Биоэкологические особенности древесных растений и обоснование их использования в целях экологической оптимизации урбаносреды (на примере г. Ижевска)

9.4 Пути оптимизации городской среды

Характеристика жизненного состояния, показателей роста и развития, результаты рейтинговой оценки устойчивости и уровня обменных процессов у изученных видов древесных позволили дать рекомендации по применению изученных видов в разных структурно-функциональных типах насаждений города.

В пригородной зоне на месте нарушенных земель необходимо организовать плантационную форму лесного хозяйствования из высокопродуктивных и технически ценных древесных пород, для рекреационных целей следует создать лесопарковые культуры и провести ландшафтную реконструкцию имеющихся низкокачественных насаждений. Вокруг города (на расстоянии, установленном с учетом климатических условий региона и планировки города, для Ижевска - это 20-22 км) необходимо создание лесных массивов, обладающих высокой пылеосаждающей способностью (как правило, с преобладанием хвойных пород).

На основе изучения состояния насаждений и полученного аналитического материала сформулированы основные направления программы экологической оптимизации городской среды, основанные на определенной организационной структуре и концептуальных подходах к формированию древесных насаждений города (рис. 11).

Рис. 11 - Основные направления программы экологической оптимизации городской среды, касающиеся организации древесных насаждений

Выводы

1. Анализ состояния насаждений г. Ижевска выявил острую необходимость их существенной реконструкции и проведения компенсационного озеленения. Видовой состав деревьев и кустарников города включает 143 вида, имеющих преимущественно североамериканское и дальневосточное происхождение. Основу существующих насаждений составляют береза повислая (Betula pendula Roth.), тополь бальзамический (Populus balsamifera L.), клен ясенелистный (Acer negundo L.), липа мелколистная (Tilia cordata Mill.), ива козья (Salix caprea L.), рябина обыкновенная (Sorbus aucuparia L.), яблоня ягодная (Mallus baccata L.), роза майская (Rosa majalis Herrm.) и карагана древовидная (Caragana arborescens Lam.), удельный вес которых в общей площади насаждений города составляет около 70%. Для растений магистральных посадок характерны низкие баллы жизненности, что связано с отрицательным воздействием экологических факторов и несоблюдением агротехнических требований при уходе за ними. В целом по городу низкие баллы жизненного состояния имеют липа мелколистная, роза майская и карагана древовидная, высокие ? береза повислая, клен ясенелистный и яблоня ягодная. При возрастании содержания окислов азота и углерода в атмосферном воздухе, у всех видов, за исключением яблони ягодной, снижается жизненное состояние. У тополя бальзамического и караганы древовидной выявлена высоко значимая корреляционная связь жизненного состояния и содержания окислов азота в атмосферном воздухе.

2. У древесных растений в урбаносреде возрастает продолжительность активной вегетации, но при этом значительно сокращаются критические периоды развития, связанные с распусканием почек, формированием генеративных структур, опылением и оплодотворением. Указанная реакция особенно четко проявляется в неблагоприятные по метеорологическим условиям годы, и она наиболее выражена у деревьев первой величины (верхнего яруса).

Продолжительность периода распускания почек у местных видов относительно стабильна в разные по метеорологическим условиям годы, лишь у растений, произрастающих в условиях интенсивной техногенной нагрузки, этот период сокращается. У интродуцированных видов в менее благоприятные по погодным условиям годы в насаждениях с интенсивной техногенной нагрузкой период распускания почек более растянут, а продолжительность листопада, наоборот, сокращается в два раза. В годы с температурами и осадками в пределах нормы эти периоды в разных типах насаждений существенных различий не имеют.

3. У клена ясенелистного, розы майской, караганы древовидной наблюдается уменьшение длины годичного побега и размеров его структурных элементов. У остальных изученных видов, наоборот, происходит удлинение годичного прироста, а также числа и размеров структурных элементов. Листья тополя бальзамического, рябины обыкновенной и розы майской в условиях городской среды отличаются склерофильностью, имеют показатель массы единицы площади листа 7,1-7,6 мг/см². В целом отмечена тенденция роста этого показателя в условиях усиления воздействия техногенной среды, а у березы повислой, рябины обыкновенной, ивы козьей и тополя бальзамического установлена его отрицательная корреляционная связь с ассимиляционной активностью (r = -0,56-0,81). В магистральных посадках снижается зимостойкость годичных побегов, проявляющаяся в возрастании числа почек, имеющих признаки максимального повреждения в зимний период.

4. Техногенная нагрузка приводит к депрессии фотосинтеза в июле, а в условиях наиболее интенсивной техногенной нагрузки - в июне. Наибольшей депрессии подвержена ассимиляционная способность растений кустарникового яруса. В разных типах насаждений виды одного жизненного состояния существенно отличаются по показателям интенсивности фотосинтеза.

Интродуцированные виды отличаются более высокой ассимиляционной активностью. У них отмечен некоторый рост показателя при невысоком уровне загрязнения среды. Наиболее высокие показатели интенсивности фотосинтеза характерны для яблони ягодной и тополя бальзамического.

У большинства изученных видов растений в условиях интенсивной техногенной нагрузки продуктивность фотосинтеза существенно ограничена, что, прежде всего, связано со снижением уровня активности листового аппарата. В данных условиях, как правило, повышается водоудерживающая способность листьев. Нами установлено, что виды, обладающие значительной водоудерживающей способностью, не отличаются высокой интенсивностью фотосинтеза.

Высокие показатели ВС характерны для видов местной флоры. Кустарники - роза майская и карагана древовидная - отличаются более низкой ВС. В течение вегетации у большинства видов древесных растений способность листьев удерживать влагу снижается.

При нарастании антропогенного пресса у тополя бальзамического, яблони ягодной и березы повислой наблюдается увеличение содержания аскорбиновой кислоты (АК) в листьях. В листьях тополя бальзамического и яблони ягодной, обладающих высокой ассимиляционной активностью, отмечены максимальные концентрации данного метаболита. Независимо от условий произрастания в течение вегетации содержание АК в листьях древесных растений снижается.

Концентрация таннинов в побегах древесных растений в условиях интенсивной техногенной нагрузки в конце вегетации существенно увеличивается, причем у видов, имеющих высокую ассимиляционную активность, содержание данного метаболита возрастает в 4-10 раз.

5. Побеги древесных растений в насаждениях СЗЗ промышленных предприятий и магистральных посадках характеризуются повышенным содержанием общего азота, которое достоверно коррелирует с концентрацией окислов азота в атмосферном воздухе. В указанных условиях в побегах растений возрастает содержание калия, снижается концентрация фосфора, нарушается осенний физиологический отток элементов из листьев в покоящиеся побеги. Нарушение физиологического оттока элементов характерно для видов, у которых наблюдается задержка ранневесеннего роста и развития вегетативных побегов. К концу вегетации в магистральных посадках наблюдается накопление зольных элементов в побегах растений.

В зоне влияния промышленных предприятий в ассимилирующих органах ели колючей, караганы древовидной, клена ясенелистного, яблони ягодной и липы мелколистной выявлены избыточные концентрации Zn, Cu, Pb, Mo, Cd и Cr, а в магистральных насаждениях - Ni, Cd, Cr. У клена ясенелистного и яблони ягодной наблюдается накопления тяжелых металлов в листьях к концу вегетационного периода и их удаление вместе с опавшими листьями, что можно рассматривать как адаптивную реакцию. Высокие значения коэффициента биологического поглощения характерны лишь для биогенных металлов (Zn, Cu, Mn и Мо).

6. Общими чертами адаптивных реакций древесных растений в урбаносреде лесной зоны Предуралья являются: сокращение критических периодов развития; перераспределение роста и формирования морфологических структур годичного вегетативного побега; повышение содержания аскорбиновой кислоты в листьях и ее прямая корреляционная связь с ассимиляционной активностью; возрастание водоудерживающей способности листьев у низкорослых деревьев и кустарников; повышение концентрации таннинов в побегах; изменение баланса основных элементов минерального питания. В то же время для каждого из изученных видов установлена специфичность реализации адаптивных реакций. Ряд видов имеет уникальные черты адаптивных реакций - снижение уровня таннинов (побеги ивы козьей и рябины обыкновенной при усилении техногенной нагрузки), десятикратное повышение концентрации данного метаболита (побеги яблони ягодной), перестройка структуры годичного прироста (клен ясенелистный и рябина обыкновенная), повышенные концентрации общего азота (побеги караганы древовидной) - которые могут быть применены в оперативном мониторинге.

7. Насаждения города отличаются низкими средообразующими возможностями и неспособностью обеспечить экологически благоприятное качество жизни. При экологической оптимизации городской среды следует обратить внимание на пригородные территории, являющиеся поставщиками основных экологических ресурсов. В связи с указанным, требуется пересмотр подходов к организации структуры и состава насаждений зеленых зон городов, касающийся размеров, характера размещения лесных массивов, плантаций и лесопарковых насаждений.

Список основных работ, опубликованных по теме диссертации

1. Бухарина И.Л., Поварницина Т.М., Ведерников К.Е. Эколого-биологические особенности древесных растений в урбанизированной среде: монография. - Ижевск: ФГОУ ВПО Ижевская ГСХА, 2007. - 216 с.

Статьи в научных журналах, рекомендованных ВАК

1. Бухарина И.Л. Исследование адаптационной способности древесных культур и травянистого покрова в условиях урбанизированной среды (на примере г. Ижевска) // Вестник Нижегородского университета им. Лобачевского. Серия Биология. Выпуск 2 (8). - Н. Новгород: ННГУ, 2004. - С. 278-284.

2. Туганаев В.В., Бухарина И.Л., Туганаев А.В. Ботанические исследования в Удмуртском государственном университете // Известия Самарского научного центра РАН. - Самара: Изд-во Самарского НЦ РАН, 2007. - Т.9. - № 1 (19). - С. 96-106.

3. Бухарина И.Л., Поварницина Т.М., Ведерников К.Е., Двоеглазова А.А. К вопросу об особенностях метаболизма основных элементов минерального питания у древесных растений в урбанизированной среде // Вестник СГАУ им. Н.И. Вавилова. - № 1. Выпуск 2. - 2007. - С. 18-22.

4. Бухарина И.Л., Ведерников К.Е., Поварницина Т.М. К вопросу о влиянии техногенной среды на формирование и биохимический состав годичного побега древесных растений // Вестник Иж ГТУ. - № 2 (34). - 2007. - С. 145-148.

5. Бухарина И.Л., Ведерников К.Е., Двоеглазова А.А. Оценка экологического потенциала насаждений «зеленой зоны» Ижевска и возможные пути решения проблемы оптимизации городской среды // Известия Самарского научного центра РАН. - Самара: Самарский НЦ РАН, 2007. - Т.9. - № 4. - С. 1061-1067.

6. Бухарина И.Л. Особенности динамики основных элементов минерального питания в структурных частях древесных растений в условиях городской среды // Экология урбанизированных территорий. - 2008. - №2. - С.29-33.

7. Бухарина И.Л. Характеристика элементов антиоксидантной системы адаптации древесных растений в условиях городской среды // Вестник РУДН. Серия Экология и безопасность жизнедеятельности.- 2008. - №2. - С. 5-13.

8. Бухарина И.Л. Эколого-биологические особенности адаптации древесных растений в условиях урбосреды // Известия Самарского научного центра РАН. - Самара: Самарский НЦ РАН, 2008. - Т. 10. - № 2 (19). - С. 607-612.

9. Бухарина И.Л. Состояние насаждений и их роль в экологической оптимизации среды крупного промышленного центра (на примере г. Ижевска) // Проблемы региональной экологии. - 2008. - №5. - С. 106-114.

10.Бухарина И.Л. Динамика содержания химических элементов в структурных частях древесных растений в условиях городской среды // Вестник СГАУ им. Н.И. Вавилова. - 2008. - №9. - С. 7-9. (в печати)

Статьи в сборниках международных и Всероссийских конференций

1. Бухарина И.Л. Экологическая оценка видов рода клен, произрастающих в г. Ижевске (Удмуртская республика) // Agriculture and Natural Resources The 3^rd International Iran and Russia. - М.: МТАА, 2002. - С. 640-645.

2. Бухарина И.Л. Программа мониторинга состояния урбо-экосистемы // Вопросы экологии и природопользования в аграрном секторе: мат. Всерос. науч.-прак. конф. - Ижевск: УдГУ, 2003. - С. 120-122.

3. Бухарина И.Л. Анализ устойчивости растений в условиях техногенного загрязнения // Принципы и способы сохранения биоразнообразия: мат. Всерос. науч. конф. - Йошкар-Ола: МарГУ, 2004. - С. 144-145.

4. Бухарина И.Л. Роль Ботанического сада Удмуртского государственного университета в исследовании экологии и биологии городских зеленых насаждений // Жизнь в гармонии: ботанические сады и общество: мат. междунар. науч. конф. - Тверь: ООО «ГЕРС», 2004. - С.173-175.

5. Бухарина И.Л, Ведерников К.Е. Влияние городской среды на рост и развитие побегов древесных растений // Современные аспекты экологии и экологического образования: мат. Всерос. науч. конф. - Казань, 2005. - С.406-408.

6. Бухарина И.Л. Изучение состояния интродуцированных хвойных культур в условиях урбанизированной среды // Ботанические сады как центры сохранения биоразнообразия и рационального использования растительных ресурсов: мат. междунар. конф., посвященной 60-летию главного Ботанического сада им. Н.В. Цицина РАН. - М., 2005. - С. 70-74.

7. Ведерников К.Е., Бухарина И.Л. К вопросу о роли древесных насаждений, проблемах их создания, инвентаризации и паспортизации // Безопасность. Технологии. Управление: мат. междунар. конф. Ч.1. / Под науч. ред. Л.Н. Гориной. - Тольятти: ТГУ, 2005. - С. 104-108.

8. Бухарина И.Л., Ведерников К.Е. К вопросу о создании системы наблюдения за состоянием зеленых насаждения городов и их окрестностей // Проблемы биологической науки и образования в педагогических вузах.: мат. Всерос. науч.-практ. конф. Вып. 4 - Новосибирск, 2005. - С. 55-57.

9. Бухарина И.Л., Ведерников К.Е. Комплексный анализ состояния зеленых насаждений как элемент системы мониторинга окружающей среды урбанизированных территорий // Современные проблемы аграрной науки и пути их решения: мат. Всерос. науч.-практ. конф. Т.2. - Ижевск: ФГОУ ВПО Ижевская ГСХА, 2005. - С. 123-128.

10. Туганаев В.В., Бухарина И.Л. К разработке стратегии экологической оптимизации города Ижевска и пригородного района // Реализация Стратегии устойчивого развития города Ижевска: опыт и проблемы: мат. межрег. науч.-практ. конф. - Ижевск: Ижевская республиканская типография, 2005. - С. 151-152.

11. Туганаев В.В., Адаховский Д.А., Бухарина И.Л., Ведерников К.Е. и др. Основные направления исследований экологической оптимизации сельских и урбанизированных территорий // Современные проблемы аграрной науки и пути их решения: мат. Всерос. науч.-практ. конф. Т.2. - Ижевск: Ижевская ГСХА, 2005. - С. 288-293.

12. Бухарина И.Л, Поварницина Т.М. Особенности загрязнения снежного покрова урбанизированных территорий тяжелыми металлами (на примере г. Ижевска) // Безопасность. Технологии. Управление: мат. междунар. конф. Ч.1. / Под науч. ред. Л.Н. Гориной. - Тольятти: ТГУ, 2005. - С. 87-91.

13. Бухарина И.Л., Поварницина Т.М. Роль древесных растений промышленных центров в круговороте основных элементов минерального питания // Современные аспекты экологии и экологического образования: мат. Всерос. науч. конф. - Казань, 2005. - С. 404-406.

14. Бухарина И.Л. Физиолого-биохимический анализ как элемент комплексной оценки состояния зеленых насаждений в системе экологического мониторинга больших городов // Экологические и гидрометеорологические проблемы больших городов и промышленных зон: мат. междунар. конф. - СПб: РГГМУ, 2005. - С. 17-19.

15. Бухарина И.Л., Ведерников К.Е. Функциональная роль городов и их окрестностей и система наблюдений за их состоянием // Лесопользование, экология и охрана лесов: фундаментальные и прикладные аспекты: мат. междунар. науч.-практ. конф. - Томск: STT, 2005. - С. 215-216.

16. Бухарина И.Л. Влияние казанской ботанической школы на эколого-ботанические и физиологические исследования городской растительности // Вопросы общей ботаники: традиции и перспективы: мат. междунар. науч. конф., посвящ. 200-летию кафедры ботаники. Ч.1. - Казань: КГУ, 2006. - С.16-17.

17. Бухарина И.Л. К вопросу о средорегулирующей роли древесных растений в условиях урбанизированной среды // Принципы и способы сохранения биоразнообразия: мат. Всерос. науч. конф. - Йошкар-Ола: МарГУ, 2006. - С. 308-310.

18. Бухарина И.Л. Крупные промышленные центры в рамках концепции Геи Джеймса Лавлока // Проблемы промышленной ботаники индустриально развитых регионов: мат. междунар. конф. - Кемерово: КРЭОО «Ирбис», 2006. - С.130-134.

19. Бухарина И.Л., Ведерников К.Е., Поварницина Т.М. Способы оценки средорегулирующей функции древесных растений крупного промышленного центра // Биоразнообразие и биоресурсы Урала и сопредельных территорий: мат. междунар. конф. - Оренбург: Институт биоресурсов и прикладной экологии, 2006. - С.149-151.

20. Бухарина И.Л., Туганаев В.В. О необходимости экологического обустройства природных территорий // Творческое наследие В.И. Вернадского и проблемы формирования современного экологического сознания («Вернадские чтения»): матер. 5-ой междунар. науч. конф. - Донецк, 2007. - С. 262-263.

21. Bukharina I.L. To the new strategy of urbanized environment optimization // Advances in Modern Natural Sciences: Proceedings of 3^rd International Conference INTERNAS^, 2007. - Kaluga, 2007. - P. 174-175.

Размещено на Allbest.ru