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
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.
