Состояние древесной растительности в городских условиях

Городская растительность способствует повышению ионизации  воздуха, которая очень благотворно воздействует на человека. Так, содержание легких ионов в городских парках составляет около 800-1200 тыс./см³, во дворах-колодцах - 500 тыс./см³, в закрытых многолюдных помещениях – 25-100 тыс./см³ [30, 50].

Нельзя недооценивать и эстетическую ценность растений. Доказано, что растения положительно воздействуют на психологическую и эмоциональную сферу человека. Парки, зеленые уголки, просто цветники помогают горожанину приобрести устойчивость к нагрузкам и стрессам, стремительным темпам жизни. Таким образом, растения в городе способствуют повышению комфортности и улучшению качества городской среды [22, 40].

Декоративно-планировочные функции

Зеленые насаждения могут  иметь как самостоятельное значение (лесопарки, парки, городские сады), так и входить в структуру застройки города в качестве ее органического компонента (районные сады, скверы, бульвары, уличные насаждения, внутриквартальные насаждения). С помощью городских зеленых насаждений разного типа вносятся элементы природы в город, сохраняется связь человека с природой, обогащаются городские ландшафты [19, 44].

Городские зеленые насаждения служат мощным средством индивидуализации отдельных районов и микрорайонов города. С их помощью можно преодолеть монотонность городской застройки, вызванной индустриальными методами строительства и применением типовых проектов [21, 35, 48].

Декоративно-планировочная  роль зеленых насаждений проявляется  уже при использовании небольших  площадок зеленых насаждений, при  уличных посадках, устройстве газонов, цветников. Сочетание зеленых насаждений с городской застройкой особенно эффективно, когда зеленые насаждения входят вглубь застройки, поддерживая ее композицию и декорируя неинтересные поверхности и сооружения. Огромная роль принадлежит зеленым насаждениям в решении проблемы организации отдыха городского населения [22, 32, 47].

Схематично организацию  отдыха городского населения можно  представить следующим образом:

а) Система внутриквартального отдыха рассчитывается непосредственно  на жителей квартала.

б) Система отдыха среди  городских зеленых насаждений общего пользования рассчитывается на жителей  района или города. Она предусматривает  сочетание кратковременного отдыха в скверах и бульварах с  длительным отдыхом в садах и парках.

в) Система отдыха на озелененных пригородных территориях рассчитана на организацию отдыха жителей города и пригородной зоны и предусматривает использование для этих целей крупных лесных массивов (лесов и парков) [31, 47].

Особое место занимают зеленые насаждения промышленных предприятий, больниц, учебных заведений и т.д. Организация отдыха в зеленых зонах данных объектов определяется спецификой каждого из них [22, 38, 39, 45].

1.2 Биоиндикация с помощью высших растений

От загрязнения воздуха  страдают биологические системы разного происхождения. Но, следует иметь в виду, что животные и человек адаптированы к постоянному содержанию в воздухе кислорода, в то время как растения с их ассимиляционным аппаратом приспособлены к значительно более низким концентрациям в атмосфере СО₂, и поэтому более чувствительны к концентрациям вредных веществ в воздухе [1, 27, 36].

По этой причине растениям c помощью растений можно проводить биоиндикацию всех природных сред. Индикаторные растения используются при оценке механического и кислотного состава почв, их плодородия, увлажнения и засоления, степени минерализации грунтовых вод и степени загрязнения атмосферного воздуха газообразными соединениями, а также при выявлении трофических свойств водоемов и степени их загрязнения поллютантами. Например, на содержание в почве свинца указывают виды овсяницы (Festuca ovina и др.), полевицы (Agrostis tenuis и др.); цинка — виды фиалки (Viola tricolor и др.), ярутки (TIaspi alpestre и др.); меди и кобальта — смолевки (Silene vulgaris и др.), многие злаки и мхи. Наиболее удобными для целей биоиндикации являются следующие виды растений: травянистые — сныть обыкновенная (Aegopo-dium podagraria); мать-и-мачеха обыкновенная (Tussilago farfara); древесные: тополь бальзамический (Populus balsamifera); клен остролистный (Acer platanoides) и ясенелистный (A. negundo); береза бородавчатая (Betula pendula); водные — рдест пронзеннолистный (Potamogeton perfoliatus); рдест блестящий (P. lusens); рдест плавающий (P. natans).Кроме указанных растений часто для биомониторинга стабильности развития используют: подорожник большой (Plantago major) как наиболее пластичный вид травянистых растений; манжетку обыкновенную (Alchemilla vulgaris) и клевер гибридный (Тг if о Hum hybridum) и ползучий (Т. rep ens) как луговые виды; ячмень (Hordeum sp.), овес (Avenna sp.) и пшеницу (Triticum sp.) как сельскохозяйственные культуры для оценки состояния агроценозов [5, 25, 27].

Чувствительные фитоиндикаторы указывают на присутствие загрязняющего вещества в воздухе или почве ранними морфологическими реакциями — изменением окраски листьев (появление хлорозов; желтая, бурая или бронзовая окраска), различной формы некрозами, преждевременным увяданием и опаданием листвы. У многолетних растений загрязняющие вещества вызывают изменение размеров, формы, количества органов, направления роста побегов или изменение плодовитости. Подобные реакции обычно неспецифичны [27, 36].

Некоторые естественные факторы могут вызывать симптомы, сходные с антропогенными нарушениями. Так, например, хлороз листьев может быть вызван недостатком железа в почве или ранним заморозком. Поэтому при определении морфологических изменений у растений необходимо учитывать возможность действия других повреждающих факторов [3, 12, 27].

Индикаторы другого  типа представляют собой растения-аккумуляторы. Они накапливают в своих тканях загрязняющее вещество или вредные продукты метаболизма, образуемые под действием загрязняющих веществ, без видимых изменений. При превышении порога токсичности ядовитого вещества для данного вида проявляются различные ответные реакции, выражающиеся в изменении скорости роста и длительности фенологических фаз, биометрических показателей и, в конечном счете, снижении продуктивности. Б.В.Виноградов классифицировал индикаторные признаки растений как флористические, физиологические, морфологические и фитоценотические. Флористическими признаками являются различия состава растительности изучаемых участков, сформировавшиеся вследствие определенных экологических условий. Индикаторное значение имеет как присутствие, так и отсутствие вида. К физиологическим признакам относятся особенности обмена веществ растений, к анатомо-морфологическим признакам — особенности внутреннего и внешнего строения, различного рода аномалии развития и новообразования, к фитоценотическим признакам — особенности структуры растительного покрова: обилие и рассеянность видов растений, ярусность, мозаичность, степень сомкнутости [13, 27].

Очень часто в целях  биоиндикации используются различные  аномалии роста и развития растения — отклонения от общих закономерностей. Ученые систематизировали их в три основные группы, связанные: с торможением или стимулированием нормального роста (карликовость и гигантизм); с деформациями стеблей, листьев, корней, плодов, цветков и соцветий; с возникновением новообразований (к этой группе аномалии роста относятся также опухоли) [27].

Гигантизм и карликовость многие исследователи считают уродствами. Например, избыток в почве меди вдвое уменьшает размеры калифорнийского мака, а избыток свинца приводит к карликовости смолевки.

В целях биоиндикации представляют интерес следующие  деформации растений:

• фасциация — лентовидное уплощение и сращение стеблей, корней и цветоносов;

• махровость цветков, в которых тычинки превращаются в лепестки;

• пролификация — прорастание цветков и соцветий;

• асцидия — воронковидные, чашевидные и трубчатые листья у растений с пластинчатыми листьями;

• редукция — обратное развитие органов растений, вырождение;

• нитевидность — нитчатая форма листовой пластинки;

• филлодий тычинок — превращение их в плоское листовидное образование.

Биомониторинг может  осуществляться путем наблюдений за отдельными растениями-индикаторами, популяцией определенного вида и состоянием фитоценоза в целом. На уровне вида обычно производят специфическую индикацию какого-то одного загрязнителя, а на уровне популяции или фитоценоза — общего состояния природной среды [1, 27].

Высшие растения очень  различаются по чувствительности к  разнообразным загрязнителям воздуха.

У растений под действием различного рода стрессоров возникают биохимические, физиологические и морфологические отклонения от нормы. Последние являются часто используемыми показателями в качестве тест-функций, т.к. могут изучаться без специальных лабораторий и обученного персонала, а также имеются испытанные стандартизированные морфологические индикаторы и условия их применения. Морфологические изменения ассимиляционного аппарата – очень удобный  диагностический параметр, который иногда проявляется в виде специфической реакции на стрессор [12, 27].

Фитоиндикационным методом, дающим достаточно надежную экологическую  оценку состояния природных экосистем, является изучение верхушечного и радиального  годичного прироста у древесных  растений, интенсивности транспирации и фотосинтеза, величины и скорости продуцирования биомассы. При оценке лесных экосистем в процессе постепенной деградации насаждений выделяют несколько стадий: фоновую (естественное состояние), преддигрессивную, дигрессивную при сохранении эдификаторной роли древесного яруса, дигрессивную при разрушении древесного яруса, редину, пустошь, техногенную эродированную пустыню. Данные модификации различаются структурой фитомассы видов – эдификаторов, а также отдельных элементов фитоценоза [27].

1.3 Лихеноиндикация

Лихеноиндикация – направление лихенологии (II пол. XX в.), в задачи которого входит изучение влияния  атмосферного загрязнения на лишайники в полевых условиях, нахождение зависимости между характеристиками лишайникового покрова (число видов, присутствие, степень покрытия, синтетический индекс лишайникового покрытия) и параметрами, характеризующими уровни локального и регионального загрязнения [1, 27].

Можно выделить два главных  направления использования лишайников в биоиндикации и биомониторинге антропического загрязнения:

-индикация изменений  загрязнения среды в пространстве;

-мониторинг изменений  загрязнения среды во времени.

Для решения названных  проблем изучаются разные признаки лишайникового покрова, и выводы делаются на основе анализа, как всего  комплекса учитываемых показателей, так и выявленных изменений только одного признака. Суждения базируются на сравнительном изучении видового состава лишайников, формируемых ими группировок, распространении отдельных видов, морфологических изменений слоевищ, физиологических показателей, прироста, концентрации загрязнителей в слоевищах и др.  Для обоснования выводов, получения более интегрированных оценок используются также различные индексы, производится математическое моделирование процессов. Индикация изменений качества воздуха осуществляется на разных уровнях: это большие и малые города, территории вокруг промышленных предприятий, рекреационные зоны, а также крупные административно-территориальные образования [4, 27].

Способность поглощать  из воздуха и накапливать минеральные вещества обернулась бедой для многих видов лишайников, живущих в индустриальных районах. Пылегазовые загрязнение атмосферы оказывает заметное влияние на цвет, форму и структуру слоевищ лишайников. Вдали от источников загрязнения многие лишайники, особенно листоватые и кустистые, окрашены ярко. По мере приближения к источнику загрязнения цвеи лишайников тускнеет, в нем проявляются серые, коричневые или фиолетовые оттенки. Вблизи «лишайниковой пустыни» у листоватых лишайников по краям лопастей появляются каемки беловатого налета (некротические пятна) [4, 27, 30, 45].

Лишайники весьма чувствительны  к загрязнению воздуха и поэтому  быстро погибают в крупных городах, а также вблизи заводов и фабрик. По этой причине они могут служить  индикаторами загрязненности воздуха вредными веществами.

Видовой состав лишайников в различных частях городов оказался настолько различным, что исследователи в пределах городов выделяют так называемые зоны лишайников: относительно чистую, умеренного и критического загрязнения, «лишайниковую пустыню» [29, 27].

В основе изменения видового состава лишайниковых сообществ  под влиянием загрязнения лежит  дифференциальная чувствительность различных  видов к воздействию поллютантов. Большое количество данных, касающихся распространения видов, и длительный мониторинг по определению концентраций поллютантов в местах их произрастания позволяют составить точные количественные шкалы чувствительности видов к различным загрязнителям. Выделяют несколько групп лишайников по их чувствительности к газообразным загрязнителям:

1. Устойчивые к загрязнению – виды, покрытие которых под действием загрязнения (на расстоянии от 30 км от источника) уменьшается в 10 раз (преимущественно в 3-5 раз). А также виды, встречающиеся на других субстратах на расстоянии 8-15 км от источника загрязнения и демонстрирующие свою биологическую устойчивость. Lecidea flexuosa, Lecanora fuscescens, Parmeliopsis ambigua, Parmeliopsis hyperapta.  В незагрязненных условиях это обильные виды. К этой группе относят ряд эпигейных представителей родов Cladonia и Cetraria. В незагрязненных условиях это довольно редкие виды, встречающиеся у основания деревьев. На загрязненных территориях процветают: Scoliciosporum chlorococcum, Lecanora conizaeoides.
2. Чувствительные к действию атмосферного загрязнения – виды, покрытия которых под действием загрязнения (на расстоянии 30 км) уменьшается более чем в 10 раз. Parmeliopsis aleurites, Bryoria simplicor, Hypogymnia physodes, Ohrolichia anarogyna. В фоновых условиях эти виды являются доминантными, а Parmeliopsis aleurites – один из основных видов, формирующих лишайниковый покров на стволах сосен. Особое внимание исследователей привлек лишайник гипогимния вздутая (Hypogymnia physodes), серые, узколопастные слоевища которой часто встречаются на стволах хвойных. Он широко распространен на территории Европы и при концентрации сернистого газа 0,23 мг/м³ воздуха этот лишайник полностью отмирает за 29 суток. При меньшей концентрации сернистого газа (0,08 мг/м³) после 8 – суточного воздействия некроз занимал 60% площади слоевища.
3. Очень чувствительные – не присутствуют на стволах на расстоянии 30 км от источника, но не сразу выпадают, а встречаются на других субстратах. Cetraria chlorophylla, Cetraria sepincola, Bryoria fremontii, Mycoblastus sanguinarius.  В незагрязненных районах они встречаются менее чем в 5 % описаний.
4. Не переносящие загрязнений – виды, на расстоянии 30 км от источника, под действием загрязнений исчезают отовсюду, полностью выпадают из лишайниковой растительности. В незагрязненных районах они встречаются менее чем в 1 % описаний. Usnea hitra, Bryoria furcellata, Evernia mesomorpha, Platismatiaglauca [6, 27].