Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Многокритериальная фитоиндикационная оценка экологического состояния городской среды мегаполиса

ВАК РФ 11.00.11, Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

Автореферат диссертации по теме "Многокритериальная фитоиндикационная оценка экологического состояния городской среды мегаполиса"

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

V /

ТЕРЁХИНА НАТАЛИЯ ВЛАДИМИРОВНА

МНОГОКРИТЕРИАЛЬНАЯ ФИТОИНДИКАЦИОННАЯ ОЦЕНКА ЭКОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ГОРОДСКОЙ СРЕДЫ МЕГАПОЛИСА (НА ПРИМЕРЕ ВАСИЛЕОСТРОВСКОГО РАЙОНА САНКТ-ПЕТЕРБУРГА)

СПЕЦИАЛЬНОСТЬ: 11.00.11 - ОХРАНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ И РАЦИОНАЛЬНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПРИРОДНЫХ РЕСУРСОВ

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук

Санкт-Петербург, 1998

Работа выполнена в Санкт-Петербургском Государственном Университете на кафедре биогеографии.

НАУЧНЫЙ РУКОВОДИТЕЛЬ: доцент, кандидат географических наук, с.н.с. НИИ Земной Коры им. академика Ф.Ю. Левинсона-Лессинга СПбГУ М.Д. УФИМЦЕВА

ОФИЦИАЛЬНЫЕ ОППОНЕНТЫ: заслуженный деятель науки Российской Федерации, зав. кафедрой геологии и геохимии ландшафта МПГУ, доктор географических наук, профессор В.В. ДОБРОВОЛЬСКИЙ,

кандидат биологических наук, ведущий научный сотрудник БИН им. В.Л. Комарова РАН

Защита состоится « > ноября 1998 г., в 15.00 на заседании диссертационного совета Д063.57.16 по защите диссертаций на соискание ученой степени доктора наук в Санкт-Петербургском государственном университете по адресу: Васильевский остров, 10 линия, д. 33, ауд. 74.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Санкт-Петербургского государственного университета по адресу; Университетская наб., д. 7/9.

Автореферат разослан СШТлМиР 1998 г.

Н.В. АЛЕКСЕЕВА-ПОПОВА

ВЕДУЩАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ: Институт Географии СО РАН

Ученый секретарь диссертационного совета, доцент, кандидат географических наук

Г.И. Мосолова

Актуальность темы. Урбанизация обусловливает увеличение техногенного давления на территорию, выражающегося в возрастании выбросов промышленных предприятий и негативном воздействии автотранспорта. Особенно интенсивен этот процесс в крупных городских агломерациях, к которым относится Санкт-Петербург. В связи с этим необходима объективная оценка экологического состояния городской среды, характеризующая качество жизни населения. Фитоиндикация, основанная на учете ответных реакций экосистемы на процессы урботехногенеза, широко используется при оценке городской среды, но для Санкт-Петербурга аналогичные исследования не проводились. Имеющиеся единичные работы о содержании химических элементов в городских растениях (Парибок, 1981, 1982 и др.) не решают эту проблему. Не использованы индикационные возможности такого значимого автотрофного блока городской экосистемы как растительность и в Экологическом Атласе Санкт-Петербурга (1992). В настоящей работе дается экологическая оценка среды Санкт-Петербурга на основе комплекса методов фитоиндикации и проводится районирование городской территории по степени экологической напряженности. Это и определяет актуальность выполненной работы.

Цель исследования - многокритериальная фитоиндикационная оценка состояния городской среды Василеостровского района Санкт-Петербурга как базисного эталона мегаполиса. В задачи исследования входило:

1) определение уровня техногенного загрязнения (тяжелые металлы и соединения серы) городской растительности и оценка ее функционального состояния с установлением критериев биогеохимической устойчивости различных видов деревьев;

2) разработка экспрессных методов фитоиндикации (физиономической, фитооптической) для оценки современного экологического состояния городской среды и при мониторинге;

3) районирование исследованной территории по степени экологической напряженности.

Научная новизна работы заключается в исследовании зеленых насаждений на основе системного анализа для получения комплексной характеристики современного экологического состояния городской среды.

Впервые использована физиономическая оценка функционального состояния зеленых насаждений по проявлению биологических реакций

(хлороз, некроз, паразитарные патологии) с учетом их количественных соотношений и качественных характеристик, дающая объективное представление о степени антропогенной нагрузки на территорию.

Установлены биогеохимические особенности накопления микроэлементов и соединений серы растениями на территории Василеостровского района Санкт-Петербурга.

Впервые применен метод фитооптической индикации для оценки экологического состояния городской среды путем выявления зависимости между ветчиной спектрального отражения листьев деревьев и экологическими условиями их местообитания с помощью индекса виталитета, являющегося критерием функционального состояния растений.

Проведено районирование исследованной территории по степени экологической напряженности.

Практическая значимость.

Полученные результаты представляют фактическую основу стратегии дальнейшего развития района, направленной на улучшение экологического качества жизни. Видовой ассортимент деревьев и кустарников, охарактеризованный по степени устойчивости к комплексному загрязнению, обосновывает рациональную инфраструктуру зеленых насаждений как эффективный механизм оптимизации городской среды. Результаты исследований и разработанные методы экологической оценки территории могут быть использованы различными экологическими службами мегаполиса.

Защищаемые положения.

1. Системный анализ зеленых насаждений города является методологической основой выявления интегральной ответной реакции городской растительности на загрязнение среды.

2. Использование различных методов фитоиндикации (фитогеохими-ческой, фитооптической, физиономической) повышает надежность экологической оценки городской среды по комплексу сопряженных параметров, что обусловливает объективность критериев экологического районирования исследованной территории.

3. Большая часть Василеостровского района характеризуется как экологически неблагоприятная для проживающего там населения в связи с полиэлементным загрязнением территории.

Настоящая работа проводилась по договорам с Администрацией Васи-леостровского района (№ 1203-67/93 от 7 апреля 1993 г.), и Мэрией Санкт-Петербурга (№ 1077-1005/95 от 20 ноября 1995 г.), а также при поддержке фонда RSS (грант Ks 440/1996) и гранта категории «Кандидатский проект» по направлению «Науки о Земле» Санкт-Петербургского Государственного Университета (№ М97-2.5К-700).

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на конференции «Современные проблемы природопользования и геоэкологии», (Барнаул, 1996); 12-й тематической конференции Geologie Remote Sensing (Las-Vegas, Nevada, USA, 27-29 February, 1996), в соавторстве с М.Д. Уфимцевой; Конгрессе «Экологическая инициатива - 96» (Воронеж, сентябрь 1996), в соавторстве с М.Д. Уфимцевой; Научном Форуме «Экобалтика - XXI век» (Санкт-Петербург, октябрь 1996); Конференции «Человек. Природа. Общество. Актуальные проблемы» (Санкт-Петербург, декабрь 1996); на Симпозиуме «Молодые ученые - экологии города» (Санкт-Петербург, декабрь 1997); конференции ASPRS-RTI (Татра, Florida, USA, 30 марта - 3 апреля 1998) в соавторстве с М.Д. Уфимцевой.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 работ. Результаты исследований приведены также в научных отчетах НИИЗК СПбГУ, хранящихся в фондах Администрации Василеостровского района и Мэрии С анкт-Петер бурга.

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, 7 гл ав, заключения и приложений; содержит 53 таблицы и 87 рисунков. Список литературы включает 155 наименований, в том числе 20 на иностранных языках.

Автор выражает искреннюю благодарность своему научному руководителю кандидату географических наук, доценту М.Д. Уфимцевой за постоянную помощь и поддержку в работе. Автор признателен к.г.-м.н. Л.П. Коробейниковой за консультации и помощь в выполнении аналитических работ, к.ф.-.м.н. В.Г. Сурину за помощь в выполнении фитооптиче-ских исследований, сотруднику «Балтийского Университета» Д.В. Ионову за помощь в освоении GIS-технологий, сотрудникам ВИЗРа ЕЛ. Гасич и Ю.А. Титовой за консультации по вопросам фитопатологии. Автор приносит особую благодарность Т.Б. Шапкиной за содействие на всех этапах работы.

Методологические принципы и методика

Глобальный процесс урбанизации сопровождается интенсивным загрязнением природной среды, представляющим собой геохимический процесс рассеяния химических элементов и подчиняющимся общим закономерностям, установленным при изучении зоны гипергенеза и геохимии ландшафтов различных регионов (Глазовская, 1964,1988; Добровольский, 1969, 1983, 1994; Перельман, 1975; Снытко, 1978 и др.)- В наибольшей степени решению указанной проблемы отвечают комплексные исследования на основе фитоиндикации по ответным реакциям растений на техногенное загрязнение. Методологической основой исследований является концепция интегральной фитоиндикации загрязнения городской среды, включающая ряд блоков, позволяющих получить комплекс взаимокоррелирующих параметров (Уфимцева, 1992, 1993; Уфимцева, Терехина, 1996 а,б). Ведущий блок исследований - биогеохимическая индикация.

В качестве эталона городской территории выбран Василеостровский район Санкт-Петербурга как наиболее обособленный и испытывающий сравнительно небольшое влияние воздушных поллютантов со стороны других районов.

Фактический материал собран в течение полевых сезонов 1993-97 г.г. Основными объектами исследований послужили самые распространенные в зеленых насаждениях виды деревьев: липа мелколистная (Tilia cordata Mill.) - наиболее чувствительный индикатор загрязнения городской среды, и тополь берлинский (Populas berolinensis (C.Koch) Dipp.) - достаточно устойчивый к загрязнению вид. Всего было отобрано 1440 растительных проб (листьев, ветвей и корки деревьев), включая фоновые. Укосы травянистых растений проводились с площадок 0,25 м2 в 14 точках района. Биогеохимические сфагновые ловушки (60 экз.) экспонировались с 17 июля по 8 октября 1994 г. в южной части Василеостровского района.

Пробы почв были отобраны из поверхностного слоя 0-5 см но стандартной методике в 74 точках Василеостровского района и в фоновых условиях.

Пробы растений, сфагновые ловушки и укосы были озолены сухим способом. Определение содержаний Fe, Mn, Ni, Со, Cr, Cu, РЪ, Zn, Cd, Sr, Ва, Ti производилось методом эмиссионного спектрального и атомно-абсорб-ционного анализа. Почвенные пробы анализированы рентгенофлуорес-центным методом (на Zn, Ni, Fe, Mn, Cr, Pb) на сканирующем кристалл-

дифракционном портативном спектрометре SPECTROSCAN способом стандарта-фона с использованием государственных стандартных образцов.

Интенсивность техногенного воздействия на биоту оценивалась при помощи коэффициентов концентраций (Кк), коэффициентов биологического накопления (Кбн), суммарных показателей загрязнения (Zc).

Обработка данных осуществлялась с помощью пакетов Excel 95 (версия 7.0) и STATISTICA (версия 4.3). Результаты использованы для создания векторных карт-схем в программе MapGrafix for Macintosh (на базе GIS-класса «Балтийского университета»).

Определение величин альбедо листьев различных видов деревьев и кустарников проведено полевым малогабаритным импульсивным фотометром ПИФ, разработанным во ВНИИКАМе (Сурин, 1996), на четырех каналах: Rj(0,3 - 0,63 мкм), R2 (0,63 - 0,8 мкм), R3 (0,8 - 1,0 мкм), FU (1,0 - 1,7 мкм).

Оценка функционального состояние зеленых насаждений проводилась на основе ленточного пересчета стволов деревьев и особей кустарников с установлением соотношений нормально развивающихся экземпляров растений и экземпляров с физиономически проявляющимися биологическими реакциями (хлороз, некроз, паразитарные патологии листьев) с учетом интенсивности их проявления.

Выполненная работа реализует практически методологические положения интегральной фитоиндикации при оценки интенсивности загрязнения исследованной территории.

Оценка функционального состояния зеленых насаждений по биологическим реакциям Загрязнение окружающей среды вызывает неспецифические ответные реакции у растений, выражающиеся в нарушении процессов метаболизма, разрушении пигментов и отмирании тканей, что визуально проявляется в виде хлорозов и некрозов различной интенсивности. Наиболее интенсивные биологические реакции отмечаются у Tilia cordata и Acer platanoides L.. Частота встречаемости биогеохимических эндемий находится в жесткой зависимости от типа зеленых насаждений: аллеи, уличные посадки и посадки вдоль набережных больше подвержены воздействию выхлопных газов автомобилей (табл. 1.). Установлено наличие многочисленных типов паразитарных повреждений листьев деревьев и кустарников. Проведенные исследования подтвердил тот факт, что на загрязненных территориях преобла-

дают паразиты с колюще-сосущим ротовым аппаратом (липовая тля (Eucallipterus tiliae L.), липовый паутинный клещ (Schizotetranychus tiliarum Herrn.)), а также скрытоживущие и минирующие вредители (тополевая моль-пестрянка (Lilhocolletispopulifoliella Тг.)) (Маховская М.А., 1984).

Таблица I.

Распределение показателей биогеохимических эндемий по типам зеленых насаждений (август 1996 год).

тип посадок количеств о объектов среднее количество стволов % здоровых стволов % стволов с биогеохимическ им некрозом % стволов с биогеохимическ им хлорозом

сад 2 290 5,1 29,4 49,2

сквер 7 135 12,5 24,4 52,0

двор 6 71 9,4 33,5 57,1

аллея 8 S3 7,2 35,0 62,9

улица 22 77 12,4 38,8 64,3

набережная 6 бб ' 5,8 59,1 80,5

К наиболее устойчивым к загрязнению видам деревьев относятся Fraxinus lanceolata Borkh., F. excelsior L., Betula pendula Roth., Sorbus ancuparia L., виды рода Salix, Populus tremula L., Padus sp.. Наиболее чувствительные виды: Tilia cordata, Acer platanoides, Acer negundo L., виды рода Ulmus, Quercvs robur L.. По результатам трехлетних наблюдений составлены карты-схемы, отражающие пространственное распределение классов функционального состояния зеленых насаждений. Выделение классов основано на процентном соотношении здоровых стволов и стволов, пораженных биогеохимическими эндемиями (шкала с шагом 20% состоит из пяти классов: первый - лучший, пятый - худший). Представление о структуре типов биологических реакций зеленых насаждениий дает рис. 1.

здоровых стволов 13%

шШ! ствол°в с бг*

двДДДНДнИИЬ некрозом "

Рис. 1. Общая структура биологических реакций зеленых насаждений Васи-леостровского района по состоянию на август 1996 года.

стволов с паразитарным поражением 25%

стволов с бгх хлорозам 39%

Высокий процент стволов с выраженными биологическими реакциями свидетельствует о существенном снижении средообразующей роли и санитарно-гигиенической функции зеленых насаждений города.

Фитооптические критерии загрязнения городской среды В городских условиях значительное влияние на оптические характеристики растения оказывает степень устойчивости вида к зап>язнению.

Высокие значения индекса виталитета (отношение значений коэффициента спектрального отражения - КСО первого канала к КСО третьего канала) характеризуют неблагополучное состояние растений. Виды, отличающиеся удовлетворительным состоянием, - сирень обыкновенная, берета бородавчатая, ясень зеленый, клен платановидный - имеют индекс виталитета от 6 до 8; породы деревьев, находящиеся в угнетенном состоянии, -клен американский, вязы гладкий и шершавый, тополь берлинский - имеют виталитет от 9 до 12. Возрастание индекса виталитета растений сопровождается увеличением его дисперсии (рис. 2.).

з

2,5

. 2

X

о о.

ё 1,5

0

1

1

0,5

о

индекс виталитета

О сирень обыкновенная

п Береза бородавчатая

о я сень зеленый

о клен платановидный

А типа мелколистная

о боярыцлик

кроеавокрасный 4 сирень венгерская

• руб летний

Ж клен американский

« вяз гладкий

■ вяз шершавый

А тополь берлинский

Рис. 2. Средние значения индексов виталитета и его дисперсии для исследованных видов растений (июль 1996).

Коэффициент корреляции между этими двумя величинами имеет высокое значение (г=0,8б), что дает возможность оценить видовую специфику устойчивости городских растений к загрязнению. У липы мелколистной как наиболее чувствительной древесной породы по индексу виталитета и величине его дисперсии выявляются две обособленные популяции, достоверно отличающиеся по средним значениям V на 1% уровне значимости (Б-кри-терий=44,03 при критичном значении Р=4,32; 1=-6,63 при 1-критич.=2,08).

А

«

О

О

о, со

«5

СП

Первая популяция (V<8,3; D<1,0), приуроченная к относительно чистым местообитаниям, не имеет видимых проявлений биологических реакций. Вторая популяция (V>8,4; Г» 1,1) с интенсивными ответными биологическими реакциями (хлороз, некроз листьев) маркирует наиболее загрязненные территории. Выявленная закономерность дает возможность оценивать жизненность растений. Индекс виталитета как интегральный показатель спектроотражательных свойств растений был также использован при районировании территории Василеостровского района. Правильность интерпретации геофизических данных подтверждалась их сопоставлением с биогеохимическими критериями.

Фитогеохимические критерии оценки состояния городской среды Василеостровского района Санкт-Петербурга

Фитогеохимические исследования явились базовым блоком в комплексе методов, использованных при экологической оценке территории и ее районировании по степени экологической напряженности.

Зольность как интегральный биогеохимический параметр характеризует соотношение минеральных и органических веществ в растении. Ее величина у исследованных древесных растений выявили их видовые различия и различия по типу местопроизрастания. В городских условиях по величине зольности листьев деревья образует следующий убывающий ряд: Ulmus sp.(I3,2%) > Populus berolinensis (12,7%) > Acer negundo (11,9%) > Acer platanoides (9,5%) > Tilia cordata (9,1%), что обусловлено ксероморфностью строения листьев и степенью их поражения биогеохимическими и паразитарными эндемиями. Травянистые растения отличаются более высокой, чем у листьев деревьев, зольностью, вследствие расположения их в нижней приземной части атмосферы, наиболее загрязненной поллютантами. Максимальные значения зольности для злаков (13,7; 14,2%) и разнотравья (17,8; 20,3%) отмечены на участках с активным автотранспортным движением.

Сульфатное загрязнение. Различные виды деревьев характеризуются специфическими особенностями в накоплении сульфатов. Средние показатели содержания этого поллютанта в корке деревьев возрастают в ряду: Populus berolinensis (0,11) - Quercus robur (0,16) - Acer platanoides (0,31) - Tilia cordata (0,71 % сухого вещества). Показатель электропроводности водной вытяжки корки имеет высокие и значимые коэффициенты корреляции с концентра-

и

цией сульфатов в корке деревьев, и может быть использован как экспрессный индикаторный параметр при оценке аэрогенного загрязнения среды соединениями серы.

Территория Василеостровского района разделена на две зоны, достоверно отличающиеся по средним значениям содержания соединений серы в корке Tilia cordata: большую, относительно чистую, занимающую северные, западные и центральные кварталы района (зона 1), и меньшую (зона 2), охватывающую южные и восточные кварталы, включая Стрелку Васильевского острова и характеризующуюся высокими и даже ураганными концентрациями сульфатов.

Высокие концентрации сульфатов отмечены на пересечении Детской улицы и Большого проспекта - 8,0 , на Масляном канале - 2,0 , около здания Двенадцати Коллегий СПбГУ - 4,0 , вокруг НИИ им. Д.О. Отта РАМН и на Стрелке В.О. - 2,0 % сухого вещества.

Тяжелые металлы в почвах. Почвы представляют собой важный компонент урбогеосистем, поставляющий растениям большую часть минеральных веществ, являясь одновременно депонирующей средой для воздушных поллютантов. Оценка валового содержания тяжелых металлов в поверхностном слое урбанозема показала наличие полиэлементного загрязнения, особенно ярко выраженное в южной и северо-восточной частях района.

При помощи шкалы опасности загрязнения почв (Касимов, 1995) установлено, что высокий, опасный уровень загрязнения почв (Zс 32-128) отмечен на Косой линии около Балтийского завода, средний, умеренно опасный (Zc 16-32) на 24 линии у Сталелитейного завода и на Уральской улице. Около металлургических заводов формируются геохимические аномалии из ассоциации элементов: Zn, Ni, Сг, Кк которых колеблются от 4 до 25. Концентрация Zn местами достигает 1900 мг/кг, что в семь раз превышает ПДК. Максимальное содержание Ni - 456 мг/кг (4,5 ПДК), Сг - 600 мг/кг (6 ПДК).

Для почв Василеостровского района характерны слабощелочная и нейтральная реакции (среднее значение рН = 7,55) не свойственные естественным зональным кислым дерново-подзолистым почвам Это обусловливает малую подвижность многих микроэлементов и определяет особенности круговорота веществ в системе почва-растение в городских условиях.

Тяжелые металлы в растениях. Оценка общих закономерностей на-

копления городскими растениями химических элементов дается по величине КбН(, представляющий собой отношение концентрации элемента в растении к кларку литосферы (Малюга, 1963). Для обоих видов исследованных деревьев (липе мелколистной и тополя бальзамического) характерно повышенное накопление Сс1, 2л\ и РЬ как в корке, так и в листьях. Для листьев отмечено также значительное накопление Си - элемента, участвующего в процессе фотосинтеза. Наименьшие значения Кбщ наблюдаются по Ре и 11, что говорит о незначительном вовлечении данных элементов в биологический круговорот веществ. Сравнивая величины Кбн1 корки деревьев фоновых и городских местообитаний обнаруживается характерный сдвиг в накоплении растениями химических элементов: наряду с повышенной аккумуляцией в городских условиях большинства исследованных элементов, отмечается снижение накопления Zn и Мп. Факторным анализом выявлено два фактора, характеризующих загрязнение исследованного района. Первый имеет прямую и сильную связь с элементами, появление которых определяется воздействием металлургической промышленности -это Мп (0,85), N1 (0,95), Сг (0,93), Си (0,91), Сс1 (0,95); второй фактор выделяет как значимые Ре (0,75), Ва (0,92), РЬ (0,71) - результат автотранспортного загрязнения. Вхождение Ва в жесткокоррелируемую ассоциацию элементов второго фактора подтверждает предположение Б. Мопаа (1997) о том, что этот элемент является одним из основных загрязнителей городской среды, связанным с воздействием выхлопных газов автотранспорта. Значения Кбнг (отношение концентрации элемента в растении к концентрации этого элемента в почве), характеризующие локальные особенности биогенной миграции химических элементов, для растений фоновых условий демонстрируют накопление Zn, Мп (в безбарьерном биообъекте - корке еще и РЬ, №) и слабое накопление Сг, Ге, И; для городских растений - интенсивное накопление РЬ, Бе, Сг, слабое - Мп, Тк Таким образом, наблюдается трансформация региональных особенностей биологического круговорота веществ в урбогеосистемах.

По показателям суммарного загрязнения (по содержанию химических элементов в корке деревьев) составлены карты-схемы. Выявлены положительные биогеохимические аномалии Ва, С.г, Си, РЬ, наиболее интенсивные в южной и северо-восточной частях района.

Сфагновые ловушки - индикаторы атмосферного загрязнения. Оценка ин-

тенсивности аэрогенного загрязнения при помощи сфагновых ловушек свидетельствует о существенном загрязнении всех компонентов урбогеосистем. Содержания микроэлементов в сфагновых ловушках, выраженные в Кк представлен на рис.3..

Рис. 3. Фитогеохимическая кривая коэффициентов концентрации тяжелых металлов для сфагновых ловушек в южной промзоне Василеостровского района Санкт-Петербурга.

Ведущими элементами-загрязнителями атмосферного воздуха в южной промзоне являются Ni, Ва, Fe, Сг, Mn, Sr. Выявленная высокая корреляционная зависимость практически между всеми элементами (г 0,71-0,93), характеризует сформированные интенсивные полиэлементные биогеохимические аномалии в связи с пирогенным, металлургическим и автотранспортным загрязнением. Высокие значения концентраций химических элементов обусловливают экологически неблагополучное состояние исследованной и прилегающих территорий.

Экологическое зонирование Василеостровского района на основе результатов многокритериальных фитоиндикационпых исследований

Опорным критерием при районировании были выбраны биогеохимические характеристики Tilia cordata и Populas berolinensis. Коэффициенты концентраций у корки Tilia cordata являются лабильным параметром, иллюстрирующим индикационную значимость этого показателя (рис. 4.). Как видно из приведенного рисунка, выявляется четкое разделение «чистых» северо-восточных и центральных кварталов и «загрязненных» южных, северо-восточных и восточных.

юо п

-юг

-северо-восток

-восток

-центр

-северо-запад

0,1

Рис. 4. Средние значения Кк ТМ и показателей суммарного загрязнения корки липы в разных частях Василеостровского района.

Экологические зоны выделялись исходя из показателей суммарного загрязнения (по содержанию химических элементов в корке древесных растений), а их границы уточнялись на основе экспертных оценок всех изученных параметров, включая зонирование территории района по значениям индекса виталитета и классификацию функционального состояния зеленых насаждений. Выделено пять зон по степени экологической напряженности: 1 - зона относительного экологического комфорта, 2 - зона относительного экологического благополучия, 3 - зона экологического неблагополучия, 4 - зона экологического риска, 5 - зона высокого экологического риска. Положение зон и средние значения 7л для них представлены на рис. 5.

Каждая экологическая зона характеризуется своим спектральным образом, что определяет перспективность использования фитооптического метода наряду с физиономическим в мониторинговых наблюдениях (рис. 6.).

Возрастание и ндекса виталитета от первой хоны к пятой сопровождается ростом его дисперсии, за исключеием пятой зоны, где снижение дисперсии определяется

Благоприятная экологическая ситуация прослеживается лишь в западной части района (первая экологическая зона), где наблюдаются низкие концентрации ТМ в растениях (табл. 2.), хорошее функциональное состояние зеленых насаждений — 1 (табл. 3.) и низкий показатель их индекса виталитета - 7,96 (табл. 4.). Это обусловлено отсутствием в данном микрорайоне промышленных предприятий, относительно низкой автотранспортной на-

Рис. 5. Карта-схема подразделения Василеостровского района на зоны экологической напряженности

ЗОНА ОТНОСИТЕЛЬНОГО ЭКОЛОГИЧЕСКОГО КОМФОРТА ЗОНА ОТНОСИТЕЛЬНОГО ЭКОЛОГИЧЕСКОГО БЛАГОПОЛУЧИЯ ЗОНА ЭКОЛОГИЧЕСКОГО НЕБЛАГОПОЛУЧИЯ ЗОНА ЭКОЛОГИЧЕСКОГО РИСКА

ЗОНА ВЫСОКОГО ЭКОЛОГИЧЕСКОГО РИСКА

грузкой и высокой продуваемостью в связи с близостью Финского залива.

»кологиче«хи* эоны

Рис. 6. Гистограмма индексов виталитета и их дисперсий в разных экологических зонах.

Вторая экологическая зона, занимающая промежуточное положение между первой и четвертой зонами, также характеризуется невысоким содержанием ТМ в растениях, но функциональное состояние насаждений уже значительно ниже. Среди повреждений преобладает паразитарное поражение (76,4%), негативно сказывающееся на санитарно-гигиенической функции растений.

Таблица 2.

Средние значения коэффициентов концентрации ТМ у корки липы для разных экологических зон.

Т1 Ре МП N1 Сг Си РЬ Хп са 8г Ва

зона 1 2,634 4,075 1,116 2,871 2,875 5,099 2,505 0,696 0,932 5,531 3,447

зона 2 2,874 3,771 0,924 2,863 5,451 4,358 2,811 0,965 1,900 4,275 3,481

зона 3 2,324 4,188 0,955 3,074 4,859 4,262 2,110 0,904 1,717 4,271 7,653

зона 4 3,037 4,273 1,059 4,275 4,739 8,455 3,347 0,997 1,695 5,766 11,941

зона 5 2,100 4,568 1,130 4,277 5,321 9,272 4,268 1,177 1,620 5,033 8,321

Таблица 3.

Функциональное состояние однорядных посадок липы мелколистной в разных экологических зонах.

зона нормальных % стволов некроз БГХ % стволов хлороз БГХ % стволов паразитарный хлороз % стволов класс функционального состояния

1 84,8 0,0 9,1 6,1 1

2 20,8 0,0 0,0 76,4 4

3 14,9 6,8 89,2 6,8 5

4 0,0 22,9 94,3 0,0 5

5 0,9 55,9 59,5 0,9 5

Таблица 4.

Средние значения коэффициентов отражения (Яп), индекса виталитета (V) и его дисперсии (Оу) для городских растений в разных экологических зонах.

зона к-во Я. Яг Яд V Оу

1 16 6,31 54,72 79,32 43,П 7,96 0,91

2 25 6,34 52,13 76,73 41,64 8,31 1,08

3 35 6,55 49,97 73,62 39,08 8,92 1,23

4 20 7,04 50,8 74,18 40 9,65 1,35

5 11 6,91 47,83 69,75 38,53 10 1,24

В третьей экологической зоне, занимающей центральную часть Васи-леостровского района, заметно выше концентрация Ва в корке липы (Кк=7,65), что связано с возрастающей транспортной нагрузкой, следствием чего является резкое увеличение количества стволов, пораженных биогеохимическим хлорозом. В четвертой и пятой экологических зонах, приуроченных к промышленным зонам, отмечено высокое содержание в растениях N1, Си, РЬ, Ва, Функциональное состояние зеленых насаждений здесь неудовлетворительное, что выражается в увеличении числа стволов, пораженных биогеохимическим хлорозом и некрозом. Преобладают низкие классы функционального состояния насаждений (4 и 5), характеризующие неблагополучное экологическое состояние местообитаний. Индексы виталитета возрастают от первой к пятой экологической зоне, где достигают 10. Пятая - зона экологического риска находится в южной промзоне Васи-леостровского района, где суммарный показатель загрязнения почв достигает высокого, опасного уровня (2сп=60) и отмечены наивысшие концентрации ТМ в корке деревьев (Кк для сфагновых ловушек: № 17,5; Сг 9,6; Кк для корки липы: Сг 5,3; Ва 8,3; 2л 37,09), что соответствует критериям оценки территории, утвержденным Министерством охраны окружающей среды и природных ресурсов Российской Федерации (Критерии..., 1992; Ермаков, 1994), как территории экологического риска для населения.

Многокритериальная оценки городской среды характеризует экологическое состояние исследованного района как неудовлетворительное. Центральная, восточная и южная части относятся к экологически неблагополучным третьей, четвертой и пятой зонам. Таким образом, проведенная оценка качества городской территории Василеостровского района позволяет использовать, оценивать и, в конечном итоге, сравнивать наряду с количественной качественную и ординальную (экспертную) информацию об экологическом состоянии исследуемых объектов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На основе системного анализа зеленых насаждений мегаполиса получены следующие выводы.

1. Многокритериальная оценка экологического состояния городской среды выявила сопряженность параметров, полученных разными методами фито-индикации (фитогеохимического, фитооптического, физиономического).

2. Анализ биогеохимических параметров показал интенсивное полиэлементное загрязнение ведущих компонентов урбогеосистем - почвы и растительности. Установлена ассоциация элементов - загрязнителей почв, включающая Zn, Ni, Сг, Кк которых составляют соответственно в среднем по району 4,8; 2,1; 2,5; в промышленной зоне - 9; 4,8; 3,5 . Содержания тяжелых металлов в городской растительности превышают фоновые показатели, достигая в промышленных зонах опасных уровней (Кк Ва - 11.9; Си -9.3; Сг - 5.3; Ni, Pb - 4.3). Moho- и полиэлементные положительные аномалии, положенные в основу экологического зонирования Василеостровского района, характеризуются высокими значениями как Кк, так и Zc (в южной и северо-восточной частях района - соответственно пятая н четвертая экологические зоны - с высокой промышленной и автотранспортной нагрузкой, Zc корки липы составляют соответственно 37,09 и 39,58). Видовая специфика накопления микроэлементов проявляется в повышенном содержании в Populus berolinensis Zn и Cd (в 3,7 и 1,9 раз), по сравнению с Tilia cordata как в фоновых, так и в городских условиях. Из элементов-загрязнителей Tilia cordata интенсивнее поглощает Pb, Сг, Ni, что и определяет ее невысокую газоустойчивость. Влияние урботехногенеза трансформирует региональные особенности биологического круговорота веществ в геосистемах, что проявляется в дефиците биофильных элементов (Мп, Zn) и возрастании концентраций технофильных элементов: Pb, Cu, Сг, Ni, Ва. Трансформация регионального биогеохимичекого круговорота веществ в урбогеосистемах служит диагностическим критерием экологической опасности для здоровья населения.

3. Оценка атмосферного загрязнения с помощью сфагновых ловушек выявила наличие ведущих элементов-поллютантов, формирующих полиэлементную аномалию в южной промзоне (Кк Ni - 17,5; Ва - 11,1; Fe - 9,7; Сг-9,6; Мп - 9,2). Загрязнение территории сульфатами, установленное по их

содержанию в корке липы, наиболее интенсивно проявляется в южной и юго-восточной частях района, приходящихся на пятую и третью экологические зоны. Пространственное распределение поллютантов от источников загрязнения соответствует розе ветров. Высокая корреляционная зависимость между концентрацией сульфатов в корке и электропроводностью водной вытяжки корки позволяет использовать этот показатель при экспресс-оценке сульфатного загрязнения городской среды.

4. Фитооптическая индикация является экспрессным методом выявления степени повреждения фотосинтетического аппарата растений. Индекс ви-талитета отражает общее функциональное состояние зеленых насаждений, и выделенные на его основе зоны сопоставимы с зонами загрязнения территории тяжелыми металлами, что свидетельствует об объективности данного параметра.

5. Установлено, что зеленые насаждения Василеостровского района не в полной мере выполняют санитарно-гигиеническую и средозащитную функции в связи с высоким техногенным давлением, что проявляется в виде биогеохимических и паразитарных эндемий разной интенсивности в различных типах посадок. Специфика проявления биологических реакций растений на исследованной территории послужила основанием выделить классы функционального состояния городских насаждений, адекватно отражающие интенсивность загрязнения среды. Выявлены видовые различия чувствительности городских растений к загрязнению среды. К устойчивым видам относятся: Fraxinus lanceolata, F. excelsior, Betula pendula, Populus tremula, виды рода Salix, Cotoneaster lucidus-, к низкотолерантным - Tilia cordaia, Acer pla-tanoides, A. negundo, Syringa josikaea. При оценке экологического состояния среды целесообразно использование одного из самых чувствительных и наиболее широко распространенных в зеленых насаждениях вида - Tilia cordaia.

6. Создание рациональной инфраструктуры зеленых насаждений является наиболее эффективным и одновременно экономически выгодным механизмом оптимизации городской среды.

7. На основе многокритериальной оценки проведено районирование исследованной территории. Выделено пять зон по степени экологической напряженности. Дана качественная и количественная оценка техногенной нагрузки в выделенных районах по степени функционально-

биогеохимической трансформации урбогеосистем.

По материалам диссертации опубликованы следующие работы:

1.EcoIogical-phytoindicational evaluation of the St.Petersburg environment for monitoring purposes. //Proc. of the 12 Thematic conf. «Geologic Remote Sensing» 27-29 feb. 1996, Las Vegas, USA, p.H-287-288 (with M.D. Ufimtseva and other)

2. Определение степени сульфатного загрязнения городской территории фито-индикационным методом. //Мат. I межд. cry д. конф. «Современные проблемы природопользования и геоэкологии», Барнаул, 1996, с. 86-88

3. Фитоиндикационные исследования в мониторинге городской среды (на примере Санкт-Петербурга). //Материалы Межд. Конгресса «Экологическая инициатива -96», Воронеж, 22-25 сент.1996, с. 110(соавтор М.Д. Уфимцева)

4. Устойчивость городских растений к техногенному загрязнению. //Материалы межд. науч. форума «Экобалтика - XXI век» 23-26 окт. 1996, с. 4.10

5. Фитоивдикация как экологический метод оценки состояния городской среды. //Человек. Природа. Общество. Актуальные проблемы. Матер. 8-й межд. конф. 2228 дек. 1997 г., с.215-216

6. Наземное спектрометрирование растений и использование ГИС при экологической оценке городской среды. //Материалы симпозиума «Молодые ученые -экологии города» 8 дек. 1997г., с. 18-19

7.Albedo of green plantations as Diagnostic criterion by ecological estimate of tech-nogenic contamination of city's Environment. //Annual conference 1998 ASPRS-RTI. Tampa, Florida, USA. March 30-April 3, 1998. (with M.D. Ufimtseva)

8. Опыт оценки степени сульфатного загрязнения воздуха по коре древесных растений. //География и природные ресурсы. 1998. № 3. С. 40-43

Лицензия ЛР № 040815 от 22.05.97.

Подписано к печаш 17.09.98 г. Усл.-печ. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ 479. Отпечатано в отделе оперативной полиграфии НИИ химии СПбГУ. 198904, Санкт-Петербург, Старый Петер!оф, Университетский пр. 2.

Текст научной работыДиссертация по географии, кандидата географических наук, Терехина, Наталья Владимировна, Санкт-Петербург

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ТЕРЁХИНА НАТАЛИЯ ВЛАДИМИРОВНА

МНОГОКРИТЕРИАЛЬНАЯ ФИТОИНДИКАЦИОННАЯ ОЦЕНКА

ЭКОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ГОРОДСКОЙ СРЕДЫ МЕГАПОЛИСА (НА ПРИМЕРЕ ВАСИЛЕОСТРОВСКОГО РАЙОНА

САНКТ-ПЕТЕРБУРГА)

на правах рукописи

УДК 577.42 + 528.871

(11.00.11. - охрана окружающей среды и рациональное использование природных

ресурсов)

Диссертация на соискание ученой степени кандидата географических наук

Научный руководитель: кандидат географических наук, доцент М.Д. Уфимцева

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ, 1998

ОГЛАВЛЕНИЕ

стр.

Введение...............................................................................................................3

Глава 1. Методологические принципы фитоиндикационных исследований городской среды......6

Глава 2. Методы фитоивдикационных исследований........................................................11

2.1. Методика полевых исследований...................................................................11

2.2. Методика камеральных исследований.............................................................14

Глава 3. Физико-геетрафическая характеристика города.......................... .........................22

3.1. Геотрафическое положение Санкт-Петербурга....................................................22

3.2. Геологическое строение и рельеф........................ ...........................................23

3.3. Климат города и его особенности.................................................................25

3.4-Почвы......................................................................................................29

3.5. Растительность Василеостровского района..... .................................................32

3.6.Экологическое состояние района....................................................................35

i

Глава 4. Оценка функционального состояния зеленых насаждений по биологическим реакциям..37

4.1. Биогеохимические эндемии............. ..........................................................37

4.2.Морфомехрические характеристики растений в условиях комплексного загрязнения... .46

4.3. Паразитарные патологии..............................................................................49

4.4. Классификация функционального состояния зеленых насаждений...........................54

Глава 5. Фитооптические критерии загрязнения городской среды.........................................63

5.1. Видовая специфика КСО..............................................................................64

5.2. Альбедо растений городских и фоновых условий местообитаний............................67

5.3. КСО и индекс виталитета растений различных экологических

зон Василеостровского района.......................................................................68

5.4. Сезонные изменения КСО растений...............................................................71

5.5. Влияние биогеохимических и паразитарных патологических

изменений листьев липы мелколистной на спектральные характеристики................72

Глава 6. Фитогеохимические критерии оценки состояния городской среды Санкт-Петербурга... 79

6.1. Зольность растений как биогеохимический параметр........................................79

6.2. Сульфатное загрязнение............................................................................83

6.3. Тяжелые металлы в почвах........................................................................ 90

6.4. Тяжелые металлы в растениях.....................................................................95

6.5. Сфагновые ловушки - индикаторы атмосферного загрязнения............................128

Глава 7. Экологическое зонирование Василеостровского района на основе

результатов многокритериальных фитоиндикационных исследований..................... 131

Заключение...........................................................................................................136

Литература............................................................................................................138

Приложения......................................................................................................... 148

Введение

Актуальность темы. Урбанизация обусловливает увеличение техногенного давления на территорию, выражающегося главным образом в возрастании выбросов промышленных предприятий и негативном воздействии автотранспорта. Особенно интенсивен этот процесс в крупных городских агломерациях, к которым относится Санкт-Петербург. В связи с этим необходима объективная оценка экологического состояния городской среды, характеризующая качество жизни населения этого мегаполиса.

Как и любая естественная экосистема урбоэкосистема представляет собой совокупность тесно взаимосвязанных и взаимообусловленных компонентов, где биота, являющаяся наиболее чувствительной составляющей, играет ведущую роль в функционировании этой урбоэкосистемы, определяя ее устойчивость к "возмущающему" воздействию человека. Очевидно, с экологических позиций, оценка городской среды должна проводиться с учетом ответных реакций экосистемы на процессы урботехногенеза. В наибольшей степени этому положению удовлетворяет фитоиндикация, как комплексный метод исследования, основанный на выявлении интегральной ответной реакции городской растительности на химическое загрязнение среды.

Фитоиндикация широко используется при оценке городской среды в странах Западной Европы, ближнего зарубежья и России. Для Санкт-Петербурга аналогичные исследования не проводились. Имеющиеся единичные работы о содержании химических элементов в городских растениях (Парибок, 19В1, 1982 и др.) также не дают достаточно объективной основы для экологической оценки среды Санкт-Петербурга и районирования городской территории по степени экологической напряженности. В вышедшем в 1992 году "Экологическом Атласе Санкт-Петербурга", состоящем из серии тематических карт, не использованы индикационные возможности такого значимого автотрофного блока городской экосистемы как растительность, играющей стабилизирующую роль в экосистеме и представляющей собой один из важнейших факторов при решении проблемы оптимизации среды. Это и определяет актуальность выполненной работы.

Цели и задачи исследования. Цель исследования - многокритериальная фитоинди-кационная оценка состояния городской среды Василеостровского района г. С.-Петербурга, являющегося историческим и, одновременно, крупным промышленным центром мегаполи-

са, и районирование его территории по степени экологической напряженности. В задачи исследования входило:

■ определение уровня техногенного загрязнения (тяжелые металлы и соединения серы) растительности и оценка ее функционального состояния;

■ изучение спектральноотражательных характеристик листьев деревьев и кустарников для установления значимости их индикационных свойств при экологической оценке городской среды;

■ установление критериев оценки биогеохимической устойчивости различных видов деревьев в городских насаждениях;

■ разработка экспрессных методов фитоиндикации для оценки современного экологического состояния городской среды и при мониторинге;

■ районирование исследованной территории по степени экологической напряженности.

Научная новизна. Научная новизна работы заключается в исследовании зеленых насаждений на основе системного анализа для получения комплексной характеристики современного экологического состояния городской среды.

Впервые использована на количественной основе физиономическая оценка функционального состояния зеленых насаждений по проявлению биологических реакций, дающая объективное представление о степени антропогенной нагрузки на территорию.

Установлены биогеохимические особенности накопления микроэлементов растениями на территории Василеостровского района. Определены превалирующие элементы-загрязнители и характер их пространственного распределения.

Впервые применен метод фотооптической индикации для оценки экологического состояния городской среды путем выявления зависимости между величиной спектрального отражения листьев деревьев и, опосредованно, экологическими условиями местообитания растений с помощью индекса виталитета, являющегося критерием функционального состояния растений.

Практическая значимость.

■ выявлена возможность использования величины альбедо листьев при экспресс-оценке состояния зеленых насаждений;

■ обоснован видовой ассортимент растений устойчивых к комплексному загрязнению в условиях мегаполиса северо-запада России;

■ определены участки района с повышенным загрязнением сульфатами и тяжелыми металлами;

■ достоверно показана возможность использования показателя электропроводности корки липы мелколистной как экспрессного индикационного критерия для определения степени сульфатного загрязнения территории;

■ проведено районирование исследованной территории по степени экологической напряженности;

■ разработана методика картирования биологических реакций зеленых насаждений, как индикаторов, отражающих интенсивность загрязнения изучаемой территории.

Использование различных индикационных параметров позволило выявить интегральную ответную реакцию городской фитобиоты на загрязнение среды, характеризующую городскую среду на большей части исследованной территории как неблагоприятную для проживающего там населения. Полученные результаты дали возможность обосновать мероприятия по оптимизации городской среды.

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на I Международной студенческой конференции "Современные проблемы природопользования и геоэкологии", (Барнаул, 1996); 12-й тематической конференции Geologic Remote Sensing (Las-Vegas, Nevada, USA, 27-29 February, 1996), совместно с М.Д. Уфимцевой; на Международном Конгрессе «Экологическая инициатива - 96» (Воронеж, сентябрь 1996), совместно с М.Д. Уфимцевой; на Международном Научном Форуме «Экобалтика - XXI век» (Санкт-Петербург, октябрь 1996); на Всероссийской Молодежной Конференции «Человек. Природа. Общество. Актуальные проблемы» (Санкт-Петербург, декабрь 1996); на Симпозиуме «Молодые ученые - экологии города» (Санкт-Петербург, декабрь 1997); на ежегодной конференции ASPRS-RTI (Tampa, Florida, USA, 30 марта - 3 апреля 1998) совместно с М.Д. Уфимцевой.

Глава 1. Методологические принципы фитоиндикационных исследований

городской среды

На рубеже второго тысячелетия актуальное значение приобрел глобальный процесс урбанизации, сопровождающийся интенсивным загрязнением природной среды. Еще в начале века В.И. Вернадский (1965) отметил и оценил глобальные последствия антропогенного рассеяния химических элементов, органических соединений и энергии, а А.Е. Ферсман (1955) ввел термин техногенез, обозначавший химическое воздействие промышленности на природу, и показал, что добыча металлов - концентрирование - является только промежуточным этапом на пути их безвозвратного распыления. Таким образом, антропогенное загрязнение окружающей среды представляет собой геохимический процесс рассеяния химических элементов и подчиняется общим закономерностям, установленным при изучении зоны гипергенеза и геохимии ландшафта (Полынов, 1956; Гла-зовская, 1964,1988; Добровольский, 1969, 1983, 1994; Перельман, 1975; Снытко, 1978 и

др)-

Источники загрязнений сопровождаются аномалиями в природных средах подобно тому, как месторождения полезных ископаемых сопровождаются ореолами рассеяния, но антропогенные аномалии во много раз превышают природные как по масштабам, так и по интенсивности. Особенно остро проблема техногенного загрязнения природной среды стоит в крупных городах - мегаполисах.

Город является урбоэкосистемой, то есть пространственно-ограниченной природ-но-техногенной системой, сложным комплексом взаимосвязанных обменом вещества и энергии живых организмов, абиотических, природных компонентов и техно-

генных элементов, создающих городскую среду жизни человека, отвечающую его потребностям. Состоит урбоэкосистема из взаимосвязанных и взаимопроникающих подсистем (сред): квазиприродной (преобразованной природной среды), ландшафтно-архитектурной, социально-экономической, общественно-производственной. Между ними существует очень тесная взаимосвязь, поэтому нарушения или уничтожение одной из них повлечет разрушение экосистемы в целом (Лихачева с соавт., 1996). Автотрофный блок квазиприродной подсистемы является ее ведущим компонентом, играющим значимую средообразующую и санитарно-гигиеническую роль, что и позволило выбрать его в качестве главного объекта исследования, основываясь на постулате В.И. Вернадского о ведущей роли биоты в процессах круговорота веществ в природе.

При изучении процессов антропогенного загрязнения городов весьма эффективны прикладные геохимические методы, используемые при поисках рудных месторождений (Скарльиина-Уфимцева, 1980, Caer, 1982, 1984; Геохимия тяжелых металлов..., 1983; Гавриленко, 1993; Kelly J., Simpson P.R., 1995, и др.). Основой э ко геохи м инее к их исследований городских ландшафтов является не изучение эмиссий загрязняющих веществ от техногенных источников, на которое обычно ориентированы системы ведомственного мониторинга, а выявление реального уровня содержания химических элементов и картографирование пространственного распределения поллютантов в депонирующих средах, которыми являются почвенный и растительный покровы (Буренков, Сает, 1989, Касимов, 1995). При этом живые организмы являются конечными объектами на пути миграции химических элементов. Под угрозой становится здоровье человека, что обусловливает необходимость систематического контроля за геохимическом равновесием во всех компонентах экосистем для предотвращения формирования геохимических аномалий (Беус, 1976).

В наибольшей степени решению указанной проблемы отвечают комплексные исследования на основе фитоиндикации, дающей возможность оценить интенсивность антропогенной нагрузки на территорию по ответным реакциям растений на техногенное загрязнение. Методологической основой проведенных нами исследований является концепция интегральной фитоиндикации загрязнения городской среды, включающая ряд блоков, позволяющих получить комплекс взаимокоррелирующих параметров (Уфимцева, 1992, 1993; Уфимцева, Терехина, 1996а,б). Ведущим блоком исследований является биогеохимическая индикация, методологические положения которой на современном этапе базируются на синтезе учения В.И. Вернадского о геохимической деятельности живого вещества, теоретических положений геохимической экологии и геохимии ландшафтов (Уфимцева, 1991). Геохимическая экология возникла на основе учения В.И. Вернадского (1934) о единстве жизни и геохимической среды и идей А.П. Виноградов (1938) о биогеохимических провинциях. Геохимическая экология исследует биологические реакции видов растений на избыток и недостаток химических элементов, обусловленные их избирательной способностью к накоплению химических элементов и условий среды, а также выявляет механизм адаптации растений к геохимическим факторам (Ковальский, 1963; Ковальский, Петрунина, 1965 и др.).

Геохимия ландшафтов, основанная Б.Б. Полыновым как учение о миграции химических элементов в ландшафтах, рассматривает биогенную миграцию как одну из ведущих форм в миграции атомов. Геохимия ландшафтов дает возможность выявить взаимо-

связи между растительностью (городские зеленые насаждения) и химизмом городской среды на основе системного анализа. Системообразующим фактором является распределение потока элементов и обмен веществ между конкретными урбофитоценозами и абиотическими факторами. Биологический круговорот веществ, таким образом, рассматривается как яркое проявление обратных связей в урбоэкосистемах, о которых мы можем судить по ответной интегральной реакции городских растений. Системный характер проведенных исследований проявляется также при оценке их результатов на основе регионального подхода.

Проведенные нами биогеохимические исследования установили функциональную взаимосвязь между геохимическими условиями среды и физиономическими особенностями городских зеленых насаждений. Это обусловило поиск корреляционных физиономических индикаторных признаков, отражающих интенсивность техногенного загрязнения, что нашло выражение в разработанном нами на количественном уровне экспрессного метода картирования биологических реакций. В его основе лежит идея ленточного пересчета деревьев (широко используемого в лесоводстве для других целей) с видимыми проявлениями биогеохимических эндемий (хлороза и некроза листьев) и паразитарных повреждений и деревьев без указанных физиономических проявлений. На основе их процентного соотношения выявлялись классы функционального состояния зеленых насаждений, характеризующие качество городской среды и позволяющие установить эффективность выполнения насаждениями санитарно-гигиенической и эстетической роли. Такая оценка для городских зеленых насаждений пока не проводилась. В литературе имеются работы по оценке состояния естественных древостоев по визуально определяемым повреждениям по иной методике ( Alexander, 1995; Зарудная, 1995; Лозановская, 1998).

Визуально определяемые симптомы биогеохимических эндемий растений, связанного с загрязнением среды обитания, существенно отличаются от паразитарных патологий, вызываемых вирусами, грибами, насекомыми-фитофагами и другими организмами. Разработанная нами единая система оценки физиономического проявления биогеохимических и паразитарных