Левон Ф.М. Біолого-екологічні основи створення зелених насаджень в умовах урбогенного і техногенного середовища

summary

деревнІ рослинИ ЯК ФАКТОР збереження і формування

життєвого середовища

         Дана оцінка сучасного стану екологічної обстановки, яка за рівнем забруднення навколишнього природного середовища уже стає реальною загрозою для існування людини і функціонування біологічних систем взагалі.

Висвітлено роль зелених насаджень у захисті повітря від забруднення пилом і газом. Ліси ж визнаються одним з найбільш ефективних факторів збереження стійкого функціонування природних ландшафтів в умовах антропопресії (Штуббе, 1974, Машков, 1977, Швиденко, Нільссон, Строчинський, 1996).

Зроблено застереження щодо переоцінки можливостей деревних насаджень очищати повітря від газоподібних викидів промислових підприємств. Стверджується, що середовищетвірна роль зелених насаджень багатофункціональна і її неприпустимо зводити лише до повітроочисної функції, що потреба в зелених насадженнях на територіях промислових підприємств не відпаде і з появою досконалих технічних засобів очищення повітря.

Обґрунтовується важливість і необхідність обов’язкової присутності зелених насаджень в техногенному середовищі як невід’ємної його компоненти, незважаючи на несумірність потенційних повітроочисних можливостей деревних рослин і обсягів промислових  викидів.

Оцінюючи належним чином рівень напруженості сучасної екологічної ситуації в Україні і починаючи з 90-х років прояви негативних тенденцій в озелененні населених пунктів (погіршення загального стану міських зелених насаджень, зниження площ насаджень загального користування, обсягів посадок, кількості вирощуваного садивного матеріалу в декоративних розсадниках, припинення робіт з фітомеліорації зруйнованих промисловими виробками земель) доводиться важливість і необхідність інтенсифікації робіт, орієнтованих на розв’язання наукових і практичних завдань щодо оптимізації зелених насаджень, поліпшення їхньої якості та доведення озеленення міст і селищ до рівня сьогоденних вимог.

Стосовно порушених питань на даний час накопичена значна інформація, але вона явно недостатня, щоб суттєво впливати на практичні роботи в зеленому будівництві, оскільки висвітлюються або тільки фрагменти проблеми, або ж розробками охоплюються лише окремі конкретні райони, міста і т.д. Отже, опрацювання теоретичних і прикладних питань з створення зелених насаджень та їх  використання  для охорони і формування життєвого середовища є актуальним і своєчасним.

 Об’єкти і методика досліджень

Дослідження виконано в промислових районах і на територіях великих міст України в 1966-2003 рр. Об’єктами досліджень були міські зелені насадження Києва, Дніпродзержинська, Дніпропетровська, Запоріжжя, озеленювальні і санітарно-захисні насадження низки промислових підприємств (заводи „Запоріжсталь”, „Дніпроспецсталь”, коксохімічний у м. Запоріжжі, Придніпровський хімічний завод і Дніпровський металургійний комбінат у м. Дніпродзержинську, Миколаївський глиноземний, Побузький нікелевий і Одеський припортовий заводи). Великий обсяг дослідницьких робіт виконано у лісопарковому поясі м. Києва, в лісонасадженнях Станично-Луганського держлісгоспу у зв’язку з забрудненням середовища викидами Луганської ДРЕС, у Володимирівському лісовому масиві - відомому об’єкті степового лісорозведення у Миколаївській області і вибірково - у лісосмугах півдня України.

Оцінку загального стану вуличних насаджень провадили за розробленою нами методикою, за 5-бальною шкалою оцінки життєздатності деревних рослин (Кузнєцов, Левон, Пилипчук, Шумик, 1998).

Оцінку забрудненості середовища сірчистими сполуками за даними про вміст сірки в асиміляційних органах сосни звичайної провадили за узгодженою з БС ПАН (Варшава) методикою (Molski, Bytnerowicz, Dmuchowski, 1983), фрагменти якої нами описано (Левон, 1997). Вміст сірки у зразках листя (хвої) визначали методом хімічного аналізу в лабораторії прикладної екології НБС НАН України та за допомогою автоматичного аналізатора сірки SK-132 виробництва США в БС ПАН. Важкі метали (залізо, марганець, цинк, мідь і свинець) визначали за допомогою атомно-абсорбційного спектрофотометра С-302 після сухого озолення листя в муфельній печі при 500^оС і розчиненні золи в су­міші 10 % соляної і азотної кислот.

Особливості росту деревних рослин у лісових культурценозах вивчали за загальноприйнятими в лісовій таксації методиками (Анучин, 1960, Захаров з співавт., 1962) і методами досліджень лісових культур (Огиевский, Хиров, 1964, Логгинов, Кальной, 1966, Гордієнко, Маурер, Ковалевський, 2000) з деякою деталізацією замірів діаметрів і висот та з урахуванням стану крон, морфології стовбура, морфометричних параметрів листя (хвої).

Дослідження придатності забруднених “заводських” грунтів для здійснення озеленювальних робіт провадили за розробленим нами методом культивування молодих рослин деревних порід на грунті, що зазнавав впливу пилогазових викидів чорнометалургійного виробництва, і на грунті без такого впливу забруднювачів безпосередньо на промисловому майданчику Запорізького коксохімічного заводу і за межами міста на території лісового розсадника (Левон, Жулавська, 1981). Рухомі форми основних елементів мінерального живлення визначали за методом Г.Я. Рінькіса і В.Ф. Ноллендорфа (1977). Поряд з агрохімічною характеристикою досліджували токсичність грунту методом біопроб на коренях крес-салату (Гродзінський, 1973).

Статистичну обробку експериментальних даних виконано за прийнятими в лісовій таксації і математичній статистиці методиками (Анучин, 1960, Тюрин, 1961, Захаров и др., 1962, Доспехов, 1985, Поляков, Юдицкий, 1986) і з застосуванням програми Microsoft Excel.

Життєвість деревних рослин

в умовах промислового забруднення середовища

Деревні рослини в умовах середовища підприємств

чорної металургії

Дослідження провадили в період повнопотужної роботи промислових підприємств (1974-1976 роки) у Запоріжжі в санітарно-захисних і озеленювальних насадженнях, які підлягали впливу викидів заводів “Запоріжсталь”, “Дніпроспецсталь” і коксохімічного, що охоплювали повний металургійний цикл, насамперед агломераційне, коксохімічне, доменне, мартенівське, електросталеплавильне, прокатне та інші виробництва. Екологічну обстановку на прилеглих до заводу “Запоріжсталь” територіях оцінювали як вкрай напружену. В підрозділі наведено характеристику забруднення атмосферного повітря моноксидом вуглецю, сірчистим газом, діоксидом азоту і пилом в районі розташування заводу “Запоріжсталь” на початку досліджень (1975 р.) та оцінку грунтових умов зростання рослин в умовах промислового підприємства.

Життєвість і реакцію деревних рослин тополі Болле (Populus bolleana Lauche), в'яза низького (Ulmus pumila L.) та маслинки вузьколистої (Elaeagnus angustifolia L.) на дію промислових забруднювачів вивчали в умовах посиленого впливу на середовище пилогазових викидів. За контроль правили рослини тих же видів, віддалені від промислової зони на 15 км з підвітряного боку. Для характеристики фізіолого-біохімічних особливостей обміну речовин зазначених видів деревних рослин у середовищі підприємств чорної металургії ми визначали вміст води та її фрак­цій у листках, стан пігментного комплексу листків, інтенсивність фотосинтезу (Левон, Жулавська, 1999).

Стан води в листях деревних рослин. Отримано дані, що характеризують динаміку вмісту і стану води в листках  залежно від умов зростання рослин в контролі і на заводі. Загальний вміст усіх фракцій води в листках був вищий в умовах заводу  порівняно з контролем. Вміст рухомої води у всіх видів рослин інтенсивніше зменшується у контролі порівняно із заводськими умовами. Вміст цієї фракції води у листках в'яза і маслинки був більшим, ніж у тополі. Кількість зв'язаної води в листках деревних рослин на заводі була меншою, ніж у контролі. Отже, інтенсивність фізіологічних процесів у листках деревних рослин у контролі була вищою, ніж на заводі (відношення зв'язана/вільна вода у контролі вище).

Стан пігментного комплексу, фотосинтез. У листках в'яза в умовах заводу вміст хлорофілів “а” і “в” в обидва роки досліджень був вищим, ніж у контролі. У листках маслинки в перший рік спостережень їх було більше, на другий рік – менше. У листках тополі в обидва роки досліджень і протягом вегетації не виявлено певної тенденції щодо вмісту зелених пігментів у заводських умовах і у контролі.

Нами отримано дані, що характеризують інтенсивність асиміляції вуглецю в листках деревних порід у контролі і в умовах заводу. Зясовано, що інтенсивність фотосинтезу для в'яза і маслинки в умовах заводу вища, ніж у контролі, а для тополі – навпаки. Слід відзначити: хоча інтенсивність фотосинтезу була вищою у в'яза і маслинки на заводі, але продуктивність їх вища в контролі. Для тополі й інтенсивність, і продуктивність у контролі були вищими, ніж на заводі.

З’ясовано, що в умовах заводу порівняно з контролем:

- для в’яза характерний стабільний стан пігментної системи - підвищений вміст зелених пігментів, особливо зв'язаної їх фракції з білково-ліпоїдним комплексом, що позитивно корелює з ступенем упорядкованості води. Упорядкованість структури води впливає на хід обміну речовин - підвищуєтъся вміст азоту, фосфору, калію, підвищується інтенсивність фотосинтезу;

- для маслинки відмічено більш лабільний стан пігментної системи листя - кількість пігментів і міцно зв'язана їх фракція з білком майже не змінювались. Структурованість води підвищувалась за рахунок менш упорядкованої і найбільш упорядкованої води. Це узгоджується із вмістом азоту, фосфору, калію і інтенсивністю фотосинтезу;

- у тополі вміст пігментів і міцно зв'язаної з білком фракції хлорофілу в роки досліджень не мав певної тенденції в залежності від середовища зростання. При більшій обводненості листя упорядкованість води не стабільна протягом вегетації, в момент інтенсивного росту пагонів і закладки бруньок витрачаються всі форми упорядкованої води інтенсивніше, ніж на контролі. Відмічено зміщення в обміні речовин - менше азоту і більше моноцукрів, що говорить про більшу інтенсивність основних біохімічних процесів і фізіологічних функцій. В результаті показники інтенсивності і продуктивності фотосинтезу на заводі і контролі мають однакову спрямованість і відрізняються лише кількісним вираженням.

Таким чином, підвищені адаптаційні ознаки спостерігаються у тополі, понижені - у маслинки і низькі - у в'яза.

Реакція молодих деревних рослин на забруднення грунту викидами чорнометалургійного виробництва. В експерименті використано грунт досить високого рівня забрудненості з прилеглої до цеху вуглепідготовки території заводу. В підрозділі наведено повну агрохімічну характеристику взятих для досліду грунтів (Левон, Жулавська, 1981). Так, вміст азоту і калію в забрудненому грунті був у два рази більшим, кальцію і магнію – у три рази, заліза – у 19 раз, сірки – у 400 раз більшим порівняно з контролем. Вивчали ріст дуба звичайного, горіха волоського, робінії звичайної, маслинки вузьколистої, ялівця козачого, бузку китайського, свидини та ін.

За абсолютними значеннями висот і приростів у висоту саджанці і сіянці досліджуваних рослин при вирощуванні їх на чистих і забруднених грунтах в умовах чистого повітря на лісовому розсаднику мало відрізнялись. Було помічено деякий гальмівний вплив забруднення грунту на ростки жолудів дуба звичайного при проходженні ними 8-10-сантиметрового шару грунту. Утворення бульбочок на коренях робінії звичайної і маслинки вузьколистої було більш чисельним на чистому грунті порівняно з забрудненим.

На території заводу біля цехів з підвищеною забрудненістю повітря незалежно від грунту (чистий чи забруднений) відмічено масовий відпад рослин до кінця вегетаційного періоду. Саджанці робінії звичайної і маслинки вузьколистої, що збереглись, були сильно пригнічені, з недорозвиненим листям, за інтенсивністю росту вони значно відставали від рослин, які росли на таких же грунтах у лісовому розсаднику. Отже, доведено придатність промислово забруднених грунтів на підприємствах чорної металургії в м. Запоріжжі для ство­рення захисних насаджень. Основним фактором, що обмежує вирощування деревних насаджень на територіях чорнометалургійних підприємств, є високий рівень забрудненості повітря біля окремих цехів.

Насадження сосни звичайної в умовах забруднення середовища

 викидами теплової електростанції

Об'єктом наших досліджень були соснові насадження, що зазнавали впливу дії викидів Луганської ДРЕС, однієї з найпотужніших електростанцій у регіоні.

За даними досліджень, чітко простежується зниження абсолютних величин середніх діаметрів і висот сосни звичайної в насадженнях з наближен­ням до ТЕС і з підвищенням рівня забрудненості середовища. Під впливом забруднюючих субстанцій в насадженнях, віддалених від ТЕС як на 0,5-1,0 км, так і на 2,5-3,0 км, максимум поточного приросту у висоту відмічався у 6-7-річному віці, значно раніше, ніж у конт­рольних умовах, відповідно і падіння поточного приросту наставало раніше й було інтенсивнішим в умовах забрудненого середовища по­рівняно з контролем (Левон, 1997, 2000).

Найбільш вражаючим, на нашу думку, проявом реагування сосни звичайної на зміни в навколишньому середовищі є виявлені нами факти аномального росту її органів у зоні ппідвищеного забруднення повітря й грунту викидами теплової електростанції: а) порушення росту вер­хівкового пагона (явища безперервності росту, утворення трьоххвойних пучків, викривлення хвоїнок); б) утворення пучків укорочених пагонів; в) пробудження бруньок укорочених пагонів; г) ріст пагонів між мутовками; д) порушення феноритму (ріст верхівкового пагона із термінальної бруньки в рік її закладки); е) по­товщення до 8-10 мм закінчень вертикально ростучих коренів (рис.). Найбільша частота таких порушень росту співпадала з періодом активації процесів розпилювання незакріпленого в той час золовідвалу і збіль­шенням кількості атмосферних опадів.

За результатами спостережень за хвоєю на модельних деревах відмічено, що тривалість її життя в насадженнях на віддалі від ТЕС 0,5-І,0 км становила 2 роки, з віддаленням до 2,5-3,0 км і на контролі - 3 роки. Чотирирічна хвоя зустрічалась лише в окремих випадках. Простежується залежність росту хвої в довжину від погодних умов (Левон, 1997).

Наведені факти аномального росту органів сосни звичайної дають підстави для припущення (чи свідчать) про появу поблизу електростанції сильно діючих фак­торів впливу на довкілля і можуть бути використаними для цілей біоіндикації (чи оцінки) якості природного середовища.