Влияние факторов окружающей среды на состояние древесной растительности парковых ландшафтов

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

03.00.16 - Экология

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата биологических наук

Влияние факторов окружающей среды на состояние древесной растительности парковых ландшафтов

Куринская Надежда Викторовна

Ростов-на-Дону-2006

Работа выполнена на кафедре экологии и лесных мелиораций

Новочеркасской государственной мелиоративной академии

Научный руководитель: кандидат сельскохозяйственных наук, доцент

Шумакова Галина Евгеньевна

Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор Арефьев Юрий Федорович

кандидат биологических наук, доцент

Вахненко Дмитрий Валерьевич

Ведущая организация: Южно-Российский государственный технический университет, г. Новочеркасск

Защита состоится 10 ноября 2006 года в 14.30 на заседании диссертационного совета К 212.208.07 по биологическим наукам при Ростовском государственном университете по адресу: 344006, г. Ростов-на-Дону, ул. Б. Садовая, 105, РГУ,304 ауд. (E-mail: sk@bio.rsu.ru; факс: (863) 263-87-23)

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Ростовского государственного университета по адресу: 344006, г. Ростов-на-Дону, ул. Пушкинская, 148.

Автореферат разослан «____» октября 2006 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

кандидат биологических наук, доцент О.Ф. Пелипенко

Общая характеристика работы

Актуальность работы. На урбанизированных территориях, испытывающих высокую техногенную нагрузку, важную роль в защите окружающей природной среды играют зеленые насаждения, поэтому их необходимо преобразовывать и сохранять с учетом функциональной роли городских насаждений.

Территория города Новочеркасска, насыщена крупными промышленными предприятиями и находится под воздействием выбросов ОАО «НчГРЭС». Государственная экологическая экспертиза в своем заключении от 22.02.2000 года определила, что территория г. Новочеркасска может быть отнесена к зоне чрезвычайной экологической ситуации. Состояние окружающей природной среды в городе и в настоящее время остается неудовлетворительным. Это объясняется рядом специфических факторов, таких, как высокая концентрация промышленных предприятий в одном районе города, насыщенность движения автотранспорта на отдельных магистралях, высокая степень подтопления (в основном промышленного района города) грунтовыми водами, недостаточное количество зеленых насаждений.

С момента основания г. Новочеркасска возникла проблема его озеленения, т.к. вокруг расстилалась ковыльная степь. Зеленые насаждения на территории агломерации «город Новочеркасск» в основном являются специальными насаждениями. Они выполняют санитарно-гигиенические, микроклиматические, эстетические и рекреационные функции. Площадь озелененных территорий составляет 2639,39 га или 22,5% городской территории (Экологический вестник Дона, 2005). Количество зеленых насаждений на одного жителя г. Новочеркасска в настоящее время составляет 12,2 м2 , что на 3,8 м2 меньше нормы, установленной СНиП 2.07.80 г.

Современное состояние городских зеленых насаждений на различных типах и категориях озеленения показывает высокую степень воздействия негативных антропогенных факторов, присущих урбанизированным территориям, закономерно приводящих к ослаблению древесной растительности, преждевременному старению, поражению болезнями и вредителями, и к гибели насаждений.

Сбор и систематизация информации о степени загрязнения почвы и грунтовых вод токсичными элементами и соединениями, а также реакции на них древесных растений в городских условиях являются актуальной экологической проблемой урболандшафтов.

Цель и задачи исследования. Цель исследований - изучение влияния факторов окружающей среды на состояние древесной растительности парковых ландшафтов. В связи с намеченной целью были поставлены основные задачи исследования:

Оценить экологическое состояние почв и их влияние на насаждения парковых ландшафтов;

Определить влияние техногенных изменений режима грунтовых вод на состояние древесных насаждений парковых ландшафтов;

Оценить состояние древесных насаждений парковых ландшафтов;

Изучить биогеохимическую роль древесных растений и их воздействие на депонирующие среды;

Установить виды древесных растений, устойчивых к техногенному загрязнению. древесный парковый ландшафт техногенный

Объекты и методы исследования. Для достижения указанной цели и решения поставленных задач в качестве объектов исследования были выбраны древесные насаждения, почвы и грунтовые воды парковых ландшафтов города Новочеркасска. На пробных площадях проводились литохимические, биогеохимические и атмохимические наблюдения, а также наблюдения за грунтовыми водами.

Основные положения, выносимые на защиту:

При оценке экологического состояния почв парковых ландшафтов г. Новочеркасска установлены превышения ПДК по Cd, Ni, Cu, Zn, Pb. Наибольшие количества превышений ПДК характерно для территории парка при ДК ОАО НПО «НЭВЗ».

Техногенное изменение режима грунтовых вод оказывает негативное влияние на древесные растения парковых ландшафтов, что выражается в увеличении процента суховершинных деревьев.

По степени снижения адсорбционной способности пылевого загрязнения исследованные виды деревьев образуют следующий ряд: Acer negundo > Quercus robur > Acer platanoides >Populus alba > Tilia platyphyllos > Fraxinus lanceolata > Ulmus laevis > Fraxinus excelsior > Aesculus hippocastanum > Robinia pseudoacacia > Populus*sowietica pyramidalis.

По коэффициенту биогеохимической активности древесные виды образуют следующий ряд: Fraxinus excelsior = Populus*sowietica pyramidalis = Populus alba (0,4) > Aesculus hippocastanum = Quercus robur (0,3) > Acer platanoides = Tilia platyphyllos = Ulmus laevis = Robinia pseudoacacia (0,2) > Acer negundo = Fraxinus lanceolata (0,1).

Наиболее устойчивыми видами к техногенным нагрузкам являются: ясень зеленый и обыкновенный, тополь белый.

Научная новизна работы. Впервые были произведены комплексные многокомпонентные исследования парковых ландшафтов степной зоны, на примере г. Новочеркасска. Прослежено взаимовлияние древесных насаждений, почв и грунтовых вод. Определены видовые особенности древесных растений в отношении различных загрязнителей. Изучены корреляции в сопряженном изменении концентраций загрязняющих веществ в древесных растениях, почвах и грунтовых водах.

Практическая значимость работы. Полученные данные могут быть использованы для совершенствования подходов и методов мониторинга загрязнения древесных насаждений, почв и грунтовых вод парковых ландшафтов и сопредельных с ними территорий. Полученные материалы могут послужить основой при подборе пород для озеленения г. Новочеркасска и других урболандшафтов степной зоны.

Личный вклад автора. Работа является итогом цикла научных исследований, выполненных лично автором на кафедре экологии и лесных мелиораций Новочеркасской государственной мелиоративной академии в период с 2002 по 2006 гг.

Апробация работы. Основные положения работы в целом и отдельные ее положения обсуждались и получили одобрение на 9 конференциях: «Экологические аспекты агропромышленного комплекса» (пос. Персиановский, 2003); Всероссийская конференция «Интеграция науки, образования и производства для развития лесного хозяйства и лесопромышленного комплекса» (Воронеж-Краснодар, 2004); «Оптимизация агроландшафтов, проблемы и перспективы развития агролесомелиорации и защитного лесоразведения» (Волгоград, 2004); Международная конференция «Природноресурсный потенциал, экология и устойчивое развитие регионов России» (Пенза, 2005); Всероссийская конференция «Социальное развитие России: состояние, проблемы, перспективы» (Майкоп, 2005); «Проблемы землеустройства и кадастров» (Москва, 2005); «Лесоводство и лесные мелиорации - 85 лет лесохозяйственному факультету» (Новочеркасск, 2005); Международная конференция «Теория и практика агролесомелиорации» (Саратов, 2005); Международная научная конференция «Экология и биология почв: проблемы диагностики и индикации» (Ростов н/Д, 2006).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 12 печатных работ. Доля участия автора в публикациях составляет 40% (1 п.л.).

Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на 190 страницах печатного текста, состоит из введения, 5-ти глав, выводов, практических рекомендаций, списка литературы и приложения; содержит 39 таблиц, 33 рисунка и 10 таблиц двух приложений. Список литературы включает 255 источников, из них 24 на иностранных языках.

Автор глубоко признателен за помощь в работе научному руководителю к.с.-х.н., доценту Г.Е. Шумаковой, к.с.-х..н., проф. В.В. Засоба, д.б.н. В.В. Приваленко, д.с.-х.н., доц. С.И. Колесникову, к.с.-х.н. Е.М. Антоненко.

Cодержание работы

Глава 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

На основе анализа литературных данных рассмотрены проблемы парковых ландшафтов, как элементов урбосистем. Наибольшее внимание уделено воздействию техногенного загрязнения на основные компоненты парков: почвы - грунтовые воды - древесные насаждения. Рассмотрены адаптивные способности древесных растений и изменение их функциональной роли под влиянием факторов окружающей среды урбанизированных территорий.

ГЛАВА 2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Исследования выполнялись в 2003-2006 г. в городе Новочеркасске Ростовской области. Объектами исследования являлись абиотические и биотические компоненты экосистем парковых ландшафтов: древесные насаждения, почвы и грунтовые воды. В соответствии с поставленными задачами были заложены 3 ландшафтных профиля и 15 постоянных пробных площадей (ППП) на территории парковых зон б. Первомайского и б. Промышленного района города Новочеркасска (ОСТ 56-69-83). ППП отличались друг от друга удаленностью от источников загрязнения и автомагистрали (50, 100, 150, 250 и 350 м).

На пробных площадях проводились литохимические, биогеохимические и атмохимические наблюдения, а также велись наблюдения за грунтовыми водами. В парковых ландшафтах, согласно функциональной модели обменных процессов, изучалась миграция отдельных элементов, тем самым устанавливались связи между атмосферой и растительностью, между растительностью, почвами и грунтовыми водами, т.е. между всеми основными компонентами ландшафта.

Химический анализ проб выполнялся в экоаналитической лаборатории ФГНУ РосНИИПМ.

Литохимические исследования включали: закладку и описание почвенных разрезов на ландшафтных профилях, отбор образцов с каждого генетического горизонта. Точечные пробы почвы отбирались в соответствии с ГОСТом 17.4.3.01-83. Содержание тяжелых металлов определялось в почве в двух формах кислоторастворимой и подвижной (РД 52.18.191-89). В образцах почвы определяли pH водной вытяжки (ГОСТ 26423-85) и содержание гумуса (по Тюрину) ГОСТ26213-91. В местах закладки почвенных разрезов были пробурены скважины. Для выявления положения уровней грунтовых вод при вскрытии водоносных горизонтов был произведен отбор проб, а также замер уровня воды. Отобранные пробы грунтовой воды подвергались комплексному химическому анализу. Также определялось в пробах воды наличие тяжелых металлов (РД 52. 18. 191 - 89). На пробных площадях проводилась дендрологическая, морфологическая и биоэкологическая оценки древесных насаждений. Растительные образцы для анализа отбирали в течение вегетационного периода (июнь, июль, август). Отбор листьев проводился методом средней пробы. С каждого дерева отбиралось не менее 500 граммов смешанной пробы листьев. Наземная фитомасса, а также содержание металлов в листьях изучались на 192 деревьях. Пылефильтрующая способность древесных растений рассчитывалась по уравнению, предложенному Я.Супука. Площадь поверхности листьев определялась весовым методом с учетом переводного коэффициента для каждой древесной породы (Дорогань, Филлипов, 1994). Деревья оценивались по шкале категорий состояния лиственных пород (Санитарные правила в лесах РФ, 1998). Насаждениям парковых ландшафтов давалась эстетическая и санитарно-гигиеническая оценка (по шкалам ВО "Леспроект"), биологическая устойчивость (по шкале МЛТИ) и рекреационная оценка (по ВО "Леспроект"). Итоговую рекреационную оценку находили путем перемножения классов (баллов) каждой шкалы, без учета типа ландшафта. При статистической обработке данных полевых и лабораторных исследований использованы стандартные методики корреляционного и регрессонного анализов, применяемых для обработки результатов изучения разного рода биологических объектов (Доспехов, 1985, Лакин, 1990).

ГЛАВА 3. ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ ПОЧВ И ИХ ВЛИЯНИЕ НА НАСАЖДЕНИЯ ПАРКОВЫХ ЛАНДШАФТОВ

В соответствии с геоморфологическим районированием исследуемая территория характеризуется: страна Русская равнина; провинция Предкавказских равнин; область Приазовская эрозионно-аккумулятивная наклонная равнина (восточная часть). По современной классификации таксономия исследованных почв следующая: черноземы обыкновенные южно-европейской фации карбонатные мощные слабогумусированные тяжелосуглинистые и легкоглинистые на желто-бурых и палево-бурых лессовидных глинах и суглинках.

Для характеристики почв на ландшафтных профилях определялись факторы, оказывающие значительное влияние на рост и состояние древесных пород, такие, как содержание гумуса и величина рН в верхних горизонтах почвенных разрезов.

Содержание гумуса в верхнем горизонте почв рощи «Весна» лежит в пределах от 4,5 до 6,2%, что является оптимальным для произрастающих на данных почвах древесных растений (клен ясенелистный, дуб черешчатый, ясень обыкновенный, ясень зеленый). Реакция среды верхних горизонтов почв характеризуется как нейтральная (рН - 6,8 - 7,6).

В парке им. 50-летия Октября отмечается замедление процесса образования органического вещества в связи с ежегодной уборкой листового опада, «оголением» верхнего слоя почв, что подтверждается более низким содержанием гумуса (3,4 - 4,1%), по сравнению с почвами рощи «Весна». Величина рН верхних горизонтов почв от 7,2 до 7,8 - нейтральная и слабощелочная реакция среды.

На территории парка при ДК ОАО НПО «НЭВЗ» содержание гумуса в верхнем горизонте почв варьируется в пределах от 4,6 до 5,2%. Отмечено снижение содержания гумуса (3,9 - 4,4%.) на расстоянии 100-150 м от автомагистрали в связи с расположением зоны активного отдыха с максимальной рекреационной нагрузкой. Реакция среды верхних горизонтов почв характеризуется как нейтральная (рН - 6,5 - 7,4).

Почвы являются основной депонирующей средой, где происходит многолетняя аккумуляция большей части техногенных загрязняющих веществ, и идет их перераспределение в грунтовые воды, подстилающие породы и биоту.

В 2003-2005 изучалось накопление потенциально подвижных форм тяжелых металлов (Ni, Cu, Zn, Cd, Pb) в черноземах парковых зон г. Новочеркасска. Степень подвижности элементов определяется как процентное содержание кислоторастворимых форм элементов по отношению к их валовому содержанию в конкретных почвах. Также изучалась миграция тяжелых металлов по профилю почв, так как каждый почвенный профиль с хорошо развитыми горизонтами имеет свои собственные характеристики движения микроэлементов. Результаты исследований приведены на рисунке 1.

роща «Весна»;

парк им. 50-летия Октября;

парк при ДК ОАОНПО «НЭВЗ»

Рис. 1. Профильное распределение тяжелых металлов в почвах парковых ландшафтов

Результаты проведенных исследований обработаны методами математической статистики, были вычислены медианы значений концентрации по местам отбора проб, средние значения, доверительный интервал и стандартные отклонения.

Профильное распределение никеля в парковых почвах имеет неоднозначный характер. В почвах рощи «Весна» наибольшее содержание Ni отмечено в верхних горизонтах, затем вниз по профилю наблюдается равномерное уменьшение, что соответствует естественному распределению при биоаккумуляции Ni. В профиле почв парков (парк им. 50-летия Октября, парк при ДК ОАО НПО «НЭВЗ») присутствуют пики аккумуляции никеля (60 - 80 см), здесь имеет место иллювиальная аккумуляция. Это объясняется гранулометрическим составом почв (преобладание глинистой фракции) и длительными антропогенными нагрузками сопредельной территории (промзоны). Среднее значение концентрации никеля по всей выборке составляет для ландшафтных профилей: роща «Весна» 86,65 мг/кг; парк им. 50-летия Октября 53,46 мг/кг; парк при ДК ОАО НПО «НЭВЗ» 116,44 мг/кг. По результатам измерений на экологическом профиле роща «Весна» и парк при ДК ОАО НПО «НЭВЗ» медианные и средние значения превосходят ПДК (85 мг/кг).

Аккумуляция в верхних горизонтах - обычная черта распределения Cu в почвенном профиле, что отражает его биоаккумуляцию, а также современное антропогенное влияние. Но в профиле почв парка им. 50-летия Октября присутствуют пики аккумуляции меди (60 - 80 см), происходит иллювиальная аккумуляция. Почвы данной территории ранее были погребены, и накопленные ТМ переместились в иллювиальные горизонты. Среднее значение концентрации меди по всей выборке составляет: для экологического профиля роща «Весна» 50,6 мг/кг; для парка им. 50-летия Октября 53,6 мг/кг; для парка при ДК ОАО НПО «НЭВЗ» 73,2 мг/кг. Превышающие значения Cu по отношению к ПДК (55,0 мг/кг) в 2-2,5 раза характерны для верхних горизонтов почв на экологическом профиле - парк при ДК ОАО НПО «НЭВЗ» на расстоянии 250 м от автомагистрали.

Zn легко адсорбируется как минералами, так и органическими компонентами, поэтому в большинстве типов почв наблюдается его аккумуляция в верхних горизонтах. На экологических профилях наблюдаются пики аккумуляции цинка. На территории парка им. 50-летия Октября - 60-80 см; парка при ДК ОАО НПО «НЭВЗ» - 80 - 120 см. Это связано с уменьшением pH почв по почвенному профилю и возрастающей подвижностью цинка. Среднее значение концентрации цинка по всей выборке составляет: для экологического профиля роща «Весна» 170,9 мг/кг; парк им. 50-летия Октября 164,9 мг/кг; парк при ДК ОАО НПО «НЭВЗ» 165,9 мг/кг, что превышает значение ПДК (100 мг/кг).

Профильное распределение кадмия в парковых почвах имеет неоднозначный характер. В почвах рощи «Весна» наибольшее содержание Cd отмечено в верхних горизонтах, затем вниз по профилю наблюдается равномерное уменьшение, что соответствует естественному распределению при биоаккумуляции Cd, затем происходит увеличение кадмия в иллювиальном горизонте, до концентраций близких к верхним горизонтам. В профиле почв парков (парк им. 50-летия Октября, парка при ДК ОАО НПО «НЭВЗ») присутствует иллювиальная аккумуляция кадмия. В горизонте С (80 - 120 см) содержание Cd выше, чем в верхнем горизонте, это объясняется гранулометрическим составом почв, преобладанием глинистой фракции, где и происходит адсорбция кадмия. Среднее значение концентрации кадмия по всей выборке составляет: для экологического профиля роща «Весна» 0,58 мг/кг; для парка им. 50-летия Октября 0,54 мг/кг; для парка при ДК ОАО НПО «НЭВЗ» 1,023 мг/кг, что превышает значение ПДК (0,17 мг/кг). Максимальные концентрации кадмия (превышающие ПДК в 5 раз и более) наблюдаются в верхнем горизонте почв на расстоянии 50 м от автомагистрали для всех парковых ландшафтов. По-видимому, основным источником поступления кадмия в этих зонах является автотранспорт.

Проведенными исследованиями установлено, что в верхних горизонтах почвы содержание свинца выше, чем нижележащих. Это обусловлено высокой адсорбционной способностью гумусового горизонта почв по отношению к свинцу. С другой стороны, отмечается миграция свинца в иллювиальные горизонты (роща «Весна, парк им. 50-летия Октября, парк при ДК ОАО НПО «НЭВЗ» - 60 - 80 см), это свидетельствует, что в фиксации свинца почвой, хотя и в меньшей степени, участвуют глинистые минералы. Среднее значение концентрации свинца по всей выборке составляет: для экологического профиля роща «Весна» 36,6 мг/кг; парк им. 50-летия Октября 37,0 мг/кг; парк при ДК ОАО НПО «НЭВЗ» 42,8 мг/кг, что превышает значение ПДК (32 мг/кг). Максимальные концентрации свинца (превышающие ПДК в 1,5 - 2,5 раза) наблюдаются в верхнем горизонте почв на расстояние: 100 м от автомагистрали на территории рощи «Весна»; 50 м на территории парка им. 50-летия Октября; 250 м на территории парка при ДК ОАО НПО «НЭВЗ». Основным источником поступления свинца в почвы парковых ландшафтов является автотранспорт, поэтому степень накопления свинца в верхних горизонтах почвы определяется типом транспортной нагрузки и свойствами почвы (pH, % содержание гумуса), сочетания которых создают большое разнообразие значений содержания свинца в почве.

Количество проб почв, с превышением содержания тяжелых металлов по отношению к ПДК приведено в таблице 1.

Таблица 1

Количество проб почв с превышением содержания тяжелых металлов

по отношению к ПДК (2003-2005г)

Элемент	ПДК	Количество проб
	1-2	2-3	3-4	4-5	>5
роща «Весна»
Ni	36	-	-	-	-	60
Cu	28	-	-	-	-	60
Zn	37	17	1	-	-	60
Cd	1	16	28	12	2	60
Pb	40	3	-	-	-	60
парк им. 50-летия Октября
Ni	3	-	-	-	-	60
Cu	37	-	-	-	-	60
Zn	52	8	-	-	-	60
Cd	-	26	27	5	2	60
Pb	53	-	-	-	-	60
парк при ДК ОАО НПО «НЭВЗ»
Ni	43	9	-	-	-	60
Cu	52	6	-	-	-	60
Zn	48	11	-	-	-	60
Cd	-	9	26	7	18	60
Pb	44	10	-	-	-	60

Тяжелые металлы в почвах парковых ландшафтов образуют следующий ряд по количеству проб почв, с превышением по отношению к ПДК (в порядке снижения):

- роща «Весна», парк при ДК ОАО НПО «НЭВЗ» - Cd>Zn>Pb>Ni>Cu;

- парк им. 50-летия Октября - Cd>Zn>Pb>Cu>Ni.

Отмечено увеличение среднего суммарного коэффициента химического загрязнения почв парковых ландшафтов (роща «Весна» - 2003г. - 6,8 - 2005г. - 9,0; парк при ДК ОАО НПО «НЭВЗ» - 2003г. - 10,2 - 2005г. - 14,2).

ГЛАВА 4. ГРУНТОВЫЕ ВОДЫ ПАРКОВЫХ ЛАНДШАФТОВ И ИХ ВЛИЯНИЕ НА СОСТОЯНИЕ ДРЕВЕСНЫХ НАСАЖДЕНИЙ

Территория г. Новочеркасска относится к северной части Азово-Кубанского артезианского бассейна. Эта часть ограничена складчатой областью Донбасса и приурочена к Тузлово-Манычскому артезианскому бассейну второго порядка (Попов, 1983). Водоносный комплекс верхнего миоцена представлен сарматскими, мэотическими и понтическими водоносными горизонтами. Четвертичный водоносный горизонт распространен почти повсеместно, подвержен наиболее сильному техногенному воздействию и представлен грунтовыми водами покровных суглинков б. Первомайского района, эолово-делювиальных (преимущественно) суглинков б. Промышленного района и аллювиальных отложений террас (Экология Новочеркасска, 2001). Питание грунтовых вод осуществляется за счет инфильтрации атмосферных осадков и фильтрационных потерь на застроенной территории. Область питания водоносного горизонта совпадает с областью его распространения. Разгрузка грунтовых вод происходит за счет испарения, дренирования балками и поймой.

В 2004-2005, согласно программе и методике исследований, на территории парковых ландшафтов было произведено бурение скважин, для выявления положения уровней грунтовых вод. При вскрытии водоносных горизонтов был произведен отбор проб для комплексного химического анализа.

Уровень грунтовых вод на территории рощи «Весна» 3,4-8 м. Близкое залегание грунтовых вод характерно для участков, расположенных вблизи автомагистрали (3,4-4,5 м). По данным А.М. Воскресенского (1970), для данной территории установлен УГВ 5--7,5 м.

Гидрогеологические условия территории парка при ДК ОАО НПО «НЭВЗ» формируются под влиянием большой площади промышленной и жилой застройки. Уровень грунтовых вод располагается в интервале 3,5 - 6,5м. Подъем УГВ отмечен на участках, расположенных вблизи автодороги (4,2-5 м) и жилой застройки (3,5-5 м). Одной из существенных причин, способствующих подтоплению данной территории, является барражный эффект заглубленных фундаментов цехов и заводских помещений. Многие из них размещены фронтально к потоку грунтовых вод, иногда в несколько рядов (территория НЭВЗа). Определенный «плотинный» эффект оказывает автомобильная дорога.

Уровень грунтовых вод на территории парка им. 50-летия Октября - 8-16 м. Подъем УГВ отмечен на участке, расположенном вблизи буферно-парковой зоны (8-9 м). Это объясняется тем, что данная территория испытывает воздействие жилой застройки. По исследованиям Е.Б. Кафтанатий (1998), для этой территории установлен УГВ 7,5 - 10 м и более 10 м.

В парковых ландшафтах отмечена высока минерализация грунтовых вод: роща «Весна» - 3,5 - 7,9 г/л; парк им. 50-летия Октября - 2,2 - 11,3 г/л; парк при ДК ОАО НПО «НЭВЗ» - 3,5 - 7,7 г/л. Химический состав грунтовых вод характеризуется широким диапазоном изменения содержания катионов и анионов при преобладании сульфатных вод натриево-кальциевого катионного состава.

При сравнении полученных результатов комплексного химического анализа грунтовых вод с данными А.М. Воскресенского (1970) установлено, что произошло повышение жесткости воды. В результате доступная вода из водоносных горизонтов становится непригодной для активного поглощения корнями древесных растений. Это сказывается на изменении физиологических процессов, что приводит к увеличению процента суховершинности (от 4 до 22%) и уменьшению длительности жизни древесных растений в парковых ландшафтах г. Новочеркасска.

Из-за низкой регенеративной способности грунтовых вод их загрязнение металлами следует рассматривать как фактор риска. В связи с небольшой глубиной залегания грунтовых вод, они могут служить вторичным источником загрязнения почвенного покрова.

Для оценки загрязнения грунтовых вод тяжелыми металлами в весенне-летний период 2004 - 2005 гг. были отобраны пробы воды на территории парковых ландшафтов. Результаты анализов проб грунтовых вод, отобранных в пределах парковых ландшафтов г. Новочеркасска, объединяли в выборки по ландшафтным профилям и микроэлементам. В каждой выборке для элементов определялся статистический закон распределения, дисперсия, среднее, асимметрия, медиана, мода и доверительный интервал.

Среднее значение концентрации свинца по всей выборке составляет для ландшафтных профилей: роща «Весна» 0,012 мг/л; для парка им. 50-летия Октября 0,024 мг/л; для парка при ДК ОАО НПО «НЭВЗ» 0,035 мг/л, что не превышает значение ПДК (0,1 мг/л).

Максимальные концентрации цинка (превышающие ПДК более чем в 5 раз) наблюдаются на территории: рощи «Весна» (250 м от автомагистрали); парка им. 50-летия Октября (250 м от автомагистрали). Среднее значение концентрации цинка по всей выборке составляет: для экологического профиля роща «Весна» 0,062 мг/л; парк им. 50-летия Октября 0,046 мг/л; парк при ДК ОАО НПО «НЭВЗ» 0,034 мг/л.

Среднее значение концентрации меди по всей выборке составляет: для экологического профиля роща «Весна» 0,021 мг/л; для парка им. 50-летия Октября - 0,022 мг/л; для парка при ДК ОАО НПО «НЭВЗ» - 0,057 мг/л, что превышает значение ПДК (0,01 мг/л). Максимальные концентрации меди (превышающие ПДК более чем в 5 раз) наблюдаются на территории: парка при ДК ОАО НПО «НЭВЗ» (350 м от автомагистрали); парка им. 50-летия Октября (250 м от автомагистрали); роща «Весна» (150 м от автомагистрали).

Максимальные концентрации никеля (превышающие ПДК в 5 раз) наблюдаются на территории: рощи «Весна» (100 м от автомагистрали); парка им. 50-летия Октября (100 - 150 м от автомагистрали). Среднее значение концентрации никеля по всей выборке составляет: для экологического профиля роща «Весна» - 0,019 мг/л; парк им. 50-летия Октября - 0,028 мг/л. На территории парка при ДК ОАО НПО «НЭВЗ» в пробах грунтовых вод никель не обнаружен.

Содержание кадмия в пробах грунтовых вод парковых ландшафтов ниже предела чувствительности метода определения.

Количество проб грунтовых вод с превышением ПДК по тяжелым металлам для парковых ландшафтов приведено в таблице 2.

Таблица 2

Количество проб грунтовых вод с превышениями ПДК (2004-2005 гг.)

Элемент	ПДК	Количество проб
	1-2	2-3	3-4	4-5	>5
роща «Весна»
Pb	-	-	-	-	-	10
Zn	-	1	1	1	7	10
Cu	-	-	-	-	10	10
Ni	5	1	1	1	-	10
парк им. 50-летия Октября
Pb	-	-	-	-	-	10
Zn	-	-	6	1	3	10
Cu	1	1	-	2	6	10
Ni	3	1	3	2	-	10
парк при ДК ОАО НПО «НЭВЗ»
Pb	-	-	-	-	-	10
Zn	-	3	5	2	-	10
Cu	-	-	-	-	10	10

Тяжелые металлы в грунтовых водах парковых ландшафтов по количеству превышений ПДК образуют следующий ряд по степени загрязнения (в порядке снижения):

- роща «Весна», парк им. 50-летия Октября - Cu>Zn>Ni;

- парк при ДК ОАО НПО «НЭВЗ» - Cu>Zn.

Отмечено увеличение среднего суммарного коэффициента химического загрязнения грунтовых вод парковых ландшафтов для парка им. 50-летия Октября и уменьшение - для рощи «Весна» и парка при ДК ОАО НПО «НЭВЗ». Уровень загрязнения грунтовых вод парковых ландшафтов - экстремальный.

ГЛАВА 5. СОСТОЯНИЕ ДРЕВЕСНЫХ НАСАЖДЕНИЙ ПАРКОВЫХ ЛАНДШАФТОВ И ИХ ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ

Древесные растения парковых ландшафтов г. Новочеркасска в данных исследованиях представлены 11 видами из 8 семейств (Fagaceae, Hippocastanaceae, Ulmaceae, Oleaceae, Fabaceae, Tiliaceae, Aceraceae, Salicaceae). Данные растения являются типичными для паркового озеленения степной зоны: дуб черешчатый (Quercus robur L.), конский каштан обыкновенный (Aesculus hippocastanum L.), вяз гладкий (Ulmus laevis Pall), ясень обыкновенный (Fraxinus excelsior L.), ясень зеленый (Fraxinus lanceolata Borkh), робиния псевдоакация (Robinia pseudoacacia L.), липа крупнолистная (Tilia platyphyllos Scop), клен остролистный (Acer platanoides L.), клен ясенелистный (Acer negundo L.), тополь белый (Populus alba L.), тополь советский пирамидальный (Populus*sowietica pyramidalis Jabl.). Многие из этих растения имеют давнюю историю интродукции.

Роль древесных растений, как пылевого барьера в урболандшафтах исследовалась рядом авторов (Рябинин, 1965; Подзоров, 1967; Горышина, 1979; Илькун 1982). Дерево является постоянно действующим фильтром, благодаря процессам адсорбции, абсорбции, фильтрации и инфильтрации (Supuka J., 1997). Листья растений улавливают, в основном, частицы пыли до 40 мкм, частицы размером 100 мкм составляют всего лишь 10% всего количества осажденной пыли (Смит, 1985). Для городских деревьев при определении пылефильтрущей способности необходимо оценивать плотность кроны, ее ширину, высоту и внутреннюю структуру, морфологические и физиологические характеристики листьев.

В 2004 - 2005 году оценивалась способность древесных растений парковых ландшафтов осаждать атмосферную пыль в течение периода активной вегетации (июнь, июль, август). Результаты исследований приведены в таблице 3.

Таблица 3

Количество пыли, осажденное 1 м2 листовой поверхности

Расстояние от автомагистрали, м	Вид	Количество пыли, осажденное 1 м2 листвы, мг
		июнь	июль	август
Роща «Весна»
50	Quercus robur L.	184,5	297	237
	Acer negundo L.	303	462	325,5
100	Fraxinus lanceolata Borkh	163,5	181,5	172,5
150	Fraxinus lanceolata Borkh	54	180	117
250	Quercus robur L.	580,5	738	561
	Fraxinus excelsior L.	54	84	69
350	Acer negundo L.	204	246	225
Парк им. 50-летия Октября
50	Populus*sowietica pyramidalis Jabl.	160,5	181,5	178,5
100	Populus alba L.	258	288	334,5
150	Acer platanoides L.	244,5	259,5	247,5
250	Acer platanoides L.	169,5	177	184,5
350	Tilia platyphyllos Scop	279	313,5	372
Парк при ДК ОАО НПО «НЭВЗ»
50	Aesculus hippocastanum L.	171	238,5	271,5
	Ulmus laevis Pall	282	352,5	373,5
100	Fraxinus excelsior L.	112,5	186	181,5
150	Aesculus hippocastanum L.	180	184,5	178,5
250	Robinia pseudoacacia L.	163,5	172,5	163,5
350	Robinia pseudoacacia L.	112,5	126	117

На основе полученных данных была рассчитана пылефильтрующая способность древесных пород парковых ландшафтов г. Новочеркасска

Древесные виды по пылезадерживающей способности листьев в условиях парковых ландшафтов г. Новочеркасска образуют следующий ряд, в порядке снижения адсорбционной способности: Acer negundo, Quercus robur, Acer platanoides, Populus alba, Tilia platyphyllos, Fraxinus lanceolata, Ulmus laevis, Fraxinus excelsior, Aesculus hippocastanum, Robinia pseudoacacia, Populus*sowietica pyramidalis.

У древесных растений в течение филогенеза и онтогенеза вырабатываются механизмы, способные контролировать поступление и удаление некоторых элементов посредством физиологических реакций (Тойкка, Петахина, 1980, Ковальский, 1984). Тяжелые металлы в растениях играют активную роль в метаболических процессах, но они могут также сохраняться в виде неактивных соединений в клетках и на клеточных мембранах. В проведенных исследованиях определялось содержание тяжелых металлов (кадмия, свинца, цинка, меди, никеля):

в смыве с листьев, т.е. определялось количество поллютантов, осажденных на поверхности листовой пластины (таблица 4);

в золе листьев, т.е. количество токсикантов, поглощенных тканями (таблица 5).

Таблица 4

Содержание тяжелых металлов на листовой поверхности

Расстояние от автодороги, м	Порода	Металлы, мг/кг
		Cd	Pb	Zn	Cu	Ni
Роща «Весна»
50	Quercus robur L.	0,002	0,12	1,12	0,13	0,04
	Acer negundo L.	0,003	0,11	1,53	0,49	0,05
100	Fraxinus lanceolata Borkh	0,003	0,13	0,75	0,09	0,05
150	Fraxinus lanceolata Borkh	0,003	0,07	0,43	0,18	0,02
250	Quercus robur L.	0,003	0,19	1,4	0,18	0,07
	Fraxinus excelsior L.	0,009	0,09	0,6	0,17	0,04
350	Acer negundo L.	0,003	0,17	0,95	0,21	0,06
Парк им. 50-летия Октября
50	Populus*sowietica pyramidalis Jabl.	0,006	0,17	1,4	0,25	0,043
100	Populus alba L.	0,002	0,06	0,67	0,22	0,025
150	Acer platanoides L.	0,006	0,3	1,5	0,22	0,106
250	Acer platanoides L.	0,002	0,31	0,51	0,17	0,027
350	Tilia platyphyllos Scop	0,002	0,19	0,9	0,22	0,08
Парк при ДК ОАО НПО «НЭВЗ»
50	Aesculus hippocastanum L.	0,002	0,13	0,71	0,31	0,04
	Ulmus laevis Pall	0,003	0,17	0,8	0,33	0,23
100	Fraxinus excelsior L.	0,003	0,12	0,84	0,33	0,03
150	Aesculus hippocastanum L.	0,004	0,14	1,09	0,13	0,06
250	Robinia pseudoacacia L.	0,0003	0,16	0,8	0,27	0,12
350	Robinia pseudoacacia L.	0,01	0,48	1,8	1,5	0,15

На листовой поверхности за вегетационный период наибольшее количество металлов осаждалось следующими видами: Robinia pseudoacacia, Acer negundo, Acer platanoides.

При испарении, транспирации и выпадении дождей, концентрации микроэлементов в растениях могут изменяться более чем в 10 раз. Различия в эффективности вымывания разных элементов сопоставим с их функциями и метаболическими связями. Например, легко происходящее удаление Pb и Cd при 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 (Смит, 1985). В течение вегетационного периода изучалось содержание воды в листьях 11 видов древесных растений парковых ландшафтов. На основании математико-статистической обработки данных получены уравнения связи между содержанием тяжелых металлов в листьях всех исследованных древесных пород и содержанием воды в тканях листовой пластины. Наиболее яркое графическое решение уравнений представлено для Acer negundo и Aesculus hippocastanum на рисунке 2.

а)

б)

Рис. 2. Зависимость между количеством воды в тканях листовой пластины Acer negundo (а), Aesculus hippocastanum (б) и содержанием в ней тяжелых металлов

Полученные уравнения связи позволили сделать вывод, что по мере увеличения содержания воды в тканях листовой пластины содержание в листьях:

Zn увеличивается для видов Acer negundo, Fraxinus excelsior, Fraxinus lanceolata, Acer platanoides, Populus * sowietica pyramidalis, Populus alba, Tilia platyphyllos, Robinia pseudoacacia, Ulmus laevis, уменьшается в листьях Quercus robur и Aesculus hippocastanum.

Cu увеличивается для видов Quercus robur, Acer negundo, Fraxinus excelsior, Fraxinus lanceolata, Populus alba, Tilia platyphyllos, уменьшается - Acer platanoides, Populus * sowietica pyramidalis, Aesculus hippocastanum, Robinia pseudoacacia, Ulmus laevis.

Ni увеличивается для видов Quercus robur, Fraxinus excelsior, Populus alba, Tilia platyphyllos, Aesculus hippocastanum, Robinia pseudoacacia, уменьшается - Acer negundo, Fraxinus lanceolata, Acer platanoides, Populus * sowietica pyramidalis, Ulmus laevis.

Это объясняется тем, что формы нахождения металлов на поверхности растений различны, также различны физиологические процессы самой листовой поверхности.

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 (Ильин, 1985). Экологический фактор препятствует этому в тех случаях, когда среда обитания обогащена подвижными формами тяжелых металлов (Ильин, 1991).

Данные по содержанию тяжелых металлов в золе листьев легли в основу расчета суммарного показателя накопления (СПН). Результаты исследований представлены в таблице 5.

Таблица 5

Суммарный показатель накопления тяжелых металлов листьями древесных пород

Вид	Металлы, мг/кг	СПН
	Cd	Pb	Zn	Cu	Ni
Роща «Весна»
Quercus robur L.	н/о	0,25	6,7	14,3	0,29	21,5
Acer negundo L.	н/о	0,26	6,6	5,3	0,3	12,5
Fraxinus lanceolata Borkh	н/о	н/о	3,4	3,5	0,34	7,2
Fraxinus lanceolata Borkh	н/о	н/о	5,53	7,5	0,2	13,2
Quercus robur L.	н/о	н/о	14,7	7,45	0,15	22,3
Fraxinus excelsior L.	н/о	н/о	14,75	4,8	0,18	19,7
Acer negundo L.	н/о	н/о	5,7	5,3	0,5	11,5
Парк им. 50-летия Октября
Populus*sowietica pyramidalis Jabl.	н/о	н/о	36,5	7,75	0,37	44,6
Populus alba L.	н/о	н/о	33,2	9,2	0,48	42,9
Acer platanoides L.	н/о	н/о	8,2	8,2	1,05	17,5
Acer platanoides L.	н/о	н/о	8,8	7	0,14	15,9
Tilia platyphyllos Scop	н/о	н/о	6,7	9,8	0,22	16,7
Парк при ДК ОАО НПО «НЭВЗ»
Aesculus hippocastanum L.	н/о	н/о	5,75	13,5	0,24	19,5
Ulmus laevis Pall	н/о	н/о	8,4	6,1	0,4	14,9
Fraxinus excelsior L.	н/о	н/о	8	6,2	0,65	14,9
Aesculus hippocastanum L.	н/о	н/о	5,5	9,85	0,23	15,6
Robinia pseudoacacia L.	н/о	н/о	6,05	9,75	0,53	16,3
Robinia pseudoacacia L.	н/о	н/о	8,4	8,9	0,61	17,9

Поглощение кадмия листьями не было выявлено за весь период исследований. Более наглядно полученные результаты можно представить в виде последовательности видов, расположенных по убыванию суммарных показателей накопления тяжелых металлов: Populus*sowietica pyramidalis > Populus alba > Quercus robur > Fraxinus excelsior > Aesculus hippocastanum > Robinia pseudoacacia > Acer platanoides > Tilia platyphyllos > Ulmus laevis.

Полученные данные о металлоаккумуляции представителей семейств Salicaceae, Aceraceae, Ulmaceae, Tiliaceae сходны с данными Р.Х. Гиниятуллина (1994) и Н.В. Прохоровой (1998).

Сравнение пределов колебаний не дает единых критических уровней для древесной растительности, поэтому необходимо изучать видовую специализацию растений в поглощении различных доз металлов в различных ландшафтно-геохимических условиях. Коэффициент биологического поглощения (КБП), предложенный Б.Б. Полыновым (1944), отражает степень концентрации элемента в растениях по сравнению с сопредельными средами. Содержание макроэлементов в растениях определяется систематическим положением - семейством, родом и видом, к которому относится данное растение. Способность к поглощению исследуемых металлов древесными растениями парковых ландшафтов г. Новочеркасска отражена на рисунке 3-4.

Рис. 3. Коэффициенты биологического поглощения цинка и меди исследуемыми древесными породами

Рис. 4. Коэффициенты биологического поглощения никеля исследуемыми древесными породами

Максимальные коэффициенты биологического поглощения установлены: по Zn для видов: Populus*sowietica pyramidalis, Populus alba, Ulmus laevis; по Cu для видов: Fraxinus excelsior, Aesculus hippocastanum, Quercus robur; по Ni для видов: Acer platanoides, Populus alba, Ulmus laevis. Минимальный коэффициент биологического поглощения установлен по Zn и Cu для Acer negundo, по Ni - Tilia platyphyllos. Коэффициенты биологического поглощения свинца установлены только для Quercus robur (0,01)и Acer negundo (0,01).

Коэффициент биогеохимической активности (БХА) позволяет судить об общей способности растений к концентрации химических элементов за счет их извлечения из почв. Способ его расчета включает суммирование всех коэффициентов биологического поглощения независимо от их числового значения. Именно по таким концентрациям можно судить о поглотительной способности древесных растений и их устойчивости к загрязнению почв тяжелыми металлами.

Коэффициенты биогеохимической активности исследуемых древесных растений приведены на рисунке 5.

Рис. 5. Коэффициенты биогеохимической активности исследуемых

древесных видов

По коэффициенту биогеохимической активности древесные виды образуют следующий ряд: Fraxinus excelsior = Populus*sowietica pyramidalis = Populus alba (0,4) > Aesculus hippocastanum = Quercus robur (0,3) > Acer platanoides = Tilia platyphyllos = Ulmus laevis = Robinia pseudoacacia (0,2) > Acer negundo = Fraxinus lanceolata (0,1).

В парковых ландшафтах, согласно Методическому руководству о реконструкции городских зеленых насаждений (2001), проводилось изучение состояния древесных насаждений. Данные исследований показали, что роща “Весна” представляет собой зеленый массив с перестойными, усыхающими насаждениями, в возрасте 40-50 лет. Преобладающими породами являются: дуб черешчатый - 26%, клен ясенелистный - 19%, ясень зеленый - 41%, ясень обыкновенный - 14%. Единично встречаются акация белая, вяз мелколистный, береза бородавчатая, гледичия трехколючковая, липа мелколистная. Общая облиственность крон составляет от 10 до 30%, пораженность болезнями и стволовыми вредителями достигает 72%.

Для парка им. 50-летия Октября преобладающей породой является клен остролистный - 71%. Насаждения липы крупнолистной и тополя белого обрамляют чистые насаждения клена остролистного. В возрасте 41 год насаждения клена развивались по I классу бонитета с полнотой 0,9. Имеется поражение листовой пластинки липы краевым некрозом, стволы и скелетные ветви тополя белого повреждены вредителями, присутствует суховершинность более чем у 70% деревьев.

Преобладающими породами парка при ДК ОАО НПО «НЭВЗ» являются ясень обыкновенный (42%) и робиния псевдоакация (33%). Возраст насаждений 40-45 лет. Робинии псевдоакации имеет признаки повреждения, что проявляется в малой облиственности и сильной поврежденности листовой пластинки

На исследуемых участках было произведено распределение деревьев по категориям состояния, на основе, которого давалась оценка жизненного состояния насаждений. Древесные насаждения исследуемых парков имеют один класс возраста и оптимальные условия pH почвы и содержания гумуса в верхних горизонтах почв произрастания, но отмечается резкая дифференциация в состоянии насаждений. Для установления зависимости жизненного состояния деревьев от степени влияния факторов окружающей среды были сопоставлены ранее рассчитанные средние суммарные коэффициенты загрязнения почв и грунтовых вод, а также уровень грунтовых вод под произрастающими видами древесных насаждений (таблица 6).

Анализируя данные таблицы 6, можно сказать, что на исследуемых участках, с наибольшими суммарными коэффициентами загрязнения почв и грунтовых вод наблюдается тенденция увеличения процента деревьев, находящихся в ослабленном и усыхающем состоянии (дуб черешчатый, конский каштан обыкновенный, ясень обыкновенный, клен ясенелистный).

Наибольшему влиянию негативных факторов (Zcср почв - 16,0; ZcсрГВ - 280,2; УГВ - 3-5м) подвержены насаждения робинии псевдоакации - ослабленных - 17%, усыхающих - 56%, сухостойных - 27%. В насаждениях другого породного состава, при поднятии уровня грунтовых вод, также наблюдается повышение сухостойнности деревьев (от 4 до 22%).

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, что отражено в табли...