Биогеохимические критерии оценки экологической эффективности видов в городском озеленении

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральный научный центр биоразнообразия наземной биоты Восточной Азии ДВО РАН

Биогеохимические критерии оценки экологической эффективности видов в городском озеленении

Нина Сергеевна Шихова,

кандидат географических наук, старший научный сотрудник

г. Владивосток

Аннотация

Дано методическое обоснование эколого-геохимической оценки видового состава городской арборифлоры. Сравниваются городские популяции 81 вида деревьев и кустарников, формирующие зеленые насаждения г. Владивосток, по способности к оптимизации городской среды. Определены приоритетные загрязнители городской растительности - Fe, Zn, Pb, Cu, Ni. Установлены виды с высоким, средним (фоновым) и слабым накоплением тяжелых металлов. Выявлены виды-концентраторы металлов: Crataeguspinnatifida (Fe), Sorbuspochuashanensisи Piceasp. (Mn), Populusmaximowicziiи P. nigra (Zn). Даны рекомендации по дифференцированному и рациональному использованию видов в структуре городского озеленения.

Ключевые слова: городские зеленые насаждения, арборифлора, биогеохимия растений, тяжелые металлы, аккумуляция тяжелых металлов растениями, растения-концентраторы металлов

Abstract

The biogeochemical criteria for assessing the ecological efficiency of species in urban green spaces

N.S. Shikhova

The methodological substantiation of the ecological and geochemical assessment of the urban arboriflora species composition is given. The urban populations of the 81 trees and shrubs species forming the Vladivostok green spaces are compared in terms of their ability to optimize the urban environment. The priority pollutants of urban vegetation have been identified - Fe, Zn, Pb, Cu, Ni. The species of high, medium (background) and weak accumulation of heavy metals have been established. The plants-metal concentrators have been identified: Crataegus pinnatifida (Fe), Sorbus pochuashanensis and Picea sp. (Mn), Populus maximowiczii and P. nigra (Zn). The recommendations for the differentiated and rational using the species in urban landscaping structure are given.

Keywords: urban green planting, arboriflora, biogeochemistry of plants, heavy metals, accumulation of heavy metals by plants, plants-metal concentrators

Основная часть

Возрастающая численность мегаполисов и урбанизированных территорий, рост городского населения на планете и связанные с этими процессами экологические проблемы приобретают со временем все большую актуальность. Россия с долей городского населения 74,4% занимает в мировом рейтинге урбанизации по состоянию на 2018 г. 77-е место среди 218 сравниваемых стран и территорий Рейтинг урбанизации стран мира. Гуманитарная энциклопедия: Исследования // Центр гума-нитарных технологий, 2006-2020 (последняя редакция: 26.05.2020). - https:// gtmarket.ru/ratings/ urbanization-index/info(дата обращения: 11.06.2020).. Численность городского населения в Приморском крае, столицей которого является Владивосток, по данным Приморскстата на 1 января 2021 г. составила 77,4% Приморскстат. - https://primstat.gks.ru/folder/27118(дата обращения: 29.03.2021)..

Вся деятельность ведомственных и отраслевых организаций, а также местных органов и предприятий, связанных с городским жилищным и зеленым строительством согласно Градостроительному кодексу РФ, призвана обеспечивать оптимальные условия проживания населения. Актуальность и своевременность решения проблем экологической оптимизации урбанизированных территорий России подтверждает принятый правительством РФ в 2019 г. долгосрочный федеральный проект «Жилье и городская среда» (сроки реализации - 2019-2024 гг.) Жилье и городская среда - Национальный проект. - https://futurerassm.gov.ru/foimirovame- komfortnoj-gorodskoj-sredy(дата обращения: 11.06.2020).. В нем одной из приоритетных задач является создание механизмов развития комфортной городской среды, комплексного развития городов и других населенных пунктов с учетом индекса качества городской среды. Успешной реализации этого проекта, на наш взгляд, в значительной степени могут содействовать комплексная качественная и количественная оценка имеющегося городского зеленого фонда, а также разработка и внедрение рациональной научно обоснованной системы городского озеленения и управления качеством объектов озеленения и озелененных территорий в целом. Эта система, в свою очередь, должна опираться не только на оптимальный, возможно широкий для региона ассортимент видов, но и строго дифференцированное их использование на городских территориях разного функционального назначения и с разным техногенным фоном. Важную роль при этом играет учет видовой эколого-биологической функциональности и биогеохимиче - ской специализации растений, а также степени их устойчивости в урбанизированной среде.

Урбанизированная среда существенно, и в наибольшей степени по своим экологическим и геохимическим критериям, отличается от природной, в которой были сформированы основные эколого-биологические характеристики растительного мира. Городские растения вынуждены приспосабливаться к необычным условиям среды, включая выработанные за период многовековой эволюции механизмы адаптации и толерантные способности к выживанию в условиях стресс-факторов. Видовая устойчивость и способность растений к трансформации загрязняющих веществ в зонах экологического риска, к каким по многим параметрам можно отнести урбанизированную среду, преимущественно определяет качество выполнения растительностью средообразующих и средостабилизирующих функций. Индикатором же уровня техногенной нагрузки на растительный покров служит химический состав растений, и в первую очередь - содержание в них тяжелых металлов (ТМ).

Цель исследований - оценка эколого-геохимической дифференциации видового состава городской арборифлоры, выявление видов-концентраторов тяжелых металлов и маркеров уровня техногенного пресса на растения в условиях урбоэкосистем.

Основным объектом проведенных научных изысканий служил видовой состав арборифлоры, формирующей зеленые насаждения г. Владивосток. Согласно выполненным нами ранее исследованиям в городском озеленении в разной степени представлено 115 видов деревьев и кустарников [1]. Для оценки уровня техногенной нагрузки на городские зеленые насаждения обследована растительность на 135 ранее заложенных пробных площадях (п.п.), входящих в систему многолетнего мониторинга озелененных территорий г. Владивосток (с 1996 г. по настоящее время). Полученный фактический материал послужил основой для изучения аккумулятивных способностей по отношению к тяжелым металлам у 81 вида городских популяций деревьев и кустарников. На основе полученных фактических данных также были определены городской эколого-геохимический фон (ГЭГФ) тяжелых металлов и приоритетные элементы-загрязнители растительности селитебной зоны г. Владивосток.

Для химического анализа отбирались ассимиляционные органы растений - листья и хвоя деревьев и кустарников как показатель ежегодного накопления элементов. На каждой пробной площади брали смешанный образец листьев (хвои) растений с 5-10 особей каждого вида в нижней части кроны деревьев и средней части кроны кустарников, а также укосный травостой с 10 площадок размером 1 м², из которых после высушивания составлялась смешанная проба. Для более детального эколого-геохимического изучения доминантов, а также редких в озеленении видов дополнительно был выполнен отбор проб методом маршрутного обследования насаждений. Опробование проводилось в конце вегетационного сезона (до начала пожелтения листьев), соответствующего времени максимального накопления элементов. Аналитическая подготовка проб и определение в них содержания тяжелых металлов выполнены с использованием известных приемов и методов [2-4] в сертифицированной лаборатории методом атомной абсорбционной спектроскопии на спектрофотометре ShimadzuAA6800 в солянокислом растворе золы растений. Пробы растений предварительно готовили методом сухого озоления при 450°С. Контроль аналитического качества работ проводили с использованием холостых проб и четырех градуировочных растворов. Определяли содержание 8 металлов: Fe, Mn, Pb, Zn, Cu, Ni, Coи Cd. Выбор металлов определяется техническими возможностями использованного нами метода анализа. Концентрацию металлов в растениях пересчитывали на сухую массу и выражали в миллиграммах на килограмм сухого вещества (мг/кг сух. в-ва).

Для сравнительной количественной оценки интенсивности накопления металлов разными систематическими группами растений использовался коэффициент относительной интенсивности накопления металлов (ОИН), представляющий собой отношение содержания металла в том или ином виде или семействе растений к их среднему содержанию в выборке и выражающийся в относительных единицах (отн. ед.). В зависимости от величины ОИН были выделены группы растений слабого (ОИН = 1,2-1,4), среднего (ОИН = 1,5-2,0), высокого (ОИН = 2,1-5,0) накопления металлов и виды-концентраторы ТМ (ОИН > 5). Кроме того, были установлены виды со средним (фоновым) для городской растительности содержанием ТМ (0,9 > ОИН > 1,1), а также группы видов со средним (ОИН = 0,7-0,5) и высоким (ОИН< 0,5) рассеянием металлов.

Оценка техногенного влияния урбанизированной среды на растительность и интенсивность загрязнения основного видового состава городских зеленых насаждений тяжелыми металлами выполнена с помощью коэффициента концентрации (К_к) загрязняющих веществ. Он рассчитывался как отношение содержания металла в растениях в техногенных условиях к их локально-фоновым уровням; в данном случае - в растениях урбанизированной среды Владивостока и природных лесных экосистем п-ова Муравьев-Амурский (ЛЭФ). Суммарная концентрация (Z_c) приоритетных загрязнителей растений определена по формуле Ю.Е. Саета [5]: Zc= Е Кк - (n - 1), где К_к - коэффициенты концентрации >1, n - число накапливаемых элементов. При вычислении Zучитывались лишь те металлы, у которых К_к> 1,2.

Статистическая обработка аналитических данных выполнена с использованием программ MicrosoftExcelи Statistica10.

Среднестатистические показатели содержания металлов в зеленых насаждениях Владивостока представлены в табл. 1. Там же приведены обобщенные данные по величине накопления металлов ассимиляционными органами деревьев и кустарников, формирующих озеленение городских территорий других регионов для оценки эколого-геохимической специфики растительности г. Владивосток. Они рассчитаны нами на основе литературных источников, в той или иной мере характеризующих аккумулятивные способности к металлам растений 28 городов России и ближнего зарубежья (преимущественно) [6-41].

Таблица 1. Средние содержания металлов в зеленых насаждениях г. Владивосток, других городов России и сопредельных территорий

Примечание. M± m - среднее значение и ошибка среднего; minи max - минимальное и максимальное значения; V - коэффициент вариации; ЛЭФ - локальный экологический фон

Судя по приведенным данным, элементный состав арборифлоры Владивостока по сравнению с зелеными насаждениями других регионов отличается повышенной концентрацией Cd (в 2,2 раза), в меньшей степени - Feи Pb (в 1,4 раза), но несколько уступает по содержанию Cu (в 1,4 раза).

С использованием полученных нами ранее данных о содержании тяжелых металлов в лесной растительности локально-фоновых условий [42] была определена геохимическая ассоциация приоритетных загрязнителей древесно-кустарниковой растительности Владивостока. Она включает 5 металлов: Fe₄₁, Zn₂₀, Pb₁₉, Cu₁₄, Ni₁Экологический показатель суммарного загрязнения городской растительности (Zc) составляет 6,7.

Наибольший эффект в техногенное загрязнение городских зеленых насаждений вносит железо - 4-кратное обогащение по сравнению с природными лесными фитоценозами. В городской среде высокое его накопление, в 1,5 раза и более превышающее ГЭГФ, отмечено у Padusmaackii (Rupr.) Kom. (1430 мг/кг), Corylus heterophylla Fisch. et Trautv. (1355 мг/кг), Ulmus japonica (Rehd.) Mayr (1087 мг/кг), Betula ermanii Cham. (1012 мг/кг), Abies holophylla Maxim. (991 мг/кг), Philadelphus tenuifolius Ropr. et Maxim. (934 мг/кг), Ulmus pumila L. (898 мг/кг) иSyringa wolfii C.K. Schneid. (847 мг/кг). ЛидируетжепоаккумуляцииFe Crataegus pinnatifida Bunge - 2975 мг/кгсух. в-валистьев. Согласно принятой нами градации содержаний металлов, боярышник перистонадрезанный является видом-концентратором железа. Абсолютный же максимум Feзафиксирован в единичной пробе листьев черемухи Маака в придорожной аллее вдоль пр. Столетия Владивостока (пп. 46), находящейся в зоне влияния интенсивного транспортного потока, - 6163 мг/кг. Такое содержание металла превышает городской фон в 11 раз и соответствует сверхконцентрации Feв данной пробе. В то же время самые низкие его содержания (146-220 мг/кг), отвечающие уровню высокого рассеяния металла, зафиксированы в листьях PopulusmaximowicziiA. Henryи PnigraL., SalixcapreaL., AmorphafruticosaL., Araliaelata (Miq.) Seem. Судя по литературным данным [12], максимальное содержание Feобнаружено в зеленых насаждениях санитарно-защитных зон металлургических предприятий г. Тула - 1050-7260 мг/кг в листьях деревьев и кустарников и 9763 мг/кг в хвоеPiceapungensEngelm. fGlauca.

Среди ассоциации основных металлов-загрязнителей городской растительности Znвыделяется повышенной межвидовой вариабельностью - 70%. Видами-концентраторами цинка являются тополя Populusnigra (414 мг/кг) и Pmaximowiczii (440 мг/кг). Его активно накапливают также Crataeguspinnatifida (146 мг/кг), SalixalbaL. (135 мг, кг), S. caprea (147 мг/кг) и S. schweriniiE. Wolf (190 мг/кг); PopuluskoreanaRehd. (172 мг/кг) иP tremula L. (197 мг/кг); Betula davurica Pall. (167 мг/кг), B. ermanii (181 мг/кг) иB. platyphylla Sukacz. (205 мг/ кг). Эти виды составляют группу высокого накопления цинка. Максимальная же концентрация Zn, в 8 раз превышающая ГЭГФ, зафиксирована в листьях березы плосколистной в Покровском парке (пп. 77-2) - 512 мг/кг. Низкие содержания Zn (19-29 мг/кг), соответствующие уровню высокого рассеяния металла, отмечены в листьях редко представленных в озеленении CorylusmandshuricaMaxim., SpiraeasalicifoliaL., S. ussuriensisPojark., LonicerapraeflorensBatal., PhellodendronamurenseRupr., Malusmandshurica (Maxim.) Kom., AcertegmentosumMaxim., AesculushyppocastanumL. и др. Если сравнить полученные нами данные с содержанием Znв зеленых насаждениях других городов, то его максимальные концентрации оказываются весьма близкими с полученными нами. Они варьируют от 156 мг/кг у PopulusbalsamiferaL. на территориях малых городов восточного Забайкалья [19] до 650 мг/кг у BetulapendulaRoth. в городских парках Иркутска [36]. Абсолютный же максимум отмечен в листьях опробованных видов тополя в озеленении городов Казахстана - до 3093 мг/кг [37].

Близким к цинку по степени загрязнения городских насаждений Владивостока является Pb. Его высокая аккумуляция зафиксирована в листьях Crataeguspinnatifida (25,7 мг/кг), Corylusheterophylla (24,4 мг/кг), Microcerasustomentosa (Trunb.) Eremin et Juschev (24,3 мг/кг), Cerasus sargentii (Rehd.) Pojark. (21,7 мг/кг). Абсолютный же максимум концентрации металла установлен в листьях Padusmaackii. (пп. 46) и RobiniapseudoacaciaL. (пп. 45) - 89,7 и 74,5 мг/кг соответственно, что в 7-8 раз превышает ГЭГФ. Оба вида произрастают в рядовых насаждениях пр. Столетия Владивостока - центральной транспортной магистрали города. Средняя интенсивность накопления Pbотмечена у EuonymusmaackiiRupr. (20,8 мг/кг), Padusmaackii (Rupr.) Kom. (20,0 мг/кг), Deutziaamurensis (Regel) Airy

Shaw (19,9 мг/кг) Philadelphustenuifolius (19,2 мг/кг) и др. Слабо накапливают Pb (1,2-5,1 мг/кг) Acertegmentosum, A. pseudosieboldianum (Pax) Kom., SalixcapreaL., Eleutherococcussenticosus (Rupr. etMaxim.) Maxim., Araliaelata, Amorphafruticosa. Большинство этих видов слабо представлены в озеленении, встречаются преимущественно в парках, внутригородских рекреационных лесах и единично - в озеленении жилых кварталов. Лишь клен ложнозибольдов и аморфа кустарниковая относятся к группе видов умеренного распространения в насаждениях. При этом клен чаще можно встретить в парках и старых городских садах, аморфу - во внутриквартальном озеленении и скверах. Судя по литературным данным, высокие концентрации Pbнаиболее характерны для зеленых насаждений столичных городов - Москва и Санкт-Петербург - 22-53 мг/кг [33, 35, 38], а также для озеленения промышленного украинского Приазовья - до 41-48 мг/кг [34].

В содержании меди отмечена минимальная вариабельность среди опробованного видового состава растений - 28%. Группа высокого накопления Cuпредставлена SyringaoblataLindl. (20 мг/кг) и Crataeguspinnatifida (18 мг/кг), среднего накопления - Schisandrachinensis (Turcz.) Baill. (14 мг/кг), Euonymusmaackii (12 мг/кг) и Amorphafruticosa (12 мг/кг). Лишь у Loniceramaackii (Rupr.) Herd. (городской сад, пп. 83-1) и Philadelphustenuifolius (городской парк, пп. 78) содержание Cuв листьях достигало 26 мг/кг и 29 мг/кг - у U. japonica (придорожная рядовая посадка, пп. 37), что в 2 раза превышает городской фон. В то же время в 1,5-2 раза меньше по сравнению с городским фоном (4-6 мг/кг) накапливали медь EuonymusmacropteraRupr., Kalopanaxseptemlobus (Thunb.) Koidz., Aesculus hyppocastanum, Acer pseudosieboldianum, Micromeles alnifolia (Siebold et Zucc.) Koehne. Слабой аккумуляцией Cuотличаются также хвойные породы. Анализ литературных источников свидетельствует о некотором обеднении арборифлоры г. Владивосток медью по сравнению с древесно-кустарниковыми видами других городов России. Особенно значимо отличаются насаждения Владивостока по максимальным показателям металла. Так, в листьях TiliacordataMill. в аллейных посадках Москвы содержания Cuдостигают 36 мг/кг [22], T. сordataи Populusberolinensis (C. Koch) Dipp. в озеленении Санкт-Петербурга - 80 и 90 мг/кг соответственно [35], в листьях ильмов (Ulmuspumila, U. laevisPall.) зеленых насаждений городов Среднего и Нижнего Поволжья - 102-114 мг/кг [23].

Для содержания Niв ассимиляционных органах сравниваемых видов характерна, подобно Cu, невысокая межвидовая вариабельность - 31%. Крайние значения содержаний никеля отмечены в листьях редко встречающегося в городском озеленении Acertegmentosum (0,5 мг/кг) и умеренно распространенного, но с малым обилием на пробных площадях Populusnigra (4,6 мг/кг). Наиболее высокие показатели Ni (4,0-4,4 мг/кг), соответствующие средней интенсивности накопления, обнаружены кроме листьев тополя черного также в ассимиляционных органах Syringawolfii, Pinuskoraiensis, Euonymusmaackii, Crataeguspinnatifida, Piceasp. и др. В отдельных случаях величина содержания металла в пробах растений превышала ГЭГФ в 3-5 раз. Такие концентрации зафиксированы в листьях Betulaplatyphylla (внутриквартальное озеленение, пп. 24) и QuercusmongolicaFisch. exLedeb. (внутригородской рекреационный лес, пп. 20) - 8,4 и 14,1 мг/кг соответственно. Самые низкие значения содержания Ni (1,3-1,7 мг/кг), отвечающие уровням высокого и среднего рассеяния ТМ, отмечены, кроме указанного выше клена зеленокорого, также у Aesculushyppocastanum, Spiraeaussuriensis, CatalpabignonioidesWalt., Micromelesalnifolia, Abiesholophylla,

Amorpha fruticosa, Aralia elata, Spiraea salicifolia. Среднестатистические показатели концентрации Niв растениях Владивостока и других городов оказались равновеликими, но в инорайонных насаждениях гораздо чаще наблюдаются более существенные «пики» в содержании металла. Так, в листьях вяза в условиях старинного парка им. А.В. Суворова в Кобрине (Белоруссия) зафиксировано содержание никеля 16,8 мг/кг [41], в листьях клена (AcernegundoL.) санитарнозащитной зоны промышленных предприятий Ижевска - 15 мг/кг [7], в хвое деревьев городской автомагистрали и в листьях боярышника (CrataegussanguineaPall.) в озеленении санитарно-защитной зоны промышленных предприятий Тулы - 14,5 и 15-345 мг/кг соответственно [13].

Остальные металлы, хотя и не являются приоритетными загрязнителями городской растительности, в ряде случаев весьма активно аккумулируются в зеленых насаждениях, особенно Cd, относящийся вместе с Pbи Znк 1-му классу опасности - к чрезвычайно опасным по воздействию на живые организмы веществам.

Среднее содержание Cdв проанализированной выборке растений Владивостока составило 0,95 мг/кг, но у отдельных видов было отмечено 2-3-кратное его превышение. Максимальное значение содержания кадмия зафиксировано в листьях бересклета Маака (Euonymusmaackii) - 2,77 мг/кг, что соответствует, согласно принятой нами градации, уровню высокого накопления металла. К видам высокого накопления Cd (1,78-2,30 мг/кг) относятся и остальные представленные в городском озеленении виды бересклета - E. paucifloraMaxim., E. macroptera, E. sacrosanctaKoidz. Активно накапливали металл также Eleutherococcussessiliflorus (Rupr. etMaxim.) S.Y. Hu (2,53 мг/кг), Crataeguspinnatifidaи С. maximowicziiC.K. Schneid. (1,80-2,20 мг/кг), Philadelphustenuifoliusи Deutziaamurensis (2,08 мг/кг). В единичных пробах растений городских парков концентрация Cdдостигала 3,02 мг/кг (E. macroptera, пп. 78-2) и 3,24 мг/кг (Ulmuspumila, пп. 77-3). Низкие значения Cd (0,23-0,50 мг/кг) отмечены в листьях MaackiaamurensisRupr. etMaxim., Micromelesalnifolia, CarpinuscordataBlume, Alnushirsuta (Spach) Fisch. exRupr., FraxinuspennsylvanicaMarsh., Quercusmongolica, Acerpseudosieboldianum, TiliamandshuricaRupr., T. amurensisRupr. и у всех хвойных пород. Эти виды относятся к видам высокого рассеяния кадмия. Согласно полученным данным, среднее содержание Cdв насаждениях Владивостока в 2,2 раза превосходит средний показатель для растительных сообществ других городских территорий. Справедливости ради следует заметить, что у некоторых видов этих сообществ также отмечены высокие концентрации кадмия: 2,09 мг/кг - в листьях осины в парке г. Кобрин [41]; 2,0 -4,0 мг/кг - в хвое сосны (Pinussylvestris) в дорожной зоне г. Благовещенск [6]; 4,9 мг/кг - в листьях каштана (Aesculushippocastanum) в студенческом парке г. Белград [42]; 4,5-74,6 мг/кг - в зеленых насаждениях г. Усть-Каменогорск (Казахстан) [39].

Среднее содержание Coв городских насаждениях составляет 1,37 мг/кг, но у ряда видов отмечено его превышение в 1,5-2 раза, что соответствует уровню среднего накопления металла. К таким видам относятся Crataeguspinnatifida, C. maximowiczii, Betuladavurica, Populusmaximowiczii, Pkoreana, Philadelphustenuifolius, Euonymusmaackii, аккумулирующие в листьях от 2,13 до 2,58 мг/кг кобальта. Хорошие способности к накоплению Coустановлены также у тополя черного (P. nigra) - 3,08 мг/кг. Максимальные же его значения, в 3 раза превышающие городской фон, зафиксированы в единичных пробах листьев тополя корейского (аллейная посадка вдоль тротуара, пп. 49/132) и ильма низкого (придорожное рядовое насаждение, пп. 50) - 4,47 и 3,80 мг/кг соответственно. Минимальные значения кобальта (0,27-0,66 мг/кг), отвечающие уровню высокого рассеяния, отмечены в пробах листьев Spiraeaussuriensis, SambucusracemosaL., Salixcaprea, LespedezabicolorTurcz., Acertegmentosum, Pinussylvestris, Abiesholophylla, ForsythiasuspensaVahl. Городские фоновые содержания Coв условиях Владивостока близки к среднему показателю по сравниваемой выборке городов, а максимальные концентрации даже несколько уступают им. Так, в литературе указаны следующие максимумы содержания Со: 1,9-7,4 мг/кг - лиственные породы в озеленении городов Среднего и Нижнего Поволжья [23]; 7,7 мг/кг - насаждения Populusnigra, (г. Усть-Каменогорск) [39]; 5,8-27,4 мг/кг - посадки PopulusbalsamiferaL., Pnigra (города Казахстана, Западной Сибири и Забайкалья, Благовещенск) [37].

Для Mnхарактерна самая высокая межвидовая вариабельность среди сравниваемого состава арборифлоры - 87%. Пределы его значений находятся в границах 31 мг/кг (Micromelesalnifolia) - 946 мг/кг (Sorbuspochuashanensis (Hance) Hedl.), что соответствует уровням высокого рассеяния и концентрации ТМ соответственно. Среднее же содержание Mnв зеленых насаждениях составило 149 мг/кг. К видам-концентраторам марганца кроме рябины похуашаньской (амурской) относится также Piceasp. (888 мг/кг), а к видам высокого накопления - Forsythiasuspense (662 мг/кг), PadusaviumMill. (575 мг/кг), Corylusheterophylla (519 мг/кг), Acertegmentosum (518 мг/кг), Pinuskoraiensis (461 мг/кг), Araliaelata (428 мг/кг), Betulaplatyphylla (385 мг/кг), Syringawolfii (313 мг/кг) и Salixalba (296 мг/кг). Содержание марганца у этих видов превышает ГЭГФ в 2-6 раз. Абсолютный же максимум в накоплении Mn, в 9 раз превосходящий городской фон, зафиксирован в пробе листьев лещины разнолистной (Corylusheterophylla) в сквере на ул. Суханова (пп. 126) - 1370 мг/кг. В то же время очень слабо накапливали металл (до 50 мг/кг) кроме указанного выше мелкоплодника ольхолистного также Alnushirsuta, Catalpabignonioides, Fraxinuspennsylvanica, Euonymuspauciflora, Sambucusracemosa. Перечисленные виды относятся к группе видов высокого рассеяния Mn. Установленные фоновые городские показатели марганца близки к обобщенному среднему для других регионов, а также мало отличаются от указанных в литературных источниках максимумов. Они колеблются от 484 мг/кг в листьях BetulapubescensEhrh. (насаждения г. Кондопога в Карелии) [21] и 581 мг/кг у TiliacordataMill. (скверы и парки Перовского района Москвы) [30] до 796 в листьях AcerplatanoidesL. и 1120 мг/кг у QuercusroburL. (растительные сообщества загородного парка Санкт-Петербурга) [33].

Оценку уровня токсичности и степени химического загрязнения веществ, продуктов питания, растений, почв обычно определяют, сравнивая фактические содержания с разработанными гигиеническими нормативами. Для природной флоры подобных нормативов не существует. Для этих целей обычно используют стандартные показатели, полученные для больших территорий или больших выборок данных. Наиболее приемлемыми для этих целей являются региональные кларки растительности. Для Приморского края такие показатели, к сожалению, еще не разработаны. Судя по научным обобщениям ряда иностранных ученых, приведенным в литературных источниках [43-46], критические значения Pbв растениях могут варьировать в пределах от 10 до 300 мг/кг, Cd - от 3 до 100, Zn - от 100 до 400, Cu - от 15 до 150 мг/кг. Но нелишне заметить, что эти данные, как правило, получены авторами на основе выборок для кормовых и сельскохозяйственных растений, которые по многим показателям существенно отличаются от древесных и кустарниковых видов, а также травянистых растений природных местообитаний. Однако сравнение, хотя и не совсем корректное, полученных нами результатов с приведенными в литературе данными о критических концентрациях металлов в целом свидетельствует об относительно нормальном санитарно-гигиеническом состоянии городской арборифлоры Владивостока. Так, содержания металлов в ассимиляционных органах основного видового состава деревьев и кустарников значительно ниже их фитотоксичных концентраций. Даже максимальные в выборке содержания Ni, Coи Cdниже критических, а содержания Pbи Cuблизки к их нижним пределам. Лишь содержание Znв видах-концентраторах достигает верхней границы критических значений, а у отдельных концентраторов Mnдаже незначительно превосходит ее.

Итоговое обобщение полученных данных по эколого-геохимическим особенностям арборифлоры г. Владивосток показало, что 68 видов (83% состава) способны в разной степени накапливать ТМ. При этом половина этого списка видов накапливают по 1-2 ТМ. Высоким накоплением, более чем вдвое превышающим ГЭГФ, отличаются среди них следущие: Euonymusmacroptera, E. sacrosancta, Eleutherococcussessiliflorus - к Cd; Salixcaprea, Populustremula, Pmaximowiczii - к Zn; Acertegmentosum, Piceasp., Araliaelata - к Mn; Padusmaackii, Tiliaamurensis - к Fe. Еще 8 видов показали способность к высокой аккумуляции 3 ТМ, 12 видов - 4 ТМ. По 5 ТМ накапливают 2 вида: Microcerasustomentosa (Fe, Pb, Cu, Co, Mn) и Salixalba (Zn, Mn, Fe, Cd, Ni); по 6 ТМ - 5 видов: SyringavulgarisL. (Cd, Mn, Zn, Ni, Co, Cu), S. wolfii (Mn, Zn, Ni, Fe, Cu, Pb), Philadelphustenuifolius (Cd, Pb, Fe, Co, Ni, Cu), Ulmuspumila (Fe, Cd, Co, Pb, Ni, Zn), SalixschweriniiE. Wolf (Zn, Pb, Cd, Co, Fe, Mn). Аккумулятивные способности к 7 металлам установлены лишь у 4 видов: Corylusheterophylla - ко всем ТМ, кроме Zn; Crataeguspinnatifida, С. maximowiczii, Euonymusmaackii - ко всем ТМ, за исключениемMn. Все перечисленные виды оптимально подходят для экологической оптимизации городских зеленых территорий с высокими антропогенно-техногенными нагрузками.

В табл. 2 представлены данные по 47 видам - наиболее активным аккумуляторам ТМ. Возглавляет список боярышник перистонадрезанный. Из семи накапливаемых им металлов пять относятся к приоритетным загрязнителям городской растительности. При этом боярышник является видом-концентратором Fe, содержание которого в листьях превышает ГЭГФ в 5,3 раза. Этот вид слабо представлен в озеленении, встречается с малым обилием на пробных площадях в скверах, парках и во внутриквартальных насаждениях.

Интересными с практической точки зрения являются также виды с фоновыми уровнями ТМ. Как показали полученные данные, некоторые из них могут характеризовать фоновое содержание целого комплекса тяжелых металлов. Так, среди проанализированного состава виды Prunussalicina, Populustremula, Tiliaamurensisвыделяются фоновым содержанием пяти металлов. При этом они близки по содержанию Feи Ni, но отличаются по другим ТМ. Для сливы иволистной кроме указанных металлов отмечены также фоновые уровни Pb, Co, Cd; для тополя дрожащего - Co, Cd, Cu; для липы амурской - Pb, Cu, Mn. Группа видов с фоновым содержанием 4 ТМ представленаAcernegundo, MorusalbaL., Armeniacamandshuricaи Tiliamandshurica. Общими для этой группы видов являются фоновые уровни Pbи Cu, а индивидуальными для клена ясенелистного и шелковицы белой - Niи Co, абрикоса маньчжурского - Niи Fe, липы

Таблица 2. Список видов арборифлоры с высокими способностями к накоплению тяжелых металлов в условиях городской среды г Владивосток

Примечание. Контуром отмечены показатели видов-концентраторов (накопление металлов более чем в 5 раз превышает ГЭГФ), полужирным шрифтом - видов с высоким накоплением (в 2,1-5,0 раза выше ГЭГФ), обычным шрифтом - видов со средней интенсивностью накопления (в 1,5-2,0 раза выше ГЭГФ) маньчжурской (подобно липе амурской) - Mnи Fe. Все эти виды могут служить фитоиндикаторами фоновых условий городской среды

В ходе исследований были отмечены также виды со слабым накоплением ТМ. При этом у двух из них - Micromelesalnifoliaи Spiraeaussuriensis - содержание всех рассматриваемых металлов в 2-5 раз ниже ГЭГФ, особенно по уровням Mn, Zn, Coи Cd. Эти виды слабо представлены в озеленении, встречаются преимущественно в парках. Еще у 10 представителей городской арборифлоры зафиксированы низкие содержания по 7 и 6 ТМ. Так, содержания по 7 ТМ ниже городского фона и 1 ТМ металлу на уровне фона отмечены у Carpinuscordata, Fraxinuspennsylvanica, Aesculushyppocastanum, Lespedezabicolor. По 6 ТМ ниже городского фона и 1 ТМ на уровне фона содержатся в листьях Acertegmentosum, Alnushirsuta, Catalpabignonioides, Maackiaamurensis, Corylusmandshurica. Среди этих видов минимальные показатели зафиксированы у Acertegmentosumв содержании Pb (в 9 раз ниже ГЭГФ) и Ni (в 5 раз ниже ГЭГФ), а также у Spiraeaussuriensis - Co (в 5 раз ниже ГЭГФ). С некоторой долей вероятности список видов, индифферентных к ТМ, можно дополнить еще 14 видами. Для них характерно низкое содержание 5 ТМ. Следует заметить, что большинство этих видов имеют малое распространение в озеленении, и для окончательных выводов по их способности к трансформации ТМ в городской среде они нуждаются в дальнейшем исследовании.

Также интересно, что из 6 видов группы широкого распространения в озеленении в список видов-аккумуляторов металлов вошли только 3 вида: Ulmusjaponica (Fe), Betulaplatyphylla (Zn, Mn) и FraxinusrhynchophyllaHance (Ni). В листьях же самого типичного доминанта древесных насаждений - ясеня маньчжурского (FraxinusmandshuricaRupr.), из которого на 2/3 сформированы рядовые насаждения улиц и тротуаров, в наибольшей степени подверженные антропогенно-техногенному воздействию городской среды, содержание Fe, Pb, Ni, Coсоответствует фоновому, а Mn, Cd, Zn - среднего рассеяния. Лишь в содержании Cuу него отмечено слабое накопление (ОИН = 1,2). Этот вид, кроме рядовых посадок, встречается и в других городских насаждениях, но с более высоким обилием - лишь в садах, парках и внутриквартальном озеленении [1].

Несколько иные эколого-геохимические закономерности получены для городских популяций доминанта кустарниковых насаждений - пузыреплод - ника калинолистного (Physocarpusopulifolia (L.) Maxim.). По содержанию Co, Cdи Cuон относится к видам слабого накопления (ОИН = 1,2-1,3); Pb, Niи Fe - среднего содержания; Znи Mn - среднего рассеяния металлов (ОИН = 0,6-0,7). Пузыреплодник, подобно ясеню, чаще всего с высокой долей участия представлен в рядовых насаждениях улиц (преимущественно вдоль тротуаров). Реже его можно встретить в скверах и внутриквартальном озеленении, изредка - в городских садах, единично - в парках [1].

Сравниваемые виды-доминанты различаются и по интенсивности накопления металлов в разных типах городских насаждений. Максимальные суммарные запасы металлов у ясеня отмечены в рядовых насаждениях (7,8 отн. ед.), 70% которых приходится на приоритетные металлы-загрязнители городской растительности (рис. 1). При этом самая высокая интенсивность аккумуляции металлов установлена для Со в городских парках (ОИН = 1,5), а также для Cuв рядовых насаждениях и Niво внутриквартальном озеленении (ОИН = 1,4). У пузыреплодника максимальное обогащение металлами наблюдается в скверах: сумма показателя относительного накопления металлов составляет 9,6 отн. ед., 60% которых также составляют основные загрязнители (рис. 2). В скверах видовой состав растений накапливает в разной степени все ТМ, но наиболее значимо - Mn (ОИН = 1,7) и Zn (ОИН = 1,3). Для пузыреплодника, кроме того, характерно повышенное содержание Cdв листьях. Оно зафиксировано во всех типах насаждений, но более значимо - в городских парках (ОИН = 1,8) и садах (ОИН = 1,7). Однако этот факт является скорее исключением, чем правилом, поскольку именно в растительных сообществах городских парков (в меньшей степени - старых городских садов) отмечены самые низкие показатели содержания большинства ТМ.

Рис. 1. Интенсивность накопления тяжелых металлов листьями ясеня маньчжурского в разных типах зеленых насаждений г. Владивосток: 1 - рядовые посадки, 2 - скверы, 3 - внутриквартальное озеленение, 4 - городские парки, 5 - старые городские сады

экологический городской кустарник популяция

Рис. 2. Интенсивность накопления тяжелых металлов листьями пузыре - плодника калинолистного в разных типах зеленых насаждений г. Владивосток. Условные обозначения см. рис. 1

Полученная эколого-геохимическая характеристика Fraxinusmandshuricaпозволяет отнести его к металлоустойчивым видам в условиях городского техногенного пресса. Вероятнее всего, это обусловлено наличием у ясеня физиологических барьеров на пути транспорта металлов в органы жизнедеятельности растения. Physocarpusopulifoliaже, судя по результатам исследования, является видом, толерантным по отношению к тяжелым металлам, и в некоторых условиях способен проявлять к ним высокие аккумулятивные способности.

Эколого-геохимическая специфика в накоплении металлов прослеживается не только по «сквозным» в структуре озеленения видам деревьев и кустарников, но и в целом по городским насаждениям (табл. 3).

Таблица 3. Интенсивность техногенного влияния тяжелых металлов на зеленые насаждения разного функционального назначения

Примечание. Z_c - суммарный показатель загрязнения растений.

Судя по данным табл. 3, суммарная нагрузка загрязнения металлами городских озелененных территорий снижается в 4 раза от рядовых посадок, находящихся преимущественно в зоне влияния автотранспортного потока, до внутригородских рекреационных лесов, представляющих собой остаточные лесные массивы, уцелевшие от городской застройки и расположенные по окраинам селитебной зоны города. Зеленые насаждения рядовых посадок и скверов максимально подвержены городскому антропогенно-техногенному прессу. Суммарный показатель загрязнения этих насаждений выше среднего по городу. В таких местообитаниях растения накапливают многие металлы, но наиболее существенно - Fe, Pbи Zn, содержание которых в 2-6 раз больше относительно локального экологического фона и до 1,5 раз - по сравнению с городским фоном.

Проведенные исследования позволили установить высокую дифференциацию видового состава городской арборифлоры по аккумулятивным способностям к ТМ. Максимальные отличия (до 87% по коэффициенту вариации) отмечены в накоплении Mn (31-662 мг/кг), Zn (19-205 мг/кг) и Cd (0,2-2,8 мг/кг). Самые стабильные показатели - в содержании Cu (4,3-13,9 мг/кг) и Ni (0,5-4,6 мг/кг) - 22 и 31% по величине коэффициента вариабельности соответственно.

Установлено, что 68 видов (83% состава) способны в разной степени накапливать ТМ. Половина видов этого списка накапливают по 1-2 ТМ. Аккумулятивные способности к 7 металлам установлены лишь у 4 видов: Corylusheterophylla - ко всем ТМ, кроме Zn; Crataeguspinnatifida, С. maximowiczii, Euonymusmaackii - ко всем ТМ, исключая Mn.

Определена геохимическая ассоциация приоритетных загрязнителей древеснокустарниковой растительности г. Владивосток: Fe₄₁Zn₂₀Pb₁₉Cu₁₄Ni₁₃. Лучшие способности к их поглощению показали Padusmaackiiи Corylusheterophylla (к Fe), Populusmaximowicziiи Pnigra (Zn), Crataeguspinnatifida, Corylusheterophyllaи Microcerasustomentosa (Pb), Syringaoblataи C. pinnatifida (Cu), P. nigraи Piceasp. (Ni).

Выявлены виды-концентраторы металлов в условиях городской среды: Crataeguspinnatifida (Fe), Populusmaximowicziiи Pnigra (Zn), Sorbuspochuashanensisи Piceasp. (Mn). Удержание металлов у них превышает среднегородские показатели более чем в 5 раз.

Установлены виды с фоновыми уровнями металлов, в том числе целого комплекса ТМ: Prunussalicina, Populustremula, Tiliaamurensis - 5 ТМ (Fe, Niи др.); Acernegundo, Morusalba, Armeniacamandshuricaи Tiliamandshurica - 4 ТМ (Pb, Cuи др.).

Отмечены виды, слабо накапливающие ТМ. В листьях Micromelesalnifoliaи Spiraeaussuriensisсодержание всех рассматриваемых металлов, особенно Mn, Zn, Coи Cd, в 2-5 раз ниже ГЭГФ. У ряда видов зафиксированы низкие содержания семи (Carpinuscordata, Fraxinuspennsylvanica, Aesculushyppocastanum, Lespedezabicolor) и шести ТМ (Acertegmentosum, Alnushirsuta, Catalpabignonioides, Maackiaamurensis, Corylusmandshurica).Самые низкие уровни содержания металлов отмечены у Acertegmentosumв содержании Pbи Ni (в 9 и 5 раз ниже ГЭГФ соответственно) и у Spiraeaussuriensisв содержании Co (в 5 раз ниже ГЭГФ).

Эколого-геохимическая характеристика доминантов городского озеленения Fraxinusmandshuricaи Physocarpusopulifoliaпозволила отнести ясень к видам металлоустойчивым в условиях городского техногенного пресса, пузыреплод - ник - толерантным по отношению к ТМ, способным в некоторых условиях проявить к ним высокие аккумулятивные свойства. Эти виды желательно и далее использовать при озеленении новых территорий с высокими антропогенно-техногенными нагрузками и реконструкции старых городских насаждений. Посадки ясеня, прошедшие декоративную обрезку, оказались также достаточно устойчивыми и к «ледяному дождю», обрушившемуся на г. Владивосток осенью 2020 г.

В целом проведенные исследования позволяют сделать ряд практических выводов и рекомендаций. Во-первых, необходимо весьма дифференцированно подходить к использованию в зеленом строительстве существующего списка видов для озеленения городских территорий разного функционального назначения и техногенного фона, а также к внедрению новых видов в структуру городского озеленения. Виды, способные к высокому накоплению ТМ, необходимо более активно внедрять для экологической оптимизации зеленых городских территорий с высокими антропогенно-техногенными нагрузками. Виды деревьев и кустарников, отличающиеся высокими декоративными качествами, но слабо накапливающие ТМ, рационально использовать в озеленении жилых кварталов и общественных зданий, а также при реконструкции парков, старых городских садов и скверов с невысоким и умеренным антропогенным прессом. Во-вторых, ряд редких в современном городском озеленении видов, показавших высокие аккумулятивные способности к ТМ, следует включить в перечень объектов, требующих более глубокого исследования на предмет способности к поглощению ТМ и устойчивости к ним. В-третьих, виды фоновых содержаний можно рекомендовать в качестве фитоиндикаторов фоновых условий городской среды при мониторинге состояния городской среды и зеленых насаждений.

Список источников

1. Шихова Н.С., Полякова Е.В. Деревья и кустарники в озеленении города Владивостока. Владивосток: Дальнаука, 2006. 236 с.

2. Прайс В.Дж. Аналитическая атомно-абсорбционная спектроскопия. М.: Мир, 1976. 355 с.

3. Практикум по агрохимии / под ред. В.Г Минеева. М: Изд-во МГУ, 1989. 304 с.

4. Цыпленков В.П., Банкина Т.А., Федоров А.С. Определение зольного состава растительных материалов. Л.: Изд-во Ленингр. ун-та, 1981. 160 с.

5. Сает Ю.Е. Геохимическая оценка техногенной нагрузки на окружающую среду // Геохимия ландшафтов и география почв. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1982. С. 84-100.

6. Бородина Н.А. Аккумуляция тяжелых металлов хвоей сосны в урбоэкосистемах города Благовещенска // Изв. Самар. науч. центра РАН. 2012. Т 14, №1. С. 1958-1962.

7. Бухарина И.Л., Двоеглазова А.А. Биоэкологические особенности травянистых и древесных растений в городских насаждениях. Ижевск: Изд-во «Удмуртский университет», 2010. 184 с.

8. Вадковская И.К., Гурч Е.П. Геохимические особенности древесно-кустарниковой растительности «Беловежской Пущи» // Природопользование: сб. науч. тр. Минск, 1999. Вып. 5. С. 46-48.

9. Вельц Н.Ю., Турлибекова Д.М. Аккумуляция тяжелых металлов в надземной части высших растений, произрастающих в г. Орске и его окрестностях // Вестн. ОГУ 2011. №12 (131). С. 378-379.

10. Ветчинникова Л.В., Кузнецова Т.Ю., Титов А.Ф. Особенности накопления металлов в листьях древесных растений на урбанизированных территориях в условиях севера // Тр. Карельского науч. центра РАН. 2013. №3. С. 68-73.

11. Войтюк Е.А. Аккумуляция тяжелых металлов в почве и растениях в условиях городской среды (на примере г. Читы): автореф. дис…. канд. биол. наук. Чита, 2011. 21 с.

12. Горелова С.В., Горбунов А.В., Ляпунов С.М., Окина О.И., Фронтасьева М.В. Возможности использования древесных растений для биоремедиации загрязненных тяжелыми металлами почв в урбоэкосистемах // Экологические проблемы промышленных городов: материалы научно-практ. конф. с междунар. участием. Ч. 2. Саратов, 2013. С. 117-120.

13. Горелова С.В., Фронтасьева М.В., Горбунов А.В., Ляпунов С.М., Мочалова Е.Г., Окина О.И. Биогеохимическая активность голосеменных интродуцентов в условиях промышленно развитых урбанизированных экосистем // Вестн. Балтийского федерал. ун-та им. И. Канта. 2015. Вып. 1. С. 92-106.

14. Григорьева И.Я. Изучение биоаккумуляционных свойств древесных растений на тяжелые металлы // Инновац. наука, 2015. Т 3, №4/3. С. 26-28.

15. Дергунова А.Б., Рахимова Х.Х. Особенности аккумуляции тяжелых металлов листьями древесных растений // Новые достижения в химии и химической технологии растительного сырья: материалы II Всероссийской конф. (Барнаул, 21-22 апреля 2005 г.). Барнаул, 2005. Кн. 2. С. 713-716.

16. Жадько С.В., Дайнеко Н.М. Накопление тяжелых металлов древесными породами улиц г. Гомеля // Изв. Гомельского гос. ун-та. 2003. №5. С. 77-80.

17. Колбас А.П., Волосюк С.Н., Зеркаль С.В., Сидорович Е.А. Содержание микроэлементов и стр...