Биологоэкологический анализ древесной растительности селитебных городских ландшафтов

    Наличие разнообразных путей поступления тяжелых металлов в растения предполагает существование двух ведущих факторов формирования элементного химического состава растений: генетического и экологического. Долевое участие каждого меняется в зависимости от изменений условий среды. При соответствии геохимической обстановки фитоценозов трофическим требованиями растений их элементный состав в основном отражает работу генетического контроля. В таких условиях выдерживается избирательное и характерное для данного вида поглощение ионов металлов растительными тканями. Экологический фактор препятствует этому в тех случаях, когда среда обитания обогащена подвижными формами тяжелых металлов [15, 16].

    Ухудшение жизненного состояния древесных  насаждений приводит к снижению их функциональной роли: санитарно-гигиенической, декоративно-эстетической и рекреационной. При нарушении санитарно-гигиенической функции теряются защитные свойства зеленых насаждений, а именно пыле- и биоаккумулирущие свойства, ветро- и газозащитная способность, регуляция потока солнечной радиации. Но устойчивость древесных насаждений к влиянию факторов окружающей среды является специфичной биолого-экологической особенностью вида. 

    3.2 Состояние древесной растительности в зонах техногенного воздействия 

    Проблема загрязнения окружающей среды особенно актуальна для городов, в которых проживает большая часть населения нашей страны и где сконцентрированы основные источники техногенных выбросов: автотранспорт, объекты энергетики и промышленные предприятия. С увеличением влияния антропогенных факторов обычными загрязнителями окружающей среды стали тяжелые металлы (ТМ). Вызывающие серьёзные заболевания у живых организмов и практически не подвергающиеся процессам разрушения в природных условиях [17].

    В биоиндикации состояния урбоэкосистем ведущую роль играют растения. Общеизвестно, что в начале XXI века на территории Беларуси сложилась крайне неблагоприятная экологическая обстановка для ели европейской (Picea abies (L.) Karst.) – лесообразующей породы, которая, благодаря своей декоративности, применяется в озеленении населенных пунктов. Существует представление о том, что среди множества причин усыхания ельников решающее значение принадлежит техногенному загрязнению. Поэтому изучение состояния этого вида в экстремальных городских условиях приобретает особую значимость. Наиболее информативным является ассимиляционный аппарат ели, максимально контактирующий с окружающей средой, сохраняющийся на растении в течение нескольких вегетационных периодов и обладающий целым рядом диагностических признаков [18].

    В городских условиях прослеживается тенденция к накоплению ТМ (у трехлетней хвои зафиксированы максимумы по семи элементам), в то же время в природных экосистемах с увеличением возраста хвои происходит некоторое снижение содержания большинства исследуемых элементов (максимумы по пяти элементам отмечены у однолетних листьев). У однолетних листьев городских деревьев наблюдается меньшее суммарное содержание металлов по сравнению с эталонными условиями (12 и 24 мг/кг соответственно). Это связано, в первую очередь, с недостатком биофильных элементов (марганец, медь). Однако уже у двухлетних листьев концентрация меняется в пользу городских елей (26 и 22 мг/кг), а к третьему году жизни эта разница становиться значительной (30 и 21 мг/кг).

    Увеличение общего содержания ТМ в урбоэкосистемах происходит в первую очередь за счет техногенных элементов (свинец, хром, цинк). Содержание токсичного свинца в городских условиях уже в однолетних листьях почти в 4 раза превышает этот показатель по сравнению с фоновым. Однако с возрастом эта разница несколько сглаживается за счет накопления этого элемента и в природных фитоценозах. Причиной этого явления может быть трансграничный перенос загрязняющих веществ, весьма ощутимый на западных рубежах Беларуси. При изучении динамики накопления свинца в городе отмечается увеличение его содержания в 9 раз у трехлетней хвои по сравнению с однолетней. Это свидетельствует о хорошей аккумулирующей способности данного вида [20].

    Поступление техногенных поллютантов в условиях города оказывает влияние на целый ряд морфометрических признаков листа ели европейской. Прежде всего, это приводит к уменьшению длинны хвои. Причем, наиболее сильные различия в этом показателе характерны для хвои первого года (32%), средние – для второго (21%) и меньше всего отличается хвоя третьего года (14%). Масса 100 хвоинок в городских условиях меньше на 12-53 %, чем в условиях чистой зоны. Уменьшение длины и массы хвои ели европейской в условиях техногенного загрязнения компенсируется большим количеством листьев. Охвоенность побегов первого года в городе на 72% больше. В дальнейшем различия в этом показателе у хвои второго и третьего года менее значительны и составляют соответственно 9% и 5%. Это связано с меньшим сроком жизни хвои в городских условиях. Снижение с возрастом различий по исследованным биометрическим показателям указывает на постепенную адаптацию ассимиляционного аппарата к условиям городской среды [17].

    Анализ анатомического строения листа показал, что для городских елей характерна некоторая ксерофитизация, выраженная в более сильном развитии покровных и механических структур: кутикулы, гиподермы, склеренхимы. Клетки мезофилла в условиях города имеют меньшие размеры и степень складчатости оболочек. Наблюдается тенденция к уменьшению размеров смоляных ходов (в 1,5-2 раза), проводящего цилиндра (в 1,2-1,5 раза) и элементов ксилемы и флоэмы (в 1,1-1,3 раза). В целом, исследованные изменения анатомо-морфологических показателей носят количественный характер, качественных различий не обнаружено [17, 19]. 

     3.3 Состояние древесной растительности в зонах влияния автотранспорта 

    С позиций современной экологии особого внимания заслуживает дорожно-транспортный комплекс в составе линейных сооружений. Он охватывает города и поселки, пронизывает природные ландшафты, достигая практически любой точки деятельности сельскохозяйственного и лесохозяйственного производства. Его развитие способствует повышению благосостояния народа и вместе с тем создаются проблемные ситуации в природной среде. В выхлопах двигателей автомобилей содержится до 200 различных веществ, многие из которых высокотоксичны и канцерогенны. В результате работы автомобильных средств и истирания автопокрышек в почву вблизи автодороги поступают алюминий, кобальт, кадмий, медь, железо, свинец, никель, цинк, марганец и др. В придорожную территорию с дорог, мостов со стоком и снегом поступают соли, которые были использованы для борьбы с гололедом в зимний период.

    Распространяясь от дороги на значительные расстояния, выбросы и стоки формируют устойчивые аномальные придорожные территории с повышенным содержанием опасных веществ. Они накапливаются в воздухе, почве, растительности, поверхностных водах, снижают продуктивность сельскохозяйственных культур и лесной растительности.

    Загрязнения поверхности земли транспортными и дорожными выбросами накапливаются постепенно и долго сохраняются даже после ликвидации дороги. Накапливающиеся в почве химические элементы усваиваются растениями.

    Степень распространения образованных на дорогах загрязняющих веществ на прилегающих территориях находится в большой зависимости от созданных вдоль дорог защитных лесных насаждений. Лесные полосы, одновременно выполняя снегозащитные функции, достаточно интенсивно снижают уровень загрязнения окружающей среды.

    Лесные почвы придорожных полос, особенно органика лесной подстилки, поглощают с различной интенсивностью свинец, цинк, кадмий, никель, марганец и др. При приближении к источнику выбросов наблюдается повышенное накопление в почве и, особенно в лесной подстилке, нередко превышающее ПДК по Zn и Pb. Глинистые и органические коллоидные компоненты служат хорошими сорбентами тяжелых металлов. Способность тяжелых металлов включаться в цикл питательных веществ деревьев с последствием уменьшения продуктивности лесной экосистемы рассматривается как серьезная проблема для больших территорий. Механизм этого процесса пока далеко не ясен. Существуют различные точки зрения и нередко противоречащие друг другу. Высокое содержание тяжелых металлов в древесине с приближением к источнику загрязнения отмечают многие исследователи при изучении автотранспортного загрязнения [21].

    Насаждения вдоль дорог постоянно подвергаются техногенному воздействию, связанному с автомобильным транспортом, а в зимний период - еще и с применением противогололедных реагентов, которые ведут к засолению территории и, попадая в форме водно-солевых аэрозолей на поверхность крон деревьев, повреждают их. Солевое загрязнение по масштабам и интенсивности превосходит загрязнение тяжелыми металлами и является основной причиной деградации растительности в опушечных зонах вдоль автомобильных дорог.

    В качестве противогололедного реагента в зимний период используется соль техническая (галит), на 95% состоящая из хлорида натрия (NaCl). Например, только на Минскую кольцевую автодорогу высыпается преимущественно чистая соль и песчано-соляная смесь 1:1 в количестве 1,0-10,2 тыс. тонн.

    На поверхность низко растущих ветвей деревьев соль попадает в результате разбрызгивания автомобилями талых вод и мокрого снега, насыщенных NaCl. Турбулентные потоки воздуха, создаваемые движущимся транспортом, способствуют образованию и распространению водно-солевых аэрозолей и их оседанию на хвое и побегах деревьев. Высота, до которой отмечаются повреждения, в среднем составляет 15-17 м. Содержание ионов натрия и хлора в образцах хвои, собранных с деревьев вдоль Минской кольцевой автомобильной дороги, в десятки раз превышает контрольные значения [22, 23].

    За весь период обследования наиболее поврежденными среди оцениваемых пород оказались ольха черная, ивы, липа и береза; меньше повреждены – сосна, каштан и вяз. Плохое жизненное состояние ив и ольхи черной в опушечной зоне вдоль Минской кольцевой автомобильной дороги объясняется положением деревьев этих пород на пониженных участках (при прохождении Минской кольцевой автомобильной дороги в насыпи), а липы и березы – низкой устойчивостью к солевому загрязнению, в том числе из-за малой толщиной коры на 1-2 летних побегах, не способной противодействовать проникновению хлоридов. По степени улучшения жизненного состояния вдоль автомобильных дорог обследованные древесные породы расположились следующим образом: ольха черная > ива > липа > береза > ель > дуб > ясень > вишня > тополь > осина > рябина > клен > вяз > каштан > сосна. Высокую устойчивость к засолению в опушечной полосе показала акация желтая.

    В течение периода вегетации состояние древостоев в опушечной зоне улучшается. Это связано, во-первых, с оздоровлением деревьев, обусловленным смывом повреждающих веществ с крон деревьев осадками и прекращением их внесения, во-вторых, с проводимыми санитарными мероприятиями, в ходе которых часть усыхающих деревьев и свежий сухостой удаляются. Состояние древостоев улучшается и с удалением от опушки в глубь массива [23]. 
 
 
 
 

    ЗАКЛЮЧЕНИЕ 

      На основании анализа изученной литературы удалось решить первую задачу по установлению степени адекватности древесной городской растительности лесам на прилегающих к городу территориях.

    В качестве рабочей гипотезы выдвигается предположение, что растительность в условиях города является отражением флористического состава данной природной зоны, но постоянно находящейся под сильным антропогенным прессом. В составе любой селитебной территории возможны фрагменты естественной растительности (лесной, луговой) в той или иной мере синантропизированной, то есть включившей в свой состав синантропные виды (сбитые луговые и стоптанные пастбища) и собственно синантропная растительность – рудеральные и сегетальные сообщества, сформированные специфическими синантропными видами, распространение и сохранение которых связано с человеком. Процессы синантропизации связаны с нарушениями естественного покрова.

    Решая вторую задачу выявили, что наиболее поврежденными среди оцениваемых пород города и магистралей оказались ольха черная, ивы, липа и береза; меньше повреждены – сосна, каштан и вяз. Плохое жизненное состояние ив и ольхи черной в опушечной зоне вдоль Минской кольцевой автомобильной дороги объясняется положением деревьев этих пород на пониженных участках (при прохождении Минской кольцевой автомобильной дороги в насыпи), а липы и березы – низкой устойчивостью к солевому загрязнению, в том числе из-за малой толщиной коры на 1-2 летних побегах, не способной противодействовать проникновению хлоридов. По степени улучшения жизненного состояния вдоль автомобильных дорог обследованные древесные породы расположились следующим образом: ольха черная > ива > липа > береза > ель > дуб > ясень > вишня > тополь > осина > рябина > клен > вяз > каштан > сосна. Высокую устойчивость к засолению в опушечной полосе показала акация желтая.

    Уровень загрязнения лесов и лесопарков и его окрестностей соединениями серы и токсичными металлами можно признать умеренным, хотя отдельные участки сильно загрязнены, что не позволяет проводить в этих лесах заготовку пищевого и лекарственного растительного сырья. Загрязнение лесных экосистем города техногенными поллютантами носит комплексный характер. До уровней, токсичных для человека, растений и животных, концентрации загрязнителей (особенно титана, хрома и ванадия) поднимаются только в отдельных лесопарках. Так, например, в Минске – это Центральный ботанический сад Национальной академии наук Беларуси, парк им. Челюскинцев, парк им. 60-летия Октября, на некоторых участках у крупных автомагистралей и Минской кольцевой автодороги, у локальных источников эмиссий (тракторный завод) или загрязнений отходами в пригородных лесах (городские свалки).