--PAGE_BREAK--
1.3
Состояние древесных пород леса
Данные многолетних наблюдений позволили сделать определённые выводы о состоянии и динамике основных лесообразующих пород и лесных экосистем под воздействием неблагоприятных факторов, связанных с трансграничным и локальным загрязнением атмосферы, а также под влиянием климатических условий, вредных насекомых, грибковых болезней и других факторов.
В целом по республике за период наблюдений состояние сосны оставалось достаточно стабильным.
Удельный вес здоровых деревьев ели, как сильно дефолиированных и усохших, изменялся волнообразно. Первый пик массового усыхания еловых деревьев пришёлся на 1995-1997 годы, второй – на 2003-2004 гг. При этом максимальное количество здоровых деревьев отмечено в 2002, 2003 и 2005 годах. Начиная с 2006 года, наблюдается незначительное их снижение, особенно по Гродненской области. В целом, состояние ели оставалось стабильным и в 2007-м.
Состояние дуба в некоторой степени повторяло состояние ели. Максимальный удельный вес сильно дефолиированных деревьев зафиксирован в 1996 и 2004 годах, а усохших – на следующий год – 1997 и 2005 годы. В настоящий момент, несмотря на незначительное улучшение в 2007 году, состояние дуба продолжает оставаться ослабленным. Заметное уменьшение удельного веса здоровых деревьев в 2007 году отмечено в Гомельской области.
Состояние ясеня в последние годы остаётся стабильным. По этой породе в 2007 году наблюдался самый высокий уровень дефолиации (28,8%). Максимальный процент усыхания учётных деревьев отмечен в 2006 году (6,3%). Основной причиной гибели и ослабления ясеня определены болезни стволов и корней.
Состояние берёзы, осины, и ольхи чёрной за весь период наблюдений оставалось в целом стабильным. Лишь в отдельные годы наблюдалось временное ослабление отдельных парод. Так, в 2003 году фиксировалось ослабление березы, вызванное бактериальным раком. В 2003-2005 годах наблюдалось заметное ослабление осиновых древостоев болезнями и энтемовредителями, а также объеданием листвы листогрызущими насекомыми [2].
Глава 2
Антропогенные ландшафты
Городской ландшафт – измененные хозяйственной деятельностью природные ландшафты (совокупность искусственных микросистем: зданий и сооружений, жилой, промышленной и коммунально-складской застройки). Эти архитектурные и инженерные объекты являются замкнутыми средами постоянного или временного обитания горожан. Здесь состояние микроклимата
в значительной степени определяется антропогенным воздействием на окружающую среду и, прежде всего, загрязнением.
К настоящему времени в промышленных регионах страны сформировались крупные территориальные природно-антропогенные системы, состоящие из больших поселений и природных объектов, объединенных пространственно и функционально социальными, экономическими и экологическими связями. Такие системы называются природно-городскими ландшафтами. Природно-городской ландшафт (ПГЛ) – экологическая система, состоящая из природных (леса, луга, болота, водные объекты и сельхозугодия) и антропогенных (сооружения, дороги, улицы, скверы, парки) объектов, находящихся в постоянном взаимодействии через потоки людей, ресурсов и продуктов, развивающаяся в совместном процессе естественной саморегуляции природных объектов и реализации субъективной социально-экономической стратегии [11].
Формализованное представление ПГЛ слагается путем объединения понятий природных и городских ландшафтов. Причем, объединяя, важно сохранить все основополагающие особенности исходных понятий — осмыслить объективную первоначальную суть природных ландшафтов и осознать субъективную суть городских ландшафтов как, в определенной мере, производных от природных.
Город — чрезвычайно зависимая система. Если все природные системы открытые, то города сверхоткрытые. Они полностью зависят от окружения, в чем и проявляется «экологический паразитизм» урбанизированных образований. Одной из главных проблем современности является именно проблема экологической стабилизации в рамках территориальной организации общества, то есть стабилизации природно-городских ландшафтов. Она особенно ярко стала выявляться за последние десять — двадцать лет; все человечество столкнулось с необходимостью решения систематически формирующихся социально-экологических проблем.
2.1 Растительность селитебных территорий
Селитебные территории – города, поселки, деревни являются форпостами процессов антропогенной эволюции. Это «горячие котлы», на территории которых формируются синантропные и синантропизированные сообщества, в состав которых входят «реликты» естественной зональной растительности, синантропные виды местного происхождения (они до этого были связаны с локально нарушенными экосистемами и адвентивные виды, то есть пришельцы из других районов, попавшие в новые местообитания благодаря человеку.
По П.Л. Горчаковскому (1973) история изучения флоры и растительности населенных пунктов насчитывает более четырехсот лет. Это традиционные объекты исследований европейских ботаников[12].
Отличительной особенностью во флоре и растительности селитебных территорий является пестрота формирующих их биотопов, что и является причиной высокого флористического богатства, которое оказывается выше, чем то же богатство в условиях естественного ландшафта. Многие городские местообитания за счет дренированности и более теплого климата становятся пристанищами для видов, распространенных в естественных условиях южнее. Это позволяет оценивать флору городов как более «теплую».
В составе любой селитебной территории возможны фрагменты естественной растительности (лесной, луговой) в той или иной мере синантропизированной, то есть включившей в свой состав синантропные виды (сбитые луговые и стоптанные пастбища) и собственно синантропная растительность – рудеральные и сегетальные сообщества, сформированные специфическими синантропными видами, распространение и сохранение которых связано с человеком. Процессы синантропизации связаны с нарушениями естественного покрова[11, 13].
Большинство рудеральных видов первоначально было связано с естественно, нарушенными местообитаниями. Поэтому они оказались как бы адаптированными к тому давлению антропогенного пресса, которое постоянно нарастало во второй половине прошлого века и к его концу достигло критических отметок. Рудеральные сообщества открывают восстановительные сукцессии после любых серьезных нарушений естественных сообществ или завершают аллогенные сукцессии, формируя сочетания популяций видов, толерантных к постоянному действию внешних факторов, вызывающих частичное нарушение (выпас, вытаптывание и др.).
В селитебных территориях рудеральные сообщества играют положительную роль: развиваясь на местообитаниях, зачастую полностью лишенных растительности, они принимают на себя противоэрозионную функцию и становятся начальными звеньями восстановительных сукцессии; формируя фитоценотическую среду, препятствуют распространению карантинных сорняков и адвентивных видов. Тем самым они служат «фитоценотическим фильтром». Рудеральные сообщества часто весьма продуктивны и становятся дополнительными источниками кормов. Нередко такие травостои подкашиваются и используются для выпаса домашнего скота и птицы; в составе рудеральных сообществ много лекарственных растений и медоносов (например, Artemisia vulgaris, Bidens tripartita, Leonurus quinquelobatus, Plantago major и др.), которые в, естественных сообществах не встречаются или встречаются крайне редко. Рудеральная растительность может использоваться в качестве индикатора почвенных условий и потенциальной растительности, которая может восстановиться в результате антропогенной сукцессии [13].
В то же время рудеральные сообщества играют и отрицательную роль, нередко становятся очагами распространения сорных растений, а также причиной аллергических заболеваний (например, Ambrosia artemisiifolia).
Рудеральные сообщества гетерогенны и могут быть подразделены на две контрастные, но связанные переходом группы:
а) сообщества стадий восстановительной сукцессии после нарушений;
б) сообщества аллогенных (ретрогрессивных серий).
В первом случае, специфические свойства рудеральных сообществ в ходе сукцессии ослабевают, и они постепенно переходят в луговые, степные, лесные и т. п., а во – втором, – напротив, признаки естественной растительности постепенно теряются, а специфические свойства рудеральных сообществ усиливаются.
Пример растительности первого типа – сообщества нарушенных местообитаний (возникающие при строительстве), второго – пастбища, которые длительное время подвергаются сильному выпасу, лесные тропы, формирующиеся при высоких рекреационных нагрузках и др.
Различают признаки присущие всем рудеральным сообществам, и признаки, которые характерны только для одного из двух описанных типов. К числу признаков общего характера относятся:
1. широкая экологическая амплитуда рудеральных сообществ;
2. широкая амплитуда на градиентах сукцессии.
3. пониженное разнообразие.
Специфические особенности сообществ начальных стадий, восстановительных сукцессии:
1. нестабильность флористического состава;
2. экологическая неоднородность флористического состава;
3. флористическая неполноценность.
Особенности рудеральных сообществ ретрогрессивных серий:
1. экологическая однородность видового состава;
2. относительная стабильность видового состава.
Начало работ по флористической классификации рудеральной растительности относится к тридцатым годам нашего столетья, однако наибольшего развития они достигают во второй половине XX столетия. В основе современной синтаксономии рудеральной растительности лежит система высших единиц, основы которой были заложены в 50-х г. прошлого столетия [15].
2.2 Пространственная структура городской растительности
Среди зеленых насаждений города выделяют следующие объекты: лесопарк, парк, сад; скверы, бульвары, внутриквартальные насаждения общего пользования в жилых и административных районах; зеленые насаждении специального назначения – водоохранные зоны вдоль рек и озер, озелененные территории кладбищ, промышленных предприятий, магистральные посадки вдоль автомобильных и железных дорог. Объекты, имеющие сложную структуру, дифференцировались на самостоятельные элементы: аллеи, газоны, клумбы в парках и скверах, группы и куртины деревьев, кустарников, единично стоящие деревья и др. Определялись также их площади и состояние по таким показателям, как нарушение вертикальной и горизонтальной структуры насаждений, состояние газонов и другое [14].
Устойчивая структура зеленых насаждений в городе возникает в результате оптимального подбора видового состава, густоты посадки, наличия вертикальной и горизонтальной структуры и последующего ухода за ними.
Вертикальная структураформируется из растений, различных по высоте: первый ярус – деревья до 20 м и более (береза, тополь, вяз, липа), далее – деревья высотой до 10-15 м (рябина, ива), затем кустарники, газоны. Устойчивые и долговечные древостой формируются тогда, когда кроны деревьев в процессе роста не смыкаются. Деревья размещаются на расстоянии не менее 8-10 м друг от друга. Кустарники могут образовывать густые посадки, формировать живую изгородь. Отсутствие одного из ярусов в структуре зеленых насаждений свидетельствует об их ослаблении.
Горизонтальная структураобразуется посадками деревьев и кустарников, которые высажены линейно, либо собраны в «букеты» вдоль улиц через равномерные отрезки расстояния, или формируют сплошную «живую изгородь» (кустарники). Изменение такой структуры, когда часть деревьев или кустарников отсутствует, сигналит о неблагоприятной экологической обстановке.
В долинах рек располагаются преимущественно массивы и группы деревьев и кустарников на дерново-подзолистых, дерново-подзолистых глеевых и болотных почвах. Зеленые насаждения представляют собой остатки пойменных лесов из ивы, березы, ольхи и различных кустарников.
Некоторые кварталы жилой застройки «встраивают» в существующий ландшафт и сохраняют значительные площади естественных массивов деревьев. Но в большинстве микрорайонов зеленые насаждения представляют собой искусственные посадки взамен утраченных и представлены в виде аллей, групп и куртин деревьев во дворах из липы, тополя, рябины с фрагментами дерново-подзолистых почв.
Промышленная зона состоит из многочисленных промышленных строений с редкими посадками деревьев и кустарников в виде групп, куртин и аллей. Особняком стоят гаражные постройки, которые почти лишены зеленых насаждений.
Участки нарушения горизонтальной структуры зеленых насаждений сосредоточены, главным образом, вдоль магистралей, где растения испытывают наибольшее неблагоприятное воздействие автотранспорта.
Нарушения вертикальной структуры зеленых насаждений сконцентрировались вдоль магистралей, улиц, на территории промышленных предприятий [14].
ГЛАВА 3
Особенности биологии древесной растительности антропогенных ландшафтов
3.1 Состояние древесных насаждений селитебных городских ландшафтов
Дерево является постоянно действующим фильтром, благодаря процессам адсорбции, абсорбции, фильтрации и инфильтрации. Листья растений улавливают, в основном, частицы пыли до 40 мкм, частицы размером 100 мкм составляют всего лишь 10% всего количества осажденной пыли. Для городских деревьев при определении пылефильтрущей способности необходимо оценивать плотность кроны, ее ширину, высоту и внутреннюю структуру, морфологические и физиологические характеристики листьев[16].
Степень дефолиации верхней трети крон у лесных деревьев ниже в среднем на 3,1-3,7% по сравнению с ее значением для крон в целом, как в черте города, так и за ее пределами. Это косвенно свидетельствует о том, что состояние деревьев на территории Минска определяется относительно слабыми и долгодействующими факторами (умеренное загрязнение воздуха, неблагоприятные погодно-климатические условия и др.), а не экстремальным загрязнением атмосферы.
Уровень загрязнения лесов и лесопарков и его окрестностей соединениями серы и токсичными металлами можно признать умеренным, хотя отдельные участки сильно загрязнены, что не позволяет проводить в этих лесах заготовку пищевого и лекарственного растительного сырья. Загрязнение лесных экосистем города техногенными поллютантами носит комплексный характер. До уровней, токсичных для человека, растений и животных, концентрации загрязнителей (особенно титана, хрома и ванадия) поднимаются только в отдельных лесопарках. Так, например, в Минске – это Центральный ботанический сад Национальной академии наук Беларуси, парк им. Челюскинцев, парк им. 60-летия Октября, на некоторых участках у крупных автомагистралей и Минской кольцевой автодороги, у локальных источников эмиссий (тракторный завод) или загрязнений отходами в пригородных лесах (городские свалки) [22].
У древесных растений в течение филогенеза и онтогенеза вырабатываются механизмы, способные контролировать поступление и удаление некоторых элементов посредством физиологических реакций. Тяжелые металлы (кадмий, свинец, цинк, медь, никель) в растениях играют активную роль в метаболических процессах, но они могут также сохраняться в виде неактивных соединений в клетках и на клеточных мембранах. При испарении, транспирации и выпадении дождей, концентрации микроэлементов в растениях могут изменяться более чем в 10 раз. Различия в эффективности вымывания разных элементов сопоставимы с их функциями и метаболическими связями. Например, легко происходящее удаление Pbи Cdпри смывании объясняется тем, что эти элементы присутствуют, в основном, в виде осадка на поверхности листьев, без значительного проникновения этих металлов в ткани листьев. Непосредственное поступление тяжелых металлов в листья осуществляется через кутикулу. Этот процесс тесно взаимосвязан с кутикулярной транспирацией, которая в свою очередь взаимосвязана с содержанием воды в тканях листовой пластины.
Наличие разнообразных путей поступления тяжелых металлов в растения предполагает существование двух ведущих факторов формирования элементного химического состава растений: генетического и экологического. Долевое участие каждого меняется в зависимости от изменений условий среды. При соответствии геохимической обстановки фитоценозов трофическим требованиями растений их элементный состав в основном отражает работу генетического контроля. В таких условиях выдерживается избирательное и характерное для данного вида поглощение ионов металлов растительными тканями. Экологический фактор препятствует этому в тех случаях, когда среда обитания обогащена подвижными формами тяжелых металлов [15, 16].
Ухудшение жизненного состояния древесных насаждений приводит к снижению их функциональной роли: санитарно-гигиенической, декоративно-эстетической и рекреационной. При нарушении санитарно-гигиенической функции теряются защитные свойства зеленых насаждений, а именно пыле- и биоаккумулирущие свойства, ветро- и газозащитная способность, регуляция потока солнечной радиации. Но устойчивость древесных насаждений к влиянию факторов окружающей среды является специфичной биолого-экологической особенностью вида.
3.2 Состояние древесной растительности в зонах техногенного воздействия
Проблема загрязнения окружающей среды особенно актуальна для городов, в которых проживает большая часть населения нашей страны и где сконцентрированы основные источники техногенных выбросов: автотранспорт, объекты энергетики и промышленные предприятия. С увеличением влияния антропогенных факторов обычными загрязнителями окружающей среды стали тяжелые металлы (ТМ). Вызывающие серьёзные заболевания у живых организмов и практически не подвергающиеся процессам разрушения в природных условиях [17].
В биоиндикации состояния урбоэкосистем ведущую роль играют растения. Общеизвестно, что в начале XXI века на территории Беларуси сложилась крайне неблагоприятная экологическая обстановка для ели европейской (Piceaabies(L.)Karst.)– лесообразующей породы, которая, благодаря своей декоративности, применяется в озеленении населенных пунктов. Существует представление о том, что среди множества причин усыхания ельников решающее значение принадлежит техногенному загрязнению. Поэтому изучение состояния этого вида в экстремальных городских условиях приобретает особую значимость. Наиболее информативным является ассимиляционный аппарат ели, максимально контактирующий с окружающей средой, сохраняющийся на растении в течение нескольких вегетационных периодов и обладающий целым рядом диагностических признаков [18].
В городских условиях прослеживается тенденция к накоплению ТМ (у трехлетней хвои зафиксированы максимумы по семи элементам), в то же время в природных экосистемах с увеличением возраста хвои происходит некоторое снижение содержания большинства исследуемых элементов (максимумы по пяти элементам отмечены у однолетних листьев). У однолетних листьев городских деревьев наблюдается меньшее суммарное содержание металлов по сравнению с эталонными условиями (12 и 24 мг/кг соответственно). Это связано, в первую очередь, с недостатком биофильных элементов (марганец, медь). Однако уже у двухлетних листьев концентрация меняется в пользу городских елей (26 и 22 мг/кг), а к третьему году жизни эта разница становиться значительной (30 и 21 мг/кг).
Увеличение общего содержания ТМ в урбоэкосистемах происходит в первую очередь за счет техногенных элементов (свинец, хром, цинк). Содержание токсичного свинца в городских условиях уже в однолетних листьях почти в 4 раза превышает этот показатель по сравнению с фоновым. Однако с возрастом эта разница несколько сглаживается за счет накопления этого элемента и в природных фитоценозах. Причиной этого явления может быть трансграничный перенос загрязняющих веществ, весьма ощутимый на западных рубежах Беларуси. При изучении динамики накопления свинца в городе отмечается увеличение его содержания в 9 раз у трехлетней хвои по сравнению с однолетней. Это свидетельствует о хорошей аккумулирующей способности данного вида[20].
Поступление техногенных поллютантов в условиях города оказывает влияние на целый ряд морфометрических признаков листа ели европейской. Прежде всего, это приводит к уменьшению длинны хвои. Причем, наиболее сильные различия в этом показателе характерны для хвои первого года (32%), средние – для второго (21%) и меньше всего отличается хвоя третьего года (14%). Масса 100 хвоинок в городских условиях меньше на 12-53 %, чем в условиях чистой зоны. Уменьшение длины и массы хвои ели европейской в условиях техногенного загрязнения компенсируется большим количеством листьев. Охвоенность побегов первого года в городе на 72% больше. В дальнейшем различия в этом показателе у хвои второго и третьего года менее значительны и составляют соответственно 9% и 5%. Это связано с меньшим сроком жизни хвои в городских условиях. Снижение с возрастом различий по исследованным биометрическим показателям указывает на постепенную адаптацию ассимиляционного аппарата к условиям городской среды [17].
Анализ анатомического строения листа показал, что для городских елей характерна некоторая ксерофитизация, выраженная в более сильном развитии покровных и механических структур: кутикулы, гиподермы, склеренхимы. Клетки мезофилла в условиях города имеют меньшие размеры и степень складчатости оболочек. Наблюдается тенденция к уменьшению размеров смоляных ходов (в 1,5-2 раза), проводящего цилиндра (в 1,2-1,5 раза) и элементов ксилемы и флоэмы (в 1,1-1,3 раза). В целом, исследованные изменения анатомо-морфологических показателей носят количественный характер, качественных различий не обнаружено [17, 19]. продолжение
--PAGE_BREAK--