Вплив вертикального та горизонтального температурних градієнтів на життєвість туї західної "Smaragd"

Постановка проблеми. Великі міста, до яких належить і Львів, створюють несприятливі урбогенні умови для зелених насаджень, які надають цим містам комфортні мікрокліматичні умови, поглинають велику кількість атмосферних токсикантів та осаджують тонни пилу і сажу, виділяють оздоровлюючі фітонциди. Красу Львову надають сади і парки, вуличні алеї і бульвари, приміські лісопарки. Зростаюче антропогенне навантаження ускладнює життєві процеси і часто призводить до порушення гомеостазу рослин, змушуючи пристосовувати їхню будову і функції до нових умов існування та включати адаптивні механізми [1-5].

Особливо важко переносять такі умови хвойні, які, незважаючи на їхню естетичну цінність, через високу чутливість до забруднювальних речовин та ксерофільності міського середовища, недостатньо представлені в міському ландшафті. Проте окремі з них різняться відносною стійкістю до урбогенних умов, серед яких туя західна і її декоративні форми. Ці рослини мають не лише високі декоративні властивості, але, порівнюючи з іншими хвойними, максимально протистоять токсичності та перегріву середовища зростання. Щоб з'ясувати характер адаптивних процесів і вплив на них едафо-кліматичних факторів, досліджено вплив урбогенних вертикальних і горизонтальних температурних градієнтів середовища на розвиток туї західної 'Smaragd' впродовж вегетаційного періоду.

Програма і методика досліджень. Дослідження урбогенних вертикальних та горизонтальних температурних градієнтів середовища та їхній вплив на життєвість рослин вирішено провести у вуличних насадженнях туї західної 'Smaragd', яка зростала в різних едафо-кліматичних умовах.

Методи досліджень: ґрунтознавчі, мікрокліматичні, фенологічні, біометричні.

Результати досліджень. Дослідження розпочалися у 2010 р. в рядовій посадці туї західної 'Smaragd', коли рослинам було 9 років і їхня середня висота становила 159,4 см. У 2011 р середня висота досягала 182,5 см і цього року 15 % рослин плодоносили, виявивши низьку рясність плодоношення (1 бал за 5-бальною шкалою). У 2013 р., коли середня висота рослин досягла 205 см, відбулося у частині ряду, який виходив на сонячну сторону вздовж тротуару (вул. Єфремова, 74), інтенсивне плодоношення особин (4 бали). Водночас рослини в притіненій території показали низький рівень плодоношення (1 бал). Різними виявилася прирости верхівкових і бокових пагонів, вирізнялися рослини і зовнішнім виглядом. У жовтні 2013 р. проведено останні біометричні заміри росту і встановлено рівень життєвості.

Для того, щоб з'ясувати причини диференціації життєвості рослин, впродовж вегетаційного періоду 2013 р. досліджено динаміку вертикальних та горизонтальних температурних градієнтів середовища за методикою С.І. Радченка (1966), яка базується на експериментальних даних стану головних едафо-кліма- тичних факторів, що впливають на ростові властивості рослин і загалом на їхню життєвість [6]. Показники життєвості рослин, як виявилося, корелюють з показниками вертикального градієнта (табл. 1).

Як відомо, існують два види пристосованості вищих рослин до вертикального температурного градієнта: індивідуальний (стосується однієї особини) і фітоценотичний (проявляється у фітоценозі). "Усім відомо, але мало хто знає, - пише С.І. Радченко, - що прохолода під наметом лісу (або травостою) потрібна передусім самій рослині, що дерево або кущ розвиває крону або розетку листя не лише для більшого використання сонячної енергії, але і для екранізації ґрунту, що створює прохолоду корінню".

Отож, градієнт може бути як від'ємним, коли температура повітря або надземних органів рослини вища від температури ґрунту або кореневої системи, так і додатнім, коли температура повітря (або надземної частини рослини) нижча від температури ґрунту (або кореневої системи). Він може бути також нульовим, коли температура повітря в кроні і в ґрунті є однаковою і різниця цих показників не проявилася.

Збірник науково-технічних праць

Розраховують вертикальний температурний градієнт за формулою
Тгв = ± (tn - tk),

де: tn - температура в зоні наземних органів, tK - температура ґрунту в зоні розташування коріння.

З табл. 1 видно, що від'ємний температурний градієнт характерний для усіх рослин, що знаходяться у дворику. Водночас у тих рослин, які ростуть поблизу вуличного тротуару, він на початку літнього сезону і в кінці літа близький до "нульового" (-1,8 0С та -2,0 0С), а влітку (VII, VIII місяці) переходить у додатній (відповідно +1,2 0С та + 0,8 0С).

Табл. 1. Показники едафо-кліматичних умов у насадженні туї західної 'Smaragd' (рядова посадка на вул. Єфремова, 74 у м. Львів)

Для того, щоб зрозуміти зв'язок між вертикальним температурним градієнтом і життєвістю рослин, потрібно послатися на висновки С.І. Радченка, одержані вченим внаслідок багаторічних досліджень (1963). Автор стверджує, що вищі рослини пристосовані до від'ємного температурного градієнта, тобто до такого температурного режиму, при якому температура ґрунту в сонячний літній день (у період активного росту рослин) має бути хоча б на 3-8 °С нижчою від температури повітря. Як зауважує вчений, ігнорувати цією вимогою не можна, оскільки така ситуація сприяє передчасному старінню, а згодом і загибелі рослини. За даними автора, вертикальний температурний градієнт, що піднімається вище показника +4-+5 °С, порушує метаболічні процеси, призводить до інтоксикації рослинного організму.

Додатній вертикальний температурний градієнт, виявлений у насадженні вздовж прогрітого сонцем тротуару, знаходився в межах +0,8-+2,0 °С, тобто якщо брати до уваги мінімальний за Радчинком показник - 3 °С, то до нього не вистачає відповідно 3,8 °С і 4,2 °С, що свідчить про негативні умови зростання для рослин. Аналіз урбогенних едафо-кліматичних показників дав змогу дослідити також горизонтальний температурний градієнти середовища і його вплив на життєвість рослин. "Під горизонтальними температурними градієнтами середовища, - зазначає С.І. Радченко, - розуміємо різницю температур між точками виміру повітря або ґрунту на одному горизонтальному рівні (теплова "мозаїка")".

Температурний горизонтальний градієнт, який може бути негативним, позитивним і нульовим, розраховано за формулою, подібною до розрахунку вертикального градієнта:

• для повітря: Тп = ±(ґ2 - 6);

• для ґрунту: Тг = ±ґ2 - ґ1;

де ґ2 - ґі - різниця температури між точками виміру.

Негативним градієнтом, - наголошує С.І. Радченко, - виявиться в тому випадку, коли температура точки, яку порівнюють з відправною, буде вищою, і навпаки, градієнт буде позитивним тоді, коли температура другої точки виміру виявиться нижче відправної. Нульовим градієнт стане тоді, коли різниця температур між двома точками виміру не проявиться.

Температурний горизонтальний градієнт (як ґрунту, так і повітря) у насадженні туї, що росте вздовж тротуару, є негативним (плюсовим) та шкідливим для рослин:

• Тгг = 21,8 °С - 15,9 °С = + 5,9 °С;

• Тгп = 22,6 °С - 20,5 °С = + 2,1 °С.

Табл. 2. Горизонтальні температурні градієнти ґрунту і повітря впродовж

Ця тенденція простежується і в розрізі п'яти місяців (табл. 2)

Найбільш виразно проявляється негативний горизонтальний температурний градієнт у липні-серпні, коли, як можна дізнатися з табл. 1, є найнижчим рівень зволоження ґрунту. У ці місяці є найвищим вертикальний градієнт температури і ці два градієнти корелюють один з одним. Корелює з цими показниками у ці місяці високий рівень інсоляції. У цей період зниженню вологості ґрунту, як видно у табл. 1, сприяє швидкість вітру, яка на вулиці вздовж тротуару в чотири рази вища, ніж у прохолодному затишку дворика.

Зрозуміло, що несприятливі едафо-кліматичні фактори не могли не вплинути на рівень життєвості туї західної 'Smaragd'. Проведені біометричні виміри підтверджують цей висновок (табл. 3). Оцінку життєвості деревам туї за хідної 'Smaragd' присвоювали, користуючись методикою Є.В. Сарбаєвої, О. А. Воскресенської (2005), якою передбачено оцінювання певних морфологічних показників, таких як: висота рослин, діаметр стовбура, довжина і діаметр крони, кількість пагонів ІІ порядку, зокрема живих і відмираючих, приріст та кількість хвоїнок на 10 см пагона. За станом морфологічних показників виділяється три групи життєвості дерева: здорове, пригнічене і сильно пригнічене. кліматичний температурний онтогенез туя

Табл 3. Біометричні показники туї західної 'Smaragd' і рівень їхньої життєвості

Для оцінки взаємовпливу масивів едафо-кліматичних даних параметрів за допомогою кореляційного аналізу встановлено коефіцієнти кореляції досліджуваних показників (табл. 4).

Табл. 4. Коефіцієнти кореляції масивів едафо-кліматичних

Біометричні показники та візуальний огляд дерев у рядовій посадці є в основі аналізу і диференціації рослин за класами життєвості:

* І клас - здорові дерева: відсутні будь-які ознаки пошкодження крони, яка добре розвинена, густа, яскраво-зелена, симетрична. Протяжність крони 212 см і її нижні пагони торкаються поверхні землі. Ширина крони - 70 см. Відсутні мертві та відмираючі пагони. Діаметр стовбура - 2,5 см. Верхівка, яку формує приріст поточного року, загострена, її довжина - 21,7 см. Приріст бокових пагонів - 12 см. Плодоношення слабке, а з тильного боку зеленої стіни практично відсутнє. Крони не зімкнуті, віддаль між особинами - 40 см. Кількість хвоїнок на 10 см пагона - 87 шт. Плодоношення слабке (1 бал).

• ІІ клас - пригнічені дерева: помітні пошкодження пагонів, хвої та стовбура. Крона дещо сплюснута, бурувато-зеленого кольору, асиметрична. Протяжність крони - 186 см, нижня частина стовбура до висоти 20 см оголена. Діаметр стовбура - 2,4 см. Приріст верхівкового пагона - 16,3 см, бокового - 3,2 см. Кількість хвоїнок на 10 см пагона - 102 шт. Плодоношення рясне (4 бали).

• ІІІ клас - сильно пригнічені дерева: крона сплюснута до середини, помітні ушкодження пагонів, хвої та кори стовбура. Хвоя набуває бурувато-жовтого кольору. Гілки на стовбурі розташовані близько одна від одної, що свідчить про слабку інтенсивність росту, стовбур знизу оголений до висоти 50 см. Кора в оголеній частині стовбура і в основі нижніх пагонів ІІ порядку помітно розтріс- кувана, кількість хвоїнок на 10 см пагона - 99 шт. Плодоношення рясне (5 балів).

Висновки

Додатній вертикальний і негативний горизонтальний температурні градієнти є небезпечними для життєдіяльності кореневої системи туї, яка має поверхневий характер і піддається перегріву.

Проведені дослідження і отримані результати виявили своєрідні " острови тепла", в яких знаходяться рослини. Горизонтальний температурний градієнт дав змогу виявити таке явище, як зсув умов місцезростання, характерних для природних умов ареалу туї західної, у південному напрямку, тобто теплішому, сухішому.

Внаслідок проведення кореляційного аналізу встановлено коефіцієнти кореляції, які дають змогу виокремити такі закономірності:

• під час збільшення температури повітря у місцезростаннях насаджень туї західної, вологість повітря зменшується, і навпаки (коефіцієнт кореляції від'ємний (0,78));

• за умови підвищення температури повітря збільшується температура ґрунту (кореляція висока (0,87));

• внаслідок зростання швидкості вітру вертикальний градієнт збільшується (коефіцієнт кореляції 0,85), а середня висота туї зменшується (висока негативна кореляція -0,87);

• за умови зростання температури ґрунту щільність його збільшується (висока кореляція 0,86);

• під час зростання вологості ґрунту щільність його зменшується (як і у випадку для вологості повітря; коефіцієнт кореляції -0,68);

• внаслідок збільшення щільності ґрунту вертикальний градієнт змінюється пропорційно (високий коефіцієнт кореляції 0,84);

• висока щільність ґрунту (-0,64) має значний негативний вплив на середню висоту особин туї;

• висока щільність ґрунту (коефіцієнт кореляції -0,72) має негативний вплив на приріст бокових пагонів;

• вертикальний градієнт (висока негативна кореляція -0,6) має значний вплив на приріст верхівки туї, тобто під час збільшення вертикального градієнта середньорічний приріст особин туї значно знижується.

Адаптивному процесу, в якому перебувають вуличні посадки туї західної 'Smaragd', сприятимуть агротехнічні заходи, спрямовані на переважання у місцях зростання рослин від'ємного вертикального і позитивного горизонтального температурних градієнтів. Цього можна досягнути шляхом регулярного спушування ґрунту та його поливу, а також дощування крони в суху погоду.

Література