.17238/issn2227-6572.2015.4.35

36

БИОЛОГИЯ

лесов на территории области значительно со-кратилась площадь типичных для региона ело-вых лесов, которые постепенно заменяются мелколиственными насаждениями. Вклад это-го процесса в формирование флоры региона пока остается неизученным.

Целью данной работы является изучение и анализ ценофлоры еловых лесов на территории Архангельской области. Под ценофлорой пони-мается объединение полных территориальных совокупностей видов растений флористически и экологически однотипных растительных со-обществ [1, 2].

Большинство исследований еловых лесов европейской части России посвящено вопро-сам лесоводства, таксации, типологии [3–12 и др.]. Вопросы флористического состава и раз-нообразия еловых сообществ на территории Архангельской области рассматриваются лишь в отдельных работах, которые выполнены для некоторых административных районов [13–15].

Материалы и методы. Флористические ис-следования провели в период с 2003 по 2012 год в еловых лесах на территории Архангельской области в условиях Североевропейской таеж-ной провинции Евразиатской таежной (хвой-нолесной) области [16]. Район исследований охватывал Приморский, Мезенский, Холмогор-ский, Пинежский, Емецкий, Плесецкий, Ви-ноградовский, Красноборский, Няндомский, Верхнетоемский, Шенкурский, Устьянский, Котласский, Вилегодский административные районы Архангельской области.

В ходе полевых работ выполнили 410 гео-ботанических описаний и несколько десятков маршрутных ходов в ельниках различных ти-пов, на их вырубках и в сообществах, испыты-вающих рекреационные нагрузки.

Список сосудистых растений ценофлоры ельников составили по результатам собствен-ных исследований и дополнили данными из литературных источников [13, 17–19] и ма-териалов Архангельского научного гербария (AR). Анализ флоры выполнили на основе об-щепринятых методик [2, 20–23]. Принадлеж-ность видов к долготной и широтной группе

(географическому элементу флоры) указана по В.М. Шмидту [24]. Для анализа жизненных форм (биоморф) растений использовали клас-сификацию И.Г. Серебрякова [25, 26] с уточ-нениями В.Н. Голубева [27], для определения эколого-ценотических свойств видов – класси-фикацию эколого-ценотических групп, предло-женную О.В. Смирновой совместно с Л.Б. За- угольновой и О.И. Евстигнеевым [28, 29] на ос-нове групп А.А. Ниценко [30] и исторических свит Г.М. Зозулина [31]. Эколого-ценотическую структуру сообщества установили по общему списку видов, встреченных в исследуемых со-обществах, т. е. она соответствует эколого-це-нотической структуре видового богатства [32]. Номенклатура сосудистых растений приведена согласно сводке С.К. Черепанова [33].

Результаты и обсуждение. Ценофлора ельников Архангельской области насчитывает 311 видов сосудистых растений (в том числе 300 аборигенных и 11 адвентивных), относя-щихся к 188 родам и 61 семейству, что состав-ляет около 28 % от общего числа видов флоры Архангельской области (при широкой трактов-ке объема таксонов) [34].

Типологический анализ включает в себя выделение и группировку элементов по тем или иным признакам, не сводимым к родству. В рамках типологического анализа выполни-ли географический, биоморфологический и эколого-ценотический анализы аборигенной фракции ценофлоры ельников.

При характеристике географической струк-туры флоры использовали двумерную систе-му элементов по методу биогеографических координат [35], принятую при анализе флоры Архангельской области В.М. Шмидтом [24]. Согласно данному методу, для каждого вида в соответствии с типом его ареала определяли долготное и широтное положение.

Географический анализ, выполненный для аборигенной фракции ценофлоры ельников (табл. 1), показал, что в ее составе преобла-дают виды, относящиеся к бореальной широт-ной группе (221 вид, или 73,7 % ценофлоры). Виды арктической фракции (Betula nana L.,

37

Бурова Н.В. Типологический анализ ценофлоры ельников Архангельской области

Salix lapponum L., Carex paupercula Michx., Chamaepericlymenum suecicum (L.) Aschers. & Graebn., Dryas octopetala L., Empetrum hermaphroditum Hagerup, E. nigrum L., Ranunculus lapponicus L., Rubus chamaemorus L., Saussurea alpina (L.) DC. и др.) в составе анализируемой флоры представлены слабо (23 вида, или 7,7 %), что вполне согласуется с широтным положением района исследований. Из широтных групп, характерных для флоры Архангельской области, в составе ценофлоры ельников не выявили представителей только арктической группы.

Обращает на себя внимание относительно высокая доля неморальных и бореально-не-моральных видов (Ajuga reptans L., Asarum europaeum L., Actaea spicata L., Lonicera xylos-teum L., Pulmonaria obscura Dumort., Stachys sylvatica L., Stellaria nemorum L., Tilia cordata Mill., Viburnum opulus L., Viola mirabilis L.

и др.) – 29 видов, или 9,7 % состава анализи-руемой флоры. Представители неморальной флоры приурочены в основном к долинам рек и ручьев, которые характеризуются более благо-приятными климатическими и почвенно-мине-ралогическими условиями [36] по сравнению с плакорными местами обитания.

Среди долготных групп в анализируемой флоре значительно преобладает евразиат-ская группа, насчитывающая 154 вида, или 51,3 % ценофлоры ельников. Широко пред-ставлены циркумбореальная (50 видов, или 16,7 %) и евразиатско-американская (48 ви-дов, или 16,0 %) долготные группы. В плю-римеридиональной группе отмечено только 4 вида (Cerastium holosteoides Fries, Cystopteris fragilis (L.) Bernh., Phragmites australis (Cav.) Trin. ex Steud., Pоа annua L.), что соответствует 1,3 % видового состава анализируемой флоры.

Таблица 1

ГЕОГРАФИчЕСКАЯ СТРУКТУРА АБОРИГЕННОй ФРАКЦИИ ЦЕНОФЛОРы ЕЛьНИКОВ АРхАНГЕЛьСКОй ОБЛАСТИ

Широтные группы*

Долготные группы**ЦП ЦБ ЕААМ ЕАМ АМФ ЕА Е ПМ Всего Доля, %

А – – – – – – – – 0 0АА 2 – – – – – – – 2 0,7ГА 9 – 2 – 1 3 – – 15 5ГАА 2 – 1 – – 2 1 – 6 2Б – 46 34 2 1 120 18 – 221 73,7БН – 3 4 – – 10 – – 17 5,7Н – – – – – 4 8 – 12 4ЛС – – – – – 4 – – 4 1,3ПЛ – 1 7 – – 11 – 4 23 7,7Всего 13 50 48 2 2 154 27 4 300 100Доля, % 4,3 16,7 16 0,7 0,7 51,3 9 1,3 100 –

Примечания: *А – арктическая, АА – аркто-альпийская, ГА – гипоарктическая, ГАА – гипоаркто-альпийская, Б – бореальная, БН – бореально-неморальная, Н – неморальная, ЛС – лесостепная, ПЛ – плюризональная; **ЦП – циркумполярная, ЦБ – циркумбореальная, ЕААМ – евразиатско-американская, ЕАМ – европейско-аме-риканская, АМФ – амфиатлантическая, ЕА – евразиатская, Е – европейская, ПМ – плюримеридиональная.

38

Ядро ценофлоры ельников, как и флоры Ар-хангельской области в целом, составляют виды бореального евразиатского элемента флоры, который определяет ее общий географический характер. Данный географический элемент в сложении ценофлоры ельников насчитывает 120 видов, или 40 % от числа аборигенных ви-дов флоры. Второе место (46 видов, или 15,3 %) занимает бореальный циркумбореальный эле-мент флоры, а третье (34 вида, или 11,3 %) – бо- реальный евразиатско-американский. Перечис-ленным 3 элементам принадлежит главен-ствующая роль в сложении ценофлоры ель-ников (66,6 % видов аборигенной фракции). Бореальный европейский элемент, занимаю-щий во флоре Архангельской области второе место, представлен в ценофлоре ельников лишь 18 видами, или 6,0 % от числа абори-генных видов.

Ценофлора ельников характеризуется до-статочно высоким разнообразием биоморф (табл. 2). Основу флоры ельников составляют многолетние травы (237 видов, или 79,0 %), среди них выделяются группы длинно- и ко-роткокорневищных растений (80 видов, или 26,7 %, и 69 видов, или 23,0 %, соответствен-но). На долю одно- и двулетников приходится всего 8 видов. Как следствие индекс терофити-зации флоры – отношение терофитов ко всей флоре – составляет всего 0,03, что указывает на незначительное антропогенное влияние, хотя обследованы были сообщества, испытываю-щие антропогенные воздействия. В целом био-морфологическая структура сосудистой флоры аборигенной фракции еловых лесов близка к структуре флоры Архангельской области и представляется типично таежной.

Компоненты флоры являются структур-ными элементами растительных сообществ и вступают в отношения друг с другом и абиоти-ческими факторами среды. Эколого-ценотиче-ский анализ выполнили на основе выделения групп видов растений, сходных по отношению к совокупности экологических факторов и при-уроченных к сообществам того или иного типа, называемых эколого-ценотическими группами

[30]. Для ценофлоры ельников таежной зоны характерно преобладание бореальных видов, на долю которых приходится 85 видов, или 28,3 % состава аборигенной фракции, в т. ч. бореальных – 54 вида и бореального высоко-травья – 31 вид (табл. 3).

Относительно широко представлена группа неморальных видов, включающая 31 вид, или 10,3 %. Наименьшее количество видов (3 вида, или 3 % аборигенной флоры) насчитывает тундро-арктическая группа (Bistorta vivipara (L.) S.F.Gray, Dryas octopetala L. и Hedysarum alpinum L.).

Таблица 2

БИОМОРФы СОСУДИСТых РАСТЕНИй

АБОРИГЕННОй ФРАКЦИИ ЦЕНОФЛОРы ЕЛьНИКОВ АРхАНГЕЛьСКОй ОБЛАСТИ

Жизненная формачисло видов

абсолютное доля, %Древесная: деревья 14 4,7 кустарники 26 8,7

кустарнички 12 4,0Полудревесная (полукустарнички) 3 1,0

Наземные травы: поликарпические: длиннокорневищные 80 26,7

корнеотпрысковые 2 0,7

подземностолонные 7 2,3

надземностолонные 4 1,3

надземноползучие 16 5,3

короткокорневищные 69 23,0

кистекорневые 7 2,3

дерновинные 26 8,7

стержнекорневые 19 6,3

клубнеобразующие 7 2,3

монокарпические 8 2,7

Всего 300 100

БИОЛОГИЯ

39

Высокая доля в составе ценофлоры ельни-ков представителей лугово-степной группы (57 видов, или 19,0 % аборигенной фракции

флоры) связана с изучением вырубок и рекре-ационных ельников, для которых характерна большая доля луговых видов по сравнению с естественными ельниками [37].

В целом для ельников Архангельской об-ласти характерно высокое разнообразие эко-лого-ценотического спектра, что обусловлено широкой представленностью ели, занимающей разнообразные экологические условия в преде-лах средней и северной тайги.

Заключение. Аборигенная фракция це-нофлоры ельников характеризуется типичны-ми для таежных сообществ географической, биоморфологической и эколого-ценотической структурами, которые близки структуре флоры Архангельской области в целом. Общий гео-графический характер ценофлоры ельников, как и флоры Архангельской области, опреде-ляет бореальный евразиатский элемент. Цено-флора ельников характеризуется достаточно высоким разнообразием биоморфологического и эколого-ценотического спектров. Несмотря на значительные антропогенные нагрузки, ель-ники обладают низкими показателями транс-формации флоры.

Таблица 3

ЭКОЛОГО-ЦЕНОТИчЕСКИй СПЕКТР АБОРИ-ГЕННОй ФРАКЦИИ ЦЕНОФЛОРы ЕЛьНИКОВ

АРхАНГЕЛьСКОй ОБЛАСТИ

Эколого-ценотическаягруппа

число видов, шт. Доля, %

Тундро-арктическая 3 1,0

Бореальная лесная 54 18,0

Бореальное высокотравье 31 10,3

Неморальная лесная 31 10,3Нитрофильная (ольшаниковая) лесная 23 7,7

Боровая лесная 13 4,3

Олиготрофных болот 29 9,7

Лугово-степная 57 19,0

Водно-болотная 59 19,7

Всего 300 100


1. Юрцев Б.А., Камелин Р.В. Очерк системы основных понятий флористики // Теоретические и методические проблемы сравнительной флористики. Л., 1987. С. 242–266.

2. Юрцев Б.А., Камелин Р.В. Основные понятия и термины флористики. Пермь, 1991. 80 с.3. Чертовской В.Г. Еловые леса европейской части СССР. М., 1978. 176 с.4. Исаченко Т.И. Североевропейские еловые леса // Растительность европейской части СССР. Л., 1980.

С. 82-98.5. Дыренков С.А. Структура и динамика таежных ельников. Л., 1984. 174 с. 6. Гусев И.И. Продуктивность ельников Севера. Л., 1987. 232 с.7. Василевич В.И. Травяные ельники Европейской России // Ботан. журн. 2004. Т. 89, № 1. С. 13–27.8. Василевич В.И. Ельники черничные Европейской России // Ботан. журн. 2004. Т. 89, № 11. С. 1728–1739.9. Василевич В.И., Бибикова Т.В. Ельник костянично-вейниковый (Calamagrosti arundinaceae-Piceetum) в

Европейской России // Ботан. журн. 2003. Т. 88, № 9. С. 55–65.10. Василевич В.И., Бибикова Т.В. Сфагновые ельники Европейской России // Ботан. журн. 2004. Т. 89, № 5.

С. 734–748.11. Василевич В.И., Бибикова Т.В. Ельники кисличные Европейской России // Ботан. журн. 2004. Т. 89, № 10.

С. 1573–1587.


40

12. Кучеров И.Б. Географическая изменчивость видового состава аконитовых ельников средней и северной тайги Европейской России // Фундаментальные и прикладные проблемы ботаники в начале XXI века: материалы всерос. конф. Ч. 5. Геоботаника. Петрозаводск, 2008. С. 187–190.

13. Кекишева Ю.Е. Разнообразие сообществ еловых лесов западной части подзоны средней тайги Архангельской области: автореф. дис. … канд. биол. наук. СПб., 2010. 23 с.

14. Кучеров И.Б., Разумовская А.В., Чуракова Е.Ю. Еловые леса национального парка «Кенозерский» (Архангельская область) // Ботан. журн. 2010. Т. 95, № 9. С. 1268–1301.

15. Бушуева М.Б., Бурова Н.В. Флористические особенности ельников юго-востока Архангельской области // Актуальные проблемы биологии и экологии: материалы докл. XVIII Всерос. молодеж. науч. конф. Сыктывкар, 2011. С. 6–8.

16. Исаченко Т.И., Лавренко Е.М. Ботанико-географическое районирование // Растительность европейской части СССР. Л., 1980. С. 10–20.

17. Сабуров Д.Н. Леса Пинеги. Л., 1972. 173 с.18. Торбик Д.Н. Изменение экологических факторов в связи с рубками ухода и их влияние на формирование

насаждений: дис. … канд. с.-х. наук. Архангельск, 2010. 234 с.19. Разумовская А.В., Кучеров И.Б., Пучнина Л.В. Сосудистые растения Национального парка «Кенозерский»

(Аннотированный список видов) / под ред. Г.Ю. Конечной, О.Л. Кузнецова. Северодвинск, 2012. 162 с.20. Шмидт В.М. Статистические методы в сравнительной флористике. Л., 1980. 176 с.21. Толмачев А.И. Методы сравнительной флористики и проблемы флорогенеза. Новосибирск, 1986. 196 с.22. Гнатюк Е.П., Крышень А.М. Методы исследования ценофлор (на примере растительных сообществ

вырубок Карелии). Петрозаводск, 2005. 68 с.23. Баранова О.Г. Использование различных видов анализа при сравнительном изучении флор //

Фундаментальные и прикладные проблемы ботаники в начале XXI века. Ч. 4. Сравнительная флористика. Петрозаводск, 2008. С. 9–12.

24. Шмидт В.М. Флора Архангельской области. СПб., 2005. 346 с.25. Серебряков И.Г. Экологическая морфология растений. М., 1962. 277 с.26. Серебряков И.Г. Жизненные формы высших растений и их изучение // Полевая геоботаника. Т. 3. Л.,

1964. С. 146-205.27. Голубев В.Н. Принципы построения и содержания линейной системы жизненных форм покрытосеменных

растений // Бюл. Моск. о-ва испытателей природы. Отдел биол. 1972. Т7, вып.6. С. 72-81.28. Смирнова О.В., Ханина Л.Г., Смирнов В.Э. Эколого-ценотические группы в растительном покрове

лесного пояса Восточной Европы // Восточно-Европейские леса (история в голоцене и современность). М., 2004. Т. 1. С. 165-175.

29. Смирнов В.Э., Ханина Л.Г., Бобровский М.В. Обоснование системы эколого-ценотических групп видов растений лесной зоны Европейской России на основе экологических шкал, геоботанических описаний и статистического анализа // Бюл. Моск. о-ва испытателей природы. Отдел биол. 2006. Т. 111, вып. 2. С. 36-47.

30. Ниценко А.А. Об изучении экологической структуры растительного покрова // Ботан. журн. 1969. Т. 54, № 7. С.1002–1014.

31. Зозулин Г.М. Исторические свиты растительности европейской части СССР // Ботан. журн. 1973. Т. 58, № 8. С. 1081-1092.

32. Смирнова О.В., Заугольнова Л.Б., Ханина Л.Г., Бобровский М.В., Торопова Н.А. Популяционные и фитоценотические методы анализа биоразнообразия растительного покрова // Сохранение и восстановление биоразнообразия. М., 2002. 286 с.

33. Черепанов С.К. Сосудистые растения России и сопредельных государств (в пределах бывшего СССР). СПб., 1995. 990 с.

34. Бурова Н.В. Таксономический анализ ценофлоры ельников Архангельской области // Вестн. Сев. (Арктич.) федер. ун-та. Сер.: Естеств. науки. Архангельск, 2014. № 1. С. 47–55.

35. Юрцев Б.А. Флора Сунтар-Хаята. Проблемы истории высокогорных ландшафтов Северо-Востока Сибири. Л., 1968. 236 с.

36. Мирин Д.М. Долины ручьев юга Архангельской области как пути миграции европейских неморальных и сибирских видов // Биоразнообразие, охрана и рациональное использование растительных ресурсов Севера: материалы XI Перфильев. науч. чтений. Ч. 1. Архангельск, 2007. С. 99-102.

БИОЛОГИЯ

41

37. Бурова Н.В., Торбик Д.Н., Феклистов П.А. Изменение флористического разнообразия после выборочных рубок в ельниках черничных // Вестн. Моск. гос. ун-та леса. Лесн. вестн. 2010. № 5(74). С. 49–51.

References

1. Yurtsev B.A., Kamelin R.V. Ocherk sistemy osnovnykh ponyatiy floristiki [Outline of the Basic Concepts of Floristics]. Teoreticheskie i metodicheskie problemy sravnitel’noy floristiki [Theoretical and Methodological Issues of Comparative Floristics]. Leningrad, 1987, pp. 242–266.

2. Yurtsev B.A., Kamelin R.V. Osnovnye ponyatiya i terminy floristiki [Basic Concepts and Terms of Floristics]. Perm, 1991. 80 p.

3. Chertovskoy V.G. Elovye lesa evropeyskoy chasti SSSR [Spruce Forests of the European Part of the USSR]. Moscow, 1978. 176 p.

4. Isachenko T.I. Severoevropeyskie elovye lesa [Spruce Forests of the European North]. Rastitel’nost’ evropeyskoy chasti SSSR [Vegetation of the European Part of the USSR]. Leningrad, 1980, pp. 82−98.

5. Dyrenkov S.A. Struktura i dinamika taezhnykh el’nikov [Structure and Dynamics of the Boreal Spruce Forests]. Leningrad, 1984. 174 p.

6. Gusev I.I. Produktivnost’ el’nikov Severa [Productivity of the Spruce Forests of the North]. Leningrad, 1987. 232 p.

7. Vasilevich V.I. Travyanye el’niki Evropeyskoy Rossii [Herbal Spruce Forests of European Russia]. Botanicheskiy zhurnal, 2004, vol. 89, no. 1, pp. 13–27.

8. Vasilevich V.I. El’niki chernichnye Evropeyskoy Rossii [Bilberry Spruce Forests of European Russia]. Botanicheskiy zhurnal, 2004, vol. 89, no. 11, pp. 1728–1739.

9. Vasilevich V.I., Bibikova T.V. El’nik kostyanichno-veynikovyy (Calamagrosti arundinaceae-Piceetum) v Evropeyskoy Rossii [A Reed Grass Spruce Forest (Calamagrosti arundinaceae-Piceetum) in European Russia]. Botanicheskiy zhurnal, 2003, vol. 88, no. 9, pp. 55–65.

10. Vasilevich V.I., Bibikova T.V. Sfagnovye el’niki Evropeyskoy Rossii [Sphagnum Spruce Forests of European Russia]. Botanicheskiy zhurnal, 2004, vol. 89, no. 5, pp. 734–748.

11. Vasilevich V.I., Bibikova T.V. El’niki kislichnye Evropeyskoy Rossii [Wood Sorrel Spruce Forests in European Russia]. Botanicheskiy zhurnal, 2004, vol. 89, no. 10, pp. 1573–1587.

12. Kucherov I.B. Geograficheskaya izmenchivost’ vidovogo sostava akonitovykh el’nikov sredney i severnoy taygi Evropeyskoy Rossii [Geographic Variation in Species Composition of Aconitic Spruce Forests of the Middle and Northern Taiga of European Russia]. Fundamental’nye i prikladnye problemy botaniki v nachale XXI veka: materialy vseros. konf. Ch. 5. Geobotanika [Fundamental and Applied Issues of Botany in the Early 21st Century: Proc. Conf. Part 5. Geobotany]. Petrozavodsk, 2008, pp. 187–190.

13. Kekisheva Yu.E. Raznoobrazie soobshchestv elovykh lesov zapadnoy chasti podzony sredney taygi Arkhangel’skoy oblasti: avtoref. dis. … kand. biol. nauk [Diversity of Spruce Forests in the West of the Middle Taiga Subzone of Arkhangelsk Region: Cand. Biol. Sci. Diss. Abs.]. St. Petersburg, 2010. 23 p.

14. Kucherov I.B., Razumovskaya A.V., Churakova E.Yu. Elovye lesa natsional’nogo parka “Kenozerskiy” (Arkhangel’skaya oblast’) [Spruce Forests of Kenozero National Park (Arkhangelsk Region)]. Botanicheskiy zhurnal, 2010, vol. 95, no. 9, pp. 1268–1301.

15. Bushueva M.B., Burova N.V. Floristicheskie osobennosti el’nikov yugo-vostoka Arkhangel’skoy oblasti [Floristic Characteristics of Spruce Forests in the Southeast of Arkhangelsk Region]. Aktual’nye problemy biologii i ekologii: materialy dokl. XVIII Vseros. molodezh. nauch. konf. [Topical Issues of Biology and Ecology: Proc. 18th All-Russian Youth Sci. Conf.]. Syktyvkar, 2011, pp. 6–8.

16. Isachenko T.I., Lavrenko E.M. Botaniko-geograficheskoe rayonirovanie [Botanical and Geographical Zoning]. Rastitel’nost’ evropeyskoy chasti SSSR [Vegetation of the European Part of the USSR]. Leningrad, 1980, pp. 10–20.

17. Saburov D.N. Lesa Pinegi [The Forests of Pinega]. Leningrad, 1972. 173 p.18. Torbik D.N. Izmenenie ekologicheskikh faktorov v svyazi s rubkami ukhoda i ikh vliyanie na formirovanie

nasazhdeniy: dis. … kand. s.-kh. nauk [Changes in the Environmental Factors Due to Thinning and Its Influence on the Formation of Plantations: Cand. Agric. Sci. Diss.]. Arkhangelsk, 2010. 234 p.


42

19. Razumovskaya A.V., Kucherov I.B., Puchnina L.V. Sosudistye rasteniya Natsional’nogo parka “Kenozerskiy” (Annotirovannyy spisok vidov) [Vascular Plants of Kenozero National Park (Annotated Species List)]. Ed. by G.Yu. Konechnaya, O.L. Kuznetsov. Severodvinsk, 2012. 162 p.

20. Shmidt V.M. Statisticheskie metody v sravnitel’noy floristike [Statistical Methods in Comparative Floristics]. Leningrad, 1980. 176 p.

21. Tolmachev A.I. Metody sravnitel’noy floristiki i problemy florogeneza [Methods of Comparative Floristics and Issues of Florogenesis]. Novosibirsk, 1986. 196 p.

22. Gnatyuk E.P., Kryshen’ A.M. Metody issledovaniya tsenoflor (na primere rastitel’nykh soobshchestv vyrubok Karelii) [Methods for Investigating Coenofloras (as Exemplified by Plant Communities in Cutting Areas in Karelia)]. Petrozavodsk, 2005. 68 p.

23. Baranova O.G. Ispol’zovanie razlichnykh vidov analiza pri sravnitel’nom izuchenii flor [The Use of Different Types of Analysis for the Comparative Study of Florae]. Fundamental’nye i prikladnye problemy botaniki v nachale XXI veka. Ch. 4. Sravnitel’naya floristika [Fundamental and Applied Issues of Botany in the Early 21st Century. Part 4. Comparative Floristics]. Petrozavodsk, 2008, pp. 9–12.

24. Shmidt V.M. Flora Arkhangel’skoy oblasti [Flora of Arkhangelsk Region]. St. Petersburg, 2005. 346 p.25. Serebryakov I.G. Ekologicheskaya morfologiya rasteniy [Ecological Plant Morphology]. Moscow, 1962. 277 p.26. Serebryakov I.G. Zhiznennye formy vysshikh rasteniy i ikh izuchenie [Life Forms of Higher Plants and Their

Study]. Polevaya geobotanika, 1964, vol. 3, pp. 146−205.27. Golubev V.N. Printsipy postroeniya i soderzhaniya lineynoy sistemy zhiznennykh form pokrytosemennykh

rasteniy [Principles of Construction and Maintenance of the Linear System of Life Forms of Angiosperms]. Byullyuten’ Moskovskogo obshchestva ispytateley prirody. Otdel biologii [Bulletin of Moscow Society of Naturalists. Biological Series], 1972, vol. 7, no. 6, pp. 72−81.

28. Smirnova O.V., Khanina L.G., Smirnov V.E. Ekologo-tsenoticheskie gruppy v rastitel’nom pokrove lesnogo poyasa Vostochnoy Evropy [Ecological and Coenotic Groups in Vegetation of the Forest Belt of Eastern Europe]. Vostochno-Evropeyskie lesa (istoriya v golotsene i sovremennost’) [Eastern European Forests (History in the Holocene and Modernity)]. Moscow, 2004, vol. 1, pp. 165−175.

29. Smirnov V.E., Khanina L.G., Bobrovskiy M.V. Obosnovanie sistemy ekologo-tsenoticheskikh grupp vidov rasteniy lesnoy zony Evropeyskoy Rossii na osnove ekologicheskikh shkal, geobotanicheskikh opisaniy i statisticheskogo analiza [Justification of Ecological and Coenotic Groups of Plant Species of the Forest Zone of European Russia on the Basis of Ecological Scales, Geobotanical Descriptions and Statistical Analysis]. Byullyuten’ Moskovskogo obshchestva ispytateley prirody. Otdel biologii [Bulletin of Moscow Society of Naturalists. Biological Series], 2006, vol. 111, no. 2, pp. 36−47.

30. Nitsenko A.A. Ob izuchenii ekologicheskoy struktury rastitel’nogo pokrova [On the Study of the Ecological Structure of Vegetation]. Botanicheskiy zhurnal, 1969, vol. 54, no. 7, pp. 1002–1014.

31. Zozulin G.M. Istoricheskie svity rastitel’nosti evropeyskoy chasti SSSR [Historical Formations of Vegetation of the European Part of the USSR]. Botanicheskiy zhurnal, 1973, vol. 58, no. 8, pp. 1081−1092.

32. Smirnova O.V., Zaugol’nova L.B., Khanina L.G., Bobrovskiy M.V., Toropova N.A. Populyatsionnye i fitotsenoticheskie metody analiza bioraznoobraziya rastitel’nogo pokrova [Population and Phytocoenotic Methods of Biodiversity Analysis of Vegetation]. Sokhranenie i vosstanovlenie bioraznoobraziya [Conservation and Restoration of Biodiversity]. Moscow, 2002. 286 p.

33. Cherepanov S.K. Sosudistye rasteniya Rossii i sopredel’nykh gosudarstv (v predelakh byvshego SSSR) [Vascular Plants of Russia and Neighbouring States (within the Former USSR)]. St. Petersburg, 1995. 990 p.

34. Burova N.V. Taksonomicheskiy analiz tsenoflory el’nikov Arkhangel’skoy oblasti [Taxonomic Analysis of Spruce Forests Coenoflora of Arkhangelsk Region]. Vestnik Severnogo (Arkticheskogo) federal’nogo universiteta. Ser.: Estestvennye nauki, 2014, no. 1, pp. 47–55.

35. Yurtsev B.A. Flora Suntar-Khayata. Problemy istorii vysokogornykh landshaftov Severo-Vostoka Sibiri [Flora of Suntar-Hayat. History Problems of Alpine Landscapes of Northeastern Siberia]. Leningrad, 1968. 236 p.

36. Mirin D.M. Doliny ruch’ev yuga Arkhangel’skoy oblasti kak puti migratsii evropeyskikh nemoral’nykh i sibirskikh vidov [Creek Valleys of the South of Arkhangelsk Region as the Migration Paths of European and Siberian Nemoral Species]. Bioraznoobrazie, okhrana i ratsional’noe ispol’zovanie rastitel’nykh resursov Severa: materialy XI Perfil’evskih nauch. chteniy. Ch. 1 [Biodiversity, Protection and Rational Use of Plant Resources in the North: Proc. Perfil’ev XI Sci. Readings. Part 1]. Arkhangelsk, 2007, pp. 99−102.

БИОЛОГИЯ

43

37. Burova N.V., Torbik D.N., Feklistov P.A. Izmenenie floristicheskogo raznoobraziya posle vyborochnykh rubok v el’nikakh chernichnykh [Changes in Floristic Diversity After Selective Cutting in Bilberry Spruce Forests]. Vestnik Moskovskogo gosudarstvennogo universiteta lesa – Lesnoy vestnik [Moscow State Forest University Bulletin – Lesnoy Vestnik], 2010, no. 5(74), pp. 49–51.

doi: 10.17238/issn2227-6572.2015.4.35

Burova Natal’ya ViktorovnaNorthern (Arctic) Federal University named after M.V. Lomonosov

Lomonosov ave., 4, Arkhangelsk, 163002, Russian Federation;e-mail: [email protected]

TYPOLOGICAL ANALYSIS OF SPRUCE FORESTS COENOFLORA (ARKHANGELSK REGION)

The paper presents the results of the typological analysis of the aboriginal fraction of coenoflora of vascular plants of spruce forests in Arkhangelsk region. Geographical, biomorphological and eco-coenotic structures of coenoflora are analyzed. Species belonging to the boreal latitudinal group predominate (73.7 % of coenoflora). Arctic species are poorly represented (7.7 %). Nemoral and boreal-nemoral species have a relatively high proportion (9.7 %). The Eurasian group prevails among the longitudinal groups (51.3 %). The Circumboreal (16.7 %) and Eurasian-American (16.0 %) longitudinal groups are widely represented. Only four species are noted in the plurimeridional group. Species of boreal Eurasian flora element are the basis of spruce forests coenoflora. The element determines the general geographical character of flora. Spruce forests coenoflora has quite high biomorph diversity. Perennial grasses are the basis of spruce forests flora (79.0 %). The groups of long rhizomatous and short rhizomatous plants are defined among them (26.7 and 23.0 %, respectively). The share of one- and biennials accounts for only 8 species. The eco-coenotic structure is characterized by a predominance of boreal species, which account for 28.3 % of the aboriginal fraction. The group of nemoral species is relatively well represented (10.3 %). The tundra-arctic group has the smallest number of species (3.0 %). A high proportion of representatives of the meadow-steppe group (19.0 %) is associated with the study of cutting and recreational spruce forests, which are characterized by a large share of grassland species in comparison with natural spruce forests. The spruce forests coenoflora is characterized by typical for the boreal communities geographical, biomorphological and eco-coenotic structures that are close to the structure of the flora of Arkhangelsk region. Despite the significant anthropogenic impact, spruce forests are characterized by low rates of flora transformation.

Keywords: coenoflora, analysis of flora, geographical analysis, biomorphological analysis, eco-coenotic analysis, spruce forest.


44

БИОЛОГИЯ

УДК 581.526.325.2(282.247.13)

ЗМЁтнаЯ Мария ивановнаСеверный филиал Полярного научно-исследовательского института морского хозяйства и океанографии имени Н.М. Книповича адрес: 163000, г. Архангельск, ул. Урицкого, д. 17; e-mail: [email protected]

новиКова Юлия владимировнаСеверный филиал Полярного научно-исследовательского института морского хозяйства и океанографии имени Н.М. Книповичаадрес: 163000, г. Архангельск, ул. Урицкого, д. 17; e-mail: [email protected]

СовреМенное СоСтоЯние ФитоПланКтонноГо СообЩеСтва и КаЧеСтво ПоверХноСтнЫХ вод делЬтЫ р. Северной двинЫ

Мы изучили современное состояние фитопланктонного сообщества в водах дельты р. Северной Дви-ны. Исследования проводили в рамках программы гидробиологических наблюдений ФГБУ «Северное управление по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды» (Северное УГМС) на 2014 год в дельте р. Северной Двины: в рукаве Корабельный, протоках Маймакса и Кузнечиха. Рассмотрели каче-ственные и количественные характеристики фитопланктона (видовой состав, численность и биомасса). За вегетационный период выявили 144 вида фитопланктона, относящихся к отделам Bacillariophyta (диа-томовые водоросли), Chlorophyta (зеленые водоросли), Chrysophyta (золотистые водоросли), Cryptophyta (криптофитовые водоросли), Cyanophyta (синезеленые водоросли), Dinophyta (динофитовые водоросли), Euglenophyta (эвгленовые водоросли), Xantophyta (желтозеленые водоросли). Установили доминирую-щий комплекс видов, в состав которого входят диатомовые водоросли Asterionella formosa, Cyclotella comta, Fragilaria crotonensis, Melosira granulata. В начале вегетационного периода (июнь, июль) повсе-местно наблюдались максимальные значения биомассы, с августа по октябрь биомасса фитопланктона снижалась. В то же время в июне отмечалась высокая численность фитопланктона, с июля по октябрь этот показатель значительно варьировал, достигая в октябре своего максимума. Мы провели оценку сте-пени загрязненности водной среды: выявили индекс сапробности, определили класс качества поверх-ностных вод. Согласно классификации качества воды водоемов и водотоков по гидробиологическим показателям, воды дельты р. Северной Двины отнесены ко II классу качества вод (слабо загрязненные).

Ключевые слова: дельта р. Северной Двины, фитопланктон, биомасса, качество поверхностных вод, индекс сапробности.

© Змётная М.И., Новикова Ю.В., 2015

doi: 10.17238/issn2227-6572.2015.4.44

45

Змётная М.И., Новикова Ю.В. Современное состояние фитопланктонного сообщества...

Северная Двина представляет собой ти-пичную равнинную реку с плавным про-дольным профилем, небольшими уклонами и широкой долиной, пойма которой достига-ет 10 км и более. При впадении в Белое море река образует обширную дельту с многочис-ленными рукавами площадью около 900 км2.

На качество поверхностных вод дельты реки негативное влияние оказывают в ос-новном сточные воды предприятий лесной и деревообрабатывающей промышленно-сти, жилищно-коммунального хозяйства, а также льяльные воды судов речного флота, гидромеханизированные работы [1, с. 113; 2, с. 33–37].

Целью исследования является характери-стика фитопланктонного сообщества и оцен-ка качества вод дельты реки Северная Двина по гидробиологическим показателям.

Фитопланктон является одним из важней-ших элементов водных экосистем, участвует в формировании качества вод. В умеренных и умеренно высоких широтах классическая схема развития фитопланктона выглядит следующим образом. Сначала происходит весеннее «цветение» воды как результат увеличения интенсивности падающей ради-ации и уменьшения толщины верхнего пере-мешанного слоя; затем в течение лета объ-ем биомассы фитопланктона колеблется, но обычно он бывает меньше, чем весной; ча-сто наблюдается короткая осенняя вспышка

и очень низкий уровень биомассы характе-рен для зимы [3, с. 244–245]. Несмотря на выше описанную закономерность развития фитопланктонного сообщества, разнообра-зие видового состава, численность и био-масса напрямую зависят от условий среды, неотъемлемой частью которой является и состояние водных объектов. При ухудшении качества вод прослеживаются изменения в видовом сообществе фитопланктона. Таким образом, на основе ряда показателей фито-планктон может выступать одним из надеж-ных индикаторов состояния пресноводных экосистем.

Материалы и методика. Гидробиоло-гические исследования выполняли в рамках программы гидробиологических наблюде-ний Северного УГМС на 2014 год. Отбор проб проводили в вегетационный пери-од ежемесячно с июня по октябрь в дельте р. Северной Двины: в рукаве Корабельный (на середине реки), протоках Маймакса (у левого берега, у правого берега) и Кузнечиха (у левого берега, у правого берега). Всего на вышеуказанных участках с поверхностного горизонта (0,3 м) дельты р. Северной Двины отобрали и затем обработали 23 пробы.

Определение видового состава фито-планктона осуществляли с использованием определителей микроводорослей1. Расчет биомассы проводили с помощью таблиц раз-меров и весов (масс) фитопланктона2.

1Диатомовый анализ. Определитель ископаемых и современных диатомовых водорослей. Порядки Centrales и Mediales. Л., 1949. 446 с.; Диатомовый анализ. Определитель ископаемых и современных диатомовых водо-рослей. Порядок Pennales. Л., 1950. 630 с.; Еленкин А.А. Синезеленые водоросли СССР. Л., 1938. 984 с.; Комарен- ко Л.Е., Васильева И.И. Пресноводные зеленые водоросли водоемов Якутии. М., 1978. 284 с.; Паламарь-Мордо-винцева Г.М. Определитель пресноводных водорослей СССР. Вып. 11(2). Зеленые водоросли. Класс Конъюгаты. Порядок Десмидиевые (2). Л., 1982. 620 с.; Голлербах М.М., Косинская Е.К, Полянский В.И. Определитель пре-сноводных водорослей СССР. Вып. 2. Синезеленые водоросли. М., 1953. 653 с.; Матвиенко А.М. Определитель пресноводных водорослей СССР. Вып. 3. Золотистые водоросли. М., 1954. 188 с.; Дедусенко-Щеголева Н.Т., Голлербах М.М. Определитель пресноводных водорослей СССР. Вып. 5. Желтозеленые водоросли. Л., 1962. 272 с.; Попова Т.Г. Флора споровых растений СССР. Т. 3. Эвгленовые водоросли. Л., 1966. 412 с.

2Михеева Т.М. Альгофлора Беларуси: таксономический каталог. Минск, 1999. с. 304–343.

46

Численность N фитопланктона в единице объема воды рассчитывали по формуле

,V S

N naV V S

=

конц

пп исх п

где Vконц – объем сконцентрированной пробы; S – общая площадь покровного стекла; а – чис-ло просчитанных подпроб; Vпп – объем подпро-бы (0,05 мл); Vисх – исходный объем пробы (1 л); Sп – площадь покровного стекла, под которым просчитывался фитопланктон; n – число под-считанных клеток3.

Степень загрязненности водной среды оце-нивали с помощью вычисления индекса са-пробности S по методу Пантле–Букка в моди-фикации Сладечека по формуле

,∑∑=

hhs

S

где s – индикаторная значимость каждого вида (определяется по атласу сапробных организ-мов)4; h – относительная частота встречаемо-сти5.

Чем больше индекс сапробности, тем выше уровень загрязнения вод6. Индекс сапробности для I класса качества вод (условно чистые) – меньше 1,5; для II класса (слабо загрязненные) – в пределах от 1,5 до 2,5 включительно; для III класса (загрязненные) – от 2,5 до 3,5 вклю-чительно; для IV класса (грязные) – от 3,5 до 4,0 включительно; для V класса (экстремально грязные) – свыше 4,07.

Результаты и обсуждение. В водах дель-ты р. Северной Двины за вегетационный пе-риод всего выявили 144 вида фитопланктона,

относящихся к Bacillariophyta (диатомовые водоросли), Chlorophyta (зеленые водоросли), Chrysophyta (золотистые водоросли), Cryp-tophyta (криптофитовые водоросли), Cyanophy-ta (синезеленые водоросли), Dinophyta (дино-фитовые водоросли), Euglenophyta (эвгленовые водоросли) и Xantophyta (желтозеленые водо-росли) (табл. 1). По количеству видов и чис-ленности в период проведения исследований доминировали диатомовые водоросли. Наибо-лее разнообразными в таксономическом отно-шении являлись представители родов Navicula, Nitzschia среди диатомовых и представители рода Scenedesmus среди зеленых водорослей. На протяжении вегетационного периода на всех исследуемых участках дельты диатомовые водоросли занимали главенствующие позиции с доминированием Asterionella formosa, Cy-clotella comta, Fragilaria crotonensis, Melosira granulata. Также значительное развитие среди зеленых водорослей получил вид Scenedesmus quadricauda. В целом видовой состав фито-планктона на исследуемых участках был до-статочно однороден.

В водах рукава Корабельный в весенне-осенний период 2014 года выявили 90 таксонов фитопланктона, относящихся к 7 систематиче-ским группам: Bacillariophyta – 47 таксонов; Chlorophyta – 28 таксонов; Cyanophyta – 10 так-сонов; Chrysophyta – 2 таксона; Cryptophyta – 1 таксон; Euglenophyta – 1 таксон; Xantophyta – 1 таксон. По количеству видов наиболее полно были представлены диатомовые, зеленые и си-незеленые водоросли, доля которых в общем списке составляла 52, 31 и 11 % соответственно.

3Методологические основы комплексного мониторинга океана. М., 1988. 277 с.4Унифицированные методы исследования качества вод. Методы биологического анализа вод. Прил. 1.

Индикаторы сапробности. М., 1977. 91 с.; Унифицированные методы исследования качества вод. Методы био-логического анализа вод. Прил. 2. Атлас сапробных организмов. М., 1977. 227 с.

5Руководство по гидробиологическому мониторингу пресноводных экосистем / под ред. В.А. Абакумова. СПб., 1992. 318 с.

6Унифицированные методы исследования качества вод… Прил. 1; Унифицированные методы исследования качества вод… Прил. 2.

7РД 52.24.309–2011. Руководящий документ. Организация и проведение режимных наблюдений за состояни-ем и загрязнением поверхностных вод суши. 87 с.

БИОЛОГИЯ

47


Таксон Рукав Корабельный Проток Маймакса Проток Кузнечиха

BacillariophytaAchnanthes exigua Grun. + +A. taeniata Grun. +Amphiprora ornata Bail. +Amphora ovalis Kütz. + + +Asterionella formosa Hass. + + +Attheya Zachariasii Brun +Caloneis bacillum (Grun.) Mer. +C. silicula (Ehr.) Cl. + +Cocconeis placentula Ehr. + +Cyclotella sp. Kütz. +C. bodanica Eulenst. + +C. comta (Ehr.) Kütz. + + +Cymatopleura solea (Bréb.) W. Sm. + + +Cymbella sp. Ag. + +C. naviculiformis Auersw. + +C. tumida (Bréb.) V. H. + +C. turgidula Grun. +C. ventricosa Kütz. +Diatoma elongatum (Lyngb.) Ag. + + +D. vulgare Bory + + +Diploneis ovalis (Hilse) Cl. + + +Epithemia sorex Kütz. + + +E. zebra (Ehr.) Kütz. + + +Eunotia praerupta Ehr. +Fragilaria capucina Desm. + +F. construens (Ehr.) Grun. + + +F. crotonensis Kitt. + + +F. inflata (Heid.) Hust + +Gomphonema acuminatum Ehr. + +G. constrictum Ehr. + +G. olivaceum (Lyngb.) Kütz. +Gyrosigma acuminatum (Kütz.) Rabenh. + + +Hantzschia amphioxys (Ehr.) Grun. + +

Таблица 1

ВИДОВОй СОСТАВ ФИТОПЛАНКТОНА ВОД ДЕЛьТы р. СЕВЕРНОй ДВИНы С ИЮНЯ ПО ОКТЯБРь 2014 года

48

Продолжение табл. 1

БИОЛОГИЯ


Melosira distans (Ehr.) Kütz. + + +M. granulata (Ehr.) Ralfs + + +M. italica (Ehr.) Kütz. + +M. varians Ag. + + +Meridion. circulare Ag. + +Navicula sp. Bory. + + +N. cuspidata Kütz. + + +N. dicephala (Ehr.) W. Sm. + +N. gastrum Ehr. + +N. hungarica Grun. + + +N. lacustris Greg. +N. lanceolata (Ag.) Kütz. + + +N. placentula (Ehr.) Grun. + + +N. platystoma Ehr. +N. pusilla W. Sm. +N. radiosa Kütz. + + +N. rhynchocephala Kütz. +N. tuscula (Ehr.) Grun. + + +Nitzschia sp. Hass. + + +N. acicularis W. Sm. + + +N. angustata (W. Sm.) Grun. + + +N. Clausii Hantzsch +N. closterium (Ehr.) W. Sm. +N. filiformis (W. Sm.) Hust. + +N. gracilis Hantzsch +N. holsatica Hust. + + +N. longissima (Bréb.) Ralfs. + + +N. mitcheliana Green. +N. obtusa W. Sm. +N. parvula Lewis +N. recta Hantzsch + + +N. sigma (Kütz.) W. Sm. + + +N. sigmoidea (Ehr.) W. Sm. + +N. sublinearis Hust. + + +N. subtilis (Kütz.) Grun. +N. tryblionella Hantzsch + +

49




N. vermicularis (Kütz.) Grun. + +N. vitrea Norm. +Paralia sulcata (Ehr.) Cl. +Pinnularia sp. Ehr. +P. viridis (Nitzsch) Ehr. + +Rhoicosphenia curvata (Kütz.) Grun. +Rhopalodia gibba (Ehr.) O. Müll. + + +Stauroneis anceps Ehr. + +S. phoenicenteron Ehr. + +Stephanodiscus hantzshii Grun. + + +Surirella biseriata Bréb. + + +S. didyma Kütz. +S. gracilis (W. Sm.) Grun. +S. ovata Kütz. + + +S. robusta Ehr. +Synedra acus Kütz. + +S. parasitica (W. Sm.) Hust. +S. ulna (Nitzsch) Ehr. + + +Tabellaria fenestrata (Lyngb.) Kütz. +Trachyneis aspera (Ehr.) Cl. + +Tropidoneis sp. Cl. +

ChlorophytaActinastrum Hantzschii Lagerh. + + +Closterium sp. Nitzsch + +C. moniliferum (Bory) Ehr. + + +Coelastrum astroideum De-Not + + +C. microporum Näg. + + +Crucigenia fenestrata Schm. +C. quadrata Morren + + +C. rectangularis (A. Br.) Gay + +C. tetrapedia (Kirchn.) W. West, G. West + + +Dictyosphaerium pulchellum Wood + + +Kirchneriella lunaris (Kirchn.) Moeb. +Lagerheimia citriformis (Snow.) G.M. Smith +L. genevensis Chod. + + +Oocystis sp. Näg. + +

50

БИОЛОГИЯ



Pediastrum biradiatum Meyen +P. boryanum (Turp.) Menegh. + + +P. duplex Meyen + + +P. kawraiskyi Schm. +P. tetras (Ehr.) Ralfs. + + +Scenedesmus acuminatus (Lagerh.) Chod. + + +S. arcuatus Lemm. + +S. denticulatus Lagerh. + + +S. intermedius Chod. + + +S. obliquus (Turp.) Kütz. + +S. obtusus Meyen + +S. opoliensis Richt. + +S. quadricauda (Turp.) Bréb. + + +Staurastrum sp. Meyen + + +S. gracile Ralfs + + +Tetraëdron caudatum (Corda) Hansg. + + +Tetrastrum glabrum (Roll.) Ahlstr. Et Tiff. + + +T. staurogemaeforme (Schroed.) Lemm. + + +

ChrysophytaDinobryon sertularia Ehr. + + +D. spirale Iwan. + + +

CryptophytaCryptomonas sp. Ehr. + +

CyanophytaAnabaena sp. Bory + +A. lemmermannii P. Richt. +A. scheremetievi Elenk. + +A. spiroides Kleb. +Aphanizomenon flos-aquae (L.) Ralfs + +Cyanodictyon reticulatum (Lemm.) Geitl. +Gomphosphaeria lacustris Chod. +Gloeocapsa sp. (Kütz.) Hollerb.emend. + +G. turgida (Kütz.) Hollerb.emend. + + +Merismopedia glauca (Ehr.) Näg. + +Microcystis sp. (Kütz.) Elenk. + + +M. aeruginosa Kütz. emend. Elenk. +

51

К июлю наблюдали увеличение численности фитопланктона до максимального значения (336,6 тыс. кл./л) по сравнению с июнем, к кон-цу вегетационного периода она снижалась, но оставалась на уровне весенних значений. Ми-нимальное значение численности было отме-

чено в августе и составляло 162,01 тыс. кл./л (рис. 1).

Схожую ситуацию наблюдали и при анали-зе динамики биомассы фитопланктона: к июлю она возрастала, достигая максимального значе-ния – 1,109 г/м3, затем резко снижалась и вновь

Окончание табл. 1


Рис. 1. Динамика численности фитопланктона вод дельты р. Северной Двины в период с июня по октябрь 2014 года


Oscillatoria sp. Vauch. +O. granulata Gardner + + +

DinophytaProtoperidinium sp. (Bergh) emend. Balech +

EuglenophytaPhacus alatus Klebs +Trachelomonas sp. Ehr. +T. hispida (Perty) Stein emend. Defl. +

XantophytaCentritractus belonophorus Lemm. + + +

52

увеличивалась в сентябре. Минимальное зна-чение биомассы отмечено в октябре – 0,007 г/м3

(рис. 2). Вероятно, обозначенные колебания биомассы обусловлены не только соответству-ющим колебанием численности фитопланкто-на, но также и развитием в некоторые периоды крупных представителей рода Surirella, при-надлежащих к группе диатомовых.

Индекс сапробности в целом постепенно снижался от максимального значения – 1,81

в июне до минимального – 1,67 в октябре (табл. 2). Согласно классификации качества вод водоемов и водотоков по гидробиологиче-ским показателям, воды дельтовой части р. Се-верной Двины могут быть отнесены ко II клас-су (слабо загрязненные).

В водах протока Маймакса за вегетацион-ный период 2014 года выявили 109 таксонов фитопланктона, относящихся к 8 системати-ческим группам: Bacillariophyta – 66 таксонов;

Таблица 2

ИНДЕКС САПРОБНОСТИ ВОД ДЕЛьТы р. СЕВЕРНОй ДВИНы В ПЕРИОД С ИЮНЯ ПО ОКТЯБРь 2014 года

Место взятия проб Июнь Июль Август Сентябрь Октябрь

рук. Корабельный (на середине реки) 1,81 1,77 1,79 1,73 1,67прот. Маймакса (у левого берега) 1,86 1,77 1,76 1,65 –прот. Маймакса (у правого берега) 1,85 1,83 1,82 1,80 1,71прот. Кузнечиха (у левого берега) 1,80 1,83 1,80 1,79 1,73прот. Кузнечиха (у правого берега) 1,75 1,92 1,84 1,76 –

Примечание: индекс сапробности рассчитан по методу Пантле–Букка в модификации Сладечека.

БИОЛОГИЯ

Рис. 2. Динамика биомассы фитопланктона вод дельты р. Северной Двины в период с июня по октябрь 2014 года

53

Chlorophyta – 26 таксонов; Cyanophyta – 10 так-сонов; Chrysophyta – 2 таксона; Euglenophyta – 2 таксона; Cryptophyta – 1 таксон; Dinophyta – 1 таксон; Xantophyta – 1 таксон. В данных во-дах по количеству видов наиболее полно были представлены диатомовые и зеленые водорос-ли, доля которых в общем списке составляла 61 и 24 % соответственно.

Численность фитопланктона изменялась в пределах от 39,984 тыс. кл./л (у правого берега в июле) до 410,16 тыс. кл./л (у левого берега в октябре). В пробах, отобранных у левого бе-рега, численность возрастала к июлю и снижа-лась к концу вегетационного периода. В про-бах, отобранных у правого берега, численность фитопланктона уменьшалась к июлю и остава-лась на низком уровне до сентября. В октябре было отмечено резкое возрастание численно-сти фитопланктона в связи со значительным развитием вида Asterionella formosa, относяще-гося к группе диатомовых.

Биомасса фитопланктона у правого берега варьировала от 0,056 г/м3 (октябрь) до 0,981 г/м3

(июнь). В водах у левого берега биомасса фи-топланктона несколько возрастала к июлю по сравнению с июнем, а к концу вегетационного периода ее значения снижались. В водах у пра-вого берега было отмечено резкое снижение биомассы фитопланктона с июня по июль, к сентябрю биомасса несколько увеличилась, а в октябре снизилась до минимального значения.

Максимальное значение индекса сапроб-ности отмечали в июне (1,86), минимальное – в августе (1,65). Согласно классификации ка-чества воды водоемов и водотоков по гидро-биологическим показателям, воды протока Маймакса можно отнести ко II классу (слабо загрязненные).

В водах протока Кузнечиха в весенне-осенний период выявили 105 таксонов фито-планктона, относящихся к 5 систематическим группам: Bacillariophyta – 72 таксона; Chlo-rophyta – 25 таксонов; Cyanophyta – 5 таксонов; Chrysophyta – 2 таксона; Xantophyta – 1 таксон. В исследованных водах по количеству видов наиболее полно были представлены диатомо-

вые и зеленые водоросли, доля которых в общем списке составляла 69,1 и 24 % соответственно.

В водах у левого и правого берегов про-тока Кузнечиха наблюдалась сходная карти-на развития как численности, так и биомассы фитопланктона. Численность варьировала от 26,5 тыс. кл./л (у левого берега в августе) и 26,6 тыс. кл./л (у правого берега в сентябре) до 381,84 тыс. кл./л (у левого берега в октябре). К июлю численность снижалась по сравнению с июнем. С июля по сентябрь численность оста-валась невысокой, в октябре наблюдалось ее резкое увеличение до максимальных значений. Так же как и в водах протока Маймакса, в во-дах протока Кузнечиха в конце вегетационного периода (октябрь) было отмечено резкое воз-растание численности фитопланктона в связи со значительным развитием вида Asterionella formosa, относящегося к диатомовым.

Максимальное значение биомассы состав-ляло 0,645 г/м3 (у левого берега в октябре), минимальное – 0,069 г/м3 (у левого берега в сентябре). В октябре было также отмечено резкое увеличение биомассы фитопланктона, наиболее вероятной причиной чего могло стать развитие в этот период крупных диатомовых микроводорослей родов Cymbella, Gyrosigma и Surirella.

Индекс сапробности вод в протоке Кузнечи-ха варьировал от 1,75 и 1,76 (в июне и сентя-бре соответственно) до 1,92 (в июле). Согласно классификации качества воды водоемов и во-дотоков по гидробиологическим показателям, воды протока Кузнечиха также относятся ко II классу (слабо загрязненные).

Заключение. Из полученных данных сле-дует, что в водах дельты р. Северной Двины фитопланктон представлен доминирующим комплексом видов, в состав которого входят диатомовые водоросли Asterionella formosa, Cyclotella comta, Fragilaria crotonensis, Melo-sira granulata. Динамика развития биомассы микроводорослей соответствует классической схеме развития фитопланктона в умеренных и умеренно высоких широтах: в начале вегета-ционного периода (июнь, июль) повсеместно


54

БИОЛОГИЯ

отмечаются максимальные значения биомассы; начиная с августа по октябрь, уровень биомас-сы фитопланктона снижается по сравнению с предыдущими месяцами.

Несколько иная тенденция наблюдается в развитии численности фитопланктона: в на-чале вегетационного периода (июнь) повсе-местно отмечается высокая численность, затем с июля по октябрь значения данного количе-

ственного показателя значительно варьируют, а в октябре он достигает своего максимума за счет массового развития диатомовой водорос-ли Asterionella formosa.

Согласно классификации качества вод во-доемов и водотоков по гидробиологическим показателям, воды дельты р. Северной Двины относятся ко II классу качества вод (слабо за-грязненные).


1. Обзор загрязнения окружающей среды на территории деятельности ФГБУ «Северное УГМС» за 2013 год. Архангельск, 2014. 236 с.

2. Новоселов А.П., Студенов И.И. Факторы техногенного воздействия на бассейн реки Северная Двина // Вестн. Сев. (Арктич.) федер. ун-та. Сер.: Естеств. науки. № 2. 2014. С. 32–40.

3. Раймонт Дж. Планктон и продуктивность океана: Фитопланктон. М., 1983. 568 с.

References

1. Obzor zagryazneniya okruzhayushchey sredy na territorii deyatel’nosti FGBU “Severnoe UGMS” za 2013 god [Overview of Pollution in the Territory of Activities of the State Organization “Northern AHEM” for 2013]. Arkhangelsk, 2014. 236 p.

2. Novoselov A.P., Studenov I.I. Faktory tekhnogennogo vozdeystviya na basseyn reki Severnaya Dvina [Factors of Anthropogenic Impact on the Northern Dvina River Basin]. Vestnik Severnogo (Arkticheskogo) federal’nogo universiteta. Ser.: Estestvennye nauki, 2014, no. 2, pp. 32–40.

3. Raymont J.E.G. Plankton and Productivity in the Oceans. Vol. 1: Phytoplankton. Oxford, 1980. 489 p.

doi: 10.17238/issn2227-6572.2015.4.44

Zmetnaya Mariya IvanovnaNorth Branch of Knipovich Polar Research Institute of Marine Fisheries and Oceanography

Uritskiy st., 17, Arkhangelsk, 163000, Russian Federation; e-mail: [email protected]

Novikova Yuliya VladimirovnaNorth Branch of Knipovich Polar Research Institute of Marine Fisheries and Oceanography

Uritskiy st., 17, Arkhangelsk, 163000, Russian Federation;e-mail: [email protected]

CURRENT STATUS OF PHYTOPLANKTON COMMUNITY AND SURFACE WATER QUALITY IN THE DELTA OF THE NORTHERN DVINA RIVER

Current state of the phytoplankton community in the waters of the Northern Dvina river delta is described. The research is carried out in the framework of the hydro-biological observations of the “Northern Agency for Hydrometeorology and Environmental Monitoring” in 2014 in the delta of the Northern Dvina river: in the Korabelnyi sleeve, Maimaksa and Kuznechikha ducts. We examined the qualitative

55


and quantitative characteristics of phytoplankton (species composition, abundance and biomass). 144 species of phytoplankton were revealed during the growing season, belonging to Bacillariophyta (diatoms), Chlorophyta (green algae), Chrysophyta (golden algae), Cryptophyta (Cryptomonad), Cyanophyta (blue-green algae), Dinophyta (dinoflagellates), Euglenophyta (Euglenophyta), Xantophyta (yellow-green algae) departments. We established a dominant species complex, which included diatoms Asterionella formosa, Cyclotella comta, Fragilaria crotonensis, Melosira granulata. At the beginning of the growing season (in June and July) the maximum values of biomass were observed, from August to October phytoplankton biomass declined. At the same time in June there was a high number of phytoplankton, from July to October its value varied considerably, reaching its peak in October. We assessed the degree of contamination of the aquatic environment: a saprobity index was revealed; the class of surface water quality was defined. According to the water quality classification of water bodies and watercourses by hydro-biological indices the waters of the delta of the Northern Dvina are attributed to the IInd water quality class (slightly polluted).

Keywords: delta of the Northern Dvina river, phytoplankton, biomass, surface water quality, saprobity index.

56

БИОЛОГИЯ

УДК 581.522:4:582.475.2:582.632

КиЩенКо иван тарасовичПетрозаводский государственный университет адрес: 185640, Республика Карелия, г. Петрозаводск, просп. Ленина, д. 33; е-mail: [email protected], [email protected]

роСт и раЗвитие интродуЦированнЫХ видов рода TILIA L. (TILIACEAE) в уСловиЯХ Карелии1

Исследования проводили в ботаническом саду Петрозаводского государственного университета, распо-ложенном на северном берегу Петрозаводской губы Онежского озера (подзона средней тайги). В качестве объектов исследований выступали 2 вида рода Tilia: липа мелколистная Tilia cordata Mill. и липа амурская Тilia amurensis Rupr. Исследования установили, что рост побегов и листьев у изученных видов начинается в мае, причем у Tilia cordata на 3 сут раньше, чем у Тilia amurensis. У Тilia amurensis рост побегов прекра-щается (16.VII) на 11 сут раньше, а листьев (27.VI) на 19 сут позже, чем у Tilia cordata. Также обнаружили, что длина побегов у Tilia cordata (18.5 см) в 3 раза больше, а площадь листьев в 1.5 раза меньше (240 мм2), чем у Тilia amurensis. При этом максимальный суточный прирост побегов у Tilia cordata (19.6 мм) почти в 4 раза больше, чем у Тilia amurensis, а по листьям такие различия отсутствуют. Выявили положительную зависимость интенсивности прироста побегов и листьев от динамики температуры и солнечной радиации.Установили, что развитие вегетативной сферы у Tilia cordata протекает быстрее, чем у Тilia amurensis, что свидетельствует о ее большей адаптации к новым условиям района интродукции. Объясняется это тем, что для начала роста побегов и листьев Tilia cordata требуется гораздо меньшая сумма положительных темпе-ратур, чем для Тilia amurensis. Прекращение же роста у этих видов связано с их фотопериодом, величина которого закреплена генетически. Проведенные исследования позволили установить, что наибольшая сте-пень перспективности интродукции (71 балл) характерна для Tilia cordata, что позволяет рекомендовать ее для озеленительных работ в таежной зоне.

Ключевые слова: Tilia cordata, Tilia amurensis, интродуцированные виды в условиях Карелии.

doi: 10.17238/issn2227-6572.2015.4.56

1Работа выполнена при финансовой поддержке Программы стратегического развития Петрозаводского го-сударственного университета в рамках реализации комплекса мероприятий по развитию научно-исследователь-ской деятельности.

© Кищенко И.Т., 2015

Усиливающееся загрязнение окружающей среды все настоятельнее требует увеличения объема озеленительных работ. Большинство

аборигенных видов древесных растений таеж-ной зоны России плохо переносят прогресси-рующее загрязнение окружающей среды [1, 2].

57

Кищенко И.Т. Рост и развитие интродуцированных видов рода Tilia L . (Tiliaceae)...

Между тем многие виды лиственных древес-ных растений, в т. ч. и рода Tilia (из других гео-графических районов), устойчивы к загазован-ности и задымлению воздуха [3–7]. Растения рода дают ценное лекарственное сырье и име-ют декоративное значение. В связи с этим ин-тродукция их становится все более актуальной. Для того чтобы судить о перспективности тех или иных видов, необходима их всесторонняя оценка.

Один из важнейших показателей интро-дукции – степень соответствия ритмики роста и развития растения динамике экологических факторов [8, 9]. Именно сезонный ритм роста и развития является интегральным показате-лем, характеризующим адаптацию растений к условиям среды и соответствие последних биологии вида [2]. В отечественной литерату-ре выяснению особенностей сезонного роста вегетативных органов лиственных древесных растений уделено сравнительно мало внимания [1, 9–13].

Цель исследования – установление особен-ностей роста и развития интродуцированных видов Tilia в условиях Карелии для оценки сте-пени их адаптации к местному климату и пер-спективности для озеленительных работ. По-добные исследования на территории Карелии ранее не выполнялись.

Материалы и методы. Исследования про-водили в ботаническом саду Петрозаводского государственного университета, расположен-ном на северном берегу Петрозаводской губы Онежского озера (подзона средней тайги). В ка-честве объектов исследований выступали 2 ви-да рода Tilia: липа мелколистная Tilia cordata Mill. (родина – Западная и Восточная Европа, Крым, Западная Сибирь) и липа амурская Тilia amurensis Rupr. (родина – Дальний Восток)2.

Деревья высажены в возрасте 6…8 лет. Каждый вид представлен 5…10 особями. Воз-раст растений − 40 лет. Все деревья плодоносят.

С целью изучения роста побегов в 2014 го-ду измеряли длину их стеблей второго поряд-

ка ветвления с южной части кроны на высоте 1…1.5 м с момента набухания почек до заложе-ния зимующих почек, площадь листьев – с мо-мента их обособления до полного прекращения роста через каждые 2-3 сут. Объем выборки по каждому объекту – 25 стеблей (далее просто побегов) и листьев. Величину суточного при-роста определяли как разницу в длине изуча-емых органов между последующим и предше-ствующим наблюдениями, деленную на число суток этого периода [15].

Фенологические наблюдения проводили в течение 16 лет в вегетационные периоды через каждые 3 сут, используя методические указа-ния Е.Н. Булыгина [16]. Фиксировали время прохождения таких фенофаз, как набухание и распускание вегетативных и генеративных по-чек, начало и окончание роста побегов, обосо-бление, распускание, завершение роста, рас-цвечивание и опадение листьев, опробковение побегов, бутонизация, цветение, заложение, созревание и опадение зрелых плодов. Фе-нофаза считалась наступившей, если она отме-чалась не менее чем у 30 % числа побегов всех особей исследуемого вида.

Перспективность интродукции оценива-ли интегральным методом, предложенным П.И. Лапиным и С.В. Сидневой [17].

Климатические данные были получены от Сулажгорской метеостанции (Карельская ги-дрометобсерватория), расположенной в 3 км юго-западнее Ботанического сада.

При обработке экспериментального матери-ала применяли методы, предложенные Г.Н. Зай-цевым [18]. Для математической обработки дан-ных использовали приложение «MS Excel» из пакета офисных программ компании Microsoft «MS Office». Математический анализ экспери-ментальных данных осуществляли в 4 этапа. В начале проводили статистический анализ с целью определения средней арифметической величины варьирующего признака, степени его варьирования и показателя точности. Затем, ис-ходя из поставленных задач, оценивали досто-

2По С.К. Черепанову [14].

58

верность различия однородных признаков. Если распределение вариантов в вариационном ряду отвечало закону нормального распределения случайных величин, проводили корреляционный анализ. Результаты математических анализов оценивали по уровню значимости 5 %, используя для этого табличные значения соответствующе-го критерия достоверности. Из полученных эле-ментарных статистик, в частности, следует, что показатель точности опыта составляет 4…7 %, а коэффициент вариации – 12…16 %.

Результаты и обсуждение. Проведенные исследования позволили установить, что сроки начала роста побегов изучаемых видов Tilia не превышают 3 сут (18−21.V) (табл. 1). Рост по-бегов у Тilia amurensis (16.VII) прекращается на 11 сут раньше, чем у Tilia cordata (27.VII). Эти различия в сроках начала и окончания ро-ста побегов, соответственно, отражаются на продолжительности их формирования. В зави-симости от вида растения она варьирует от 48 до 62 сут (табл. 2).

Максимальный суточный прирост у изучен-ных видов Tilia различается почти в 4 раза. Так, у Tilia cordata он составляет 19.6 мм, а у Тilia amurensis − всего 5.3 мм.

Обнаруженная изменчивость в продолжи-тельности и интенсивности роста побегов об-условливает и соответствующее различие в величине их годичного прироста. Из данных табл. 2 следует, что длина побегов у Tilia cor-data (18.5 см) в 3 раза превышает таковую у Тilia amurensis (6.3 см).

Проведенные исследования позволили установить, что сроки начала роста листьев (фенофаза «обособление листьев на побегах») изучаемых видов Тilia различаются лишь на 2 сут (24−26.V).

Cроки прекращения роста листьев у изуча-емых видов различаются на 19 сут (у Tilia cor-data – 8.VI, а у Тilia amurensis – 27.VI), поэто-му продолжительность формирования листьев у Tilia cordata (16 сут) в 2 раза меньше, чем у Тilia amurensis (33 сут).

Установили, что максимальный прирост листьев у изучаемых видов наблюдается одно-

временно – в конце мая. Величина его у разных видов почти не различается, составляя 12.0… 13.3 мм2.

Значительные различия в продолжительно-сти и интенсивности роста листьев обусловли-вают и соответствующие различия в величине их годичного прироста. Из данных табл. 2 сле-дует, что наибольшая площадь листа (360 мм2) формируется у Тilia amurensis, что в 1.5 раза больше, чем у Tilia cordata (240 мм2).

Физиологические реакции растений, в т. ч. и ростовые, определяются состоянием среды и диапазоном толерантности вида к экологи-ческим факторам. Следовательно, установив значения факторов среды в ключевые периоды роста, а также форму и силу связи между дина-микой прироста и изменчивостью этих факто-ров, можно судить о степени их соответствия требованиям организма.

Результаты исследований показали, что рост побегов у изучаемых видов Tilia начина-ется при повышении среднесуточной темпера-туры воздуха до +11.5…+12.5 °С. Обнаружили, что начало данной фенофазы мало зависит от температуры воздуха предшествующего пери-ода. К этому времени сумма положительных температур возрастет до 121…137 °С.

Рост побегов прекращается при довольно высокой среднесуточной температуре воздуха +17.1…+21.1 °С. Сумма положительных тем-ператур при этом достигает 428…463 °С. Дан-ные свидетельствуют о том, что сроки пре-кращения фенофазы у представителей рода Тilia не связаны с температурным режимом, а, скорее всего, обусловлены генотипом вида. Следовательно, в исследуемом регионе тепла вполне достаточно для завершения годичного цикла развития вегетативных почек для всех изучаемых интродуцентов, что хорошо согла-суется с ранее полученными выводами [13]. Кроме того, раннеосенние заморозки в районе исследования по среднемноголетним данным могут иметь место не раньше 8.IX, т. е. через 1.5 месяца после заложения вегетативных зи-мующих почек у исследуемых видов интроду-центов.

БИОЛОГИЯ

59

Табл

ица

1

ТЕ

МП

ЕРА

ТУ

РНы

й Р

ЕЖ

ИМ

ВО

ЗДУ

хА

В П

ЕРИ

ОД

РО

СТА

ПО

БЕГО

В (В

чИ

СЛ

ИТ

ЕЛЕ

) И Л

ИС

ТьЕ

В (В

ЗН

АМ

ЕН

АТЕЛ

Е)

У Р

АЗЛ

Ич

Ны

х В

ИД

ОВ

TIL

IA

Вид

Нач

ало

рост

аК

ульм

инац

ия п

риро

ста

Око

нчан

ие р

оста

Дат

а

Сре

днес

уточ

-на

я те

мпе

ра-

тура

воз

духа

, °С

Сум

ма

поло

жит

ель-

ных

тем

пера

-ту

р, °С

Дат

а

Сре

днес

уточ

-на

я те

мпе

ра-

тура

воз

духа

, °С

Сум

ма

поло

жит

ель-

ных

тем

пера

-ту

р, °С

Дат

а

Сре

днес

уточ

-на

я те

мпе

ра-

тура

воз

духа

, °С

Сум

ма

поло

жит

ель-

ных

тем

пера

-ту

р, °С

Tilia

cor

data

18.V

24.V

11.5

12.9

121

145

23.V

–1.V

I26

.V–1

.VI

14.2

12.9

301

308

27.V

II8.

VI

21.1

13.0

463

358

Tilia

am

uren

sis

21.V

26.V

12.5

12.8

137

168

23.V

–1.V

I29

.V–1

.VI

14.2

14.0

301

311

16.V

II27

.VI

17.1

15.3

428

386

Табл

ица

2

ОС

НО

ВН

ыЕ

хА

РАК

ТЕ

РИС

ТИ

КИ

ПРИ

РОС

ТА П

ОБЕ

ГОВ

(мм

) И Л

ИС

ТьЕ

В (м

м2 )

У

РА

ЗЛИ

чН

ых

ВИ

ДО

В T

ILIA

Вид

Мак

сим

альн

ый

суто

чны

й пр

ирос

тГо

дичн

ый

прир

ост

Про

долж

ител

ьнос

ть р

оста

, сут

п о

б е

г и

Tilia

cor

data

19.6

± 0

.918

5 ±

862

± 3

Tilia

am

uren

sis

5.3

± 0.

3 6

3 ±

448

± 2

л и

с т

ь я

Tilia

cor

data

12.0

± 0

.524

0 ±

1116

± 1

Tilia

am

uren

sis

13.3

± 0

.636

0 ±

1533

± 2


60

Требовательность растения к температуре воздуха в период максимального прироста по-бегов у изучаемых видов не различается. Куль-минация прироста побегов наступает уже при повышении среднесуточной температуры воз-духа до +14.2 °С. Сумма положительных тем-ператур к этому времени достигает 301 °С.

Как показали исследования, рост листьев на-чинается при увеличении среднесуточной тем-пературы воздуха до +12.8…+12.9 °С и суммы положительных температур до 145…168 °С.

Кульминация прироста листьев наблюдается при росте температуры воздуха до +14.2 °С, а суммы положительных температур – до 301 °С.

Проведение корреляционного анализа по-зволило установить характер и степень вли-яния некоторых экологических факторов на интенсивность формирования побегов и ли-стьев. Результаты корреляционного анализа свидетельствуют о том, что между интенсив-ностью роста побегов и температурой воздуха, как правило, прослеживается достоверная по-ложительная слабая или средняя корреляция (r = +0.61…+0.62). Р.С. Кузнецова и Н.В. Ко-стина [19] пришли к выводу, что наиболее су-щественное влияние на прирост побегов Tilia cordata оказывает температура июня.

Между динамикой суточного прироста по-бегов и изменчивостью относительной влажно-сти воздуха также обычно имеется положитель-ная слабая и чаще недостоверная корреляция (r = +0.21…+0.29).

Между динамикой прироста побегов изуча-емых видов Tilia и выпадением атмосферных осадков корреляция не обнаружена. Между тем, по данным Р.С. Кузнецовой и Н.В. Кости-ной [19], на рост Tilia cordata осадки за май–июль оказывают заметное влияние.

Зависимость интенсивности роста побегов от солнечной радиации выражена довольно хо-рошо (r = +0.34…+0.47).

Данные корреляционного анализа свиде-тельствуют о том, что так же, как и в отноше-нии побегов, обычно прослеживается поло-жительная и довольно заметная зависимость интенсивности роста листьев от динамики

температуры воздуха и солнечной радиации (r = +0.38…+0.40). Достоверной корреляции между интенсивностью роста листьев и влаж-ностью воздуха и атмосферных осадков не об-наружено.

Анализ результатов статистической обра-ботки показал, что ошибка среднего многолет-него значения фенодат весьма незначительна и, как правило, не превышает 1−3 сут (табл. 3). Следует отметить, что ежегодная вариабель-ность составляет обычно 10…20 сут.

Проведенные исследования позволили установить, что ритмика сезонного развития изучаемых видов Tilia имеет свои специфи-ческие особенности. По среднемноголетним данным, у изученных видов набухание и рас-пускание вегетативных почек происходит поч-ти одновременно – соответственно 15.V и 19.V.

Линейный рост побегов у Tilia cordata на-чинается на 2 сут раньше (27.V), чем у Тilia amurensis. Рост побегов заканчивается у Тilia amurensis 16.VII, а у Tilia cordata – через 11 сут.

Опробковение оснований побегов у Tilia cordata начинается 1.VII, а у Тilia amurensis – спустя 13 сут. Опробковение побегов по всей длине также происходит быстрее у Tilia cor-data (11.VIII), что на 8 сут раньше, чем у Тilia amurensis.

Обособление листьев у изученных видов начинается почти одновременно – 26–29.V. Рост листьев завершается у Tilia cordata уже 6.VI, а у Тilia amurensis – только 26.VI. В фазу расцвечивания отмирающих листьев эти виды вступают почти одновременно – 4–6.IX.

Фазы развития плодов у Тilia amurensis начинаются раньше (30.VII), но заканчивают-ся позже (26.IX), чем у Tilia cordata (соответ-ственно 9.VIII и 7.IX).

Авторы многочисленных исследований [8, 2] убедительно показали, что особенности раз-вития различных видов растений обусловлены их неодинаковой требовательностью к эколо-гическим факторам. Поэтому, определив диа-пазон толерантности основных фенофаз к эко-логическим факторам, можно судить о степени адаптации данного вида растений к условиям

БИОЛОГИЯ

61

местообитания. При анализе состояния среды во время начала фенофаз обнаружили очень сильную ежегодную вариабельность значений относительной влажности воздуха, атмосфер-ных осадков и суммарной солнечной радиации, что свидетельствует о слабом влиянии этих факторов на развитие растений. Как показали исследования, температурный режим воздуха

в момент наступления очередной фенофазы за исследуемый период оставался стабильным, несколько отличаясь у разных видов растений.

При анализе состояния среды во время на-чала фенофаз обнаружено, что набухание и распускание вегетативных почек у изученных видов Tilia начинается при повышении сред-несуточной температуры воздуха примерно

Таблица 3

СТАТИСТИчЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ СЕЗОННОГО РАЗВИТИЯ РАЗЛИчНых ВИДОВ TILIA

ФенофазаTilia cordata Tilia amurensis

М mМ G М mМ G

Пч1 15.V 0.8 13.9 15.V 0.3 10.4Пч2 19.V 0.8 2.5 19.V 0.3 6.7Пб1 27.V 0.8 9.8 30.V 0.2 6.7Пб2 27.VII 2.7 8.1 16.VII 0.5 10.6О1 1.VII 1.8 3.5 13.VII 0.4 8.3О2 11.VIII 2.2 6.6 19.VIII 0.6 10.5Л1 29.V 0.7 11.2 26.V 0.3 8.4Л2 6.VI 1.0 16.3 26.VI 0.7 20.3Л3 4.IX 1.2 17.7 6.IX 0.5 12.8Л4 18.IX 1.3 18.9 20.IX 0.8 20.4Ц1 18.VI 4.8 43.2 4.VI 1.3 21.9Ц2 13.VII 7.8 23.3 11.VI 1.0 18.8Ц3 9.VII 2.4 16.8 27.VI 1.0 17.5Ц4 25.VII 1.5 10.3 23.VII 0.6 8.6Ц5 11.VIII 1.9 7.4 27.VII 1.7 24.2

Пл1 9.VIII 2.5 9.8 30.VII 1.3 18.9Пл2 1.VIII 4.3 30.9 21.III 1.3 16.6Пл3 25.VIII 3.2 6.4 19.IX 0.9 10.0Пл4 7.IX 3.9 7.8 26.IX 2.5 14.7

Примечание: 1. Обозначения фенофаз: Пч1 – набухание почек; Пч2 – распускание почек; Пб1 и Пб2 – начало и окончание линейного роста побегов; О1 – частичное одревеснение побегов; О2 – побеги одревеснели полно-стью; Л1 – обособление листьев на побегах; Л2 – завершение роста и вызревание листьев; Л3 – расцвечивание отмирающих листьев; Л4 – опадение листьев; Ц1 – набухание генеративных почек; Ц2 – разверзание генератив-ных почек; Ц3 – бутонизация; Ц4 и Ц5 – начало и окончание цветения; Пл1 – завязывание плодов; Пл2 – плоды достигают зрелых размеров; Пл3 – созревание плодов; Пл4 – опадение зрелых плодов. 2. М – средняя фенодата; mМ – ошибка средней фенодаты, сут; G – среднеквадратическое отклонение фенодаты, сут.


62

до одной величины – до +7.7…+7.9 и +11.4… +12.5 °С соответственно (табл. 4).

Различия в температурном режиме возду-ха у изученных видов в период начала и пре-кращения линейного роста побегов также мало заметны. Эти фенофазы отмечаются со-ответственно при температуре +11.5…+12.5 и +17.1…+17.9 °С.

Одревеснение побегов у Tilia cordata на-чинается при температуре +11.6 °С, а у Тilia amurensis – при +16.0 °С. Одревеснение по-бегов у изученных видов заканчивается при-мерно при одинаковом температурном режиме (+15.3…+16.6 °С).

Обособление листьев на побегах у из-ученных видов начинается при температуре +12.8…+12.9 °С. Эта фенофаза у Tilia cordata завершается при более низкой (+13.0 °С) тем-пературе, чем у Тilia amurensis (+15.3 °С). Рас-цвечивание отмирающих листьев происходит при температуре +10.8…+10.9 °С. Опадение листьев у Tilia cordata наблюдается при сниже-нии температуры до +9.2 °С, а у Тilia amuren-sis – до +7.4 °С.

Фазы набухания и разверзания генера-тивных почек, а также бутонизации, начала и окончания цветения у разных видов Тilia начи-наются при почти одинаковом температурном

Таблица 4

СРЕДНЕМНОГОЛЕТНИЕ СУТОчНыЕ ЗНАчЕНИЯ ЭКОЛОГИчЕСКИх ФАКТОРОВ ВО ВРЕМЯ ПРОхОЖДЕНИЯ ФЕНОФАЗ РАЗЛИчНых ВИДОВ TILIA

ФенофазаTilia cordata Tilia amurensis

Т В О Р Т В О РПч1 7.9 70 1.0 1038 7.7 64 0.5 971Пч2 12.5 60 0.0 901 11.4 60 1.5 1212Пб1 11.5 65 2.2 961 12.5 65 0.3 1213Пб2 17.9 78 0.5 897 17.1 70 2.4 1379О1 11.6 76 1.1 1014 16.0 74 3.5 1000О2 16.6 79 0.1 1337 15.3 72 4.8 1303Л1 12.9 62 0.7 1002 12.8 62 1.7 1223Л2 13.0 73 1.1 893 15.3 76 0.7 1413Л3 10.9 69 2.1 1037 10.8 86 0.7 1097Л4 9.2 79 3.2 1026 7.4 82 1.7 250Ц1 12.3 68 1.5 1263 12.7 67 1.5 1528Ц2 13.2 76 15.1 881 13.8 67 1.6 1029Ц3 14.9 74 1.0 1097 15.1 73 1.5 1145Ц4 15.8 67 0.7 1077 16.3 75 0.6 1171Ц5 14.7 75 1.3 1166 14.9 75 3.4 1029Пл1 15.7 69 2.7 1225 17.0 74 3.8 1268Пл2 17.0 74 2.0 816 12.4 73 3.9 876Пл3 13.6 77 3.0 743 8.7 77 3.6 1029Пл4 14.1 77 2.5 1357 9.9 72 3.8 878

Примечание: Т – температура воздуха, °С; В – относительная влажность воздуха, %; О – атмосферные осадки, мм; Р – солнечная радиация, кал/см2.

БИОЛОГИЯ

63

режиме (около +12, 13, 14, 15 и 16 °С соответ-ственно).

Завязывание плодов у Tilia cordata наблю-дается при более прохладной погоде (+15.7 °С), чем у Тilia amurensis (+17.0 °С).

Плоды достигают зрелых размеров, созре-вают и опадают (по созревании) у Tilia cordata при температуре соответственно +17.0, +13.6 и +14.1 °С, что на +4…+5 °С ниже, чем у Тilia amurensis.

Исследованиями установлено, что по всем показателям оценки интродукции раз-личия между изученными видами весьма не-значительны. В целом по всем показателям перспективность Tilia cordata по сравнению с Tilia amurensis существенно выше и достигает 71 балла против 50. Эти данные свидетельству-ют о том, что перспективным видом из изучен-ных в условиях Карелии можно считать только Tilia cordata. Для условий Сибири целым рядом исследователей также установлена довольно высокая степень перспективности Tilia cordata.

Выводы:1. Рост побегов и листьев у изученных ви-

дов начинается в мае, причем у Tilia cordata на 3 сут раньше, чем у Тilia amurensis. У Тilia amurensis рост побегов прекращается (16.VII)

на 11 сут раньше, а листьев (27.VI) на 19 сут позже, чем у Tilia cordata.

3. Длина побегов у Tilia cordata (18.5 см) в 3 раза больше, а площадь листьев в 1.5 раза меньше (240 мм2), чем у Тilia amurensis.

4. Максимальный суточный прирост побе-гов у Tilia cordata (19.6 мм) почти в 4 раза боль-ше, чем у Тilia amurensis, а по листьям такие различия отсутствуют.

5. Прослеживается положительная зависи-мость интенсивности прироста побегов и ли-стьев от динамики температуры и солнечной радиации.

6. Развитие вегетативной сферы у Tilia cordata протекает быстрее, чем у Тilia amurensis, что свидетельствует о ее большей адаптации к новым условиям района интродукции. Объяс-няется это тем, что для начала роста побегов и листьев Tilia cordata требуется гораздо мень-шая сумма положительных температур, чем для Тilia amurensis. Прекращение же роста у данных видов связано с их фотопериодом, ве-личина которого закреплена генетически.

7. Наибольшая степень перспективности интродукции (71 балл) характерна для Tilia cor-data, что позволяет рекомендовать ее для озе-ленительных работ в таежной зоне.

Список литературы1. Мисник Г.Е. Сроки и характер цветения деревьев и кустарников. Киев, 1976. 215 с.2. Логинов В.Б. К методике построения частных теорий интродукции // Теории и методы интродукции

растений и зеленого строительства: материалы респ. конф. Киев, 1980. С. 58–60. 3. Буторова О.Ф., Шестак К.В. Фенология интродуцентов в дендрарии Сибирского государственного

технологического университета // Лесн. журн. 2007. № 2. С. 48–53.4. Вараксин Г.С., Кладько Ю.В. Особенности фенологического развития липы мелколистной (Tilia сordata

Mill.) в различных экологических условиях города Красноярска // Вестн. Краснояр. гос. аграр. ун-та. 2010. № 8. С. 73–77.

5. Султанова Р.Р., Ханов Д.А. Особенности роста липы мелколистной в условиях городской среды // Вестн. Башкир. гос. аграр. ун-та, 2010. № 1. С. 52–56.

6. Федорова А.А. Состояние липы мелколистной (Tilia cordata Mill.) в условиях Северо-Запада России: автореф. дис. … канд. биол. наук. СПб., 2013. 20 с.

7. Сарсекова Д.Н. Фенологичекое развитие интродуцированных лип в дендрарии АО «Лесной питомник» Алма-Атинской области. Алма-Ата, 2014. С. 16–19.

8. Лапин П.И. Сезонный ритм развития древесных растений и его значение для интродукции // Бюл. Гл. ботан. сада АН СССР. 1967. Вып. 65. С. 12–18.


64

9. Колесниченко А.Н. Сезонные ритмы развития древесных интродуцентов // Охрана, изучение и обогащение растительного мира. Киев, 1985. С. 21–32.

10. Видякина А.А., Семенова М.В. Влияние загрязнения воздуха на состояние древесных растений г. Тюмень. Тюмень, 2007. 53 с.

11. Шутилов В.А. Интродукция видов рода клен в Камышинском дендрарии // Бюл. ВНИИ агролесомелиорации. 1990. № 2. С. 51–54.

12. Разумовский Ю.В. Влияние экологических факторов на рост и развитие Tilia cordata Mill. в парковых насаждениях (на примере г. Москвы): дис. … канд. биол. наук. М., 1992. С. 85–175.

13. Кищенко И.Т. Рост и развитие аборигенных и интродуцированных видов семейства Pinaceae Lindl. в условиях Карелии. Петрозаводск, 2000. 211 с.

14. Черепанов С.К. Сосудистые растения России и сопредельных государств (в пределах бывшего СССР). СПб., 1995. 992 с.

15. Молчанов А.А., Смирнов В.В. Методика изучения прироста древесных растений. М., 1967. 95 с.16. Булыгин Н.Е. Фенологические наблюдения над древесными растениями. Л., 1979. 97 с.17. Лапин П.И., Сиднева С.В. Оценка перспективности интродукции древесных растений по данным

визуальных наблюдений // Опыт интродукции древесных растений. М., 1973. С. 7-68.18. Зайцев Г.Н. Математическая статистика в экспериментальной ботанике. М., 1984. 424 с.19. Кузнецова Р.С., Костина Н.В. Оценка влияния климатических факторов на прирост липы // Изв. Самар.

науч. центра РАН. 2010. Т. 12, № 1(3). С. 730–733.

References

1. Misnik G.E. Sroki i kharakter tsveteniya derev’ev i kustarnikov [The Timing and Nature of Flowering of Trees and Shrubs]. Kiev, 1976. 215 p.

2. Loginov V.B. K metodike postroeniya chastnykh teoriy introduktsii [By the Construction Method of Subtheories of Introduction]. Teorii i metody introduktsii rasteniy i zelenogo stroitel’stva: materialy resp. konf. [Theories and Methods of Introduction of Plants and Sustainable Building: Proc. Rep. Conf.]. Kiev, 1980, pp. 58–60.

3. Butorova O.F., Shestak K.V. Fenologiya introdutsentov v dendrarii Sibirskogo gosudarstvennogo tekhnologicheskogo universiteta [Phenology of Introduced Plants in the Arboretum of Siberian State Technological University]. Lesnoy zhurnal, 2007, no. 2, pp. 48–53.

4. Varaksin G.S., Klad’ko Yu.V. Osobennosti fenologicheskogo razvitiya lipy melkolistnoy (Tilia cordata Mill.) v razlichnykh ekologicheskikh usloviyakh goroda Krasnoyarska [Features of Phenological Development of Linden (Tilia cordata Mill.) in Different Environmental Conditions of Krasnoyarsk]. Vestnik Krasnoyarskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta [The Bulletin of KrasGAU], 2010, no. 8, pp. 73–77.

5. Sultanova R.R., Khanov D.A. Osobennosti rosta lipy melkolistnoy v usloviyakh gorodskoy sredy [Features of Growth of Linden in the Urban Environment]. Vestnik Bashkirskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta, 2010, no. 1, pp. 52–56.

6. Fedorova A.A. Sostoyanie lipy melkolistnoy (Tilia cordata Mill.) v usloviyakh Severo-Zapada Rossii: avtoref. dis. … kand. biol. nauk [Status of Linden (Tilia cordata Mill.) in the North-West of Russia: Cand. Biol. Sci. Diss. Abs.]. St. Petersburg, 2013. 20 p.

7. Sarsekova D.N. Fenologichekoe razvitie introdutsirovannykh lip v dendrarii AO “Lesnoy pitomnik” Alma-Atinskoy oblasti [Phenological Development of Introduced Linden in the Arboretum of JSC “Forest Nursery” of Almaty Region]. Alma-Ata, 2014, pp. 16–19.

8. Lapin P.I. Sezonnyy ritm razvitiya drevesnykh rasteniy i ego znachenie dlya introduktsii [The Seasonal Rhythm of Woody Plants and Its Significance for the Introduction]. Byulleten’ Glavnogo botanicheskogo sada AN SSSR, 1967, vol. 65, pp. 12–18.

9. Kolesnichenko A.N. Sezonnye ritmy razvitiya drevesnykh introdutsentov [Seasonal Development Rhythms of Introduced Woody Plants]. Okhrana, izuchenie i obogashchenie rastitel’nogo mira [Protection, Study and Enrichment of Flora]. Kiev, 1985, pp. 21–32.

10. Vidyakina A.A., Semenova M.V. Vliyanie zagryazneniya vozdukha na sostoyanie drevesnykh rasteniy g. Tyumen’ [The Impact of Air Pollution on the State of Woody Plants in Tyumen]. Tyumen, 2007. 53 p.

11. Shutilov V.A. Introduktsiya vidov roda klen v Kamyshinskom dendrarii [Introduction of Species of Maple in the Kamyshinsky Arboretum]. Byulleten’ VNII agrolesomelioratsii, 1990, no. 2, pp. 51–54.

БИОЛОГИЯ

65

12. Razumovskiy Yu.V. Vliyanie ekologicheskikh faktorov na rost i razvitie Tilia cordata Mill. v parkovykh nasazhdeniyakh (na primere g. Moskvy): dis. … kand. biol. nauk [The Impact of Environmental Factors on the Growth and Development of Tilia cordata Mill. in Parkland (on the Example of Moscow)]. Moscow, 1992, pp. 85–175.

13. Kishchenko I.T. Rost i razvitie aborigennykh i introdutsirovannykh vidov semeystva Pinaceae Lindl. v usloviyakh Karelii [Growth and Development of Native and Introduced Species of the Family Pinaceae Lindl. in Karelia]. Petrozavodsk, 2000. 211 p.

14. Cherepanov S.K. Sosudistye rasteniya Rossii i sopredel’nykh gosudarstv (v predelakh byvshego SSSR) [Vascular Plants of Russia and Neighboring States (in the Former USSR)]. St. Petersburg, 1995. 992 p.

15. Molchanov A.A., Smirnov V.V. Metodika izucheniya prirosta drevesnykh rasteniy [Method for Studying the Growth of Woody Plants]. Moscow, 1967. 95 p.

16. Bulygin N.E. Fenologicheskie nablyudeniya nad drevesnymi rasteniyami [Phenological Observations of Woody Plants]. Leningrad, 1979. 97 p.

17. Lapin P.I., Sidneva S.V. Otsenka perspektivnosti introduktsii drevesnykh rasteniy po dannym vizual’nykh nablyudeniy [Estimation of Introduction Prospects of Woody Plants According to Visual Observations Data]. Opyt introduktsii drevesnykh rasteniy [Experience of Introduction of Woody Plants]. Moscow, 1973, pp. 7−68.

18. Zaytsev G.N. Matematicheskaya statistika v eksperimental’noy botanike [Mathematical Statistics in Experimental Botany]. Moscow, 1984. 424 p.

19. Kuznetsova R.S., Kostina N.V. Otsenka vliyaniya klimaticheskikh faktorov na prirost lipy [Assessing the Impact of Climatic Factors on Growth of Linden]. Izvestiya Samarskogo nauchnogo tsentra RAN [Proceedings of the Samara Scientific Center of the Russian Academy of Sciences], 2010, vol. 12, no. 1(3), pp. 730–733.

doi: 10.17238/issn2227-6572.2015.4.56

Kishchenko Ivan TarasovichPetrozavodsk State University

Lenin ave., 33, Petrozavodsk, 185640, Russian Federation; e-mail: [email protected], [email protected]

GROWTH AND DEVELOPMENT OF INTRODUCED SPECIES OF TILIA L. (TILIACEAE) IN KARELIA

The studies were conducted in the Botanical Garden of Petrozavodsk State University, located on the northern shore of Petrozavodsk Bay of the Lake Onega (in the middle taiga subzone). Two species of Tilia were considered as the objects of the research: Tilia cordata Mill. and Amur linden Tilia amurensis Rupr. The growth of shoots and leaves of the studied species begins in May, and of Tilia cordata 3 days earlier than of Tilia amurensis. The shoot growth of Tilia amurensis stops 11 days earlier, but the leaves growth stops 19 days later than of Tilia cordata. The length of shoots of Tilia cordata (18.5 cm) is 3 times longer, and the leaf area is 1.5 times smaller (240 mm2) than of Tilia amurensis. The maximum daily growth of shoots of Tilia cordata (19.6 mm) is almost 4 times higher than that of Tilia amurensis. As for the leaves these differences are absent. The positive dependence of intensity of shoot growth and leaves on the dynamics of temperature and solar radiation is revealed. The development of the vegetative phase of Tilia cordata is faster than that of Tilia amurensis, indicating its greater adaptation to the new conditions of the area of introduction. The reason is that Tilia cordata needs much lesser amount of positive temperatures to start the growth of shoots and leaves than Tilia amurensis. Stopping the growth of these species is due to their photoperiod, the value of which is fixed genetically. The highest degree of promising introductions (71 points) is specific for Tilia cordata. This fact allows us to recommend it for landscaping work in the taiga zone.

Keywords: Tilia cordata, Tilia amurensis, introduced species in Karelia.


66

УДК 582.536.15-114:504.45.054-034

КрЫлова елена ГеннадьевнаИнститут биологии внутренних вод имени И.Д. Папанина РАН адрес: 152742, Ярославская область, Некоузский район, пос. Борок; e-mail: [email protected]

лаПиров александр ГригорьевичИнститут биологии внутренних вод имени И.Д. Папанина РАНадрес: 152742, Ярославская область, Некоузский район, пос. Борок; e-mail: [email protected]

бердниК Ксения александровнаСанкт-Петербургский государственный университет адрес: 199034, Санкт-Петербург, Университетская наб. д. 7–9; e-mail: [email protected]

уСтойЧивоСтЬ наЧалЬнЫХ ЭтаПов онтоГенеЗа BIDENS CERNUA (ASTERACEAE) К дейСтвиЮ аЦетатов ниКелЯ и Меди

Некоторые тяжелые металлы, в т. ч. никель и медь, в микродозах жизненно необходимы, однако если концентрация их доступных форм превышает определенные пределы, они оказывают отрицательное вли-яние на развитие растений. Ответная реакция растений при их действии на наиболее важные и уязвимые начальные этапы онтогенеза представляет особый интерес. В статье приведены результаты изучения влия-ния ацетатов никеля и меди в концентрациях 1–1000 мг/л на прорастание семянок и начальные этапы раз-вития проростков гигрофита Bidens cernua. В ходе эксперимента мы доказали устойчивость прорастания семянок к действию изученных солей, т. к. они не вызывали полного угнетения процесса прорастания и предела токсичности для них не выявлено. Определили пороговые концентрации, при которых начинает проявляться токсическое действие исследованных солей: для ацетата никеля – 25 мг/л, для ацетата меди – 50 мг/л. При высоких концентрациях (500–1000 мг/л) ацетат меди токсичнее ацетата никеля, о чем сви-детельствуют значительное уменьшение лабораторной всхожести и изменения в характере прорастания. После проклевывания корешком покровов семянок, развитие проростков наблюдалось в растворах с кон-центрациями 1–25 мг/л ацетата никеля и 1–100 мг/л ацетата меди. При этом угнетение онтогенетического развития растений происходило при более низких концентрациях ацетата никеля (10–25 мг/л), чем ацетата меди (50–100 мг/л). Между тем оба металла угнетали развитие главного корня, достоверно уменьшали раз-меры придаточных корней и гипокотиля, вызывали изменение окраски семядолей. Снижение содержания хлорофилла в листьях проявлялось в виде хлорозов. В целом рост надземной части оказался более устой-чивым к действию ацетатов (особенно ацетата меди) по сравнению с ростом главного корня.

Ключевые слова: Bidens cernua, ацетат никеля, ацетат меди, прорастание семян, развитие про-ростков.

© Крылова Е.Г., Лапиров А.Г., Бердник К.А., 2015

БИОЛОГИЯ

doi: 10.17238/issn2227-6572.2015.4.66

67

Крылова Е.Г. и др. Устойчивость начальных этапов онтогенеза Bidens cernua...

Изучению влияния тяжелых металлов (ТМ) на водные организмы в последнее время уде-ляется большое внимание. Однако работ, по-священных их действию на начальные этапы онтогенеза высших водных растений, крайне мало. Подобные исследования позволили бы выявить виды, которые можно рекомендовать к использованию в качестве тест-объектов. Ра-нее мы показали, что именно гигрофиты чув-ствительны к ТМ [1–3]. Ярко выраженная ги-грофильность Bidens cernua L., сопряженная с приживанием проростков на хорошо увлажнен-ном субстрате, в совокупности с высокой пла-стичностью репродуктивной сферы, связанной со способностью изменять число и размеры семянок в соцветии, делает этот вид интерес-ным в токсикологических исследованиях [4, 5]. Именно поэтому мы постоянно выбираем Bidens cernua в качестве объекта исследований [6–9].

В течение последних десятилетий медь и никель стали одними из самых опасных за-грязнителей биоты [10, 11]. В то же время Cu и Ni – незаменимые микроэлементы для высших растений [12], которые являются токсичными для них в высоких концентрациях [13]. Хотя никель не играет такой существенной роли в метаболизме, как медь, но при его отсутствии некоторые растения не могут завершить свой жизненный цикл [13].

Имеются данные, указывающие на то, что степень окисления основного элемента аниона может влиять на токсичность солей ТМ. Ранее в экспериментах мы использовали неоргани-ческие соли ТМ (сульфаты и хлориды никеля и меди). Целью настоящей работы было выяв-ление устойчивости начальных этапов онтоге-неза B. cernua к действию органических солей (ацетатов никеля и меди) для определения их степени токсичности.

Материалы и методы. Семянки B. cernua собирали в окрестностях пос. Некоуз Ярос-лавской области в сентябре 2013 года. Ме-тодика постановки эксперимента описана в [6]. В эксперименте использовали растворы Ni(CH3COO)2∙4H2O и Cu(CH3COO)2∙2H2O в раз-

ных концентрациях (1, 10, 25, 50, 100, 250, 500, 750 и 1000 мг/л). По окончании опыта брали по 30 проростков из 4 вариантов: контроль, 1, 10 и 25 мг/л – для ацетата никеля, и из 6 вариан-тов: контроль, 1, 10, 25, 50 и 100 – для ацетата меди, и измеряли у них морфометрические по-казатели. При этом все растения мы разделили на группы по признакам выделения онтогене-тических состояний [14]: 1-я группа – растения с 2 зелеными семядольными листьями; 2-я – с 2 зелеными семядольными и 1 парой средин-ных ассимилирующих листьев; 3-я – с 2 зеле-ными семядольными и 2 парами срединных ассимилирующих листьев.

Данные представили в виде средних и их стандартных отклонений и обработали с при-менением t-критерия (критерия Стьюдента) при p > 0,05.

Результаты и обсуждение. Семянки в эксперименте с ацетатом никеля прорастали практически одновременно: лаг-время имело близкое значение во всех вариантах, что сви-детельствует об их нормальном дозревании и способности к прорастанию (табл. 1).

Таблица 1

ОСНОВНыЕ ПОКАЗАТЕЛИ ПРОРАСТАНИЯ СЕМЯНОК BIDENS CERNUA

ПРИ РАЗЛИчНых КОНЦЕНТРАЦИЯх РАСТВОРОВ АЦЕТАТА НИКЕЛЯ

Вариант опыта,

мг/л

Лаг-время, сут

Период прорастания,

сут

Лабораторная всхожесть,

%Контроль 2 5 95,6 ± 5,1

1 2 8 92,2 ± 8,410 2 7 77,8 ± 20,425 2 6 85,6 ± 3,8*50 2 5 83,3 ± 3,3*100 2 6 66,7 ± 6,7*250 2 5 55,6 ± 1,9*500 3 6 44,4 ± 8,4*750 3 3 25,6 ± 18,4*1000 3 4 35,6 ± 1,9*

Примечание: * – различия с контролем значимы.

68

Увеличение периода прорастания наблю-дали при низких концентрациях (1–10 мг/л), уменьшение – при высоких (750–1000 мг/л). Изменение длительности периода прорастания свидетельствует о влиянии ТМ на начальные этапы прорастания при набухании семян. При 25 мг/л и выше отмечали значимое уменьшение лабораторной всхожести по сравнению с кон-трольными значениями (уровень значимости 0,95). Выявленная закономерность показывает постепенное угнетение процесса прорастания при возрастании концентрации исследуемой соли.

Данные по динамике прорастания пока-зали, что основная масса семянок B. cernua в контрольном варианте и при концентрациях 1–50, 500–1000 мг/л проросла к 5-м суткам, при 100–250 мг/л – к 7-м. Однако при этом не отмечено различий в характере прорастания, а количество проросших семянок оказалось наи-большим в контрольном варианте. Несмотря на изменения в некоторых показателях, предела токсичности ацетата никеля для прорастания семянок B. cernua не выявлено. Ускорение про-растания при 25 и 50 мг/л, возможно, связано с активацией механизмов защиты и детоксика-ции ТМ [15].

При прорастании семянок в опытных рас-творах ацетата меди лаг-время не отличалось от контрольных показателей (табл. 2).

Изменения продолжительности периода прорастания подобны выявленным при дей-ствии ацетата никеля. Однако значимое умень-шение лабораторной всхожести отмечали при более высоких концентрациях (100 мг/л и выше, уровень значимости 0,95).

И, хотя изменение динамики прорастания сходно, при концентрациях 250–1000 мг/л ацетата меди выявлены отличия от контроль-ного варианта в ее характере. При 1–10 мг/л отмечено превышение контрольных значений количества проросших семянок. Наши данные подтверждают имеющиеся в литературе сведе-ния о стимуляции прорастания семян низкими концентрациями ТМ [16]. Несмотря на измене-ния в некоторых показателях, предела токсич-

ности ацетата меди для прорастания семянок B. cernua также не выявлено.

Результаты эксперимента позволяют пред-положить, что ацетат меди токсичнее ацетата никеля для прорастания семянок исследован-ного вида при высоких концентрациях (500–1000 мг/л), о чем свидетельствуют значитель-ное уменьшение лабораторной всхожести и изменения в характере прорастания. Экспери-ментально доказано, что полного угнетения прорастания семянок изученного вида ацетаты никеля и меди в исследованных концентрациях не вызывают.

При сравнении действия ацетатов никеля и меди с хлоридами этих ТМ можно однознач-но сделать вывод, что ацетаты токсичнее хло-ридов. Хлорид никеля не вызывал значимого уменьшения лабораторной всхожести, а хло-рид меди значимо уменьшал ее при концентра-циях 100–1000 мг/л примерно в 2 раза (уровень значимости 0,95) [6]. Следует также отметить, что в обоих случаях соли меди токсичнее солей никеля. Медь, обладая средней степенью по-глощения, вызывает нарушение мембранных барьеров клетки, что, возможно, служит при-

Таблица 2

ОСНОВНыЕ ПОКАЗАТЕЛИ ПРОРАСТАНИЯ СЕМЯНОК BIDENS CERNUA ПРИ РАЗЛИчНых

КОНЦЕНТРАЦИЯх РАСТВОРОВ АЦЕТАТА МЕДИ

Вариант опыта,

мг/л

Лаг-время, сут

Период прорастания,

сут

Лабораторнаявсхожесть,

%

Контроль 2 5 95,6 ± 5,11 2 4 97,8 ± 3,810 2 4 97,8 ± 3,825 2 10 94,4 ± 5,150 2 6 87,8 ± 3,8*100 2 7 86,7 ± 3,3*250 2 6 52,2 ± 6,9*500 2 3 41,1 ± 6,9*750 2 3 16,7 ± 3,3*1000 2 3 15,6 ± 1,9*

Примечание: * – различия с контролем значимы.

БИОЛОГИЯ

69

чиной большего токсического эффекта по срав-нению с никелем [17].

После проклевывания корешком покро-вов семянок ткани и органы проростков всту-пают в непосредственный контакт с ТМ. При действии ацетата никеля развитие проростков B. cernua наблюдали при концентрациях 1–25 мг/л. В конце эксперимента в контроль-ном варианте отмечали 2 группы растений, из них 81 % принадлежал к 1-й группе и 19 % – ко 2-й. Зеленые семядольные листья появились на 3-и, а срединные – на 13-е сутки. Все растения имели хорошо развитый главный корень дли-ной до 50 мм и гипокотиль. У 70 % растений отмечали 2–3 придаточных корня длиной до 14 мм (табл. 3).

При концентрациях 1 и 10 мг/л развивались растения как 1-й (35 и 86 % соответственно), так и 2-й (65 и 14 %) группы, при 25 мг/л – рас-тения только 1-й группы. Т. е. ацетат никеля при 1 мг/л стимулировал онтогенетическое раз-витие растений, при 10–25 мг/л – угнетал его. Подобный эффект низких концентраций ТМ

(1 мг/л), возможно, связан с активацией кле-точного деления и увеличением размеров кле-ток. При концентрациях 1–25 мг/л отмечали значимое снижение по сравнению с контроль-ными значениями длины главного корня, при 10 мг/л – длины придаточных корней, при 25 мг/л – длины гипокотиля. При 25 мг/л не развивались придаточные корни и настоящие листья. Остальные показатели достоверных различий с контролем не имели. У всех рас-тений при 10–25 мг/л некроз затронул кончик главного корня, при 10 и 25 мг/л отмечали точечный некроз семядольных листьев, при 25 мг/л семядоли имели окраску меньшей ин-тенсивности. При 50 мг/л у единичных про-ростков наблюдали появление из покровов

семянки главного корня (длиной 2 мм) и ча-сти гипокотиля, а также маленьких семядоль-ных листьев, некротированных к 7-м суткам. При 100–1000 мг/л развития растений не от-мечено. При 50–1000 мг/л на 5-е сутки участ-ки главного корня были полностью некроти-рованы.

Таблица 3

ИЗМЕНЕНИЕ МОРФОМЕТРИчЕСКИх ПОКАЗАТЕЛЕй BIDENS CERNUA ПОД ВЛИЯНИЕМ РАСТВОРОВ АЦЕТАТА НИКЕЛЯ РАЗЛИчНых КОНЦЕНТРАЦИй

Морфометрический показатель КонтрольКонцентрация ацетата никеля, мг/л

1 10 25

Длина главного корня, мм 47,8 ± 13,2 21,0 ± 7,2* 2,2 ± 0,7* 1,0 ± 0,2*

Длина гипокотиля, мм 20,1 ± 4,2 20,2 ± 2,4 15,3 ± 2,4 4,2 ± 1,2*

Длина семядольных листьев, мм 4,7 ± 0,6 4,4 ± 0,5 4,6 ± 0,4 4,3 ± 0,4

Ширина семядольных листьев, мм 2,5 ± 0,4 2,5 ± 0,4 2,4 ± 0,4 2,2 ± 0,3

Длина эпикотиля, мм 1,1 ± 0,8 0,9 ± 0,5 0,7 ± 0,4 –

Длина 1-го настоящего листа, мм 1,2 ± 0,5 1,1 ± 0,2 0,9 ± 0,1 –

Количество придаточных корней, шт. 2,4 ± 0,9 2,3 ± 0,7 1,3 ± 0,5 –

Длина придаточных корней, мм 8,0 ± 6,7 3,6 ± 2,8 0,3 ± 0,1* –

Примечание: * – различия с контролем значимы; прочерк означает отсутствие данных.


70

В растворах ацетата меди развитие про-ростков наблюдали при концентрациях 1– 100 мг/л (табл. 4).

При 1 мг/л наблюдали 11 % растений 1-й группы, 89 % – 2-й; при 10 и 25 мг/л – 7 % 1-й группы и 93 % 2-й; при 50 мг/л – 33 % 1-й группы и 67 % – 2-й, при 100 мг/л отме-чены растения только 1-й группы. Т. е. раство-ры ацетата меди при 1–25 мг/л стимулировали онтогенетическое развитие растений, при 50– 100 мг/л – угнетали его. При 10–100 мг/л отме-чали достоверное уменьшение длины главного корня и гипокотиля, при 10 мг/л – количества придаточных корней, при 25 и 50 мг/л – их дли-ны, при 50 и 100 мг/л – длины семядольных ли-стьев, при 100 мг/л – их ширины. Остальные показатели достоверных различий с контролем не имели. Необходимо отметить, что концен-трация 1 мг/л (в отличие от ацетата никеля) не оказывала токсического воздействия на разви-тие проростков: все морфометрические показа-тели сходны с контрольными значениями. При

10–100 мг/л некроз кончиков корней начинался уже на 4-е сутки, в это же время при 25 мг/л отмечали небольшое изменение интенсивно-сти окраски семядолей. Появившиеся при 50–100 мг/л семядоли значительно отличались по окраске от контрольного варианта. К 8-м сут-кам при 50–1000 мг/л участки главного корня были некротированы полностью. Некроза се-мядолей ни в одном из вариантов не отмечали.

Таким образом, анализ полученных данных показал, что ацетаты обоих металлов значи-тельно угнетали развитие главного корня при разных концентрациях: ацетат никеля – при 1–25 мг/л, ацетат меди – при 10–100 мг/л. Кро-ме того, наблюдалось достоверное снижение длины придаточных корней при 10 мг/л (аце-тат никеля) и 25–50 мг/л (ацетат меди). При этом количество придаточных корней значи-мо возрастало по сравнению с контролем при действии ацетата меди в концентрациях 10 и 25 мг/л. По-видимому, защитной реакцией, проявляющейся в увеличении общей площа-

Таблица 4

ИЗМЕНЕНИЕ МОРФОМЕТРИчЕСКИх ПОКАЗАТЕЛЕй BIDENS CERNUA ПОД ВЛИЯНИЕМ РАСТВОРОВ АЦЕТАТА МЕДИ РАЗЛИчНых КОНЦЕНТРАЦИй

Морфометрический показатель Контроль

Концентрации ацетата меди, мг/л

1 10 25 50 100

Длина главного корня, мм 47,8 ± 13,2 40,5 ± 11,8 0,7 ± 0,2* 0,4 ± 0,1* 0,4 ± 0,1* 0,3 ± 0,1*Длина гипокотиля, мм 20,1 ± 4,2 19,7 ± 2,8 12,9 ± 2,9* 10,4 ± 1,9* 3,8 ± 1,4* 1,7 ± 0,6*Длина семядольных листьев, мм 4,7 ± 0,6 4,5 ± 0,4 4,3 ± 0,4 4,1 ± 0,3 3,5 ± 0,5* 3,0 ± 0,4*

Ширина семядольных листьев, мм 2,5 ± 0,4 2,3 ± 0,4 2,3 ± 0,3 2,1 ± 0,3 1,9 ± 0,3 1,7 ± 0,2*

Длина эпикотиля, мм 1,1 ± 0,8 1,4 ± 0,8 1,2 ± 0,7 0,5 ± 0,4 0,4 ± 0,2 –Длина 1-го настоящего листа, мм 1,3 ± 0,5 1,1 ± 0,2 1,3 ± 0,5 1,0 ± 0,3 0,8 ± 0,2 –

Количество придаточных корней 2,4 ± 0,8 2,7 ± 1,2 4,8 ± 0,7* 4,1 ± 1,0 2,5 ± 0,9 –

Длина придаточных корней, мм 8,0 ± 6,8 8,1 ± 5,6 1,5 ± 1,2 0,7 ± 0,6* 0,3 ± 0,1* –

Примечание: *– различия с контролем значимы; прочерк означает отсутствие данных.

БИОЛОГИЯ

71

ди корневой системы, проростки уменьшали токсическое влияние ацетатов. На гипокотиль большее токсическое действие оказывал ацетат никеля, стимуляции эпикотиля не отмечали. Снижение содержания хлорофилла в листьях проявлялось в виде хлорозов (изменения окра-ски) из-за недостатка железа и магния, а также ингибирования синтеза хлорофилла. Токсиче-ское действие ТМ на ряд других метаболиче-ских процессов может усиливать их прямое влияние на фотосинтез. Следует отметить, что рост надземной части оказался более устойчи-вым к действию ацетатов (особенно ацетата меди) по сравнению с ростом главного корня. Корень является барьером на пути поступле-ния ТМ в надземные органы. При повышении концентрации защитные барьеры испытывают токсическое воздействие и не справляются со своей задачей [18, 19]. В целом же для развития проростков ацетат меди менее токсичен, чем ацетат никеля.

Сравнение действия ацетатов и хлоридов никеля и меди на развитие проростков не дает однозначного ответа о том, что токсичнее. Так, ацетат никеля токсичнее его хлорида, но токси-ческое действие проявлялось по-разному. Хло-рид никеля в концентрации 1 мг/л значительно угнетал развитие проростков, однако повыше-ние его концентрации до 25 мг/л стимулировало онтогенетическое развитие. В случае действия ацетата никеля угнетение шло постепенно и к концу эксперимента проявилось в большей степени. Хлорид меди токсичнее ацетата, при его действии развитие проростков наблюдали лишь при концентрациях 1–25 мг/л. Действие

обеих солей происходило постепенно. Из на-ших экспериментов следует, что, по-видимому, для токсического действия солей важны оба иона, как считал Mathews [цит. по: 20]. Для подтверждения этого необходимо провести по-добные исследования для других видов водных и прибрежно-водных растений.

Выводы. Исследование влияния ацетатов никеля и меди (1–1000 мг/л) на прорастание се-мянок и начальные этапы развития проростков B. cernua позволило сделать следующие выводы:

1) предела токсичности изученных солей ТМ для прорастания семянок не выявлено, что позволяет говорить об их высокой устой-чивости;

2) ацетат меди токсичнее ацетата никеля для прорастания семянок при высоких концен-трациях (500–1000 мг/л), о чем свидетельству-ют значительное уменьшение лабораторной всхожести и изменения в характере прораста-ния;

3) ацетат никеля токсичнее ацетата меди для развития проростков. При действии перво-го проростки развивались при 1–25 мг/л, при действии второго – при 1–100 мг/л. Оба метал-ла угнетали развитие главного корня, досто-верно снижали размеры придаточных корней и гипокотиля, вызывали изменение окраски семядолей;

4) действие на прорастание семянок аце-татов никеля и меди токсичнее, чем хлоридов этих металлов. Однозначного ответа при срав-нении их влияния на развитие проростков дать нельзя. Для объяснения этого требуются даль-нейшие исследования.


1. Крылова Е.Г. Влияние солей никеля, меди и цинка на прорастание семян и начальные этапы онтогенеза поручейника широколистного (Sium latifolium L.) и камыша лесного (Scirpus sylvaticus L.) // Биология внутренних вод. 2011. № 4. С. 72–78.

2. Крылова Е.Г. Влияние сульфатов никеля и меди на начальные этапы онтогенеза представителей рода Scirpus (Cyperaceae) // Токсикол. вестн. 2012. № 6. С. 39–42.

3. Крылова Е.Г. Влияние различных концентраций сульфата никеля на прорастание семян Lysimachia vulgaris (Primulaceae) // Растит. ресурсы. 2013. Т. 49, вып. 3. С. 390–394.


72

4. Марков М.В., Ключникова Н.М. Гетерокарпия и некоторые другие биологические особенности популяционной биологии двух видов из рода Bidens L. (Compositae) // Бюл. Моск. о-ва испытателей природы. Отд. биол. 1994. Т. 99, вып. 1. С. 89–94.

5. Brändel M. The Role of Temperature in the Regulation of Dormancy and Germination of Two Related Summer-annual Mudflat Species // Aquatic Botany. 2004. Vol. 79. P. 15–32.

6. Крылова Е.Г., Бердник К.А., Лапиров А.Г. Влияние хлоридов никеля и меди на начальные этапы онтогенеза Bidens cernua (Asteraceae) // Растит. ресурсы. 2014. Т. 50, вып. 2. С. 227–235.

7. Крылова Е.Г., Васильева Н.В. Прорастание семян и развитие проростков представителей рода Bidens (Asteraceae) в растворах сульфата меди // Вестн. Томск. гос. ун-та. 2011. № 352. С. 207–210.

8. Крылова Е.Г., Васильева Н.В. Действие сульфата никеля на начальные этапы онтогенеза растений трех видов рода Bidens (Asteraceae) // Растит. ресурсы. 2011. Т. 47, вып. 1. С. 65–71.

9. Лапиров А.Г. Влияние некоторых тяжелых металлов на прорастание семян и развитие проростков Alisma plantago-aquatica (Alismataceae) и Bidens tripartita (Asteraceae) // Растит. ресурсы. 2008. Вып. 4. С. 98–106.

10. Yusuf M., Fariduddin Q., Hayat S., Ahmad A. Nickel: an Overview of Uptake, Essentiality and Toxicity in Plants // Bull. Environ. Contam. Toxicol. 2011. Vol. 86, iss. 1. P. 1–17.

11. Иванов Ю.В., Савочкин Ю.В., Шумейко Е.В., Кузнецов Вл.В. Реализация раннего этапа онтогенеза сосны обыкновенной на фоне токсичных концентраций ионов меди // Вестн. Томск. гос. ун-та. Биология. 2013. № 1(21). С. 103–117.

12. Hänsch R., Mendel R.R. Physiological functions of mineral micronutrients (Cu, Zn, Mn, Fe, Ni, Mo, B, Cl) // Current Opinion in Plant Biology. 2009. Vol. 12, iss. 3. P. 259–266.

13. Серегин И.В., Кожевникова А.Д. Физиологическая роль никеля и его токсическое действие на высшие растения // Физиология растений. 2006. Т. 53, № 2. С. 285–308.

14. Марков М.В., Ключникова Н.М. Биологическая флора Московской области. Вып. 13. М., 1997. 237 с. 15. Розенцвет О.А., Мурзаева С.В., Гущина И.А. Аккумуляция меди и ее влияние на метаболизм белков,

липидов и фотосинтетических пигментов в листьях Potamogeton perfoliatus L. // Изв. Самар. науч. центра РАН. 2003. Т. 5, № 2. С. 305–311.

16. Алексеева-Попова Н.В. Устойчивость к тяжелым металлам дикорастущих видов. Л., 1991. 214 с.17. Демидчик В.В., Соколик А.И., Юрин В.М. Токсичность избытка меди и толерантность к нему растений //

Успехи соврем. биологии. 2001. Т. 121, № 5. C. 511–525.18. Нестерова А.Н. Действие тяжелых металлов на корни растений // Биол. науки. 1989. Вып. 9(309).

С. 72–86. 19. Титов А.Ф., Таланова В.В., Лайдинен Г.Ф., Казнина Н.М. Влияние тяжелых металлов на растения:

эколого-физиологические аспекты // Наземные и водные экосистемы Северной Европы: Управление и охрана. Петрозаводск, 2003. С. 152–157.

20. Левина Э.М. Общая токсикология металлов. М., 1972. 184 с.

References

1. Krylova E.G. Vliyanie soley nikelya, medi i tsinka na prorastanie semyan i nachal’nye etapy ontogeneza porucheynika shirokolistnogo (Sium latifolium L.) i kamysha lesnogo (Scirpus sylvaticus L.) [Influence of Nickel, Copper and Zinc Salts on Seed Germination and the Initial Stages of Ontogenesis of Water Parsnip (Sium latifolium L.) and Woodland Bulrush (Scirpus sylvaticus L.)]. Biologiya vnutrennikh vod [Inland Water Biology], 2011, no. 4, pp. 72–78.

2. Krylova E.G. Vliyanie sul’fatov nikelya i medi na nachal’nye etapy ontogeneza predstaviteley roda Scirpus (Cyperaceae) [Effect of Nickel and Copper Sulfate at the Initial Stages of Ontogenesis of the Genus Scirpus (Cyperaceae) Species]. Toksikologicheskiy vestnik [Toxicological Review], 2012, no. 6, pp. 39–42.

3. Krylova E.G. Vliyanie razlichnykh kontsentratsiy sul’fata nikelya na prorastanie semyan Lysimachia vulgaris (Primulaceae) [The Effect of Different Concentrations of Nickel Sulfate on the Seed Germination of Lysimachia vulgaris (Primulaceae)]. Rastitel’nye resursy, 2013, vol. 49, no. 3, pp. 390–394.

4. Markov M.V., Klyuchnikova N.M. Geterokarpiya i nekotorye drugie biologicheskie osobennosti populyatsionnoy biologii dvukh vidov iz roda Bidens L. (Compositae) [Heterocarpy and Some Other Biological Features of Population Biology of Two Species of the Bidens L. (Compositae) Genus]. Byullyuten’ Moskovskogo obshchestva ispytateley prirody. Otdel biologii [Bulletin of Moscow Society of Naturalists. Biological Series], 1994, vol. 99, no. 1, pp. 89–94.

БИОЛОГИЯ

73

5. Brändel M. The Role of Temperature in the Regulation of Dormancy and Germination of Two Related Summer-Annual Mudflat Species. Aquatic Botany, 2004, vol. 79, pp. 15–32.

6. Krylova E.G., Berdnik K.A., Lapirov A.G. Vliyanie khloridov nikelya i medi na nachal’nye etapy ontogeneza Bidens cernua (Asteraceae) [Influence of Nickel and Copper Chlorides in the Initial Stages of Ontogenesis of Bidens cernua (Asteraceae)]. Rastitel’nye resursy, 2014, vol. 50, no. 2, pp. 227–235.

7. Krylova E.G., Vasil’eva N.V. Prorastanie semyan i razvitie prorostkov predstaviteley roda Bidens (Asteraceae) v rastvorakh sul’fata medi [Seed Germination and Seedling Development of the Genus Bidens (Asteraceae) Species in a Copper Sulfate Solution]. Vestnik Tomskogo gosudarstvennogo universiteta [Tomsk State University Journal], 2011, no. 352, pp. 207–210.

8. Krylova E.G., Vasil’eva N.V. Deystvie sul’fata nikelya na nachal’nye etapy ontogeneza rasteniy trekh vidov roda Bidens (Asteraceae) [Effect of Nickel Sulphate on the Initial Stages of Plant Ontogenesis of Three Species of the Genus Bidens (Asteraceae)]. Rastitel’nye resursy, 2011, vol. 47, no. 1, pp. 65–71.

9. Lapirov A.G. Vliyanie nekotorykh tyazhelykh metallov na prorastanie semyan i razvitie prorostkov Alisma plantago-aquatica (Alismataceae) i Bidens tripartita (Asteraceae) [Influence of Some Heavy Metals on Seed Germination and Seedling Development of Alisma plantago-aquatica (Alismataceae) and Bidens tripartita (Asteraceae)]. Rastitel’nye resursy, 2008, no. 4, pp. 98–106.

10. Yusuf M., Fariduddin Q., Hayat S., Ahmad A. Nickel: an Overview of Uptake, Essentiality and Toxicity in Plants. Bull. Environ. Contam. Toxicol., 2011, vol. 86, iss. 1, pp. 1–17.

11. Ivanov Yu.V., Savochkin Yu.V., Shumeyko E.V., Kuznetsov Vl.V. Realizatsiya rannego etapa ontogeneza sosny obyknovennoy na fone toksichnykh kontsentratsiy ionov medi [The Implementation of the Early Stage of Ontogenesis of Scots Pine on the Background of Toxic Concentrations of Copper Ions]. Vestnik Tomskogo gosudarstvennogo universiteta. Biologiya [Tomsk State University Journal. Biology], 2013, no. 1(21), pp. 103–117.

12. Hänsch R., Mendel R.R. Physiological Functions of Mineral Micronutrients (Cu, Zn, Mn, Fe, Ni, Mo, B, Cl). Current Opinion in Plant Biology, 2009, vol. 12, iss. 3, pp. 259–266.

13. Seregin I.V., Kozhevnikova A.D. Fiziologicheskaya rol’ nikelya i ego toksicheskoe deystvie na vysshie rasteniya [Physiological Role of Nickel and Its Toxic Effect on the Higher Plants]. Fiziologiya rasteniy, 2006, vol. 53, no. 2, pp. 285–308.

14. Markov M.V., Klyuchnikova N.M. Biologicheskaya flora Moskovskoy oblasti [The Biological Flora of Moscow Region]. Moscow, 1997, no. 13. 237 p.

15. Rozentsvet O.A., Murzaeva S.V., Gushchina I.A. Akkumulyatsiya medi i ee vliyanie na metabolizm belkov, lipidov i fotosinteticheskikh pigmentov v list’yakh Potamogeton perfoliatus L. [Accumulation of Copper and Its Effect on the Metabolism of Proteins, Lipids and Photosynthetic Pigments in the Leaves of Potamogeton perfoliatus L.]. Izvestiya Samarskogo nauchnogo tsentra RAN [Proceedings of the Samara Scientific Center of the Russian Academy of Sciences], 2003, vol. 5, no. 2, pp. 305–311.

16. Alekseeva-Popova N.V. Ustoychivost’ k tyazhelym metallam dikorastushchikh vidov [Resistance of Wild Species to the Heavy Metals]. Leningrad, 1991. 214 p.

17. Demidchik V.V., Sokolik A.I., Yurin V.M. Toksichnost’ izbytka medi i tolerantnost’ k nemu rasteniy [The Excess Copper Toxicity and Plant Tolerance]. Uspekhi sovremennoy biologii [Biology Bulletin Reviews], 2001, vol. 121, no. 5, pp. 511–525.

18. Nesterova A.N. Deystvie tyazhelykh metallov na korni rasteniy [The Effect of the Heavy Metals on the Roots of Plants]. Biologicheskie nauki, 1989, no. 9(309), pp. 72–86.

19. Titov A.F., Talanova V.V., Laydinen G.F., Kaznina N.M. Vliyanie tyazhelykh metallov na rasteniya: ekologo-fiziologicheskie aspekty [The Impact of the Heavy Metals on Plants: Ecological and Physiological Aspects]. Nazemnye i vodnye ekosistemy Severnoy Evropy: Upravlenie i okhrana [Terrestrial and Aquatic Ecosystems of the Northern Europe: Management and Protection]. Petrozavodsk, 2003, pp. 152–157.

20. Levina E.M. Obshchaya toksikologiya metallov [General Toxicology of Metals]. Moscow, 1972. 184 p.


74

doi: 10.17238/issn2227-6572.2015.4.66

Krylova Elena Gennad’evnaI.D. Papanin Institute for Biology of Inland Waters of the Russian Academy of Sciences

Borok settl., Nekouz district, Yaroslavl region, 152742, Russian Federation; e-mail: [email protected]

Lapirov Aleksandr Grigor’evichI.D. Papanin Institute for Biology of Inland Waters of the Russian Academy of Sciences

Borok settl., Nekouz district, Yaroslavl region, 152742, Russian Federation;e-mail: [email protected]

Berdnik Kseniya Aleksandrovna Saint Petersburg State University

Universitetskaya nab., 7–9, St. Petersburg, 199034, Russian Federation;e-mail: [email protected]

STABLE INITIAL STAGES OF ONTOGENESIS OF BIDENS CERNUA (ASTERACEAE) TO THE EFFECT OF NICKEL AND COPPER ACETATES

Micro dozes of some heavy metals, including nickel and copper, are vital. However, they have a negative effect on the development of plants if the concentration of their available forms exceeds a certain limit. The plant response at their effect on the most important and sensitive initial stages of ontogeny is of particular interest. The article presents the results of studying the effect of nickel and copper acetates in concentrations of 1–1000 mg/l on the germination of achenes and the initial stages of the seedling development of a hygrophyte Bidens cernua. The experiment proved the resistance of the achene germination to the effect of the studied salts, as they did not cause a complete inhibition of the germination and the toxicity limit was not identified for it. Threshold concentrations at which a toxic effect of the investigated salts appeared were determined: for nickel acetate – 25 mg/l, for copper acetate – 50 mg/l. At high concentrations (500–1000 mg/l) copper acetate was more toxic than nickel acetate. This fact is proved out by a significant decrease of the laboratory germination and changes in the germination behavior. After the root emergence through the achene covers, the seedling development was observed in the solutions with concentrations of 1–25 mg/l of nickel acetate and 1–100 mg/l of copper acetate. Thus, the inhibition of the ontogenetic development of plants was observed at lower concentrations of nickel acetate (10–25 mg/l) in comparison with copper acetate (50–100 mg/l). Meanwhile, both metals inhibited the development of the main root, significantly reduced the sizes of adventitious roots and hypocotyl, and caused a color change of the cotyledons. Decreasing the chlorophyll content in the leaves appeared in the form of chlorosis. The herb growth was more resistant to the effect of acetates (especially, of copper acetate) in comparison with the growth of the main root.

Keywords: Bidens cernua, nickel acetate, copper acetate, seed germination, seedling development.

БИОЛОГИЯ

75

Наквасина Е.Н., Голубева Л.В. Идентификация постагрогенных лесов в НП «Кенозерский»

© Наквасина Е.Н., Голубева Л.В., 2015

УДК 630*261

наКваСина елена николаевнаСеверный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносоваадрес: 163002, г. Архангельск, наб. Сев. Двины, д. 17; e-mail: [email protected]

Голубева любовь владимировнаАрхангельский педагогический колледжадрес: 163002, г. Архангельск, ул. Смольный Буян, д. 5;Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносоваадрес: 163002, г. Архангельск, наб. Сев. Двины, д. 17; e-mail: [email protected]

идентиФиКаЦиЯ ПоСтаГроГеннЫХ леСов в наЦионалЬноМ ПарКе «КеноЗерСКий»

Для лесов национального парка «Кенозерский» (Архангельская область) характерно чередование раз-новозрастных естественных и постагрогенных насаждений, что обусловлено плотностью заселения и ак-тивностью освоения территории подсечно-огневым земледелием начиная с XI века. Напочвенный покров спелых постагрогенных лесов сохраняет признаки пахотного состояния, восстановление типичных для таежной зоны почв не происходит. Напочвенный покров имеет сложное эколого-ценотическое строение, связанное с незавершенным процессом смены стадии зарастания залежей с луговой на лесную, что требует особых классификационных подходов при типизации лесов. Почвы постагрогенных лесов также сохра-нили все признаки пахотного состояния. Несмотря на длительный период постагрогенной ремедиации и формирование на них типичных таежных биогеоценозов, восстановление естественных зональных почв не наблюдалось. Признаки современного оподзоливания проявляются только на возвышенных местах. На залежах произрастают высокополнотные чистые одноярусные сосновые или березовые древостои, кото-рые на 1 класс бонитета выше естественных насаждений на нативной почве. Их особенностью является разреженность древостоя, число деревьев к возрасту спелости составляет менее 50 % от количества насаж-дений, формирующихся в естественных условиях местообитаний. Но даже с такой густотой они соответ-ствуют по запасу обычным насаждениям того же возраста. Хвойный подрост в постагрогенных лесах, как правило, отсутствует. Радиальный прирост сосны значительно усиливается, что приводит к увеличению ширины годичных колец, показатели которых значительно превышают средние данные по породе для ре-гиона. Базисная плотность древесины сосны на залежах на 10 % ниже стандартных показателей. Высокая продуктивность формирующихся постагрогенных лесов является основанием для использования залежей современного периода с целью уcкоренного плантационного выращивания древесины.

Ключевые слова: постагрогенный лес, ремедиация почв, продуктивность постагрогенных лесов.

doi: 10.17238/issn2227-6572.2015.4.75

76

Согласно официальным источникам, в на-стоящее время в России выведено из оборота и не используется от 30 до 40 млн га пашни [1]. Заброшенные сельскохозяйственные земли вызывают разнообразный интерес как в пла-не их восстановления и возврата в активное агропользование, так и в плане использования потенциала их эффективного (накопленного) плодородия для лесовыращивания [2]. Поиск и изучение постагрогенных лесов позволяет смоделировать возможные перспективы управ-ления лесовозобновительными процессами. В отношении Кенозерского национального парка интерес к залежам определяется возможно-стью исторической реконструкции ландшаф-тов в местах бывших поселений.

Процесс сельского освоения земель совре-менного Каргопольского района Архангельской области (Каргополья) начался с XI–XIV ве- ков. По сохранившимся архивным сведениям историко-архитектурного музея, ныне забро-шенные земли и современные леса в XIX ве- ке были густо заселены. Каждый «пятак», так назывались крупные скопления деревень, обра-батывал земельный надел. В основном исполь-зовались трехпольная система севооборота (пар – озимая рожь – яровые) и подсечно-ог-невая система земледелия. После пала почву обрабатывали деревянной сохой и бороной. Дерново-подзолистые почвы быстро теряли естественное плодородие, поэтому через 10– 20 лет старая истощенная земля забрасывалась, а в сельскохозяйственный оборот включались новые земельные массивы – прежде всего паст-бища, а затем и луга [3–6].

В конце XIX века, когда начался переход к животноводству, пашни стали переводиться в сенокосные угодья. После Великой Отече-ственной войны началось сокращение хозяй-ствования на отдаленных землях, которое уси-лилось в конце 1980-х годов при укрупнении совхозов. Последняя волна забрасывания сель-скохозяйственных угодий связана с экономиче-ским кризисом 1990-х годов.

Система сельских поселений Кенозерского национального парка удалена от крупных на-

селенных пунктов и основных транспортных линий, она претерпела отчуждение земель раз-ных периодов забрасывания и в настоящее вре-мя представляет территорию разновозрастных чередующихся естественных и постагроген-ных лесов, идентификация которых позволит выявить их особенности.

Природоведы, пытаясь понять возраст кар-гопольских лесов, обнаружили, что почти по-всюду на Каргопольской суше под вековыми соснами и елями обнаруживается слой черной паханой земли [4]. Причем распахивались не только равнинные участки, но и достаточно крутые склоны, в настоящее время оценива-емые как неудобья. Исключение составляли непригодные для обработки земли, а также мо-настырские леса и Священные рощи, которые никогда не вырубались. Нередко сельскохозяй-ственные участки имели смешанную историю использования: пашня – сенокос – залежь. «Па-мять почвы» позволяет с достаточными осно-ваниями установить временнýю историю уго-дья, и, прежде всего, наличие и длительность пахотного состояния. Пахотное строение по-чвы сохраняется сотни лет [7].

Материалы и методы. Маршрутные и де-тальные полевые исследования для поиска и идентификации постагрогенных земель прово-дили в урочищах Масельга, Хижгора, на водо-разделе Северного Ледовитого и Атлантического океанов (Каргопольский сектор парка), исполь-зуя космоснимки, архивные фотографии и кар-ты. Обследовали более 20 выделов, на каждом из которых выполнили почвенное опробование с выкопкой расширенной почвенной прикопки и диагностированием почвы. 10 из них идентифи-цировали как бывшие сельхозугодья, заросшие лесами разного возраста и породного состава. Детально изучили постагрогенные экосистемы на 3 старопахотных залежах длительных сро-ков забрасывания (80–90 лет), составили полное описание старопахотного состояния почв.

На пробной площади размером 33×33 м провели сплошной перечет деревьев с за-мером диаметров мерной вилкой на высоте 1,3 м, замером высот высотомером и диаметров

БИОЛОГИЯ

77

у 20–25 деревьев для построения графика вы-сот и определения средней высоты древостоя. Учет подроста и подлеска выполнили на 5 пло-щадках размером 2×5 м с пересчетом данных на 1 га. Отметили высоту подроста по поро-дам, категориям жизненности, высоту под-лесочных пород по породам. Составили гео-ботаническое описание живого напочвенного покрова с указанием обилия по шкале Друде и проективного покрытия вида [8]. На каждой пробной площади заложили полнопрофиль-ный почвенный разрез, сделали его описание и диагностику по общепринятым методикам1. Возраст насаждения определяли по кернам, взятым с помощью возрастного бурава у осно-вания ствола крупных деревьев. При изучении качества древесины использовали методику О.И. Полубояринова [9].

Результаты и обсуждение. На всех из-ученных залежах, заросших лесом, несмотря на длительный период постагрогенной реме-диации и формирование на них типичных та-ежных биогеоценозов, восстановление есте-ственных зональных почв не наблюдалось. Это подтверждает ранее высказанное мнение Н.А. Караваевой и С.В. Горячкина [10] о том, что почвы восстанавливаются со скоростью мень-шей на порядок, чем растительные сообщества. Почвы постагрогенных лесов Кенозерского национального парка сохранили все призна-ки пахотного состояния, отмеченные М.В. Бо- бровским): это ровная граница пахотного го-ризонта, наличие заметного подпахотного (уплотненного) горизонта, высокая степень пе-ремешанности и оструктуренности [7]. Ровная граница пахотного горизонта и сохранивший-ся подпахотный горизонт, иногда мощностью до 10 см, свидетельствуют об однообразном применении участка в виде пашни. Сохранив-шаяся в течение 100 лет равномерная бурая окраска и комковатая (мелкокомковатая) струк-тура пахотного горизонта говорят о большой длительности пахотного использования почв и

их высоком эффективном плодородии, поддер-живаемом периодическим внесением удобре-ний, прежде всего органических, которые на-чали использовать на территории Каргополья с XV века [5]. Однако навоза не хватало, пашни удобрялись не ежегодно, нередко 1 раз в 6– 18 лет из расчета 30–40 возов (1 средний воз весил 246–410 кг) на десятину. Кроме навоза активно применяли золу; встречающиеся угли в пахотном горизонте свидетельствуют также об огневой расчистке участка, изначально за-росшего лесом.

Мощность пахотного горизонта составляет 14–15 см, что соответствовало используемым орудиям того времени (соха, рало), а в отдель-ных случаях достигает 30 см и более. Посто-янное выпахивание провоцировало вынос процесса оподзоливания в нижележащие ил-лювиальные (Вf) горизонты почв, сохранившие первоначальный облик нативных зональных [11], сформированных на галечно-щебнистых моренных отложениях. Сплошного белесого слоя при этом не образуется, оподзоливание проявляется пятнами. Однако все это под-тверждает исходную версию первичного до-агрогенного лесного состояния участков.

Характер зарастания залежей и формиро-вание на них полноценного лесного сообще-ства внесли свой вклад в эволюцию почв. В ряде случаев, особенно на возвышенных участках, под лесной подстилкой, имеющей типичный облик, характерный для лесных биогеоценозов, просматриваются хорошо за-метные грубогумусные (березняк) или элю-виальные (сосняк) горизонты, связанные с проявлением современного оподзоливания. При этом иногда формируются почвы с двумя элювиальными горизонтами, из них нижний относится к почвенным процессам до аграр-ного освоения, а верхний – к постаграрному периоду регенерации.

Формирующиеся на заброшенных пахот-ных землях Кенозерского национального пар-

1Наквасина Е.Н., Серый В.С., Семенов Б.А. Полевой практикум по почвоведению. Архангельск, 2007. 126 с.


78

ка насаждения визуально отличаются от есте-ственных сосняков и березняков, местные лесоводы называют их «рощами». Они одно-возрастные, одноярусные и разреженные, от-личаются выравненностью габитусных пока-зателей деревьев. Для березняков характерно семенное возобновление, что мы наблюдали ранее в других районах области на заброшен-ных сенокосах и лесных «кулигах» (палах). Однородная возрастная структура постагро-генных квазиклимаксовых лесов отмечалась Н.А. Караваевой и С.В. Горячкиным в других регионах страны [10].

На залежных пашнях формируются на-саждения по своей типологической харак-теристике близкие к естественным насаж-дениям, однако высокое плодородие почв и особенности рельефа вносят коррективы в видовой состав напочвенного покрова. Так, на возвышенном участке моренной гряды сформировался типичный сосняк черничный (10 С), напочвенный покров которого пред-ставлен лесными видами с хорошо сформи-рованным мохово-лишайниковым ярусом. Сосняк (10С ед. Б, Е) в понижении представ-лен логовым типом леса, злаково-чернично-кислично-папоротниковой ассоциацией.

Обилие и густота 1-го яруса снижают раз-витие мохового покрова, который представлен всего 2 видами (дикранум метловидный, ги-локомий блестящий) с проективным покры-тием 10 и 20 % соответственно. Богатство и видовой состав напочвенного покрова не ти-пичен для сосняков, отражает как повышен-ное плодородие почв, так и близость грун-товых вод проточно-застойного увлажнения (оз. Белое). В постаграрном березняке (10Б) из-за хорошей освещенности напочвенный покров (более 25 видов) представлен слож-ным составом эколого-ценотических групп, в нем присутствуют и лесные (костяника ка-менистая, кислица обыкновенная, черника, ландыш майский, лерхенфельдия извилистая, ожика волосистая, земляника лесная, грушан-

ка длиннолистная, майник двулистный и др.), и лугово-опушечные (марьянник луговой, ку-пырь лесной, хвощ луговой, зверобой проды-рявленный, вероника лекарственная, крапива двудомная и др.) виды.

Сложная эколого-ценотическая структура напочвенного покрова связана с сукцессион-ной сменой светолюбивых видов луговой рас-тительности (стадия залужения) на лесные, внедрение которых происходит от окружаю-щих поля стен леса. Вытеснение луговых ви-дов наиболее активно начинается через 3-4 де-сятилетия после заселения пашен древесными породами, но инвазионные процессы не закан-чиваются и через 100–130 лет [12].

Обращает внимание почти полное отсут-ствие подроста в постагрогенных лесах, осо-бенно хвойного. Численность подроста сосны и ели не превышает 0,2 тыс. экз./га, березы и ольхи – 2–3 тыс. экз./га, преимущественно мел-кого размера (до 0,5 м). В то же время богатство почв и обилие света под пологом древостоя обеспечивает в спелых насаждениях разрас-тание подлесочных пород: рябина, черемуха, крушина, малина, можжевельник, численность которых колеблется в насаждениях разного местоположения и плодородия почв от 6 до 11 тыс. экз./га.

На залежах произрастают высокополнот-ные чистые одноярусные сосновые или бе-резовые древостои (табл. 1) II, III классов бонитета, что для сосны на 1 класс выше по сравнению с естественными насаждениями на нативной почве.

Особенностью древостоев является их разреженность, число деревьев к возрасту спелости составляет менее 50 % от количе-ства насаждений, формирующихся в есте-ственных условиях местообитаний. Но даже с такой густотой они соответствуют по за-пасу обычным насаждениям того же возрас-та. При целенаправленном формировании на залежных землях сосновых насаждений (на-пример, при искусственном лесовыращива-

БИОЛОГИЯ

79

нии) можно к возрасту рубки получить запас 550–600 м3/га.

В то же время интенсивный рост сосны, обе-спеченный высоким плодородием почв, может привести к снижению качества древесины, осо-бенно в 3-м десятилетии – в период высокого темпа роста [13]. Исследования, проведенные

в сосняках Кенозерского национального парка (табл. 2) показали, что на плодородных залеж-ных землях по сравнению с лесными радиаль-ный прирост сосны значительно усиливается. Это приводит к увеличению ширины годич-ного кольца, показатели которой существенно (t005 = 2,40 при tst = 1,98) превышают средние

Таблица 1

РОСТ И ПРОДУКТИВНОСТь ПОСТАГРАРНых ДРЕВОСТОЕВ КЕНОЗЕРСКОГО НАЦИОНАЛьНОГО ПАРКА И ЕСТЕСТВЕННых НАСАЖДЕНИй

Порода Возраст, лет

Густота древостоя,

шт./га

Средние показателиПолнота Запас,

м3/га БонитетДиаметр, см Высота, м

Постаграрные древостоиСосна: пробная площадь № 1 80 514 23,95 20,20 0,70 230 II

пробная площадь № 2 80 495 23,75 20,28 0,70 229 IIБереза 90 349 28,29 18,75 0,85 170 III

Естественные насаждения2

Сосна 80 1270 18,6 18,5 – 310 IIIБереза 90 750 21,1 21,1 – 244 III

2Полевой справочник таксатора (для таежных лесов Европейского Севера). Архангельск, 1971. 195 с.


Таблица 2

ПОКАЗАТЕЛИ МАКРОСТРУКТУРы И ПЛОТНОСТИ ДРЕВЕСИНы СОСНы ОБыКНОВЕННОй, ПРОИЗРАСТАЮщЕй НА ЗАЛЕЖНых ЗЕМЛЯх КАРГОПОЛьСКОГО РАйОНА

АРхАНГЕЛьСКОй ОБЛАСТИ

ПоказательСосна

на лесных почвах (70 лет)

Сосна на залежах Средние по породе [14] ГСССД 69–84

45 лет 65 лет

Ширина годичного слоя*, мм 1,8 ± 0,10,4–5,5

3,2 ± 0,60,8–7,6

3,1 ± 0,50,6–7,1 0,68–2,54 –

Количество годичных слоев в 1 см, шт. 7,3 ± 0,3 3,4 ± 0,7 3,7± 0,6 14,7–4,7 11,8

Процент поздней древесины, % 36,1 ± 0,7 28,4 ± 5,6 34,3 ± 5,7 29,2–23,0 26Базисная плотность, кг/м3 435,6 ± 45,5 391,3 ± 34,3 394,8 ± 35,4 436–373 –Плотность древесины, кг/м3,при влажности 12 % 543,8 ± 56,6 491,6 ± 44,6 487,4 ± 42,8 – 545

Примечание: *в числителе – средние данные, в знаменателе – минимальные и максимальные.

80

данные по породе для региона, выявленные Г.А. Чибисовым с соавторами [14]. В отдель-ные годы, благоприятные по погодным услови-ям, ширина годичного кольца достигала 7,6 мм. В результате среднее число годичных колец в 1 см радиального прироста сильно уменьша-ется – до показателей ниже средних по поро-де. Базисная плотность древесины сосны на залежах находится на нижнем пределе сред-них данных, а плотность при 12 % влажности – на 10 % ниже определенных ГСССД 69–843 стандартных показателей, что, несомненно, необходимо учитывать при планировании на-правлений использования заготовленной дре-весины.

Близкие данные были получены Н.А. Не-веровым, В.В. Беляевым и В.В. Старицыным в 2014 году при изучении качества древесины лесов Кенозерского национального парка [15].

Заключение. Произрастающие на тер-ритории Кенозерского национального парка постагрогенные леса имеют отличительные признаки по сравнению с естественными на-саждениями, не затронутыми антропогенными трансформациями. Почвенный покров сохра-няет признаки пахотного состояния, поддержи-вает повышенное плодородие почв и обеспечи-вает интенсивный рост деревьев. Напочвенный покров имеет сложное эколого-ценотическое строение, обусловленное незавершенным про-цессом смены стадии зарастания залежей с лу-говой на лесную, что требует особых класси-фикационных подходов при типизации лесов. Высокая продуктивность формирующихся по-стагрогенных лесов является основанием ис-пользования залежей современного периода в качестве дендрополей для целевого плантаци-онного укоренного выращивания древесины.


1. Агроэкологическое состояние и перспективы использования земель России, выбывших из активного сельскохозяйственного оборота / ред. акад. Г.А. Романенко. М., 2008. 64 с.

2. Шутов И.В., Жигунов А.В. Проблемы получения древесного сырья на неиспользуемых сельскохозяйственных землях // Вестн. Поволж. гос. технол. ун-та. Сер.: Лес. Экология. Природопользование. 2013. № 4 (20). С. 5–17.

3. Осипов В.В., Гаврилова Н.К. Аграрное освоение и динамика лесистости Нечерноземной зоны РСФСР. М., 1983. 108 с.

4. Докучаев-Басков Ф.К. Каргополь. 1912–1913. Архангельск, 1996. 41 с.5. Шипилов А.В. Традиционная производственная культура России: сельское хозяйство и присваивающие

промыслы: моногр. Воронеж, 2006. 311 с.6. Тормосова Н.И. Каргополье: история исчезнувших волостей. Каргополь, 2011. 711 с. (Сер. «Мы родом из

деревни»).7. Бобровский М.В. Лесные почвы Европейской России: биотические и антропогенные факторы

формирования. М., 2010. 359 с.8. Наквасина Е.Н., Шаврина Е.В. Геоботанические исследования. Архангельск, 2001. 43 с.9. Полубояринов О.И. Плотность древесины. М., 1976. 160 с.10. Изменение природной среды России в ХХ веке / отв. ред. В.М. Котляков, Д.И. Люри. М., 2012. 404 с. 11. Скляров Г.А., Шарова А.С. Почвы лесов Европейского Севера. М., 1970. 270 с.12. Голубева Л.В., Наквасина Е.Н. Смена напочвенного покрова на старопахотных залежах Каргопольского

района Архангельской области // Уч. зап. Петрозавод. гос. ун-та. Сер.: Естеств. и техн. науки. 2014. № 6. С. 67–71.

БИОЛОГИЯ

3ГСССД 69–84. Древесина. Показатели физико-механических свойств малых чистых образцов. М., 1984. 25 с.

81

13. Соколов Н.Н. Рост и продуктивность сосновых древостоев по старым пашням // Изв. вузов. Лесн. журн. 1978. № 4. С. 22–25.

14. Чибисов Г.А., Москалева С.А., Крыжановская Л.Е. Качество древесины сосны и ели, метод его определения // Вопросы таежного лесоводства на Европейском Севере: сб. науч. тр. Архангельск, 2005. С. 89–99.

15. Неверов Н.А., Беляев В.В., Старицын В.В. Качество древесины хвойных видов в Кенозерском национальном парке // Вестн. Краснояр. гос. аграр. ун-та. 2014. № 8. С. 161–165.

References

1. Agroekologicheskoe sostoyanie i perspektivy ispol’zovaniya zemel’ Rossii, vybyvshikh iz aktivnogo sel’skokhozyaystvennogo oborota [Agroecological State and Prospects of Russian Lands Retired From the Active Agricultural Use]. Ed. by G.A. Romanenko. Moscow, 2008. 64 p.

2. Shutov I.V., Zhigunov A.V. Problemy polucheniya drevesnogo syr’ya na neispol’zuemykh sel’skokhozyaystvennykh zemlyakh [Problems of Obtaining of Raw Wood on the Unused Agricultural Lands]. Vestnik Povolzhskogo gosudarstvennogo tekhnologicheskogo universiteta. Ser.: Les. Ekologiya. Prirodopol’zovanie, 2013, no. 4 (20), pp. 5–17.

3. Osipov V.V., Gavrilova N.K. Agrarnoe osvoenie i dinamika lesistosti Nechernozemnoy zony RSFSR [Agricultural Development and Dynamics of the Forest Cover of the Non-Chernozem Belt of the RSFSR]. Moscow, 1983. 108 p.

4. Dokuchaev-Baskov F.K. Kargopol’. 1912–1913 [Kargopol. 1912–1913]. Arkhangelsk, 1996. 41 p.5. Shipilov A.V. Traditsionnaya proizvodstvennaya kul’tura Rossii: sel’skoe khozyaystvo i prisvaivayushchie

promysly: monografiya [Traditional Industrial Culture of Russia: Agriculture and Assigns Crafts]. Voronezh, 2006. 311 p.

6. Tormosova N.I. Kargopol’e: istoriya ischeznuvshikh volostey [Kargopol: History of Disappeared Townships]. Kargopol, 2011. 711 p.

7. Bobrovskiy M.V. Lesnye pochvy Evropeyskoy Rossii: bioticheskie i antropogennye faktory formirovaniya [Forest Soils of European Russia: Biotic and Anthropogenic Factors of Formation]. Moscow, 2010. 359 p.

8. Nakvasina E.N., Shavrina E.V. Geobotanicheskie issledovaniya [Geobotanical Study]. Arkhangelsk, 2001. 43 p. 9. Poluboyarinov O.I. Plotnost' drevesiny [Wood Density]. Moscow, 1976. 160 p.10. Izmenenie prirodnoy sredy Rossii v XX veke [Changes in the Natural Environment of Russia in the 20th Century].

Ed. by V.M. Kotlyakov, D.I. Lyuri. Moscow, 2012. 404 p. 11. Sklyarov G.A., Sharova A.S. Pochvy lesov Evropeyskogo Severa [Forest Soils of the European North]. Moscow,

1970. 270 p.12. Golubeva L.V., Nakvasina E.N. Smena napochvennogo pokrova na staropakhotnykh zalezhakh Kargopol’skogo

rayona Arkhangel’skoy oblasti [Change the Ground Cover on the Old Lands of the Kargopol District of Arkhangelsk Region]. Uchenye zapiski Petrozavodskogo gosudarstvennogo universiteta. Ser.: Estestvennye i tekhnicheskie nauki [Proceedings of Petrozavodsk State University. Natural and Engineering Sciences], 2014, no. 6, pp. 67–71.

13. Sokolov N.N. Rost i produktivnost’ sosnovykh drevostoev po starym pashnyam [Growth and Productivity of Pine Stands on the Old Arable Lands]. Lesnoy zhurnal, 1978, no. 4, pp. 22–25.

14. Chibisov G.A., Moskaleva S.A., Kryzhanovskaya L.E. Kachestvo drevesiny sosny i eli, metod ego opredeleniya [The Quality of Pine and Fir, the Method of its Determination]. Voprosy taezhnogo lesovodstva na Evropeyskom Severe: sb. nauch. tr. [Issues of Taiga Forestry in the European North]. Arkhangelsk, 2005, pp. 89–99.

15. Neverov N.A., Belyaev V.V., Staritsyn V.V. Kachestvo drevesiny khvoynykh vidov v Kenozerskom natsional’nom parke [The Quality of Coniferous Species in Kenozero National Park]. Vestnik Krasnoyarskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta [The Bulletin of KrasGAU], 2014, no. 8, pp. 161–165.


82

doi: 10.17238/issn2227-6572.2015.4.75

Nakvasina Elena NikolaevnaNorthern (Arctic) Federal University named after M.V. Lomonosov


Golubeva Lyubov’ VladimirovnaArkhangelsk Pedagogical College

Smolny Buyan str., 5, Arkhangelsk, 163002, Russian Federation;Northern (Arctic) Federal University named after M.V. Lomonosov

Naberezhnaya Severnoy Dviny, 17, Arkhangelsk, 163002, Russian Federation;e-mail: [email protected]

IDENTIFICATION OF POSTAGROGENIC FORESTS IN KENOZERO NATIONAL PARK

The forests of Kenozero National Park (Arkhangelsk region) are characterized by the alternation of natural and postagrogenic uneven aged stands, due to the density of settlement and land development activity by slash-and-burn farming since the XI century. Ground cover of old postagrogenic growths preserves the arable characteristics, the soil remediation typical for the taiga zone does not occur. Ground cover has a complex ecological and cenotic structure associated with the unfinished process of old lands changing from meadow to the forest stage. The forest typing requires the special classification approaches. Postagrogenic forest soils retain all the features of the arable state. Despite the long period of postagrogenic remediation and the formation of typical taiga biogeocenoses, the process of natural zonal soil remediation is not observed. The features of modern podzolization appear only in the high places. The high-density pure single-storey pine or birch forest stands grow on the old lands. They are 1 yield class higher than the natural plantations on the native soils. These stands are spaced; the number of trees of the maturity age is less than 50 % of the plants, which are formed in natural forest site factors. But still their forest yield corresponds to the other plantations of the same age. Coniferous young growth in the postagrogenic forests is usually absent. Pine radial growth is greatly enhanced, the width of the annual rings increases. Their indexes significantly exceed the average data for the species in the region. Basic wood density of pine on the old lands is by 10 % lower the standard indicators. High productivity of the forests formed on the postagrogenic lands is the basis for the old lands use to accelerate the cultivation of timber plantations.

Keywords: postagrogenic forest, soil remediation, postagrogenic forests productivity.

БИОЛОГИЯ

83

Никитина М.В. Содержание элементов питания как диагностический показатель процессов...

УДК 504.064.2

ниКитина Мария викторовнаСеверный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова адрес: 163002, г. Архангельск, ул. Северодвинская, д. 13А; e-mail: [email protected]

СодерЖание ЭлеМентов ПитаниЯ КаК диаГноСтиЧеСКий ПоКаЗателЬ ПроЦеССов,

ПротеКаЮЩиХ в ГородСКиХ ПоЧваХ г. арХанГелЬСКа

Содержание таких элементов питания, как азот, фосфор и калий в почвенном покрове может быть пока-зателем не только плодородия почвы, но и диагностической характеристикой изменений, протекающих под воздействием техногенных загрязнений в городской среде. Исследование общего содержания подвижных форм этих элементов, их миграционной способности в почвенном профиле, а также сезонной динамики содержания позволило выявить особенности почв промышленного, селитебного, лугового и лесного ланд-шафтов г. Архангельска в зависимости от уровня техногенного воздействия. В условиях максимальной техногенной нагрузки в промышленном ландшафте наблюдается изменение общего содержания элементов питания, особенно это касается подвижных форм калия: на 90 % пробных площадей наблюдается высокое содержание этого элемента, а на 10 % − очень высокое. Убывающий ряд накопления элементов питания в почве фоновой территории, в лесном и селитебном ландшафтах выглядит следующим образом: Р > K > N. В почвах промышленного и лугового ландшафтов по объему накопления лидирует калий: K > P > N. В промышленном ландшафте это может быть обусловлено техногенным влиянием, в луговом − особенно-стями пойменных почв. Существенно изменяется характер миграции элементов в почвенном профиле: в почвах промышленного ландшафта увеличивается доля гумусо-иллювиальной аккумуляции, тогда как для фоновых и менее загрязненных ландшафтов характерно накопление в верхних гумусовых горизонтах. Изменяется сезонная динамика распределения элементов питания. В почвах промышленных районов к концу вегетационного периода отмечается накопление фосфора и калия, которые, по-видимому, имеют техногенное происхождение, тогда как на фоновых и природно-антропогенных территориях наблюдается устойчивое снижение концентрации этих элементов.

Ключевые слова: элементы питания растений, промышленный ландшафт, селитебный ландшафт, луговой ландшафт, лесной ландшафт.

© Никитина М.В., 2015

doi: 10.17238/issn2227-6572.2015.4.83

Азот, фосфор и калий традиционно относят к основным элементам питания растений, которые они получают из почвы. Их содержание в почвен-ных горизонтах определяет не только плодородие, но и степень устойчивости и самовосстановления экосистем [1−4]. Содержание этих элементов, на-ряду с такими техногенными поллютантами, как

тяжелые металлы и пестициды, позволяет выя-вить уровень антропогенно-техногенного воздей-ствия на ландшафты в городской среде [5].

Для г. Архангельска можно выделить не-сколько типов ландшафтов с различным уровнем техногенного воздействия [6]. Максимальный уровень техногенной нагрузки отмечается в про-

84

мышленном ландшафте. На этих территориях расположены заводы, котельные и автотранспорт-ные предприятия. Почвы в основном представ-лены реплантоземами, встречаются урбаноземы и урбоестественные почвы. В селитебном ланд-шафте встречаются почвы старых огородов во дворах одноэтажных частных домов, а на пусты-рях – урбоестественные почвы. Наиболее распро-странены здесь неокультуренные газоны. В этих техногенно-антропогенных ландшафтах ежегод-но при удалении опавшей листвы фитоценозы теряют большое количество элементов питания и восполнения потери, как правило, не происходит [7−9].

Меньший уровень антропогенного воздей-ствия испытывают территории природно-антро-погенных ландшфтов – лесного и лугового. По-чвы лесного ландшафта представлены верховыми и низинными торфяными почвами и в них локаль-ный круговорот поддерживает постоянный уро-вень элементов питания. Однако в луговом ланд-шафте, который представлен аллювиальными луговыми почвами, круговорот химических эле-ментов нарушается, т. к. эти территории исполь-зуются под пастбища и сенокосы. Целью прове-денного исследования является изучение влияния техногенной нагрузки на уровень обеспеченности почв основных урболандашфтов г. Архангельска азотом, фосфором и калием.

Материалы и методы. Выявление особен-ностей распределения элементов питания в по-чвах разной техногенной нагрузки проводили путем анализа содержания подвижных форм азота в пересчете на NO3

–, калия в пересчете на K2О и фосфора в пересчете на Р2О5. Содержание фосфора определяли фотометрически методом Кирсанова в модификации ЦИНАО согласно ГОСТ 26207–91, калия и нитрат-ионов – мето-дом прямой потенциометрии по общепринятой методике и по ГОСТ 26951–86 соответственно. Отбор, хранение и транспортировка проб почв, отобранных для анализа, осуществлялись в со-ответствии с ГОСТ 17.4.4.02–84. В качестве фо-новых были выбраны условно чистые дерновые почвы пригорода Архангельска.

Результаты и обсуждение. Превышения ПДК нитрат-ионов (130 мг/кг) в исследован-ных почвах не выявлено. Обеспеченность почв техногенно-антропогенных ландшафтов этими ионами, согласно общепринятой градации уров-ня обеспеченности почв [8], низкая (<20 мг/кг). Это можно объяснить выносом азота раститель-ностью, так как в городах не происходит возвра-та химических элементов в связи с удалением листового опада. В почвах природно-антропо-генных ландшафтов содержание нитратов чуть ниже фона, однако обеспеченность их этим эле-ментом достаточная (см. таблицу).

СРЕДНЕВЗВЕШЕННОЕ СОДЕРЖАНИЕ ПОДВИЖНых ФОРМ ЭЛЕМЕНТОВ ПИТАНИЯ В ПОчВАх ГОРОДСКИх ЛАНДШАФТОВ г. АРхАНГЕЛьСКА, мг/кг

ЛандшафтЭлемент питания

NO3– Р2О5 K2О

Промышленный (n = 29) 6,9 – 77,717,9 ± 1,5

34,5 – 330,7183,9 ± 12,9

116,3 – 929,4272,6 ± 27,2

Селитебный (n = 25) 2,6 – 23,712,8 ± 1,3

25,0 – 308,5221,6 ± 21,9

15,6 – 308,284,3 ± 7,4

Луговой (n = 24) 38,2 – 94,163,6 ± 5,4

24,1 – 207,378,0 ± 6,7

91,2 – 235,2138,2 ± 11,8

Лесной (n = 13) 2,1 – 225,142,5 ± 3,8

90,1 – 431,0279,8 ± 26,1

6,5 – 120,837,8 ± 2,8

Фон (n = 3) 76,7±5,1 195,0±10,2 99,3±4,6

Примечание: в числителе представлены минимальные и максимальные значения, в знаменателе – средневзве-шенное значение концентраций; n – число исследуемых пробных площадей.

БИОЛОГИЯ

85

Содержание подвижного калия в городских почвах изменяется в широких пределах (от 10,0 до 435 мг/кг). Наиболее обеспеченными этим элементом являются промышленный и луговой ландшафты, что подтверждает значение коэф-фициента концентрации Кк (рис. 1), который рассчитывается как Кк = С/С0, где С – факти-ческая концентрация определяемого элемента, С0 – его фоновое содержание.

Согласно классификации почв по уровню обеспеченности подвижным калием [8], на 90 % пробных площадей промышленного ланд-шафта отмечается высокое (150−300 мг/кг) содержание этого иона, а на 10 % пробных площадей − очень высокое (>300 мг/кг). Его техногенным источником может служить строительный и бытовой мусор, а также про-дукты сгорания, выбрасываемые ТЭЦ и мест-ными котельными. Избыточное содержание калия в луговом ландшафте, вероятнее всего, связано с подпиткой водами р. Северной Дви-ны пойменных заливных почв лугов, содержа-щих до 3,1 мг/л калия [10].

Для городских почв характерна средняя и повышенная степень обеспеченности подвиж-ными формами фосфат-ионов. Их содержа-ние находится в пределах от 200 до 700 мг/кг. Однако на 40 % пробных площадей лугового ландшафта отмечается недостаток фосфора

(<200 мг/кг), что объясняется его выносом рас-тительностью, убираемой в период сенокосов. В почвах лесного ландшафта отмечается из-быточное содержание фосфат-ионов, т. к. этот элемент входит в состав растительных тканей, составляющих слаборазложившийся опад и торф.

Таким образом, в почвах лесного и сели-тебного ландшафтов, а также фоновой тер-ритории ряд накопления элементов питания представлен следующей последовательно-стью: Р > K > N. В почвах промышленного и лугового ландшафтов лидером по накоплению элементов питания является калий, и ряд на-копления выглядит: K > P > N. Избыточное содержание калия может быть обусловлено как техногенным влиянием в промышленном ландшафте, так и особенностями пойменных почв в луговом.

Распределение подвижных форм элемен-тов питания по профилю разных типов почв Архангельска выявляет следующие особенно-сти: для 89 % пробных площадей селитебного ландшафта, а также 80 % лугового и лесного максимум накопления отмечается в верхнем гумусовом горизонте, что объясняется высво-бождением элементов из растительного опада в процессе разложения. Для 86 % пробных пло-щадей промышленного ландшафта отмечено

Рис. 1. Значение коэффициентов концентрации (КK) элементов питания в почвах урболандшафтов г. Архангельска


86

2 максимума накопления: гумусовый и иллю-виальный (рис. 2). Концентрирование элемен-тов питания в нижних горизонтах почв про-мышленного ландшафта можно объяснить процессами адсорбции их на аморфных ги-дроксидах алюминия и железа, вынос которых обусловлен значительной опесчаненностью этих почв.

Изучение сезонной динамики изменения содержания элементов питания в почвах так-же показывает, что почвы промышленного ландшафта имеют свои особенности. В по-чвах фоновой территории селитебного (78 % пробных площадей), лугового (80 % пробных площадей) и лесного (80 % пробных площа-дей) ландшафтов содержание элементов пита-ния устойчиво снижается к осени, что можно объяснить активным их потреблением расти-тельностью (рис. 3). В почвах промышленного

ландшафта, наоборот, к концу вегетационно-го сезона содержание калия и фосфора уве-личивается на 71 % пробных площадей, что, по-видимому, связано с их поступлением из техногенных источников с золой и промыш-ленной пылью.

Заключение. Таким образом, содержание элементов питания в почвах городских тер-риторий г. Архангельска зависит от уровня техногенной нагрузки и может быть исполь-зовано в качестве диагностирующего пока-зателя изменений, протекающих под воздей-ствием промышленных загрязнений. В почвах с максимальным уровнем техногенного воз-действия наблюдается не только изменение общего содержания элементов питания и, как следствие, последовательности нахождения элементов в ряду накопления, но и характе-ра миграции по почвенному профилю в сто-

Рис. 2. Содержание элементов питания в почвенных горизонтах на примере лугового (а), промышленного (б) ландшафтов и фоновой территориии (в)

БИОЛОГИЯ

а б в

87

рону увеличения доли гумусо-иллювиальной аккумуляции, тогда как на остальных почвах проявляется только гумусовый характер ак-кумуляции. Наблюдается сезонная динамика распределения элементов питания. В почвах

промышленных районов в отличие от фоно-вых и природно-антропогенных почв к концу вегетационного периода отмечается накопле-ние фосфора и калия, которые, по-видимому, имеют техногенное происхождение.

Рис. 3. Сезонная динамика содержания элементов питания в почвах промышленного ландшафта и фона


1. Barder S.A. Soil Nutrient Bioavailability: a mechanistic approach. N.Y., 1995. 414 p.2. Бабошкина С.В., Пузанов А.В. Химический состав почв и растений различных по антропогенной нагрузке

территорий Барнаула // Мир науки, культуры, образования. 2008. № 3(10). С. 14–18.3. Ефремов А.А., Шаталина Н.В., Стрижева Е.Н., Первышина Г.Г. Влияние экологических факторов на

химический состав некоторых дикорастущих растений Красноярского края // Химия растительного сырья. 2002. № 3. С. 53–56.

4. Наквасина Е.Н., Попова Л.Ф., Корельская Т.А., Никонова Ю.М. Биогеохимическая индикация экологического состояния почвенно-растительного покрова центральной части Архангельска. Архангельск, 2009. 243 с.

5. Bullok P., Gregory P. Soils in the Urban Environments // Blackwell Scientific publications. Oxford, 1991. P. 174. 6. Наквасина Е.Н., Думанская Т.И. Ландшафтная организация территории Архангельска (на примере

Кузнечевского промузла) // Экологические проблемы Севера: межвуз. сб. науч. тр. / отв. ред. П.А. Феклистов. Архангельск, 2007. Вып. 10. С. 152–155.

7. Корельская Т.А., Попова Л.Ф., Наквасина Е.Н. Особенности накопления биофильных элементов растени-ями на различных типах почв Архангельска // Мониторинг окружающей среды: материалы V междунар. конф., 8–15 сентября 2007, Римини. М., 2007. С. 45–47.

8. Коломыц Э.Г., Глебова О.В., Розенберг Г.С., Сидоренко М.В., Юнина В.П. Природный комплекс большого города: Ландшафтно-экологический анализ. М., 2000, 286 с.

9. Попова Л.Ф., Никитина М.В., Наквасина Е.Н. Химические элементы в почвенно-растительном покрове Архангельска. Архангельск, 2013. 146 с.


88

10. Богданчикова О.В., Боголицын К.Г., Фокина В.А. Изменение содержания минеральных веществ в воде р. Северная Двина // Лесн. журн. 1999. № 4. С. 103–109.

References

1. Barder S.A. Soil Nutrient Bioavailability: a Mechanistic Approach. New York, 1995. 414 p.2. Baboshkina S.V., Puzanov A.V. Khimicheskiy sostav pochv i rasteniy razlichnykh po antropogennoy nagruzke

territoriy Barnaula [Chemical Soil and Plant Composition of the Areas of Barnaul with Different Anthropogenic Load]. Mir nauki, kul’tury, obrazovaniya [The World of Science, Culture and Education], 2008, no. 3(10), pp. 14–18.

3. Efremov A.A., Shatalina N.V., Strizheva E.N., Pervyshina G.G. Vliyanie ekologicheskikh faktorov na khimicheskiy sostav nekotorykh dikorastushchikh rasteniy Krasnoyarskogo kraya [The Impact of Environmental Factors on the Chemical Composition of Some Wild Plants of Krasnoyarsk Region]. Khimiya rastitel’nogo syr’ya [Chemistry of Plant Raw Material], 2002, no. 3, pp. 53–56.

4. Nakvasina E.N., Popova L.F., Korel’skaya T.A., Nikonova Yu.M. Biogeokhimicheskaya indikatsiya ekologicheskogo sostoyaniya pochvenno-rastitel’nogo pokrova tsentral’noy chasti Arkhangel’ska [Biogeochemical Indication of the Ecological State of Soil and Vegetation Cover of the Central Part of Arkhangelsk]. Arkhangelsk, 2009. 243 p.

5. Bullok P., Gregory P. Soils in the Urban Environments. Blackwell Scientific Publications. Oxford, 1991. 174 p. 6. Nakvasina E.N., Dumanskaya T.I. Landshaftnaya organizatsiya territorii Arkhangel’ska (na primere

Kuznechevskogo promuzla) [Landscape Planning in Arkhangelsk (Case Study of the Kuznechevskiy Industrial Center)]. Ekologicheskie problemy Severa: mezhvuz. sb. nauch. tr. [Ecological Problems of the North: Interacademic Proc.]. Ed. by P.A. Feklistov. Arkhangelsk, 2007, iss. 10, pp. 152–155.

7. Korel’skaya T.A., Popova L.F., Nakvasina E.N. Osobennosti nakopleniya biofil’nykh elementov rasteniyami na razlichnykh tipakh pochv Arkhangel’ska [Features of Biophile Elements Accumulation in Plants in Different Types of Soils of Arkhangelsk]. Monitoring okruzhayushchey sredy (Materialy V mezhd. konf. 8–15 sentyabrya 2007, Rimini, Italiya). Fundamental’nye issledovaniya [Environmental Monitoring (Proc. V Int. Conf. 8–15 September, 2007, Rimini, Italy). The Basic Research]. Moscow, 2007, no. 11, pp. 45–47.

8. Glebova O.V., Kolomyts E.G., Rozenberg G.S., Sidorenko M.V., Yunina V.P. Prirodnyy kompleks bol’shogo goroda: Landshaftno-ekologicheskiy analiz [The Natural Complex of the City: Landscape and Environmental Analysis]. Moscow, 2000. 286 p.

9. Popova L.F., Nikitina M.V., Nakvasina E.N. Khimicheskie elementy v pochvenno-rastitel’nom pokrove Arkhangel’ska [Chemical Elements in the Soil and Vegetation Cover of Arkhangelsk]. Arkhangelsk, 2013. 146 p.

10. Bogdanchikova O.V., Bogolitsyn K.G., Fokina V.A. Izmenenie soderzhaniya mineral’nykh veshchestv v vode r. Severnaya Dvina [Change in the Mineral Content in the Northern Dvina River]. Lesnoy zhurnal, 1999, no. 4, pp. 103–109.

doi: 10.17238/issn2227-6572.2015.4.83

Nikitina Mariya ViktorovnaNorthern (Arctic) Federal University named after M.V. Lomonosov

Severodvinskaya str., 13A, Arkhangelsk, 163002, Russian Federation; e-mail: [email protected]

NUTRIENT CONCENTRATION AS A DIAGNOSTIC INDICATOR OF THE PROCESSES IN THE URBAN SOILS OF ARKHANGELSK

The nutrient concentration of nitrogen, phosphorus and potassium in a soil cover can be considered as a soil fertility indicator and diagnostic characteristic of the changes because of the influence of technogenic pollution in the urban environment. The study of the total content of labile soil nutrients, their migration ability in the soil profile and seasonal content dynamics reveales some special soil features of industrial, residential, grassland and forest landscapes in Arkhangelsk in dependence to the level of

БИОЛОГИЯ

89

human impact. The maximal anthropogenic load in the industrial landscape causes the change of total nutrient content, especially labile soil potassium: 90 % of sampling areas have a high content of it, and 10 % – a very high content. Decreasing series of nutrient accumulation in soils of the unpolluted territory, in forest and residential landscapes is as follows: P > K > N. Potassium predominates in soils of industrial and grassland landscapes in terms of accumulation: K > P > N. This may be due to the anthropogenic impact of industrial landscape and features of floodplain soils in the grassland landscape. The nature of elements migration in the soil profile significantly changes: the proportion of humus-illuvial accumulation increases in soils of industrial landscape, while the less polluted landscapes are characterized by the accumulation in the surface humic layers. Seasonal dynamics of nutrients distribution changes. In soils of the industrial areas by the end of a growing season the accumulation of phosphorus and potassium is observed, which seems to have a technogenic origin. A steady decline in the concentration of these elements is marked in the unpolluted and natural-anthropogenic territories.

Keywords: plant nutrients, urban soil, industrial landscape, grassland landscape, forest landscape.


90

УДК 574.58(28)

новоСелов александр Павлович Северный филиал Полярного научно-исследовательского института морского рыбного хозяйства и океанографии им. Н.М. Книповича (г. Архангельск)адрес: 163002, г. Архангельск, ул. Урицкого, д. 17;Архангельский научный центр Уральского отделения РАН (г. Архангельск)адрес: 163018, г. Архангельск, ул. Садовая, д. 3; e-mail: [email protected]

Студенов игорь иванович Полярный научно-исследовательский институт морского рыбного хозяйства и океанографии им. Н.М. Книповича (г. Мурманск)адрес: 183038, г. Мурманск, ул. Академика Книповича, д. 6;Архангельский научный центр Уральского отделения РАН (г. Архангельск) адрес: 163018, г. Архангельск, ул. Садовая, д. 3; e-mail: [email protected]

луКин анатолий александрович Государственный научно-исследовательский институт озерного и речного рыбного хозяйства (Санкт-Петербург) адрес: 199053, Санкт-Петербург, наб. Макарова, д. 26; e-mail: [email protected]

СовреМенное СоСтоЯние воднЫХ биолоГиЧеСКиХ реСурСов р. Северной двинЫ1

Выявлено, что в результате воздействия природных и антропогенных факторов в экосистеме р. Север-ной Двины произошли сукцессионные изменения как на популяционном, так и на организменном уровнях организации. Они проявились в виде трансграничных перемещений при миграциях рыб, снижения числен-ности и запасов промысловых видов, ухудшения эпизоотической ситуации на водоеме, а также патологий на организменном уровне (серьезные нарушения морфо-функциональной организации органов и тканей, многие из которых являются необратимыми). В настоящее время в бассейне исследуемой реки появились новые виды рыб, естественный ареал которых охватывает бассейны Каспийского и Балтийского морей: судак, белоглазка и жерех. Длительное воздействие широкого спектра техногенных факторов привело к снижению общего уровня продукционных процессов в речной экосистеме, что вызвало на популяционном уровне изменение структуры промысловых уловов, и прежде всего ценных видов рыб лососево-сигово-го комплекса (атлантический лосось, сиг, нельма). Наряду с ухудшением состояния популяций лососе-вых и сиговых рыб, в Северодвинском бассейне наблюдаются изменения в самой структуре рыбной части сообщества. За последние полвека фактически произошла смена доминировавших в составе уловов рыб

БИОЛОГИЯ

© Новоселов А.П., Студенов И.И., Лукин А.А., 2015

1Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ и Правительства Архангельской области, ре-гионального конкурса «Север» в рамках научного проекта № 14-04-98803 «Формирование банка данных и раз-работка комплексной программы по изучению и использованию нельмы бассейна р. Северной Двины как объ-екта рыболовства и аквакультуры».

doi: 10.17238/issn2227-6572.2015.4.90

91

Новоселов А.П. и др. Современное состояние водных биологических ресурсов р. Северной Двины

лососево-сигового комплекса на карповых. На организменном уровне многие регистрируемые у рыб на-рушения (некротические процессы, неоплазия) относятся к разряду необратимых, когда восстановление структуры и функции становится невозможным. Однако развивающиеся параллельно с ними гипертро-фия, гиперплазия, инкапсуляция являются структурно-функциональными основами компенсаторно-при-способительных реакций, позволяющих организму перейти на новый уровень функционирования, и дают возможность выжить в токсической среде.

Ключевые слова: состояние рыбных ресурсов, сукцессионные изменения ихтиофауны, популяцион-ный и организменный уровни организации, Европейский Север России.

Известно, что с середины прошлого сто-летия сукцессионные изменения в водных экосистемах определяются не только есте-ственно-историческими причинами [1−3], но и антропогенным воздействием на них. При этом техногенные факторы по характеру вли-яния схожи с климатическими, но проявляют-ся за более короткий срок и вызывают более резкие изменения в природных комплексах на всех уровнях организации водных экосистем. В реальных условиях чаще всего происходит комплексное воздействие на водоемы многих факторов, а вовлечение их в хозяйственную де-ятельность неизбежно ведет к нарушению сло-жившегося экологического равновесия.

Как правило, происходит постепенное на-копление негативных воздействий и переход в стадию неустойчивости водных экосистем. Это сопровождается изменением гидрологических и гидрохимических параметров, ухудшением кормовых условий для рыб, трансформацией видового состава ихтиофауны, уменьшением численности ценных видов рыб и в целом сни-жением общей их продуктивности. Дальней-шая антропогенная нагрузка в конечном итоге может привести к частичному разрушению во-дных экосистем или же к переходу их в каче-ственно новое состояние. Все вышесказанное с полным основанием может быть отнесено к бассейну исследуемой реки [4, 5].

Северная Двина по праву считается одной из крупнейших рек Европейского Севера Рос-сии и является основным промысловым бас-сейном на территории Архангельской области. На всем его протяжении (включая и озера на

площади водосбора) обитает 48 таксонов рыб, включая виды, подвиды и экологические фор-мы. Среди них 8 являются морскими и встре-чаются в дельтовой части реки и на участках приустьевого взморья [6].

Речная ихтиофауна, подверженная ком-плексному воздействию климатических и тех-ногенных факторов, кроме непосредственной гибели в результате промысла испытывает и опосредованное влияние как на организмен-ном, так и популяционном уровнях. Экологи-ческие последствия выражаются в изменении видового состава региональной ихтиофауны в результате спонтанных миграций (саморассе-ления) рыб, нарушении условий и эффективно-сти естественного воспроизводства, ухудше-нии эпизоотической обстановки на водоемах (рост заболеваний рыб), а также снижении об-щей численности и состояния запасов конкрет-ных промысловых видов.

Зоогеографические изменения характери-зуются перемещением видов за границы есте-ственных ареалов, приводят к трансформации областей распространения, при этом ареалы эврибионтных видов, как правило, расширяют-ся, стенобионтных, напротив, сужаются. Это сопровождается изменением видового разно-образия региональных ихтиофаун вследствие исчезновения ряда аборигенных и появления чужеродных (или инвазийных) видов в резуль-тате интродукции или саморасселения [7].

Практика показала, что проблемы, связан-ные с биологическими инвазиями, приобре-ли в последнее время особое значение. Среди экологов под биологическими инвазиями по-

92

БИОЛОГИЯ

нимаются все факты проникновения видов за границы их естественного распространения (или первоначального ареала). Эти виды на-зываются инвазийными, чужеродными или вселенцами [8]. Они способны активно воздей-ствовать на биотическую часть новых для них экосистем, вызывая в них порой необратимые изменения.

В экосистеме Северной Двины список рыб расширился вследствие выполнения работ по акклиматизации на Европейском Севере ряда дальневосточных видов, интродукционных ме-роприятий и саморасселения [7].

В результате проведения акклиматизаци-онных работ в 50-х годах прошлого столетия в бассейнах Баренцева и Белого морей появилась и успешно натурализовалась дальневосточная горбуша Oncorhynchus gorbuscha (Walbaum, 1792). Она широко освоила акваторию нового ареала, протянувшегося от побережий Скан-динавских стран на западе до Обской губы на востоке. Характеризуясь высокой численно-стью, приобрела статус промыслового объекта и в настоящее время в значительных количе-ствах добывается в Архангельской области на побережье Белого моря, заходя и в р. Северную Двину. В то же время вызывает озабоченность возможное обострение ее конкурентных от-ношений с местными видами: атлантическим лососем Salmo salar (Linnaeus, 1758), кумжей Salmo trutta (Linnaeus, 1758) и арктическим гольцом Salvelinus alpinus (Linnaeus, 1758) [7].

Судак Stizostedion lucioperca (Linnaeus, 1758) появился в р. Северной Двине в резуль-тате направленной интродукции в р. Сухону (Двинской бассейн) из оз. Кубенское. Есте-ственный ареал судака в Архангельской обла-сти ограничен озерами Балтийского бассейна (Носовско-Лузской и Монастырской систем). В настоящее время является в Северной Двине промысловым видом.

Головешка-ротан Percottus glenii (Dybowski, 1877) в результате спонтанной (нецеленаправ-ленной) интродукции был завезен в оз. Плесец-кое, расположенное на территории космодрома «Плесецк». Здесь проявилась широкая эколо-

гическая валентность вида, выразившаяся в формировании значительной численности, ин-тенсивном характере питания и высоком темпе роста. Существует опасность дальнейшего его расселения при разнесении клейкой оплодот-воренной икры водоплавающими птицами [9].

Во второй половине прошлого века ихтио-фауна Двинского бассейна пополнилась но-выми видами рыб, обитающими в бассейнах Каспийского и Балтийского морей [10]. Бело-глазка Abramis sapa (Pallas, 1814) в бассейне Волги относится к второстепенным промысло-вым видам рыб. Освоение ею Северодвинского бассейна началось с появления в 1971 году в р. Вычегде, после чего белоглазка стала быстро увеличивать свою численность. Из-за внешне-го сходства долгое время включалась в пере-чень промысловых видов как молодь леща или густеры. В настоящее время белоглазка успеш-но освоила весь Двинской бассейн, распростра-нившись и до участков приустьевого взморья. Жерех Aspius aspius (Linnaeus, 1758) появился в составе ихтиофауны Северной Двины вслед за белоглазкой. В настоящее время его чис-ленность невелика, но встречается в составе контрольных уловов практически на всем про-тяжении реки, включая дельту и участки при-устьевого взморья [10].

Возможные пути проникновения чужерод-ных видов рыб в бассейн р. Северной Двины представлены на рис. 1.

Волжские виды (белоглазка и жерех) могли появиться в Северной Двине через ее исход-ные реки Вычегду и Сухону. При реализации Вычегодского варианта проникновения они по приточной системе р. Камы (реки Вятка и Юж-ная Кельтма) могли дойти до Екатерининского канала (не функционирующего в качестве су-доходного, но проходимого для мигрирующих рыб в годы большой водности). Из него эти виды по р. Северной Кельтме мигрировали в р. Вычегду и в дальнейшем через р. Малую Двину заселили весь Двинской бассейн. При рассмотрении второго варианта наиболее ве-роятным представляется путь, пролегающий через Рыбинское водохранилище, далее через

93


реки Шексну и Паразовицу (Паразовицкий ка-нал) в оз. Кубенское, из которого прямой путь в р. Сухону (уже Двинской бассейн).

Кроме того, Паразовицкий канал может являться транзитным путем миграции жереха, обитающего и в водоемах Балтийского бассей-на. В этом случае он мигрирует из Онежского озера через р. Вытегру в Волго-Балтийский ка-нал, затем в р. Ковжу, оз. Белое, р. Паразовицу и далее по уже обозначенному пути проникно-вения каспийских видов в р. Сухону.

При анализе трансграничных перемещений рыб необходимо понимать, что проникновение новых видов в северные водные экосистемы далеко не безопасно с экологической точки зрения. В новых условиях чужеродные виды, обладая высоким адаптивным потенциалом, могут успешно конкурировать с нативными

(местными) видами, угнетая их или даже вы-тесняя полностью. При этом невосполнимые потери может понести не только биологиче-ское разнообразие региона, но и (в случае с ценными промысловыми видами) экономиче-ские интересы человека.

В настоящее время появившиеся в резуль-тате саморасселения южные вселенцы освоили практически весь бассейн р. Северной Двины, расширив свои ареалы до ее дельтовой части и участков приустьевого взморья. Белоглаз-ка, являясь в дельте Волги солоноватоводным видом, уже проникла и на участки двинского приустьевого взморья, где создала серьезную пищевую конкуренцию сигу на местах его от-корма [11]. Кроме того, вызывает озабочен-ность, что в последние годы белоглазка стала резко доминировать и среди молоди карповых

Рис. 1. Возможные пути проникновения каспийских и балтийских видов в бассейн р. Северной Двины (по: [12])

94

БИОЛОГИЯ

рыб. Это свидетельствует о том, что и в семей-стве карповых в скором времени может про-изойти замена ценного промыслового вида – леща на менее ценную белоглазку.

Иными словами, в бассейне р. Северной Двины в настоящее время прогрессируют виды, не встречавшиеся здесь ранее и расши-рившие границы своих ареалов за счет форми-рования благоприятных для их жизни условий. В результате глобальных климатических из-менений наблюдается неуклонное повышение температуры воды и трофности экосистемы р. Северной Двины, что создает более благо-приятные условия для жизни и воспроизвод-ства частиковых рыб.

Появление инвазийных видов рыб в север-ных водоемах чревато и ухудшением эпизо-отической обстановки. Анализ многолетних наблюдений показал, что во второй половине прошлого столетия (до появления чужерод-ных видов) заражение карповых рыб (лещ, язь, плотва) обыкновенным лентецом встречалось лишь единично. В настоящее время это обыч-ное явление, которое при определенных усло-виях может превратиться в массовое.

В результате гистологических исследова-ний организма сиговых рыб Северной Двины (сиг и нельма) выявлены серьезные нарушения морфо-функциональной организации органов и тканей. Однако следует отметить, что не все органы и ткани поражаются в одинаковой мере и степень проявления патологических призна-ков зависит от экологических особенностей рыб [12, 13]. При этом наиболее серьезные изменения претерпевают жабры, непосред-ственно контактирующие с токсикантом. Не менее активно реагируют изменением своей структуры почки, ведущей функцией которых является выведение из организма продуктов метаболизма и вредных веществ, а также пе-чень – основной орган детоксикации. Репро-дуктивные органы являются структурами, наи-более инертными к действию различного рода токсикантов.

Исследования показали, что в почках си-говых рыб (сиг, нельма) на первый план вы-

ступили серьезные нарушения почечной ткани по типу фиброза и специфическое пролифера-тивное воспаление, которое регистрировалось практически у всех видов рыб. Нередки случаи закупорки почечных канальцев паразитически-ми простейшими из класса споровиков, при-водящей к воспалительным реакциям и дис-функции почечных канальцев. Кровоизлияния и разрушения гемопоэтической ткани встреча-лись значительно реже и наблюдались только у сига. Исход воспалительных процессов может быть неоднозначным. Как пролиферативное, так и интерстициальное (межуточное) вос-паление являются формами единого воспали-тельного процесса. Однако в результате проли-феративного воспаления, характеризующегося клеточной пролиферацией, на месте очага вос-паления либо восстанавливается ткань, анало-гичная разрушенной, либо развивается соеди-нительнотканный рубец, блокирующий очаг воспаления и препятствующий его распростра-нению. Исходом же межуточного воспаления является диффузный склероз органа, ведущий к его физиологической атрофии [14]. Состоя-ние печени исследованных рыб (сиг, нельма) можно оценить как удовлетворительное.

При анализе состояния жаберного аппара-та сигов Северной Двины зарегистрированы серьезные повреждения структуры органа, прямо или косвенно ингибирующие физиоло-гические функции жабр. Аномалии структуры респираторных ламелл и эпителия филаментов уменьшают общую диффузионную поверх-ность жабр, а нарушения циркуляции крови приводят к развитию застойных явлений в кро-веносной системе органа и угнетению обмена дыхательных газов. Отмечается нарушение жа-берного эпителия по типу фиброза, регистри-руемое ранее только в почках. Появление по-добных новообразований приводит к слиянию филаментов и превращению строго организо-ванного жаберного аппарата в бесструктурную массу, функция органа при этом утрачивается. Следует отметить, что репаративные процессы в жабрах развиваются достаточно медленно, но восстановление структуры органа, если рас-

95


стройства носили функциональный характер, возможно после ликвидации патогенного фак-тора. Так, для нормализации формы ламелл и улучшения кровоснабжения после прекраще-ния действия высокотоксичного кадмия тре-буется около двух месяцев, эпителий же фила-ментов остается гипертрофированным [15].

Проведенные исследования свидетельству-ют о том, что рыбы р. Северной Двины обитают в условиях многофакторного хронического за-грязнения. Многие из выявленных нарушений (такие как некротические процессы, неоплазия) являются необратимыми и приводят организмы рыб к гибели. Другие, выступая в качестве ос-новы компенсаторно-адаптивных реакций, спо-собствуют переходу на новый функциональный уровень, позволяющий рыбам выжить и суще-ствовать в загрязненной среде.

Начиная с 1980-х годов в бассейне Северной Двины стало наблюдаться изменение структу-ры водных биоценозов, вызванное хроническим ухудшением экологической обстановки. Значи-тельно снизилось как видовое разнообразие ги-дробионтов, так и общий уровень продукцион-ных процессов. В результате большое количество средних и мелких речек, включая и приточную систему Вычегды, Сухоны и Пинеги, практиче-ски утратили рыбохозяйственное значение [16].

С приходом 1990-х годов, несмотря на об-щий спад производства, экологическая ситуа-

ция в речном бассейне продолжала оставаться напряженной. В результате деятельности пред-приятий целлюлозно-бумажной промышлен-ности (Архангельский и Соломбальский цел-люлозно-бумажные комбинаты) сохранялся высокий уровень загрязненности неочищенны-ми стоками низовьев р. Северной Двины. Ава-рия на Котласском ЦБК в 1995 году привела к массовому поступлению в речные воды неочи-щенных выбросов, вызвавшему частичную ги-бель кормовой базы рыб практически по всему Северодвинскому бассейну.

Многолетнее загрязнение речных вод не могло не отразиться на состоянии рыбных ре-сурсов всего бассейна. Как показали результаты исследований, произошло снижение общей чис-ленности промысловой ихтиофауны, и в первую очередь ценных видов лососевых и сиговых рыб. Количество добываемого сига снизилось с 40 т в 1950-е годы до 10 т в 1980-е, т. е. в 4 раза. При этом ухудшение состояния сиговых в бас-сейне сопровождалось изменениями в структу-ре ихтиоценоза. В бассейне р. Северной Двины основные экологические тенденции выразились в неуклонном падении численности ценных ви-дов холодолюбивых лососевидных рыб (лосось, сиговые) и увеличении доли карповых. В тече-ние последних 50-60 лет фактически произошла замена доминировавших в составе рыбного на-селения групп рыб [17] (рис. 2).

Рис. 2. Изменение соотношения в уловах лососевидных и частиковых видов рыб в Северодвинском бассейне

96

Если в 1950-е годы семга Salmo salar (Linnaeus, 1758) и сиговые составляли около половины, в начале 1990-х годов – лишь 15 %, а в 2000-х – чуть больше 5 % от среднегодо-вых речных уловов. В настоящее время специ-ализированный сиговый промысел на Двине отсутствует. Сиг Coregonus lavaretus (Linne, 1758) отмечается в промысловых орудиях лова лишь в качестве прилова на всех видах лова и используется в основном как объект любительского рыболовства. Нельма Stenodus leucichthys (Güldenstadt, 1772) оказалась за-несенной в Красную книгу Архангельской области и сейчас практически недоступна не только для промысла, но и как объект иссле-дований.

В то же время в довоенные годы вылов леща в Северной Двине составлял лишь немно-гим более 20 т. Начиная с 1970-х годов наблю-

далось увеличение его численности, и теперь доля леща составляет порядка половины всей вылавливаемой в Двине рыбы. По результатам проведенных нами работ, в 2000-е годы части-ковые виды рыб составляли более 80 % от всех выловленных рыб [17].

В целом при современной экологической ситуации в Северодвинском бассейне, усугу-бляемой хроническим антропогенным загряз-нением, следует ожидать дальнейшей струк-турной перестройки рыбной части речного сообщества. На фоне дальнейшего снижения численности и биомассы сиговых рыб, более требовательных к условиям окружающей сре-ды, будет происходить дальнейшее увеличение численности карповых рыб, активно расширя-ющих жизненное пространство в результате более благоприятных условий для их питания и воспроизводства.


1. Гросвальд М.Г. Покровные ледники континентальных шельфов. М., 1983. 216 с.2. Квасов Д.Д. Позднечетвертичная история крупных озер и внутренних морей Восточной Европы. Л., 1975.

278 с.3. Новоселов А.П. Изменения рыбной части сообщества р. Северной Двины в меняющихся климатических

условиях // Глобальные климатические процессы и их влияние на экосистемы Арктических и Субарктических регионов: тез. докл. междунар. научной. конф., г. Мурманск, 9−11 ноября 2011 года. Апатиты, 2011. С. 138−140.

4. Новоселов А.П. Основные факторы антропогенного воздействия на водные экосистемы Архангельской области // Устойчивое развитие Северо-Запада России: ресурсно-экологические проблемы и пути их решения. М., 2002. С. 26−28.

5. Новоселов А.П., Студенов И.И. Факторы техногенного воздействия на бассейн реки Северная Двина // Вестн. Сев. (Арктич.) федер. ун-та. Сер.: Естеств. науки. 2014. № 2. С. 32−40.

6. Новоселов А.П. Биологическое разнообразие ихтиофауны бассейна р. Северной Двины // Экологические проблемы бассейнов крупных рек-3. Тольятти, 2003. С. 204.

7. Новоселов А.П. К вопросу о появлении чужеродных видов рыб в бассейне Белого моря // Биологические ресурсы Белого моря и внутренних водоемов Европейского Севера. Сыктывкар, 2003. С. 61.

8. ASLO 2000. Ocean Sciences Meeting, San Antonio, TX, 24–28 January 2000. 9. Новоселов А.П., Студенов И.И. О появлении каспийских видов белоглазки Abramis sapa (Pallas, 1814) и

жереха Aspius aspius (Linnaeus, 1758) в бассейне р. Северной Двины // Вопр. ихтиол. 2002. Т. 42. № 8. С. 615−622.10. Новоселов А.П., Фефилова Л.Ф., Еловенко В.Н. Биологические параметры и питание ротана Percottus

Glenii Dybowski, 1877, случайно вселенного в оз. Плесецкое (Архангельская область) // Чужеродные виды в Голарктике (Борок-2): тез. докл. Второго междунар. симп. по изучению инвазийных видов, Борок Ярославской области, 27 сентября – 1 октября 2005 года. Рыбинск-Борок, 2005. С. 159−160.

11. Новоселов А.П. Студенов И.И. О питании и пищевых взаимоотношениях саморасселившейся белоглазки Abramis sapa (Pallas, 1814) и аборигенного сига Coregonus lavaretus (Linnaeus, 1758) в бассейне р. Cеверной Двины // Естественные и инвазийные процессы формирования биоразнообразия водных и наземных экосистем. Ростов н/Д., 2007. С. 232−234.

БИОЛОГИЯ

97

12. Лукин А.А. Патологии рыб как индикатор качества вод Кольского Севера // Проблемы химического и биохимического мониторинга экологического состояния водных объектов Кольского Севера. Апатиты, 1995. С. 105−119.

13. Лукин А.А., Моисеенко Т.И. Метод патолого-морфологической оценки состояния организма лососевых и сиговых рыб // Антропогенное воздействие на природу Севера и его экологические последствия. Апатиты, 1996. С. 205−211.

14. Пауков В.С., Хитров Н.К. Патология. М., 1999. 345 с.15. Матей В.Е. Жабры пресноводных костистых рыб: Морфофункциональная организация, адаптация,

эволюция. СПб., 1996. 204 с.16. Горбачев С.А., Викторов Ю.А., Пестова Н.В., Иванов Н.О., Килеженко В.П., Плотицына Н.Ф., Голубе-

ва Т.А. Оценка ущерба, наносимого рыбным запасам хозяйственной деятельностью в бассейне Северной Двины // Комплексные проблемы охраны и рационального использования водных ресурсов Европейского Севера на примере рек Северо-Двинского бассейна. Архангельск, 1988. С. 122−124.

17. Новоселов А.П., Козьмин А.К. Адаптивное изменение численности основных промысловых рыб Северодвинского и Онежского бассейнов // Экологические проблемы региона и основные направления рационального природопользования, расширенного воспроизводства природных ресурсов. Архангельск, 1991. С. 123−125.

References

1. Grosval’d M.G. Pokrovnye ledniki kontinental’nykh shel’fov [Cover Glaciers of the Continental Shelves]. Moscow, 1983. 216 p.

2. Kvasov D.D. Pozdnechetvertichnaya istoriya krupnykh ozer i vnutrennikh morey Vo-stochnoy Evropy [Late Quaternary History of Large Lakes and Inland Seas of the Eastern Europe]. Leningrad, 1975. 278 p.

3. Novoselov A.P. Izmeneniya rybnoy chasti soobshchestva r. Severnoy Dviny v me-nyayushchikhsya klimaticheskikh usloviyakh [Changes in the Fish Community of the Northern Dvina River in the Changing Climatic Conditions]. Global’nye klimaticheskie protsessy i ikh vliyanie na ekosistemy Arkticheskikh i Subarkticheskikh regionov: tez. dokl. mezhdunar. nauchnoy. konf., g. Murmansk, 9−11 noyabrya 2011 goda [Global Climate Processes and Their Impact on the Ecosystems of Arctic and Subarctic Regions: Thes. Intern. Sci. Conf., Murmansk, 9–11 November, 2011]. Apatity, 2011, pp. 138−140.

4. Novoselov A.P. Osnovnye faktory antropogennogo vozdeystviya na vodnye ekosistemy Arkhangel’skoy oblasti [Basic Factors of Anthropogenic Impact on the Aquatic Ecosystems of Arkhangelsk Region]. Ustoychivoe razvitie Severo-Zapada Rossii: resursno-ekologicheskie problemy i puti ikh resheniya [Sustainable Development of the Northwest of Russia: Resource and Environmental Problems and Their Solutions]. Moscow, 2002, pp. 26−28.

5. Novoselov A.P., Studenov I.I. Faktory tekhnogennogo vozdeystviya na basseyn reki Severnaya Dvina [Factors of Anthropogenic Impact on the Northern Dvina River Basin]. Vestnik Severnogo (Arkticheskogo) federal’nogo universiteta. Ser.: Estestvennye nauki, 2014, no. 2, pp. 32−40.

6. Novoselov A.P. Biologicheskoe raznoobrazie ikhtiofauny basseyna r. Severnoy Dviny [Biological Diversity of Fish Fauna of the Northern Dvina River Basin]. Ekologicheskie problemy basseynov krupnykh rek–3 [Ecological Problems of the Major River Basins–3]. Togliatti, 2003, p. 204.

7. Novoselov A.P. K voprosu o poyavlenii chuzherodnykh vidov ryb v basseyne Belogo morya [Revisiting the Appearance of Alien Fish Species in the White Sea Basin]. Biologicheskie resursy Belogo morya i vnutrennikh vodoemov Evropeyskogo Severa [Biological Resources of the White Sea and the Inland Waters of the European North]. Syktyvkar, 2003, p. 61.

8. ASLO 2000. Ocean Sciences Meeting, San Antonio, TX, 24–28 January 2000. 9. Novoselov A.P., Studenov I.I. O poyavlenii kaspiyskikh vidov beloglazki Abramis sapa (Pallas, 1814) i zherekha

Aspius aspius (Linnaeus, 1758) v basseyne r. Severnoy Dviny [The Appearance of the Caspian White-Eye Species Abramis sapa (Pallas, 1814) and Asp Aspius aspius (Linnaeus, 1758) in the Northern Dvina River Basin]. Voprosy ikhtiologii [Journal of Ichthyology], 2002, vol. 42, no. 8, pp. 615−622.


98

10. Novoselov A.P., Fefilova L.F., Elovenko V.N. Biologicheskie parametry i pitanie rotana Percottus Glenii Dybowski, 1877, sluchayno vselennogo v oz. Plesetskoe (Arkhangel’skaya oblast’) [Biological Parameters and Nutrition of Rotan Percottus Glenii Dybowski, 1877, Accidentally Breeded in the Plesetskoe Lake (Arkhangelsk Region)]. Chuzherodnye vidy v Golarktike (Borok-2): tez. dokl. Vtorogo mezhdunarodnogo simpoziuma po izucheniyu invaziynykh vidov, Borok Yaroslavskoy oblasti, 27 sentyabrya – 1 oktyabrya 2005 goda [Alien Species in the Holarctic (Borok-2): Thes. II Intern. Symp. on the Study of Invasive Species. Borok, Yaroslavl Region, 27 September – 1 October, 2005]. Rybinsk–Borok, 2005, pp. 159−160.

11. Novoselov A.P. Studenov I.I. O pitanii i pishchevykh vzaimootnosheniyakh samorasselivsheysya beloglazki Abramis sapa (Pallas, 1814) i aborigennogo siga Coregonus lavaretus (Linnaeus, 1758) v basseyne r. Severnoy Dviny [On Nutrition and Food Relationship of Self-Breeded White-Eye Abramis sapa (Pallas, 1814) and Native Whitefish Coregonus lavaretus (Linnaeus, 1758) in the Northern Dvina River Basin]. Estestvennye i invaziynye protsessy formirovaniya bioraznoobraziya vodnykh i nazemnykh ekosistem [Natural and Invasive Processes of the Biodiversity Formation of Aquatic and Terrestrial Ecosystems]. Rostov-on-Don, 2007, pp. 232−234.

12. Lukin A.A. Patologii ryb kak indikator kachestva vod Kol’skogo Severa [A Fish Pathology as an Indicator of Water Quality in the Kola Peninsula]. Problemy khimicheskogo i biokhimicheskogo monitoringa ekologicheskogo sostoyaniya vodnykh ob”ektov Kol’skogo Severa [Problems of Chemical and Biochemical Monitoring of the Ecological Status of Water Bodies in the Kola North]. Apatity, 1995, pp. 105−119.

13. Lukin A.A., Moiseenko T.I. Metod patologo-morfologicheskoy otsenki sostoyaniya organizma lososevykh i sigovykh ryb [Method of Pathological and Morphological Assessment of the Body State of Salmon and Whitefish]. Antropogennoe vozdeystvie na prirodu Se-vera i ego ekologicheskie posledstviya [The Anthropogenic Impact on the Nature of the North and Its Environmental Consequences]. Apatity, 1996, pp. 205−211.

14. Paukov V.S., Khitrov N.K. Patologiya [Pathology]. Moscow, 1999. 345 p.15. Matey V.E. Zhabry presnovodnykh kostistykh ryb: Morfofunktsional’naya or-ganizatsiya, adaptatsiya,

evolyutsiya [The Gills of Freshwater Bony Fishes: Morphofunctional Organization, Adaptation, Evolution]. Saint Petersburg, 1996. 204 p.

16. Gorbachev S.A., Viktorov Yu.A., Pestova N.V., Ivanov N.O., Kilezhenko V.P., Plotitsyna N.F., Golubeva T.A. Otsenka ushcherba, nanosimogo rybnym zapasam khozyaystvennoy deyatel’nost’yu v basseyne Severnoy Dviny [Damage Assessment of Fish Resources by the Economic Activities in the Northern Dvina River Basin]. Kompleksnye problemy okhrany i ratsional’nogo ispol’zovaniya vodnykh resursov Evropeyskogo Severa na primere rek Severo-Dvinskogo basseyna [Complex Issues of Protection and Rational Use of Water Resources of the European North in the Example of the Rivers of the Northern Dvina Basin]. Arkhangelsk, 1988, pp. 122−124.

17. Novoselov A.P., Koz’min A.K. Adaptivnoe izmenenie chislennosti osnovnykh promyslovykh ryb Severodvinskogo i Onezhskogo basseynov [Adaptive Changes in the Number of Major Commercial Fish in the Severodvinsk and Onega Basin]. Ekologicheskie problemy regiona i osnovnye napravleniya ratsional’nogo prirodopol’zovaniya, rasshirennogo vosproizvodstva prirodnykh resursov [Ecological Problems of the Region and the Basic Areas of the Environmental Management, Expansion of the First Reproduction of Natural Resources]. Arkhangelsk, 1991, pp. 123−125.

doi: 10.17238/issn2227-6572.2015.4.90 Novoselov Aleksandr Pavlovich

Northern Branch of Knipovich Polar Research Institute of Marine Fisheries and Oceanography Uritskiy str., 17, Arkhangelsk, 163002, Russian Federation;

Arkhangelsk Scientific Centre, Ural Branch of the Russian Academy of Sciences

Sadovaya str., 3, Arkhangelsk, 163018, Russian Federation; e-mail: [email protected]

Studenov Igor’ IvanovichKnipovich Polar Research Institute of Marine Fisheries and Oceanography

Akademik Knipovich str., 6, Murmansk, 183038, Russian Federation;Arkhangelsk Scientific Centre, Ural Branch of the Russian Academy of Sciences;

Uritskiy str., 17, Arkhangelsk, 163002, Russian Federation; e-mail: [email protected]

БИОЛОГИЯ

99

Lukin Anatoliy AleksandrovichState Research Institute of Lake and River Fisheries

Naberezhnaya Makarova, 26, St. Petersburg, 199053, Russian Federation; e-mail: [email protected]

CURRENT STATE OF WATER BIOLOGICAL RESOURCES OF THE NORTHERN DVINA RIVER

As a result of impact of natural and anthropogenic factors in the Northern Dvina River ecosystem some serai changes have occurred both at the population and organismic levels of the organization. They appeared in the form of cross-border movements of fish migration, reduction the number and resources of commercial species, deterioration of the epizootic situation in a reservoir, and abnormalities in the organismic level (serious irreversible violations of morpho-functional organization of organs and tissues). Currently, new species of fish appeared in the basin of the river of interest: pike perch, white-eye and asp. Their natural habitat includes the Caspian and Baltic Seas. Prolonged exposure of a wide range of anthropogenic factors has led to a decrease in the overall level of production processes in the river ecosystem, causing the population-level changes in the structure of commercial catches, and especially of the valuable fish species of the salmon and whitefish complex (Atlantic salmon, whitefish, white salmon). Along with the deterioration of the salmon and whitefish populations, there are changes in the structure of the fishing community in the Severodvinsk basin. Over the past half-century in fact there was a change of dominated in catches salmon and whitefish complex to carp fish. At the organismic level many fish violations (necrotic processes, neoplasia) are classified as irreversible when the restoration of the structure and functions is impossible. However, parallely developing hypertrophy, hyperplasia, encapsulation are the structural and functional basis of compensatory-adaptive reactions. These reactions allow the body to move to a new performance level, and provide an opportunity to survive in a toxic environment.

Keywords: state of fish resources, serai fish fauna changes, population and organismic levels of organization, the European North of Russia.


100

УДК [502.75+581.95]:502.4(470.11)

ПуЧнина людмила васильевнаГосударственный заповедник «Пинежский» адрес: 164610, Архангельская обл., п. Пинега, ул. Кудрина, д. 131; e-mail: [email protected]

Головина екатерина олеговнаБотанический институт им. В.Л. Комарова РАН адрес: 197376, Санкт-Петербург, ул. Проф. Попова, д. 2; e-mail: [email protected]

ФилиППов дмитрий андреевичИнститут биологии внутренних вод им. И.Д. Папанина РАН адрес: 152742, Россия, Ярославская обл., Некоузский р-н, пос. Борок; e-mail: [email protected]

Галанина ольга владимировнаБотанический институт им. В.Л. Комарова РАН адрес: 197376, Санкт-Петербург, ул. Проф. Попова, д. 2; e-mail: [email protected]

МаКарова Марина алексеевнаБотанический институт им. В.Л. Комарова РАНадрес: 197376, Санкт-Петербург, ул. Проф. Попова, д. 2; e-mail: [email protected]

КуЧеров илья борисовичБотанический институт им. В.Л. Комарова РАН адрес: 197376, Санкт-Петербург, ул. Проф. Попова, д. 2; e-mail: [email protected]

МеСтонаХоЖдениЯ редКиХ и оХранЯеМЫХ видов СоСудиСтЫХ раСтений в ПроеКтируеМоМ ПриродноМ ПарКе «ЗвоЗСКий» и еГо оКреСтноСтЯХ (архангельская область)1

В статье, посвященной флористическим находкам в Холмогорском районе Архангельской области, со-брана информация о вновь обнаруженных местах произрастания редких и охраняемых видов растений. Находки сделаны как на проектируемой особо охраняемой природной территории (ООПТ), так и на близ-лежащих территориях в течение ряда лет при выполнении полевых исследований, в т. ч. при обоснова-нии создания природного парка «Звозский». Некоторые данные получены при проведении ландшафтных

БИОЛОГИЯ

© Пучнина Л.В., Головина Е.О., Филиппов Д.А., Галанина О.В., Макарова М.А., Кучеров И.Б., 2015

1Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ, проект № 13-05-00837а. Авторы признательны чле-ну-корреспонденту РАН, доктору биологических наук Н.Н. Цвелеву (БИН РАН) за определение критических образцов сосудистых растений, а также рецензенту за ценные замечания.

doi: 10.17238/issn2227-6572.2015.4.100

101

Пучнина Л.В. и др. Местонахождения редких и охраняемых видов сосудистых растений...

изысканий, изучении пойменных и болотных экосистем на обоих берегах Северной Двины в ее среднем течении. Приводятся сведения о местонахождениях 20 видов сосудистых растений, внесенных в Красные книги Российской Федерации (Cypripedium calceolus, Dactylorhiza traunsteineri) и Архангельской области (Dryopteris filix-mas, Thelypteris palustris, Glyceria lithuanica, Gagea minima, Epipactis atrorubens, E. hellebo-rine, Hammarbya paludosa, Nymphaea candida, N. tetragona, Astragalus australis, Tilia cordata, Viola mauritii, V. riviniana, V. selkirkii, Pleurospermum uralense, Chimaphila umbellata, Cortusa matthioli, Galium triflorum), а также 14 редких видов сосудистых растений, не имеющих статуса охраняемых. Указываются точные координаты произрастания видов и характеристика их местообитания, сообщаются сведения об ареалах. Подчеркивается важность проектируемой ООПТ для сохранения биологического разнообразия. Авторы рекомендуют скорректировать границы проектируемого природного парка «Звозский» с тем, чтобы обе-спечить сохранение местообитания найденного за пределами проектируемой ООПТ Epipogium aphyllum – растения, внесенного в Красную книгу России, а также организовать охрану поймы Северной Двины меж-ду деревнями Ныкола и Звоз, где был встречен ряд редких и охраняемых видов.

Ключевые слова: охраняемые виды сосудистых растений Архангельской области, редкие виды сосу-дистых растений Архангельской области, проектируемый природный парк «Звозский».

Территория окрестностей д. Звоз в среднем течении р. Северной Двины по постановле-нию правительства Архангельской области от 25.12.2012 № 608-пп «Об утверждении схемы территориального планирования Архангельской области» (http://base.consultant.ru) включена в Список проектируемых особо охраняемых при-родных территорий регионального значения. На площади 7,6 тыс. га планируется создание при-родного парка «Звозский». Обоснование орга-низации природного парка с целью сохранения как уникальных форм карста, так и редких ви-дов растений и растительных сообществ карсто-вых ландшафтов подготовлено архангельскими геологами и ботаниками в 2007 году2.

Флора Звозского карстового района до не-давнего времени была изучена недостаточно полно. Имелись лишь некоторые сведения по отдельным видам растений, относящиеся к 1880-м годам, затем к 1930-м и 1970–1980-м годам [1−4]. Целью нашей работы являлось из-учение пространственной организации расти-

тельного покрова района исследования, в том числе выявление флоры сосудистых растений.

В 2007 году флору проектируемого при-родного парка обследовала Л.В. Пучнина (ЛП), в 2012 – И.Б. Кучеров (ИК). Флору пар-ка и его окрестностей изучали: в 2008, 2009 и 2012 годах – М.А. Макарова (ММ), в 2013 – О.В. Галанина (ОГ), Д.А. Филиппов (ДФ), М.Г. Носкова, в 2014 – М.А. Макарова и Е.О. Головина (ЕГ). Таким образом, наряду с территорией природного парка, на левом берегу р. Северной Двины (Емецкий фло-ристический район [4]) были обследованы окрестности малых деревень Бызовы, За-борье, Россохи, Погост и Низ, объединяе-мых под общим названием д. Ныкола, район оз. Мурги к северо-западу от д. Ныкола, а также окрестности поселков Двинской и Липовик на правом берегу Северной Двины (Северо-Двин-ский флористический район [4]). Флористиче-ское обследование проводилось традиционным маршрутным методом.

2Пучнина Л.В., Шаврина Е.В., Малков В.Н., Гук Е.В. Обоснование создания природного парка «Звозский». Прил. к отчету проекта «Био- и георазнообразие уникальных ландшафтов гипсового карста Архангельской об-ласти» (Конкурс по приоритетным направлениям развития науки в Архангельской области, 2007 г.). Пинега, 2007. 20 с. (Рукопись в архиве заповедника «Пинежский»).

102

В статье приводятся сведения о местона-хождениях в природном парке «Звозский» и на прилегающих к нему территориях сосудистых растений, внесенных в Красные книги Рос-сийской Федерации3 (ККРФ) и Архангельской области4 (ККАО), а также редких в Архангель-ской области растений. К последним отнесены виды, известные в регионе по немногим на-ходкам, находящиеся в районе исследования в отрыве от мест их сплошного распростране-ния в области, а также ранее не указывавшиеся В.М. Шмидтом [4] для тех флористических районов, в которых они обнаружены. Малая часть находок ранее упоминалась в статье, посвящен-ной болотам рассматриваемой территории [5].

Гербарные образцы М.А. Макаровой, Е.О. Го- ловиной и И.Б. Кучерова хранятся в Гербарии Ботанического института им. В.Л. Комарова РАН (LE), Л.В. Пучниной – в Гербарии заповед-ника «Пинежский», Д.А. Филиппова и О.В. Га- ланиной – в Гербарии Института биологии вну-тренних вод им. И.Д. Папанина РАН (IBIW). Для большинства местонахождений приведе-ны географические координаты (WGS–84, с.ш., в.д.). Сведения об ареалах видов даны по [6] с региональными уточнениями по [4] и другим цитируемым источникам. Виды, произраста-ющие в природном парке, отмечены после на-звания восклицательным знаком − !, впервые приводящиеся для Емецкого флористического района – ●, для Северо-Двинского – ■, адвен-тивные виды – *.

1. Охраняемые виды сосудистых растений 1.1. Виды сосудистых растений, внесенные

в Красную книгу России (категория редкости 3)Cypripedium calceolus L. ! Внесен в ККАО,

категория редкости 3. Левый берег Северной Двины: елово-травяно-сфагновое напорного грунтового питания евтрофное болото в 1,5 км к СЗЗ от д. Бызовы (63º19'13'', 41º57'26''; 07.08.2013; ДФ). Правый берег Северной Дви-ны: сосняк с лиственницей костянично-разно-травный на гипсовом шелопняке, перекрытом

слоем доломита, в прибортовой зоне реки в 3 км к Ю от д. Звоз (63º14'40'', 42º01'53''; 27.07.2007; ЛП); сосняк с лиственницей, елью разнотрав-ный на гипсовом шелопняке, перекрытом пе-ском, в 4,5 км к ЮЮЗ от д. Звоз (63º14'00'', 42º01'02''; 24.07.2014; ММ, ЕГ); березняк с со-сной, лиственницей, елью коротконожково-раз-нотравный в 3,1 км к СВ от д. Звоз (63º17'38'', 42º04'54''; 26.07.2014; ММ, ЕГ). Евразиатский бореонеморальный вид. В окрестностях д. Звоз указывался и другими исследователями [7, 8].

Dactylorhiza traunsteineri (Saut.) Soó s.l. Внесен в ККАО, категория редкости 3. Альпий-скопухоносово-клюквенно-сфагновые сообще-ства на верховом болоте в 1,2 км к ЮЮВ от пос. Двинской (63º20'08'', 42º02'20''; 05.08.2013; ДФ), сосново-голубично-хамедафно-сфагно-вые сообщества на верховом болоте в 1,5 км к ЮЮВ от пос. Двинской (63º19'59'', 42º02'26''; 05.08.2013; ДФ). Евросибирский бореальный вид, на болотах встречается крайне редко и обычно в единичных экземплярах.

1.2. Виды сосудистых растений, внесенные в Красную книгу Архангельской области

1.2.1. Виды, редкие на территории области (категория редкости 3)

Glyceria lithuanica (Gorski) Gorski ! Луговиково (Avenella flexuosa)-кустарничково-зеленомошная сплошная вырубка в 1,1 км к западу от д. Бызо-вы, в ручье (63º18'51'', 41º57'52''; 16.07.2014; ММ); ельник снытево-аконитовый на террасе руч. Шипеловский в 5 км к ЮЗ от д. Звоз (63º14'05'', 41º58'15''; 22.07.2014; ММ, ЕГ); берег р. Пырьев-ки у северо-западной оконечности д. Бызовы (63º19'04'', 41º58'58''; 25.07.2014; ЕГ). Евразиат-ский бореальный вид, в области известный из единичных точек в бассейнах рек Онеги, Ваги, Северной Двины, Пинеги и Вычегды [4].

Gagea minima (L.) Ker-Gawl. ● Луг на сугли-нистом моренном холме («гора Крушинское») у д. Бызовы (63°18'54'', 41°59'24''; 01.06.2003; ММ, не собран). Европейско-средиземномор-ский полизональный вид на северном пределе

3Красная книга Российской Федерации (растения и грибы). М., 2008. 855 с.4Красная книга Архангельской области. Архангельск, 2008. 351 с.

БИОЛОГИЯ

103

распространения. В области ранее был изве-стен лишь из нескольких местонахождений в бассейнах рек Ваги, Пинеги, Вычегды и в на-циональном парке «Кенозерский» [4, 9].

Epipactis helleborine (L.) Crantz. Поймен-ный ивняк ястребинково-кострецовый на ле-вом берегу Северной Двины в 1 км к СВ от д. Погост (63°19'58'', 41°59'56''; 10.08.2009; ММ) [13]; южный берег о. Новозерский на Северной Двине в 0,65 км к З от пос. Двин-ской, ивняк с березой и елью разнотравный (63°20'43'', 41°59'59''; 07.07.2012; ММ, не со-бран). Евразиатский бореонеморальный вид, в пределах Архангельской области – с северной и северо-восточной границами ареала [4].

Nymphaea tetragona Georgi. Урутево-кув-шинково-водокрасовые сообщества в ста-рице на левом берегу р. Северной Двины в 1,3 км к СВВ от д. Заборье (63°19'00'', 42°01'18''; 10.08.2013; ДФ). Голарктический (с атлантиче-ской дизъюнкцией) бореальный вид на север-ной границе распространения.

Astragalus australis (L.) Lam. ! Вид ранее приводился для д. Звоз, но без детального опи-сания мест его произрастания [3]. Встречается по обоим берегам Северной Двины, но наибо-лее крупная его популяция отмечена на право-бережье, в 3−5 км к Ю от Звоза, где вид доми-нирует в травяном покрове луговин на крутом береговом склоне и под пологом редкостойных сосняков в верхней части склона на протяже-нии около 2 км (24.07.2007; ЛП). Собран также в сосняке с лиственницей астрагалово-толок-нянково-зеленомошном на бровке северного склона Никольского лога в 5,2 км к Ю от Звоза (63°14'53'', 42°02'27''; 15.07.2012; ИК). Восточ-ноевропейско-уральский гипоарктомонтанный вид, в регионе обнаружен в немногих точках в бассейнах рек Северной Двины, Пинеги, Кулой и Мезени [3].

Viola mauritii Tepl. ! Правый берег Север-ной Двины в 5 км к ЮЮВ от д. Звоз, урочи-ще «Никольский лог», редкостойный ельник зеленомошный по склону карстовой воронки в глубине лога, единично (63°14'55'', 42°03'04''; 15.07.2012; ИК, не собран). Восточноевропей-

ско-сибирский бореальный вид на западном пределе распространения [4] из состава «сви-ты» сибирской пихты; островные западные участки ареала последней известны непода-леку от места находки – по долине р. Емцы и по левому берегу Северной Двины на С до д. Холмогоры [1, 4].

V. selkirkii Pursh ex Goldie ! Левый берег Северной Двины в 3,6 км к ЮЗ от южной око-нечности д. Звоз, карстовый лог (63º14'24'', 41º59'35''; 22.07.2014; ММ, ЕГ). Правый берег Северной Двины в 4,2 км к ЮЮЗ от Звоза, выходы гипса в карстовой воронке (63º14'02'', 42º01'11''; 24.07.2014; ММ, ЕГ). Голарктиче-ский бореальный вид на северной границе аре-ала [4].

1.2.2. Неопределенные по современному состоянию и категории виды (категория редко-сти 4)

Chimaphila umbellata (L.) W. Barton ● Ив-няк с елью травяной на высоком песчаном ле-вом берегу Северной Двины в 1 км к ССВ от д. Россохи (63°19'52'', 42°00'17''; 31.07.2009; ММ, не собран). Вид найден в 2009 году [10], обнаружить его повторно не удавалось в связи с тем, что эта часть берега реки была смыта во время половодья. Голарктический боре-альный вид на северном пределе ареала [4]. В Архангельской области обнаружен в 3 точках: национальном парке «Кенозерский», нижнем течении р. Устьи и окрестностях г. Архангель-ска [3, 9, 11].

1.2.3. Виды, рекомендованные к биологиче-скому надзору за состоянием их популяций

Dryopteris filix-mas (L.) Schott. Левый берег Северной Двины: ельник с сосной травяно-зе-леномошный в нижней части склона карстовой воронки в 1,8 км к ЮЗ от д. Звоз (10.08.2003; ММ; не собран); ельник с черной ольхой звезд-чатково-крапивный (Stellaria nemorum) на террасе Северной Двины в 4,1 км к ССЗ от д. Бызовы (63º21'03'', 41º57'14''; 27.07.2014; ЕГ). Плюрирегиональный полизональный вид, ред-кий в Архангельской области [4].

Thelypteris palustris Schott! Заболоченный сосняк с березой и ольхой черной вахтово-те-


104

липтерисовый на плоской суглинистой рав-нине в 2,4 км к ЮВ от д. Бызовы; доминиру-ет в травяном покрове (63º18'17'', 42º01'37''; 30.07.2014; ММ, ЕГ). Европейско-южносибир-ско-западноазиатский бореонеморальный вид близ северного предела распространения.

Epipactis atrorubens (Hoffm. ex Bernh.) Bess. ! Правый берег Северной Двины: сосняк с лиственницей костянично-разнотравный на гипсовом шелопняке, перекрытом слоем до-ломита, в прибортовой зоне реки в 3 км к Ю от д. Звоз; отмечена крупная ценопопуляция вида (более 100 особей; 63º14'40'', 42º01'53''; 27.07.2007; ЛП). Сосняк с лиственницей астра-галово-толокнянково-зеленомошный на бровке северного склона Никольского лога в 5,2 км к Ю от д. Звоз (63°14'53'', 42°02'27''; 15.07.2012; ИК, не собран). Сосняк с елью и лиственницей травяной в 3,6 км к ЮЮЗ от д. Звоз (63º14'00'', 42º01'02''; 24.07.2014; ММ, ЕГ, не собран). Ель-ник с лиственницей кислично-травяно-зелено-мошный и сосняк бруснично-зеленомошный на гипсовых останцах в 1,5 км к ЮВ от пос. Ли-повик (63º18'27'', 42º04'13''; 26.07.2014; ММ, ЕГ, не собран). Левый берег Северной Двины: обочина лесной дороги над береговым обры-вом в 4 км к ЮЗ от д. Звоз (63º14'38'', 41º60'00''; 22.07.2014; ММ, ЕГ). Евросибирский (с ирра-диацией ареала в Средиземноморье) бореаль-ный вид, повсеместно тяготеющий к выходам карбонатных и сульфатных горных пород.

Hammarbya paludosa (L.) O. Kuntze. Осо-ково-травяно-сфагновые ковровые сообщества на мезоолиготрофном болоте в 3,1 км к СЗЗ от д. Низ (63º20'34'', 41º54'43''; 06.08.2013; ДФ, ОГ). Единичные растения. Голарктический (с восточноканадской дизъюнкцией) бореаль-ный вид, по всей видимости, из-за своих раз-меров нередко пропускается ботаниками и, возможно, встречается в области чаще, чем указано В.М. Шмидтом [4, 12], однако заслу-живает охраны в связи с узкой экологической приуроченностью.

Nymphaea candida J. Presl. Кувшинково-те-лорезово-стрелолистовые сообщества в ста-рице на левом берегу р. Северной Двины в

1,5 км к В от д. Заборье (63°18'46'', 42°01'40''; 10.08.2013; ДФ, ОГ, не собран). Евросибирско-горнозападноазиатский полизональный вид на северном пределе распространения.

Tilia cordata Mill. ! Правый берег Северной Двины, прибортовая зона реки южнее Николь-ского лога (63º13'47'', 42º00'53''; 26.07.2007; ЛП; 15.07.2012; ИК, не собран). Заросли липы кустарниковой формы роста приурочены к опушке смешанного леса, ближе к борту скло-на липа имеет форму стланика. Евросибирский неморальный вид; через д. Звоз проходит се-верная граница его ареала [1, 4].

Viola riviniana Reichenb. ! Левый берег Се-верной Двины: в 3 км к югу от д. Звоз, ниж-няя часть ложбинообразного склона долины, березняк разнотравный (63º14'45'', 42º00'16''; 24.07.2007; ЛП, не собран); ельник кислич-но-папоротничковый на склоне к руч. Шипе-ловский в 4,3 км к ЮЗ от д. Звоз (63º14'08'', 41º58'56''; 22.07.2014; ММ, ЕГ). Европейский бореонеморальный вид на северном пределе ареала [4].

Pleurospermum uralense Hoffm. ! Правый берег Северной Двины: осинник орляковый в прибортовой зоне Никольского лога и берез-няк разнотравный в нижней части склона лога близ устья (63º14'00'', 42º01'06'' и 63º13'53'', 42º00'59''; 26.07.2007; ЛП, не собран); редко-стойный ельник зеленомошный по склону кар-стовой воронки в глубине Никольского лога (63°14'55'', 42°03'04''; 15.07.2012; ИК, не со-бран); березняк с елью травяно-зеленомошный в 3,9 км к ЮЮЗ от д. Звоз (63º13'53'', 42º00'52''; 24.07.2014; ММ, ЕГ). В Никольском логу от-мечены единичные вегетативные особи, во втором местонахождении – плодоносящее рас-тение. В 2014 году вид был встречен несколько раз по правому берегу Северной Двины между реками Сёржа и Большая Кирокса. Восточно-европейско-азиатский бореальный вид близ за-падной границы ареала [4].

Cortusa matthioli L. s.l. ! Терраса р. Пырьев-ки у северо-западной оконечности д. Бызовы, ельник хвощово-папоротничково-травяной (63º19'04'', 41º58'56''; 09.07.2014; ММ); терраса

БИОЛОГИЯ

105

р. Ныколки в 1,5 км к ЮЮЗ от д. Бызовы, раз-реженный ельник крупнотравно-таволговый (63º18'13'', 41º58'39''; 10.07.2014; ММ, не со- бран); ельник снытево-аконитовый на терра-се руч. Шипеловский в 5 км к ЮЗ от д. Звоз (63º14'05'', 41º58'15''; 22.07.2014; ММ, ЕГ, не собран) [13]. Евросибирский бореальный вид.

Galium triflorum Michx. ! Правый берег Се-верной Двины в 5 км к ЮЮВ от д. Звоз, ред-костойный ельник зеленомошный по склону карстовой воронки в глубине Никольского лога (63°14'55'', 42°03'04''; 15.07.2012; ИК, не со-бран). Голарктический бореальный вид. Об-наружен в нескольких точках на юге и западе Архангельской области, в Емецком флористи-ческом районе ранее его местонахождение ука-зывалось лишь близ г. Шенкурска [2, 4, 9].

2. Редкие виды сосудистых растений, не имеющие статуса охраняемых в Архангельской области

2.1. Виды, ранее не указывавшиеся либо редкие в Емецком флористическом районе

Sparganium angustifolium Michx. ! ● Левый берег Северной Двины в 5,3 км к ЮЗ от Зво-за, в руч. Шипеловский (63º14'05'', 41º58'15''; 22.07.2014; ММ, ЕГ). В 2013 году отмечен как доминирующий вид на небольшом болотце у д. Заборье [5]. Голарктический полидизъюн-ктивный бореальный вид.

Carex media R. Br. ● Разреженный ельник таволговый на террасе р. Ныколки в 1,5 км к ЮЮЗ от д. Бызовы (63º18'13'', 41º58'40''; 10.07.2014; ММ). Голарктический гипоаркто-монтанный вид, в регионе нередок на Беломор-ско-Кулойском плато, в остальных его частях известны лишь единичные местонахождения [3, 4]. Наша находка – первая и для Емецкого флористического района, и для центральной части области в целом.

Allium angulosum L. На лугу около церкви в д. Погост (24.07.2008; ММ; опр. Н.Н. Цве-лев; 09.07.2012; ММ); пойменный разнотрав-но-мелкозлаковый луг в 1,4 км к СВВ от д. За-борье (63°19'01'', 42°01'24''; 10.08.2013; ДФ). Также изредка встречается на пойменных лу-гах Северной Двины между деревнями Низ и

Звоз (2012, ММ, не собран). Евросибирский лесостепной вид, проникающий в бассейн Се-верной Двины по ее южным притокам из По-волжья. В Емецком флористическом районе ранее указывалось его местообитание лишь на юге – в окрестностях пос. Черевково и с. Крас-ноборск [2, 3].

Rumex maritimus L. * Обрывистый песча-но-глинистый левый берег Северной Двины в 1 км к СВ от д. Россохи (63°19'35'', 42°01'01''; 31.07.2008; ММ). Правый берег Северной Дви-ны, глинисто-песчаные отмели в 1,5 км к СЗ от пос. Липовик (63°19'48'', 42°01'54''; 12.08.2013; ДФ, ОГ, не собран). Евразиатский лесостепной вид, в Архангельской области адвентивный, в Емецком флористическом районе ранее было известно 3 местонахождения, сосредоточен-ных в южной его половине: в окрестностях пос. Черевково, с. Красноборск [3] и на песча-ных островах в пойме Северной Двины напро-тив пос. Верхняя Тойма [12].

Persicaria lapathifolia (L.) S.F. Gray * ● ■ Левый берег Северной Двины, песчаная коса в 1,2 км к северу от д. Низ (63°20'40'', 41°58'00''; 27.07.2009; ММ; опр. Н.Н. Цвелев). Был обна-ружен и на правом берегу Северной Двины: полевицевые (Agrostis stolonifera) сообщества на глинисто-песчаной отмели в 1,3 км к СЗ от пос. Липовик (63°19'45'', 42°01'57''; 12.08.2013; ДФ, ОГ, не собран). Плюрирегиональный по-лизональный вид, адвентивный в Архангель-ской области. Ранее в регионе было известно лишь 5 точек его местонахождения: д. Лямцы на Онежском полуострове, национальный парк «Кенозерский», Лачский заказник, поселки Усть-Пинега и Пинега [4, 9, 14].

Betonica officinalis L. ● Пойменный разно-травно-мелкозлаковый луг в 1,4 км к СВВ от д. Заборье (63°19'01'', 42°01'24''; 10.08.2013; ДФ). Европейско-южнозападносибирский (с иррадиацией в Средиземноморье) немораль-ный вид на северном пределе ареала. Вид с не-ясным распространением в области: в литера-туре упоминается лишь одно местонахождение (в окрестностях г. Архангельска [4]), нами он был найден также на лугу по берегу р. Свидь,


106

в ее среднем течении (03.08.2011, ДФ). Наход-ки данного вида интересны тем, что это первые современные указания на его произрастание в Архангельской области. Последнее (единствен-ное) известное указание датируется последней четвертью XIX века [4, 15]. По всей видимости, вид заслуживает охраны на территории Архан-гельской области и включения в 3-ю редакцию региональной Красной книги.

Lycopus europaeus L. ● Изредка встреча-ется по заболоченным берегам стариц, в пой-менных ивняках и лугах левобережья Север-ной Двины в окрестностях д. Ныкола (ДФ, ОГ, ММ, ЕГ, не собран). Евразиатский полизо-нальный вид на северной границе ареала. Из-вестен из бывшего Вельского уезда, близ горо-дов Каргополь, Котлас и пос. Верхняя Тойма на юге области [2, 4, 11], и 2 пунктов, располо-женных севернее нашего, близ городов Онеги и Архангельска [16, 17].

Scorzonera ruprechtiana Lipsch. et Krasch. ex Lipsch. ! Правый берег Северной Двины в 3–5 км к Ю от д. Звоз: в растительных со-обществах на склонах и бортах долины реки (26.07.2007; ЛП, не собран). Левый берег Се-верной Двины в 3,6 км к ЮЗ от Звоза, выходы гипса коренного берега (63º14'22'', 41º59'36''; 22.07.2014; ММ, ЕГ). Восточноевропейско-си-бирский лесостепной вид на западной грани-це ареала. Первая находка сделана в Северо-Двинском флористическом районе, где вид и ранее был известен в северной части, вторая – близ восточной границы Емецкого флори-стического района, где ранее был обнаружен лишь в его западной части [4].

2.2. Виды, ранее не указывавшиеся либо ред-кие в Северо-Двинском флористическом районе

Gymnocarpium robertianum (Hoffm.) Newm. ! ■ Правый берег Северной Двины: выходы гипса в карстовой воронке в 4,3 км к ЮЮЗ от д. Звоз (63º14'02'', 42º01'12''; 24.07.2014; ММ, ЕГ); ельник с лиственницей костянично-зе-леномошный на гипсовых останцах в 1,4 км к ЮВ от пос. Липовик (63º18'27'', 42º04'25''; 26.07.2014; ММ, ЕГ); выходы гипса по борту долины руч. Бутыгинский в 1,8 км к ЮВ от

д. Звоз (63º15'15'', 42º03'14''; 29.07.2014; ММ, ЕГ). Голарктический бореальный вид, до сих пор в области был известен в юго-восточной части Беломорско-Кулойского плато, в бас-сейне р. Мезенская Пижма и близ пос. Уколок [4].

Pteridium aquilinum (L.) Kuhn. ex Decken s.l. ! Правый берег Северной Двины в 5 км к Ю от д. Звоз, прибортовая зона Николь-ского лога, осинник орляковый; доминирует в травяно-кустарничковом ярусе (63º14'00'', 42º01'06''; 26.07.2007; ЛП; 15.07.2012; ИК, не собран). Плюрирегиональный полизональный вид, редкий в области, В.М. Шмидтом [4] был указан лишь для ее западной части и Бело-морско-Кулойского плато, впоследствии был обнаружен также на юге Северо-Двинского флористического района в Шиловском заказ-нике [18].

Trichophorum cespitosum (L.) C. Hartm. ! Правый берег Северной Двины в 2,3 км к ЮВ от пос. Двинской, болото Лавичное (63º20'01'', 42º03'29''; 12.08.2013; ДФ, ОГ), вид форми-рует дернистопухоносово-сфагновые ковро-вые сообщества [5]. Левый берег Северной Двины: пухоносово-очеретниковое (Rhyncho-spora alba, Trichophorum alpinum, T. cespi-tosum) сфагновое сообщество на сплавине оз. Мурги в 5,6 км к СЗ от д. Бызовы (63º20'57'', 41º53'54''; 01.08.2014; ММ, ЕГ); болото с гря-дово-озерковыми комплексами в 1,5 км к СЗ от д. Звоз, регрессионный участок на краю болота вблизи кромки леса, андромедово-дер-нистопухоносово-печеночниково-сфагновое с участием лишайников сообщество (63°16'48'', 42°01'51''; 28.06.2015; ОГ). Голарктический ги-поарктомонтанный вид близ южной границы ареала. В Северо-Двинском и Емецком фло-ристических районах до сих пор было извест-но лишь по одному местонахождению вида (в Красноборском районе [12] и близ пос. Уколок [4] соответственно) которые, как и наши точ-ки, находятся в отрыве от южной границы его сплошного распространения в регионе.

Minuartia verna (L.) Hiern ! Правый бе-рег Северной Двины в 5 км к Ю от д. Звоз,

БИОЛОГИЯ

107

гипсовые обнажения коренного берега реки; рассеянно, вместе с Astragalus australis и Anthyllis arenaria (63º13', 42º01'; 26.07.07; ЛП). Гипоарктомонтанный евразиатский вид на южном пределе ареала. Южная граница сплошного распространения в области про-ходит несколько севернее нашей точки; ра-нее к югу от нее было известно лишь одно местонахождение вида при впадении р. Ваги в Северную Двину [4].

Pyrola media L. ! ■ Правый берег Северной Двины в 3,4 км к югу от д. Звоз, редкостой-ный молодой березняк с сосной и листвен-ницей папоротничково-костяничный на гари (63°14'03'', 42°01'50''; 24.07.2014; ММ, ЕГ). Евросибирский бореальный вид.

Cuscuta europaea L. ! Правый берег Се-верной Двины: пойменные ивняки в 4 км к Ю от д. Звоз, на Lathyrus pratensis (26.07.2007; ЛП); влажноразнотравно-кострецовый (Bro-mopsisinermis, Geranium sylvaticum, Filipen-dula ulmaria) луг в карстовом логу в 1,4 км к ЮВ от пос. Липовик, на Trifolium medium (63º18'27'', 42º04'23''; 26.07.2014; ММ, ЕГ); кострецово-таволговый луг на бровке тер-расы р. Большой Кироксы в 1,6 км к восто-ку от Звоза, на Filipendula ulmaria (63º16'10'', 42º04'43''; 29.07.2014; ММ, ЕГ). Полизональ-ный евразиатский вид на северном пределе распространения. Ранее было известно лишь 5 точек его местонахождения на юге и юго-вос-токе Архангельской области: в нижнем течении р. Устьи, близ пос. Верхняя Тойма и 3 точки в окрестностях г. Котласа [4, 11].

Таким образом, 7 видов сосудистых рас-тений, в т. ч. 2 охраняемых (Gagea minima, Chimaphila umbellata), приводятся впервые для Емецкого флористического района, 3 – впервые для Северо-Двинского. Для Cuscuta europaea и Pteridium aquilinum, а также Tri-chophorum cespitosum наши находки – вторые

в пределах соответствующих флористических районов, отстоящие на 100–200 км от ранее известных местонахождений.

Кроме 20 охраняемых видов, перечислен-ных выше, в природном парке «Звозский» и его окрестностях произрастают еще 3 рас-тения, внесенные в Красные книги разного ранга. Это Gypsophila uralensis Less. subsp. pi-negensis (Perf.) R. Kam. ! – ККРФ (25), ККАО (3) [17]; Epipogium aphyllum Sw. – ККРФ (2), ККАО (3) и Leucorchis albida (L.) E. Mey. ! – ККАО (4) [19].

Таким образом, всего отмечено 23 охра-няемых вида и подвида сосудистых растений (4 имеют федеральный статус охраны). В пре-делах природного парка обнаружены популя-ции 14 охраняемых видов, что свидетельству-ет о важности этой территории для сохранения биологического разнообразия Архангельской области.

Из охраняемых видов, обнаруженных за пределами природного парка, наибольший интерес представляет внесенный в Красную книгу России Epipogium aphyllum, в централь-ной части области ранее не отмечавшийся. Он найден в лесном массиве, активно используе-мом для заготовки древесины, где обширные сплошные вырубки перемежаются с участка-ми лесов, пройденными выборочными рубка-ми. Этот вид негативно реагирует на вырубку леса и нарушение лесной подстилки, в связи с чем можно рекомендовать расширить границы природного парка «Звозский» или создать его отдельный кластер для сохранения местооби-тания E. aphyllum.

Желательно также организовать охрану поймы Северной Двины между деревнями Ны-кола и Звоз, где нередки старовозрастные ив-няки из Salix dasyclados, встречаются Epipactis helleborine, E. atrorubens, Betonica officinalis, Pleurospermum uralense и другие редкие виды.

5Здесь и далее в скобках указаны категории редкости видов в соответствующих Красных книгах.


108


1. Кузнецов Н.И. Исследование флоры Шенкурского и Холмогорского уездов Архангельской губернии // Тр. СПб. о-ва естествоиспытателей. СПб., 1888. Т. XIX. № 1. С. 67–160.

2. Перфильев И.А. Флора Северного края. Архангельск, 1934. Ч. I. 160 с. 1936. Ч. II–III. 398 с. 3. Флора северо-востока европейской части СССР / под ред. А.И. Толмачева. Т. I–IV. Л., 1974–1977. 4. Шмидт В.М. Флора Архангельской области. СПб., 2005. 346 с.5. Галанина О.В., Филиппов Д.А., Носкова М.Г. Изучение болот левобережья р. Северная Двина (Холмогорский

район, Архангельская область) // Сохранение и изучение гео- и биоразнообразия на ООПТ Европейского Севера России: материалы науч.-практ. конф., посвящ. 40-летию заповедника «Пинежский», пос. Пинега Архангельской области, 2–5 сентября 2014 года. Ижевск, 2014. С. 65–69.

6. Hulten E., Fries M. Atlas of North European Vascular Plants, North of the Tropic of Саncer. Konigstein, 1986. 1172 p.

7. Илларионова Н.Б. К вопросу об изучении реликтовых растений Архангельской области // Вопросы краеведения и методики преподавания географии и биологии. Архангельск, 1962. С. 120–131.

8. Дровнина С.И., Мергасова Л.Я., Хмара К.А. Бурлаков П.С. Новые местонахождения редких видов в Архангельской области // Вестн. Сев. (Арктич.) федер. ун-та. Сер.: Естеств. науки. 2014. № 3. С. 61–70.

9. Разумовская А.В., Кучеров И.Б., Пучнина Л.В. Сосудистые растения национального парка «Кенозерский» (Аннотированный список видов). Северодвинск, 2012. 162 с.

10. Makarova M.A. Flood-plain Willow Communities in the Middle Flow of the Severnaya Dvina // Abstract of IV International Contact Forum on Habitat Conservation in the Barents Region. Arkhangelsk, 2010. P. 144–145.

11. Серегин А.П., Горяинова И.Н. Флора сосудистых растений // Флора и фауна средней тайги Архангельской области (междуречье Устьи и Кокшеньги). М., 2003. С. 11–41.

12. Чуракова Е.Ю., Сидорова О.В. Распространение и экологическая приуроченность некоторых редких видов растений на территории Архангельской области // Вестн. Сев. (Арктич.) федер. ун-та. Сер.: Естеств. науки. 2011. № 3. С. 77–83.

13. Макарова М.А., Головина Е.О. Сообщества малых рек – притоков Северной Двины (Среднедвинский ландшафтный район, Архангельская область) // Экосистемы малых рек: биоразнообразие, экология, охрана: материалы докл. II-й Всерос. шк.-конф., 18–22 ноября 2014 года. Т. II. Ярославль, 2014. С. 248–251.

14. Баталов А.Е, Брагин А.В., Кузнецова Е.Н., Бедрицкая Т.В., Чупакова А.В., Шувалов Е.В., Шаврина Е.В., Бызова Н.М. Лачский государственный природный биологический заказник регионального значения. Архангельск, 2010. 74 с.

15. Бекетов А.Н. Об Архангельской флоре // Тр. СПб. о-ва естествоиспытателей. СПб., 1884. Т. XV. № 2. С. 523–616.

16. Максимов А.А. Флора города Архангельска: автореф. дис. … канд. биол. наук. М., 2006. 22 с.17. Кучеров И.Б., Пучнина Л.В., Разумовская А.В. Новые и редкие виды флоры сосудистых растений

Архангельской области // Ботан. журн. 2009. Т. 94. № 2. С. 136–142.18. Сидорова О.В., Кочерина Е.В., Амосов П.А., Чуракова Е.Ю., Наквасина Е.Н., Смиренникова Е.В.,

Шаврина Е.В., Бызова Н.М., Столповский А.П. Шиловский государственный природный биологический заказник регионального значения. Архангельск, 2008. 72 с.

19. Головина Е.О., Макарова М.А. Флористические находки в Архангельской области // Бюл. МОИП. Отд. биол. 2015. Т. 120. Вып. 3. С. 60–61.

References

1. Kuznetsov N.I. Issledovanie flory Shenkurskogo i Kholmogorskogo uezdov Arkhangel’skoy gubernii [The Study of Flora of Shenkursk and Kholmogory Counties of Arkhangelsk Province]. Trudy Sankt-Peterburgskogo obshchestva estestvoispytateley, 1888, vol. XIX, no. 1, pp. 67–160.

2. Perfil’ev I.A. Flora Severnogo kraya [Flora of the Northern Territory]. Arkhangelsk, 1934, Part I, 160 p.; 1936, Part II–III, 398 p.

БИОЛОГИЯ

109

3. Flora severo-vostoka evropeyskoy chasti SSSR [Flora of the North-East of the European Part of the USSR ]. Ed. by A.I. Tolmachev. Leningrad, 1974–1977, vol. I– IV.

4. Schmidt V.M. Flora Arkhangel’skoy oblasti [Flora of Arkhangelsk Region]. St. Petersburg, 2005. 346 p.5. Galanina O.V., Philippov D.A., Noskova M.G. Izuchenie bolot levoberezh’ya r. Severnaya Dvina (Kholmogorskiy

rayon, Arkhangel’skaya oblast’) [The Study of the Mires of the Left Bank of the Northern Dvina River (Kholmogory District, Arkhangelsk Region)]. Sokhranenie i izuchenie geo- i bioraznoobraziya na OOPT Evropeyskogo Severa Rossii: materialy nauch.-prakt. konf., posvyashch. 40-letiyu zapovednika «Pinezhskiy», pos. Pinega Arkhangel’skoy oblasti, 2–5 sentyabrya 2014 goda [The Preservation and Study of Geo- and Biodiversity in the Protected Areas of the European North of Russia: Proc. Sci.-Prac. Conf., Dedicated to the 40th Anniversary of the Reserve “Pinezhsky”, Pinega Settl., Arkhangelsk Region, 2–5 September, 2014]. Izhevsk, 2014, pp. 65–69.

6. Hultén E., Fries M. Atlas of North European Vascular Plants, North of the Tropic of Sancer. Königstein, 1986. 1172 p.

7. Illarionova N.B. K voprosu ob izuchenii reliktovykh rasteniy Arkhangel’skoy oblasti [Revisiting the Study of Relic Plants of Arkhangelsk Region]. Voprosy kraevedeniya i metodiki prepodavaniya geografii i biologii [Problems of Local History and Geography and Biology Teaching Methodologies]. Arkhangelsk, 1962, pp. 120–131.

8. Drovnina S.I., Mergasova L.Ya., Khmara K.A. Burlakov P.S. Novye mestonakhozhdeniya redkikh vidov v Arkhangel’skoy oblasti [New Localities of Rare Species in Arkhangelsk Region]. Vestnik Severnogo (Arkticheskogo) federal’nogo universiteta. Ser.: Estestvennye nauki, 2014, no. 3, pp. 61–70.

9. Razumovskaya A.V., Kucherov I.B., Puchnina L.V. Sosudistye rasteniya natsional’nogo parka Kenozerskiy» (Annotirovannyy spisok vidov) [Vascular Plants of Kenozero National Park (Annotated List of Species)]. Severodvinsk, 2012. 162 p.

10. Makarova M.A. Flood-Plain Willow Communities in the Middle Flow of the Severnaya Dvina. Abs. IV International Contact Forum on Habitat Conservation in the Barents Region. Arkhangelsk, 2010, pp. 144–145.

11. Seregin A.P., Goryainova I.N. Flora sosudistykh rasteniy [Flora of Vascular Plants]. Flora i fauna sredney taygi Arkhangel’skoy oblasti (mezhdurech’e Ust’i i Kokshen’gi) [Flora and Fauna of the Middle Taiga of Arkhangelsk Region (Interfluve Area of the Ustya and Kokshenga Rivers)]. Moscow, 2003, pp. 11–41.

12. Churakova E.Yu., Sidorova O.V. Rasprostranenie i ekologicheskaya priurochennost’ nekotorykh redkikh vidov rasteniy na territorii Arkhangel’skoy oblasti [Distribution and Ecological Confinement of Some Rare Species of Plants in Arkhangelsk Region]. Vestnik Severnogo (Arkticheskogo) federal’nogo universiteta. Ser.: Estestvennye nauki, 2011, no. 3. pp. 77–83.

13. Makarova M.A., Golovina E.O. Soobshchestva malykh rek – pritokov Severnoy Dviny (Srednedvinskiy landshaftnyy rayon, Arkhangel’skaya oblast’) [Communities of Small Rivers - Tributaries of the Northern Dvina River (Landscaped Area of the Middle Part of the Northern Dvina, Arkhangelsk Region)]. Ekosistemy malykh rek: bioraznoobrazie, ekologiya, okhrana: materialy dokladov II Vseros. shk.-konf., 18–22 noyabrya 2014 goda [Small Rivers Ecosystems: Biodiversity, Ecology, Protection: Proc. II All-Russ. School-Conf., 18–22 November, 2014]. Yaroslavl, 2014, vol. II, pp. 248–251.

14. Batalov A.E, Bragin A.V., Kuznetsova E.N., Bedritskaya T.V., Chupakova A.V., Shuvalov E.V., Shavrina E.V., Byzova N.M. Lachskiy gosudarstvennyy prirodnyy biologicheskiy zakaznik regional’nogo znacheniya [Lachsky State Natural Biological Reserve of Regional Importance]. Arkhangelsk, 2010. 74 p.

15. Beketov A.N. Ob Arkhangel’skoy flore [Flora of Arkhangelsk]. Trudy Sankt-Peterburgskogo obshchestva estestvoispytateley, 1884, vol. XV, no. 2, pp. 523–616.

16. Maksimov A.A. Flora goroda Arkhangel’ska: avtoref. dis. … kand. biol. nauk [Flora of Arkhangelsk: Cand. Biol. Sci. Diss. Abs.]. Moscow, 2006. 22 p.

17. Kucherov I.B., Puchnina L.V., Razumovskaya A.V. Novye i redkie vidy flory sosudistykh rasteniy Arkhangel’skoy oblasti [New and Rare Species of Flora of Vascular Plants of Arkhangelsk Region]. Botanicheskiy zhurnal, 2009, vol. 94, no. 2, pp. 136–142.

18. Sidorova O.V., Kocherina E.V., Amosov P.A., Churakova E.Yu., Nakvasina E.N., Smirennikova E.V., Shavrina E.V., Byzova N.M., Stolpovskiy A.P. Shilovskiy gosudarstvennyy prirodnyy biologicheskiy zakaznik regional’nogo znacheniya [Shilovsky State Natural Biological Reserve of Regional Importance]. Arkhangelsk, 2008. 72 p.

19. Golovina E.O., Makarova M.A. Floristicheskie nakhodki v Arkhangel’skoy oblasti [Floristic Findings in Arkhangelsk Region]. Byullyuten’ Moskovskogo obshchestva ispytateley prirody. Otdel biologii [Bulletin of Moscow Society of Naturalists. Biological Series], 2015, vol. 120, iss. 3, pp. 60–61.


110

doi: 10.17238/issn2227-6572.2015.4.100

Puchnina Lyudmila Vasil’evnaPinezhsky National Reserve

Kudrin st., 131, Pinega settl., Arkhangelsk Region, 164610, Russian Federation; e-mail: [email protected]

Golovina Ekaterina OlegovnaV.L. Komarov Botanical Institute of the Russian Academy of Sciences

Prof. Popov str., 2, St. Petersburg, 197376, Russian Federation; e-mail: [email protected]

Philippov Dmitriy AndreevichI.D. Papanin Institute for Biology of Inland Waters of the Russian Academy of Sciences

Borok settl., Nekouzskiy dist., Yaroslavl Region, 152742, Russian Federation; e-mail: [email protected]

Galanina Ol’ga VladimirovnaV.L. Komarov Botanical Institute of the Russian Academy of Sciences


Makarova Marina AlekseevnaV.L. Komarov Botanical Institute of the Russian Academy of Sciences


Kucherov Il’ya BorisovichV.L. Komarov Botanical Institute of the Russian Academy of Sciences


LOCALITIES OF RARE AND PROTECTED SPECIES OF VASCULAR PLANTS IN THE ZVOZSKY DESIGNED NATURE PARK AND ITS SURROUNDINGS

(ARKHANGELSK REGION)

The paper deals with remarkable floristic findings and information about the newly discovered sites of rare and protected plant species in Kholmogory district, Arkhangelsk Region. The findings were made in the designed special protected natural area (SPNR) and its surroundings during a number of years of the field research, including the field survey for the Zvozsky nature park creation. Some of the data were obtained during the landscape research and the study of floodplain and mire ecosystems on both sides of the Northern Dvina River in its middle reaches. The localities of 20 protected species of vascular plants listed in the Red Data Books of the Russian Federation (Cypripedium calceolus, Dactylorhiza traunsteineri) and Arkhangelsk Region (Dryopteris filix-mas, Thelypteris palustris, Glyceria lithuanica, Gagea minima, Epipactis helleborine, E. atrorubens, Hammarbya paludosa, Nymphaea candida, N. tetragona, Astragalus australis, Tilia cordata, Viola mauritii, V. riviniana, V. selkirkii, Pleurospermum uralense, Chimaphila umbellata, Cortusa matthioli, Galium triflorum), and 14 rare vascular plant species lacking protected status are specified. All the listed spe-cies are supplied with the exact coordinates and data on their habitats and areals. The paper makes a point of the designed protected area for the biological diversity preservation. The authors recommend adjusting the boundaries of the Zvozsky designed nature park in order to ensure the preservation of habitat of Epipogium aphyllum that was found outside of the SPNR. This plant is listed in the Red Data Book of Russia. It is also recommended to organize the protection of the floodplain of the Northern Dvina River between the Nykola and Zvoz villages, where some rare and protected species are found.

Keywords: protected species of vascular plants of Arkhangelsk Region, rare species of vascular plants of Arkhangelsk Region, Zvozsky designed nature park.

БИОЛОГИЯ

111

ФИЗИКА. МАТЕМАТИКА

УДК 536.46

аКСЁнов василий викторовичСеверный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова адрес: 163002, г. Архангельск, наб. Северной Двины, д. 22; e-mail: [email protected]

ЮлКова виктория МихайловнаСеверный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова адрес: 163002, г. Архангельск, наб. Северной Двины, д. 22; e-mail: [email protected]

динаМиКа ПроЦеССа воСПлаМенениЯ ЧаСтиЦЫ МаГниЯ в водЯноМ Паре

В рамках реализации программы получения и преобразования водорода в режимах горения осущест-влено исследование динамики процесса воспламенения твердого магния в водяном паре методом термо-графирования разогревающегося и воспламеняющегося образца. Установлено, что на начальном участке термограммы скорость химической реакции взаимодействия магния с водяным паром была невелика, и частица металла прогревалась от начальной температуры до температуры окружающей среды в основном за счет конвективного и радиационного теплообмена с газовым потоком и стенками реакционной камеры. В дальнейшем магний продолжал нагреваться за счет тепловыделения в химической реакции с водяным паром и отдавать энергию в окружающую среду. Затем наблюдался резкий рост температуры металла, и образец воспламенялся. Воспламенение магния всегда происходило при температуре, которая была ниже температуры плавления металла, что указывало на гетерогенный характер процесса предпламенного окис-ления и воспламенения твердого магния в водяном паре. При обработке экcпериментальных данных ис-пользовалась математическая модель процесса воспламенения твердого магния, которая учитывала кон-вективный и радиационный теплообмен частицы металла с окружающей средой, наличие теплоотвода по термопаре и тепловыделение в гетерогенной химической реакции взаимодействия металла с газообразным окислителем (водяным паром). Численный расчет по этой модели позволил уточнить кинетические па-раметры, определяющие характер взаимодействия твердого магния с водяным паром, рассчитать время индукции и критические температуры воспламенения магния в водяном паре и в парогазовых смесях. Показано, что в пределах точности расчета и погрешности эксперимента наблюдалась близость и соот-ветствие расчетных и экспериментальных критических температур и задержек воспламенения для всей совокупности экспериментальных данных.

Ключевые слова: динамика воспламенения, время индукции, металл, газообразный окислитель.

© Аксёнов В.В., Юлкова В.М., 2015

doi: 10.17238/issn2227-6572.2015.4.111

Научный интерес к процессам воспламе-нения газодисперсных систем обусловлен по-требностями практики, которые возникают при

реализации процессов технологического горе-ния [1−4], используемых для промышленного синтеза веществ и материалов, в т. ч. в рамках

112


реализации программы получения и преобра-зования водорода в режимах горения.

Известно [5], что водород может быть полу-чен в результате процесса низкотемпературного окисления магниевых сплавов в воде. Однако, на наш взгляд, более перспективным является получение водорода в реакции взаимодействия магния с водяным паром, протекающей в режи-ме горения, т. к. в таком режиме скорость этой реакции возрастает на несколько порядков.

Для реализации процесса горения необ-ходимо исследовать режимы предпламенного окисления и воспламенения магния в водяном паре. Поэтому решение этой задачи представ-ляется актуальным.

Основное внимание в известной нам лите-ратуре [6−16] уделялось экспериментальному и теоретическому исследованию воспламенения и горения магния в кислороде, азоте, водороде и оксидах углерода. Воспламенение и горение маг-ния в водяном паре изучено в меньшей степени.

В частности, в [17] установлен линейный закон окисления магния в диапазоне давлений водяного пара 31–208 мм рт. ст. в интервале температур 423–500 °С, а при более высоких давлениях представлена лишь качественная картина этого процесса в интервале температур 500–575 °С.

В [18] по пределам воспламенения найде-ны константы, определяющие кинетику вза-имодействия мелких (до 250 мкм) и крупных (0,5–1,5 мм) магниевых частиц в чистом во-дяном паре и в смеси пара с азотом. При этом динамика процесса разогрева и воспламене-ния металла в водяном паре не исследовалась. Однако, на наш взгляд, практический интерес представляет изучение именно этого процесса, позволяющего близко моделировать условия предпламенного окисления и воспламенения металла в газообразном окислителе. Поэтому в данной работе процесс воспламенения магния в водяном паре исследовался нами с использо-ванием метода термографирования нагревае-мого и воспламеняющегося образца.

Материалы и методы. Эксперименты про-водились в реакционной камере – вертикаль-

ной трубке из нержавеющей стали диаметром 20 мм и длиной 200 мм, через которую по обо-греваемой магистрали продувался водяной пар или смесь пара с аргоном или азотом.

Контроль за расходом газа осуществлял-ся с помощью реометров. Температуры газа и стенки реакционной камеры регулировались независимо с помощью секционных нагрева-телей, что позволяло поддерживать необходи-мый температурный режим на измерительном участке с требуемой точностью.

В центр модельного образца (тонкой маг-ниевой пластинки размером 10×6,0×2,0 мм) за-чеканивалась хромель-алюмелевая термопара, сигнал с которой поступал на осциллограф, с помощью которого производилось снятие кри-вой разогрева (термограммы образца) и опре-делялся момент воспламенения металла.

Температура газа контролировалась термо-парой, спай которой находился несколько ниже образца, а температура стенки – термопарой, зачеканенной в стенку камеры.

Перед экспериментом образец, подвешен-ный на термопаре, находился в цилиндриче-ской предкамере, установленной над реакци-онной камерой, продуваемой инертным газом и отделенной от реакционной камеры задвижкой, что практически исключало контакт металла с окислителем до опыта.

После достижения требуемого темпера-турного режима образец быстро вводился в реакционную камеру. Для этого открывалась задвижка, и образец вместе с термопарой по-сле освобождения от специального фиксатора падал вниз и устанавливался в центральной ча-сти камеры. От момента ввода в реакционную камеру до момента воспламенения непрерывно производилась запись температуры Ts образца (частицы металла) от времени t (рис. 1).

Результаты и обсуждение. Анализ показы-вает, что на начальном участке термограммы частица металла прогревается до температуры окружающей среды (соответствует моменту времени, равному 40 с на рис. 1) в основном за счет конвективного и радиационного тепло-обмена с газовым потоком и стенками реак-

113

Аксёнов В.В., Юлкова В.М. Динамика процесса воспламенения частицы магния в водяном паре

ционной камеры. Это обусловлено тем, что на данном участке скорость химической реакции взаимодействия магния с водяным паром отно-сительно невелика, и влияние тепловыделения за счет химической реакции на тепловой ба-ланс образца не является здесь определяющим.

В дальнейшем, после того как температура частицы превысит температуру окружающей среды, образец продолжает нагреваться за счет тепловыделения в химической реакции взаи-модействия магния с водяным паром и отдает энергию в окружающую среду (соответствует интервалу времени от 40 до 140 с на рис. 1). Затем наблюдается резкий рост температуры металла и образец воспламеняется.

Вспышку можно было зафиксировать и ви-зуально, установив образец против смотрового окна в стенке реакционной камеры.

Эксперименты проводились в среде чисто-го пара и в пароаргонных и пароазотных сме-сях при атмосферном давлении в интервале температур 750−860 K. Массовая концентра-ция окислителя изменялась в зависимости от соотношения расходов пара, аргона и азота от 6,0 до 100 %, скорость парогазовой смеси – от 1,5 до 8,0 м/с.

При обработке термограмм учитывался конвективный и радиационный теплообмен ча-стицы металла с окружающей средой и наличие теплоотвода по термопаре (державке), которая

по аналогии с [19, 20] рассматривалась как по-лубесконечный тонкий стержень, торец которо-го имел температуру образца в предположении, что поле температур в державке безынерцион-но следовало за изменением температуры об-разца. Пространственной неоднородностью поля температур пренебрегали (число Bi << 1). Считали несущественным испарение и выгора-ние металла за индукционный период.

В этих приближениях уравнение теплового баланса образца имело следующий вид:

*

0,54 4 * * * *

*

Nu( ) exp( / ) ( )

Nu ( ) ( )

SM M S S e

S W S e

dTm c qsk n E RT T T s

dt Lu fs T T T TL

n l= r - - - -

l l- es - - -

00 : S St T T= = . (1)В этом уравнении mM , cM , s – соответствен-

но масса, удельная теплоемкость и площадь поверхности образца, q – тепловой эффект ре-акции на единицу массы окислителя, R – уни-версальная газовая постоянная, Е – энергия активации, Ts, Te, TW, TS0 – соответственно тем-пературы образца, окружающей среды, стенки реакционной камеры и начальная температура образца, t – время, Nu, L – число Нуссельта и характерный размер образца, l, r – коэффи-циент теплопроводности и плотность газа, n – массовая концентрация окислителя (во-дяного пара), n – порядок реакции по окис-лителю, e – степень черноты поверхности металла, s – постоянная Стефана–Больцмана,

* * * * *Nu , , , ,u f Ll – соответственно число Нус-сельта, периметр, площадь поперечного сече-ния, коэффициент теплопроводности и харак-терный размер державки (термопары).

Численное решение уравнения теплового баланса (1) с привлечением полученных из эксперимента термограмм нагревающегося и воспламеняющегося образца позволяет най-ти эффективные коэффициенты теплообмена, используя начальный участок термограммы. На этом участке прогрев образца определяется интенсивностью конвективного и радиацион-ного теплообмена частицы металла с окружа-

Рис. 1. Зависимость температуры Ts частицы металла от времени t: сплошная линия – расчетные данные, кружки – экспериментальные точки

114

ющей средой, т. к. влияние тепловыделения в химической реакции на тепловой баланс образ-ца на этом участке оказалось незначительным.

Искомыми (в первом приближении) счи-тались коэффициенты теплообмена, отвечаю-щие минимальному отклонению расчетных и экспериментальных температур на начальном участке термограммы в пределах погрешности эксперимента.

При более высоких температурах характер зависимости температуры образца от време-ни определяется соотношением теплопотерь в окружающую среду и тепловыделения в хи-мической реакции. Поэтому на данном участке находились кинетические константы (предэк-спонент, энергия активации, порядок реакции) с учетом ранее найденных эффективных коэф-фициентов теплообмена. Расчет заканчивался при достижении минимального отклонения экспериментальных и расчетных температур, полученного для всей кривой разогревающего-ся и воспламеняющегося образца.

При проведении расчетов начальные при-ближения для эффективных коэффициентов теплообмена принимались по рекомендациям [21], а теплофизические свойства парогазовых смесей и металла рассчитывались с использо-ванием [22−24].

В результате обработки термограмм по описанной выше методике были получены кинетические константы, определяющие ха-рактер предпламенного окисления твердо-го магния в водяном паре: E/R = 20,4⋅103 K, k* = 108 кг1/2/(м1/2с), n = 0,50, с помощью них были рассчитаны критические температуры воспламенения магниевых образцов в водяном паре, а также в пароаргонных и пароазотных смесях, для нахождения которых уравнение (1) по аналогии с [19, 20] преобразовалось к виду

exp( ) (1 ) ,SS r S

dk

dθ

= χ θ - + θτ

00 : S Sτ = θ = θ . (2)

Здесь*

* 2 ( );( )S SE T T

R Tθ = - Nu (1 )

;C

M M

s kt

m c Ll +

τ =

0,52* * *

2 2*

Nu ;NuC

u f LkL s

= l

*

** 2

( ) exp( / ) ;Nu (1 ) ( )C

qk n LE E RTk R T

nr -χ =

l +

* (1 )1 ;4(1 )

re

r

a kT Tk

-= - +

4

;W

e

Ta

T

=

34.

Nu (1 )e

rC

L Tk

kes

=l +

Связь между параметрами на пределе вос-пламенения находилась из уравнения (2) с ис-пользованием условий теплового взрыва по Семенову, Зельдовичу, Франк-Каменецкому [1, 25, 26]:

11 rk e

χ =+

. (3)

Критические температуры воспламенения были получены нами расчетным путем с точ-ностью ±0,5 К в результате численного реше-ния уравнения (1), а также уравнения (3).

В пределах точности расчета и погрешно-сти эксперимента наблюдается близость и со-ответствие расчетных и экспериментальных критических температур воспламенения для всей совокупности экспериментальных дан-ных. Например, в пароаргонной смеси при массовой концентрации окислителя 10 % и скорости газового потока 7,0 м/с эксперимен-тальное значение критической температуры воспламенения составило 772±2 К, а расчет-ные значения этой температуры, полученные в результате численного решения уравнений (1) и (3), соответственно 774±0,5 К и 773±0,5 К. Расчетное значение критической температуры воспламенения для этого режима, полученное с помощью [18], оказалось значительно выше и составило 872 К. Поэтому можно полагать, что исследование динамики процесса воспла-менения металла в газообразном окислителе позволяет получать более точную и детальную информацию, чем использование для этой цели только критических температур воспламенения.


115

На рис. 2 представлены зависимости вре-мени индукции (задержки воспламенения) ti магниевых образцов от температуры окружа-ющей среды eT . Верхняя кривая получена с использованием найденных в нашей работе кинетических констант. Расчет этой зависи-мости производился при условии, что темпе-ратура окружающей образец среды eT равна температуре WT стенок реакционной камеры. В этом приближении, как следует из рис. 2, на-блюдается удовлетворительное соответствие экспериментальных и расчетных задержек вос-пламенения твердого магния в водяном паре. Нижняя кривая на рис. 2 получена с использо-ванием модели парофазного окисления щелоч-

ноземельных металлов [14]. Как показывает анализ, использование этой модели приводит к сильному отклонению расчетных величин от экспериментальных как по задержкам, так и по пределам воспламенения частиц магния в во-дяном паре.

Заключение. Таким образом, исследование динамики процесса воспламенения частицы металла в газообразном окислителе указыва-ет на гетерогенный характер взаимодействия твердого магния с водяным паром и позволяет более точно установить кинетические параме-тры, определяющие характер предпламенного окисления и воспламенения металла в газоо-бразном окислителе.

Рис. 2. Зависимость времени индукции ti магниевых образцов от температуры окружающей среды Te: сплошная линия – расчет по уравнению (1), пунктирная линия – расчет по модели парофазного окисления, кружки – экспериментальные точки


1. Рогачов А.С., Мукасьян А.С. Горение для синтеза материалов: введение в структурную макрокинетику. М., 2013. 400 с.

2. Рогачов А.С., Мукасьян А.С. Экспериментальная проверка дискретных моделей горения микрогетероген-ных составов, образующих конденсированные продукты сгорания // Физика горения и взрыва. 2015. Т. 51, № 1. С. 66−76.


116

3. Baras F., Kondepudi D.K. A Multilayer Model for Self-Propagating High-Temperature Synthesis of Intermetallic Compounds // J. Phys. Chem. B. 2007. V. 111. P. 6457−6468.

4. Khina B.B., Formanek B. On Applicability of the Kinetics of Diffusion-controllend Interaction to SHS Modeling // Heat Transf. Res. 2007. V. 38, № 3. P. 197–209.

5. Фоломеев А.И., Кольцов С.И. О механизме взаимодействия магниевых сплавов с водой // Журн. приклад. химии. 1989. Т. 62, № 3. С. 704−706.

6. Бржустовский Т., Глассмен И. Парофазные диффузионные пламена при горении магния и алюминия // Гетерогенное горение. М., 1967. С. 91−163.

7. Гольдшлегер У.И., Шафирович Е.Я. Режимы горения магния в оксидах углерода. 1. Горение в СО2 // Физика горения и взрыва. 1999. Т. 35, № 6. С. 42−49.

8. Гольдшлегер У.И., Шафирович Е.Я. Режимы горения магния в оксидах углерода. 2. Горение в СО // Физика горения и взрыва. 2000. Т. 36, № 2. С. 67−73.

9. Гольдшлегер У.И., Амосов С.Д. Режимы горения и механизмы высокотемпературного окисления магния в кислороде // Физика горения и взрыва. 2004. Т. 40, № 3. С. 28−39.

10. Гуревич М.А., Степанов А.М. Воспламенение металлической частицы // Физика горения и взрыва. 1968. Т. 4, № 3. С. 334−342.

11. Деревяга М.Е., Стесик Л.Н., Федорин Э.А. Режимы горения магния // Физика горения и взрыва. 1978. Т. 14, № 5. С. 3−10.

12. Фёдоров А.В., Тропин Д.А. Математическая модель воспламенения магния в расширенном диапазоне параметров // Физика горения и взрыва. 2008. Т. 44, № 5. С. 64−71.

13. Фёдоров А.В., Шульгин А.В. Моделирование горения частицы магния // Физика горения и взрыва. 2009. Т. 45, № 6. С. 20−25.

14. Шевцов В.И. Модель парофазного окисления частиц металлов // Физика горения и взрыва. 1996. Т. 32, № 3. С. 95−101.

15. Cassel H.M., Liebman I. Combustion of Magnesium Particles II Ignition Temperatures and Thermal Conductivities of Ambient Atmospheres // Combustion and Flame. 1963. Vol. 7, № l. P. 79−81.

16. Ягодников Д.А. Воспламенение и горение газодисперсных систем на основе металлических горючих // Законы горения / под. общ. ред. Ю.В. Полежаева. М., 2006. С. 160−183.

17. Кубашевский О., Гопкинс Б. Окисление металлов и сплавов. М., 1965.18. Ежовский Г.К., Мочалова А.С., Озеров Е.С., Юринов А.А. Воспламенение и горение частицы магния //

Горение и взрыв: материалы IV Всесоюз. симпозиума по горению и взрыву. М., 1972. С. 234−240.19. Аксёнов В.В. Использование метода малых возмущений для определения критических условий

воспламенения металла в газообразном окислителе // Наука – Северному региону: сб. науч. тр. Архангельск, 2006. Вып. 67. С. 8–13.

20. Аксёнов В.В. Влияние концентрации окислителя на критические условия воспламенения твердого магния в водяном паре // Проблемы теплоэнергетики Европейского Севера: сб. науч. тр. Архангельск, 2010. С. 25−32.

21. Кутателадзе С.С. Основы теории теплообмена. Новосибирск, 1970. 416 с.22. Vargaftik N.B., Vinogradov Yu.K., Yargin V.S. Handbook of Physical Properties of Liquids and Gases. N.Y., 1996.

1359 с. 23. Бретшнайдер С. Свойства газов и жидкостей. М.; Л., 1966. 535 с.24. Рейнор Г.В. Металловедение магния и его сплавов. М., 1964.25. Зельдович Я.Б., Баренблатт Г.И., Либрович В.Б. Математическая теория горения и взрыва. М., 1980. 478 с.26. Франк-Каменецкий Д.А. Диффузия и теплопередача в химической кинетике. М., 1987. 500 с.

References

1. Rogachov A.S., Mukas’yan A.S. Gorenie dlya sinteza materialov: vvedenie v strukturnuyu makrokinetiku [Combustion for the Synthesis of Materials: Introduction to Structural Macrokinetics]. Moscow, 2013. 400 р.

2. Rogachov A.S., Mukas’yan A.S. Eksperimental’naya proverka diskretnykh modeley goreniya mikrogeterogennykh sostavov, obrazuyushchikh kondensirovannye produkty sgoraniya [Experimental Verification of Discrete Combustion Models of Micro-Heterogeneous Compositions Forming the Condensed Combustion Products]. Fizika goreniya i vzryva [Combustion, Explosion, and Shock Waves], 2015, vol. 51, no. 1, pp. 66–76.


117

3. Baras F., Kondepudi D.K. A Multilayer Model for Self-Propagating High-Temperature Synthesis of Intermetallic Compounds. J. Phys. Chem. B., 2007, vol. 111, pp. 6457–6468.

4. Khina B.B., Formanek B. On Applicability of the Kinetics of Diffusion-Controlled Interaction to SHS Modeling. Heat Transf. Res., 2007, vol. 38, no. 3, pp. 197–209.

5. Folomeev A.I., Kol’tsov S.I. O mekhanizme vzaimodeystviya magnievykh splavov s vodoy [On the Mechanism of the Interaction of Water with Magnesium Alloys]. Zhurnal prikladnoy khimii [Russian Journal of Applied Chemistry], 1989, vol. 62, no. 3, pp. 704–706.

6. Brzhustovskiy T., Glassmen I. Parofaznye diffuzionnye plamena pri gorenii magniya i alyuminiya [Vapor Phase Diffusion Flames by Magnesium and Aluminum Combustion]. Geterogennoe gorenie [Heterogeneous Combustion]. Moscow, 1967, pp. 91–163.

7. Gol’dshleger U.I., Shafirovich E.Ya. Rezhimy goreniya magniya v oksidakh ugleroda. 1. Gorenie v CO2 [Modes of Magnesium Combustion in Carbon Monoxide. 1. Combustion in CO2]. Fizika goreniya i vzryva [Combustion, Explosion, and Shock Waves], 1999, vol. 35, no. 6, pp. 42–49.

8. Gol’dshleger U.I., Shafirovich E.Ya. Rezhimy goreniya magniya v oksidakh ugleroda. 2. Gorenie v CO [Modes of Magnesium Combustion in Carbon Monoxide. 2. Combustion in CO]. Fizika goreniya i vzryva [Combustion, Explosion, and Shock Waves], 2000, vol. 36, no. 2, pp. 67–73.

9. Gol’dshleger U.I., Amosov S.D. Rezhimy goreniya i mekhanizmy vysokotemperaturnogo okisleniya magniya v kislorode [Combustion Regime and Mechanisms of High-Temperature Oxidation of Magnesium in Oxygen]. Fizika goreniya i vzryva [Combustion, Explosion, and Shock Waves], 2004, vol. 40, no. 3, pp. 28 –39.

10. Gurevich M.A., Stepanov A.M. Vosplamenenie metallicheskoy chastitsy [Ignition of the Metal Particles]. Fizika goreniya i vzryva [Combustion, Explosion, and Shock Waves], 1968, vol. 4, no. 3, pp. 334–342.

11. Derevyaga M.E., Stesik L.N., Fedorin E.A. Rezhimy goreniya magniya [Modes of Magnesium Combustion]. Fizika goreniya i vzryva [Combustion, Explosion, and Shock Waves], 1978, vol. 14, no. 5, pp. 3–10.

12. Fedorov A.V., Tropin D.A. Matematicheskaya model’ vosplameneniya magniya v rasshirennom diapazone parametrov [A Mathematical Model of Magnesium Ignition in an Expanded Range of Parameters]. Fizika goreniya i vzryva [Combustion, Explosion, and Shock Waves], 2008, vol. 44, no. 5, pp. 64–71.

13. Fedorov A.V., Shul’gin A.V. Modelirovanie goreniya chastitsy magniya [Combustion Modeling of a Magnesium Particle]. Fizika goreniya i vzryva [Combustion, Explosion, and Shock Waves], 2009, vol. 45, no. 6, pp. 20–25.

14. Shevtsov V.I. Model’ parofaznogo okisleniya chastits metallov [Model of Steam Oxidation of Metal Particles]. Fizika goreniya i vzryva [Combustion, Explosion, and Shock Waves], 1996, vol. 32, no. 3, pp. 95–101.

15. Cassel H. M., Liebman I. Combustion of Magnesium Particles II Ignition Temperatures and Thermal Conductivities of Ambient Atmospheres. Combustion and Flame, 1963, vol. 7, no. 1, pp. 79–81.

16. Yagodnikov D.A. Vosplamenenie i gorenie gazodispersnykh sistem na osnove metallicheskikh goryuchikh [Ignition and Combustion of the Gas-Dispersed Systems Based on Metal Fuel]. Zakony goreniya [Burning Laws]. Ed. by Yu.V. Polezhaev. Moscow, 2006, pp. 160–183.

17. Kubashevskiy O., Hopkins B. Okislenie metallov i splavov [Oxidation of Metals and Alloys]. Moscow, 1965.18. Ezhovskiy G.K., Mochalova A.S., Ozerov E.S., Yurinov A.A. Vosplamenenie i gorenie chastitsy magniya

[Ignition and Combustion of the Magnesium Particles]. Gorenie i vzryv: materialy IV Vsesoyuz. simpoziuma po goreniyu i vzryvu [Combustion and Explosion: Proc. IV All-Union Symp. on Combustion and Explosion]. Moscow, 1972, pp. 234–240.

19. Aksenov V.V. Ispol’zovanie metoda malykh vozmushcheniy dlya opredeleniya kriticheskikh usloviy vosplameneniya metalla v gazoobraznom okislitele [Using the Perturbation Theory for the Determination of Critical Conditions of Metal Ignition in the Gaseous Oxidizer]. Nauka – Severnomu regionu: sb. nauch. tr. [Science to the Northern Region: Proc.]. Arkhangelsk, 2006, vol. 67, pp. 8–13.

20. Aksenov V.V. Vliyanie kontsentratsii okislitelya na kriticheskie usloviya vosplameneniya tverdogo magniya v vodyanom pare [Influence of the Oxidizing Agent Concentration on the Critical Conditions of Ignition of the Solid Magnesium in Water Vapor]. Problemy teploenergetiki Evropeyskogo Severa: sb. nauch. tr. [Problems of the Heat Power Industry in the European North: Proc.]. Arkhangelsk, 2010, pp. 25–32.

21. Kutateladze S.S. Osnovy teorii teploobmena [Fundamentals of the Heat Transfer Theory]. Novosibirsk, 1970. 416 р.


118

22. Vargaftik N.B., Vinogradov Yu.K., Yargin V.S. Handbook of Physical Properties of LIQUIDS and Gases. New York, 1996.

23. Bretshnayder S. Svoystva gazov i zhidkostey [Properties of Gases and Liquids]. Moscow; Leningrad, 1966. 535 р.24. Raynor G.V. The Physical Metallurgy of Magnesium and Its Alloys. New York, 1959.25. Zel’dovich Ya.B., Barenblatt G.I., Librovich V.B. Matematicheskaya teoriya goreniya i vzryva [Mathematical

Theory of Combustion and Explosion]. Moscow, 1980. 478 р.26. Frank-Kamenetskiy D.A. Diffuziya i teploperedacha v khimicheskoy kinetike [Diffusion and Heat Transfer in

Chemical Kinetics]. Moscow, 1987. 500 р. doi: 10.17238/issn2227-6572.2015.4.100

Aksenov Vasiliy ViktorovichNorthern (Arctic) Federal University named after M.V. Lomonosov


Yulkova Viktoriya MikhaylovnaNorthern (Arctic) Federal University named after M.V. Lomonosov

Naberezhnaya Severnoy Dviny, 22, Arkhangelsk, 163002, Russian Federation;e-mail: [email protected]

DYNAMICS OF THE IGNITION PROCESS OF A MAGNESIUM PARTICLE IN WATER VAPOR

The study of the dynamics of the ignition process of solid magnesium in water vapor by the thermal mapping method of a fervescent and flammable sample in the framework of the program of hydrogen preparation and conversion in the combustion modes is carried out. The chemical rate of magnesium and water vapor interaction in the initial part of the thermogram was low, and a metal particle was heated from an initial temperature to the ambient temperature mainly due to the convective and radiative heat exchange with the gas flow and the walls of the reaction chamber. In future, the magnesium continued to heat due to the heat release in a chemical reaction with water vapor and to give energy into the environment. Then there was a sharp increase in the metal temperature, and the sample was ignited. The magnesium ignition always occurred at a temperature below the metal-melting temperature. That fact indicated the heterogeneous nature of the preflame oxidation process and solid magnesium ignition in the water vapor. A mathematical model of the ignition process of solid magnesium was used at the experimental data processing. The model took into account the convective and radiative metal particle heat transfer with the environment, the presence of a thermocouple heat sink and the heat release in a heterogeneous chemical reaction of the metal and a gaseous oxidizer (water vapor) interaction. The numerical calculation by this model allowed us to clarify the kinetic parameters determining the interaction nature of solid magnesium with water vapor, to calculate the induction time and the critical ignition temperatures of magnesium in water vapor and vapor-gas mixtures. Within the accuracy of the calculation and the experimental error the affinity and the agreement between the calculated and experimental critical temperatures and ignition delay for the entire set of the experimental data were observed.

Keywords: dynamics of ignition, induction time, metal, gaseous oxidizer.


119

Бедердинова О.И., Жукова И.В. Оценивание защищенности конфиденциальной информации...

© Бедердинова О.И., Жукова И.В., 2015

УДК 004.415.2

бедердинова оксана ивановнаСеверный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова адрес: 164520, Архангельская обл., г. Северодвинск, ул. Капитана Воронина, д. 6; е-mail: [email protected]

ЖуКова ирина владимировнаСеверный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова адрес: 164520, Архангельская обл., г. Северодвинск, ул. Лебедева, д. 2; е-mail: [email protected]

оЦенивание ЗаЩиЩенноСти КонФиденЦиалЬной инФорМаЦии

от утеЧКи По теХниЧеСКиМ КаналаМ

Приведено описание разработанной автоматизированной системы оценивания защиты конфиденци-альной информации от утечки по техническим каналам по временным методикам проведения специаль-ных исследований при осуществлении технического контроля эффективности защищенности помещений, разработанным ФСТЭК (Федеральная служба по техническому и экспортному контролю) России, в объек-тно-ориентированной среде разработки «Borland Delphi 7.0» на языке программирования «Object Pascal». Представлено описание интерфейса системы для проведения оценивания защищенности помещений по 4 методикам: от утечки речевой конфиденциальной информации по акустическому и виброакустическо-му каналам; защищенности конфиденциальной информации, обрабатываемой основными техническими средствами и системами (ОТСС), от утечки за счет наводок на вспомогательные технические средства и системы (ВТСС) и их коммуникации; защищенности ОТСС, предназначенных для обработки, хранения и (или) передачи по линиям связи конфиденциальной информации; защищенности помещений от утечки речевой конфиденциальной информации по каналам электроакустических преобразований. В системе обе-спечено централизованное хранение данных результатов проведения специальных исследований по объек-там информатизации (защищаемым помещениям); по используемой контрольно-измерительной аппарату-ре; измеренным, вычисленным и нормативным значениям показателей защищенности конфиденциальной информации, а также соответствующих сформированных протоколов расчетно-инструментальных про-верок выполнения требований по технической защите информации. Использование автоматизированной системы позволит снизить трудоемкость проведения технического контроля защищенности помещений за счет автоматизированного формирования протоколов инструментально-расчетной оценки защищенности помещения от утечки конфиденциальной информации по техническим каналам с использованием CAD- системы и централизованного хранения данных и результатов проведения специальных исследований.

Ключевые слова: технический контроль эффективности защищенности помещений, защищаемые помещения, конфиденциальная информация, специальные исследования, технические каналы утечки.

doi: 10.17238/issn2227-6572.2015.4.119

120

Целью проведения технического контро-ля защищенности конфиденциальной инфор-мации в защищаемых помещениях является своевременное выявление и предотвращение утечки информации по техническим каналам. Технический контроль состояния защиты кон-фиденциальной информации осуществляется в соответствии с программами и методикам, согласованными с ФСТЭК России и Федераль-ным агентством по техническому регулирова-нию и метрологии1.

В настоящее время наиболее распростра-ненными программно-техническими комплек-сами, предназначенными для автоматизации инструментальных специальных исследований помещений с целью оценки их защищенности от утечки конфиденциальной информации в соответствии с требованиями нормативно-ме-тодических документов ФСТЭК России, яв-ляются комплексы серий «Спрут», «Шепот», «Гриф», «Легенда», «Сигурд», «Навигатор». Комплексы серий «Спрут» и «Шепот» ориен-тированы на проведение измерений и оценки защищенности помещения от утечки информа-ции по акустическому и виброакустическому каналам [1]. В комплексах серии «Спрут» до-полнительно реализована возможность опреде-ления параметров канала утечки информации за счет акустоэлектрических преобразований. Программно-аппаратный комплекс «Гриф-АЭ-1001» также предназначен для проведения проверок выполнения норм эффективности защиты речевой информации от утечки по ка-налу низкочастотных наводок на линиях ком-муникаций, по каналу акустоэлектрических преобразований в линиях технических средств и за счет побочных электромагнитных излуче-ний технических средств передачи и обработ-ки информации (ТСПИ) в звуковом диапазо-не. Программно-аппаратные комплексы серий «Легенда», «Навигатор» и «Сигурд» предна-значены только для проведения специальных

исследований на побочные электромагнитные излучения и наводки (ПЭМИН) технических средств обработки информации.

Наиболее известным программным обеспе-чением являются «СМО ПРИЗ» и «Гроза-К». Программное обеспечение «СМО ПРИЗ» предназначено для выполнения специальных исследований технических средств на наличие побочных электромагнитных излучений и на-водок (ПЭМИН), «Гроза-К» − для автоматизи-рованного расчета показателей защищенности ОТСС (основной функцией которых является обработка, хранение и передача по линиям свя-зи конфиденциальной информации), а также помещений от утечки речевой конфиденциаль-ной информации по каналам электроакустиче-ских преобразований.

На основании вышеизложенного, задача разработки автоматизированной системы кон-троля выполнения норм эффективности защи-ты конфиденциальной информации от утечки по техническим каналам, реализующей оценку защищенности по 4 временным методикам, ре-комендованными ФСТЭК России является ак-туальной.

Как результат анализа временных мето-дик проведения специальных исследований при осуществлении контроля эффективности технической защиты конфиденциальной ин-формации в защищаемых помещениях и раз-работанной функциональной модели (AS-IS) процесса оценивания защищенности конфи-денциальной информации от утечки по техни-ческим каналам в соответствии с требования-ми нотации IDEF0 [2] был разработан проект автоматизированной системы, включающий диаграммы вариантов использования на уров-не стереотипа «актер» и физическое представ-ление модели (рис. 1−2) в соответствии с язы-ком моделирования UML.

Для отображения верхнего уровня груп-пировки компонентов разработанной системы

1Сборник временных методик оценки защищенности конфиденциальной информации от утечки по техниче-ским каналам. М., 2002. 72 с.; Специальные требования и рекомендации по технической защите конфиденциаль-ной информации (СТР-К): утв. приказом № 282 Гостехкомиссии России от 30.08.2002 г. М., 2001. 38 с.


121

с учетом технической реализации подсистем определены 4 пакета компонентов: «Автома-тизированная система контроля технической

защищенности конфиденциальной информа-ции», «Информационное обеспечение авто-матизированной системы», «Формирование

Рис. 1. Диаграмма компонентов системы оценивания защиты конфиденциальной информации от утечки по техническим каналам

Рис. 2. Диаграмма топологии системы оценивания защиты конфиденциальной ин-формации от утечки по техническим каналам


122

чертежа плана-схемы защищаемого помеще-ния», «Формирование протокола».

Описание компонентов диаграммы логиче-ского размещения автоматизированной систе-мы представлено в таблице.

Для отображения размещения компонен-тов автоматизированной системы на техниче-ских устройствах разработана диаграмма фи-зического развертывания системы по нотации UML, представленная на рис. 2 (см. с. 121).

ОПИСАНИЕ ПАКЕТОВ И КОМПОНЕНТОВ СИСТЕМы ОЦЕНИВАНИЯ ЗАщИТы КОНФИДЕНЦИАЛьНОй ИНФОРМАЦИИ ОТ УТЕчКИ ПО ТЕхНИчЕСКИМ КАНАЛАМ

Название компонента Назначение

Пакет «Автоматизированная система контроля технической защищенности акустической информации»

Обеспечивает взаимодействие между компонентами, производит вычисления, устанавливает связь с базой данных и CAD-системой, передает данные в параметрический фрагмент чертежа защищаемого помещения и текстовый документ протокола

Состав компонентаИмя элемента Назначение

«Metodik.exe» Модуль программного обеспечения − исполняемый файл, реализованный в среде «Borland Delphi 7.0»


Пакет «Информационное обеспечение автоматизированной системы»

Обеспечивает возможность просмотра, выбора, редактирования и хранения данных по объектам информатизации, измеренных параметров и результатов вычислений в базе данных


БД «Metodik.mdf»

База данных, обеспечивающая хранение исходных данных по объектам информатизации, измеренных параметров и результатов вычислений по временным методикам оценки защищенности конфиденциальной информации от утечки по техническим каналам

СУБД «Microsoft SQL Server» Система управления базами данных для обеспечения функционирования базы данных


Пакет «Формирование чертежа план-схемы защищаемого помещения»

Обеспечивает хранение данных планов-схем с контрольными точками защищаемых помещений в виде чертежей


CAD-система КОМПАС-3D «Viewer V15.1»

Инструментальное средство автоматизированного проектирования для формирования чертежей защищаемых помещений для последующего вывода их на просмотр и печать


123

На компоненте «процессор−рабочая стан-ция» развернуты файлы: система управления базами данных «MS SQL Server», база данных «Metodik.mdf», исполняемый файл «Metodik.exe», система автоматизированного проекти-рования «КОМПАС-3D Viewer V15.1», библи-отека параметрических фрагментов чертежей защищаемых помещений «Фрагмент*.frt», чертежи планов-схем защищаемых помещений с контрольными точками «Чертеж*.cdw», тек-стовый редактор «MS Office Word 2007» и до-кументы с результатами проведения оценива-ния защищенности акустической информации по техническим каналам утечки «Протокол*.docx».

На основе алгоритма разработан интер-фейс автоматизированной системы на объ-ектно-ориентированном языке программи-

рования «Object Pascal». Диалоговые окна интерфейса системы приведены на рис. 3−6. Защита информации от несанкционирован-ного доступа в системе производится с по-мощью процесса авторизации пользователя. В системе реализована возможность добав-ления, изменения, удаления и сохранения со-ответствующих данных в справочниках базы данных «Исполнители», «Контрольно-изме-рительная аппаратура», «Заявка», «Тип тех-нического средства», «Объект информатиза-ции», «Методика», «Нормативные значения» и «Калибровка антенны». Поиск проведенно-го специального исследования возможен по соответствующему номеру специального ис-следования, наименованию объекта инфор-матизации (защищаемого помещения) или названию методики, по которой были прове-


«Фрагмент*.frt»

Библиотека графических файлов, содержащих параметрические фрагменты чертежей защищаемых помещений для создания чертежей планов-схем защищаемых помещений

«Чертеж*.cdw» Графические файлы, содержащие чертежи планов-схем защищаемых помещений с контрольными точками


Пакет «Формирование протокола»Обеспечивает хранение информации о полученных результатах проведения оценки защищенности конфиденциальной информации в виде текстовых документов


Текстовый редактор «MS Office Word 2007»Инструментальное средство формирования текстовых документов для последующего вывода их на просмотр и печать

Протокол*.docх

Текстовые файлы, содержащие описательную часть протоколов с результатами проведения оценивания защищенности конфиденциальной информации по техническим каналам утечки

Окончание таблицы


124

дены специальные исследования с помощью созданных элементов управления – полей со списком. По результатам всех проведенных специальных исследований формируются протоколы инстументально-расчетной оцен-ки защищенности помещения от утечки кон-фиденциальной информации, с возможно-стью сохранения в форматах *.docs или *.pdf и последующим выводом на печать.

В форме «Данные специального исследо-вания» для проведения оценивания техниче-ской защищенности объекта информатизации (помещения) по методике 1 (рис. 3, см. с. 125) предоставлена возможность выбора, добав-ления, изменения, удаления и сохранения исходных данных специального исследова-ния, списка используемой контрольно-из-мерительной аппаратуры, измеренных и вы-численных показателей в базе данных. Для удобства работы пользователя добавление, изменение, удаление и сохранение измерен-ных показателей, вычисление и просмотр результатов оценивания защищенности аку-стической информации производится в от-дельной форме «Результаты определения октавных коэффициентов звукоизоляции (виброизоляции)». После заполнения разде-ла «Измеренные параметры» и выполнения команды «Вычислить» производится автома-тическое вычисление и определение степени соответствия нормам эффективности пара-метров защищенности объекта информатиза-ции, которые отображаются в разделе формы «Вычисляемые параметры». По результатам проведенной оценки создается протокол ин-стументально-расчетной оценки защищенно-сти помещения от утечки речевой конфиден-циальной информации.

В формах «Данные специального исследо-вания» для проведения оценивания техниче-ской защищенности объекта информатизации (помещения) по методикам 2 и 3 (рис. 4−5, см. с. 126–127) реализован выбор, добавле-ние, изменение, удаление и сохранение ис-ходных данных исследования, списка основ-

ных технических средств и систем, списка используемых средств измерений и просмотр измеренных и определенных показателей в базе данных.

Добавление и сохранение измеренных показателей, вычисление и просмотр резуль-татов определенных значений допустимого пробега до границы контролируемой зоны (КЗ) и определенного радиуса требуемой КЗ по методикам 2 и 3 соответственно произво-дится в отдельных формах «Результаты изме-рений и вычисление значения допустимого пробега до границы контролируемой зоны» и «Результаты измерений и расчет радиуса тре-буемой контролируемой зоны».

На основании проведенных исследований создаются протоколы контроля защищен-ности информации, обрабатываемой ОТСС, от утечки за счет наводок информативного сигнала и результатов измерения побочных электромагнитных излучений по методикам 2 и 3 соответственно.

Ввод исходных данных по объекту ин-форматизации, списка потенциально опас-ных вспомогательных технических средств и систем (ВТСС) и используемой контроль-но-измерительной аппаратуры по методике 4 реализован с помощью формы, приведенной на рис. 6, см. с. 128. Добавление, изменение, удаление измеренных параметров, вычисле-ние и просмотр результатов определения и сопоставления октавных отношений «сиг-нал/шум» с нормативными значениями про-изводится в отдельной форме. По результа-там проведения исследования формируется протокол оценки защищенности помещений от утечки речевой конфиденциальной инфор-мации по каналам электроакустических пре-образований.

Применение разработанной автоматизи-рованной системы позволит повысить эф-фективность процесса оценки технической защищенности объектов информатизации в помещениях за счет централизованного хранения исходных данных и результатов


125

Рис.

3. В

ид ф

ормы

«Д

анны

е сп

ециа

льно

го и

ссле

дова

ния»

по

мето

дике

1


126

Рис.

4.

Вид

фор

мы «

Дан

ные

спец

иаль

ного

исс

ледо

вани

я» п

о ме

тоди

ке 2


127

Рис.

5. В

ид ф

ормы

«Д

анны

е сп

ециа

льно

го и

ссле

дова

ния»

по

мето

дике

3


128

Рис.

6. В

ид ф

ормы

«Д

анны

е сп

ециа

льно

го и

ссле

дова

ния»

по

мето

дике

4


129

проведения специальных исследований и ав-томатически формируемых протоколов инстру-ментально-расчетной оценки защищенности помещения от утечки конфиденциальной ин-

формации с учетом особенностей конкретного объекта информатизации, объемов проведен-ных работ, вариантов используемых средств измерений и вспомогательного оборудования.


1. Иванов А.В. Сравнительный анализ программно-аппаратных комплексов для проведения акустических и виброакустических измерений // Сб. науч. тр. НГТУ. 2010. № 4(62). C. 87–96.

2. Бедердинова О.И., Жукова И.В. Концептуальная модель оценивания защищенности акустической инфор-мации от утечки по техническим каналам // Вестн. Сев. (Арктич.) федер. ун-та. Сер.: Естеств. науки. 2015. № 2. С. 90−102.

References

1. Ivanov A.V. Sravnitel’nyy analiz programmno-apparatnykh kompleksov dlya provedeniya akusticheskikh i vibroakusticheskikh izmereniy [Comparative Analysis of Software and Hardware Systems for Acoustic and Vibro-Acoustic Measurements]. Sbornik nauchnykh trudov NGTU, 2010, no. 4(62), pp. 87–96.

2. Bederdinova O.I., Zhukova I.V. Kontseptual’naya model’ otsenivaniya zaschishchen-nosti akusticheskoy informatsii ot utechki po tekhnicheskim kanalam [A Conceptual Evaluation Model of Acoustic Information Protection Against Leakage via Technical Channels]. Vestnik Severnogo (Arkticheskogo) federal’nogo universiteta. Ser.: Estestvennye nauki, 2015, no. 2, pp. 90−102.

doi: 10.17238/issn2227-6572.2015.4.119

Bederdinova Oksana Ivanovna Institute of Shipbuilding and Arctic Marine Engineering,

Northern (Arctic) Federal University named after M.V. LomonosovCaptain Voronin str., 6, Severodvinsk, Arkhangelsk Region, 164520, Russian Federation;


Zhukova Irina Vladimirovna Northern (Arctic) Federal University named after M.V. Lomonosov

Lebedev str., 2, Severodvinsk, Arkhangelsk Region, 164520, Russian Federation; e-mail: [email protected]

SECURITY ASSESSMENT OF CONFIDENTIAL INFORMATION AGAINST LEAKAGE VIA TECHNICAL CHANNELS

The paper presents a description of the developed automated assessment system to protect confidential information against leakage via technical channels by the temporary methods of specific researches under the technical control of premises security effectiveness. It is developed by the Federal Service for Technical and Export Control of Russia in the object-oriented development environment “Borland Delphi 7.0” in the programming language “Object Pascal”. The description of the system interface for premises security assessment by 4 methods is given: against leakage of confidential information via acoustic and vibro-acoustic channels; protection of confidential information processed by the major hardware and systems; against leakage due to the directing on the support technology and


130

systems and their communications; security of major hardware and systems for processing, storage and (or) transmission by communication links of confidential information; premises security against voice confidential data leakage via the channels of electro-acoustical conversion. The system provides centralized storage of the results of specific researches of the information objects (protected premises); test equipment; measured, calculated and normative values of indicators of protection of confidential information as well as the relevant generated protocols of the accounting and instrument inspections for fulfilling a requirement for technical protection of information. The use of the automated system reduces the complexity of technical security control of premises by the Automated protocols of the instrument and accounting estimate of the protected premises against leakage of confidential information via technical channels using the CAD-system and centralized storage of data and the results of the specific researches.

Keywords: technical control of premises security effectiveness, protected premises, confidential information, specific research, technical leakage channels.


131

Волков А.С., Копосов Г.Д. Исследование влияния примесей с многоатомным кислотным остатком...

© Волков А.С., Копосов Г.Д., 2015

УДК 537.311

волКов александр СергеевичСеверный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносоваадрес: 163002, г. Архангельск, наб. Северной Двины, д. 17; е-mail: [email protected]

КоПоСов Геннадий дмитриевичСеверный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносоваадрес: 163002, г. Архангельск, наб. Северной Двины, д. 17; е-mail: [email protected]

иССледование влиЯниЯ ПриМеСей С МноГоатоМнЫМ КиСлотнЫМ оСтатКоМ

на уделЬнуЮ ЭлеКтриЧеСКуЮ ПроводиМоСтЬ лЬда в МерЗлЫХ диСПерСнЫХ СредаХ

В работе представлены результаты исследований по влиянию температуры и концентрации кислотных примесей диссоциирующих кислот (HNO3, H2SO4, H3PO4) на удельную электрическую проводимость σ мерзлой влагосодержащей дисперсной системы на основе порошка мелкозернистого кварца на частотах 0.1, 1 и 10 кГц. Исследования проводились с помощью измерителя иммитанса Е7-14, образец на осно-ве кварца с примесью кислоты исследуемой концентрации помещался в измерительную ячейку − пло-ский конденсатор. Диапазон температур составлял 120–290 К, диапазон концентраций примесей кислот – от 10-6 до 10-2 М. Опираясь на факт определенности электропроводности мерзлой дисперсной системы электропроводностью льда и на дебаевские формулы частотной дисперсии удельной электрической про-водимости, определены параметры частотной дисперсии модели Дебая: высокочастотная σ∞ и статическая σS электрические проводимости, а также время релаксации τσ. На основе сравнения с подобными характе-ристиками для дисперсной системы без примеси определен вклад примесей в эти параметры и в дальней-шем выдвинута модель поведения примеси во льду. Выявлено, что при замерзании дисперсной системы с примесью образуются состояния «ион––ионный дефект H3O

+» и «ион––ориентационный дефект D+». Свя-занные состояния образуются из протонов в результате электростатических и диффузионных процессов протонно-донорной примеси диссоциирующей кислоты. При повышении температуры связанные пары ионов распадаются.

Ключевые слова: дисперсные системы, лед с примесью, удельная электрическая проводимость, вре-мя релаксации, полупроводниковые свойства льда.

Лед – протонный полупроводник [1]. При-чина полупроводниковых свойств, сближаю-щая лед с привычными электронными полу-

проводниками, заключается в одинаковой температурной зависимости концентрации ос-новных носителей ( )0 exp 2nn n E kT= ⋅ -∆ и

doi: 10.17238/issn2227-6572.2015.4.131

132

проводимости ( )0 exp E kT= ⋅ -∆ ss s , а также в прыжковом характере перемещения связан-ных зарядов. Перенос электрического заряда, согласно идеям Бьеррума [2] и Грэнихера [3], осуществляется путем пространственного пе-ремещения ориентационных (L– и D+) и ион-ных (OH– и H3O

+) дефектов. Оба типа дефектов перемещаются в результате прыжкового пере-мещения протонов.

В природе в воде всегда присутствуют при-меси, и вопрос об их влиянии на электрические свойства льда до конца не решен. В работе [1] утверждается, что кислотные примеси явля-ются протонно-донорными, генерирующими L–-дефекты, а щелочные – протонно-акцептор-ными, генерирующими D+-дефекты. К этому утверждению есть возражение относительно термина «генерирующие». Формально кис-лотная примесь полностью диссоциирована до замораживания и существует в растворе с избытком протонов и ионов кислотного остат-ка. При замораживании временно возникает избыток протонов, которые в кристалличе-ской решетке становятся H3O

+ и D+, при этом ( ) ( )( )+ +

3H O Dn n n+ > , где n – собственная концентрация дефектов. Например, через некоторое время для примеси HCl эти дефек-ты продиффундируют к иону Cl– , и возникнут комплексы (Cl– + H3O

+)и (Cl– + D+), но не мо-лекулы HCl. Об этом, в частности, указано в работе [4]. Второй аспект проблемы исследова-ния льда с примесями связан с тем, что по при-чине сегрегации затруднительно исследовать монокристаллы с большими концентрациями примеси.

Концепция проведенных исследований ба-зируется на трех положениях:

− для льда в дисперсной фазе диффузия примесей по объему затруднена;

− при быстром замораживании диффузия молекул примесей на большие расстояния не-возможна;

− проводимость мерзлой дисперсной среды определяется проводимостью льда.

В поликристаллическом состоянии наблю-дается близкое к однородному распределение примеси, что было подтверждено по рентген-флуоресцентному методу в работе [5] на при-мере примеси KCl как по K, так и по Cl.

Материалы и методы. В исследовании ис-пользовались примеси одно-, двух- и трехос-новных кислот HNO3, H2SO4 и H3PO4 при мо-лярных концентрациях С 10-6; 10-5; 10-4; 10-3 и 10-2 М. В качестве матрицы влагосодержащей дисперсной системы (ВДС) выступал мелко-зернистый порошок кварца. Влажность образ-ца составляла 12 %. Измерения проводились на оригинальном измерительном стенде, основой которого является измеритель иммитанса Е7-14, позволяющий осуществлять измерения на частотах переменного электрического поля 0.1, 1 и 10 кГц. Образец помещался в плоский кон-денсатор площадью 50×50 мм с расстоянием между обкладками 2 мм, охлаждение осущест-влялось с помощью жидкого азота. Осущест-влялись измерения проводимости конденсатора с образцом G’ и без образца G0. На основании этих данных рассчитывалась удельная электри-ческая проводимость образца G = G’ – G0.

Известно [1, 4], что в монокристаллах вы-полняется дебаевская частотная дисперсия:

21 ( )S∞

∞-

= -+ s

s ss sωτ

, (1)

где σ∞ и σS – высокочастотная и статическая удельные проводимости, τσ – время релаксации электрической проводимости, ω – циклическая частота электрического поля.

Дебаевская частотная дисперсия – первая теоретическая основа настоящей работы. На основании измерений удельной электрической проводимости σ на трех частотах из системы уравнений (1) можно найти высокочастотную σ∞ и статическую σS удельные проводимости и время релаксации τσ. Методика расчета описана в [6] более подробно.

В качестве второй теоретической основы работы используется феноменологическая те-ория Жаккара [7], базирующаяся на анализе прыжкового характера движения ионных (H3O

+


133

и OH–) и ориентационных (D+ и L–) дефектов в кристалле льда. В соответствии с этой теорией,

2 2 2

,

( )ion or

ion or ion or

S ion or

q q q qs s s

s s s

∞ = +

+ = +, (2)

где or D L= +s s s ; 3H O OHions s s= + ; qion = 0.62e; qor = 0.38e.

Система уравнений (2) на основании най-денных значений σ∞ и σS позволяет сначала определить σor/σion, а затем рассчитать прово-димости по ориентационным σor и ионным σion дефектам:

,11

.1

or

or ion

ionor ion

ss

s sss

s s

∞

∞

=+

=+

(3)

В качестве третьей теоретической основы выступает теория ионной прыжковой релак-сационной поляризации [8], в соответствии с которой

2 2

12Sq n

kT∞ - =s

δs sτ

, (4)

где q – заряд иона, δ – длина прыжка.Результаты и обсуждение. Типичная темпе-

ратурная зависимость удельной электрической проводимости на частотах 100 Гц, 1 и 10 кГц для образца ВДС с примесью H2SO4 концен-трацией С = 10-4 М представлена на рис. 1. На рис. 2 изображены температурные зависимости параметров дебаевской частотной дисперсии σ∞ и σS для дистиллированной воды и различ-ных примесей концентрацией С = 10-4 М при влажности образца ВДС W = 12 %. На рис. 1 и 2 хорошо виден полупроводниковый вид тем-пературной зависимости удельной электриче-ской проводимости.

Для выявления влияния примесей на элек-трические свойства (проводимости по ориен-тационным и ионным дефектам, время релак-сации) можно определить величины

Рис. 1. Температурная зависимость удельной электрической проводимости ВДС влажностью 12 % с примесью H2SO4 при частотах электриче-ского поля 100 Гц, 1 и 10 кГц

Рис. 2. Температурные зависимости дебаев-ских характеристических параметров σ∞ и σS ВДС влажностью 12 % для дистиллированной воды и различных примесей концентрацией С = 10-4 М


134

( )( ) ( 0)or or W constC C

==s s ,

( )( ) ( 0)ion ion W const

C C=

=s s и

( )( ) ( 0)W const

C C=

=s sτ τ . Зависимости от температуры величин

( )( ) ( 0)or or W constC C

==s s и

( )( ) ( 0)ion ion W constC C

==s s

для ВДС с примесью H2SO4 в качестве примера представлены на рис. 3.

Температурные зависимости ( )( ) ( 0)or or W const

C C=

=s s ,

( )( ) ( 0)ion ion W constC C

==s s и

( )( ) ( 0)W const

C C=

=s sτ τ позволяют сделать следующие выводы.

Примесь HNO3:− увеличивает проводимость по ориента-

ционным дефектам, скорее всего, за счет D+-дефектов;

− подавляет проводимость по ионным де-фектам, но при T > 200 К наблюдается возрас-тание ионной проводимости с энергией актива-ции ∆Ea = (0.75±0.05) эВ;

− не влияет существенно на время релак- сации.

Примесь H2SO4:− увеличивает проводимость по ориента-

ционным дефектам с энергией активации при Т < 160 K ∆Ea = (0.30±0.03) эВ;

− не изменяет проводимость по ионным де-фектам при Т < 190 К и резко возрастает при Т > 200 К с энергией активации ∆Ea = (0.80± ±0.06) эВ;

− уменьшает время релаксации при T < < 200 К, а при T > 200 К увеличивает с возрас-танием температуры, что свидетельствует о за-держке носителей в поле ионов примеси.

Примесь H3PO4:− во всем диапазоне отрицательных темпе-

ратур увеличивает проводимость по ориента-ционным дефектам;

− подавляет при С < 10-2 M и T < 200 К ион-ную проводимость, но при T > 200 К наблюдает-ся возрастание вклада в ионную проводимость с энергией активации ∆Ea = (0.95±0.08) эВ;

− существенно не влияет на время релак-сации основных носителей, но при С = 10-2 М время релаксации нарастает, что говорит о за-держке носителей в поле ионов.

Рис. 3. Температурные зависимости эффективности влияния примеси на проводимость по ориентационным и ионным дефектам для ВДС влажностью 12 % с примесью H2SO4


135

Вклад примеси в концентрацию носителей определяется функцией

( ) ( )( ) ( )0 0

.S C C

CS C C

TA n

Ts

s

s s τ

s s τ∞

∞ = =

- ⋅ ⋅ -= ∆

- - ⋅ ⋅

(5)

Зависимости ∆nС = f(1/T) имеют точки пере-гиба и являются экспоненциальными с энергией активации ∆Е1n при T < Tper и ∆Е2n при T > Tper. Значения ∆Еin представлены в таблице. Относи-тельная погрешность числовых данных не пре-вышает 6 %.

Количество ионных дефектов уменьшается за счет захвата ионами примеси. Отрицательно заряженные ионы примеси создают связанное

состояние с ориентационными D+-дефектами, что создает деионизацию примеси. С увели-чением температуры при T < Tper идет отрыв D+-дефектов, что и обуславливает возраста-ние ∆nС. При температурах T > Tper активизи-руется процесс образования гетерофазных флуктуаций [8], сопровождающийся увеличе-нием концентрации как основных (ориента-ционных), так и неосновных (ионных) дефек-тов. Последний факт объясняет возрастание ( )( ) ( 0)ion ion W const

C C=

=s s вблизи точки плав-

ления льда.Представим ( )exp ,C prn N E kT∆ = ⋅ ⋅ -∆n

где ν – валентность. Тогда отношение ( )expC prn N E kT∆ = -∆ даже в максиму-

ме при Т ≈ 270 К составляет, с учетом ва-лентности ν ионов, для примеси HNO3 (при

∆Esred ≈ (0.090 ± 0.008) эВ) С = 0.02; для H2SO4 (при ∆Esred ≈ (0.114 ± 0.009) эВ) С = 0.014; для H3PO4 (при ∆Esred ≈ (0.17 ± 0.02) эВ) C = 0.0018.

Отношение ( )0C C W constn n = =

∆ можно опре-делить из соотношения

S C

S C 0 0

( ) ( )1

( ) ( )C

C

B ∞

∞ = =

- ⋅= -

- ⋅s

s

s s τs s τ

. (6)

Анализ зависимости В = f(1/T) (рис. 4) показывает, что введение примеси в лед несущественно влияет на удельную электри-ческую проводимость твердых растворов примесей HNO3, H2SO4 и H3PO4 при темпера-турах T < 220 К. Так, для примеси H2SO4 при

Рис. 4. Температурная зависимость величины В (6) для ВДС влажностью 12 % с примесью H2SO4 при различных концентрациях

ЭНЕРГИЯ АКТИВАЦИИ ДОБАВОчНОй КОНЦЕНТРАЦИИ ОСНОВНых НОСИТЕЛЕй, ОБУСЛОВЛЕННАЯ ПРИМЕСьЮ

С, МHNO3 H2SO4 H3PO4

тper, К ∆е1n, эВ ∆е2n, эВ тper, К ∆е1n, эВ ∆е2n, эВ тper, К ∆е1n, эВ ∆е2n, эВ

10–6 215 – 0.49 230 0.04 0.51 240 0.33 1.8610–5 235 0.08 1.36 230 0.15 0.35 230 0.15 1.3210–4 245 0.10 2.40 230 0.08 0.51 260 0.18 1.5710–3 210 0.05 0.46 230 0.16 0.37 260 0.18 2.110–2 210 0.13 1.29 210 0.14 0.54 160 0.19 0.66


136

С = 10-2 М, когда на 100 молекул воды прихо-дится 1 молекула примеси, при температуре 160 К проводимость увеличивается только в 10 раз. Причиной этому является то, что по-ложительно заряженные ионы Н+, избыточ-ные по отношению к равновесному, занимают места ориентационных D+-дефектов, которые «прилипают» к отрицательно заряженным ионам примеси. Возникают пары «ион––ори-ентационный дефект D+» и «ион––ионный де-фект H3O

+». В итоге при T < 220 К создается квазиравновесное состояние n–

or ~ n+or, когда

концентрация ориентационных дефектов в чистом льду nоr = 0.6·1019 м–3, что составля-ет nоr/nоr(H2O) = 1.8·10–10 дефектов на молеку-лу. При этом возможно рассеяние носителей при движении в окрестности иона примеси. При Т > 220 К наблюдается рост проводимо-сти как по ориентационным, так и по ионным дефектам. Вследствие генерации примесными молекулами ионного остатка, вероятнее всего

увеличение концентрации как ионных, так и ориентационных дефектов, сопровождающее фазу предплавления льда [9].

Заключение. Кислотные примеси являются протонно-донорными: в процессе фазового пере-хода при замерзании в структуру льда «впрыски-вается» избыточное число подвижных протонов, которые становятся положительно заряженными примесными ионными и ориентационными D+-дефектами. После этого диффузионный процесс и электростатическое взаимодействие приводят к созданию связанных состояний «ион––ионный дефект H3O

+» и «ион––ориентационный дефект D+». При повышении температуры происходит разрыв этих связей.

Влияние примеси на удельную электриче-скую проводимость незначительно при T < 220 К, когда преобладает собственная температурная ге-нерация носителей, и значительно при Т > 220 К, когда начинается генерация носителей, связанных с ионами кислотного остатка.


1. Тонконогов М.П. Диэлектрическая спектроскопия кристаллов с водородными связями. Протонная релаксация // УФН. 1998. Т. 168, № 1. С. 29–54.

2. Bjerrum N. Structure and Properties of Ice // Science. 1952. V. 115. P. 385–390.3. Granicher H., Jaccard С., Scherrer P., Steinemann A. Dielectric Relaxation and the Electrical Conductivity of Ice

Crystals // Discuss. Faraday Soc. 1957. 23. P. 50–62.4. Petrenko V.F., Whitworth R.W. Physics of Ice. N.Y., 2006.5. Волков А.С., Копосов С.Г., Малков А.В. Исследование влияния быстрой заморозки льда во влагосодержащей

дисперсной среде на распределение элементов K и Cl по образцу // Физ. вестн. ин-та естест. наук и биомедицины САФУ: сб. науч. тр. 2011. Вып. 10. С. 87–90.

6. Тягунин А.В., Копосов Г.Д. Механическая смесь гранулированного льда с песком. LAP Lambert Academic Publishing, 2012. 196 с.

7. Jaccard С. Thermodynamics of Irreversible Processes Applied to Ice // Phys. Kondens. Materie. 1964. V. 3. P. 90–118.

8. Копосов Г.Д., Тягунин А.В. Физика пассивных диэлектриков: учеб. пособие. Архангельск, 2013. 9. Копосов Г.Д., Бардюг Д.Ю. Анализ предплавления льда во влагосодержащих дисперсных средах // Письма

в ЖТФ. 2007. Т. 33. Вып. 14. С. 80–86.

References

1. Tonkonogov M.P. Dielektricheskaya spektroskopiya kristallov s vodorodnymi svyazyami. Protonnaya relaksatsiya [Dielectric Spectroscopy of Hydrogen-Bonded Crystals. Proton Relaxation]. Uspekhi fizicheskikh nauk, 1998, vol. 168, no. 1, pp. 29–54.


137

2. Bjerrum N. Structure and Properties of Ice. Science, 1952, vol. 115, pp. 385–390.3. Granicher H., Jaccard S., Scherrer P., Steinemann A. Dielectric Relaxation and the Electrical Conductivity of Ice

Crystals. Discuss. Faraday Soc., 1957, no. 23, pp. 50–62.4. Petrenko V.F., Whitworth R.W. Physics of Ice. New York, 2006.5. Volkov A.S., Koposov S.G., Malkov A.V. Issledovanie vliyaniya bystroy zamorozki l’da vo vlagosoderzhashchey

dispersnoy srede na raspredelenie elementov K i Cl po obraztsu [Investigation of the Effect of Fast Ice Freezing in the Water-Containing Dispersion Medium on the Distribution of Elements of K and Cl by a Pattern]. Fizicheskiy vestnik instituta estestvennykh nauk i biomeditsiny SAFU: sb. nauch. tr., 2011, no. 10, pp. 87–90.

6. Tyagunin A.V., Koposov G.D. Mekhanicheskaya smes’ granulirovannogo l’da s peskom [Mechanical Mixture of Granular Ice with Sand]. Saarbrucken, 2012. 196 p.

7. Jaccard S. Thermodynamics of Irreversible Processes Applied to Ice. Phys. Kondens. Materie., 1964, vol. 3, pp. 90–118.

8. Koposov G.D., Tyagunin A.V. Fizika passivnykh dielektrikov: ucheb. posobie [Physics of Passive Dielectrics]. Arkhangelsk, 2013.

9. Koposov G.D., Bardyug D.Yu. Analiz predplavleniya l’da vo vlagosoderzhashchikh dispersnykh sredakh [Analysis of Ice Pre-Melting in the Water-Containing Dispersive Media]. Pis’ma v Zhurnal tekhnicheskoy fiziki, 2007, vol. 33, no. 14, pp. 80–86.

doi: 10.17238/issn2227-6572.2015.4.131

Volkov Aleksandr SergeevichNorthern (Arctic) Federal University named after M.V. Lomonosov


Koposov Gennadiy Dmitrievich Northern (Arctic) Federal University named after M.V. Lomonosov


RESEARCH OF THE IMPACT OF IMPURITY WITH POLYATOMIC ACID RESIDUAL ON THE ELECTRIC CONDUCTIVITY OF ICE IN FROZEN DISPERSE MEDIUM

The paper presents the research results of the impact of temperature and concentration of acid impurities of dissociating acids (HNO3, H2SO4, H3PO4) on the electric conductivity σ of water-containing disperse system based on fine-grained quartz powder at frequencies of 0.1, 1 and 10 kHz. The studies were conducted with the use of the LCR meter E7-14; a sample based on quartz with the admixture of acid of testing concentration was placed into the measuring cell – plate condenser. The temperatures range was 120…290 K; the range of concentrations of acid impurities was 10-6…10-2 M. Based on the fact of the electric conductivity determination of frozen disperse system by the conductivity of ice and on the Debye formulae of frequency dispersion of electric conductivity, the parameters of frequency dispersion of the Debye model were determined: high-frequency σ∞ and static σS conductivities and the relaxation time τσ. On the basis of comparison with the similar characteristics for the disperse system without impurity the contribution of impurities into these parameters is determined and the behavioral model of impurity in ice is suggested. At freezing of impure disperse system the states of “ion––ion defect H3O+” and “ion––orientation defect D+” are formed. Bound states are formed from protons in the result of electrostatic and diffusion processes of proton-donor impurity of dissociating acid. When the temperature increases the bound pairs of ions are decomposed.

Keywords: disperse systems, impure ice, electric conductivity, relaxation time, semiconducting properties of ice.


138


© Зыков А.Н., 2015

УДК 004.932

ЗЫКов алексей николаевичАО «Центр судоремонта «Звёздочка» адрес: 164509, Архангельская область, г. Северодвинск, просп. Машиностроителей, д. 12; e-mail: [email protected]

ПриМенение оПератора лоКалЬнЫХ бинарнЫХ Шаблонов в ЗадаЧе ФраКталЬноГо КодированиЯ иЗобраЖений

Фрактальное кодирование представляет собой эффективный метод сжатия изображений, основанный на представлении изображения посредством сжимающих аффинных преобразований в пространстве изо-бражений, для которых неподвижная точка близка к исходному изображению. Фрактальное кодирование изображений основывается на самоподобных и самоаффиных множествах и использует внутреннюю из-быточность между самоподобными частями изображения. Процесс кодирования состоит в использовании системы итерированных кусочно-определенных функций (PIFS – Partitioned Iterated Function Systems) в построении оператора, который будет представлять образ закодированного изображения. Ключевой про-блемой существующих методов фрактального кодирования изображений является длительность процесса по времени, поскольку нахождение отображения подобия между доменными и ранговыми областями – слишком сложная задача, требующая значительных вычислительных ресурсов. Эффективным представля-ется следующий порядок действий: классификация областей изображения, затем нахождение отображения подобия. Классификация областей позволяет перевести глобальный поиск в частичный; таким образом, нахождение отображения подобия делается только среди блоков, принадлежащих одному классу, и, следо-вательно, значительно ускоряется время кодирования. Ключевым моментом является то, что классифика-ционные признаки должны как можно лучше описать информацию всего и каждой области изображения, а также степень подобия областей изображения. Функция классификации включает в себя правила, позво-ляющие непосредственно определить число классов и точность классификации. Новый метод предлагает использовать оператор локальных бинарных шаблонов (Local Binary Pattern – LBP) в задаче фрактального кодирования полутоновых изображений. LBP преобразует изображение в массив двоичных кодов, описы-вающих окрестности элементов изображения. Локальные бинарные шаблоны основываются на локальной двоичной модели, предлагают эффективный способ анализа текстуры изображения и являются ее эффек-тивной характеристикой. Эксперименты доказывают релевантность данного метода, позволяющего уско-рить процесс и улучшить качество восстановленного изображения.

Ключевые слова: сжатие изображений, фрактальное кодирование, анализ изображений, локальные бинарные шаблоны.

doi: 10.17238/issn2227-6572.2015.4.138

139

Зыков А.Н. Применение оператора локальных бинарных шаблонов...

В связи с резким ростом количества циф-ровой техники и появлением огромного коли-чества цифровой информации становится кри-тической проблема ее хранения и передачи по сети. Возникает необходимость ее эффектив-ного кодирования. Значительную долю объема цифровой информации занимают графические изображения. Основной целью кодирования изображений является представление цифро-вых изображений как можно меньшим коли-чеством битов, с сохранением при этом уровня качества, необходимого для их использования. Кодирование изображений имеет две большие цели: сокращение времени для передачи изо-бражения по сети и уменьшение места для их хранения. В связи с этим особое значение при-обретает разработка эффективных методов, алгоритмов и технологий сжатия графической информации.

Фрактальное кодирование изображений [1] является на сегодняшний день одним из наи-более эффективных методов сжатия графиче-ской информации с потерями и, как следствие, достаточно перспективным для использования при разработке компьютерных мультимедиа приложений и обработке цифрового видео. Оно отличается как высокой степенью сжа-тия, сравнимой со степенью сжатия других известных современных методов кодирования (например, JPEG), так и скоростью восстанов-ления изображения, которая у этого алгоритма значительно выше.

Фрактальное кодирование изображений основывается на самоподобных и самоаффи-ных множествах и использует внутреннюю избыточность между самоподобными частями изображения. В 1989 году A. Jacquin был пред-ложен метод автоматического кодирования на основе блоков изображения [2]. Данный метод лег в основу подавляющего большинства схем фрактального кодирования и имел важные по-следствия для фрактального кодирования изо-бражений в будущем. Процесс кодирования со-стоит в использовании системы итерированных кусочно-определенных функций (Partitioned Iterated Function Systems – PIFS) в построении

оператора, который будет представлять образ закодированного изображения. Если изобра-жение представлено оператором, то его можно эффективно хранить и передавать. Большим недостатком фрактального кодирования яв-ляется значительное время его кодирования. Большая часть времени в построении такого оператора уходит на поиск лучшего совпаде-ния между частями подлежащего кодированию изображения.

Для сокращения вычислительных затрат используют несколько способов увеличения скорости кодирования, и в настоящее время ра-боты ведутся в двух направлениях. Первое со-стоит в классификации областей изображения, что может значительно ускорить кодирование за счет уменьшения количества используемых областей, среди которых ведется поиск. Второе направление заключается в выделении опреде-ленных характеристических особенностей при сравнении областей изображения. Выделение небольшого количества особенностей, харак-теризующих области изображения, позволяет ускорить процесс фрактального кодирования. Тогда сравнение между областями изображе-ния будет производиться на основании этих характеристик, а не по отдельным пикселям, что существенно сокращает объем работы. Эти характеристики могут быть получены на осно-вании спектрального анализа Фурье, вейвлет-анализа, характеристик текстуры изображения.

Текстурный анализ – один из основных в компьютерном зрении и распознавании обра-зов. Текстура является важной характеристи-кой изображения. Существующие методы ана-лиза текстуры в целом можно разделить на три категории: статистический, спектральный и структурный методы. Текстура со структурной точки зрения состоит из элементов, которые организованы в соответствии с определенными правилами размещения. В данной работе опи-сывается использование локальных бинарных шаблонов для классификации областей изобра-жения в задаче фрактального кодирования изо-бражений. Изображение кодируется методом поиска наилучшего соответствия только между

140

областями только с одними и теми же значе-ниями, полученными с помощью оператора локальных бинарных шаблонов. Эксперимен-тальные результаты показывают, что данная схема является оптимальной как по показате-лям скорости кодирования, так и качества вос-становления.

Схема фрактального кодирования изо-бражений. Рассмотрим классическую схе-му фрактального кодирования изображений. Представим изображение в виде двумерного прямоугольного массива пикселей:

) )( , ), 0, , 0, ,I i x y x N y Mé é= Î Î êê ëëгде N и M – размеры изображения.

Изображение I разбивается на прямоуголь-ные ранговые блоки Ri.

Ранговые блоки не перекрываются и покры-вают все изображение, могут быть одинакового размера, но чаще используется адаптивное раз-биение с переменным размером блоков:

1

, 0, .a

i i ji

I R R R i j=

= = ¹

Фрактальное кодирование изображения подразумевает нахождение сжимающего аф-финного преобразования области изображения, которое наилучшим образом аппроксимирует этот ранговый блок. Данные такого преобра-зования сохраняются для дальнейшего восста-новления исходного изображения.

Для поиска сжимающих аффинных преоб-разований покроем изображение I множеством доменных блоков Di. Доменные блоки могут перекрываться, иметь разный размер и их ко-личество может достигать сотни или тысячи единиц:

0, .i j

D D i j¹ ¹

Для каждого рангового блока Ri находим сжимающее аффинное преобразование wi, ко-торое наилучшим образом аппроксимирует данный ранговый блок в доменный блок Di (рис. 1).

При этом каждый ранговый блок сравнива-ется со всеми доменными блоками для нахож-дения наилучшего совпадения между ними.

Преобразование wi – это сочетание геоме-трических преобразований и преобразований яркости и контраста. Матрица преобразования wi между ранговым и доменным блоком выгля-дит следующим образом:

0

0

0 0

i i i

i i i i

i i

x a b x e

W y c d y f

z s z o

æ ö æ öæ ö æ ö÷ ÷ ÷ ÷ç ç ç ç÷ ÷ ÷ ÷ç ç ç ç÷ ÷ ÷ ÷ç ç ç ç÷ ÷ ÷ ÷ç ç ç ç= +÷ ÷ ÷ ÷ç ç ç ç÷ ÷ ÷ ÷ç ç ç ç÷ ÷ ÷ ÷÷ ÷ ÷ ÷ç ç ç ç÷ ÷ ÷ ÷ç ç ç ç÷ ÷ ÷ ÷ç ç ç çè ø è øè ø è ø

,

где i = (1, 2, ..., n), si – контраст, z – уровень тона в позиции (x, y) в Di, ei и fi – координаты смещения относительно x и y соответственно, oi – яркость. Коэффициенты ai, bi, ci и di пред-ставляют геометрическое масштабирование и изометрическое преобразование между ранго-вым и доменным блоком.

Для того чтобы аффинное отображение до-менной области на ранговую область было сжи-мающим, размеры доменной области должны превышать размеры ранговой. В процессе дан-ного преобразования каждый доменный блок уменьшается в размерах до рангового, кроме того он может быть повернут или отражен для лучшего совпадения с ранговым. Также вы-числяется разность контраста и яркости между ними. Эти изменения представляют собой аф-финные преобразования доменных блоков.

Для оценки качества приближения между ранговым и доменным блоком используют среднеквадратичную функцию [3]:

Рис. 1. Аппроксимация ранговых блоков в доменные


141

( )2, ,1 1

N M

i j i ji j

E sD o R= =

= + -åå , (1)

где N и M – количество строк и столбцов в пря-моугольной области, Ri,j и Di,j – соответствую-щие значения пикселей ранговой и доменной области.

Контрастность s и яркость o определяются следующим образом:

,a

sb

=

ao r d

b

æ ö÷ç ÷= -ç ÷ç ÷çè ø

,

где ( ) ( ), ,

1 1

N M

i j i ji j

a d d r r= =

= - × -åå

,

( )2,1 1

N M

i ji j

b d d= =

= -åå

,

,1 1

1 N M

i ji j

d dNM = =

= åå

,

,1 1

1 N M

i ji j

r rNM = =

= åå

.

Хорошее сжатие зависит от возможности найти хорошее соответствие между доменны-ми и ранговыми блоками. Для каждой ранговой области находится доменная область, которая наилучшим образом аппроксимирует ранго-вую:

min( , )k iR

R D R= .Совокупность сжимающих аффинных пре-

образований представляет собой аффинный коллаж, а параметры преобразований есть код изображения.

Опишем алгоритм восстановления исход-ного изображения:

· берем произвольное изображение (од-нотонное или шум), размеры не имеют значе-ния;

· формируем второе изображение, явля-ющееся результатом отображения аффинного коллажа;

· меняем изображения местами;· процесс продолжается до тех пор, пока

разница между двумя изображениями не будет меньше определенной ошибки. На практике достаточно 6-8 циклов.

Локальные бинарные шаблоны. Использо-вание LBP позволяет произвести классифика-цию областей изображения. Впервые LBP был предложен T. Ojala, M. Pietikanen, T. Maehpaa [4], далее о нем говорится в работах [5, 6]. Ос-нован на предположении, что текстура имеет два локальных взаимодополняющих аспекта: сам шаблон и его мощность. LBP преобразует изображение в массив двоичных кодов, описы-вающих окрестности элементов изображения. Это теоретически простой и одновременно эффективный метод анализа текстуры, пока-зывающий хорошие результаты во многих эм-пирических исследованиях. Он может быть представлен как унифицирующий метод ста-тистических и структурных методов анализа текстуры. Текстура, с его точки зрения, описы-вается микро-примитивами (textons) и стати-стикой их размещения.

Смысл оператора локальных бинарных шаблонов заключается в следующем. Рас-смотрим 3×3 окрестности вокруг каждого пикселя. Смежным пикселям, которые имеют значение выше или равны значению централь-ного пикселя, присваивается значение 1, а тем пикселям, у которых значение меньше значе-ния центрального пикселя, присваивается зна-чение 0. Затем по часовой стрелке, например с левого верхнего угла, полученные значения умножаются на степени двойки и суммируют-ся для получения двоичного кода центрально-го пикселя. В данной позиции пикселя ( , )

c cx y

LBP определен как упорядоченный набор двоичных сравнений интенсивности пикселя между центральным пикселем и 8 смежными (рис. 2).

Так как окрестность центрального пикселя состоит из 8 смежных, то в общей сложности можно получить 28 = 256 различных двоич-ных кодов, которые могут быть получены в


142

зависимости от относительных значений тона в центральном и смежных ему пикселях. Эти двоичные числа или их десятичный эквивалент могут быть ассоциированы с центральным пикселем и использоваться как характеристика локальной структуры текстуры изображения вокруг данного пикселя.

Десятичная форма получающегося 8-бит-ного двоичного числа может быть выражена следующим образом:

7

0

( , ) ( )2nc c n c

n

LBP x y s i i=

= -å ,

где ic соответствует значению центрального пикселя (xc, yc), in – значениям 8 смежных пик-селей, и функция s(x) определена как:

1 0( )

0 0

if xs x

if x

ìï ³ïï= íï <ïïî

.

Следует обратить внимание, что значение каждого бита в коде, полученном с помощью оператора локальных бинарных шаблонов, не-сет одинаковую значимость и что последова-

тельность из двух бит может иметь совершен-но разный смысл (рис. 3).

Данный код может быть истолкован как ин-декс ядра структуры текстуры изображения раз-мерностью 3×3, которое суммирует локальную пространственную структуру изображения. По определению, оператор локальных бинарных шаблонов не зависит от любого монотонного полутонового преобразования, которое сохра-няет порядок интенсивности пикселя в локаль-ной области, и, следовательно, может быть ме-нее чувствителен к изменениям освещенности. Благодаря своим отличительным свойствам и своим очень низким вычислительным затра-там, оператор локальных бинарных шаблонов становится эффективным методом при анализе текстуры изображения.

Метод фрактального кодирования с исполь-зованием LBP. При фрактальном кодировании поиск наилучшего соответствия между ранго-вым и доменным блоками требует наибольших вычислительных затрат. Для их сокращения используют несколько подходов увеличения скорости кодирования и в настоящее время ра-боты ведутся в нескольких направлениях. Одно из направлений состоит в классификации до-менных областей, что может значительно уско-рить кодирование за счет уменьшения количе-ства используемых доменных областей, среди которых ведется поиск.

Рассмотрим следующую схему фракталь-ного кодирования, использующую классифи-кацию областей изображения с применением LBP.

Рис. 2. Вычисление LBP

Рис. 3. Формирование кода в зависимости от выбора начала отсчета


143

Шаг 1. Предварительные вычисления.Создание библиотеки ранговых областей:· разбиваем изображение на не перекры-

вающиеся ранговые области размером 3×3 пик-селя;

· вычисляем для каждой ранговой обла-сти, используя LBP, двоичный код ее централь-ного пикселя. Этот двоичный код будет класси-фицировать данную ранговую область;

· получаем разряженную матрицу, где вместо пикселей будут расположены двоичные коды, выступающие в роли классификаторов ранговых областей.

Создание библиотеки доменных областей:· уменьшаем исходное изображение в 2

раза;· вычисляем с помощью оператора ло-

кальных бинарных шаблонов двоичный код для каждого пикселя изображения. Эти двоич-ные коды будут классифицировать доменные области вокруг каждого пикселя. Получаем ма-трицу размером с уменьшенное исходное изо-бражение, где вместо пикселей расположены их двоичные коды, выступающие в роли клас-сификаторов доменных областей;

· для крайних и угловых пикселей недо-стающие смежные пиксели можно принять за 0 или дополнить циклически на противополож-ный край изображения.

Шаг 2. Кодирование каждой ранговой об-ласти:

· берем очередной ранговый блок из би-блиотеки и смотрим его двоичный код;

· выбираем из библиотеки доменных областей только те области, у которых их двоичный код равен двоичному коду выбран-ной ранговой области. Используя формулу (1), производим вычисление ошибки аппрок-симации между ранговой областью и всеми доменными областями с тем же двоичным кодом. Для доменной области с наименьшей ошибкой аппроксимации сохраняем полу-ченные коэффициенты преобразования для дальнейшего восстановления исходного изо-бражения;

· если в библиотеке доменных областей отсутствуют области со значением двоичного кода ранговой области, производим цикличе-ский поворот двоичного кода ранговой области (рис. 4) и повторяем поиск доменной области в библиотеке с новым двоичным кодом. В случае полного отсутствия соответствия между двоич-ным кодом ранговой и доменной областей в ре-зультате полного циклического поворота, мож-но взять доменные области с двоичным кодом, близкие по величине двоичному коду ранговой области.

Шаг 3. Нахождение параметров аффинно-го преобразования для всех ранговых блоков и сохранение их в виде аффинного коллажа для последующего восстановления исходного изо-бражения.

Сравним сложность работы с классическим методом фрактального кодирования. Пусть N – количество ранговых областей, M – количество доменных областей. Сложность классического метода фрактального кодирования областей рав-няется O(N ⋅ M). Для поиска наилучшей аппрок-симации для каждой ранговой области необхо-димо провести полный перебор всех доменных областей. Сложность метода фрактального коди-рования с классификацией областей изображения с применением локальных бинарных шаблонов равняется O(N ⋅ logM). В этом случае выбор до-менной области ограничивается областями того же класса, что и класс рангового блока.

Результаты работы алгоритмов на 4 изобра-жениях (рис. 4), представленных ниже, приведе-ны в таблице.

Проведенные экспериментальные исследо-вания показали следующее:

· использование локальных бинарных ша-блонов позволяет значительно сократить коли-чество сравнений между ранговыми и доменны-ми областями;

· достигается уменьшение времени рабо-ты алгоритма;

· погрешность кодирования почти не пре-восходит погрешности при классическом мето-де кодирования;


144

· незначительная потеря качества восста-новленного изображения данного метода фрак-тального кодирования может быть возмещена

за счет увеличения количества просматривае-мых доменных областей;

· расширение количества доменных об-ластей происходит почти без дополнительных затрат, т. к. вычисление двоичного кода осу-ществляется оператором локальных бинарных шаблонов достаточно легко.

Заключение. В работе рассмотрен метод применения LBP в задаче фрактального ко-дирования изображений. Это простой и эф-фективный метод классификации текстуры полутоновых изображений, инвариантный к масштабированию, вращению и переносу. Также важными его преимуществами являют-ся вычислительная простота и универсальный подход для анализа текстуры полутоновых изо-бражений.

Применение данного метода позволяет зна-чительно сократить временные и вычислитель-ные расходы при фрактальном кодировании изображений и получить хорошие эксперимен-тальные результаты.

Предложен новый алгоритм «неполного» перебора на основе двоичных значений, по-лученных с помощью LBP. Этот алгоритм «с потерей качества» по погрешности восстанов-ления изображения мало уступает классиче-скому, а по скорости превосходит его.

Получено существенное увеличение скоро-сти фрактального кодирования при значитель-ной степени сжатия.

Требуется дальнейшее изучение оператора локальных бинарных шаблонов при фракталь-ном кодировании изображений для его приме-нения при обработке больших объемов техни-ческой документации.

СРАВНЕНИЕ МЕТОДОВ КОДИРОВАНИЯ

Изображение Фрактальный Локальные бинарные шаблоны

Tc PSNR Tc PSNRBaboon 70,6 31,96 2,8 30,48Cameraman 35,5 33,53 1,6 33,03Goldhill 57,9 37,05 2,0 35,34Peppers 40,9 34,39 1,4 33,82

Рис. 4. Набор тестовых изображений


1. Barnsley M., Hurd L. Fractal Image Compression. Wellesley, MA, 1993.2. Jacquin A.E. Fractal Image Coding: A Review // Proceedings of the IEEE. 1993. Vol. 81(10). P. 1451–1465.3. Welstead S. Fractal and Wavelet Image Compression Techniques // Tutorial Texts in Optical Engineering. 1999.

Vol. 40.4. Ojala T., Pietikainen M., Maenpaa T. Multi Resolution Gray-Scale and Rotation Invariant Texture Classification

with Local Binary Patterns // IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence. 2002. Vol. 24, № 7. P. 971–987.


145

5. Ahonen T., Hadid A., Pietikainen M. Face Recognition with Local Binary Patterns // Proc. European Conf. Computer Vision. 2004. P. 469–481.

6. Takala V., Ahonen T., Pietikainen M. Block-Based Methods for Image Retrieval Using Local Binary Patterns // Scandinavian Conference on Image Analysis, Joensuu, Finland. 2005. P. 882–891.

References

1. Barnsley M., Hurd L. Fractal Image Compression. Wellesley, 1993.2. Jacquin A.E. Fractal Image Coding: A Review. Proceedings of the IEEE, 1993, vol. 81(10), pp. 1451–1465.3. Welstead S. Fractal and Wavelet Image Compression Techniques. Tutorial Texts in Optical Engineering, 1999,

vol. 40.4. Ojala T., Pietikainen M., Maenpaa T. Multi Resolution Gray-Scale and Rotation Invariant Texture Classification

with Local Binary Patterns. IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence, 2002, vol. 24, no. 7, pp. 971–987.

5. Ahonen T., Hadid A., Pietikainen M. Face Recognition with Local Binary Patterns. Proc. European Conf. Computer Vision, 2004, pp. 469–481.

6. Takala V., Ahonen T., Pietikainen M. Block-Based Methods for Image Retrieval Using Local Binary Patterns. Scandinavian Conf. on Image Analysis. Finland, Joensuu, 2005, pp. 882–891.

doi: 10.17238/issn2227-6572.2015.4.138Zykov Aleksey Nikolaevich

Shiprepair Centre Zvyozdochka JSC Mashinostroiteley ave., 12, Severodvinsk, Arkhangelsk Region, 164509, Russian Federation;


APPLICATION OF THE LOCAL BINARY PATTERNS OPERATOR IN THE PROBLEM OF FRACTAL IMAGE ENCODING

Fractal coding is an efficient method of image compression based on the representation of the image by contractive affine transformations in the image space, where the fixed point is close to the original image. Fractal coding of images is based on the self-similar and self-affine sets and uses the internal redundancy between the self-similar parts of the image. The encoding process is the use of the system of the iterated piecewise-defined functions (PIFS – Partitioned Iterated Function Systems) in the construction of the operator, which will represent the image of the encoded image. The key problem of the existing methods of fractal image coding is a long processing time, as the finding of a similarity mapping between the domain and range areas is a rather complex task, requiring significant computing resources. The most effective method is to make a classification of the image areas, and then to find a similarity of mapping. Classification of the areas allows us to transfer a global search into a fractional search. The finding of a similarity mapping is performed only among the blocks belonging to the same class that causes speeding up time of encoding significantly. The key point is that the classification criteria should describe in the best way the information of the whole image and each area of the image, as well as the degree of similarity of the image areas. The classification function includes the rules determining the number of classes and classification accuracy. The new method proposes to use the operator of the local binary patterns (Local Binary Pattern – LBP) in the problem of fractal coding of the gray-scale images. LBP converts the image into an array of binary codes describing the pixel neighborhood. The local binary patterns are based on the local binary model, offer an effective way to analyze the image texture and are considered as its effective characteristic. The experiments demonstrate the relevance of this method, which speeds up the process and improves the quality of the reconstructed image.

Keywords: image compression, fractal coding, image analysis, local binary patterns.


146

VI МеЖдународнаЯ КонФеренЦиЯ «ФиЗиКоХиМиЯ раСтителЬнЫХ ПолиМеров»

© Скребец Т.Э., Горбова Н.С., 2015

НАУчНАЯ ЖИЗНь

С 22 по 25 июня 2015 года в Архангельске, на базе Северного (Арктического) федераль-ного университета имени М.В. Ломоносова состоялась VI Международная конференция «Физикохимия растительных полимеров». На-учный организационный комитет конференции возглавил его бессменный председатель – ака-демик РАН, декан химического факультета Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова Валерий Васильевич Лунин. Организаторами конференции являются Министерство образования и науки РФ, Россий-ская академия наук, Федеральное агентство на-учных организаций, Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ло- моносова, Институт экологических проблем Севера Уральского отделения РАН, Российский фонд фундаментальных исследований и Пра-вительство Архангельской области.

В работе конференции приняли участие ученые из России, Белоруссии, Украины, Лат-вии, Финляндии и Португалии. Российских участников этого научного форума представля-ли ученые из 17 вузов и 9 академических ин-ститутов Москвы, Санкт-Петербурга, Казани, Архангельска, Барнаула, Владимира, Иваново, Томска, Самары, Сыктывкара, а также ряда производственных предприятий (ООО «СКИФ Спешиал Кемикалз», ЗАО «Полицелл» и др.).

Работа конференции проходила по направ-лениям, актуальным для Российской Федера-ции, в особенности для регионов, имеющих развитую структуру химико-лесного комплекса.

На пленарном заседании прозвучало 5 до-кладов. В пленарном докладе А.В. Васильева (Санкт-Петербургский государственный лесо-

технический университет имени С.М. Кирова) были рассмотрены новые подходы к деполиме-ризации лигнина с использованием сверхкислот, а также кислотных цеолитов. Методом масс-спектрометрии с матрично-активированной ла-зерной десорбцией/ионизацией (МАЛДИ) уста-новлено, что под действием сверхкислот лигнин трансформируется в ароматические альдегиды и кетоны, производные коричной кислоты, фе-нолы и т. д. Получаемые продукты могут быть успешно использованы как сырье для органиче-ского синтеза.

Ю.Н. Сазанов с соавторами (Институт вы-сокомолекулярных соединений РАН) предста-вил новые данные о механизме термической деструкции композитов на основе гидролизно-го лигнина и полиакрилонитрила. Результаты его исследования имеют большое значение для получения углеродных волокон, находящих широкое применение при производстве совре-менных композитных материалов.

Пленарный доклад А.П. Карманова (Инсти-тут биологии Коми научного центра Уральско-го отделения РАН) был посвящен обсуждению последних данных по структуре, физико-хими-ческим свойствам и биологической активности природного лигнина.

А.Т. Лебедев (Московский государствен-ный университет имени М.В. Ломоносова) ознакомил участников конференции с послед-ними достижениями в области разработки масс-спектрометрических методов изучения природных соединений, в т. ч. биополимеров. Особое внимание было уделено применению таких новых методов, как многомерная хро-матомасс-спектрометрия, масс-спектрометрия

147


с ионизацией на воздухе, масс-спектрометрия высокого разрешения.

В пленарном докладе Д.Г. Чухчина (Север-ный (Арктический) федеральный универси-тет имени М.В. Ломоносова) обсуждалось со-временное состояние исследований в области воздействия низкотемпературной электронно-пучковой плазмы на целлюлозосодержащие ма-териалы. Предложен способ плазмохимической обработки природного сырья (древесины и тор-фа), приводящий к росту гидролизуемости по-лисахаридов, что значительно повышает эффек-тивность технологий получения биотоплива.

В секции «Физикохимия лигнина и лигно-целлюлозных материалов» были представлены доклады, посвященные последним достижени-ям в области изучения надмолекулярной струк-туры лигнина, особое внимание докладчиками уделялось концепциям фрактальности макро-молекул и детерминированного хаоса процес-сов биосинтеза макромолекул из мономерных предшественников лигнина. Рассматривались вопросы образования и структуры лигноцеллю-лозных нанокомпозитов. Особое внимание на секции было уделено окислительным превра-щениям компонентов биомассы растений. Так, доклад коллектива авторов под руководством В.В. Лунина (Московский государственный уни-верситет имени М.В. Ломоносова, Алтайский государственный университет) был посвящен воздействию озона на древесину, проанализиро-ваны свойства получаемой при этом целлюлозы и перспективы применения озонных технологий переработки растительного сырья. Альтерна-тивный подход к окислительной делигнифика-ции представлен в докладе Т.В. Торцевой с соав-торами (Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова). Он осно-ван на воздействии перуксусной кислоты в при-сутствии полиоксометаллатов – эффективных катализаторов на основе соединений молибдена и вольфрама.

В секции «Перспективы модификации лиг-нина и использования продуктов на его основе» представлены исследования, посвященные хи-мизму, механизму, кинетике и термодинамике

процессов направленной трансформации при-родных и технических лигнинов с целью полу-чения ценных продуктов, которые потенциаль-но могут быть использованы как биотопливо, фармацевтические препараты, компоненты кор-мов для животных, сорбенты, поверхностно-активные вещества, пищевые добавки, души-стые вещества, удобрения, стимуляторы роста растений. Сюда входят работы по химическим превращениям лигнинов в ходе пиролиза, ни-трования и нитрозирования с целью синтеза хелатообразующих комплексообразователей, сульфирования для получения ионообменных материалов и ПАВ, окислительной деградации с целью получения ванилина и пр. В данном направлении следует выделить последние ра-боты профессора Н.И. Богдановича (Северный (Арктический) федеральный университет име-ни М.В. Ломоносова), направленные на полу-чение магнитовосприимчивых адсорбентов на основе гидролизного лигнина. Значительный интерес представляют также новые подходы к утилизации технических лигнинов, отражен-ные в серии докладов С.М. Крутова с соавто-рами (Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет имени С.М. Ки- рова). Они охватывают исследования про-цессов микронизации гидролизного лигни-на, высокотемпературного синтеза как метода утилизации технических лигнинов, а также щелочных обработок технических лигнинов с целью их деполимеризации.

Секция «Новые физико-химические методы исследования и анализа растительных полиме-ров» была посвящена изучению физико-хи-мических свойств лигнина и его реакционной способности в реакциях окисления-восстанов-ления и кислотно-основных взаимодействиях, методам исследования структуры и свойств целлюлозных материалов, количественному анализу компонентного состава растительного сырья. Особое внимание уделяется новым ме-тодам изучения реакционных свойств и хими-ческой природы лигнина, его полимолекуляр-ных свойств: спектроскопии ЯМР (в том числе на ядрах С13), ИК-Фурье спектроскопии, высо-

148

коэффективной жидкостной и газовой хрома-тографии, а также электрохимическим методам анализа и исследования.

Особенностью этой конференции можно назвать появление работ, посвященных разви-тию таких новых для химии лигноцеллюлоз-ных материалов методов, как рентгеновская дифрактометрия и масс-спектрометрия МАЛ-ДИ. В докладе Е.А. Сорокиной (Северный (Арктический) федеральный университет име-ни М.В. Ломоносова) был представлен новый метод получения высококачественных масс-спектров МАЛДИ лигнина с использованием в качестве матриц ионных жидкостей на основе солей триалкиламмония и ароматических кис-лот. Полученные результаты позволили разра-ботать подходы для масс-спектрометрического изучения структуры макромолекул лигнина.

В секции «Научные основы современных методов делигнификации древесины. Сверх-критические флюиды в химии растительных полимеров» представлены ориентированные фундаментальные исследования, посвящен-ные новым методам удаления лигнина из лиг-ноуглеводной матрицы, развитие которых в перспективе позволит создать эффективные и экологически безопасные технологии перера-ботки растительного сырья. К ним относятся исследования в области механизма и кинетики озонирования лигнина, металлокомплексного катализа окислительных превращений феноль-ных соединений, использования органических и смешанных растворителей для интенсифика-ции окислительной деструкции лигнина, меха-низма превращений лигнина при физических воздействиях, например в ходе обработок уль-тразвуком, электронно-пучковой плазмой и т.д.

В докладе Е.М. Бенько и В.В. Лунина (Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова) были рассмотрены механизм и кинетические аспекты процессов озонирования биомассы растений как фун-даментальные основы создания экологиче-ски чистых озонных технологий переработки возобновляемого сырья. Применение сверх-критических флюидных технологий, также относящихся к наиболее экологически безо-пасным, было отражено в докладе А.Д. Ивах-нова (Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова), посвя-щенном применению сверхкритического ди-оксида углерода в качестве среды для эффек-тивного нитрования целлюлозы с получением такого крупнотоннажного продукта, как дини-троцеллюлоза. Альтернативой сверхкритиче-ским флюидным технологиям являются под-ходы, основанные на применении в качестве экстрагентов и реакционных сред субкрити-ческих растворителей. В данном направлении интересные результаты были представлены Д.И. Фалевым (Северный (Арктический) фе-деральный университет имени М.В. Ломоно-сова), предложившим для извлечения ценных биологических компонентов (пентацикличе-ских тритерпеноидов) из отходов переработки растительного сырья использование субкри-тических спиртов.

Участники конференции выразили удов-летворение ее результатами, состоявшимися дискуссиями, отметили высокую активность молодых ученых в работе форума и обсудили целесообразность создания научной Програм-мы РАН и Минобрнауки России по химии воз-обновляемого растительного сырья.

СКребеЦ татьяна ЭдуардовнаСеверный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносоваадрес: 163002, г. Архангельск, наб. Северной Двины, д. 17; e-mail: [email protected]

Горбова наталья СергеевнаСеверный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносоваадрес: 163000, г. Архангельск, наб. Северной Двины, д. 17; e-mail: [email protected]


149

уКаЗателЬ Статей, оПублиКованнЫХ в Журнале в 2015 Году

№ 1Андреев П.Д., Колчар М.А. Нормирован-

ные плоскости в G-пространствах Буземана не-положительной кривизны конического типа

Бедердинова О.И., Коряковская Н.В., Бойцова Ю.А. Информационная модель авто-матизированной системы оценки качества про-граммных средств

Болотов И.Н., Фролов А.А. Моделирова-ние ареала и анализ вклада факторов в клима-тическую нишу Parnassius mnemosyne L.1758 (Lepidoptera: Papilionidae)

Волков А.Г. Пространственная неоднород-ность кислотности почв в еловом биогеоценозе северной подзоны тайги

Давидович Н.В., Соловьёва Н.В. Иммун-ный ответ при вирусном гепатите С: ведущая роль натуральных киллеров

Дорфман М.Б., хинчук К.Е. Перспективы обнаружения сланцевых месторождений в Ти-мано-Печорской провинции

Зайков В.А., Беляев В.В. Состояние попу-ляции лося (Alces alces) в Каргопольском райо-не Архангельской области

Зарубина Л.В., Коновалов В.Н., Фекли-стов П.А., Клевцов Д.Н, Копытков В.В. Оценка состояния хвойных деревьев на выруб-ках в условиях Европейского Севера

Звягина Н.В. Юбилей Т.С. КопосовойКопосов Г.Д., Софронов Е.Л. Эксперимен-

тальные обоснования теории спинового пара-магнетизма диспергированных сред

Корабельщикова С.Ю., Мельников Б.Ф. Максимальные префиксные коды и подклассы класса контекстно-свободных языков

Оборин М.С., Климова О.В. К вопросу из-учения методик оценки и подходов к исследо-ванию рекреационной деятельности

Потапов И.А. Оценка транспортно-геогра-фического положения Соловецких островов для целей туризма

Сафонова Т.А., Шабанова М.В. Междуна-родная научная конференция «Теоретические и прикладные аспекты математики, информати-ки и образования»

Табакова И.Д., чухина О.В. Сравнитель-ная оценка действий фунгицидов химической и биологической природы на выход и качество ягод Fragaria ananassa

Тарихазер С.А., Алекперова С.О. Прогно-зирование селевых явлений и их воздействие на природно-хозяйственную систему южного склона Большого Кавказа (в пределах Азер-байджана)

Юрьев А.В., чижов Д.Б. Методические рекомендации по моделированию остаточной водонасыщенности в лабораторных условиях на образцах полноразмерного керна

№ 2Бедердинова О.И., Жукова И.В. Концеп-

туальная модель оценивания защищенности акустической информации от утечки по техни-ческим каналам

Вампилова Л.Б., Красильникова И.Н., Кривуля И.В., Манаков А.Г., Теренина Н.К., Соколова А.А. Опыт организации и проведе-ния этнографических исследований в Псков-ской области

Губайдуллин М.Г., Макарский Н.А., Ян-гиров И.В. Исследования термического режи-ма мерзлых пород, находящихся под тепловым воздействием нефтедобывающей инфраструк-туры

Дорфман М.Б., хинчук К.Е. Изменение динамики обводнения на Восточно-Колвин-

150

ском нефтяном месторождении при начале за-качки воды в пласт

Зарубина Л.В. Оценка естественного лесо-восстановления в мелколиственных лесах Се-вера и на вырубках из-под них

Зубрий Н.А., Филиппов Б.Ю. Локальная фауна жужелиц (Coleoptera, Carabidae) типич-ных тундр Югорского полуострова

Копытков В.В., Коновалов В.Н. Лесовод-ственная эффективность применения коровых компостов при выращивании сеянцев хвойных пород

Марьяндышев П.А., чернов А.А., Любов В.К. Определение кинетических характеристик процесса термического разложения топлив с целью анализа топочных процессов (обзор)

Наквасина Е.Н., Земцовская О.Н., Дени-сова А.И. Влияние сапонитсодержащих хво-стов обогащения кимберлитов на свойства тор-фяных субстратов

Половинкина Ю.С. Модификации итераци-онных сплайнов по многочленам Бернштейна

Соколова Л.В., Рябченко С.В. Всероссий-ская конференция с международным участием «Комплексные научные исследования и со-трудничество в Арктике: взаимодействие вузов с академическими и отраслевыми научными организациями»

Тюкавина О.Н. Температурный режим со-сны обыкновенной в условиях г. Архангельска

Филиппов Д.А., Бойчук М.А. Мхи Ши-ченгского ландшафтного заказника (Вологод-ская область)

хаймина Л.Э., Юфрякова О.А. Шестая международная молодежная научно-практиче-ская школа «Высокопроизводительные вычис-ления на GRID-системах»

чагина Н.Б., Айвазова Е.А., Иванченко Н.Л., Варакин Е.А. Анализ снежного покрова придорожных территорий г. Архангельска

Юрьев А.В., Шулев В.Е. Определение ко-эффициента вытеснения нефти водой на образ-цах полноразмерного керна

Ястребов А.В., Шабанова М.В. Средние линии четырехугольника, или Красивое беспо-лезное обобщение

№ 3Амосова И.Б., Сидорова О.В., чурако-

ва Е.Ю., Мамонтов В.Н. О распространении Lobaria scrobiculata (Scop.) DC. на территории Архангельской области

Бедердинова О.И., Коряковская Н.В., Бойцова Ю.А. Статистическая модель си-стемы оценивания качества программных средств

Брызгало В.А., Решетняк О.С., Космен-ко Л.С., Кондакова М.Ю. Изменчивость эко-логического состояния и транспорт загрязняю-щих веществ по длине р. Печоры

Деундяк В.М., Леонов Д.А. Применение быстрого преобразования Фурье для реше-ния сверточных уравнений на диэдральных группах

Дорогов Ю.И. Влияние жесткости и проч-ности опоры на продольный изгиб стержня

Кононов О.Д., Попов А.И. Актуальность проблемы рекультивации нарушенных тундро-вых земель Ненецкого автономного округа

Леонова Н.Б., Горяинова И.Н., Му- хин Г.Д. Фиторазнообразие островных лесов в агроландшафте юга Архангельской области

Мигунова Е.С. Н.М. Сибирцев – созда-тель единой науки о почве как природном теле и среде обитания (к 155-летию со дня рождения)

Мухин В.В., Сергеева Д.В. Непрерывные характеры топологических абелевых n-арных полугрупп с сокращениями

Попова Н.Р., Иванченко Н.Л. Новое учеб-ное пособие «Основные этапы и проблемы раз-вития университетского химического образо-вания в России»

Потапов Г.С., Колосова Ю.С., Власо-ва А.А. Фауна шмелей (Hymenoptera, Apidae, Bombus Latr.) Калининградской области

Рафиков Р.Р., Новоселов А.П., Захаров А.Б. Формирование рыбного населения малых водохранилищ Республики Коми

Соболев А.Н., Феклистов П.А. Видовой состав растений напочвенного покрова сосно-вых насаждений Соловецких островов

151

Тюкавина О.Н., Кунников Ф.А. Содержа-ние минеральных элементов в фитомассе со-сны обыкновенной и в древесине тополя баль-замического в г. Архангельске

Юрьева З.П. История изучения отложений Нижнего Девона Тимано-Североуральского ре-гиона в естественных выходах

№ 4Аксёнов В.В., Юлкова В.М. Динамика

процесса воспламенения частицы магния в во-дяном паре

Бедердинова О.И., Жукова И.В. Оценива-ние защищенности конфиденциальной инфор-мации от утечки по техническим каналам

Бурова Н.В. Типологический анализ це-нофлоры ельников Архангельской области

Волков А.С., Копосов Г.Д. Исследование влияния примесей с многоатомным кислотным остатком на удельную электрическую проводи-мость льда в мерзлых дисперсных средах.

Губайдуллин М.Г., Петрова А.В. Обеспе-чение безопасности переработки нефтесодер-жащих отходов на северных нефтехранилищах

Змётная М.И., Новикова Ю.В. Современ-ное состояние фитопланктонного сообщества и качество поверхностных вод дельты р. Север-ной Двины

Зыков А.Н. Применение оператора локаль-ных бинарных шаблонов в задаче фрактально-го кодирования изображений

Кищенко И.Т. Рост и развитие интродуци-рованных видов рода Tilia L. (Tiliaceae) в усло-виях Карелии

Крылова Е.Г., Лапиров А.Г., Берд- ник К.А. Устойчивость начальных этапов он-тогенеза Bidens cernua (Asteraceae) к действию ацетатов никеля и меди

Михайлова Я.А., Морозов А.Н., Федоренко И.В. Современная слабая сейсмичность западной части Срединно-Арктического хребта Гаккеля

Наквасина Е.Н., Голубева Л.В. Иденти-фикация постагрогенных лесов в националь-ном парке «Кенозерский»

Никитина М.В. Содержание элементов питания как диагностический показатель про-цессов, протекающих в почвах г. Архангельска

Новоселов А.П., Студенов И.И., Лук- ин А.А. Современное состояние водных био-логических ресурсов р. Северной Двины

Потапова Е.В., Зелинская Е.В. Общая оценка экологического риска для городских озелененных территорий

Пучнина Л.В., Головина Е.О., Филип-пов Д.А., Галанина О.В., Макарова М.А., Кучеров И.Б. Местонахождения редких и ох-раняемых видов сосудистых растений в про-ектируемом природном парке «Звозский» и его окрестностях (Архангельская область)

Скребец Т.Э., Горбова Н.С. VI Между-народная конференция «Физикохимия расти-тельных полимеров»

152

общие требования Тексты представляются в электронном виде. Файл со статьей может быть представлен на электронном носителе либо отправлен по элек-тронной почте. Необходимо указать отрасль науки и специальность (шифр и название), по которым выполнено научное исследование.

Электронная копия Электронный вариант статьи выполняется в текстовом редакторе Microsoft Word и сохраняется с расширением*.doc. В имени файла указывается фамилия, инициалы автора.

Параметры страницы Формат А4. Поля: правое, левое – 25 мм, верхнее, нижнее – 20 мм.Форматирование основного текста

Абзацный отступ – 10 мм. Межстрочный интервал – полуторный. Порядковые номера страниц проставляются посередине верхнего поля страницы арабскими цифрами.

Шрифт Times New Roman. Размер кегля (символов) – 14 пт; аннотации, ключевых слов –12 пт.

объем статьи Максимальный объем статей: 10–15 страниц, обзорных статей – до 20 страниц.

Сведения об авторе Указываются на русском и английском языках фамилия, имя, от-чество автора (полностью); ученая степень, звание, должность и место работы (кафедра, институт, университет). Общее количество научных публикаций, в том числе отдельно указать количество мо-нографий, учебных пособий; рабочий адрес с почтовым индексом; тел./факсы (служебный, домашний, мобильный), e-mail.

индекс удК Располагается отдельной строкой слева перед заглавием статьи. Ин-декс УДК (универсальная десятичная классификация книг) должен соответствовать заявленной теме, проставляется научной библиоте-кой.

Заглавие Помещается перед текстом статьи на русском и английском языках. Используется не более 11 слов.

резюме Предоставляется на русском и английском языках (кроме статей в разделах «Научная жизнь» и «Критика и библиография»). Резюме должно быть:

К СВЕДЕНИЮ АВТОРОВ

Журнал «Вестник Северного (Арктического) федерального университета. Серия “Есте-ственные науки”» содержит публикации по основным направлениям научно-исследователь-ской и учебно-методической работы в области биологических наук, наук о Земле, физико-мате-матических наук.

153

– информативное (не содержать общих фраз);– оригинальное;– содержательное (отражать основное содержание статьи и результаты исследований);– структурированное (следовать логике описания результатов в статье);– компактное (укладываться в объем от 200 до 250 слов).

аннотация Авторы статей в разделах «Научная жизнь» и «Критика и библиография» предоставляют аннотацию (объем 50–100 слов).

Ключевые слова После резюме (аннотации) указывается до 6–8 ключевых слов (словосочетаний), несущих в тексте основную смысловую нагрузку.

Примечания и комментарии

Примечания, комментарии, ссылки на нормативные акты, сайты и документальные источники даются в виде подстрочных сносок (внизу страницы). Маркер сноски – арабская цифра (нумерация сквозная). Примечания должны содержать лишь цитируемые в статье источники.

библиографические ссылки Библиографические ссылки на использованную литературу оформляются в соответствии с ГОСТ Р 7.0.5–2008 (п. 7 «Затекстовая библиографическая ссылка»).– Подпункт 7.4.1 – ссылка на текст. Например, в тексте: Общий список справочников по терминологии, охватывающий время не позднее середины XX века, дает работа библиографа И.М. Кауфмана [59].в списке литературы: 59. Кауфман И.М. Терминологические словари: библиография. М., 1961. – Подпункт 7.4.2 – ссылка на фрагмент текста. Например, в тексте: [10, с. 81], [10, с. 106] и т.д.; в списке литературы: 10. Бердяев Н.А. Смысл истории. М.: Мысль, 1990. 175 с.

рисунки, схемы, диаграммы Принимается не более 4 рисунков (черно-белых). Рисунки, схемы, диаграммы приводятся в тексте статьи и представляются отдельным файлом. Схемы выполняются с использованием штриховой заливки. Электронную версию рисунка следует сохранять в форматах*.tiff,*.tif (Grayscale – Оттенки серого, 300 dpi). Иллюстрации должны быть четкими. В тексте статьи следует дать ссылку на конкретный рисунок, например (рис. 2). На рисунках должно быть минимальное количество слов и обозначений. Каждый рисунок должен иметь порядковый номер, подпись и объяснение значений всех кривых, цифр, букв и прочих условных обозначений, размещенных под рисунком.

154

таблицы Таблиц должно быть не более 3-х. Каждую таблицу следует снабжать порядковым номером и заголовком. Все графы в таблицах должны также иметь тематические заголовки. Сокращение слов допускается только в соответствии с требованиями ГОСТ 7.12–93 (касается русских слов), 7.11–78 (касается слов на иностранных европейских языках). Таблицы должны быть предоставлены в текстовом редакторе «Microsoft Word» и пронумерованы по порядку. Одновременное использование таблиц и графиков (рисунков) для изложения одних и тех же результатов не допускается. Размерность всех физических величин следует указывать в системе единиц СИ.

Формулы Математические и физические формулы (только формулы!) выполняются в редакторе «MS Equation 3.0.» Переменные в тексте набираются в обычном текстовом режиме.

• Решение о публикации статьи принимается редколлегией журнала. Электронные варианты отредактированного текста авторам не высылаются, присланные материалы не возвращаются. • Все статьи отправляются на независимую экспертизу и публикуются только в случае по-ложительной рецензии. Редакция оставляет за собой право производить необходимые уточнения и сокращения. • Статьи публикуются на бесплатной основе. • Статьи принимаются в течение года по адресу: 163002, г. Архангельск, наб. Северной Двины, 17, каб. 1133, Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова, отдел на-учных изданий научно-исследовательского управления. Тел.: (8182) 21-61-21; e-mail: [email protected]. • Редакция принимает предварительные заявки на приобретение номеров журнала. Подписаться на журнал можно в отделениях почтовой связи. Условия подписки опубликованы в бюллетене «Объединенный каталог. Пресса России. Газеты и журналы».

narfu.ru · Г ^ Z d l h j Б.Ю. Филиппов J _ _ l: Ж. Биндер (Франция),...

Documents

Transcript of narfu.ru · Г ^ Z d l h j Б.Ю. Филиппов J _ _ l: Ж. Биндер (Франция),...