В Западной Сибири проводилась Литвиновой, Левоном (1986) комплексная оценка газоустойчивости растений в антропогенной среде и основанием послужили их физиолого-биохимические и морфологические показатели. В основе их исследований послужила сравнительная характеристика растений по аккумуляции углеводородов: метана, бензола, толуола и фенола. Особенно задерживают пыль вяз, рябина, калина обыкновенная, роза морщинистая, черемуха, боярышник, и растения с листьями, выделяющими клейкие вещества: сирень обыкновенная, арония черноплодная и др. (Литвинова, Левон, 1986). Летом зеленые насаждения осаждают до 86% пыли (деревья вяза - в 6 раз больше, чем тополя). Зеленые насаждения соответствующей структуры могут существенно снижать шумовой фон города. Для этих целей лучшие из хвойных растений - ель, пихта, сосна, из лиственных - липа мелколистная, ильм (вяз), спирея. В городе для защиты от шума нужна более сложная система посадки: лучше всего многоярусная посадка или чередование нешироких многоярусных полос с открытыми пространствами. Шумоизоляция зависит от конструкции и ширины зеленых полос: кустарниковая посадка шириной 10 м снижает шум на 3-4 децибелла, многоярусная 10-метровая посадка - на 12-15 децибеллов. При создании шумозащитных насаждений важно выбирать быстрорастущие деревья, по возможности более долго-вечные, с плотной кроной. Среди рекомендуемых - это тополь дрожащий, тополь бальзамический, дуб северный, некоторые виды ивы, вяз, ясень зеленый, клен остролистный с различными формами, ряд видов березы и др. Для создания оптимально благоприятной для человека жизненной среды в городе большую роль играет ионизирующая способность многих видов древесных растений. Фитонциды, как считает А. М. Гродзинский (1975), имеют немаловажное значение в снижении концентрации токсических газов. Большинство рекомендуемых растений обладает антимикробным действием. Это почти все хвойные растения: лиственница, сосна, ель, пихта, можжевельник, и многие лиственные - береза (в большой степени), тополь, клен, белая акация, груша, липа, орех, рябина обыкновенная, черемуха, яблоня, калина, сирень, карагана, смородина черная, барбарис обык-новенный, спирея, ясень цветочный, снежноягодник, арония черноплодная, лох серебристый, буддлея и др.

Лиственные древесные растения местной флоры отличаются сильной газопоглотительной способностью, но при этом осина и береза считаются малоустойчивыми к ядовитым газам, а клен - среднеустойчивыми. Выраженная газопоглотительная способность, но и поражаемость токсикантами свойственна, как считают Илькун (1971), Николаевский (1979); Сергейчик (1985) для яблони домашней, тополя китайского, ореха маньчжурского, желтой акации, и других, которые - эти виды не рекомендуют использовать при сильном задымлении воздуха. Некоторые интродуцированные растения, в том числе хвойные, в сравнении с местными породами более устойчивы к ядовитым примесям в городском воздухе и накапливают их в своих тканях без вреда для себя.

Оптимально, когда повышенная газопоглощаемость совмещается с токсикоустойчивостью у растений, это отмечали Гетко и др. (1985). Данные исследователи выяснили виды, наиболее подходящие для городского озеленения, даже около крупных промышленных предприятий. Это дуб северный, клен красный, тополь бальзамический, черемуха поздняя, черемуха виргинская, ива белая, облепиха, белая акация, лох узколистный, дерен белый, жимолость татарская, бирючина обыкновенная, снежноягодник, рододендрон даурский; из хвойных растений - это ель колючая, можжевельник казацкий и обыкновенный, лиственница, пихта одноцветная. К древесным растениям, устойчивым в условиях промышленного города, относятся также следующие виды: бузина сибирская, барбарис обыкновенный темно-пурпуровый, вяз приземистый, калина обыкновенная, бересклет священный, боярышник, вишня обыкновенная, жимолость каприфоль и Маака, ива ломкая и волчниковая, клен приречный и остролистный Шпедлера, смородина альпийская, золотистая и черная, слива растопыренная, спирея Дугласа, дубровколистная, японская и иволистная, роза собачья, сирень обыкновенная и венгерская, тополь белый, черный и берлинский, черемуха пенсильванская, яблоня ягодная; из хвойных растений - ель Энгельмана, можжевельник виргинский, сосна горная (Гетко и др., 1985).

Согласно экспериментальным исследованиям в лабораториях и полевых условиях, проведенных Илькуном (1971); Кулагиным (1974) в различных промышленных районах - на Украине, в Белоруссии, на Урале и в Сибири было выяснено, что устойчивость растений к загрязнению атмосферы различными вредными веществами - сложное экологическое явление. Устойчивость вида даже к одному виду загрязнения зависит от разнообразных причин: удаленности от источника загрязнения, времени суток, климатических условий, интенсивности и режима выбросов в атмосферу, от физико-географических условий района, обеспеченности растения питательными элементами и пр. Многие виды наиболее уязвимы к действию ядовитых газов в молодом возрасте: например, местная порода - липа в возрасте до 15 лет, позднее ее устойчивость возрастает.

Древесные растения обнаруживают различную избирательную способность к поглощению токсичных компонентов городского воздуха. Исходя из рекомендаций по устройству городов и поселков (1986), было показано, что интенсивно окись азота и аммиак поглощают желтая акация, береза плакучая, чубушник венечный, клен серебристый, тополь канадский, сирень обыкновенная, клен остролистный и татарский, рябина обыкновенная, а наиболее слабо эти соединения поглощают лиственница сибирская, липа мелколистная, дерен белый, можжевельник казацкий. Устойчивыми к хлористым соединениям оказались такие растения, как широко распространенные в озеленении кизильник блестящий, черемуха обыкновенная, барбарис обыкновенный, клен татарский, дерен белый, снежноягодник, бузина красная, лиственница сибирская, тополь бальзамический и белый, боярышник кроваво-красный, роза морщинистая, вишня и местные виды клена, лещины, липы, березы, вяза, однако в другой обстановке ряд местных видов оказывается малоустойчивы к действию хлористых соединений, что отражается на их декоративности.

Для получения наилучшего эффекта от применения древесных посадок необходим правильный подбор ассортимента. Перечень видов древесных растений, обладающих способностью отфильтровывать или поглощать токсичные включения из состава городской атмосферы, показывает, что большинство видов рекомендуемых Э.И. Якушиной (1990) ассортимента могут выполнять защитную функцию в промышленных зонах города.

Влияние дороги на растительность ограничено и с удалением от дороги влияние выхлопных газов снижается, хотя и прослеживается на расстоянии до 60 м, как отмечали Сердикова, Мартынюк (1983).

В городах широкая сеть транспортных артерий сопровождается большим фоновым загрязнением. Известно, что симптомы повреждения листвы атмосферными загрязнителями имеют много общего с симптомами, которые вызывает множество других абиотических и биотических факторов (Смит, 1985).

Выработаны подходы к оценке адаптивного потенциала древесных растений при произрастании в техногенных ландшафтах. Атмосферное загрязнение оказывает как прямое воздействие на формирование химического состава ассимилирующих органов растений (аккумуляция поллютантов, выщелачивание элементов питания), так и косвенное, через почву, в результате чего нарушается снабжение растений питательными веществами из - за накопления в ней загрязняющих веществ. Следует знать, что почва обладает важным свойством - буферной способностью, которая проявляется в переводе поступающих токсических ионов в малоподвижное состояние (Ильин и др., 1980). В настоящее время основной поставщик тяжелых металлов - промышленность. Одним из наиболее опасных элементов является ртуть и ее соединения. В почве происходят взаимные превращения межу органическими и минеральными соединениями ртути. В растениях ртуть содержится в органических соединениях, процесс перехода неорганической ртути в ее органические производные носит название биологической метилизации. В ходе данного процесса мобильность ртути возрастает и возможны испарения с верхних горизонтов почвы.

Известно, что растения могут непосредственно поглощать пары ртути. Исследования Ефименко (2009) по накоплению ртути проводились в Забайкальском крае, г. Чита, было отмечено, что за вегетационный период содержание данного металла в листьях объектов (Populus balzamifera, Ulmus pumila) увеличивалось, так как ртуть транспортируется из одной среды в другую. В различных исследованиях Данилов-Данильян (1997) было установлено, что повышение содержания металлов в почве влияют на рост и развитие растений. Это происходит от того, что пониженное увлажнение почвы в полевых условиях способствует снижению мобильности металлов и с другой стороны, это может быть связано с деятельностью почвенных микроорганизмов, которые снижают свою численность под воздействием тяжелых металлов. Это явление объясняется еще и опосредованным влиянием тяжелых металлов, через воздействие их на биохимические процессы в почве, в результате чего возникает улучшение питательного режима растений.

Таким образом, действие металлов на растительный организм зависит от природы элемента, содержания его в окружающей среде, характера почвы, формы химического соединения, срока от момента загрязнения. Формирование химического состава растительного организма определяется биохимическими особенностями различных видов организмов, их возрастом и биохимическими закономерностями связи между элементами в организме. Содержание одних и тех же химических элементов в различных частях растений может изменяться в широких пределах. В неблагоприятных природных условиях устойчивость и продуктивность растений определяются рядом признаков, свойств и защитно-приспособительных реакций. Различные виды растений обеспечивают устойчивость и выживание в неблагоприятных условиях тремя способами: механизмы, которые позволяют им избежать неблагоприятных воздействий (состояние покоя, эфемеры и др.); специальные структурные приспособления; физиологические свойства, позволяющие ослабить влияние окружающей среды.

Защита от неблагоприятных факторов среды у растений обеспечивается структурными приспособлениями, особенностями анатомического строения (кутикула, корка, механические ткани и т.д.), специальными органами защиты (жгучие волоски, колючки), двигательными и физиологическими реакциями, выработкой защитных веществ (смол, фитонцидов, токсинов, защитных белков). К структурным приспособлениям относятся мелколистность, отсутствие листьев, воскообразная кутикула на поверхности листа, густое опущение, погруженность устьиц, наличие листьев и стеблей, сохраняющих резервы воды и др. В черте города на состояние экосистем придорожной полосы заметное влияние оказывают совсем другие компоненты техногенного воздействия. К ним относятся:

- тепловые аномальные поля, связанные, в основном, с инженерными коммуникациями;

- подтопление территории города, в том числе связанное с утечками из подземных водонесущих коммуникаций;

- пылевые загрязнения снегового покрова - уникальная депонирующая среда, свидетельствующая о загрязнении воздуха, растительности, а после таяния снега - почв и поверхностных вод, формирующих условия произрастания растений;

- асфальтобетонное покрытие улиц и площадей, препятствующее нормальному воздухо- и влагообмену в местах посадки и роста деревьев;

- нарушение травянистого покрова и его обеднение, следствием чего является снижение уровня численности энтомофагов и других представителей полезной энтомофауны в городских фитоценозах;

- освещение города в ночное время, которое, изменяя поведение многих видов насекомых - фитофагов, способствует их перераспределению и скоплениям в пределах зеленых насаждений, что нередко приводит к сильному повреждению последних.

В результате перечисленных процессов происходит изменение в экосистеме, нарушается ее устойчивость. В результате сжигания топлива растет концентрация свинца в почве и воздухе; истирание протектора шин и тормозных колодок приводит к загрязнению почвы кадмием, асбестом; оксиды серы и азота поступают в атмосферу, образуя кислотные дожди, подкисляющие почву и растворяющие восковой защитный слой хвои и листвы. Химическое загрязнение воздуха оказывает разнообразное воздействие:

- закупорку устьиц, нарушающую воздухо-, влаго- и теплообмен;

- высасывание из листьев воды, что приводит к их усыханию;

- нарушение нормального хода фотосинтеза в результате более сильного отражения солнечного света

- перегрев листьев, изменение водного и теплового баланса растений в результате поглощения инфракрасного излучения.

2.2 Воздействие городской среды на растительный организм

Основные экологические факторы в городах существенно отличаются от тех, которые влияют на растения в естественной обстановке. Это загрязнение, запыление, наиболее ощутимо воспринимаемые человеком. В городских условиях сильно видоизменены и другие факторы (температура, световой и гидрологический режим, почвенный покров и т.д.), которые зачастую негативно отражаются на жизнедеятельности растительных организмов.

Температурный режим в городской среде необычен для растений и определяется специфическим микроклиматом города. Городские территории содержат некоторые участки тепла, которые характеризуются повышенными, температурами; их влияние распространяется и на окружающие территории. Световой режим от географического положения города, от чего зависит количество поступающей солнечной радиации, что влияет на состояние атмосферного воздуха. Значительное снижение притока солнечной энергии зависит от запыления и задымленности воздуха. В городах меняется качество света, т.е. его спектральный состав. Свет содержит меньше ультрафиолетовых лучей и фотосинтетически активной радиации (ФАР). Комплекс данных факторов негативно воздействует на интенсивность фотосинтеза растений.

Гидрологический режим территорий города зависит от поступления воды в почву, что затруднено из-за асфальтовых покрытий, хотя часто в черте города осадков выпадает больше, чем в пригородах. Большая часть влаги теряется для растений, поступая в канализационную систему. Кроме того, водный режим растений в городе осложняется повышенной сухостью воздуха, что приводит к перегреванию запыленных листьев и влияет загрязняющими веществами на целостность устьичного аппарата. Изолированно растущие деревья в городских условиях страдают от перегрева листовой поверхности и потери воды путем транспирации. Поэтому город это более «сухая» территория на фоне окружающего природного ландшафта.

2.2.1 Влияние городской среды на водный режим растений

Важным аспектом изучения водного режима в условиях городской среды является исследование интенсивности транспирации, поскольку она является наиболее значимым фактором водного обмена. Интенсивность транспирации колеблется.

Изменение транспирации происходит при оседании на листьях пылевидных частиц. В результате изменения оптических свойств запыленных листьев происходит повышение их температуры, и, следовательно, повышается скорость транспирации. Запыленность нередко нарушает работу устьичного аппарата, ограничивая тогда процесс транспирации. Это было выяснено в исследованиях Артамонова (1986). В подавляющем большинстве случаев у растений, произрастающих в центре города, наблюдалась более высокая интенсивность транспирации, по сравнению с растениями, удаленными от центра города. Интенсивность транспирации может увеличиваться в условиях города более чем в 2 раза более высокую интенсивность транспирации с целью охлаждения листьев. Фактор запыленности, который вызывает закупорку устьиц и снижение транспирации является менее значительным. Различия в интенсивности транспирации по годам обычно связаны с погодными условиями. Для поддержания водного баланса необходимо, чтобы испарение воды через листья компенсировалось ее поглощением через корни. Содержание воды остается неизменным, если расход воды и ее приход равнозначны. Если расход воды превышает его приход, то возникает водный дефицит, отражающий водный баланс растения (Рубин, 1976). Возникновение даже слабого водного дефицита приводит к уменьшению содержания наиболее слабо удерживаемой воды. Таким образом, водный дефицит служит показателем напряженности водного режима растений. В большинстве случаев водный дефицит колеблется от 10 до 20%. Водный дефицит могут вызвать или слишком медленное поглощение, или слишком быстрая потеря воды (Крамер, Козловский, 1983). В городе Чита и Забайкальском крае Скобельциной (2011) проведен анализ состояния древесных растений с помощью физиологических и аналитических методов. Выявлены экологически значимые физиологические показатели, отражающие реакцию растений на техногенное загрязнение и выработку механизмов адаптации. В листьях древесных растений Забайкальского края определён фракционный состав воды и содержание в них аскорбиновой кислоты. Загрязнение городской среды приводит к изменению морфометрических показателей у древесных растений. Это выражается в формировании у них ряда адаптивных изменений, в частности, в развитии мелколиственности, связанной с уменьшением площади листовой пластинки и увеличением удельной плотности листьев. Устойчивость древесных растений в условиях урбанизированной среды обеспечивается изменениями в физиолого-биохимических параметрах, в том числе, изменениями в соотношениях свободной и связанной воды.

Проведенные эколого-биологические исследования позволили оценить состояние условий городской агломерации. Исследуемые древесные растения способны приспособиться к агрессивным условиям городской среды, благодаря регуляции водного режима, изменению морфометрических показателей листа. Изменение морфометрических показателей - дисперсность листьев и уменьшение площади листа напрямую зависит от микроклимата ландшафтной площадки города.

Наиболее устойчивый и лабильный вид в условиях города Чита Ulmus pumila, интересный для исследования различных показателей водного режима древесных пород в условиях города Пскова. Исследованы наиболее распространенные древесно-кустарниковые породы, произрастающие в центральной части города. Это липа сердцелистная, тополь черный, береза бородавчатая и сирень обыкновенная. Для определения физиологических показателей исследовали брали растения, произрастающие вблизи автомобильных магистралей, на окраине города, удаленных от центра на 5-10 километров. Были выбраны модельные участки, в пределах которых брали среднюю пробу листьев растений одного возраста в трех-шестикратной повторности (Хмелевская, 2008). Основными экстремальными факторами, воздействующими на древесные растения города Пскова, являлись автомобильный и железнодорожный транспорт, а также негативные условия температурного, водного и светового режимов. Неблагоприятные экологические факторы оказывают влияние на все этапы водного обмена растений. Загрязняющие вещества оказывают различное действие на транспирацию и водный обмен в целом. В городской среде основными фитотоксикантами, вызывающими нарушение обменных функций в растении, являются загрязняющие вещества атмосферы, а также соли тяжелых металлов.

Анализировались следующие характеристики водного режима растений: фракционный состав воды (содержание общей, свободной и связанной воды), водоудерживающая способность тканей, степень суккулентности, водный дефицит, интенсивность транспирации (Хмелевская, 2008). Содержание воды в растительных тканях представляет собой исключительно изменчивую и динамическую величину.

Присутствие SO₂ в воздухе стимулирует открывание или закрывание устьиц. Под действием SO₂ у устойчивых растений происходит быстрое снижение скорости транспирации. При низкой интенсивности света происходит закрывание устьиц. Повышение концентрации СО₂ при низкой влажности воздуха приводит к снижению водного потенциала клеток. Свинец вызывает сильную степень повреждения листьев, что отражается наводном обмене, доступности почвенной влаги и соотношения поглощения воды и транспирации (Полевой,1989). По данным Г.М. Илькуна (1971), оводненность листьев, произрастающих в условиях загрязненности воздуха, обычно на 10-15 % ниже по сравнению с листьями растений, находящихся в чистой атмосфере.

Определение фракционного состава воды проводилось общепринятыми методами (Савицкая, 1988). По данным Тарабрина (1980), у растений, произрастающих в зоне загрязнения, уже с начала вегетационного периода уменьшается подвижность внутриклеточной воды. Значительные изменения фракционного состава воды в условиях загрязнения объясняется повышенным накоплением в листьях растений ингредиентов загрязнения (Кулагин, 1974). Водный режим растений в условиях загрязненной среды находится в условиях пониженной оводненности. При этом общая вода и содержание свободной воды снижается, повышается содержание связанной воды.

В.В. Гриненко (1963) в своей работе указывает, что сокращение количества свободной воды как мера, уменьшающая рост, развитие ассимиляционной поверхности и общей биологической продуктивности.

По мнению В.В. Гриненко (1971), водоудерживающая способность тканей является одним из показателей, характеризующих состояние воды в растениях, их водообмена и засухоустойчивость растений. Способность удерживать воду путем ее связывания можно считать универсальной защитой растительного организма. Изменение водоудерживающей способности связано с уровнем оводненности клеток и носит адаптивный характер против повреждающего действия засухи. Растение всегда снижает свои функции в результате обезвоживания. При повышенной водоудерживающей способности растение устойчивее к неблагоприятным условиям внешней среды. По количеству потерянной воды за первые 30 минут судят о водоудерживающей способности растений. Растения считают устойчивыми, если за 30минут они теряют не более 4-5 % воды от своей массы (Летние практические задания по физиологии растений, 1973; Баславская, Трубецкова, 1964).

Причина большей водоудерживающей способности растений состоит в увеличении вязкости и эластичности цитоплазмы их клеток. Это связано с тем, что остается наиболее прочно связанная. Кроме того, в клетках устойчивых растений происходит возрастание количества водорастворимых белков. Увеличение фракций водорастворимых белков это причина повышения водоудерживающей силы. Разнообразный фракционный состав белков способствует большей водоудерживающей способности.

Растение обладает более высокой суккулентности, если на меньшую поверхность листа накапливает большее количество воды. Ксероморфная структура, ведущая к мелкоклеточности, способствует меньшему натяжению цитоплазмы при обезвоживании, что позволяет лучше переносить завядание. У городских растений будет чаще наблюдаться меньшая степень суккулентности (более выраженная ксероморфная структура), что связано с меньшим содержанием общей воды в листьях. Кроме того, исследования ряда ученых доказывают, что устойчивые к городским условиям виды, характеризуются хорошо выраженной ксероморфностью, поскольку такие растения слабее поражаются экстремальными факторами (токсичные газы, обезвоживание, перегрев) (Кулагин, 1974).

2.3 Фитоиндикация как основа биоэкологического мониторинга условий городской среды

Использование растений для оценки городских условий лежит в основе экологического мониторинга. Эффективность биоиндикации зависит от правильного выбора биоиндикатора. В городе древесные растения являются самыми распространёнными биоиндикаторами урбоэкосистемы. На сегодняшний день распространен опыт биомониторинга городских агломераций европейской части страны, в сибирском регионе - г. Красноярска, г. Иркутска. В качестве примера можно привести исследования Жукова, 2007.

Биоэкологический мониторинг г. Читы опирается на данные по техногенным выбросам загрязняющих веществ в атмосферу и водоёмы, и ограничивается определением концентрации загрязнителей в воздушной, водной и почвенной средах (Р. Н. Волосиков и др., 1999; ежегодные госдоклады).

Проведенные комплексные эколого-биологические исследования содержания некоторых тяжелых металлов в почвах и растениях в условиях г. Чита, что в последнее время довольно широкое распространение получили методы биоиндикации атмосферных загрязнений предприятиями и автотранспортом с помощью растительных объектов. В порядке возрастания толерантности к загрязнениям растительные организмы располагаются в следующий ряд: лишайники, хвойные, травянистые растения, листопадные деревья.

В городе Улан-Удэ как биоиндикаторы можно использовать древесные и кустарниковые виды.

Различные виды чувствительны к определенным загрязняющим веществам. При озеленении территорий промышленных предприятий и их санитарно-защитных зон, обочин дорог следует выбирать более устойчивые растения, степень и характер защитного воздействия растений в значительной степени зависят и от типа посадок.

Данные по аккумуляции некоторых тяжелых металлов могут быть использованы в биоиндикации экологического состояния почв и растений, а также могут быть учтены при составлении карт геохимического загрязнения почв и растительного покрова. Антропогенная деятельность оказывает негативное влияние на состояние почв в городской среде. Железо, медь, цинк, никель накапливаются преимущественно в корнях, ртуть аккумулируется в листьях. Целесообразно создание разновидовых насаждений на урбанизированных территориях для наиболее полного очищения атмосферы и почвы от тяжелых металлов, как отмечали Валова, Чимитдоржиева, 2001.

Зеленые насаждения способствуют нейтрализации и ослаблению негативных воздействий промышленных зон на работников предприятий, жителей близлежащих кварталов и на окружающую живую природу, в целом, играют зеленые насаждения. Особое значение при этом имеют правильный подбор видового состава и грамотная пространственная организация зеленых насаждений, функциями которых являются улавливание, связывание и нейтрализация потенциально опасных физико-химических элементов и соединений, а также существенное ослабление других негативных последствий деятельности предприятий.

По действию посадки разделяют на изолирующие и фильтрующие. Изолирующими называются посадки плотной структуры (полосы и небольшие массивы), которые создают на пути загрязненного воздушного потока механическую преграду, заставляющую поток обтекать массив. При нормальных метеоусловиях они снижают содержание газообразных примесей на 25-35% путем рассеивания и отклонения загрязненного воздушного потока, а также поглощающего действия зеленых насаждений. Фильтрующими называются посадки, продуваемые и разреженные, выполняющие роль механического и биологического фильтра при прохождении загрязненного воздуха сквозь массив. Эти посадки являются основными для санитарно-защитных зон.

ГЛАВА 3. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Род UlmusL. Преимущественно листопадные растения. Высота деревьев иногда достигает 40 м, при диаметре ствола 2 м, некоторые виды растут в виде кустарника. Крона от широко-цилиндрической с закруглённой вершиной до компактно-шаровидной. Ветвление симподиальное; побеги коленчатые. Ветви без колючек и шипов, с тонкими молодыми побегами на главных толстых ветвях. Кора бурая, у молодых деревьев гладкая, позже толстая и грубая, бороздчатая, с продольными трещинами. На ветвях многих южных видов образуются пробковые наросты. Корневая система обычно без стержневого корня, мощная, с отдельными, глубоко идущими корнями и многими боковыми поверхностными. На сильно подзолистых почвах корневая система поверхностная. Почки сидячие, длиной 2--8 мм, овальные, яйцевидные, острые или тупые, опушенные или голые, с черепитчато налегающими чешуями. Листорасположение очерёдное, двурядно-мозаичное, отчего крона почти не просвечивает и дает густую тень. Листья короткочерешковые, цельные, реже в верхней части лопастные, при основании неравнобокие, размерами от 4 до 20 см, двояко- или троякозубчатые, редко просто зубчатые, заострённые. Прилистники ланцетные, рано опадающие. Даже на одном побеге листья могут различаться размерами и очертаниями, образуя красивое кружево -- так называемую вязь. До созревания плодов листья почти не развиваются и начинают быстро расти только после пожелтения плодов. Осенью перед листопадом пластинка листьев окрашивается в светло-жёлтый цвет или буреет; опадают листья раньше, чем у многих других древесных пород. Цветки мелкие, невзрачные, собраны пучками, сидящими в пазухах листьев, обоеполые, снабжены простым колокольчатым пятираздельным, реже 4--8, околоцветником и таким же количеством тычинок. Цветки ветроопыляемые, у большинства видов появляются раньше листьев. Цветут обычно до появления листьев, редко осенью. Плод сплющенный, тонкооболочечный, крылатый орешек, перепончатое крыло которого охватывает семя кругом. Семя чечевицеобразное, без эндосперма. Плоды созревают очень рано разносятся ветром, во влажной почве прорастают через несколько дней. Проросток с двумя обратно-яйцевидными, плоскими, толстоватыми семядолями, за которыми следует 2--3 пары супротивных просто зубчатых листьев. Плодоносят растения ежегодно и обильно, давая до 20--30 кг семян на 1 дерево. Размножаются пнёвой порослью, корневыми отпрысками и семенами. В раннем возрасте растут быстро. Продолжительность жизни 80--120 лет, доживают до 400 лет. В первый год всходы достигают высоты 10--15 см; затем ежегодный прирост в высоту составляет 30--40 см, и растения сильно ветвятся. В возрасте 40--60 лет годичный прирост около 20 см, позже прирост в высоту падает.

U. pumila.-вяз, ильм приземистый.

Дерево до 25-30 м высотой с широкой кроной. Молодые побеги серые или желтовато-бурые, обычно опушенные. Листья очередные, очень мелкие для вязов, до 5-7 см длиной, опушенные, немного кожистые, от широко ланцетных до обратнояйцевидных, с почти равнобоким основанием и треугольной верхушкой, на коротком, 1-3 мм, черешке, по краю дважды. Листорасположение двурядное, что очень хорошо заметно на длинных облиственных побегах. Цветение в апреле, до распускания листьев. Цветки красновато-бурые, мелкие, на коротких цветоносах равной длины. Плоды созревают в мае, крылатки до 2 см в диаметре, округлые, широкие - ширина нередко превышает длину, на коротких плодоножках.

Род MalusL. - род листопадных деревьев и кустарников семейства Розовые, насчитывает 36 видов. Деревья с развесистой кроной высотой 2,5--15 м. Ветви укороченные (плодущие), на которых закладываются цветочные почки, и удлинённые (ростовые). У дикорастущих видов на ветвях колючки. Листья черешковые, голые или опушённые, с опадающими или остающимися прилистниками. Цветки белые, розовые или красные, собраны в полузонтики или щитки.

Вид M.baccata яблоня ягодная

Небольшие, до 10 м высотой, плодово-декоративные деревья, часто с неправильной, округлой кроной, реже кустарники. Кора ствола темно-серая. Листья эллиптические или продолговато-яйцевидные, до 10 см длиной, летом темно-зеленые, осенью желтые или красноватые. Цветки до 3-4 см в диаметре, душистые, белые, розовые или карминовые, на опушенных цветоножках, собраны в зонтиковидные соцветия. Плоды яблокообразные, у многих видов ярко окрашенные, варьируют по форме и величине. Внутри плода находятся 5 гнезд, образованных кожистыми створками, с семенами; мякоть образуется за счет разрастающегося, мясистого цветоложа.

Род Syringa L. -- род кустарников, принадлежащий семейству Oleaceae. Род включает около десяти видов, распространённых в диком состоянии в Юго-Восточной Европе (Венгрия, Балканы) и в Азии. Листья супротивные, обыкновенно цельные, реже перисто-раздельные, опадающие на зиму. Цветки белые, лиловые или розовые, расположены в метёлках на концах ветвей. Чашечка маленькая, короткая, колокольчатая о четырёх зубчиках. Венчик обыкновенно с длинной цилиндрической трубкой (реже, как, например, у сирени амурской-- с укороченной трубкой) и плоским четырёхраздельным отгибом. Тычинок две, прикреплённых к трубке венчика. Завязь одна с двухраздельным рыльцем. Плод сухая двухстворчатая коробочка.

S.vulgaris - сирень обыкновенная. Листопадный куст высотой 2-5 м, с раскидистой густой кроной. Диаметр стволов куста может достигать 15-20 см. Корневая система располагается в верхних слоях почвы. Старые стволы с тёмно-серой или серо-коричневой корой, которая отслаивается узкими полосками. Кора молодых растений и молодых ветвей гладкая, серая. Однолетние побеги желтовато-серого или оливково-зелёного цвета, с почти незаметными чечевичками, заканчивающиеся двумя толстыми, четырёхгранными почками, реже одной. На почках крестообразно расположены чешуйки (8 наружных и 4 внутренних). Листья супротивные, простые, черешковые, длиной 4--12 см, шириной 3--8 см, сердцевидные у основания или прямо срезанные, цельнокрайние, заострённые к вершине, зелёные, плотные, голые. Опадают зелёными. Цветки обоеполые, от лиловых до фиолетовых (разных оттенков), также белые, мелкие, ароматные, долго неопадающие, собраны в парные, пирамидальные прямостоячие или поникающие метёлки, длина которых 10--20 см. В метелке от 100 до 400 цветков. Цветёт в мае. Созревание плодов в сентябре-октябре. Плод сирени представляет собой двугнёздную коробочку длиной до 1,5 см с несколькими светло-коричневыми, кожисто-крылатыми продолговатыми семенами. Родиной сирени является Балканский полуостров. Распространена на всей территории СНГ. Предпочитает нейтральные или слабощелочные легко прогреваемые почвы, открытые, освещенные места. Растет в садах и парках, около жилья. Обильное цветение наступает на 6 год.

3.2 Характеристика ключевых участков

Различные виды деревьев и кустарников, произрастающих в г. Улан-Удэ, неодинаково реагируют на действие пыли, дыма и газа, в связи с тем, что необходимо подбирать пыле-,дымо- и газоустойчивые виды. В городских выбросах чаще всего содержатся примеси тяжелых металлов, особенно таких, как свинец и ртуть. Поэтому нами выбраны ключевые участки в трех административных районах города Улан-Удэ в соответствии с эколого-геохимической картой (рис.2).

Рис.2. Содержание свинца и ртути на ключевых участках:1 участок - Железнодорожный р-н, 2 участок- Октябрьский р-н, 3 участок- Советский р-н.мг/кг.

Фото 1.Участок 1 .Железнодорожный район

Участок 1 (фото1) находится в северной части города, по географическому положению высокие песчаные террасы правобережья р.р.Селенга и Уда, в Железнодорожном административном районе, в окрестностях кинотеатра «Октябрь», вдоль автомобильной дороги, относящейся ко 3 категории. Участок находился в 400 м от дороги. Промышленная зона вытянута вдоль правобережья рр. Селенги и Уды в широтном направлении. Два основных предприятия - загрязнителя расположены в ее центре - ТЭЦ -1, дающая основную массу пыли, и ЛВРЗ, поставляющие повышенные концентрации химических элементов. По данным эколого-геохимической карты участок загрязнен тяжелыми металлами, такими как ртуть, свинец (фото 2). Свинец установлен в аномальных содержаниях 5,0 , ртуть установлена в виде обширной аномалии 1,5 - 9,3 мг\кг. В крупных фракциях почвенных отложений в серии проб в районе остановки Элеватор установлены очень высокие (100-1000) содержания. Источником загрязнения являются пылегазовыбросы ЛВРЗ.

экологический malus baccata санитарный

Фото2. Участок 2, Октябрьский район

Участок 2 по географическому положению -южная часть города, высокие террасы правобережья р. Селенга и левобережье р.Уда. Основные типы почв боровые пески, озерно-речные пески, супеси мощностью 30-70 м. расположен в Октябрьском районе (улица Бабушкина) - зона устойчивого загрязнения, находящаяся вблизи автомобильных дорог 2 категории (фото 3). Участок находился в 50 м от автомобильной дороги. В данном районе выделяется вторая промышленная зона, вытянутая также в широтном направлении вдоль левобережья р.Уды и Селенги. В нее входят карьер строительных материалов, ЗСК, текстильные, деревообрабатывающие предприятия, мелькомбинат и т.д. Содержание ртути на участке составляет 0,3-1,4 мг\кг, содержания свинца минимальны., так как район является относительно молодым и лишь частично расположен в подветренном направлении промышленной зоны центральной части города .

Фото3.Участок 3 , Советский район

Участок3 по географическому положению -часть правобережья р.Селенга вместе впадения р.Уда. Основные типы почв - аллювиальные. Находится в Советском районе г. Улан-Удэ, в центральной части, наиболее насыщен промышленным производством различного профиля (машиностроение, энергетика, и др.). Это бывшие стеклозавод, завод металлоизделий, судостроительный завод, склады энергоносителей и т.д.

Основные транспортные пути совпадают с положением промышленных зон. Участок находился в 100 метрах от автомобильной дороги.

Они являются источниками шума, негативно влияющего на рост и развитие древесных и кустарниковых видов. Особенно сильный шум производят тяжелые самосвалы и трамваи.

На предприятиях проводятся мероприятия по шумозащите. Железнодорожные и трамвайные линии и дороги, по которым проходит грузовой транспорт, нужно выносить из центральных частей городов в малонаселенные районы и создавать вокруг них зеленые насаждения, хорошо поглощающие шум. Автомагистрали могут представлять опасность для растительного организма и как загрязнитель тяжелыми металлами. В районе автомагистраль относится ко 2 категории. Если автомобили используют бензин, содержащий свинец, то почвы вдоль дорог загрязняются токсичным металлам, выбрасываемым вместе с выхлопными газами. При вымывании этих токсичных веществ из почвы они попадают в грунтовые воды и вызывают тем самым их химическое загрязнение.

Советский район можно считать самым неблагополучным по содержанию в почвах тяжелых металлов. Он имеет самую высокую концентрацию ртути и свинца, что неблагоприятно влияет на состояние зеленых насаждений, находящихся на его территории, о чем говорит наименьшая интенсивность транспирации в сравнении с другими районами. Октябрьский район напротив, имеет самый благоприятный фон для произрастания насаждений - относительно низкую загрязненность почв тяжелыми металлами. Загрязнение среды тяжелыми металлами происходит в результате сжигания топлива, деятельности промышленности, сбрасывания сточных вод и внесения в почву удобрений. В условиях увеличения техногенных нагрузок санитарно-гигиеническая роль покрытых растительностью пространств города является мощным средством нейтрализации вредных последствий техногенного загрязнения для городского населения. Озелененные территории влияют на микроклиматические характеристики городской среды, в том числе задерживают десятки тонн пыли, концентрируют в листьях тяжелые металлы, участвуют в формировании температурно-влажностных режимов, химического состава воздуха, биотрансформируют и рассеивают сотни тысячи тонн загрязняющих веществ, обогащают воздух кислородом. Они оказывают воздействие на скорость движения воздушных потоков, величину инсоляции поверхностей на уровне земли, зданий и сооружений, а также снижают шумовую нагрузку от автомобилей и других объектов, являются источниками эстетического восприятия и факторами благотворного психологического воздействия на человека.

В связи с тем, что одной из важнейших функций зеленых насаждений городов, наряду с рекреационной, структурно-планировочной и декоративно-художественной, является санитарно-гигиеническая функция, заключающаяся в очистке окружающей среды от токсических веществ, поэтому для озеленения городов следует отбирать такие растения, которые не только декоративны, но и способны активно поглощать загрязнители, адсорбировать пыль, и еще при этом обладающие достаточно высокой устойчивостью к разным поллютантам.В то же время выполнено недостаточное количество работ, в которых бы изучались особенности физиологических процессов на разных этапах онтогенеза. Без физиологической оценки отдельных этапов онтогенеза невозможно в полной мере представить себе общую картину протекания процессов роста и развития растений в целом, т.к. именно эффективность энергетических и метаболических процессов определяет конкурентноспособность вида, темп его развития и, в конечном счете, устойчивость растений к антропогенному загрязнению.

Табл. 4

Характеристика ключевых участков по неблагоприятным факторам экологической обстановки г. Улан-Удэ (по данным БелоголововаВ.Ф.,1989)

Климатические условия за годы наблюдения(2011-2012) показаны в рис.3-8.

Рис.3. Климатические данные за июнь 2011 г.

Норма среднемесячной температуры июня: 16.9°. Фактическая температура месяца по данным наблюдений: 20.3°. Отклонение от нормы: +3.4°. Норма суммы осадков в июне: 43 мм. Выпало осадков: 18 мм. Эта сумма составляет 42% от нормы. Самая низкая температура воздуха (3.6°) была 2 июня. Самая высокая температура воздуха (33.2°) была 16 июня.

Рис. 4. Климатические данные за июль 2011 г.

Пояснения к графику. Текущие минимальная, средняя, максимальная температура воздуха представлены на графике сплошными линиями соответственно синего, зеленого и красного цветов. Нормальные значения показаны сплошными тонкими линиями. Абсолютные максимумы и минимумы для каждого дня обозначены жирными точками соответственно красного и синего цвета.

Норма среднемесячной температуры июля: 19.8°. Фактическая температура месяца по данным наблюдений: 19.3°. Отклонение от нормы: -0.5°. Норма суммы осадков в июле: 65 мм. Выпало осадков: 66 мм. Эта сумма составляет 102% от нормы. Самая низкая температура воздуха (7.3°) была 10 июля. Самая высокая температура воздуха (36.3°) была 15 июля.

Рис.5. Климатические данные за август 2011 г.

Норма среднемесячной температуры августа: 17.1°. Фактическая температура месяца по данным наблюдений: 18.5°. Отклонение от нормы: +1.4°. Норма суммы осадков в августе: 68 мм. Выпало осадков: 31 мм. Эта сумма составляет 46% от нормы. Самая низкая температура воздуха (5.6°) была 31 августа. Самая высокая температура воздуха (36.2°) была 20 августа.

Рис.6. Климатические данные за июнь 2012 г.

Норма среднемесячной температуры июня: 16.9°. Фактическая температура месяца по данным наблюдений: 18.0°. Отклонение от нормы: +1.1°. Норма суммы осадков в июне: 43 мм. Выпало осадков: 15 мм. Эта сумма составляет 35% от нормы. Самая низкая температура воздуха (5.0°) была 8 июня. Самая высокая температура воздуха (33.9°) была 18 июня.

Рис.7. Климатические данные за июль 2012 г.

Норма среднемесячной температуры июля: 19.8°. Фактическая температура месяца по данным наблюдений: 19.6°. Отклонение от нормы: -0.2°.Норма суммы осадков в июле: 65 мм. Выпало осадков: 124 мм. Эта сумма составляет 191% от нормы. Самая низкая температура воздуха (9.7°) была 21 июля. Самая высокая температура воздуха (32.9°) была 2 июля.

Рис.8. Климатические данные за август 2012 г.

Норма среднемесячной температуры августа: 17.1°. Фактическая температура месяца по данным наблюдений: 15.9°. Отклонение от нормы: -1.2°. Норма суммы осадков в августе: 68 мм. Выпало осадков: 46 мм. Эта сумма составляет 68% от нормы. Самая низкая температура воздуха (1.7°) была 21 августа. Самая высокая температура воздуха (29.4°) была 4 августа.

Табл.5

Показатели температурного режима t и нормы осадков(мм) за июнь, июль, август 2011-2012 гг.

В годы проведения исследований летние месяцы по температурному режиму были приблизительно одинаковыми. Незначительные отклонения от нормы были в 2011 в июле -0,5° и в 2012 году - июле -0,2°, августе -1,2°.Лето было не жаркое. Самыми влажными были июль 2011 года, осадков выпало выше нормы на 102%.И самым влажным был июль 2012 года, осадков выпало выше нормы 191%.Судя, по температурному режиму и норме осадков наиболее благоприятным был 2011 год.

3.3 Методика проведения исследований

Для изучения влияния городской среды на эколого-биологические особенности Ulmus pumilla,Malus baccata, Syringa vulgaris нами проводилось:

1.Измерение интенсивности транспирации.

2.Изучение изменения морфометрических показателей листьев.

3.Определение содержания свободной и связанной воды в листьях

4.Для сравнительного анализа рассмотрена анатомическая структура листа всех видов.

Наиболее доступными параметрами, отражающими состояние листа, являются морфометрические показатели, которые определяли по общепринятым методикам (Попова, Уманская, 2000): масса и площадь, дисперсность листьев. Как показатель напряженности экосистемы является уровень пылевого загрязнения у исследуемых видов. Для определения выбранных параметров с каждого экземпляра древесного растения брали по 10 листьев. Повторность троекратная.

Массу листьев определяли с помощью взвешивания на торсионных весах (г). По методике подсчета квадратиков на миллиметровой бумаге, планиметрической..Для определения площади листья мы раскладывали на миллиметровой бумаге, обводили контур каждого листа, а затем подсчитывается количество квадратных сантиметров (смІ). Если контур (по краю) попадает более половины 1 сантиметра, то это принимается за целый смІ, а если меньше, то отбрасывается. По результатам подсчетов рассчитывалась средняя площадь листа.

Дисперсность листьев это количество листьев на 1 мІ, для определения брали лист бумаги определенной площади (0,25смІ) и плотно на ней укладывали листья исследуемых видов. Результаты пересчитывали на 1 мІ.

По степени загрязнения листьев можно судить о степени загрязнения экосистемы. При отборе проб (листьев) учитывали ярус, возраст растения. У всех исследуемых экземпляров они одинаковы. Для определения пылевого загрязнения с трех растений осторожно срывали 3 листа, быстро взвешивали каждый в отдельности на торсионных весах, затем обтирали с двух сторон ваткой и снова взвешивали. Разница в весе (количество пыли) рассчитывалась в процентах от сырой массы. Измерение интенсивности транспирации проводилось в летний период, с июня по август 2011-2012гг в разные фенологические фазы с помощью торсионных весов по методике Иванова (1950).На торсионных весах взвешивали свежесрезанные листья (10шт.). Вес листа - М1 (мг). Через 5 мин повторяли взвешивание (М2, мг). Разность отсчетов М1-М2 дает представление о количестве испаренной воды в процессе транспирации. Продолжительность транспирации-t (время, затраченное на транспирацию). Затем определяли площадь листовой поверхности S с помощью миллиметровой бумаги с точностью до 0,01 дмІ. Рассчитывали интенсивность транспирации (ИТ, мг воды/дмІ) по формуле (M1-M2)Ч60Ч1000 ?SЧt=ИТ.

Содержание свободной и связанной воды определяли с использованием водоотнимающих средств по методике Г.А.Сулейманова. Собранный материал взвешивают на весах. Затем навеску материала в коробочке помещали над водоотнимающим реагентом (серная кислота 2N). Через два часа материал в коробочке (вместе с коробочкой) взвешивается, (потеря воды составит свободную воду), и снова помещали над кислотой. По истечении 48 часов навеска с коробочкой взвешивается, разность между первым и последним взвешиванием составляет общую воду в навеске. Связанная вода определяется по разности между общей и свободной водой. Каждая фракция воды выражается в граммах сырой массы или в % от сухой массы растений. Статистическую обработку проводили с помощью пакета прикладных программ Microsoft Excel 2010.

Анатомическая структура листа исследована общепринятым методом, на фиксированных образцах, собранных в период вегетации. Для анализа брали листья, достигшие полного развития, и основное внимание уделяли строению эпидермы и мезофилла как наиболее пластичным признакам. Поперечные срезы делали от руки бритвой - временные срезы. Рисунки рисовались самостоятельно от руки. Микроскопические измерения проводились по методике Пронзиной М.Н.. Это пересчет количества структурных элементов (устьиц) на единицу площади(1ммІ) листа.