Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Интегральная оценка качества окружающей среды промышленного центра по состоянию древесно-кустарниковых сообществ и лишайников

ВАК РФ 25.00.36, Геоэкология

Автореферат диссертации по теме "Интегральная оценка качества окружающей среды промышленного центра по состоянию древесно-кустарниковых сообществ и лишайников"

НА ПРАВАХ РУКОПИСИ

Дюков Всеволод Владимирович

Интегральная оценка качества окружающей среды промышленного центра по состоянию древесно-кустарниковых сообществ и лишайников

Специальность 25.00.36 - Геоэкология

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук

Москва - 2004 г.

Работа выполнена на кафедре экологии Владимирского государственного университета

Научный руководитель: доктор биологических наук,

профессор Трифонова Татьяна Анатольевна

Официальные оппоненты: доктор географических наук,

профессор Огуреева Галина Николаевна доктор географических наук, Новикова Нина Максимовна

Ведущая организация: Научно-исследовательский и проектно-изыскательский институт экологии города (НИиПИ ЭГ) (г.Москва)

Защита состоится « » 2004 г. в часов на заседении

Диссертационного совета Д 220.025.01 при Государственном университете по землеустройству. Адрес 105064, г.Москва, ул. Казанова, 15, ГУЗ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Государственного университета по землеустройству.

Автореферат разослан «_» 2004г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук

З.В.Козелкина

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы: Состояние окружающей среды в промышленных центрах в настоящее время оценивается в основном по данным статотчетности предприятий - природопользователей - на основе суммарных выбросов загрязняющих веществ в атмосферу от стационарных и передвижных источников, по валовому сбросу различных поллютантов в поверхностные водоемы, валовому объему твердых промышленных отходов различных классов опасности и их размещению, а также по демографической ситуации, причинам смертности, уровню рождаемости и структуре заболеваний взрослого и детского населения. Такая система оценки ориентирована главным образом на человека - биологический вид с самой развитой системой гомеостаза, то есть наиболее толерантного к изменениям' окружающей среды. Кроме того, здоровье населения во многом определяют социально-экономические факторы. Следовательно, такой подход к оценке состояния окружающей среды не отвечает также и требованиям экологического нормирования, направленного на установление допустимой экологической нагрузки на природные объекты в целях сохранения видового разнообразия экосистем.

Древесно-кустарниковая растительность в городе является неотъемлемой частью урбанизированной системы. В пределах городской застройки зеленые насаждения создаются, как правило, искусственно и целенаправленно. Древесно-кустарниковая растительность в городах выполняет несколько различных функций по созданию окружающей среды для проживания населения, таких как: регулирование микроклимата, создание условий для отдыха людей, инженерного благоустройства, улучшение санитарно-гигиенических условий, закрепления почв. Такие искусственные ценозы испытывают более интенсивную техногенную нагрузку, чем природные.

В настоящее время наиболее разработанным и широко используемым биоиндикационным методом является лихено индикация. Несмотря на ряд недостатков, выявленных в процессе апробаций лихенометрических методик и исследований в области экологии и физиологии лишайников, метод имеет ряд существенных преимуществ: дешевизна, а, следовательно, возможность статистического набора данных. В основе лихеноиндикации загрязнения атмосферы лежит весьма чуткое реагирование видового разнообразия лихенофлоры на изменение ее состава; лихеноиндикация позволяет осуществлять картирование территории по степени загрязненности атмосферного воздуха. Поэтому разработка биоиндикационных методов весьма перспективна в области популя! ¡ВД^Й .4ШШЖЦШсслеДовании динамики ландшафтных процессов.

Следует отметить, что в России лихеноиндикационные исследования развиваются, однако соотношение российских и зарубежных публикаций в данной области составляет примерно 1:50. В странах Западной Европы и США лихеноиндикация наравне с классическими методами мониторинга окружающей среды входит в программы преподавания многих географических вузов.

Таким образом, данное направление исследований соответствует мировым тенденциям развития науки, и является актуальным.

Цель настоящего исследования - выявление характерных особенностей развития древесно-кустарниковых и лишайниковых сообществ в условиях крупных промышленных центров для оценки состояния и оптимизации городской среды.

В соответствии с поставленной целью в работе решались следующие задачи:

-выявить особенности развития древесно-кустарниковых ассоциаций в условиях городской среды.

- оценить состояние зеленых насаждений по степени поражения физико-химическими и биологическими факторами.

- провести исследование особенностей развития лишайниковых сообществ в условиях городской среды.

- провести экологическое зонирование территории с учетом состояния лишайниковых сообществ и разработать классификацию видового состава лишайников по показателю полеотолерантности.

Объект исследования: областной промышленный центр - город Владимир и прилегающие территории. Исследования проводились в 1996 -2002 гг.

Научная новизна диссертационной работы:

- Проведено зонирование древесно-кустарниковой растительности на территории города Владимира. Впервые выделены основные экологические группировки древесно-кустарниковой растительности, которые могут считаться характерными для крупных промышленных городов средней полосы Европейской части России. Показано, что выделенным в пределах города экологическим группировкам древесно-кустарниковой растительности соответствуют различные лишайниковые сообщества.

- Впервые для города Владимира и его окрестностей разработана классификация полеотолерантности лишайников и составлена карта зон загрязнения воздуха на основании данных лихеноиндикации.

- Показано, что некоторые виды лишайников (Цетрария исландская (Cetraria islandica) Ксантория постенная (Xantoria parietina), Биатора смешанная (Biatora symmica) Гипогимния вздутая (Hipogymni physodes))

проявляют весьма активную фенотипическую адаптацию к изменяющимся условиям среды, что необходимо учитывать при организации лихеномони-торинга.

Защищаемые положения.

1. Древесно-кустарниковые ассоциации в урбанизированных территориях формируются в соответствии с особенностями городской инфраструктуры, а в их видовой состав часто включаются видь*, характерные для климата более южных широт.

2. В условиях городской среды рост некоторых видов лишайников замедляется вследствие локального уменьшения влажности, при повышении температуры воздуха, что свидетельствует об изменении микроклимата; часть видов проявляет активную фенотипическую адаптацию к изменяющимся условиям среды.

3. При одинаковой техногенной нагрузке разнообразие и численность лишайниковых сообществ снижается в городских районах с преобладанием многоэтажной и промышленной застройки по сравнению с частным сектором и городскими зелеными зонами - садами и парками.

Практическая значимость работы:

Составленью карты обеспеченности города зелеными насаждениями, основных растительных группировок, встречающихся на территории города, размещения редких и интродуцированных на территории города древесных и кустарниковых пород могут быть использованы природоохранными службами и администрацией города при проведении работ по озеленению городской территории.

Представленью данные о наиболее распространенных вредителях и болезнях на территории города, распространении основных видов трутовых грибов дают возможность разработать ассортимент древесно-кустарниковых пород наиболее подходящих для озеленения города Владимира.

Данные о распределении антропогенной нагрузки, полученные на основании подробного описание лихенофлоры и составленной карты состояния лишайниковых сообществ города Владимира, могут быть использованы природоохранными органами при планировании природоохранных мероприятий.

Апробация работы: Основные результаты работы обсуждались на:

Научно-практической конференции «Экология речных бассейнов» (г. Владимир, 1999г.); Международной научной конференции «Экологические и гидрометеологические проблемы больших городов» (г. Санкт-Петербург, 2000 г.); Юбилейной научно-практической конференции «Экология Владимирского региона» (г. Владимир, 2001 г.); Второй международной научно-

практической конференции «Экология речных бассейнов» (г. Владимир, 2002 г.), в журнале «Проблемы региональной экологии»,2004г., №1.

Публикации: По теме диссертации опубликовано 6 работ.

Объем и структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 4-х глав, выводов, списка литературы и приложений.

Общий объем работы составляет 138 страниц, 16 рисунков, 23 таблицы. Список литературы включает 204 наименований (из них 11 на иностранных языках).

Глава I. Роль зеленых насаждений в городе (Литературный обзор).

Велико и многообразно значение зеленых насаждений в оздоровлении городов, в улучшении их архитектурного облика и в организации культурного обслуживания населения. Насаждения снижают силу ветра, регулируют тепловой режим, очищают и увлажняют воздух, что имеет огромное оздоровительное значение. Они являются наилучшей средой для отдыха населения городов и поселков, для организации различных массовых культурно-просветительных мероприятий. Создание насаждений — это не только средство улучшения санитарно-гигиенических условий жизни в отдельных населенных пунктах, но и один из основных методов коренного преобразования природных условий целых районов (Рысин С. Л., 1997; Кочарян К. С, 2000).

Однако и условия окружающей среды влияют на зеленые насаждения крупных городов. Изучение влияния условий среды на живые организмы позволило развиваться особому направлению экологического мониторинга - биоиндикации. По современным представлениям биоиндикаторы - организмы, присутствие, количество или особенности развития которых служат показателями естественных процессов, условий или антропогенных изменений среды обитания. Биоиндикация - метод, который позволяет судить о состоянии окружающей среды по факту встречи, отсутствия, особенностям развития организмов-биоиндикаторов (Шкундина Ф. Б., Захарова Е. А., 2002; Кабиров Р. А., Суханова Н. В., Хайбулина Л. С, 2000).

Методы лихеноиндикации, развиваясь в течение последних десятилетий, как частный метод биоиндикации, показали перспективность, поскольку отличаются малозатратностью и достаточно высокой информативностью (Трасс X. X., 1971; Урбанявичюс Г. П., 2002; Нифонтова М. Г., 2000; Батиев Ю. С, Батиева Ф. К., 2002 и др.). При этом данные методы позволяют получать интегральные характеристики загрязнения атмосферного воздуха, то есть оценивать степень воздействия всего комплекса загрязняющих веществ на живые организмы.

Глава II. Объект и методы исследования.

Город Владимир расположен на левом берегу реки Клязьмы, в центре Европейской равнины в 180 км к северо-востоку от Москвы, на рубеже двух природных районов - возвышенности безлесного Владимирского Ополья и покрытой сосновыми лесами Мещерской низменности.

Современный рельеф Владимира в основном образован отложениями ледниковой эпохи, покрывающими часть территории города и его окрестностей, а также суглинками и песками межледниковых периодов.

Климат города характеризуется теплым летом, умеренно холодной зимой с устойчивым снежным покровом. Среднегодовая температура во Владимире—более трех градусов тепла, а годовое количество осадков— 561 миллиметр.

В настоящее время на территории г. Владимира размещаются зеленые насаждения общего пользования в составе 6-и парков, 74-х скверов и микроскверов 1-го сада, 6-ти бульваров и 1-го городского лесопарка. Территория лесного массива в юго-западной части города является памятником природы.

В пределах городской застройки Владимира отсутствуют парки шириной 500 м и более. Доступность Загородного парка не отвечает нормативным требованиям.

Растительный покров тесно связан с условиями среды и может служить их интегральным индикатором. Фитоэкологическое картографирование основано на выявлении пространственно-временной неоднородности растительного покрова, анализе его связей со средой.

При выборе площадок, на которых нами проводилось изучение дре-веснО'Кустарниковой растительности, применялся следующий метод исследования, когда на изучаемой территории выделялись районы, отличающиеся по набору факторов, влияющих на исследуемый объект - дре-весно-кустарниковую растительность. Далее в каждом районе выделялись площадки, с характерным сообществом растений. Для древесно-кустарниковой растительности на территории города наиболее примени-тельным оказался размер площадки 100 на 100 метров, где производилось описание всего имеющегося набора факторов, таких как видовой состав, обилие, степень угнетения, наличие вредителей и болезней, отбирались пробы для физико-химических анализов исследуемых объектов окружающей среды. Общее количество исследованных площадок - 104.

Была изучена флора лишайников города Владимира и прилегающих районов, состояние лишайниковых сообществ, а также химический состав образцов. С целью установления влияния антропогенного загрязнения, составлена карта состояния лишайниковых сообществ на территории города.

В качестве основных структурных единиц городского ландшафта нами были определены районы многоэтажной застройки, районы, прилегающие к автомобильным магистралям, районы частного сектора, территории промышленных предприятий, гаражей и территории парков, скверов, городских бульваров. То есть выделялись территории с однотипным набором факторов, влияющих на распространение и функционирование лишайниковых сообществ, в пределах которых выделялись площадки - ключевые участки для детального исследования. Наиболее применительным для анализа эпифитных лишайников оказался размер площадки 10 на 10 метров. Общее количество описанных площадок - 114.

Глава Ш. Оценка состояния древесно-кустарниковых сообществ.

Древесные растения, произрастающие в неблагоприятных экологических условиях крупного города, испытывают влияние ряда абиотических факторов, снижающих их декоративность и жизнедеятельность.

Состав древесно-кустарниковой растительности в городе Владимире. В результате исследования обеспеченности территорий зелеными насаждениями по общему проективному покрытию древесно-кустарниковой растительности составлена карта обеспеченности зелеными насаждениями территории города Владимира, которая включает четыре основные зоны (рис. 1).

По результатам исследования удалось установить, что наиболее распространёнными породами деревьев в городе Владимире являются: тополь чёрный (оскорь); берёза повислая (бородавчатая); клён остролистный (пя-тилопастный); клён ясенелистный (американский); липа мелколистная; ясень обыкновенный; сосна обыкновенная; яблоня домашняя; рябина обыкновенная; вишня садовая. Основными древесными и кустарниковыми породами, используемыми при озеленении города Владимира являются: конский каштан обыкновенный; тополь белый; лиственница европейская; боярышник колючий; карагана древовидная (акация жёлтая); туя западная; жимолости татарская, лесная; барбарис обыкновенный; спиреи дубровко-листная, иволистная, средняя.

Интродуцированные для нашей полосы деревья и кустарники, а также редкие виды деревьев и кустарников получили отображение на карте озеленения города. К таковым относятся лох серебристый; ель канадская; бархат амурский; орех маньчжурский; тополь серебристый; тополь пирамидальный; конский каштан обыкновенный; лиственница европейская; туя западная (всего более 30 наименований).

Обеспеченность зелеными насаждениями территории г Владимира

Шкала:

общее проективное покрытие древесно-кустарниковой растительности, %

25

50

75

100

Условные обозначения Ландшафты антропогенные

У^УА Промышленные (с названиями основных « ... предприятий) 1 действующие, 2-строюшиеся » ' ' * Агропромышленные (теплицы, питомники)

Г* ^ ^ Сельскохозяйственные (поля, огороды)

[у Частные гаражи

Промышленные и бытовые свалки

| Основные автомобильные (1) и железные дороги (2)

Участки промышленных и бытовых стоков

^ЦЦ?^ Ландшафты поселений 1-одноэтажные,

2-многоэтажные. 3-строющиеся

ГН1|г1 Рекреационные 1-скверы парки, стадионы,

гостиничные комплексы, 2-коллективные сады,

3-кладбиша

Ландшафты природные

] Водохозяйственные 1 -ручьи, 2-реки, 3-озера и пруды] Суперквальные (болота)

та Лесохозяйственные

Луговые, кустарниково-туговые

Рис 1 Карта обеспеченности зелеными насаждениями территории города Владимира

Виды древесно-кустарниковой растительности, относящиеся к центрально-европейской и восточно-европейской провинциям циркумборе-альной области, а также географически близких провинций хорошо развиваются и в пределах городской черты и за пределами города. В то же время растения, происходящие из удаленных географически областей и провинций, как правило, хорошо развиваются в условиях города, но отсутствуют за пределами городской черты. Город является территорией, где флора заметно отличается по своему составу от флоры прилегающих территорий.

Особенности формирования древесно-кустарниковых сообществ в городской среде. На территории города Владимира нами выделены пять экологических группировок древесно-кустарниковой расттельности, которые на наш взгляд могут считаться характерными для крупных промышленных городов средней полосы европейской части России (подобные группировки с незначительными изменениями можно выделить также на территории города Москва, городов Коврова, Мурома, Нижнего - Новгорода и др.):

1.Растительная группировка древесно-кустарниковой растительности частного сектора (садовая).

2.Растительная группировка древесно-кустарниковой растительности многоэтажной застройки.

3.Растительная группировка древесно-кустарниковой растительности улиц с высокой интенсивностью движения.

4.Растительная группировка древесно-кустарниковой растительности на территории промышленных предприятий, гаражей и пр.

5.Растительная группировка древесно-кустарниковой растительности парков, скверов, городских бульваров.

На карте экологических группировок древесно-кустарниковой растительности (рис. 2) также отражен состав зелёных насаждений за пределами городской черты, представленный группировками лиственного и соснового (хвойного) леса. Наиболее распространённые в пределах города группировки - многоэтажные застройки, частный сектор и садовые товарищества; заводские территории; лесопарковые зоны.

В связи с большой автотранспортной нагрузкой вдоль дорог также выделена придорожная экологическая группировка. Значительную часть города занимает территория с малым количеством деревьев и кустарников. По берегам водоёмов выделяется группировка древесно-кустарной растительности с преобладанием различных видов ивы. Выделена также небольшая группировка искусственно посаженной растительности - озеленение вдоль объездной дороги вокруг Владимира - сильно отличающаяся по видовому составу.

Основные экологические группировки древесно-кустарниковой растительности на территории г Владимира /

Условные обозначения Ландшафты антропогенные

Промышленные (с названиями основных , , предприятий) 1 действующие, 2-строющиеся [ ■ Л Агропромышленные (теплицы питомники)

Сельскохозяйственные (поля, огороды)

т Частные гаражи |* /Л Промышленные и бытовые свалки

Основные автомобильные (1) и железные дороги (2)

Участки промышленных и бытовых стоков

П1Иа Ландшафты поселений 1-одноэтажные .2-многоэтажные, 3-строющиеся рекреационные 1-скверы парки стадионы, гостиничные комплексы 2 коллективные сады 3-кладбиша

Ландшафты природные

Водохозяйственные 1 -ручьи, 2-реки,3-озера и пруды

Суперквальные (болота)

I* 1*| Лесохозяйствекные

Луговые, кустарниково-лутовые

рис. 2 Карта основных экологических группировок древесно-кустарниковой растительности на территории

города Владимира

Условные обозначения к рис 2 (% покрыгия в контуре)

Спиреи лесная, * прочие (дуб, осина, . 4, отдельные деревья ииволистая - дрок, ива)

I \ и кустарники , а/ .

I 1 береза пушистая ( ;

/ ! ' )

сосна

_ и обыкновенная

прочие (карагана,

черемуха обыкновенная 'Т?,, "яблоня смородина черная ,, ' ' *

груша обыкновенная »

домашняя

{] вишня "'домашняя

малина ооиюювенни »

крьшшнкобыкновенный"' 10 смородина

обыкновенная

прочие (жимолости, карагана, ивы (раишчные вида) [ «сирень,спиреи,боярышник рябинаобыюювенная 1,

тополь черный \| клен ясенелисгый

береза поиииыя /

\ /

ясень обыкновенный '' 4 - липы мелколистная и крупнолистая

береза повислая

тополь 4 черннй

Осина дрожашая и пр

А

т

/ V

ивы (различные виды)

черемуха обыкновенная гополь черный ■ рябина обыкновенная у

слн обыкновенная а1

и канадская сосна обыкновенная

ясень обыкновенный

прочие (аи^соска, бересклет) 0 тополь дрожащий (осина)

дубчерешчатый

рябина обыкновенная

липа мелколистная

прочие (ивы, боярышник, 9 жимолости, карагана

прочие(карагана, спиреи, жнмолосгц 5 снежнеягодник) -- клен ясенелисгый боярышник колючий ь,

тополь черный п,

I мелколистная

лила мелколистая клен /

остролистый *«

|<,-_ „„________клен »сенипистын и

береза повислая

прочие (карагана, снежнеягодник)

хеномелес японский тополь черный береза повислая (айва японская) "

боярышникколючий л \ / ю клен

( \ - \ ясенелнстын

\ ; \

клен яблонядамашняя,0\ I "береиповгаая

остролистый рябина, I ,, клен

, обыкновенная !.. шпилопасшый

и лещина обыкновенная шт мелколистая10 ,и лиственница

европейская

Город Владимир расположен в зоне смешанных лесов, на стыке Мещерской низменности и Владимире - Суздальского ополья Естественные сообщества на территории города отсутствуют. С целью выявления особенностей формирования растительных группировок в условиях городской среды, нами был проведен сравнительный анализ особенностей развития дре-весно-кустарниковой растительности в естественных сообществах и в селитебной зоне города Владимира, который показал, что в определенной степе-

ни видовой состав данных экологических группировок представлен растениями, более характерными для южных районов Европейской части России.

В условиях города и за его чертой близкородственные, в биологическом отношении, виды как бы «замещают друг друга». Так, например, если в естественных лесных сообществах значительную роль играют ель обыкновенная, береза пушистая, тополь дрожащий (осина), то в городских зеленых насаждениях данные породы деревьев практически не встречаются. Вместо них широко распространены ель канадская и ель колючая, берёза повислая (бородавчатая), тополь черный (оскорь). В целом древесно-кустарниковая растительность городской среды представлена породами, происходящими из зоны широколиственных лесов и лесостепи Евразии и Северной Америки.

Изучение аккумуляции загрязнений химическими методами. С

целью изучения влияния загрязненной окружающей среды был проведен химический анализ токсикантов в листве древесно-кустарниковых насаждений и в почве под ними. Анализ проводился по следующим показателям: содержание в листве древесно-кустарниковой растительности и лишайнит ках тяжелых металлов - меди, цинка, свинца и кадмия (атомно-абсорбционный метод определения токсичных элементов).

Для анализа были использованы образцы листьев и почвы, отобранные на 25 площадках, в различных районах города и пригородной зоны, отбиралась листва разных видов, в основном клена ясенелистого, тополя черного и липы мелколистной.

Данные результатов анализов обработанные с помощью программы Microsoft Excel, представлены в таблице 1.

Табл.1.

Содержание тяжелых металлов в листве деревьев и кустарников в различных по антропогенной нагрузке районах города Владимира

№ Основной тин антропогенной нагрузки Листья (осенний период), мг/кг Листья (весенний период), мг/кг

Кадмий Свинец Цинк Медь Кадмий Свинец Цинк Медь

1 Сильное влияние автотранспорт 1.5+0.9 6+5 200+90 12+б 1.7+0.9 8+5 200+90 9+6

2 Влияние стационарных источников загрязнения 3±2 5+4 50+20 16+4 2.6+0.9 6+4 70+20 14+8

3 Слабо выраженное загрязнение 2.4+0.9 3+2 50+30 6+4 2.1 +0.9 5+4 70+40 14+7

4 Относительно чистый район 0.5+0.3 ,3+1 30+8 18+4 0.5+0.3 2.5+0.7 42+1 18+4

I 1а основании проведенных исследований можно сделать вывод о том, что содержание кадмия, свинца, цинка и меди в листве в осенний и весенний периоды различается в среднем на 2-5 %. Существенного накопления загрязнения листвой деревьев и кустарников не обнаружено. Содержание всех видов загрязнений в относительно чистых районах ниже, чем на территории' города на 30 - 40 % для свинца и меди и на 80 - 200 % для кадмия и цинка.

Табл 2

Содержание тяжелых металлов в почвах в различных по антропоген-

ной нагрузке района Основной тип антропогенной нагрузки х города Владимира Почва, мг/кг

Кадмий Свинец Цинк Медь

1 Сильное влияние автотранспорта 0 9±0 1 70+20 150+60 40+20

2 Влияние стационарных источников загрязнения 0 5+0 8 60+25 90+25 50+20

3 Слабо выраженное загрязнение 0 2+0 5 40±15 50+20 20+15

4 Относителыно чистый район 0 2+0 7 4 4+0 5 15 0+0 4 7 6+0 8

Известно, что большое количество веществ, загрязняющих атмосферу, механически адсорбируется с пылью на поверхности листьев Нами был проведен анализ содержания тяжелых металлов в листве и в осажденной пыли Анализ проводился для двух точек, где загрязнение пылью от автомобильного транспорта наиболее сильное, вследствие близости крупной автодорожной магистрали «Москва - Волга» (Табл 3)

Табл 3

Сравнительное содержание тяжелых металлов в листве и в осажден-

ной пыли в условиях влияния автотранспортного загрязнения

Зона отбора Листья отмытые, мг/кг Листья загрязненные, мг/кг

Кадмий Свинец Цинк Медь Кадмий Свинец Цинк Медь

1 Сильное влияние автотранспорта 0 5+0 1 2 3+0 2 120+16 7+2 2+0 9 6+0 9 256+12 1010 9

2 Сильное влияние автотранспорта 0 2+01 0 2+01 100+2 7+2 0 5+0 1 12+01 20019 9+0 9

Содержание тяжелых металлов в листве, промытой дистиллированной водой, а затем высушенной до воздушно-сухого состояния оказалось на 40 - 50 % ниже, для всех исследуемых веществ Наблюдается значительное уменьшение содержания в золе листьев свинца (на 25-30%), кадмия, цинка, меди (на 40-50 %) после промывки листьев дистиллированной водой

Сопоставление результатов анализов листвы и почвы показывают, что кадмий интенсивно накапливается растениями, содержание его в листве в 10-12 раз выше, чем в почве Свинец и медь содержатся в листьях в среднем в меньших количествах, чем в почве Разница по свинцу составляет 1820%, по меди - 50-60% Цинк накапливается растениями и его содержание выше в листьях примерно на 30 %

Оценка степени поражения древесно-кустарннковой растительности. При изучении влияния на зеленые насаждения факторов среды обитания (антропогенных, биологических, микробиологических) по материалам описаний площадок были проанализированы следующие показатели: соотношение древесных и кустарниковых пород в озеленении города; степень поражения трутовыми грибами; антропогенные механические повреждения; поражение древесно-кустарниковой растительности болезнями.

Состояние зеленых насаждений города Владимира зависит от экологической обстановки в городе и связано с быстрым ростом городской агломерации, увеличением антропогенной нагрузки на зеленые насаждения в результате работы промышленности, автотранспорта, возрастания численности населения. Установлено, что вдоль дорог много деревьев повреждается в результате автомобильных аварий; обрезание веток в больших масштабах стало производиться 2-3 года назад, что привело к распространению трутовых грибов и возникновению болезней (на улицах Большой Московской, имени Горького, а также на проспекте Ленина повреждение придорожных деревьев составляет от 20 до 30 процентов). Мероприятия по уходу за зелеными насаждениями сводятся к обрезке деревьев вдоль дорог (в основном обрезаются липы, тополя, ясень, боярышник, жимолости).

Наиболее благополучны по своему состоянию тополь и клен, хотя в насаждениях тополя имеется определенная доля сухостойных деревьев текущего года и прошлых лет. При небольшой доле сухостоя состояние березы, каштана и рябины нельзя признать неблагополучным: среди них немного деревьев с признаками ослабления и достаточно невелика доля сильно ослабленных и усыхающих деревьев.

По результатам исследования составлена карта состояния древесно-кустарниковой растительности.

Глава IV. Особенности развития лишайниковых синузий в условиях городской среды.

Характеристика лишайниковых синузий на территории города Владимира. В рамках настоящего исследования изучена флора лишайников города Владимира и прилегающих районов, состояние лишайниковых синузий, а также их химический состав.

На территории города Владимира нами выделено несколько основных видов лишайников: Biatora symmicta, Lecidea sp., Xantoria paiietina; Parmeli-opsis ambigua, Physcia aipolia, Physcia stellaris; Parmelia sulcata, Parmelia ca-perata, Hipogymnia physodes, различные Cladonia sp., Usnea longissima и др. .

Исследования показали, что выделенным в пределах города 5 растительным группировкам древесно-кустарниковой растительности соответствуют различные лишайниковые группировки.

Определение степени деградации лишайниковых синузий. Расчет индексов полеотолерантности. Для мониторинга загрязнения атмосферного воздуха методом лихеноиндикации в нашей работе использовался интегральный показатель - индекс полеотолерантности (ИП), позволяющий учесть антропогенное влияние не только на отдельные виды лишайников, но и в целом на лишайниковые сообщества - синузии, предложенный Трасом (1971).

При исследовании использовалась типология лишайников по их отношению к загрязнению атмосферного воздуха диоксидом серы. Для описания эпипокрова с учетом ориентации ствола, степени затемнения, отбирались деревья с диаметром ствола 0,5—1 м, описание проводилось на высоте 1,5 м.

На изменение жизненных условий реагируют не только отдельные виды, но и целые их группировки, образующие биоценозы и их структурные части. Поэтому в процессе исследования использовался как аутэколо-гический анализ антропогенной динамики видов, так и синэкологический анализ синузий.

Проводился анализ эпифитных лихеносинузий и вычислялся индикационный индекс (ИАЧ или ИП). Следует отметить, что еще во второй половине 60-х годов было экспериментально доказано вредное влияние на многие виды лишайников основного загрязняющего атмосферный воздух вещества—диоксида серы, и в это же время были разработаны первые математические лихеноиидикационные индексы (индекс атмосферной чистоты — ИАЧ, индекс полеотолерантности—ИП) в целях более объективного и точного отражения антропогенной динамики лишайниковых синузий. Показатели обоих индексов хорошо совпадают с данными фактического аэрохимического измерения концентраций выбросов, особенно 802, и других загрязняющих веществ. Индекс полеотолерантности (I. Р., И. П.) определяется по формуле:

ИП = Х0=1;п) аиа/Сп,

где п - количество видов на площадке описания, а1 - класс полеотолерантности вида, с! - покрытие вида, Сп - суммарное покрытие видов.

Как было указано, определение класса полеотолерантности конкретного вида лишайника сильно зависит от региона, где проводится соответствующее лихенологическое исследование. При этом особенно важно учесть максимальное количество описаний, в которых присутствует дан-

ный вид лишайника. Поэтому для условий города Владимира в основу определения класса полеотолерантности лишайника были положены данные многолетних наблюдений за состоянием слоевищ лишайников и участием данных видов лишайников в различных сообществах.

К признакам хорошего состояния слоевищ относились: ровный, постоянный в течение нескольких лет прирост; наличие органов размножения, характерных для данного вида лишайника, - апотециев, перитециев и т. п., наличие на исследуемом участке слоевищ всех возрастов и размеров; отсутствие заметных изменений поверхности слоевища, то есть утолщения корового слоя, укорачивания лопастей, появление пятен и разрывов в слоевище.

Виды, для которых определялся класс полеотолерантности, имеют наибольшее распространение на территории города Владимира, а также два вида №пеа 1ощ1$$1та и Еуетта тевошогрИа взяты как представители, безусловно, чистых районов, встречающиеся в основном далеко за городской чертой.

Для условий города Владимира при проведении вычислений ИП можно рекомендовать следующие местные классы полеотолерантности лишайников: (табл.4).

Табл. 4

Определение местного класса полеотолерантности для наиболее _распространенных лишайников города Владимира._

№ Вид лишайника 1 2 3 4 5 6 7 8 9

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

1 Physcia stellaris ++ ++ ++ ++ ++ + ± - -

2 Physcia nigricans ++ ++ ++ ++ ++ + ± - -

3 Physcia ciliata ++ ++ ++ ++ ++ + ± - -

4 Physcia aipolia ++ ++ ++ + ± ± ± - -

5 Physcia grisea ++ ++ ++ ++ ++ ++ + ± -

6 Physcia hispida ++ ++ ++ + ± ± ± - -

7 Physcia caesia ++ ++ ++ + ± ± ± - -

8 Xantoria parietina ++ ++ ++ ++ ++ ++ ++ ++ +

9 Parmeliopsis ambigua ++ ++ ++ ++ + ± ± ± -

10 Parmeliopsis hyperopta ++ ++ ++ ++ + ± + - -

11 Parmeliopsis pallescens ++ ++ ++ + ± ± ± ± -

12 Candelaria concolor ++ ++ ++ ++ ++ ++ + ± - .

13 Parmelia caperata ++ ++ ++ ++ ++ + ± - -

14 Parmelia sulcata ++ ++ ++ + ± ± ± - -

15 Hipogymnia physodes ++ ++ ++ ++ ++ + ± ± -

16 Biatora symmicta ++ ++ ++ ++ ++ ++ ++ ++ +

17 Psora sp. ++ ++ ++ ++ + ± ± - -

Продолжен ие табл .4

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

18 Ьер1х^шт БашгтиШ ++ ++ ++ ++ + ± ± - -

19 Еуепиа mesomorpha ++ ++ + ± - - - - -

20 Ката1та1Ыаш1а ++ ++ + ± - - - - -

21 ипеа 1о^1ж1та ++ + ± - - - - - -

++ - Встречаемость вида высокая, состояние слоевищ хорошее.

+ - Встречаемость вида средняя, наблюдаются признаки начального поражения слоевищ.

± - Вид встречается отдельными экземплярами, слоевища повреждены. - - Вид практически не встречается.

Применяемый комбинированный показатель покрытия и встречаемости 5-ти балльный: 1 балл - вид встречается очень редко и с очень низким покрытием, 2 балла - редко или с низким покрытием, 3 балла - редко или со средним покрытием на некоторых стволах, 4 балла - часто или с высоким покрытием на некоторых стволах, 5 баллов - очень часто и с очень высоким покрытием на большинстве стволов.

Индекс полеотолерантности определялся для лишайниковых синузий на деревьях в пределах четырех площадок (40x40 см) в условиях двух экспозиций (в направлении источника загрязнения и на противоположной стороне ствола) на двух высотах (у основания ствола и на высоте 1,4—1,6 м).

Далее вычислялись средние значения ИП для каждого дерева и для местообитания с относительно гомогенным фоном загрязненности. Значения ИП колеблются между 0 и 10. Чем больше значение ИП, тем более за-грязнен-воздух в соответствующем местообитании. Расчет производился для пяти основных зон, выделяемых по степени деградации лишайниковых синузий. В каждой зоне для расчета взяты 4 наиболее характерные точки.

Карта состояния лишайниковых синузий в юроде Владимире. По результатам исследований, была составлена карта состояния лишайниковых сообществ города Владимира, на которой выделено 5 зон различной степени деградации лишайниковых синузий (рис.3).

На карте состояния лишайниковых сообществ в пределах города Владимира выделены пять основных зон с различным состоянием лишайниковых синузий: естественные местообитания почти без ощутимого антропогенного влияния (ИП = 1-2); естественные антропогенно слабо и умеренно измененные местообитания (ИП = 3-4), умеренно и сильно антропогенно измененные местообитания (ИП = 5-6); сильно антропогенно измененные местообитания (ИП = 7-8); очень сильно антропогенно измененные местообитания (где встречаемость и жизнеспособность видов низкие; ИП = 9-10).

Карта состояния лишайниковых сообществ в пределах города Владимира

/—ч Естественные местообитания без ощутимого антропогенного влияния

• Естественные антропогенно слабо и умеренно измененные местообитания ^ Умеренно и сильно антропогенно измененные

местообитания СЗ) Сильно антропогенно измененные местообитания

Очень сильно антропогенно измененные О местообитания (встречаемость и жизнеспособность видов низкие)

Условные обозначения Ландшафты антропогенные

Г/КЛ Промышленные (с названиями основных

предприятий) 1 -действующие, 2-строющиеся Г »1 Агропромышленные (теплицы питомники)

Сельскохозяйственные (поля, огороды)

Е23 Частные гаражи

Промышленные и бытовые свалки Основные автомобильные (1) и железные дороги (2)

ЕИ Участки промышленных и бытовых стоков

Гр"^ Ландшафты поселений 1-одноэтажные,

2 многоэтажные, 3-строющиеся гиТП Рекреационные 1-скверы, парки, стадионы,

гостиничные комплексы, 2-коллективные сады, 3-кладбиша

Ландшафты природные Э Водохозяйственные 1-ручьи, 2-реки,3-озера и пруды Суперквальные (болота)

Лесохозяйственные > »1 Луговые, к\старник.ово-луговые

Рис. 3. Карта состояния лишайниковых сообществ в пределах города Владимира

На карте получили отражение основные загрязненные районы города: центральная часть города, промышленный район с рядом крупных предприятий, территория кирпичного завода в восточном районе. Высокий уровень загрязнения наблюдается в районах ТЭЦ, в поселке РТС, кроме того, сильно загрязнена окружающая среда вдоль всех основных транспортных путей. Наиболее чистыми территориями, где хорошо развиваются лишайники, являются, прежде всего, парковые зоны за городом. В пределах города обстановка удовлетворительная в частном секторе, а также в парке восточного района. Довольно старые слоевища лишайников встречаются в долине реки Лыбедь, пересекающей город с запада на восток.

Аккумуляция химическою загрязнения лишайниками. Нами было проведено исследование накопления химического загрязнения в лишайниках. Анализы проводились по следующим показателям: содержание в лишайниках тяжелых металлов - меди, цинка, свинца и кадмия; содержание сульфатов и нитратов.

В табл. 5 представлено содержание загрязняющих веществ в слоевищах лишайников по результатам проведенных физико-химических анализов.

Табл. 5.

Содержание загрязняющих веществ в лишайниках.

Зоны отбора пробы Сульфаты, Нитраты Кадмий Медь Цинк, Свинец,

мг/кг мг/кг мг/кг мг/кг мг/кг мг/кг

1 2 3 4 5 6 7

1. Сильное влияние авто- 0,028±0,007 22,9+0,8 0,4+0,4 4,0+0,6 12,8+0,1 6,6+0,7

транспорта

2. Сильное влияние авто- 0,018+0,005 25,8+0,8 1,5+0,8 5,710,5 23,5+0,2 6,1+0,1

транспорта

3. Относительно чистый 0,021±0,009 19 6+0 1 0,3+0,2 5,2+0 4 13,9+0,1 4,4+0,4

район

4 Слабо выраженное за- 0,071+0,009 24,8+0 8 0,310,2 6,9+0,4 14,1+0,1 5, 0+0,2

грязнение

5. Относительно чистый 0,030+0,008 17,4+0,1 3,6+0,5 5,6+0,4 34,0+0,2 9,410,5

район

6. Влияние стационарных ис1 очников загрязнения 0,030+0,008 41,6+0,8 0,5+0,4 9,8+0,1 38,1+0,2 16,110,1

7 Слабо выраженное за- 0,000+0,000 22,0+0,8 1,4+0,4 9,0+0,,8 30,4+0,3 16,6+0,1

грязнение

По результатам анализов можно говорить о двух группах токсикантов, вызывающих загрязнение атмосферного воздуха. Первая группа - металлы: свинец, медь, цинк, кадмий. Данные вещества содержатся в слоевищах лишайников в достаточных для обнаружения концентрациях. Содержание этих элементов в 1.5 - 2.0 раза выше в городских образцах (№ №

6,7), что свидетельствует о накоплении веществ в слоевищах. По-видимому, данный процесс происходит без существенного влияния на биологические процессы в лишайнике. Лишайники в городской черте накапливают тяжелые металлы в количествах, значительно превышающих ПДК тех же веществ в высших растениях. (Так, например, ПДК для овощей по четырем указанным элементам составляют 0.03 мг/кг для кадмия, 10.0 мг/кг для меди, 10.0 мг/кг для цинка, и 0.5 мг/кг для свинца).

Ко второй группе токсикантов, по которой также проводился химический анализ, относятся производные серы и азота - веществ, играющих важную роль в жизнедеятельности лишайников. Анализ был выполнен на нитраты и сульфаты. Сульфат - ион, производный серной кислоты - основной токсикант, ответственный за вымирание лихенофлоры в городах. Уровень данного вещества в пределах Загородного парка выше в образцах №№ 1,4. В пределах юрода содержание сульфат - иона находится на несколько повышенном уровне. Очевидно, это связано с наличием незначительного накопления данного вещества в лишайниках.

Содержание нитрат - ионов в лишайниках находится на одном уровне в образцах №№ 1,2,4,7. Сильно повышено содержание в образце № 6 -Парк им. 850-летия города Владимира. В наиболее "чистых" образцах №№ 3,5 содержание несколько снижено по сравнению с общим уровнем. Таким образом, данные позволяют судить о том, что нитраты играют важную роль в метаболизме лишайников, однако не являются для них существенным токсикантом. По-видимому, лишайники имеют внутренние способы поддерживать содержание азота в слоевищах на необходимом для них уровне. Лишь в условиях максимальной нагрузки, накопление нитрат - ионов выходит за данные рамки (17-25 мг/кг) - превышение уровня содержания в образце № 6 - почти в 2 раза.

Определение толерантности лишайников к условиям окружающей среды. Наблюдения за изменениями в составе лишайниковых группировок за последние два-три года на ранее выделенных площадках позволило выявить некоторое сокращение численности и видового разнообразия лишайников в черте города (так, например, постепенно исчезли виды рода Эверния (Еуегша), встречаемые ранее в парке 850-летия города Владимира). Вместе с тем в Загородном парке замечено увеличение количества и размера слоевищ кустистых эпифитных лишайников Уснея (№пеа) и Эверния (Еуегша).

Наблюдается тенденция к увеличению асимметрии и размера талломов эпифитных листоватых лишайников при переходе от фоновой зоны загрязнения (Загородный парк) к промышленным (импактным) зонам. В им-

пактных зонах выявлено преобладание мелких талломов. Причинами этого, вероятно, являются два процесса, вызванные атмосферным загрязнением: уменьшение скорости роста талломов и увеличение смертности талломов больших размеров. Второй процесс наблюдается в настоящее время на участках города, испытывающих большие нагрузки от автотранспорта. Здесь в 2000 - 2001 годах обнаружено множество обесцвеченных и побуревших отмирающих экземпляров.

Возможно, что появление в Загородном парке слоевищ высокочувствительного к загрязнению воздуха рода Уснея (№пеа) связано с адаптацией его к условиям повышенной антропогенной нагрузки.

В период 2000 - 2002 гг. был проведен эксперимент по изучению степени толерантности лишайников к изменениям условий среды. Слоевища лишайников из относительно чистых районов переносились в районы с повышенным загрязнением. Результаты эксперимента по изучению степени толерантности лишайников к условиям среды представлены в таблице 6.

Для переноса были выбраны хорошо развитые небольшие слоевища лишайников трех основных групп: кустистые напочвенные лишайники из родов Кладония (С1аЛота), Кладина (С1аЛта) и Цетрария ^ейапа), кустистые древесные лишайники - Уснея (№пеа), накипные - Биатора (Бш1;ога ер.), и листоватые древесные лишайники рода Гипогимния (Hypogimnia) и Ксантория (ХаПюпа) Все образцы были отобраны на опушках леса, где растения более приспособлены к меньшей влажности воздуха.

В качестве контроля выступали представители тех же видов лишайников, что использовались для переноса в городскую среду, развивающиеся в условиях незначительного загрязнения атмосферного воздуха, в лесах на расстоянии нескольких километров от городской черты.

Образцы размещались в двух районах города - относительно чистом Ленинском районе и более загрязненном Октябрьском. На новом месте за образцами проводился соответствующий уход, так как условия обеспеченности влагой в городе хуже по сравнению с лесом.

Таким образом, результаты эксперимента показали, что за период около года напочвенные лишайники и лишайники рода Ксантория (ХаПюпа) приспособились к новым условиям при регулярном дополнительном увлажнении. Гибель их наступала только при снятии дополнительного ухода. Другие эпифитные лишайники погибли в течение 3-4 месяцев. (Табл. 6)

Особо устойчивыми оказались накипные лишайники из рода Биатора (Бш1ога ер.). Это можно объяснить тем, что данный род лишайников произрастает и на стволах деревьев, и как эпифит на мертвой древесине.

Табл. 6.

Рост эпифитных и напочвенных лишайников по временам года в условиях городской среды

Группа лишайников

Весна

Лето

Осень

эксперимент

контроль

эксперимент

контроль

эксперимент

контроль

Зима

эксперимент

контроль

Эпифитные листоватые

лишайники рода Ксантория (ХапШпа Бр.) и Пармелия (РагтеНа Бр.)

акгивныи рост

активный рост

при низкой влажности (<70%) -отсутствие заметного прироста

низкие темпы роста

активный рост

активный рост

рост сораня-ется в оттепели и солнечные дни

низкие темпы роста, рост со-раняется в оттепели и солнечные дни

Эпифитные кустистые лишайники рода Уснея (№пеа Бр.) и Эверния (Еует1а Бр.)

активный рост

активный рост

критический сезон - часто наблюдается гибель слоевищ

низкие темпы роста

активный рост

активный рост

низкие темпы роста

Эпифитные накипные лишайники рода Биатора (Б1а1ога Бр.)

активный рост

активный рост

при низкой влажности (<70%) -отсутствие заметного прироста

низкие темпы роста

активный рост

активный рост

рост сораня-ется в оттепели и солнечные дни

Напочвенные кустистые

лишайники рода Кладина (С1аёта Бр.) и Цетрария (Се1хаг1а Бр.)

активный рост

активный рост

средние темпы роста

активный рост

активный рост

Напочвенные листоватые

лишайники рода Пельгигера(Ре1tigera

активный рост

активный рост

критический сезон — часто наблюдает гибель слоевищ

средние темпы роста

активный рост

активный рост

Кустистые лишайники мертвой древесины рода Кладония (СЫота эр-)

активный рост

активный рост

при низкой влажности (<70%) -отсутствие заметного прироста

средние темпы роста

активный рост

активный рост

выпадение снега—пре-кращение активного роста, при неполном

покрытии слоевищ снегом наблюдается гибель

выпадение сне-га—пре-краще-ние активного роста

активный рост — визуально заметное увеличение слоевища, появление дополнительных лопастей, новых апотециев или перитециев, средние темпы роста — незначительное увеличение слоевища, расширение существующих лопастей, низкие темпы роста — набухание и заметное лишь спустя время увеличение размера слоевища.

Наблюдение за ростом лишайников позволило сделать вывод о том, что их рост в зависимости от времени года происходит иначе, чем, например, у высших растений. Слоевища активно растут в весеннее и осеннее время, при наличии достаточной влажности и сохраняют рост при низких температурах от О С до 7 С. В это время рост высших растений, как правило, замедляется. Летнее и зимнее время характеризуется слабым приростом слоевища. По-видимому, летом лимитирующим фактором становится низкая влажность, а зимой - низкая температура.

Для эпифитных лишайников характерно наличие прироста за зимнее время. В этот период температура на поверхности ветвей деревьев часто превышает порог О С, по-видимому, за счет нагрева веток прямыми солнечными лучами, что вызывает таяние снега и создает благоприятные условия для роста лишайников.

ВЫВОДЫ.

1. Особенности климатических условий городской среды, характеризующейся повышенной температурой и пониженной влажностью создают благоприятные условия для произрастания видов деревьев и кустарников, характерных для более южных широт, что необходимо учитывать при формировании ассортимента. Лишайниковые синузии в городских условиях включают более засухоустойчивые эпифитные виды.

2. В городе древесно-кустарниковые группировки формируются в соответствии с особенностями инфраструктуры. Выделяется 5 типичных для промышленных городов экологических группировок. В районах преобладания частного сектора основным фактором, формирующим зеленые насаждения, является приусадебное садоводство. В «спальных» районах -растительность создается в период массовой застройки, а затем, постепенно происходит замещение быстрорастущих видов на более устойчивые к вытаптыванию и механическим повреждениям. На улицах с интенсивным движением основными породами являются устойчивые к химическому загрязнению. Растительность на территории промышленных зон города, как правило, формируется из небольшого числа видов деревьев и кустарников, способных переносить воздействие значительной антропогенной нагрузки, а также быстро растущих. Наиболее близкой к естественной является растительность парковой зоны города.

3. Древесно-кустарниковая растительность интенсивно накапливает кадмий, содержание его в листве в 10 - 12 раз выше, чем в почве. Свинец, цинк, медь адсорбируются преимущественно на поверхности листвы, с пылью. Лишайники способны накапливать химические загрязнения в больших

количествах, чем высшие растения, при одинаковых условиях среды, что объясняется особенностями их метаболизма.

4. По результатам экспериментальных данных содержание меди в слоевищах эпифитных и эпигейных лишайников достигает максимального значения 10+1.5 мг/кг, выше которого накопления не происходит. Эпифит-ные лишайники накапливают медь и кадмий в больших количествах, чем эпигейные. Хотя содержание свинца в почве превышает его количество и в листве древесно-кустарниковой растительности, и в слоевищах лишайников, однако лишайники накапливают свинец более интенсивно, чем высшие растения. Лишайники слабо аккумулируют цинк из окружающей среды (почвы и воздуха) и сохраняют его низкие значения, хотя содержание его в окружающей среде в 5-15 раз выше.

5. Наиболее подверженными болезням и вредителям в городе Владимире являются липы сердцелистная и крупнолистная, а также тополь черный. При этом тополя относительно легко переносят постоянное воздействие на их листву насекомых вредителей, в связи с 1ем, что цикл их развития и распускания листьев несколько смещен на ранневесенний период. Цветение липы совпадает с пиком размножения вредителей, поэтому состояние данной породы в городской среде часю неудовлетворительное. Наименее подверженным заболеванием и вредителям видом в городском зеленом хозяйстве является клен ясенелистый.

6. На основании проведенной классификации по степени полеотоле-рантности, установлено, что на территории города Владимира выделяется несколько основных видов лишайников: наиболее распространенные, фоновые виды: Parmeliopsis ambigua, Physcia aipolia, Physcia stellaris; наиболее устойчивые к загрязнению: Biatora symmicta, Lecidea sp., Xantoria pa-rietina. К видам естественных местообитаний, проникающих в городскую среду, относятся: Parmelia sulcata, Parmelia caperata, Hipogymnia physodes; виды редкие для города и для окрестностей, очень чувствительные к загрязнению: Cladonia sp., Usnea longissima. Разнообразие и численность лишайниковых группировок снижается в городских районах с преобладанием многоэтажной и промышленной застройки по сравнению с частным сектором и городскими зелеными зонами - садами и парками.

7. На основании экспериментальных данных установлено, что благоприятные условия освещения и, особенно, повышенная влажность среды обитания способствует выживанию лишайников в условиях повышенного уровня химического загрязнения. В условиях повышенной сухости воздуха реакция лишайников на загрязнение оркужающей среды наиболее сильная. Таким образом, некоторые виды лишайников (Цетрария исландская

(Cetraria islandica), Ксантория постенная (Xantoria parietina), Биатора смешанная (Biatora symmicta), Гипогимния вздутая (Hipogymnia physodes)) проявляют весьма активную фенотипическую адаптацию к изменяющимся условиям среды, в том числе к химическому загрязнению, что необходимо учитывать при организации лихеномониторинга.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ

1. Чеснокова С. М., Дюков В. В. Оценка степени токсичности атмосферного воздуха г. Владимира методом лихеноиндикации // Экология речных бассейнов: Материалы Междунар. науч.-практ. конф./ Под общ. ред. проф. Т.А. Трифоновой/ Владимиринформэкоцентр, 1999. - С. 108.

2. Трифонова 71 А., Чеснокова С. М., Дюков В. В. Интегральная оценка загрязнения воздуха городов методами биоиндикации и биотестирования // Экологические и гидрометеологические проблемы больших городов: Тезисы докладов Междунар. науч.-практ. конф./ г. Санкт-Петербург, 2002. - С. 86.

3. Трифонова Т. А., Чеснокова С. М., Дюков В. В. Интегральная оценка состояния окружающей среды в г. Владимире методами биоиндикации и биотестирования // Экология Владимирского региона: Сб. материалов юбил. науч.-практ. конф. - Владимир: Влад. гос. ун-т, 2001. - С. 65-70.

4. Дюков В. В, Трифонова Т. А. Изучение состояния лишайниковых сообществ г. Владимира // Экология речных бассейнов: Труды 2-й Между-нар. науч.-практ. конф./ Под общ. ред. проф. Т.А. Трифоновой; Владим. Гос. ун-т. Владимир, 2002. - С. 130-132.

5. Дюков В. В. Изучение состояния зеленых насаждений селитебной зоны на примере г. Владимира // Экология речных бассейнов: Труды 2-й Междунар. науч.-практ. конф./ Под общ. ред. проф. Т.А. Трифоновой; Вла-дим. гос. ун-т. Владимир, 2002. - С. 128-130.

6. Трифонова ТА., Дюков В. В. Особенности развития лишайниковых сообществ в условиях городской среды // Проблемы региональной экологии, 2004, № 1. - С. 11-20.

ЛР № 020275. Подписано в печать 19.10.04. Формат 60x84/16. Бумага для множит, техники. Гарнитура Таймс. Печать на ризографе. Усл. печ. л. 1,39. Уч.-изд. л. 1,42. Тираж 100 экз. Заказ

Редакционно-издательский комплекс Владимирского государственного университета. 600000, Владимир, ул. Горького, 87.

»1977«

РНБ Русский фонд

2005-4 11214

Содержание диссертации, кандидата географических наук, Дюков, Всеволод Владимирович

Общая характеристика работы.

Глава I. Роль зеленых насаждений в городе (литературный обзор).

1.1. Влияние зеленых насаждений на микроклиматические условия города.

• 1.2. Факторы окружающей среды, воздействующие на зеленые насаждения.!

1.3. Архитектурное и эстетическое значение зеленых насаждений.

1.4. Мероприятия по сохранению и развитию зеленых насаждений в промышленном центре.

Выводы к главе.

Глава II. Объект и методы исследования.

2.1. Природно-климатические условия города Владимира.

2.2. Древесно-кустарниковая растительность в г. Владимире.

2.3. Используемые методы исследования лишайниковых и древеснокустарниковых сообществ на территории города Владимира.

Выводы к главе.

Глава III. Оценка состояния древесно-кустарниковых сообществ.

3.1. Особенности древесно-кустарниковой растительности в городе Владимире.

3.2. Особенности формирования древесно-кустарниковых сообществ в городской среде.

3.3. Изучение аккумуляции загрязнений химическими методами.

3.4. Оценка степени поражения древесно-кустарниковой растительности.

Выводы к главе.

9 Глава IV. Особенности развития лишайниковых сообществ в условиях городской среды.

4.1. Характеристика лишайниковых сообществ на территории города Владимира.

4.2. Определение степени деградации лишайниковых сообществ.

4.3. Аккумуляция химического загрязнения лишайниками.

4.4. Определение толерантности лишайников к условиям окружающей среды.

Выводы к главе.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Интегральная оценка качества окружающей среды промышленного центра по состоянию древесно-кустарниковых сообществ и лишайников"

Актуальность работы: Состояние окружающей среды в промышленных центрах в настоящее время оценивается в основном по данным статот-четности предприятий — природопользователей — на основе суммарных выбросов загрязняющих веществ в атмосферу от стационарных и передвижных источников, по валовому сбросу различных поллютантов в поверхностные водоемы, валовому объему твердых промышленных отходов различных классов опасности и их размещению, а также по демографической ситуации, причинам смертности, уровню рождаемости и структуре заболеваний взрослого и детского населения. Такая система оценки ориентирована главным образом на человека — биологический вид с самой развитой системой гомео-стаза, то есть наиболее толерантного к изменениям окружающей среды. Кроме того, здоровье населения во многом определяют социально-экономические факторы. Следовательно, такой подход к оценке состояния окружающей среды не отвечает также и требованиям экологического нормирования, направленного на установление допустимой экологической нагрузки на природные объекты в целях сохранения видового разнообразия экосистем.

Использование данных только химических и физико-химических анализов оказывается малоэффективным: сложная структура городской застройки, большое количество различных условий обитания, сильное влияние «случайного» загрязнения приводит к тому, что для полноценного анализа состояния воздуха и почвы в городе необходимо огромное количество проб, анализ на различные загрязняющие вещества, многократная повторность отбора проб. В противном случае данные анализов получаются неточными или неполными. Кроме того, длительная работа с городскими службами охраны окружающей среды выявила отсутствие единой системы городского мониторинга, что, по-видимому, является типичной ситуацией для многих промышленных центров.

Древесно-кустарниковая растительность в городе является неотъемлемой частью урбанизированной системы. В пределах городской застройки зеленые насаждения создаются, как правило, искусственно и целенаправленно. Древесно-кустарниковая растительность в городах выполняет несколько различных функций по созданию окружающей среды для проживания населения, таких как: регулирование микроклимата, создание условий для отдыха людей, инженерного благоустройства, улучшение санитарно-гигиенических условий, закрепления почв. Такие искусственные ценозы испытывают более интенсивную техногенную нагрузку, чем природные.

Поэтому в последнее время для интегральной оценки антропогенной нагрузки на окружающую среду используются методы биотестирования и биоиндикации, основанные на регистрации ответных реакций живых организмов - фито - или зооиндикаторов - на одновременное или последовательное действие всех видов загрязнения. Растительный покров тесно связан с условиями среды и может служить их интегральным индикатором. Однако, эти методы хотя и показали перспективность, но еще недостаточно развиты.

В настоящее время наиболее разработанным и широко используемым биоиндикационным методом является лихеноиндикация. Несмотря на ряд недостатков, выявленных в процессе апробаций лихенометрических методик и исследований в области экологии и физиологии лишайников, метод имеет ряд существенных преимуществ: значительно дешевле физико-химических методов, а, следовательно, имеется возможность обширного статистического набора данных. В основе лихеноиндикации загрязнения атмосферы лежит весьма чуткое реагирование видового разнообразия лихенофлоры на изменение ее состава; лихеноиндикация позволяет осуществлять картирование территории по степени загрязненности атмосферного воздуха. Поэтому разработка биоиндикационных методов весьма перспективна в области геоэкологических исследований качества среды изучаемой территории.

Следует отметить, что в России лихеноиндикационные исследования развиваются, однако соотношение российских и зарубежных публикаций в данной области составляет примерно 1:50. В странах Западной Европы и США лихеноиндикация наравне с классическими методами мониторинга окружающей среды входит в программы преподавания многих географических вузов.

Таким образом, данное направление исследований соответствует мировым тенденциям развития науки и является актуальным.

Цель настоящего исследования - выявление характерных особенностей развития древесно-кустарниковых и лишайниковых сообществ в условиях крупных промышленных центров для оценки состояния и оптимизации городской среды.

В соответствии с поставленной целью в работе решались следующие задачи: 1. выявить особенности развития древесно-кустарниковых сообществ в условиях городской среды, связанные с антропогенным воздействием на них.

2. оценить состояние зеленых насаждений по степени поражения физико-химическими и биологическими факторами.

3. провести исследование особенностей развития лишайниковых сообществ в условиях городской среды.

4. выявить особенности аккумуляции химических загрязнений древесно-кустарниковыми сообществами и лишайниками.

5. определить местные значения класса полеотолерантности для наиболее распространенных на территориии города лишайников.

6. с учетом местного значения класса полеотолерантности лишайников провести экологическое зонирование территории города по состоянию лишайниковых сообществ.

Объект исследования: областной промышленный центр — г. Владимир и прилегающие территории. Исследования проводились в 1996 - 2003 гг.

Научная новизна диссертационной работы:

1. Впервые выделены основные экологические группировки древесно-кустарниковой растительности, которые могут считаться характерными для крупных промышленных городов средней полосы Европейской части России. Проведено зонирование древесно-кустарниковой растительности на территории города Владимира и показано, что выделенным в пределах города экологическим группировкам древесно-кустарниковой растительности соответствуют различные лишайниковые сообщества.

2. Впервые для города Владимира и его окрестностей определены местные классы полеотолерантности лишайников и составлена карта зон загрязнения воздуха на основании данных лихеноиндикации.

3. Показано, что некоторые виды лишайников (Цетрария исландская (Cetraria islandica), Ксантория постенная (Xantoria parietina), Биатора смешанная (Biatora symmicta), Гипогимния вздутая (Hipogymnia physodes)) проявляют весьма активную фенотипическую адаптацию к изменяющимся условиям среды, что необходимо учитывать при организации лихеномонито-ринга.

Защищаемые положения.

1. В условиях городской среды, в соответствии с особенностями городской инфраструктуры, формируется пять основных типов древеснокустарниковых сообществ, в видовой состав которых часто включаются виды, характерные для климата более южных широт.

2. Распределение лишайников в условиях городской среды связано с основными типами древесно-кустарниковых сообществ, а, следовательно, с особенностями городской застройки.

3. В условиях городской среды рост некоторых видов лишайников замедляется вследствие локального уменьшения влажности, при повышении температуры воздуха, что свидетельствует об изменении микроклимата; часть видов проявляет активную фенотипическую адаптацию к изменяющимся условиям среды.

4. Лишайники способны накапливать химические загрязнения в больших количествах, чем высшие растения, при одинаковых условиях среды, что объясняется особенностями их метаболизма.

Практическая значимость работы:

В ходе выполнения работы выявлена обеспеченность территорий зелёными насаждениями, породный состав, наиболее распространенные и редко встречающиеся виды. Составленые карты обеспеченности города зелеными насаждениями, основных растительных группировок, встречающихся на территории города, размещения редких и интродуцированных на территории города древесных и кустарниковых пород могут быть использованы природоохранными службами и администрацией города при проведении работ по озеленению городской территории.

Изучено влияние на зелёные насаждения различных факторов (антропогенных, биологических и микробиологических). Представлены данные о наиболее распространенных вредителях и болезнях на территории города, распространении основных видов трутовых грибов, что дало возможность разработать ассортимент древесно-кустарниковых пород наиболее подходящих для озеленения города Владимира.

Проведено подробное описание лихенофлоры и составлена карта состояния лишайниковых сообществ города Владимира. Получены данные о распределении антропогенной нагрузки по территории промышленного центра. Результаты работы могут быть использованы природоохранными органами при планировании природоохранных мероприятий. Исследования растительных и лишайниковых сообществ города дают возможность выявить изменение экологической обстановки в городе и позволяют своевременно принять необходимые меры для снижения антропогенной нагрузки.

Апробация работы: Основные результаты работы обсуждались на: Научно-практической конференции «Экология речных бассейнов» (г. Владимир, 1999г.); Международной научной конференции «Экологические и гидрометеологические проблемы больших городов» (г. Санкт-Петербург, 2000 г.); Юбилейной научно-практической конференции «Экология Владимирского региона» (г. Владимир, 2001 г.); Второй международной научно-практической конференции «Экология речных бассейнов» (г. Владимир, 2002 г.), в журнале «Проблемы региональной экологии»,2004г., №1.

Публикации: По теме диссертации опубликовано 6 работ.

Объем и структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 4-х глав, выводов, списка литературы и приложений. Общий объем работы составляет 138 страниц, 16 рисунков, 23 таблицы. Список литературы включает 204 наименований (из них 11 на иностранных языках).

Заключение Диссертация по теме "Геоэкология", Дюков, Всеволод Владимирович

выводы.

1. В городе древесно-кустарниковые группировки формируются в соответствии с особенностями инфраструктуры. Выделяется 5 типичных для промышленных городов экологических группировок. В районах преобладания частного сектора основным фактором, формирующим зеленые насаждения, является приусадебное садоводство. В «спальных» районах - растительность создается в период массовой застройки, а затем, постепенно происходит замещение быстрорастущих видов на более устойчивые к вытаптыванию и механическим повреждениям. На улицах с интенсивным движением основными породами являются устойчивые к химическому загрязнению. Растительность на территории промышленных зон города, как правило, формируется из небольшого числа видов деревьев и кустарников, способных переносить воздействие значительной антропогенной нагрузки, а также быстро растущих. Наиболее близкой к естественной является растительность парковой зоны города.

2. Особенности климатических условий городской среды, характеризующейся повышенной температурой и пониженной влажностью создают благоприятные условия для произрастания видов деревьев и кустарников, характерных для более южных широт, что необходимо учитывать при формировании ассортимента. Лишайниковые синузии в городских условиях включают более засухоустойчивые эпифитные виды.

3. Наиболее подверженными болезням и вредителям в городе Владимире являются липы сердцелистная и крупнолистная, а также тополь черный. При этом тополя относительно легко переносят постоянное воздействие на их листву насекомых - вредителей, в связи с тем, что цикл их развития и распускания листьев несколько смещен на ранневесенний период. Цветение липы совпадает с пиком размножения вредителей, поэтому состояние данной породы в городской среде часто неудовлетворительное. Наименее подверженным заболеваниям и вредителям видом в городском зеленом хозяйстве является клен ясенелистый.

4. Древесно-кустарниковая растительность интенсивно накапливает кадмий, содержание его в листве в 10 - 12 раз выше, чем в почве. Свинец, цинк, медь адсорбируются преимущественно на поверхности листвы, с пылью. Лишайники способны накапливать химические загрязнения в больших количествах, чем высшие растения, при одинаковых условиях среды, что объясняется особенностями их метаболизма.

5. По результатам экспериментальных данных содержание меди в слоевищах эпифитных и эпигейных лишайников достигает максимального значения 10±1.5 мг/кг, выше которого накопления не происходит. Эпифит-ные лишайники накапливают медь и кадмий в больших количествах, чем эпигейные. Хотя содержание свинца в почве превышает его количество и в листве древесно-кустарниковой растительности, и в слоевищах лишайников, однако лишайники накапливают свинец более интенсивно, чем высшие растения. Лишайники слабо аккумулируют цинк из окружающей среды (почвы и воздуха) и сохраняют его низкие значения, хотя содержание его в окружающей среде в 5-15 раз выше.

6. На основании проведенной классификации по степени полеотоле-рантности, установлено, что на территории города Владимира выделяется несколько основных видов лишайников: наиболее распространенные, фоновые виды: Parmeliopsis ambigua, Physcia aipolia, Physcia stellaris; наиболее устойчивые к загрязнению: Biatora symmicta, Lecidea sp., Xantoria parietina. К видам естественных местообитаний, проникающих в городскую среду, относятся: Parmelia sulcata, Parmelia caperata, Hipogymnia physodes; виды редкие для города и для окрестностей, очень чувствительные к загрязнению: Cladonia sp., Usnea longissima. Разнообразие и численность лишайниковых группировок снижается в городских районах с преобладанием многоэтажной и промышленной застройки по сравнению с частным сектором и городскими зелеными зонами - садами и парками.

7. На основании экспериментальных данных установлено, что благоприятные условия освещения и, особенно, повышенная влажность среды обитания способствует выживанию лишайников в условиях повышенного уровня химического загрязнения. В условиях повышенной сухости воздуха реакция лишайников на загрязнение оркужающей среды наиболее сильная. Таким образом, некоторые виды лишайников (Cetraria islandica, Xantoria parietina, Biatora symmicta, Hipogymnia physodes) проявляют весьма активную фенотипическую адаптацию к изменяющимся условиям среды, в том числе к химическому загрязнению, что необходимо учитывать при организации ли-хеномониторинга.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата географических наук, Дюков, Всеволод Владимирович, Владимир

1. Александров М.С., Лапин П.И., Петрова И.П. Древесные растения парков Подмосковья. М.: Наука, 1979. - 236 с.

2. Александрова В.Д., Залесская Л.С. Озеленение городов: Справочник архитектора. В 3-х т.-М.: Госстройиздат, 1960. 463с.

3. Александрова М.С. Хвойные экзоты для озеленения г. Москвы. Древесные растения, рекомендуемые для озеленения г. Москвы. М.: Наука, 1990. - с. 62-81.

4. Алексеев A.M. Водный режим растений и влияние на него засухи. Казань, 1948.

5. Алпатьев A.M. Испаряемость как приближенный показатель потребности сельскохозяйственных растений в воде // Метеорология и гидрология. 1952.г №8.-с. 33-38.

6. Альтергот В.Ф. Действие повышенной температуры на растение в эксперименте и в природе. М.: Наука, 1981. - 57 с.

7. Альтергот В.Ф. Приспособление растений к повышенной температуре среды // Физиология приспособления и устойчивость растений при интродукции. -Новосибирск, 1968. с. 296-312.

8. Антипов В.Г. Устойчивость древесных растений к промышленным газам.-Минск: Наука и техника, 1979. 215с.

9. Арутюнян Л. В. Основы проектирования озеленяемых объектов. Ереван: Изд-во АН АрмССР, 1977. - 265 с. На арм. яз.

10. Ахромейко А.Н. Физиологическое обоснование создания устойчивых лесныхнасаждений. М.: Лесн. пром-сть, 1965.- 512с.

11. Бабаянц P.A. Загрязнение городского воздуха.-М.: Изд. Академии медицинских наук СССР, 1948.

12. Бадтиев Ю.С., Кулемин A.A. Биоиндикация поверхностных вод по состоянию пресноводных моллюсков // Экологический вестник России, №5, 2001. — с.36-38.

13. Бадтиев Ю.С., Кулемин A.A. Методика экологического обследования состояния почвы методами биоиндикации, №9, 2002,- с.50-56. .,

14. Базилевская H.A. Ритм развития и акклиматизация травянистых растений //

15. Растение и среда. М.; Л.: Изд-во АН СССР, 1950. Т. 2.- с. 169-189.15