Вплив техногенного забруднення атмосфери на лісові насадження правобережжя Середнього Придніпров’я

Размещено на http://www.allbest.ru/

Міністерство аграрної політики та продовольства України

Білоцерківський національний аграрний університет

Екологічний факультет

Кваліфікаційна робота

на тему: Вплив техногенного забруднення атмосфери на лісові насадження правобережжя середнього Придніпров'я

Біла Церква, 2011

Завдання, методика та календарний план виконання випускної роботи

Тема затверджена наказом в університеті № ____ від ____________

Термін подачі студентом завершеної випускної роботи 01.06. 2011 р.

Випускна робота може бути подана у рукописній формі, машинописному чи комп'ютерному наборі.

Загальний обсяг роботи не повинен перевищувати 65 сторінок.

Структура дипломної роботи і орієнтовні обсяги розділів: титульна сторінка (1 стор.), зміст роботи (1 стор.), завдання на роботу (3 стор.), реферат і ключові слова (1 стор.), вступ (3 стор.), огляд літератури (15-20 стор.), завдання, матеріали та методика досліджень (2 стор.), результати досліджень (15-10 стор.), охорона праці (5 стор.), висновки та пропозиції (2 стор.), список використаної літератури (4-5 стор.).

Вихідні дані:

1. опрацювати не менше 30 літературних джерел для викладу розділу „Огляд літератури” за темою;

2. для написання розділу „Результати досліджень” необхідно з використанням архівних, облікових, статистичних даних Черкаської дослідної станції біоресурсів Інституту розвитку і генетики тварин НААН України, Черкаського держлісгоспу Черкаського ОУЛГ та Державного управління охорони навколишнього природного середовища у Черкаській області, а також наукових джерел і власних польових досліджень поглибити сучасні уявлення про негативний вплив техногенного забруднення атмосфери на лісові насадження Правобережжя середнього Придніпров'я, дослідити динаміку стану лісових насаджень залежно від просторового їх розміщення відносно джерел викидів фітотоксикантів м. Черкаси;

3. вимоги до охорони праці в Україні.

Висновки та пропозиції.

Список використаних джерел.

Ілюстрація дипломної роботи: за текстом роботи навести рисунки, що розкривають (підтверджують) певні положення, факти, явища, про які йде мова.

Календарний план виконання роботи

Етапи виконання роботи	Дата виконання
Опанування методики виконання роботи	до 25 грудня 2010 р.
Робота над літературою, написання огляду	до 27 січня 2011 р.
Написання підрозділу 2.1.	до 11 лютого 2011 р.
Написання підрозділу 2.2.	до 25 лютого 2011 р.
Написання розділу 3	до 23 травня 2011 р.
Написання розділу “Охорона праці”	до 21 березня 2011 р.
Висновки, пропозиції, список використаної літератури	до 25 травня 2011 р.
Літературне оформлення роботи, підготовка презентації	до 30 травня 2011 р.
Подача роботи на рецензію	до 01 червня 2011 р.

Після завершення літературного оформлення випускної роботи в повному обсязі необхідно доповісти основні її положення, висновки та пропозиції на засіданні кафедри прикладної екології.

Реферат

Дипломна робота викладена на 65 сторінках комп'ютерного тексту, складається з 4 розділів, висновків, пропозицій, списку використаної літератури із 45 джерел, ілюстрована 5 таблицями і 14 рисунками.

У дипломній роботі на тему: „Вплив техногенного забруднення атмосфери на лісові насадження Правобережжя середнього Придніпров'я” проаналізовано кількісно-якісний стан та особливості забруднення атмосфери викидами промислових підприємств м. Черкаси, вплив сірко- та азотовмісних фітотоксикантів на лісові екосистеми проектованого національного парку «Черкаський бір» та розроблено практичні рекомендації щодо підвищення стійкості лісових екосистем до цього негативного чинника.

В результаті проведених досліджень певним чином поглиблено сучасні уявлення про аеротехногенне пошкодження лісових насаджень Правобережжя середнього Придніпров'я. Досліджено динаміку викидів в атмосферу фітотоксичних речовин промисловими підприємствами м. Черкаси упродовж 2006-2010 років, а також їх вплив на санітарний стан і структуру лісових насаджень. Установлено просторову залежність стану та інших лісівничо-таксаційних показників деревостанів від їх розміщення відносно джерел викидів.

ВСТУП

На засадах міжнародної співпраці Україна виконує завдання щодо збереження ландшафтів, біорізноманіття, екологічного нормування антропогенних навантажень на навколишнє природне середовище (НПС) тощо. Це спонукає до активізації досліджень з питань оцінки стану природних екосистем зелених зон навколо промислових міст, що комплексно негативно впливають на НПС. Серед природних екосистем ландшафтної сфери лісові об'єкти є важливими структурними компонентами щодо продукування біомаси, регулювання природних процесів, очищення довкілля від забруднення, покращення умов життя, рекреації, збереження біорізноманіття та інших екосистем, у програмах оптимізації структури ландшафтів. Проте, в урбанізованих промислових регіонах ліси зелених зон зазнають істотного антропогенного навантаження, що спричиняє їх деградацію, порушення структури біорізноманіття та зниження екологічної, рекреаційної та іншої ролі. В умовах рівнинного рельєфу, зокрема, на Правобережжі середнього Дніпра, особливо вразливими щодо фітотоксикантів є соснові лісостани, старші за середньовікові. Порушення цілісності та структурно-функціональної організації лісових екосистем ускладнює розбудову екологічної мережі України, збереження Черкаського бору, найбільшого в Україні острівного масиву сосни звичайної природного походження, ключову територію національного рівня.

Більшість досліджень антропогенних змін лісових екосистем присвячено певним структурно-функціональним компонентам, а не всій екосистемі, недостатньо проаналізовані зміни екосистем у часі та просторі. Дослідження впливу різних екологічних чинників, зазвичай, недостатньо узгоджують з наявним екологічним фоном та не враховують взаємодію супутніх факторів НПС. Це призводить до отримання неповної інформації, особливо в умовах впливу комплексу чинників різного походження, інтенсивності, небезпеки тощо. Наявні системи діагностичних показників антропогенної трансформації лісових екосистем потребують уточнення з урахуванням особливостей розподілу ефектів деградації у структурі екосистеми залежно від її характеристики, взаємовпливу структурно-функціональних компонентів, взаємодії лісової екосистеми з суміжними природними екосистемами, динаміки кількісно-якісних показників екологічного фону. Є проблемою також виділення антропогенного складника з інтегрального ефекту змін екосистеми на фоні несприятливого впливу природних умов. Щоб поглибити розуміння цих явищ та забезпечити контролювання екологічних загроз лісовим екосистемам, біорізноманіттю, необхідні екосистемні дослідження з урахуванням основних структурних рівнів цих систем та динаміки умов НПС. Отже, дослідження стану лісових екосистем за умов комплексного впливу людини є актуальними.

Метою дослідження було виявити і охарактеризувати особливості впливу техногенного забруднення атмосфери на лісові насадження Правобережжя середнього Дніпра (на прикладі національного природного парку “Черкаський бір”) та розробити практичні рекомендації щодо підвищення стійкості лісових екосистем до цього негативного чинника.

Для досягнення поставленої мети необхідно було виконати такі завдання:

- охарактеризувати стан, динаміку та структуру техногенного забруднення атмосфери Правобережжя середнього Дніпра (на прикладі м. Черкаси);

- проаналізувати видовий склад техногенних речовин у промислових викидах за кількісними та якісними показниками;

- оцінити небезпеку промислових викидів для лісових насаджень національного природного парку “Черкаський бір”;

- виявити особливості впливу техногенного забруднення атмосфери на лісові насадження залежно від їх видового складу та відстані до джерел викидів;

- охарактеризувати основні діагностичні показники зміни санітарного стану, розвитку і структури лісових деревостанів регіону;

- обґрунтувати напрями та механізми щодо підвищення стійкості лісових екосистем до забруднення атмосфери.

Об'єкт дослідження - лісові насадження Правобережжя середнього Дніпра (на прикладі Черкаського бору).

Предмет дослідження - порушення структурно-функціональної організації лісових насаджень внаслідок впливу техногенного забруднення атмосфери.

Методи дослідження - системного, ретроспективного, порівняльного аналізу та методи екологічних профілів - виявлення розподілу у просторі і часі ефектів негативного впливу на лісові екосистеми; польові (маршрутні, рекогносцирувальні, візуальні, лісівничо-таксаційні, еколого-флористичні, геоботанічні) - закладання пробних площ, характеристика елементів лісу та відбір зразків; фітоіндикаційні (оцінка санітарного стану та таксаційних показників деревостану, структури фітоценозу в умовах забруднення) - виявлення рис і встановлення ступеня антропогенної трансформації лісової екосистеми; лабораторні - аналітична обробка даних; математично-статистичні - перевірка достовірності результатів комп'ютерними методами аналізу баз даних (Mіcrosoft Оffіce 2003).

Розділ 1. Розвиток лісових екосистем за умов техногенного забруднення атмосфери (огляд літератури)

1.1 Механізми розповсюдження забруднюючих речовин в атмосфері

Внаслідок інтенсивного розвитку промисловості, особливо в індустріальних регіонах, зростає кількість викидів різноманітних відходів у природне довкілля, що спричиняє хронічне його забруднення, пошкодження природних екосистем, погіршення умов життя людей. Цей процес досі не вдається зменшити до прийнятного рівня за надмірно зношеного обладнання застарілих технологій виробництва, нестачі коштів.

Забруднення навколишнього природного середовища поширюється на атмосферу, гідросферу, ґрунт та біосферу. Проте найшвидше техногенні речовини розповсюджуються з атмосферними масами та опадами. Взаємодія атмосферних забруднювачів або полютантів з біотичною та абіотичною складовими природного довкілля ускладнюють діагностику цих впливів на екосистеми. Останнє значно утруднює моделювання аеротехногенного забруднення довкілля та прогнозування його наслідків для живої та неживої природи. Розсіювання техногенних речовин, що потрапляють у повітря, відбувається за законами динаміки атмосфери [15, 17, 38].

Фахівцями визнано, що для рослин найбільшу небезпеку складають техногенні сполуки сірки та азоту. Найпоширенішою токсичною речовиною є продукт спалювання викопного палива (нафти, вугілля, газу) - диоксид сірки (SO₂). Значний вклад у пошкодження лісів вносять також азотовмісні продукти викидів хімічної промисловості сполуки - NO, NO₂, які позначають як NO_х, оскільки в атмосфері вони часто перетворюються одна в одну. Розглянемо ці речовини детальніше.

Поширення забруднюючих атмосферу речовини або аерополютантів у просторі залежить від багатьох чинників, основними з яких є характеристики джерел викидів, фізико-хімічний склад емісій, метеорологічні характеристики району досліджень (горизонтальне та вертикальне переміщення повітря, опади, температурний режим, вологість повітря тощо) [9, 14, 17, 19, 22, 24, 26, 38].

Час перебування дрібнодисперсних аерозолів у нижній тропосфері, включаючи сульфати і нітрати, що утворюються з диоксиду сірки і оксидів азоту, становить декілька діб (зазвичай не більше п'яти): для H₂S - до 2 діб; для SO₄^2- - 5-14 діб [14, 17, 38, 44]. В умовах України сірка (SO₂+SO₄^2-) у повітрі затримується 4,1 доби і випадає на ґрунт з інтенсивністю 5,5 кг/км² на добу, нітратний азот - відповідно 3,4 і 0,8. За цей час речовини можуть бути перенесені на десятки (NH₄⁺), сотні (O₃), до 600 км (SO₄^2-) [19] або тисячі (SO₂, NO_х) кілометрів, перш ніж вони випадуть з атмосфери [3, 4, 38, 40, 41]. Швидкість протікання хімічних реакцій, а, отже, й інтенсивність виведення речовини з атмосфери в результаті утворення вторинних забруднювачів, залежить від концентрації агентів, що вступають у реакцію, часу доби, сезону, широти місцевості, наявності хмарного покрову, температури, інтенсивності сонячного світла [3, 14, 15, 17, 41]. Механізми видалення антропогенних полютантів з повітря досить різноманітні: атмосферні опади, хімічні реакції, процеси осадження й абсорбції [3, 14, 17, 19, 38, 39].

Під впливом факторів зовнішнього середовища багато речовин-забруднювачів вступають у хімічні реакції з іншими компонентами атмосфери, утворюючи нові хімічні сполуки. Так, гази SO₂ і NO_х, вступаючи у взаємодію з атмосферною вологою (у гомогенному середовищі), порівняно швидко окислюються до кислот (швидше вдень, ніж уночі; влітку, ніж взимку), а потім у формі легкорозчинних сульфатів і нітратів, які розчиняються в атмосферній воді, випадають на земну поверхню з «кислотними» опадами за сотні кілометрів від місць утворення. За наявності в атмосфері окислювачів (озону та ін.) і вологи, частина SO₂ перетворюється на SO₃, різко підвищуючи спільну фітотоксичність. Але найбільшу хімічну активність у взаємоперетворенні за участю озону проявляють оксиди азоту NO і NO₂, тому їх позначають NO_х [14, 15, 17, 41]. Сильні фітотоксиканти О₃ і пероксиацетилнітрати утворюються у результаті хімічного перетворення NO. У гетерогенному середовищі речовини-забруднювачі поглинаються краплями туману, хмар або опадів чи адсорбуються на поверхні твердих часток. Аміак, взаємодіючи з водою, утворює катіон амонію. Ця реакція, з одного боку, зменшує кислотність крапель хмар і опадів, а з іншого - сприяє подальшому поглинанню диоксиду сірки внаслідок зменшення кислотності. Аміак відіграє істотну роль у трансформації первинних фітотоксикантів. Наприклад, сульфати у результаті взаємодії з аміаком в атмосфері знаходяться в основному у вигляді амонійних солей. Аміак в атмосфері може в декілька стадій повільно окислюватися до NO_x. Частіше він утворює швидкорозчинні аерозолі, зокрема (NH₄)₂CO₃, (NH₄)₂SO₄, NH₄OH, які теж входять до складу кислотних дощів [38, 41].

1.2 Токсичність газоподібних речовин для рослин і людини та нормування забруднення атмосфери

Фахівці виділяють такі ряди токсичності газоподібних забруднювачів промислового походження для рослин [14, 40]:

F₂ > С1₂ > SO₂ > NO > СО > СO₂;

С1₂ > SO₂ > NH₃ > HCN > H₂S.

Токсичність газів для людини можна надати у вигляді такого ряду:

HCN > H₂S > С1₂ > SO₂ > NH₃.

Найнебезпечнішим для деревних рослин (особливо хвойних) є комплекс SO₂+NO_х+NH₃ [26, 38, 40], який є найпершим утворювачем кислотних дощів та викидається переважно промисловими підприємствами, а також транспортом. Тому гранично допустимі концентрації (ГДК) для цих сполук було розроблено в першу чергу [13, 28]. Розробленням нормативів ГДК для лісових деревних рослин почали займатися 1984 р. у Москві [13]. В Україні цими питаннями займались В.П.Тарабрин та ін. [40], а також фахівці УкрНДІЛГА [9]. Зараз ГДК токсикантів як для рослин, так і для людини є загальноприйнятими. Слід підкреслити, що для рослин вони майже удвічі нижчі ніж для людини (табл. 1.1).

Таблиця 1.1 Гранично допустимі концентрації речовин-забруднювачів в атмосфері для рослин і людини [13, 28]

Назва речовини-забруднювача	Гранично допустимі концентрації, мг/м3
	для рослин у цілому (м.р.)	для деревних порід	для людини
		м.р.	с.д.	м.р.	с.д.
Оксиди азоту	-	0,04	0,02	0,09	0,04
Диоксид сірки	0,02	0,03	0,015	0,5	0,05
Аміак	0,05	0,1	0,04	0,2	0,04
Бензол	0,1	0,1	0,05	0,5	0,1
Пил цементний	-	0,02	0,05	0,2	0,15
Метанол	0,02	0,2	0,1	-	-
Сірководень	0,02	0,008	0,008	0,03	0,005
Сполуки фтору1	-	0,02	0,003	0,02	0,005
Формальдегід	0,02	0,02	0,003	0,04	0,003
Хлор	0,25	0,025	0,015	0,2	0,03
Циклогексан	-	0,2	0,2	0,4	0,4

Примітки: м.р. - максимально разові; с.д. - середньодобові; ¹ - газоподібні, у перерахунку на фтор.

Отже, якщо дотримуватися нормативів регулювання забруднення природного довкілля, розроблених для людини, неможливо зберегти природу. Тому дотримання лише цих стандартів в охороні природи є хибним шляхом. Щоб зберегти прийнятну для життя людини якість довкілля, необхідно забезпечити збереження біосфери, відновити та підтримати нормальне функціонування природних екосистем, які саме й створюють життєво необхідні ресурси та умови середовища.

Серед природних екосистем ландшафтної сфери найбільшу роль в регулюванні природних процесів, очищенні довкілля від забруднення, покращення умов життя тощо відіграють ліси. Тому їм світова спільнота відводить у свої програмах особливе значення, відстежуючи стан лісів - як показник якості довкілля.

1.3 Моніторинг аеротехногенного пошкодження лісових екосистем

Моніторинг лісів - це система регулярних спостережень, оцінки та аналізу інформації про стан лісів, прогнозування його змін під впливом природних та антропогених чинників і розробка науково-обґрунтованих рекомендацій для інформаційно-аналітичної підтримки прийняття рішень, спрямованих на забезпечення сталого функціонування лісів [5, 42]. Державний комітет лісового господарства України здійснює моніторинг лісів як частину загальнодержавної системи моніторингу природного довкілля. Ця діяльність забезпечує виконання Україною вимог резолюцій міжнародних конференцій Міністрів щодо захисту лісів Європи [25, 45].

З другої половини ХХ ст. в усіх індустріально розвинених країнах світу спостерігаються широкомасштабні пошкодження лісів, які стали поштовхом для організації різних міжнародних спільних програм моніторингу лісів (ІСP Forests, FНМ та ін.). В Європі лісовий моніторинг проводять 40 країн у рамках Міжнародної спільної програми оцінки та моніторингу ефектів забруднення повітря у лісах (англійською - ІСP Forests), яка здійснюється під егідою Європейського Союзу та Європейської Економічної комісії ООН на виконання Конвенції про транскордонне забруднення повітря на великі відстані. Проведення моніторингу лісових екосистем обов'язкове для країн, які беруть участь у пан'європейському процесі щодо захисту лісів. Україна приєдналася до цього процесу, підписавши резолюції Стразбурської, Гельсінської та Лісабонської конференцій з питань захисту лісів Європи [5, 6, 32]. Екстенсивний моніторинг І рівня (ІCP-Forests) в Україні проводять з 1989 р. Моніторингові спостереження виконують з використанням дистанційних методів та ГІС-технологій. Це дає змогу постійно отримувати якісну інформацію за 20 показниками щодо часової та просторової динаміки лісових ресурсів, сприяє покращенню інформаційного забезпечення та підвищенню оперативності прийняття управлінських рішень [5, 6]. Розроблений у США інтенсивний моніторинг ІІ рівня (Forest Health Monіtorіng (FHM)), який базується на технології моніторингу стану лісу, в Україні здійснюють з 1995 р. Крім індикації впливу на ліси стрес-факторів, на ділянках спостереження визначають головні параметри лісових екосистем, необхідні для оцінки видового біорізноманіття рослин, балансу вуглецю в лісах, впровадження технологій їх дистанційного зондування, загалом понад 200 показників [5, 6]. Отже, необхідність проведення довгострокового моніторингу лісових екосистем України, як інформаційної основи для реалізації принципів сталого лісокористування, зумовлена не лише національними потребами, а й міжнародними процесами.

Міжнародні системи лісового моніторингу ІCP-Forests та FHM є високотехнологічними й ефективними інформаційними системами. Проте, за причини не завжди достатньої щільності мережі облікових ділянок (ІCP-Forests - 16Ч16 км) у регіонах із значною мозаїкою екотопів, біорізноманіттям екосистем, неможливо належно охопити усі важливі таксони дослідження [5, 6, 12]. Іншою проблемою є недостатня узгодженість зазначених мереж з численними мережами стаціонарних об'єктів локального моніторингу, що вже давно функціонують у промислових регіонах різних країн, у т.ч. в Україні [8, 10-12, 18-21, 23, 26, 30, 33, 34, 39, 43, 44]. Локальний моніторинг є комплексним дослідженням лісів у системі «джерело викидів - ландшафт - лісова екосистема».

Завдяки зазначеним дослідженням фахівцями визначено низку систем діагностичних показників антропогенної трансформації лісів на усіх рівнях організації живого [11, 20, 21, 22, 24, 26, 30, 31, 43, 44]. Проте проблема забруднення атмосфери досі не розв'язана. Певною мірою це спричинено системною кризою, яку нині переживає Україна на перехідному етапі формування державності, істотними диспропорціями виробництва, амортизацією та низькою ефективністю систем очищення викидів тощо. Навіть у період зниження інтенсивності виробництва в Україні у 1990-х рр. в атмосферу щорічно викидалось біля 9 млн т фітотоксикантів, у тому числі 2,3 млн т SО₂, 2 - пилу і до 1 млн т NO_x [24, 27]. Це спричиняє збільшення рівня забруднення природного довкілля, утворення техногенних аномалій та прискорює деградацію лісових екосистем. Важливим механізмом розв'язання цих проблем є удосконалення екологічного моніторингу всіх рівнів організації, у тому числі локального лісового моніторингу. Це дасть змогу виявити зони екологічної небезпеки, диференціювати їх за типами, ступенем та інтенсивністю антропогенних порушень у лісових екосистемах та ландшафтах, удосконалити природоохоронні заходи [12, 24, 30, 34].

1.4 Діагностика пошкодження лісових екосистем

1.4.1 Особливості аеротехногенного пошкодження лісових екосистем

Численні дослідження показали, що явища пошкодження лісів у різних регіонах мають складну природу і не викликані хворобами або шкідниками, хоча діагностичні симптоми візуально доволі подібні. Розвиток таких пошкоджень, зазвичай, спричинений численними стресорними чинниками, що діють на лісові екосистеми послідовно або одночасно, конкурентно, або взаємно підсилюючи ефект [10, 18, 21, 30, 44]. Фахівці зазначають, що за сучасного рівня знань неможливо однозначно вказати на причини погіршення стану лісів [18, 26, 30]. Найчастіше в літературі можна знайти чотири гіпотези з цього питання: газова дія на асиміляційний апарат, кислотна дія на ґрунти, порушення живлення рослин внаслідок надмірного надходження азоту у ґрунти і гіпотеза напруження - як результат сукупної дії на ліс усіх негативних чинників.

Розрізняють прямий і опосередкований вплив забруднення на рослини. Пряма дія атмосферних домішок на рослини починається з моменту контакту і сорбції їх наземними органами. Асиміляційні органи, що мають велику поверхню обміну з навколишнім природним середовищем, поглинають і осаджують з повітря найбільшу кількість атмосферних домішок і, відповідно, сильніше за інші органи зазнають змін і пошкоджень. Тому токсичність атмосферних домішок для рослин визначають, насамперед, за їх дією на асиміляційний апарат. Непрямий вплив токсикантів на рослини опосередковано проявляється через забруднення і зміну хімізму ґрунту, вплив на життєдіяльність ґрунтової мікробіоти та інші структурні елементи лісової екосистеми. Адаптація лісових екосистем до умов середовища, що змінюються, реалізується шляхом спрощення структури деревного ярусу або його відмирання. Звільнену екологічну нішу займають більш лабільні і пластичніші трав'яні ценози нелісових типів [8, 10, 18, 22, 24, 30].

Дослідники вважають промислові емісії екологічним фактором, що постійно негативно впливає на стан лісових насаджень, особливо хвойних, які за біоекологічними особливостями є вразливішими щодо забруднення, ніж угруповання листяних видів [8, 10, 32, 44]. Внаслідок зменшення продуктивності та площі лісів страждають інші екосистеми - порушуються колообіги речовин і потоки інформації та енергії у природі, на схилах активізуються процеси ерозії ґрунтів, забруднюються та міліють ріки, порушується природний баланс у цілому. Незважаючи на значну кількість наукових робіт з цієї проблеми, досліджень комплексного характеру небагато [8, 26, 44], більшість з них присвячено крупним промисловим районам. Тобто переважно розглядають зміни лише певних компонентів лісових екосистем без застосування системного підходу при визначенні ступеня порушення структурно-функціональної організації лісових екосистем. Тому зазначена наукова проблема досі є недостатньо вивченою.

1.4.2 Діагностичні показники пошкодження лісових екосистем

Для дослідження змін в екосистемах внаслідок дії різних чинників використовують такі індикатори, як ґрунт, ґрунтові та дощові води, сніг, деревина, чагарникова і трав'яна рослинність, мохи, лишайники, ґрунтова і надґрунтова мезофауна тощо [10, 12, 20, 26, 30, 44]. Для оцінки порушень використовують такі показники: частота трапляння певного порушення в ландшафті; мінливість параметрів у межах ландшафту, обумовлена природними факторами та техногенними чинниками (градієнт дії або градієнт порушення); природна й «техногенна» варіабельність певних властивостей в однотипних природних комплексах.

Як показує досвід багаторічних досліджень [12, 26, 44], синтезувати отриману різноякісну і часто суперечливу інформацію про порушення природного середовища можна лише при застосуванні комплексного ландшафтного підходу. Суть ландшафтного підходу полягає у вивченні ландшафту як цілісної системи, аналізі підсистем, компонентів і елементів (індикаторів забруднення) для отримання нового синтезованого знання про його структуру і стан. У межах ландшафту одного типу властивості індикатора не лише близькі за абсолютними значеннями, але й схожі за величинами коефіцієнта варіації. У районах дії промислових об'єктів значення цього показника з наближенням до джерела викидів, зазвичай, зростає, внаслідок збільшення ступеня порушення природних систем.

Отже, зміни абсолютних значень та збільшення варіабельності параметрів індикаторів є показниками порушеності природних комплексів. Але необхідно враховувати той факт, що всі індикатори мають ландшафтні певні межі і є інформативними в одному природному комплексі. Слід підкреслити, що навіть найчутливіші індикатори забруднення не здатні відобразити реальний стан екосистеми. Тому для діагностики техногенних порушень лісових екосистем доцільно застосовувати систему індикаторів, що охоплюють різні рівні їх організації та характеризують довкілля [6, 8, 21, 26, 44].

1.4.3 Залежність надходження аеротоксикантів і пошкодження лісових екосистем від екологічних чинників

Дощі, в яких рН води відмінне від природного, фонового, прийнято називати «кислотними». Розрізняють прямий вплив кислотних дощів на деревні рослини (опіки листя, руйнування хлоропластів тощо) і опосередкований - через ґрунт. Кислотні дощі призводять до інтенсифікації процесів вилуговування кальцію, магнію та інших елементів з листя, що призводить до уповільнення росту рослин.

Швидкість виведення із атмосфери газоподібних забруднювачів зростає зі збільшенням їхньої розчинності у воді. Оксид азоту і оксид вуглецю мають низьку розчинність у воді і поглинаються рослинами відносно повільно. Проте гази, що добре розчинні у воді і мають високу реакційну здатність (HF, O₃, SO₂, NO₂), ефективно поглинаються поверхнею рослин. Зволоження поверхні рослин може до 10 разів збільшити швидкість поглинання ними газових домішок. Істотний вплив на швидкість поглинання листям рослин газоподібних забруднюючих речовин з атмосферного повітря має світло, завдяки якому підвищується фізіологічна активність листя і процеси газового обміну через продихи. У світлий час доби, коли продихи листків повністю відкриті, швидкість поглинання забруднюючих речовин з атмосфери рослинами є постійною (за умови постійної вологості ґрунту). SO₂, NO₂ поглинаються листям рослин і вночі, проте швидкість цього процесу значно менша, ніж вдень [17]. Вологість повітря істотно впливає на ступінь відкриття продихів листків і, таким чином, може обмежувати і сповільнювати процеси поглинання речовин-забруднювачів. Встановлено, що поблизу великих водоймищ зростає інтенсивність пошкодження лісів фітотоксикантами [26].

Загалом основними чинниками, від яких залежить пошкодження рослин, є температура та вологість атмосферного повітря, вологість ґрунту, світло, забезпеченість рослин поживними речовинами, вік тканин і самих рослин. За найсприятливіших пошкодженню зовнішніх умов, на дуже чутливі види рослин можуть негативно впливати навіть такі низькі концентрації, як 2,0 мкг/м³ HF або 50 мкг/м³ SO₂ упродовж доби [15, 17].

В умовах повітряного забруднення велике значення має тип опадів. Дрібні краплі, маючи велику загальну поверхню, зв'язують більше фітотоксикантів [15, 40, 41]. Утворення бризок при зіткненні дощових крапель з кронами дерев залежить від порід, структури намету, розподілу листя (хвої) у наметі, кутів їх прикріплення до гілок, траєкторії падіння крапель тощо. Зазвичай, конденсат, який випав з туману, поглинається тканинами хвої і накопичується в рослині, на відміну від дощової вологи, яка, скочуючись по листовій поверхні, вимиває з неї (і/або зв'язує) частину поживних речовин. У цьому полягає суть відомої тези, що в умовах забруднення повітря дрібнокрапельні опади з туманів у період циклонів є небезпечнішими для лісу, ніж сильні зливи [3, 17, 38, 40, 41].

Надходження в лісові екосистеми забруднювачів разом з туманами може призводити до вилуговування біоелементів з хвої та гілок, навіть у період зимового спокою [40]. Кислотний туман може викликати уповільнення процесу загартування до зими пагонів, пошкодження хвої, що підвищує ризик осіннього пошкодження морозами. Є прямий зв'язок між вмістом сульфатів у листі та здатністю деревних рослин протистояти низьким температурам: збільшення вмісту сульфатів у листі на 0,1% призводить до зниження морозостійкості на 2,7°С, забруднення повітря також сприяє збільшенню чутливості до посухи [14, 17, 38].

Найінтенсивніше поглинають речовини-забруднювачі листки зовнішньої поверхні крони дерев. У цій області швидкість дифузії забруднювачів та процесів їх перетворень, обумовлених дією світла, є найбільшими.

Отже, поширення фітотоксикантів у природному довкіллі, у т.ч. в лісових екосистемах, та вплив на них - це складне явище, зумовлене багатьма чинниками. Аеротехногенні пошкодження рослин умовно поділяють на три типи: фізіологічні (приховані), хронічні та гострі. Фізіологічні ушкодження виникають при низьких концентраціях полютантів і включають зворотні та незворотні фізіологічні реакції, що можуть по-різному проявлятися. Явні зміни можуть бути наслідком як накопичених прихованих порушень, так і гострого пошкодження [17, 38].

Тому на рівні лісових екосистем аеротехногенне забруднення проявляється у багатьох видах, оскільки залежить від значного комплексу різних за природою чинників. Необхідні тривалі системні дослідження, тобто інтегральна оцінка дії всіх чинників на різних рівнях біологічної організації певної екосистеми. Лише такий підхід забезпечує пізнання механізмів аеротехногенної трансформації лісів. Розглянемо її особливості залежно від рівнів структурно-функціональної організації лісових екосистем.

1.4.4 Вплив аеротоксикантів на лісову екосистему

Ліс - це природна екосистема, здатна до самоорганізації та саморозвитку, цілісність якої забезпечує певна сукупність функціональних взаємозв'язків між структурними елементами. Зміна будь-якого компоненту чи функціональної ланки цієї екосистеми спричиняє зміну інших компонентів та ланок [17, 26, 38, 44]. Причому швидкість трансформації лісової екосистеми залежить від ієрархічного рівня підсистеми, що зазнає негативного впливу, від стану еволюційних і динамічних змін та тісноти зв'язків між її компонентами [11, 17, 21, 22, 26, 38]. Отже, дія забруднювачів може призвести до істотної зміни структурно-функціональної організації екосистеми та навіть до її загибелі (рис. 1.1).



Рис. 1.1 Схема розподілу наслідків впливу техногенного забруднення за структурно-функціональними ланками організації лісової екосистеми

Лісові екосистеми є найвиразнішими об'єктами дослідження впливу забруднення на рослинність, оскільки вони відрізняються від інших рослинних асоціацій тривалим періодом життя, складністю структури, багатством видів, численними функціональними зв'язками. Вони здатні віддзеркалити велике різноманіття особливостей негативного впливу антропогенних та природних факторів та їх комплексів як у часі, так і у просторі. Водночас, маючи велику біомасу та розвинуті механізми захисту, лісові екосистеми здатні поглинути і знешкодити велику кількість токсикантів чи інших негативних впливів, стабілізувати як власну екологічну рівновагу так і взаємодію з суміжними екосистемами ландшафту.

Наразі немає узгодженої системи критеріїв оцінки ушкодження лісових екосистем промисловими емісіями. Зазвичай, вивчають лише певну групу наслідків або частину лісової екосистеми та рідко розглядається комплексний вплив несприятливих факторів на всю екосистему. Ступінь впливу аеротехногенного забруднення на лісові екосистеми залежить від концентрації токсикантів у повітрі [17, 38, 44]. При дії низьких концентрацій домішок вони включаються в обмінні цикли та, залежно від характеру цих речовин, їх вплив може бути нешкідливим або навіть стимулюючим (ефект добрива). Середнім рівнем забруднення вважають таку концентрацію фітотоксикантів, яка пригнічує деякі компоненти біоти: відбувається зниження продуктивності екосистеми та її біомаси, зміни видового складу або структури угрупувань. При високих концентраціях у екосистемі може відбуватися різке спрощення структури, порушення потоку речовин, зміни гідрологічного режиму та навіть ерозія ґрунтів. Речовини-забруднювачі можуть істотно погіршувати стан ландшафту, впливаючи на якість повітря, води, ґрунту, інших природних ресурсів.

Порушення колообігу хімічних елементів зумовлює в екосистемі зміни: кількості і якості спожитих мінеральних речовин; складу поживних речовин, спожитих листям рослин; кількості наявних у ґрунті поживних речовин, їх цінності для рослин; складу видів рослинності, які мають різну чутливість; динаміки розпаду гумусного шару ґрунту [14, 15, 17, 26, 38].

Виділяють три фази впливу полютантів на ґрунт: 1) прояв меліоративного ефекту додаткових надходжень азоту (евтрофікація ґрунтів); 2) зменшення вмісту в ґрунті магнію, натрію, кальцію внаслідок їх вимивання; 3) негативний вплив на коріння рослин вільного алюмінію і важких металів, що призводить до передчасного відмирання деревної рослинності. Пряма дія на ґрунт найістотніша при руйнуванні рослинного покриву, який виконує роль буфера і оберігає ґрунт від безпосереднього впливу речовин-забруднювачів. Зміни у ґрунті будуть незворотними, якщо уражена рослинність не зможе відновитися навіть при зменшенні вмісту техногенних речовин у повітрі або за сприятливих умов для її зростання. Зміни у ґрунті можуть бути і зворотними завдяки великій їх здатності щодо накопичення полютантів [15, 17, 24].

Високий вміст техногенної сірки в ґрунтах призводить до активного надходження її окислених форм у рослини. Визначальними факторами накопичення техногенної сірки у ґрунтовому профілі є кислотність ґрунтового розчину і вміст обмінних катіонів (натрію, калію, магнію, кальцію) [11, 15, 17, 26]. Надходження через листя є головним шляхом поглинання сірки та азоту в сполуках SO₂, NO, NO₂, у той час як надходження через ґрунт та коріння є основним для проникнення аміачного та нітратного азоту з рідкими опадами. Якщо постачання полютантів через ґрунти обмежується, зростає поглинання з повітря. За такої умови збільшується асиміляція СО₂, прискорюються процеси росту та підвищується лужність ґрунтового розчину (місцями рН > 8 од.), що спричиняє часткову загибель фізіологічно активних коренів, а також значне ослаблення осмотичного тиску кореневої системи та обумовлює так звану «фізіологічну сухість» ґрунтів, яка проявляється у нездатності коренів нормально поглинати вологу внаслідок високої мінералізації ґрунтового розчину. У сосни пригнічується мікоризоутворення; лужна реакція ґрунтового розчину призводить до зниження вмісту ацетатно розчинного заліза, що спричиняє хлороз рослин [34, 43]; зменшення рухливості калію, кальцію і магнію, а також ступеня засвоєння рослинами калію і фосфору до критичного для живлення рослин рівня; зниження вмісту гумусу [26].

У цілому, в умовах аеротехногенного забруднення зміни в лісових екосистемах відбуваються у двох напрямах:

1) змінюється хімічний склад повітря, опадів, ґрунту та рослинних тканин, унаслідок чого порушується режим живлення рослин, їхній метаболізм та стійкість; 2) аеротехногенне забруднення лісових екосистем призводить до змін колообігу речовин у системі «повітря-ґрунт-вода-рослина», що проявляється у зміні внутрішньосистемних процесів і в структурно-функціональному стані екосистеми. У результаті фізіологічних стресів [14, 17, 38], відбувається зниження продуктивності деревостану [8-12, 26, 38], ослаблення рослин та фітоценозів спричиняє зміни консорційних взаємовідносин в екосистемі, знижується її стійкість до шкідників і хвороб [38, 43], а також підвищується чутливість до змін середовища [26, 44], що нерідко призводить до кліматичних стресів екосистеми.

Методи вивчення впливу полютантів на стан лісових екосистем розвивалися від методів прямих досліджень (які потребують інформації про фактори середовища) до опосередкованих, коли зміну середовища встановлюють за ступенем схожості рослинності різних ділянок. Це було спричинено тим, що отримана інформація про фактори середовища або надмірно вартісна, малодоступна, або взагалі її неможливо отримати прямим вимірюванням чи дослідженням, оскільки вона є складником інтегральних показників середнього стану факторів та їх динаміки. Тому для оцінки стану середовища широко застосовують метод фітоіндикації - розроблено низку фітоіндикаційних шкал за складом і станом рослинності [5, 6, 8, 21, 44].

Доволі надійним індикатором визначення стадії дигресії лісів під впливом антропогенних навантажень є зміна структури трав'яного покриву. Проте слід враховувати, що вплив аеротехногенного забруднення на трав'яний покрив проявляється здебільшого опосередковано: через пошкодження едифікаторного деревного ярусу [8, 23, 44], забруднення ґрунтів [24, 26, 30, 34] і лише частково - через пряме забруднення рослинних тканин [17, 38].

Порівняно з листяними соснові ліси є значно вразливішими щодо аерофітотоксикантів, що містять сірку та азот. В умовах хронічного забруднення відбувається розрідження соснових деревостанів та їх перебудова, що змінює радіаційний та гідрологічний режими під наметом лісу і призводить до ксерофітизації, олуговіння, переміни сукцесії надґрунтової рослинності; посилення росту підліску; зникнення наземних і стовбурових лишайників та розвитку рослинного покриву з нітрофільних трав та чагарників (Urtіca dіoіca L., Chelіdonіum majus L., Glechoma hederacea L., Іmpatіens parvіflora DC.) [10, 11, 17, 20, 26, 38, 44]. Ці рослини конкурують з деревами за воду та елементи живлення, і тому такі лісові насадження опиняються в умовах сильного водного дефіциту. Внаслідок поступових перемін відбувається зміна порід або взагалі лісове середовище трансформується в нелісове.

На цей час зазначені ефекти дії забруднення повітря на лісові екосистеми уже доволі детально описані. Проте необхідної інформації про взаємодію забруднення і лісових екосистем все ще недостатньо для розуміння явища, оскільки складна й динамічна взаємодія лісу різних типів, стану і будови екосистем і факторів, що на нього впливають, призводить до значної кількості реакцій мінливості цих екосистем.

Отже, забруднення повітря може впливати на лісові екосистеми на різних рівнях і по-різному: накопичення забруднювачів у рослинах, ґрунті, поверхневих водах; ураження елементів екосистем, що засвоюють ці речовини; розрив біогеохімічних циклів; порушення стабільності екосистеми; руйнування рослин і їх угруповань; ксерофітизація, олуговіння, руйнування лісової екосистеми (рис. 1.1). Ці зміни можуть відбуватися за період дії речовин від декількох годин до декількох десятків років. Але, завдяки наявності в лісових екосистемах буферних механізмів до дії токсикантів, дійсний ступінь пошкодження насаджень завжди більший, ніж це фіксують при поточному обстеженні. З цієї причини припинення емісій не відразу призводить до поліпшення стану лісу. Більше того, прояв негативних наслідків можливий через тривалий час після зняття техногенного навантаження.

Отже, забруднення природного довкілля промисловими викидами фітотоксикантів погіршують умови існування лісових екосистем, особливо малостійких соснових лісів, спричиняючи в них негативні зміни на усіх рівнях організації живого, а іноді й повну їх деградацію. Деякі дослідники забруднення лісів вважають якісно новим екологічним чинником, близьким за силою дії до природних факторів, що спричиняє їх зміну.

У світі та в Україні більше поширений помірний за інтенсивністю але хронічний за часом тип аеротехногенного впливу на ліси. Він є небезпечним за непомітності негативних змін у лісах, які важко виявити і тому неможливо контролювати через зниження забруднення чи підвищення стійкості екосистем. Спочатку відбуваються незначні і приховані порушення на субклітинному і фізіологічному рівнях рослин. Небезпека полягає в тому, що їх вдається виявити лише після проходження межі незворотності патологічних процесів. Зазвичай пошкодження вже встигають поширитись на значну територію. Ослаблені внаслідок тривалого впливу промислових емісій лісові екосистеми техногенних зон навколо промислових об'єктів та великих міст значною мірою знижують здатність підтримувати власну природну рівновагу, буферна ємність лісових екосистем починає вичерпуватися і пошкодження їх стають сильнішими, вони поступово знижують продуктивність і руйнуються, деревостани всихають. Гострі незворотні зміни свідчать про накопичення екосистемами надмірної токсичної дози і зниження до критичного рівня їх загальної стійкості.

Завдяки великим розмірам та складності організації деградація лісових екосистем має певну інерцію. Тому навіть після зменшення рівня антропогенного навантаження потрібен ще тривалий час для відновлення нормального розвитку лісів.

У зв'язку зі складною структурно-функціональною організацією лісових екосистем та їх антропогенною трансформацією, досі недостатньо дослідженими є питання взаємозалежності розподілу негативного ефекту за рівнями організації живого, відновлення насаджень після зниження навантажень. Необхідно уточнити такі питання: за який час відновлюється лісова екосистема та які процеси при цьому відбуваються у її структурі; як змінюється конкурентна боротьба між особинами, популяціями за ресурси середовища; які деревні та чагарникові породи є стійкими до навантажень та швидше природно відновлюються в певних умовах; прогнозувати сукцесії рослинності та подальший лісових екосистем тощо.

Потребує удосконалення методика фітоіндикації аеротехногенного забруднення лісів, зокрема, в умовах комплексного впливу людини. Досі при визначенні ступеня порушення структурно-функціональної організації лісових екосистем недостатньо застосовують системний підхід, що подекуди спричиняє неадекватні висновки та гальмує удосконалення регулювання впливу людини на ліси шляхом включення достовірної інформації про стан лісів і прогноз його змін на майбутнє в системи управління.

Отже, дослідження особливостей змін лісових екосистем Правобережжя середнього Дніпра в умовах комплексного антропогенного впливу сприятиме кращому розумінню цього явища. Отримані знання сприятимуть удосконаленню регулювання промислових викидів в індустріальних регіонах та збереженню лісів як необхідної складової природних ландшафтів, біосфери, середовища життя людини.

Розділ 2. Матеріали і методи досліджень

2.1 Матеріали досліджень

Матеріалами для написання цієї кваліфікаційної роботи послужили наукові публікації, Інтернет-джерела, а також обліково-фондові, статистичні і звітні матеріали та інформаційні документи державних установ виконавчої влади:

1. Державного управління охорони навколишнього природного середовища у Черкаській області для здійснення:

- аналізу стану, динаміки та структури техногенного забруднення атмосфери Правобережжя середнього Дніпра (на прикладі м. Черкаси);

- характеристики видового складу техногенних речовин у промислових викидах за кількісними та якісними показниками;

- маршрутних обстежень, фотографування викидів і візуальної оцінки стану фітоценозів навколо промислових підприємств;

2. Черкаського обласного управління лісового господарства Державної агенції лісових ресурсів Мінагрополітики України для здійснення:

- характеристики лісових насаджень Черкаського бору, що зазнають впливу промислового забруднення, та вибору маршрутів їх візуальної оцінки і закладки пробних ділянок дослідження стану фітоценозів і збору зразків рослин і рослинних тканин;

- оцінки небезпеки промислових викидів для лісових насаджень району та виявлення особливостей впливу техногенного забруднення атмосфери на лісові деревостани залежно від їх видового складу та відстані до джерел викидів;

- характеристики основних діагностичних показників зміни санітарного стану, розвитку і структури лісових деревостанів району;

- обґрунтування напрямів та механізмів щодо підвищення стійкості лісових екосистем до забруднення атмосфери.

Матеріали було зібрано під час проходження виробничої практики на базі Черкаської дослідної станції біоресурсів Інституту розвитку і генетики тварин НААН України за період 21.03-06.05 2011 року.

У розділі 1 «Розвиток лісових екосистем за умов техногенного забруднення атмосфери (огляд літератури)» ми сконцентрували увагу на питаннях: розповсюдження промислових речовин в атмосфері, їх токсичності для рослин і людини, нормування забруднення атмосфери, моніторингу та діагностики аеротехногенного пошкодження лісових екосистем на різних рівнях їх організації та залежно від екологічних чинників.

Після огляду літератури було вивчено й описано природно-кліматичні умови Черкаській області в межах Правобережжя середнього Придніпров'я, де ми звернули увагу на клімат, ґрунти, рослинність, геологічну будову, рельєф та гідрологічні особливості, а також проаналізовано структуру і динаміку промислового забруднення атмосфери, його вплив на лісорослинні умови та стан лісових екосистем Черкаського бору.

2.2 Методи досліджень

Дотримуючись принципів системного і ретроспективного порівняльного аналізів та екології, стан соснових лісів оцінювали за обліково-фондовими і літературними джерелами та польовими методами. За статистичними даними порівнювали динаміку у часі промислових викидів. За картографічними матеріалами і шляхом рекогносцирувального обстеження визначали маршрути обстеження територій навколо промислових підприємств, пошкоджених лісів, виявляли і фотографували димові «факели» та наслідки пошкодження лісових насаджень.

Для виявлення розподілу у просторі ефектів негативного впливу забруднення на лісові екосистеми використовували базовий метод порівняльної екології - екологічний профіль, тобто серію пробних площадок, закладених в ідентичних за лісівничо-таксаційними показниками насадженнях Черкаського бору (тип лісу - свіжий дубово-сосновий субір В₂дС, вік 67-97 років, бонітет І-І^а) у міру віддалення від джерела загрози (промислової зони). Північно-західний напрям екологічного профілю вибрано з урахуванням факту, що саме ця частина Черкаського бору, урочище «Сосновка» є найбільше пошкодженим. Це було виявлено шляхом рекогносцирувального обстеження лісового масиву.

Розподіл ефектів деградації у структурі лісових екосистем та виявлення найслабших її ланок здійснювали за комплексом досліджень локального екологічного моніторингу лісів.

Деревостани досліджували за низкою методів: польових (маршрутні, візуальні, лісівничо-таксаційні, геоботанічні) - закладання пробних площ, характеристика елементів лісу та відбір зразків; фітоіндикаційних (оцінка санітарного стану та таксаційних показників деревостану, структури фітоценозу в умовах забруднення) - виявлення рис і встановлення ступеня антропогенної трансформації лісової екосистеми (Д.В.Воробьев [7]; Н.П.Анучин [1]; «Рекомендации по повышению устойчивости …» [31]; «Санітарні правила …» [37]). Контролем (ПП К) слугували найвіддаленіші від промзони та приміського узлісся насадження екологічного профілю.

черкаський бор екосистема забруднення

Рис. 2.2. Інтегральна схема екологічного дослідження антропогенного впливу на лісові екосистеми за рівнями організації живого.

ФГР - фізико-географічне районування; таксон ФГР регіону дослідження - Центрально-Придніпровська височинна область Дністровсько-Дніпровської лісостепової провінції Лісостепу

Санітарний стан та структуру деревостанів, розвиток дерев досліджували за лісівничо-таксаційними і морфометричними показниками розмірів стовбура, крони та їх співвідношень у межах дерева модельних біогруп дерев (20-35 шт.) пробних площ характерних деревостанів, а також за класами Крафта і категоріями стану дерев [1, 7, 31, 37]. Ступінь пошкодження дерев визначали за методиками [31, 37] (табл. 2.1). Санітарний стан деревостанів розраховували як середньозважений індекс (І_с) на базі подеревної оцінки за категоріями стану дерев. Для чистих деревостанів (монокультури сосни звичайної) І_с обчислювали за формулою [31]:

, (2.1)

де І_с - індекс стану деревостану,

k₁ - k₆ - категорія стану дерев (від І до VІ) за [37],

n_і - кількість дерев відповідної категорії стану,

N - загальна кількість дерев.

Таблиця 2.1 Шкала значень індексів стану для визначення рівня пошкодження деревостанів [31, 37]

Індекс стану	Ступінь пошкодження	Стан деревостану
1,00-1,50	відсутнє	здорові
1,51-2,50	слабке	ослаблені
2,51-3,50	середнє	сильно ослаблені
3,51-4,50	сильне	всихаючі
4,51-6,00	дуже сильне	загиблі

Підріст та підлісок досліджували за показниками: видовий склад, густота, трапляння, середньозважена висота та санітарний стан [7].