Экологическое обоснование целевой реорганизации защитных насаждений г. Оренбурга
Автор: Евстифеева Т.А., Глуховская М.Ю.
Журнал: Вестник Восточно-Сибирского государственного университета технологий и управления @vestnik-esstu
Рубрика: Биологические науки
Статья в выпуске: 1 (58), 2016 года.
Бесплатный доступ
Высокий уровень загрязнения атмосферного воздуха урбанизированных территорий обусловливает необходимость разработки более детальных рекомендаций по формированию перечня растений с высокими показателями основных видов устойчивости и газопоглотительной способности для озеленения улиц и обустройства СЗЗ промышленных предприятий г. Оренбурга, позволяющего повысить эффективность защиты населения. На способность к газопоглощению и газоустойчивость исследованы 50 наименований древесных и кустарниковых растений г. Оренбурга, представленных местными и интродуцированными видами. Для определения как газоустойчивости, так и газопоглотительной способности применяли методику экспериментального окуривания двуокисью серы. Анализ полученных данных по всем видам устойчивости позволил вычленить из перечня исследуемых видов неустойчивые растения, а также разработать рекомендации по оптимальному видовому составу зеленых насаждений для организации санитарно-защитных зон предприятий и других видов защитных лесополос.
Газопоглощение, газоустойчивость, защитное озеленение городов
Короткий адрес: https://sciup.org/142143162
IDR: 142143162 | УДК: 502.3:
Rationale for environmental task of reorganization of protective plantings of Orenburg city
High levels of air pollution in urban areas necessitates the development of more detailed recommendations on the formation of the list of plants with high levels of stability and the main types of gas-absorbing ability for landscaping streets and arrangement of SPZ of the industrial enterprises in Orenburg, which allows better protection of the population. On ability to the gas absorption and gas resistance 50 kinds of trees and shrubs of Orenburg are investigated. They are presented by local and introduced species. The technique of experimental fumigating by sulfur dioxide is applied to define gas resistance and gas-absorbing ability. The analysis of the data on all types of stability allowes to isolate from the list of studied species unstable plants, as well as to develop recommendations for optimum species composition of green space for the organization of sanitary-protection zones of enterprises and other types of shelterbelts.
Текст научной статьи Экологическое обоснование целевой реорганизации защитных насаждений г. Оренбурга
Индустриализация диктует новые условия к ландшафтной организации территорий городов. Прежде всего под этим подразумевается увеличение площади и функциональности зеленых насаждений городов. Высокий уровень загрязнения атмосферного воздуха урбанизированных территорий предъявляет повышенные требования к способности растений поглощать эксгалаты и в то же время обладать достаточно высокой устойчивостью к ним.
Анализ многочисленных источников информации по данному вопросу позволил выявить, что определение понятия «газопоглощение», относящееся к функции растений ввода в организм определенных газов, отсутствует в научной литературе. Нами было сформулировано определение данного понятия.
Газопоглощение ‒ способность растений поглощать различные количества эксгалатов из атмосферного воздуха, обусловленная биологическими особенностями видов, с последующим их накоплением в тканях или выведением из организма.
Газоустойчивость растений – их способность сохранять жизненность в условиях загрязнения воздушной среды вредными газами. Особенно опасны из них сернистый ангидрид, фтор, хлориды, двуокись азота [1].
Цель исследований ‒ разработка рекомендаций по формированию перечня растений с высокими показателями основных видов устойчивости и газопоглотительной способности для озеленения улиц и обустройства СЗЗ промышленных предприятий г. Оренбурга, позволяющего повысить эффективность защиты населения.
Материалы и методика исследований
На способность к газопоглощению и газоустойчивости исследованы 50 наименований древесных и кустарниковых растений г. Оренбурга, представленных как местными, так и интродуцированными видами. Наряду с вышеприведенными показателями оценивали реакцию видов на специфические особенности регионального климата (зимостойкость и засухоустойчивость), что может в результате позволить значительно повысить экологическую функцию защитных насаждений.
Классификация устойчивости была проведена по 3-балльной шкале. Подход к балльной оценке газоустойчивости по степени повреждения листовой пластинки двуокисью серы показан в таблице1.
Пары сернистого ангидрида, соединяясь с атмосферной влагой, способны вызвать визуально легко определяемые изменения, например ожог листовой пластинки, что использовалось нами в качестве основного критерия при оценке устойчивости исследуемых растений.
Таблица 1
Балльная оценка газоустойчивости
|
Баллы |
Уровень устойчивости |
Характеристика степени повреждения листа двуокисью серы |
|
3 |
Высокоустойчивые |
Листья не имеют визульно определяемых повреждений. Бонитет и декоративность высокие. |
|
2 |
Относительно устойчивые |
Наблюдаются незначительные повреждения, которые не снижают декоративность. |
|
1 |
Малоустойчивые |
Площадь ожога листовой пластинки составляет от 30 до 40 %. |
Засухоустойчивость и зимостойкость оценивали аналогичным образом: 3 балла ‒ высокоустойчивые; 2 – относительно устойчивые; 1 – малоустойчивые.
Общую устойчивость растений ко всем перечисленным видам воздействий оценивали с помощью суммарного комплексного показателя К. При К=3 растения относили к устойчивым, при К от 2,0 до 2,9 – к относительно устойчивым, а при К<2 – к малоустойчивым.
Для определения как газоустойчивости, так и газопоглотительной способности применяли методику экспериментального окуривания двуокисью серы [2].
Результаты исследований и их обсуждение
Степень загрязнения атмосферного воздуха городов токсическими веществами оценивается посредством безразмерной величины, называемой индексом загрязнения атмосферы, которая учитывает основные эксгалаты.
Динамика показателей ИЗА, рассчитанного по приоритетным загрязняющим веществам, за последние 5 лет показана на рисунке 1.
Низкий Повышенный Высокий ИЗА
Рисунок 1 ‒ Индекс загрязнения атмосферы г. Оренбурга за 2009-2013 гг.
Значение показателя ИЗА колеблется от 6,4 до 8,8, и уровень загрязнения характеризуется от повышенного до высокого [3-5].
В перечень наиболее опасных загрязняющих веществ входит двуокись серы. Благодаря многочисленным мероприятиям технологического и организационного характера в последние десятилетия наблюдается устойчивая тенденция снижения концентрации сернистого ангидрида в воздушном бассейне города, что не снижает остроты проблемы, так как, во-первых, концентрация остается высокой, во-вторых, SO 2 относится к группе токсичных газов, оказывающих ярко выраженное неблагоприятное влияние на здоровье населения. Достоверно известно, что наличие ее в воздухе приводит к увеличению смертности от сердечно-сосудистых болезней и болезней органов дыхания.
Анализ данных по Оренбургской области (рис. 2) показал, что в средней многолетней (2010‒2013 гг.) структуре общей заболеваемости взрослого населения лидируют болезни системы кровообращения (20,4%), органов дыхания (13,0%), костно-мышечной (9,5%) и мочеполовой (9,1%) систем и болезни глаза (9,0%) [6].
Кроме того, в структуре основных классов причин смерти населения области также первое ранговое место занимают болезни системы кровообращения (57,5 %).
Одним из способов решения данной проблемы являются мероприятия архитектурно-планировочного характера, в частности те из них, которые позволяют обеспечить защиту населения за счет высокоэффективного озеленения.
39,00%
9,10%
20,40%
9,00%
13,00%
9,50%
болезни системы кровообращения болезни глаза болезни органов дыхания болезни костно-мышечной системы болезни мочеполовой системы прочие
Рисунок 2 ‒ Структура общей заболеваемости населения Оренбургской области за 2010‒2013 гг.
Подобная эффективность может быть достигнута сочетанием таких ключевых показателей, как уровень газопоглощения и газоустойчивости, а также толерантности к отдельным абиотическим факторам. Проблеме изучения газоустойчивости отдельных видов растений посвящено большое количество публикаций [7-10].
В процессе исследования проведена систематизация полученных ранее научных данных за период с 1935 г. по настоящее время. Результаты сведены в таблицу 2.
Таблица 2
Перечень основных видов растений, используемых в озеленении, отличающихся по территории происхождения, биологическим особенностям и газоустойчивости
|
Вид |
Естественное происхождение |
Характеристика газоустойчивости |
CSO 2 , мг/м3 (ПДК= 0,5 мг/м3) |
Биология вида |
|
Клен ясенелистный |
Северная Америка |
Вполне газоустойчив. Успешно произрастает при достаточно высоких концентрациях SO 2 в воздухе. |
до 5 |
Растет быстро, но недолговечен. Пригоден для посадки в защитных полосах. Сравнительно засухоустойчив. |
|
Клен остролистный |
Европейская часть России, Западная Европа |
В промышленных районах способен произрастать в зонах умеренного загрязнения воздуха двуокисью серы 1-3. |
1-3 |
Очень теневынослив. В условиях промышленных городов газоустойчив. |
|
Береза бородавчатая |
Европейская часть России, Кавказ, Западная Сибирь и Европа, Алтайский край |
Удовлетворительно переносит слабое постоянное задымление атмосферного воздуха двуокисью серы. |
0,2-1,5 |
Растет обильно. Успешно возобновляется. |
|
Жимолость татарская |
Восток и юг европейской части России, Алтайский край, Средняя Азия |
Успешно переносит посадку в городских условиях и концентрацию двуокиси серы. |
не выше 1-2 |
Растет на различных почвах. Мирится с засолением. Засухоустойчивая. Зимостойкая. |
|
Снежноягодник белый |
Северная Америка |
Газоустойчив. Способен расти в зонах периодического сильного задымления двуокисью серы. |
4-8 |
Достаточно зимостоек и засухоустойчив. |
|
Дуб череш-чатый |
Европейская часть России, Северный Кавказ, Западная Европа |
Очень газоустойчив. Способен переносить периодическое сильное задымление двуокисью серы. |
4-8 |
Требователен к богатству почвы. Теневынослив. Зимостоек. |
|
Карагана древовидная |
Западная Сибирь, Восточный Казах стан |
Успешно переносит присутствие в атмосферном воздухе двуокиси серы. |
2-4 |
Растет на песках и галечниках, по лесным опушкам, по склонам оврагов. Зимостойкая. |
|
Робиния лжеакация |
Северная Америка |
Способна произрастать в зоне задымления воздуха двуокисью серы. |
0,5-2,0 |
Реликт третичного периода. Светолюбива. Ветро-, и засухоустойчива. |
|
Сирень обыкновен ная |
Юго-Восточная Европа |
Очень газоустойчива. Переносит периодически сильное задымление воздуха двуокисью серы. |
4-6 |
Произрастает на любых почвах. |
|
Ясень обыкновенный |
Европейская часть России, Крым, Кавказ, Средняя Европа |
Газоустойчив. Успешно произрастает в условиях задымления двуокисью серы и паров серной кислоты. |
2-5 |
Растет в дубравах. Светолюбив. Страдает от поздних и весенних заморозков. |
|
Ясень пен сильванский |
Северная Америка |
Повреждается, если в атмосферном воздухе присутствует значительная концентрация двуокиси серы. |
не более 2 |
Засухоустойчив. Зимостоек. |
|
Боярышник кроваволистный |
Восточная Сибирь, Средняя Азия |
Газоустойчив. Переносит концентрации SO 2 в атмосферном воздухе и паров серной кислоты. |
1,82-6,4 |
Растет на опушках, по берегам рек, очень зимостойкий. |
|
Роза морщинистая |
Дальний Восток, Китай, Корея, Япония |
Газоустойчива. Переносит высокие концентрации SO 2 в атмосферном воздухе и паров серной кислоты. |
1,82-6,4 |
К почве нетребовательна, зимостойка. |
|
Черемуха обыкновен ная |
Европейская часть России, Кавказ, Сибирь, Западная Европа |
Переносит средние концентрации двуокиси серы в воздухе и пары серной кислоты. |
0,8-3,9 |
Растет вдоль берегов рек, на богатых аллювиальных почвах. |
|
Тополь бальзамический |
Северная Америка |
Газоустойчив. Без заметных повреждений произрастает при высоких концентрациях SO 2 в воздухе. |
до 7 |
Светолюбив. Приурочен к поймам рек. К почве требователен. |
|
Липа мелколистная |
Европейская часть России Крым, Кавказ, Урал, Западная Сибирь |
Переносит незначительные концентрации двуокиси серы в атмосферном воздухе. |
не выше 0,02 |
Может вводиться в лесные культуры. |
В связи с постоянно возрастающей антропогенной нагрузкой на атмосферу и повышением значимости зеленых насаждений в качестве одного из механизмов защиты населения приведенные выше данные требуют корректировки с учетом уровня загрязнения, достижений селекционной науки, а также специфических климатических особенностей регионов.
Проведенный по вышеописанной методике эксперимент позволил исключить из общего перечня исследуемых деревьев и кустарников 16 (32%) неустойчивых видов (рис. 3).
Результаты определения интенсивности и ёмкости газопоглощения и дифференциация растений по исследуемым видам устойчивости, согласно разработанной авторами статьи
Рисунок 3 ‒ Соотношение групп растений по результатам определения всех видов устойчивости
Кустарники
Деревья
Общий показатель
Таблица 3
Результаты определения газопоглощения и устойчивости древесных растений
|
Вид |
Газопоглощение |
Устойчивость, баллы |
||||
|
интенсивность (И), г/час |
Емкость (Е), кг |
газо-устойчивость |
зимо-стойкость |
засухо-устой-чи- вость |
среднее зна-че-ние, К |
|
|
Высокоустойчивые виды |
||||||
|
Вяз гладкий (Ulmus laévis ) |
1,23 |
1.63 |
3 |
3 |
3 |
3,0 |
|
Вяз мелколистный (Ulmusparvifolia) |
1,09 |
1,48 |
3 |
3 |
3 |
3,0 |
|
Вяз шершавый (Úlmusglábra) |
0,86 |
1,23 |
3 |
3 |
3 |
3,0 |
|
Клен ясенелистный (Acer negundo L.) |
2,18 |
2,36 |
3 |
3 |
3 |
3,00 |
|
Относительно устойчивые |
||||||
|
Дуб черешчатый (Quércusróbur) |
2,32 |
2,60 |
1 |
3 |
2 |
2,00 |
|
Ива козья (Sálixcáprea) |
1,25 |
1,47 |
3 |
2 |
1 |
2,0 |
|
Клен остролистный (Acerplatanoides) |
1,82 |
2,04 |
2 |
3 |
2 |
2,33 |
|
Конский каштан обыкновенный (Aésculus hippocástanum) |
1,88 |
2,07 |
3 |
2 |
2 |
2,33 |
|
Липа сердцелистная (Tília cordáta) |
1,42 |
1,67 |
3 |
2 |
2 |
2,33 |
|
Орех грецкий ( Júglansrégia ) |
0,90 |
1,32 |
2 |
2 |
2 |
2,00 |
|
Орех маньчжурский ( Júglans mandshúrica ) |
2,11 |
2,20 |
3 |
2 |
3 |
2,66 |
|
Роби́ния ложноака́циевая (Robínia pseudoacácia) |
1,32 |
1,43 |
2 |
2 |
2 |
2,00 |
|
Рябина обыкновенная (Sórbus aucupária ) |
0,79 |
1,45 |
2 |
2 |
2 |
2,00 |
|
Тополь серебристый (Pópulus álba) |
1,20 |
2,2 |
2 |
3 |
3 |
2,66 |
|
Тополь черный (Pópulus nígra) |
1,20 |
1,34 |
2 |
2 |
3 |
2,33 |
|
Черешня обыкновенная (Prunus avium) |
0,47 |
0,55 |
2 |
2 |
2 |
2,00 |
|
Ясень зеленый (Fraxinuslanceolate, viridis ) |
1,20 |
1,34 |
3 |
3 |
2 |
2,66 |
|
Ясень пенсильванский (Frāxinus pennsylvānica) |
1,98 |
2,10 |
2 |
3 |
3 |
2,66 |
|
Ясень обыкновенный (Fráxinus excélsior ) |
1,33 |
1,46 |
3 |
1 |
2 |
2,00 |
|
Малоустойчивые |
||||||
|
Береза бородавчатая (Bétula péndula) |
1,1 |
1,27 |
2 |
2 |
1 |
1,66 |
|
Тополь бальзамический (Populus balsamifera) |
0,66 |
1, 03 |
1 |
2 |
2 |
1,66 |
|
Тополь лавролистный (Populus laurifolia) |
2,01 |
2,19 |
2 |
2 |
2 |
1,66 |
|
Тополь пирамидальный (Pōpulus pyramidālis) |
0,90 |
1,17 |
1 |
2 |
2 |
1,66 |
|
Черемуха обыкновенная (Prúnus pádus) |
0,72 |
1,23 |
2 |
2 |
3 |
1,66 |
Полученные результаты позволяют сделать вывод, что большая часть (15 видов) исследуемых древесных растений относится к категории «относительно устойчивые» (30 % от общего количества опытных растений). Высокую устойчивость показали 4 вида (8 %), и 5 видов (10 %) относятся к категории «малоустойчивые».
Таблица 4 Результаты определения газопоглощения и устойчивости кустарниковых растений
|
Вид |
Интенсивность, г/час |
Емкость (Е), кг |
Устойчивость, баллы |
|||
|
газо-устойчивость |
зимо-стойкость |
засухоус-тойчи-вость |
среднее значение К |
|||
|
Высокоустойчивые |
||||||
|
Калина обыкновенная (Vibúrnumópulus) |
1,45 |
1,79 |
3 |
3 |
3 |
3,0 |
|
Сирень обыкновенная (Syrínga vulgáris) |
0,56 |
0,87 |
3 |
3 |
3 |
3,0 |
|
Шиповник краснолистный (Rosa glauca) |
1,48 |
1,66 |
3 |
3 |
3 |
3,0 |
|
Относительно устойчивые |
||||||
|
Жимолость татарская (Loniceratatarica L.) |
1,75 |
1,90 |
2 |
3 |
3 |
2,66 |
|
Лох серебристый (Elaeagnus commutata) |
1,33 |
1,43 |
2 |
3 |
3 |
2,66 |
|
Смородина золотистая (Ribes aureum) |
1,65 |
1,74 |
3 |
3 |
2 |
2,66 |
|
Снежноягодник белый (Symphoricarpos albus) |
1,9 |
2,28 |
3 |
2 |
3 |
2,66 |
|
Шиповник обыкновенный (Rosa canina) |
1,44 |
1,78 |
2 |
3 |
3 |
2,66 |
|
Шиповник морщинистый (Rósa rugósa) |
0,36 |
0,54 |
2 |
3 |
3 |
2,66 |
|
Малоустойчивые |
||||||
|
Акация желтая (Caragána arboréscens) |
1,44 |
1,96 |
3 |
2 |
2 |
2,33 |
Анализ данных таблицы 4 свидетельствует о том, что исследуемые виды кустарниковых растений продемонстрировали более высокую устойчивость как к воздействию сернистого ангидрида, так и к особенностям регионального климата. Наибольшую группу составляют относительно устойчивые виды кустарников – 12 % (от общей выборки), к высокоустойчивым относятся 6% и 2% ‒ малоустойчивые.
Выводы
Результатом проведенных исследований стала разработка рекомендаций по подбору видового состава древесно-кустарниковой растительности, обладающего оптимальным сочетанием значений всех анализируемых показателей. К данной группе отнесены 11 видов, в том числе 5 деревьев ( Ulmuslaévis, Acer negundo L., Júglans mandshúrica, Fraxinuslanceolate, viridis, Frāxinus pennsylvānica ) и 6 кустарников ( Loniceratatarica L., Vibúrnumópulus, Ribes aureum, Symphoricarpos albus, Rosa glauca, Rosa canina ).
Вышеуказанные растения, продемонстрировавшие в ходе эксперимента повышенную способность к поглощению сернистого ангидрида и обладающие высокой толерантностью к специфическим особенностям регионального климата, в конечном счете рекомендованы авторами к использованию с целью озеленения улиц и обустройства СЗЗ промышленных предприятий г. Оренбурга, что позволит повысить эффективность защиты населения.
Исследования выполнены в рамках госбюджетной НИР № ГР 01201167490.
Список литературы Экологическое обоснование целевой реорганизации защитных насаждений г. Оренбурга
- Быков Б.А. Экологический словарь. -Алма-Ата: Наука,1983. -216 с.
- Пат. № 2213361 РФ, МПК B 63 B 35/62, 35/58 Способ определения степени загрязнения атмосферы серосодержащими соединениями городских и прилегающих к ним территорий методом фитоиндикации/О.А. Неверова, А.А. Быков; заявитель и патентообладатель Кемеровский научный центр СО РАН. -№ 2002100332/13; заявл. 03.01.2002; опубл. 27.09.2003.
- Государственный доклад о состоянии и об охране окружающей среды Оренбургской области в 2013 году/Правительство Оренбургской обл.; сост. В.С. Белов . -Оренбург, 2014. -232 с.
- Морозова З.Ш., Глуховская М.Ю. Экологическая характеристика Оренбургской области //Университетский комплекс как региональный центр образования, науки и культуры: материалы всерос. науч.-метод. конф., 29-31 янв. 2014 г., Оренбург/М-во образования и науки Рос. Федерации, Федер. гос. бюджет. образоват. учреждение высш. проф. образования «Оренбург. гос. ун-т». -Оренбург, 2014. -С. 963-967.
- Шерстюк В.В., Евстифеева Т.А. Изучение динамики качества атмосферного воздуха и воды поверхностных водных объектов оренбургской области за период с 2005 по 2011 год//Научное творчество XXI века: сб. тр. Ч. 2. -Красноярск: Изд-во «Научно-инновационный центр», 2012. -С. 475-479.
- Кононова И.В. Научное обоснование совершенствования организации медицинской и социальной помощи населению старше трудоспособного возраста в субъекте Российской Федерации: дис.. канд. мед. наук: 14.02.03/И.В. Кононова. -Оренбург, 2015. -153 с.
- Илькун Г.М., Миронова A.C., Мольтрук В.В. Поглощение растениями из воздуха SO2//Растения и промышленная среда. -Киев: Наукова думка, 1971. -С. 40-42.
- Красинский Н.П. Озеленение промплощадок дымоустойчивым ассортиментом/Н.П. Красинский; Гос. акад. коммун. хоз-ва. -М.: Власть Советов, 1937. -219 с.
- Thomas M.D., Hendricks R.H. Effect of air pollution on plants//Air pollution handbook. -N.Y., 1956. -N 9. -P. 45-56.
- Rao D.N. Use of plants as indicators and monitors of sulfur dioxide pollution//Chemistry age India. -1977. -Vol. 28, N 8. -P. 665-672.
