Еколого-фізіологічна та фітопатологічна оцінка рослинного покриву м. Ковеля в умовах урбанізації

Размещено на http://www.allbest.ru/

3

Еколого-фізіологічна та фітопатологічна оцінка рослинного покриву м. Ковеля в умовах урбанізації

Валентина Голуб,

Сергій Голуб

У статті викладено результати комплексного дослідження впливу урбогенних факторів на довкілля. Розглянуто просторову строкатість забруднення важкими металами міських ґрунтів з урахуванням різної потужності джерел забруднення. Досліджено негативний вплив забруднення токсичними елементами дерново-підзолистого ґрунту на ріст та розвиток зелених насаджень м. Ковеля. Здійснено інвентаризацію видів міських рослин і проаналізовано морфофізіологічні зміни в деревних і трав'яних рослин, їх фенологію й життєвість в умовах техногенного пресу. Обґрунтовано та рекомендовано для озеленення такі види деревних рослин, які зменшують негативний вплив полютантів на довкілля.

Ключові слова: важкі метали, урбогенні фактори, зелені насадження, акумуляція.

Голуб Валентина, Голуб Сергей. Эколого-физиологическая и фитопатологическая оценка растительного покрова г. Ковель в условиях урбанизации. В статье изложены результаты комплексного исследования влияния урбогенных факторов на окружающую среду. Рассматривается пространственная неоднородность загрязнения тяжелыми металлами городских почв с учетом интенсивности источников загрязнения. Исследования подтвердили, что почвы урбоэкосистемы города Ковель с течением времени существенно антропогенно изменены по основным агрохимическим показателям. Исследовано негативное влияние загрязнения токсичными элементами дерново-подзолистых грунтов на рост и развитие зеленых насаждений города Ковеля. Произведена инвентаризация городской растительности и проанализированы морфофизиологические изменения у древесных и травянистых растений, их фенология и биологическая устойчивость в условиях техногенного пресса. Доказано, что самыми устойчивыми древесными видами в промышленной зоне г. Ковеля являются ель обычная, ольха клейкая, береза повислая, ясень обычен, клен остролистый, а менее всего стойким оказался каштан конский. Обосновано и рекомендовано ряд видов растений для уменьшения негативного влияния полютантов на окружающую среду.

Ключевые слова: тяжелые металлы, урбогенные факторы, зеленые насаждения, аккумуляция.

Golub Valentyna, Golub Sergii. Ecological, Physiological and Phytopathological Assessment of Vegetation Under Urbanization Kovel. The article presents the results of a comprehensive study of the impact of urbogennyh factors on the environment. The spatial heterogeneity of urban soil pollution with heavy metals, taking into account the intensity of pollution sources. Studies have confirmed that the soil urboehkosistemy city Kovel over time significantly anthropogenically altered by major agrochemical indexes.Studied the negative impact of pollution with toxic elements sod-podzolic soils on the growth and development of the green spaces of the city of Kovel. It made an inventory of urban vegetation and analyzed the morphological and physiological changes in woody and herbaceous plants, their phenology and biological stability in the conditions of anthropogenic press. It is proved that the most resistant wood species in the industrial area of Kovel are common spruce, alder sticky, silver birch, ash, common maple holly, and least of all turned out to be resistant chestnut horse. Substantiated and recommended a number of plant species in order to reduce the negative impact on the environment polyutantov.

Key words: heavy metals, urbogennye factors, green plantations, accumulation.

забруднення токсини зелені насадження місто

Постановка наукової проблеми та її значення

Технічний розвиток суспільства призвів до того, що проблеми забруднення навколишнього середовища й виживання в ньому людства вийшли на перший план актуальних питань сьогодення. Техногенний прес на довкілля зростає з кожним роком, а однією з його причин є урбанізація. В урбоекосистемах триває накопичення невластивих для біосфери хімічних речовин - ксенобіотиків, у тому числі й важких металів, які суттєво змінюють усталену структуру та природні функції біоценозів. Обсяги й глибина масштабних досліджень техногенного забруднення біосфери важкими металами (Виноградов, 1952, 1957; Полинов, 1953; Перельман, 1975, 1989; Власюк, 1974; Ковда, 1987; Глазовская, 1967, 1989; Добровольский, 1980, 1990; Алексеенко, 2000, 2003, Чертко, 2008) зумовлені специфікою їхньої хімічної природи та екологічними впливами, які становлять велику небезпеку в разі включення цих екотоксикантів у біогеохімічні цикли, появи у водах, харчових ланцюгах і мережах, зрештою - у продуктах харчування людини. Тому виникає потреба принципової переоцінки місця цих елементів у ранговому ряду еко- токсикантів. З'ясування закономірностей забруднення важкими металами має важливе значення як для розуміння процесів, що відбуваються в природних і штучних екосистемах, так і для виконання практичних завдань з охорони довкілля в умовах урбанізації [3].

Під час вивчення аспектів адаптивних механізмів рослинних організмів до забруднення важки - ми металами можна виділити три головні етапи розвитку стійкості рослин до надлишку важких металів. Спочатку відбувається затримка надлишкових іонів у кореневій системі. Наступний етап - зменшення активності цих іонів за допомогою їх переходу у фізіологічно інертні форми. І як наслі - док - ініціація альтернативних реакцій обміну, які менш чутливі до дії важких металів. Головну роль при накопиченні важких металів кореневою системою відіграють тканини кори коріння, а в багатьох рослинних організмах спостерігається переважаюче накопичення полютантів у кореневій системі рослин, коли їх концентрація є відносно малою, а при збільшені концентрації змінюється характер розподілу елементів і максимальним вмістом характеризується вже надземна частина рослин [9].

Розрізнені дані за проблеми впливу важких металів на рослини свідчать про різний ступінь пригнічення росту й розвитку рослин залежно від індивідуальних особливостей цієї рослини. Механізм дії токсикантів маловивчений, проте можна сказати, що стійкість рослин до одного металу, зазвичай, не характеризується такою самою стійкістю до інших токсикантів. Можливо, це пов'язано з генетичним апаратом і може бути використано для біоіндикації та, ураховуючи здатність рослин накопичувати шкідливі речовини, - для зменшення забруднення ґрунтового покриву [5]. Рослини характеризуються певною вибірковою здатністю до поглинання хімічних елементів, а також вони з різною швидкістю пропускають через себе ці елементи й здатні сортувати їх, затримуючи одні й пропускаючи інші. Така вибіркова спроможність має велике геохімічне значення, оскільки в її результаті змінюється хімічний склад окремих частин літосфери [4].

Узагальнюючи шляхи надходження важких металів у рослинний організм, можна виокремити такі фактори, що впливають на їх надходження: видова різноманітність, концентрація токсикантів у ґрунті та форма їх надходження, тип ґрунту і його агрохімічні показники.

Значна кількість забруднювачів може потрапляти в рослини також з атмосферних випадінь фоліарним шляхом - через листя. При надходженні токсикантів із ґрунтового розчину певна їхкількість затримується в кореневій системі, а при надходженні з атмосфери не існує такого бар'єру, що зумовлює безперешкодне потрапляння металів у надземну частину рослин [1].

Поглинання металів з атмосфери відбувається двома стадіями. Спочатку відбувається неметабо-лічне проникнення через кутикулу, яке вважається головним. Наступний етап - накопичення елементів, тобто метаболічне перенесення іонів через плазматичні мембрани й протоплазму клітин. Це явище протилежне до дії градієнта концентрації. Визначення залежності концентрації елемента в рослині від типу поглинання (кореневе чи фоліарне) становить певну проблему. Кожна рослина має свою порогову величину діючого фактора, яка залежить від її видової або індивідуальної стійкості рослини. Зазвичай, адаптивні реакції рослин в стійких до токсикації видів відбуваються значно довше, ніж друга фаза [8].

Згідно з літературними даними перший захисний бар'єр на кордоні корінь -рослинний субстрат ефективно працює при низькому вмісті важких металів у ґрунті. При сильному збільшенні концентрації токсикантів захисний механізм уже не справляється з функцією обмеження надходження металу в клітину й тоді починається інтенсивне їх надходження в рослину [6].

Захисні механізми від негативного впливу важких металів у рослин мають різну природу та ґрунтуються як на фізіологічному, так і на молекулярному рівнях. Який механізм буде використано рослинним організмом, залежить від самого полютанта, його концентрації в навколишньому се - редовищі, а також від фізіологічних особливостей рослини.

Отже, дослідження урбоекосистем, які формуються внаслідок урбанізації довкілля й трансфор- мованості природного середовища, є актуальним завданням сучасної екології. Проте в Україні дослідження щодо інтенсивності поглинання токсичних елементів ґрунтами та використання їх росли - нами в процесі вегетації виконано переважно в глибоко трансформованих урбопромислових регіонах центру й сходу. У північно-західній частині країни, зокрема у Волинському Поліссі, ці екологічні проблеми поглиблено не вивчали. Тому на сьогодні вони гостро актуальні для захисту довкілля від забруднень та охорони природного середовища в цьому регіоні.

Мета й завдання дослідження. Мета роботи - установити рівні забруднення урбоекосистеми м. Ковеля важкими металами, з'ясувати закономірності їх міграції в системі «ґрунт-рослина» та особливості впливу на зелені насадження. Для досягнення поставленої мети потрібно виконати такі основні завдання: обґрунтувати актуальність проблеми техногенного забруднення та міграції еко - токсикантів в умовах північно-західного Полісся й з'ясувати ймовірні загрози урбанізації та техногенезу для довкілля Волині; установити характер найпоширеніших ушкоджень деревних рослин у зеленій зоні м. Ковеля, дослідити зв'язок умісту важких металів у гумусово-елювіальному горизонті ґрунтів і рослинах та їхнім життєвим станом.

Методика й умови проведення досліджень

Програмою досліджень передбачено вивчення урбоекосистеми м. Ковеля, життєвості деревних рослин міста за техногенного впливу. Для визначення рівня загального забруднення рухомими формами важких металів здійснено відбір ґрунтових проб у приповерхневому гумусово-елювіальному горизонті міських ґрунтів м. Ковеля Волинської області як шарі, який є акумулятором (концентратором) важких металів й інших екотоксикантів (ДСТУ 4287.2004).

Уміст важких металів у ґрунті та в рослинах визначали на атомно-абсорбційному спектрофотометрі С115-1М у полум'ї ацетилен-повітря. Використовували ацетатно-амонійний буферний розчин із рН 4,8 (2п) та кислотну витяжку (Мп, Си, РЬ, 2п, Со, Cd) у модифікації ЦІНАО. У дослідженнях рослинності застосовано номенклатуру таксонів та їх систематичне положення за С. К. Черепановим (1981). Оцінку стану деревних рослин визначали за методикою В. С. Ніколаєв- ського (1999). Статистичну обробку отриманих результатів проводили за допомогою програм MS Ехсеї і 8ґаґЇ8ґіка 6.0.

Виклад основного матеріалу й обґрунтування отриманих результатів дослідження

При проведенні екологічного моніторингу довкілля в м. Ковелі встановлено, що головними забруднювачами атмосфери є технічні транспортні засоби. Дані щодо кількості викинутих в атмосферу шкід - ливих речовин підтверджують сильне забруднення довкілля в м. Ковелі. Проте розв'язання проблеми його захисту неможливе без контролю за вмістом важких металів у компонентах урбоекосистеми.

В усіх пробах ґрунту урбоекосистеми Ковеля спостерігаємо перевищення ГДК за вмістом свинцю (табл. 1). Найбільші значення показників уздовж залізниці (перевищення в 10,5 раза), найменші - по вул. Заводській (у 2,2 раза), але й тут вони в 5,5 раза перевищують фоновий рівень (рис. 1).

Таблиця 1 Уміст рухомих форм важких металів у ґрунтах (0-10 см) урбоекосистеми м. Ковеля, мг/кг (п=9)

Уміст міді найбільш перевищує ГДК в околицях залізниці (у чотири рази), у ґрунтах по вул. Т. Боровця (у 3,1 раза), а також у приавтомагістральній смузі (в 1,6 раза). Водночас в інших точках спостереження концентрація міді в 4-6 разів перевищує фонові ділянки. Концентрація цинку, кобальту, кадмію й марганцю в ґрунтовому покриві Ковеля перебуває в межах ГДК. Проте кількість цинку в ґрунтах урбоекосистеми перевищує фонові значення від 3,33 до 15 разів. Найбільший його вміст виявлено в парку ім. Т. Г. Шевченка, біля залізниці (перевищення у 12,5 раза). Міські ґрунти характеризуються в 1,5-2,2 раза підвищеною, порівняно з фоновими ділянками, концентрацією кобальту за незначної варіабельності показника (від 1,20 до 1,80 мг/кг). Порівняння даних щодо кадмію з природним фоном показує найбільше перевищення (у 3,5 раза) для проммайданчика ВАТ «Ковельсільмаш» (вул. Т. Боровця та вул. Заводська), а також дещо менше для інших об'єктів.

Рис. 1. Уміст свинцю в ґрунтах урбоекосистеми та вздовж автомагістралі М-07 «Київ-Ковель-Ягодин» порівняно з ГДК, мг/кг

Засукупнимзабрудненнямважкимиметалами (окріммарганцю) - перевищенням фоновихзначеньіГДК - найбільшевиділяютьсяґрунтивздовжзалізничноїколіїнатериторіїм. Ковеля. За зменшенням ступеня забруднення досліджувані ділянки утворюють наступний ряд: залізниця > парк ім. Т. Г. Шевченка > вул. Т. Боровця > АЗС > вул. Заводська. Тому першочергових заходів із покращення якості довкілля й моніторингу ґрунтового покриву потребує район залізниці.

Під час вивчення рослинного покриву м. Ковеля в умовах урбанізації встановлено, що з-поміж видів трав'яних і деревно-чагарникових рослин паркової зони Ковеля найбільшими концентраторами важких металів є терен колючий (Prunus spinosa L.), верба біла (Salix albaL.) та клен-явір (AcerpseudoplatanusL.), водночас береза повисла (Betula pendula Roth.), липа серцелиста (TiliacordataMill.) і тонконіг звичайний (Poa trivialis L.) - найменшими. Ці результати свідчать, що види-накопичувачі можна використати як для фітоіндикації, так і з метою найкращого очищення атмосферного повітря від забруднень.

За вмістом важких металів у листках різних видів рослин нами побудовано низхідні ряди, які вказують на найбільший уміст у них таких елементів, як марганець, цинк і мідь. Аналіз кореляцій між умістом важких металів у рослинах паркової зони й ґрунтах показав, що лише береза повисла має тісний прямий зв'язок умісту елементів у листках і в ґрунті.

Таблиця 2 Коефіцієнти кореляції між умістом досліджених важких металів у ґрунті та листках (або зеленій масі) рослин

Таблиця 3 Коефіцієнти біологічного поглинання важких металів рослинами паркової зони м. Ковеля

Найбільшу акумулятивну здатність щодо свинцю виявляли листки терену колючого, до міді - терену колючого та верби білої, до цинку - берези повислої, до кадмію й кобальту - верби білої, до

марганцю - клена-явора та берези повислої. Верба біла є першою в рейтингу за кількістю металів із найвищим значенням КБП: із шести металів у цього виду найбільші значення в наших дослідженнях установлені для трьох.

Після оцінки ступеня стійкості деревних рослин за життєвим станом у складних урбогенних умовах за показником стану листкових пластинок та крони досліджені види можна розмістити від найстійкішого до нестійкого в такій послідовності: Picea abies (L.) Karst >Alnus glutinosa (L.) Gaerth >Betula pendula Roth. >Fraxinus excelsiorL. >Acer platanoides L. >Robinia pseudoacaciaL. >Sorbus aucuparia L. >Salix acutifolia Willd. >Juglans regia L. >Populus albaL. >Populus italica (DuRoi) Moench >Tilia cordataMill. >Tiliaplatyphyllos Scop. >Aesculus hippocastanum L. ( табл. 4).

Таблиця 4 Оцінкастанулистковоїповерхнітакронидеревнихрослин
увуличних насадженнях промзоним. Ковеля, п=10

Отже, найстійкішою деревною рослиною в промисловій зоні м. Ковеля є ялина звичайна (Picea abies (L.) Karst), анайменшстійкою - гіркокаштанзвичайний(Aesculus hippocastanum L.). Іншиминауковцямитакожустановленонайнижчийрівеньстійкостігіркокаштанузвичайного, порівнянозіншимивидамидеревнихрослин, длярізнихурбоекосистемУкраїни [2].

Життєвістьзеленихнасадженьм. Ковелязалежитьвідкомплексногоурбогенногоградієнтасередовища, доякоговходятьхарактерніособливостіедафотопу, кліматопуйзабрудненнядовкілляполютантами. Ічимбільшийвпливурбогеннихфакторів, тимбільшослабленідерева. Зеленінасад - женнявареалахізвисокимрівнемзабрудненняперебуваютьузначногіршомустані, ніжрослинністьізменшзабрудненоїтериторії, що, безумовно, пов'язанозпогіршеннямумовзростання [7].

Висновки та перспективи подальшого дослідження

Ґрунти урбоекосистеми міста Ковеля з плином часу істотно антропогенно змінені за основними агрохімічними показниками: відбулося достовірне збільшення числа рН (алкалізація середовища), умісту фосфору та калію, що, зі свого боку, вагомо впливає на акумулятивну здатність ґрунтового покриву. З'ясовано істотне збільшення вмісту важких металів у ґрунтах урбоекосистеми Ковеля (окрім марганцю), порівняно з фоновими показниками. Показано, що свинець і мідь локально присутні в ґрунтах Ковеля в концентраціях, які в гумусово-елювіальному горизонті в декілька разів перевищують ГДК, а цинк, кадмій і кобальт істотно перевищують лише природний фон, у рослинах найбільше концентруються марганець, цинк і мідь.

За зменшенням ступеня забруднення досліджені об'єкти утворюють ряд: залізниця > парк ім. Т. Г. Шевченка > вул. Т. Боровця > АЗС > вул. Заводська, тому ґрунтовий покрив району, прилеглого до залізниці, потребує невідкладної інженерної рекультивації, ремедіації й фітомеліорації. У зелених насадженнях м. Ковеля істотно ослаблюється життєвість деревних рослин за низкою індикативних морфологічних змін. Найстійкішими деревними видами в промисловій зоні Ковеля є ялина звичайна, вільха клейка, береза повисла, ясен звичайний, клен гостролистий, а найменш стійким виявився гіркокаштан звичайний.

Отже, у результаті проведених досліджень проаналізовано видову різноманітність зелених насаджень м. Ковеля. Уперше науковими спостереженнями доведено, що рослини урбоекосистеми Ковеля під тиском високих концентрацій важких металів у ґрунтах утрачають життєвість за морфо- фізіологічними показниками, проте стійкі види (JuglansregiaL. та ін.) є ефективними фітоме- ліорантами, а чутливі (BetulapendulaRoth, й ін.) - індикаторами стану довкілля міста. Важливими завданнями є постійний фітосанітарний контроль зелених насаджень, розробка комплексних заходів, спрямованих на підвищення життєвості рослин, і вивчення питання про можливість збагачення урбанізованих ландшафтів новим асортиментом.

Джерела та література