Оценка состояния дендрофлоры насаждений искусственного происхождения (на примере г. новодвинска)
На правах рукописи
ХРУЩЕВА Светлана Владимировна
ОЦЕНКА СОСТОЯНИЯ ДЕНДРОФЛОРЫ
НАСАЖДЕНИЙ ИСКУССТВЕННОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ
(на примере г. Новодвинска)
06.03.01 - Лесные культуры, селекция, семеноводство
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание учёной степени
кандидата сельскохозяйственных наук
Архангельск – 2010
Работа выполнена в ФГАОУ ВПО «Северный (Арктический) федеральный университет»
Научный руководитель: доктор сельскохозяйственных наук,
профессор Бабич Николай Алексеевич
Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук, профессор
Беляев Владимир Васильевич;
кандидат сельскохозяйственных наук, доцент Хамитов Ренат Салимович
Ведущая организация: Институт леса Карельского научного центра РАН
Защита состоится 6 октября 2010 г. в 14:00 часов на заседании диссертационого совета Д 212.008.03 при ФГАОУ ВПО «Северный (Арктический) федеральный университет» по адресу: 163002 г. Архангельск, наб. Северной Двины, 17, главный корпус, ауд. 1228.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Северного (Арктического) федерального университета.
Автореферат разослан «___» _____________ 2010 г.
Учёный секретарь
диссертационного совета Клевцов Д.Н.
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы. В настоящее время уровень антропогенного воздействия на биосферу в целом и отдельные экосистемы, в частности, непрерывно возрастает, что влечет за собой их деградацию. С экологических позиций, территорию города необходимо рассматривать как рукотворную урбоэкосистему, существующую за счет постоянного внешнего воздействия человека. Вода, воздух, почва в условиях урбанизированной среды города являются лишь «буферами» загрязнения, а при сильной степени загрязнения сами являются источниками экологической опасности, не поддающимися быстрому восстановлению (Строганова, 1997). Загрязнение атмосферы, учитывая его комбинированное влияние, широкое распространение и множественность эффектов воздействия, является одним из самых опасных факторов деятельности человека.
На улучшение качества городской среды влияет общая площадь и состояние зелёных насаждений. Деревья и кустарники очищают воздух от пыли, загрязняющих веществ, обогащают его кислородом, снижают содержание в нём углекислого газа, ослабляют городской шум и в целом создают комфортную среду для человека. Антропогенные загрязнения городской среды сказывается на состоянии зелёных насаждений: длительное воздействие вредных выбросов даже в малых дозах вызывает необратимые изменения в растениях. Патология повреждений сначала проявляется на физиолого-биохимическом уровне, в дальнейшем приводит к развитию видимых симптомов: поражаются ткани листьев хлорозом и некрозом, лиственные породы сбрасывают листья раньше окончания вегетационного периода, снижается устойчивость к естественным неблагоприятным факторам среды (Уфимцева, Терёхина, 2000). Поэтому оценка состояния деревьев и кустарников и степени влияния на них антропогенных факторов, в том числе на воздушную и почвенную среды обитания дендрофлоры, становится особенно актуальной.
Цель диссертационной работы — проведение комплексной оценки состояния дендрофлоры искусственно созданных насаждений в условиях городской среды Европейского Севера.
Для решения поставленной цели разрабатывались следующие программные вопросы:
1. Оценка видового разнообразия древесной и кустарниковой растительности и её состояния;
2. Исследование повреждений ассимиляционного аппарата;
3. Изучение репродуктивной способности деревьев и кустарников;
4. Характеристика почвенных условий произрастания растений (морфологи ческие характеристики и агрохимические свойства городских почв);
5. Определение содержание серы и свинца в листьях деревьев;
6. Исследование видовой представленности и состояния эпифитной лихенофлоры.
Научная новизна. В условиях города Новодвинска проведена комплексная оценка состояния дендрофлоры, произрастающей в условиях загрязнения атмосферы города. Исследованы репродуктивные свойства деревьев и кустарников. Дана характеристика почвенных условий произрастания растений в городской среде. Изучена эпифитная лихенофлора как показателя индикации загрязнения воздушной среды.
Практическая значимость. Использование материалов исследований позволяет определить степень ослабленности древесных и кустарниковых растений и меры по предотвращению влияния неблагоприятных факторов на них. Своевременное выявление патологических изменений в состоянии зелёных насаждений позволит дать оценку и прогноз развития ситуации. Данная работа может быть использована для разработки комплекса мер, направленных на создание, сохранение и повышение устойчивости городских насаждений. Полученные данные о видовом разнообразии эпифитной лихенофлоры могут служить исходной точкой начала биологического мониторинга за состоянием городских зелёных насаждений.
Обоснованность и достоверность результатов исследований обеспечивалась применением современных методик проведения исследований и достаточно обширным объёмом экспериментального материала, обработанного с применением современных компьютерных технологий.
Личный вклад. Диссертантом сформулированы цель и программные вопросы, выбран методический подход к их решению. В течение 2003–2009 гг. собран экспериментальный материал, выполнен анализ результатов исследований, сформулированы выводы и практические рекомендации.
Апробация и публикации работы. Основные положения и результаты исследований доложены на XII и XIII молодёжных научных конференциях института биологии Коми НЦ УрО РАН «Актуальные проблемы биологии и экологии» (Сыктывкар, 2005, 2006), на ежегодных научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава АГТУ (С(А)ФУ). По материалам исследований опубликованы 6 работ, в том числе одна в издании по перечню ВАК России.
Структура и объём диссертации. Диссертационная работа изложена на 200 страницах машинописного текста и состоит из введения, 7 глав, выводов и рекомендаций, приложений. Список литературы содержит 224 наименования, в том числе 10 на иностранных языках. Текст иллюстрирован 37 таблицами и 18 рисунками.
Работа выполнена на кафедре лесных культур и ландшафтного строительства АГТУ (С(А)ФУ) в процессе обучения соискателя в аспирантуре очной формы (2003–2006 годы).
- СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ОБОСНОВАНИЕ ТЕМЫ
Искусственные зелёные насаждения являются важным средообразующим компонентом городских экосистем, во многом определяющим формирование оптимальных условий для жизни людей. При этом атмосферные загрязнения города вредны для древесных растений, их жизнедеятельности, роста, развития, плодоношения.
Для оценки причин и последствий влияния неблагоприятных экологических факторов на дендрофлору используются различные методы (Рябинин, 1965; Жеребцова, Покалов, 1988; Зайковская, 1990; Ившин, 1993; Феклистов, 1999; Костина, Прожерина, Тарханов, 1999; Юсупов, Луганский, Залесов, 1999; Коновалов, Зарубина, 1999; Уфимцева, Терёхина, 2000; Кононюк, Вотчинцова, 2000; Ежов, 2000; Жидков, 2000; Городков, 2000; Шабнов, 2003; Цветков, Цветков, 2003; Николаевский, 2002; Папулов, 2004 и др.).
В воздушный бассейн Архангельского промышленного узла от местных источников поступают вредные примеси, многокомпонентный состав которых обуславливает сложный комплекс воздействий на человека и окружающую природную среду (Пуканов, Лобанова, 2000). Зелёные насаждения способны локализовать и в некоторой степени нейтрализовать дымовые выбросы в атмосферу (Денисов, 1982), но многие химические элементы, накапливаясь в растениях, оказывают токсичное воздействие на них и ухудшают их функциональное состояние. Имеет яркое визуальное проявление разрушение пигментов и отмирание тканей, нарушение процессов метаболизма — это ответные реакции растений на загрязнение городской среды, которое по своей специфике носит геохимический характер (Уфимцева, Терёхина, 2000; Мониторинг …, 2001). Некрозы, хлорозы, усыхание являются следствием нарушения комплекса физиологических процессов. При этом, находясь под влиянием разнообразных факторов, насаждения в большей степени подвергаются поражению вредными организмами, вследствие этого растения не только теряют свою декоративность, но и нередко гибнут.
В результате анализа литературных источников был сделан вывод, что улучшить условия окружающей среды и продлить сроки эффективного функционирования искусственно созданных зелёных насаждений города можно путём внедрения в них наиболее устойчивых видов, что предопределяет формирование экологического равновесия, гармоничного и целенаправленного совместного развития урбанизированных территорий и природной среды.
- ЕСТЕСТВЕННО-ИСТОРИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ И СОСТОЯНИЕ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ НОВОДВИНСКА
Город Новодвинск расположен в зоне избыточного увлажнения. Количество выпадающих осадков обычно удовлетворяет потребности растений во влаге. Решающим фактором, определяющим успешность выращивания здесь древесных растений, является тепловой режим вегетационного периода и в первую очередь минимальные температуры, которые они могут переносить без существенной потери своих декоративных качеств. По теплообеспеченности и продолжительности вегетационного периода Новодвинск находится в умеренно-холодном агроклиматическом районе (Малаховец, Тисова и др., 1999).
Средняя годовая температура воздуха составляет +0,8 °С. Средняя температура самого тёплого месяца (июля) +15°С, самого холодного (января) –12 °С, относительная влажность воздуха 63 и 88 % соответственно. Период с температурами выше +10 °С длиться 90–95 дней и сумма положительных температур составляет 1100–1300 °С. Продолжительность вегетационного периода в среднем 144 дня. Сумма осадков за год 500–530 мм (Климат …, 1982).
Город Новодвинск — один из центров целлюлозно-бумажной промышленности России. Его возникновение и развитие связано со строительством и ростом Архангельского ЦБК, который находится в черте города и вносит основной вклад в загрязнение воздушной, водной и почвенной среды — 97–98 % от всех выбросов и сбросов (Ферару, 2001; Обзор загрязнения …, 2003). Высокий уровень загрязнения воздуха обусловлен повышенными концентрациями бенз(а)пирена, формальдегида и в отдельные периоды метилмеркаптана.
Изучение видового состава эпифитного лишайникового покрова проведено на деревьях и кустарниках объектов озеленения города. Более детально обследовался эпифитный лишайниковый покров, на стволах тополя бальзамического, как наиболее распространённой древесной породы (на 7 объектах). Для описания состояния эпифитных лишайниковых группировок использовали количественные показатели: проективное покрытие стволов лишайниками-эпифитами, их общее количество на объекте (Горшков, 1991; Кочерина, 1998; 1999; Кочерина, Тарханов, Лобанова, 2000; Жидков 2000).
Были выявлены 12 видов лишайников, относящихся к 10 родам. Доминантами эпифитных лишайниковых группировок, так же как и в черте городов Архангельска и Северодвинска (Кочерина, 1998; 1999; Кочерина, Тарханов, Лобанова, 2000), являются нитрофильные и ацидофильные виды, устойчивые к действию серы и азота. На всех изучаемых объектах регистрировались: листоватые лишайники — ксантория постенная (Xantohoria parientina (L.) Tr. Fr.), фисция аиполия (Physcia aipolia (Ehrh.) Hampe), фисция припудренная (Physcia pulverulenta (Schreb.) Hampe), гипогимния вздутая (Hipogymnia phisodes (L.) Nyl.); накипные лишайники —лецидея скрученная (Lecidea sorediza Nyl.), калициум вериде (Calicium veride(L.)), калоплака sp. (Caloplaca sp.).
Наибольшее число видов эпифитных лишайников (12 видов) обнаружено на территории объекта №5 (больничный городок). Здесь встретились в единственном экземпляре кустистые лишайники: уснея жёсткая (Usnea hirta (L.) Wigg.emend. Mot.), рамалина sp. (Ramalina sp.), алектория перепутанная (Alektoria implexa (Hoffm.) Nyl.) и алектория sp. (Alektoria sp.).
Таблица 1. Проективное покрытие (%) эпифитами ствола тополя
бальзамического на разной высоте от поверхности земли
| Расположение лишайников по высоте ствола, см | Среднее суммарное покрытие лишайниками, % | ||||||
| № 1* 0,5 км | № 2 1,2 км | № 3** 1,4 км | № 4 1,7 км | № 5 1,8 км | № 6 2 км | № 7 2,2 км | |
| Выше 130 | 5 | 5 | 6,2 | 9,8 | 9,8 | 7,6 | 5 |
| 20-130 | 8,2 | 7,8 | - | 10,3 | 10,5 | 8,5 | 7,8 |
| 0-20 | 0 | 0 | - | 0,2 | 0,2 | 0,3 | 0 |
* номер объекта и удаление от основного источника выбросов
**на данном объекте стволы деревьев покрыты побелкой до высоты 130 см.
На высоте ствола от 20 до 130 см зафиксировано наибольшее суммарное проективное покрытие эпифитами (табл. 1), при этом лишайники почти не заселяют прикомлевую зону стволов (0–20 см).
По результатам исследований можно сделать вывод о мозаичном рассеивании аэротехногенных выбросов, так как распределение эпифитных лишайников по территории города неоднородно. Ухудшение показателей состояния эпифитного лишайникового покрова прослеживается по мере приближения к промышленной территории, но строгой разграниченности территории по зонам влияния не наблюдается.
3. КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ОБЪЕКТОВ, МЕТОДИКА
и объём исследований
Исследования проводились на всей территории зелёных насаждений города Новодвинска в течение 2003–2009 гг. Изучаемые искусственные насаждения имеют различный породный состав, густоту и площадь. Древесные и кустарниковые породы, являющиеся объектами наших исследований, формируют насаждения парков, скверов, дворов, а также произрастают в виде линейных посадок вдоль дорог. В основном они представлены лиственными породами (99 %).
Описание почв насаждений проводили согласно общепринятым методикам с учетом рекомендаций по изучению городских почв (Паршевников, 1974; Почва.…, 1997; Наквасина, Шаврина, 1998; Герасимова, Строганова, Можарова, Прокофьев, 2003; Наквасина, 2006; Наквасина, Серый, Семёнов, 2007). Отбор, хранение и транспортировка проб почв, отобранных для анализа на биофильные элементы, содержание серы и тяжелых металлов, осуществлялись в соответствии с ГОСТ 17.4.4.02–84.
Дендрометрическая оценка зелёных объектов города проводилась по следующим параметрам: видовое название дерева или кустарника, высота, диаметр ствола на высоте 1,3 м (для деревьев), жизненное состояния растения и балл эстетического состояния. Категорию жизненного состояния деревьев определяли по сумме признаков шкалы категорий состояния лиственных пород (Санитарные правила…, 1998; Ширяева, Гаршина, 2001). Балл эстетического состояния насаждений определяли с помощью шкалы оценки воздействия патологических факторов на эстетическое состояние зелёных насаждений (Ширяева, Гаршина, 2001). Фиксировались: наличие деревьев с признаками ослабления, усыхания, суховершинности; наличие повреждений листвы (некрозы, хлорозы, доминирующие виды вредителей, болезней); распространённость обнаруженных явлений. Изучалось влияние поражения марсониозом (бурой пятнистостью) листьев тополя бальзамического на густоту кроны, облиственность ветвей. Грибные болезни и насекомые-вредители были определены с помощью определителей в лабораторных условиях (Гусев, Римский-Корсаков, 1951; Черемисинов, Негруцкий, Лешковцева, 1970).
Аккумуляция свинца в почве и листьях древесных пород изучалась на улицах с наиболее интенсивным движением автотранспорта (Ильин, 1991; Зайковская, 1991; Экологический мониторинг, 2008).
Определение содержания серы в листьях тополя бальзамического, берёзы пушистой, осины проводилось на территории города, а также вне зоны влияния Архангельского ЦБК, в селе Емецк Холмогорского района. Были взяты растительные и почвенные пробы для определения валового содержания серы в листьях и её подвижных форм в почве (Гришина, 1990).
Пылезадерживающая способность дендрофлоры изучалась путём измерения количества пыли, осаждаемой различными древесными породами на 1 м площади листовой поверхности (Гусев, 1952; Экологический мониторинг, 2008).
Качество семян проверяли согласно ГОСТ 13056.1–67–13056.11–68 (1998). Всхожесть и энергию прорастания семян определяли методом проращивания в климатокамере «Фитотрон-30». Массу 1000 шт. семян определяли согласно ГОСТ 13056.4–67 путём взвешивания на электронных весах HL-100 с точностью до 0,01 г. Измерение размеров семян (длины, ширины, толщины) проводили с помощью электронного штангенциркуля с точностью до 0,01 мм.
Для установления видового состава древесной и кустарниковой растительности исследовано более 2100 деревьев (высота, диаметр, состояние) и 5226 кустарников (высота, состояние). Видовой состав живого напочвенного покрова исследован на 180 площадках. Для исследования марсониоза поражающего тополь бальзамический, изучено 926 тополей (на 11 объектах).
На базе ФГУ САС «Архангельская» проведены анализы почвенных проб. Для всех образцов (53 пробы) городских почв определено содержание основных элементов питания растений. Для верхних горизонтов городских почв (16 проб) определено содержание общего азота. Для определения валового содержания серы исследовали 22 почвенные и 21 лиственную пробы; свинца — 8 почвенных и 6 лиственных проб. Образцы из генетических горизонтов дерново-подзолистых почв трех почвенных разрезов (разрезы № 17; 18; 19) исследовались в почвенной лаборатории кафедры лесоводства и лесоведения АГТУ (С(А)ФУ).
Для изучения репродуктивных свойств интродуцированных и местных видов произведено 810 замеров линейных размеров семян, выполнено 30 взвешиваний для вычисления массы 1000 штук семян всех пород, и 36 взвешиваний для установки массы 100 плодов.
Эпифитный лишайниковый покров исследован на 7 объектах, подробно обследовано 215 деревьев, сделано 2016 описаний и измерений.
Выполненный объём исследований, систематизация и статистическая обработка собранного материала, а также применение вариационной статистики и корреляционного анализа позволяют сделать научно обоснованные достоверные выводы и дать практические рекомендации.
4. ПОЧВЕННЫЕ УСЛОВИЯ ГОРОДА
На территории Новодвинска наиболее распространены урбанозёмы и реплантозёмы. В профиле почв сочетаются различные слои искусственного происхождения, они представлены чаще всего горизонтами: урбиком дерновым (Ud) и урбиком гумусированым (Uh) и дёрном (Аd). Горизонт урбик чаще всего характеризуется бесструктурностью и опесчаненостью. С течением времени по своим характеристикам верхние горизонты приобретают черты горизонта 
. Более глубокие слои представлены насыпным песком (S) и урбиком перемешанным (U). Также встречаются горизонты состоящие целиком из строительного мусора (L) — битой кирпичной крошки, щебня или шлака.
В составе напочвенного покрова изученных объектов города преобладают злаковые — от 50 до 80 % площади. Большинство газонов сформировались способом естественного заращивания, о чём свидетельствуют наличие большого количества сорной растительности, по своему составу они близки к луговым фитоценозам.
Для почв города характерно наличие резкой границы между двумя горизонтами, различающимися структурой, сложением, плотностью, окраской и химическим составом, что обусловлено характером их формирования. (Образование большинства городских почв происходило в результате их перемещения с природных мест залегания, что в равной степени деформирует их структуру и порядок расположения горизонтов).
Значения показателей агрохимических свойств урбанозёмов городов (табл. 2) находятся почти в одинаковых пределах.
По основным химическим показателям почвы Новодвинска значительно отличаются от естественных ненарушенных дерново-подзолистых почв. Высокое содержание фосфора и калия, по сравнению с природными почвами Парка, может быть связано с наличием в них мусора и строительных обломков. Следует отметить, что по содержанию подвижного фосфора почвы Новодвинска уступают почвам Архангельска и Москвы (Строганова, Мягкова, Прокофьева, 1997; Наквасина, Пермогорская, Попова, 2006). При этом количество подвижного калия в них больше, чем в урбанозёмах Архангельска, но в два раза меньше, чем в почвах Москвы и Санкт-Петербурга.
Таблица 2. Сравнительная характеристика агрохимических свойств
урбанозёмов городов и дерново-подзолистых почв
| Показатель | Урбанозёмы Москвы и Санкт-Петербурга (Строганова и др., 1997) | Урбанозёмы Архангельска (Наквасина и др., 2006) | Урбанозёмы Новодвинска (наши данные) | Дерново-подзолистые (наши данные) |
| рН водной | < 8 | 5,0–7,36 | 5,1–7,6 | 5–5,2 |
| рН солевой | Нет данных | 3,96–7,30 | 4,7–7,1 | 3,8–4,3 |
| Подвижный фосфор, мг/кг | 50–1500 | 54–1420 | 178–805 | 10–73 |
| Подвижный калий, мг/кг | 20–1000 | 23–407 | 31–514 | 28–188 |
| Общий азот, % | 0,03–0,60 | 0,07–0,76 | 0,17–0,65 | Нет данных |
| Содержание органического вещества, % | 2–7 | 1,14–21,37 | 3,24–27,5 | 8,19–8,28 |
| Степень насыщенности основаниями, % | < 100 | 1,2–99,3 | 76,4–97,7 | 28,1–36 |
Большая часть верхних горизонтов городских почв характеризуются нейтральной реакцией среды солевых вытяжек.
Городские почвы Новодвинска являются достаточно благоприятными для роста и развития растений, несмотря на наличие мусора, бесструктурность, переуплотнённость и повышенную антропогенную нагрузку. В них довольно высокое (по сравнению с ненарушенными дерновыми почвами) содержание органического вещества (3,24–27,5 %), азота (0,17–0,65 %), подвижных форм фосфора (178–805 мг/кг) и калия (31–514 мг/кг).
Реакция среды городских почв в поверхностных корнеобитаемых горизонтах благоприятнее для растительности, чем природных почв.
5. ВИДОВОЙ СОСТАВ И ОЦЕНКА СОСТОЯНИЯ ДРЕВЕСНОЙ
И КУСТАРНИКОВОЙ РАСТИТЕЛЬНОСТИ
На территории города произрастают 16 видов деревьев и 14 видов кустарников. Самыми многочисленными являются: тополь бальзамический (Populus balsamifera (L.)) — 51 %, берёзы пушистая (Betula pubescens (Ehrh.)) и повислая (B. pendula (Roth.)) — 27 %, осина (Populus tremula (L.)) — 6 %. Встречаются также вязы гладкий (Ulmus laevis (Pall.)) и шершавый (U. scabra ( Mill.)) — 4 %, липа мелколистная (Tilia cordata (Mill.))—3 %, ивы (5 %): козья ( Salix carpea (L.)), трёхтычинковая (S. triandra (L.)), узколистная (S. acutifolia(L.)).
По степени жизненного состояния (табл. 3) основная часть деревьев относиться к категориям «условно здоровые», «ослабленные», «сильно ослабленные». В наибольшей степени ослабленное состояние имеют осина и тополь бальзамический.
Таблица 3. Жизненное и эстетическое состояние основных древесных пород
| Древесная порода | Средние значения | Распределение древесных пород по жизненному состоянию, % | ||||||||
| высота, м | диаметр, см | показатель эстетического состояния, балл | условно здоровые | ослабленные | сильно ослабленные | усыхающие | сухостой текущего года | сухостой прошлого года | старый сухостой | |
| Тополь бальзамический* | 12,5±0,5 | 33,6±0,2 | 3 (удовл.) | 5 | 45 | 38 | 10 | 1 | 1 | - |
| Берёза пушистая | 8,9±0,6 | 17,8±0,1 | 2,4 (хор.) | 39 | 21 | 26 | 12 | 1 | 1 | - |
| Осина | 9,5±0,4 | 21,1±0,3 | 3 (удовл.) | 26 | 26 | 31 | 15 | 2 | - | - |
| Вяз гладкий | 8,9±1,4 | 23,4±1,0 | 2,5 (удовл.) | 18 | 53 | 29 | - | - | - | - |
| Липа мелколистная | 9,0±0,4 | 21,6±1,7 | 1,1 (оч. хор.) | 56 | 33 | 11 | - | - | - | - |
*порода-интродуцент.
К категории «условно здоровые» относятся только 5 % тополей. Фитосанитарное состояние тополя бальзамического ухудшают: отмирание ветвей первого и второго порядка (40 % деревьев), некроз ствола (29 %), наличие водяных побегов на стволе (45 %). Среди болезней доминирует марсониоз листвы (Marssonina populi (Lib.) Sacc) — на 61 % крон. На фоновой территории (с. Емецк) данное поражение ассимиляционного аппарата не регистрировалось.
Более здоровой является берёза пушистая: 39 % деревьев имеют крону и ствол без отклонения от нормального развития. Чаще всего ухудшают её состояние отмирание ветвей первого порядка (34 %); опухолевидный рак ветвей (26 %), повреждения насекомыми (берёзовой жёлтой тлёй (Calaphis betulae Mord.) и берёзовой трубчатой молью-пестрянкой (Gracilaria betulicola Ner.)) (на 16 %). На 23 % деревьев встречаются хлорозы.
Жизненное состояние осины почти равномерно распределено по трём категориям оценки (табл. 3). На деревьях часто встречается отмирание ветвей (42 %), поражение ветвей и ствола некрозом (39 %). Доминирующим насекомым–вредителем осины является бурая тополёвая тля (Chaitophorus populi. L.).
Эстетическое состояние определяли для каждой породы как средневзвешенную величину. Если значение больше или равно 1 баллу, то эстетическое состояние дерева очень хорошее, 1,5 — хорошее, 2,5 — удовлетворительное, 3,5 — неудовлетворительное, 4,5 — плохое. Необходимость введения этого показателя диктуется одной из главных функций городских насаждений — рекреационной. Удовлетворительное значение данного показателя имеют тополь бальзамический (3), осина (3) и вяз гладкий (2,5). Лучшие показатели на большинстве объектов у берёзы пушистой (2,4) и липы мелколистной (1,1).
В Новодвинске большинство кустарников — интродуценты. Из них самыми распространёнными являются: акация жёлтая или карагана древовидная (Caragana arborescent (Lam.)) — 56 %, жимолость татарская (Lonicera tatarica (L.)) — 14 %, сирень венгерская (Syringa josikae (Jaeg.)) — 12 %, и аборигенный вид — роза иглистая (Rosa ascicularis (Lindl)) — 6 %.
Снижение качественного состояния акации жёлтой до 34 % (табл.4) происходит за счёт поражения её листвы мучнистой росой, вызываемой грибом Trichocladia caragane, и распространения акациевой тли (Acyrthosiphon caraganae), следствием этого являются признаки усыхания кроны кустарника. Хорошее состояние имеет сирень венгерская (90 %), состояние которой ухудшают только наличие усыхающих ветвей и механические повреждения.
В Новодвинске деревья испытывают весьма существенную антропогенную нагрузку, которая в большей (тополь бальзамический, осина) или меньшей (берёза пушистая, вяз гладкий) степени, вызывает дестабилизацию процессов их развития. Это выражается в повреждениях ассимиляционного аппарата и ствола деревьев.
Для улучшения эстетического облика города необходимо увеличить культивирование вяза гладкого, липы мелколистной, аронии черноплодной, кизильника блестящего, лоха серебристого, боярышника кроваво-красного, розы морщинистой. Также необходимо расширить ассортимент газоустойчивых древесных и кустарниковых пород, ввести новые виды в искусственные насаждения.
Таблица 4. Качественное состояние кустарников города
| Вид кустарника | Состояние кустарника | Всего | ||
| хорошее | удовлетворительное | неудовлетворительное | ||
| Акация жёлтая* | 990** 34 | 1778 61 | 153 5 | 2921 100 |
| Сирень венгерская | 565 90 | 54 9 | 4 1 | 623 100 |
| Жимолость татарская | 206 29 | 416 57 | 98 14 | 720 100 |
| Роза иглистая | 304 94 | 13 4 | 6 2 | 323 100 |
| Пузыреплодник калинолистный | 153 100 | - | - | 153 100 |
| Роза морщинистая | 96 91 | 6 9 | - | 105 100 |
| Спирея иволистная | 118 100 | - | - | 118 100 |
| Смородина чёрная | 45 75 | 12 20 | 3 5 | 60 100 |
| Боярышник кроваво-красный | 60 100 | - | - | 60 100 |
| Кизильник блестящий | 42 93 | - | 3 7 | 45 100 |
| Сирень обыкновенная | 27 100 | - | - | 27 100 |
| Дёрен белый | 47 100 | - | - | 47 100 |
| Лох серебристый | 20 100 | - | - | 20 100 |
| Арония черноплодная | 4 100 | - | - | 4 100 |
| ИТОГО | 2587 50 | 1663 32 | 976 18 | 5226 100 |
* порода-интродуцент.
**В числителе — количество кустарников; в знаменателе — процент от общего числа вида.
6. СОДЕРЖАНИЕ СЕРЫ И СВИНЦА В ЛИСТЬЯХ ДЕРЕВЬЕВ И
СПОСОБНОСТЬ ДЕНДРОФЛОРЫ АККУМУЛИРОВАТЬ ПЫЛЬ
Для каждой изученной породы, произрастающей в одинаковых почвенных и атмосферных условиях, характерно различное содержание серы в листьях. Самая большая концентрация этого элемента характерна для тополя бальзамического — в городских условиях она варьирует от 0,321 до 0,461 %; в листьях берёзы пушистой её почти в два раза меньше от 0,169 до 0,224 %. Средние значения содержания серы в листьях городских насаждений превышают фоновые (рис. 1).
Рис. 1. Среднее содержание серы в листьях
Таблица 5. Валовое содержание (%) серы в листьях и её подвижных
форм (мг/кг) в почве
| Номер и местоположение почвенного разреза | Название почвы | Почва | Листья, % | |||
| глубина, см | содержание мг/кг | тополь бальзамический | берёза пушистая | осина | ||
| (№ 6) ул. Мира | Урбанозём перемешанный слабогумусированый маломощный | 0–20 21–40 | 6,5 6,5 | 0,431 | 0,169 | 0,252 |
| (№ 10) ул. Новая | Реплантозём перемешанныйслаборазвитый | 0–20 21–40 41–60 61–80 81–100 | 10,4 10,4 6,9 6 6 | 0,461 | 0,176 | 0,262 |
| (№ 15) ул. Двинская | Урбанозём насыпной слабогумусированый маломощный на насыпном песке | 0–20 21–40 41–60 | 8,5 5,9 5,9 | 0,301 | 0,178 | 0,253 |
В трёх почвенных профилях было определено содержание подвижной формы серы для всех горизонтов (табл. 5); характер её распределения по глубине можно назвать убывающим. Содержание подвижной формы серы в почвенном профиле не всегда влияет на её валовое содержание в листве изучаемых древесных пород.
Для изучения содержания свинца в листьях древесных пород и почве отбирались образцы листьев тополя бальзамического, берёзы пушистой и осины, растущих вдоль проезжей части улиц(табл. 6). По нашим данным, берёза пушистая аккумулирует в два раза больше свинца, чем тополь бальзамический.
Таблица 6. Содержание свинца в почве и листьях деревьев
| Местоположение объектов | Максимальная интенсивность движения автотранспорта, маш./ч | Среднее валовое содержание свинца в почве, мг/кг | Древесная порода | Содержание свинца в листьях, мг/кг |
| г. Новодвинск (наши данные): ул. Димитрова | 247 | 11,5 | Тополь бальзамический | 0,27 |
| Берёза пушистая | 0,71 | |||
| ул. Мира | 412 | 15,2 | Береза пушистая | 0,75 |
| ул. Третьей Пятилетки | 878 | 22,4 | Тополь бальзамический | 0,37 |
| Берёза пушистая | 1,19 | |||
| Осина | 0,73 | |||
| г. Северодвинск (Бабич, Залывская, Травникова, 2006) | - | 35 | Тополь бальзамический | 0,92 |
| Берёза пушистая | 1,46 | |||
| г. Архангельск (Корельская, 2008) | - | 59-106 | Тополь бальзамический | 1,7 |
| Берёза пушистая | 2,91 | |||
| Фоновое содержание для европейской части России (Мониторинг …, 2001) | - | 2,8-38 | Растительность | 0,7–12 |
| ПДК (ГОСТ 17.4.1.02–83) | - | 32 | - | - |
В основе пылезащитных и пылеулавливающих свойств растений лежит физико-механическая (фильтрующая и осаждающая) способность листьев и ветвей (Озеленение..., 1987; Денисов, 1982). По результатам исследования можно отметить ясно выраженное свойство листьев деревьев удерживать на своей поверхности различное количество пыли при одних и тех же условиях запылённости. Исключение составляют липа мелколистная и вяз гладкий, они расположены на большем удалении от проезжей части.
Наибольшее количество пыли на 1 м площади листовой поверхности задерживается кустарниками: жимолостью татарской (0,754 г/м), сиренью венгерской (492 г/м), и деревьями: берёзой пушистой (0,597 г/м) и тополем бальзамическим (0,394 г/м).
7. РЕПРОДУКТИВНАЯ СПОСОБНОСТЬ ДЕРЕВЬЕВ
И КУСТАРНИКОВ
Для оценки репродуктивных свойств деревьев и кустарников изучались биометрические показатели семян и их качество. Как показали наши исследования, в пределах одного вида изменения размеров незначительные. Линейные размеры (длина, ширина, толщина) и объём семян изучаемых растений соответствуют видовым особенностям. По сравнению с литературными данными (Кондратьева, 1989; Искусственное …, 1998; Бабич, Залывская, Травникова, 2008), показатели рассматриваемых пород равны или незначительно отличаются (табл.7).
Таблица 7. Характеристика плодов и семян дендрофлоры
| Порода | Масса 100 шт. плодов, г | Среднее количество семян в плоде, шт. | Масса 1000 семян, г | Длина, мм | Ширина, мм | Толщина, мм | Объём семян, мм | Посевные качества (всхожесть, доброкачественность), % |
| Берёза повислая | - | - | 0,2 0,15-0,30 | 2,2 1,5-2,8 | 1,1 0,6-1,6 | 0,3 0,2-0,5 | 0,4 0,2-0,6 | 41 |
| Боярышник кроваво-красный | 88,9* 87,5-93,2 | 4 2-5 | 38,1 37,1-39,3 | 5,9 2,8-6,5 | 4,4 3,7-5,5 | 3,6 2,5-4,3 | 40,9 34-50,1 | 59 |
| Жимолость татарская | 31,5 30,3-34,4 | 4,8 2-6 | 3,4 3-3,5 | 3 2,6-3,8 | 2,2 1,6-2,7 | 0,9 0,6-1,2 | 3,4 2-4,6 | 84 |
| Акация жёлтая | - | - | 29 27-30,3 | 4,4 3,7-5,3 | 3,1 2,4-3,6 | 3,1 2,4-3,6 | 21,1 13,6-28,9 | 68 |
| Кизильник блестящий | 52,6 54,8-54,8 | 2,5 2-4 | 22,1 20,6-28,5 | 6 5,2-7,2 | 4,8 3,5-5.5 | 2,6 2,2-3,1 | 39,5 32,1-49,6 | 55 |
| Липа мелколистная | - | - | 36,1 28,3-38,1 | 4,7 4,6-5,4 | 5,2 4,6-5,4 | 4,1 3,4-4,4 | 50 44,5-58,3 | 46 |
| Роза иглистая | 873 810-1002 | 17 7-28 | 10,2 9,8-10,7 | 4,9 4-5,3 | 2,4 2-2,8 | 1,8 1,6-2,1 | 10,3 7,5-14,3 | 75 |
| Роза морщинистая | 452 348-506 | 58 24-107 | 6,1 6,0-6,3 | 4,9 3,8-6,6 | 3 2,2-3,5 | 3 2,2-3,5 | 18,1 12,1-25,9 | 22 |
| Сирень венгерская | 91,7 94,9-89,5 | 3 2-4 | 11,5 11,3-12 | 9,7 7,9-14,3 | 2,7 1,9-3,1 | 1,1 0,7-1,4 | 14,1 7,6-18,9 | 75 |
* В числителе среднее значение, в знаменателе пределы значений.
У местных пород — берёзы повислой и розы иглистой — объём семян меньше, а для некоторых интродуцентов (акации жёлтой, боярышника кроваво-красного и кизильника блестящего) характерно небольшое увеличение объёма семян по сравнению с теми же породами, произрастающими в Северодвинске и Архангельске.
Плоды боярышника кроваво-красного, кизильника блестящего и розы морщинистой крупнее, чем в дендрарии АГТУ (Искусственное …, 1998). Масса плодов по сравнению с данными Н.Д. Кондратьевой (1989), немного больше или равна нашим данным.
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВУ
1. Ассортимент древесных пород насчитывает 16 видов деревьев и 14 видов кустарников. Самыми многочисленными являются: тополь бальзамический (51%), берёзы пушистая и повислая (27 %), акация жёлтая (55 %), жимолость татарская (14 %).
2. Жизненное состояние большинства деревьев относиться к категориям: условно здоровые, ослабленные, сильно ослабленные. Ослабленное состояние имеют осина и тополь бальзамический. Состояние тополя бальзамического ухудшают: отмирание ветвей первого и второго порядка (40 % деревьев), некроз ствола (29 %), наличие водяных побегов на стволе (45 %), бурая пятнистость листьев (61 %). Для осины характерно отмирание ветвей (42 %), поражение листьев, ветвей и ствола некрозами (39 %). Удовлетворительное эстетическое состояние имеют тополь бальзамический (3 балла), осина (3) и вяз гладкий (2,5). Лучшие показатели у берёзы пушистой (2,4) и липы мелколистной (1,1).
Среди кустарников (большинство из которых жимолость татарская и акация желтая) хорошее состояние имеют 50 % кустарников, удовлетворительное — 32 %, неудовлетворительное — 18 %.
3. Высокими показателями качества семян отличается жимолость татарская (84 %). Семена хорошего качества продуцируют акация жёлтая (68 %), сирень венгерская (75 %), роза иглистая (75 %). Средними показателями качества обладают боярышник кроваво-красный (59 %) кизильник блестящий (55 %), липа мелколистная (46 %) и берёза повислая (41 %).
4. Наибольшей аккумулирующей способностью обладает тополь бальзамический, валовое содержание серы в его листве достигает 0,461 %, что в 1,5 раза больше фонового значения. По уменьшению содержания серы в абсолютно сухом веществе листьев все исследованные древесные породы располагаются в следующий ряд: тополь бальзамический, берёза пушистая, осина.
В среднем осина и берёза пушистая содержат в листьях 0,88 и 0,73 мг/кг свинца, а тополь бальзамический в два раза меньше (0,32 мг/кг).
5. На территории города распространены урбанозёмы и реплантозёмы, они являются достаточно благоприятными для роста и развития растений. Почвы характеризуются повышенным содержанием в корнеобитаемом слое органического вещества (3,24–27,5 %), подвижных форм фосфора (178–805 мг/кг) и калия (31–514 мг/кг). Концентрация свинца в почве города составляет от 9 до 22,4 мг/кг, что значительно ниже ПДК.
6. Распространение эпифитных лишайников по территории города неоднородно, что говорит о мозаичном рассеивании аэротехногенных выбросов. Всего выявлено 12 видов эпифитных лишайников, относящихся к 10 родам.
С целью улучшения ведения зелёного хозяйства города предлагаем обратить внимание на обогащение породного состава насаждений; улучшение санитарного состояния дендрофлоры путём своевременной обрезки больных ветвей и водяных побегов; в отдельных случаях на обработку крон против возбудителей болезней листьев и насекомых-вредителей.
Для улучшения почв города рекомендуем на вытоптанных и уплотнённых участках планирование пешеходно-дорожной сети, создание или увеличение плодородного слоя почв, их рыхление и травосеяние, а также внесение органо-минеральных удобрений в наиболее нуждающиеся почвы зелёных насаждений.
Полученные данные могут быть учтены при комплексной оценке биоразнообразия и состояния городских ландшафтов, что важно для прогнозирования дальнейших изменений, зонирования территории по уровню техногенного загрязнения, разработки практических рекомендаций по предотвращению возможных негативных явлений.
По теме диссертации опубликованы
следующие работы:
- Хрущева С.В. Оценка состояния древесной растительности города Новодвинск в условиях аэротехногенного загрязнения //Актуальные проблемы биологии и экологии: материалы докл. XII молодёж. науч. конференции Инс-та биологии Коми НЦ УрО РАН. – Сыктывкар, 2005. – С. 165–166.
- Хрущёва С.В. Состояние лиственной древесной растительности в городе Новодвинске // Экологические проблемы Севера: Межвуз. сб. науч. тр.– Архангельск, 2005. – Вып. №8. – С. 127-129.
- Хрущева С.В. Эпифитные лишайники города Новодвинска //Экологические проблемы Севера: Межвуз. сб. науч. тр. – Архангельск, 2006. – № 9. – С. 89–90.
- Хрущева С.В. Пылезадерживающая способность древесной растительности в условиях города Новодвинска //Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов: сб. науч. тр. – Вып. № 64. – Архангельск, 2006. – С. 226–230.
- Хрущева С.В. Грибные болезни, насекомые-вредители и другие повреждения ассимиляционного аппарата лиственных пород города Новодвинск //Актуальные проблемы биологии и экологии: материалы докл. XIII молодёж. науч. конф. Инс-та биологии Коми НЦ УрО РАН. – Сыктывкар, 2007. – С. 99–102.
- Залывская О.С., Хрущева С.В., Бабич Н.А. Свинец в системе почва – древесное растение в урбанизированной среде С.В. Хрущева, //Изв.вузов. Лесн. журн. 2009. – № 1 – С. 39-43.
Просим Ваши отзывы на автореферат диссертации с заверенными подписями и печатью организации в 2-х экземплярах присылать по адресу: 163002 г. Архангельск, наб. Северной Двины, 17, Северный (Арктический) федеральный университет. Учёному секретарю диссертационного совета.
