Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Экологическая роль растительного покрова городов (Обзор литературы)
1.1. Изученность флоры и растительности городов России 7
1.1.1. Особенности флоры городской среды 7
1.1.2. Флористические исследования городов России и стран зарубежья 9
1.1.3. Зонирование и классификация урбанизированных местообитаний 12
1.1.4. Спонтанная и культивируемая флора и растительность городов 16 1.2. Изученность палинологического состава аэропланктона городов 21
1.2.1. Обзор аэропалинологических исследований за рубежом 21
1.2.2. Обзор палинологических исследований, проводимых на территории СНГ и России
1.2.3. Профилактика поллинозов 25
Глава 2. Материал и методы исследования 29
2.1. Методика флористических исследований 29
2.2. Методика аэропалинологических исследований 31
2.2.1. Методика сбора материала 31
2.2.2. Приготовление глицерин-желатиновой смеси 32
2.2.3. Приготовление контрольных препаратов 32
2.2.4. Методика подсчета пыльцевых зерен статистическая обработка данных
2.2.5. Составление календаря пыления 36
Глава 3. Физико-географическая характеристика района исследования
3.1. Общая характеристика города 38
3.2. Рельеф 39
3.3. Гидрография 40
3.4. Почвенный покров 40
3.5. Растительный покров 41
Глава 4. Растительность и активная флора города 43
4.1. Зонирование городской растительности 43
4.2. Анализ флоры г.Ишимбая 45
4.3. Заносные виды в городской растительности 48
Глава 5. Состав пыльцы в аэропланктоне: таксономическая структура, динамика
5.1. Таксономический состав аэропланктона г. Ишимбая 52
5.2. Морфологическое описание пыльцевых зерен наиболее часто 56 встречаемых аллергенов
5.3. Сравнительный палинологический анализ аэропланктона г.Ишимбая за период 2008-2014 гг .
5.4. Сравнительный таксономический анализ пыльцы в аэропланктоне г. Ишимбай и Ишимбайского района
5.5. Анализ воздействия метеорологических факторов на содержание в аэропланктоне пыльцы аллергенных таксонов
5.6. Оценка особенностей пыления основных аллергенных таксонов г.Ишимбая
5.7. Этиология поллинозов в Стерлитамакском районе 91
5.8. Календарь пыления растений для территории г.Ишимбая Ишимбайского района
Заключение 102
Выводы 104
Литература
- Флористические исследования городов России и стран зарубежья
- Методика аэропалинологических исследований
- Почвенный покров
- Сравнительный палинологический анализ аэропланктона г.Ишимбая за период 2008-2014 гг
Флористические исследования городов России и стран зарубежья
Интерес к вопросу изучения флоры и растительности городов России и зарубежья появился у исследователей с 80-х годов ХХ столетия. И сразу стал одним из активно разрабатываемых направлений в ботанике, потому что города являлись и являются "естественными концентраторами природного разнообразия территории" (Казанский, 1985). Возникло новое направление – урбанофлористика. Флора – индикатор, часто используемый для оценки состояния урбаноэкосистем. По результатам анализа флоры можно судить об экологической обстановке в городе.
Основной средой обитания человека, местом его проживания и сосредоточения промышленности и ее инфраструктуры становится город. Поэтому, по мнению О. Вахненко (2000), в настоящее время процесс урбанизации приобрел глобальные масштабы. Ю. Одум (1988) акцентирует внимание в своих работах на загрязнение городами биосферы, т.к. их первичная продукция ничтожно мала по сравнению с гигантской энергией, которая потребляется человеком.
Особенности городского климата уже в течение многих лет являются предметом исследований. Основные факторы, которые создают эти особенности, достаточно хорошо известны.
С ростом города изменяется и его климат, а именно меняется тепловой режим, чистота воздушного бассейна, воздушная циркуляция изменяется за счет строений. Такие изменения характерны для крупных городов европейской части страны и могут варьироваться в зависимости от особенностей отдельных городов и природных условий. Температура характеризует одно из основных физических свойств воздушной массы и является важнейшим элементом погоды и климата. На повышение температуры воздуха в городе, по сравнению с окрестностями, влияет возникновение над городом «острова тепла».
Разница в температуре между окрестностями и центром может достигать предела 5С. Остров тепла находится обычно на высоте от 30-40 до 200-400 м. При увеличении населения города разность температур между окрестностями и центром составляет: при населении 100-500 тыс. человек – в среднем 1С; при 500 - 1000 – 1,1-1,2С. Поверхности домов и архитектурных сооружений, покрытия улиц также нагреваются больше, чем естественная поверхность, тем самым повышая температуру воздуха в городе.
Отходы, поступающие в городские экосистемы, также оказывают влияние на формирование «городского климата», повышая температуру воздуха, что влечет за собой проявление парникового эффекта, а также вызывает накопление загрязняющих веществ вследствие смены радиоционного баланса, снижения влажности воздуха и ограничения атмосферного обмена. В средних широтах по сравнению с сельскими районами, средние температуры в городах приблизительно на 1 - 20 С0 выше в течение зимы, и 0,5-10 С выше в течение лета (Sukopp, Werner, 1983; Botkin, Beveridge, 1997; Bard, 1999; Kalnay, Cai, 2003; Kuttler, 2008).
Относительная влажность воздуха в городе понижена в среднем на 6%, облачность и годовая сумма осадков увеличены на 10-15%. Туманы в городе образуются путем повышенного содержания ядер конденсации в воздухе и ослабление скорости ветра (в среднем на 25%) и возрастает их интенсивности. Смог в больших городах способствует увеличению заболеваемости и смертности, в особенности от болезней дыхательных путей и сердечно-сосудистой системы. Распределение температуры и загрязнение воздуха происходит в зависимости от расположения улиц, зеленых зон, скверов и площадей, направления и скорость ветра. Вот почему так необходимо учитывать все эти закономерности городского климата при планировке новых городов и кварталов.
Относительная влажность в обратной зависимости от температуры воздуха и в городе меняется в широких пределах. Например, зимой – до 80%, летом до – 54%. Летом чаще всего в во второй половине дня она снижается до 20 - 40%. В городах происходят изменения качества грунтовых вод и почвы, анализ городских почв показал, что для них характерно уплотнение, обогащение солями, щелочная реакция, загрязнение солями тяжелых металлов (Дышловой, Плехов, 1978; Wessolek, Sealing, 2008). Исследователи МГУ выделили несколько типов почв в пределах города. Для селитебных массивов характерны урбаноземы, обладают как чертами природных почв, так и специфическими свойствами, наличием мощного темноорашенного органического горизонта. Для промышленных зон типичны бесструктурные индустриземы. Культуроземы – городские почвы ботанических садов, огородов, садово-парковых комплексов, имеющие мощный гумусовый горизонт с перегнойно-компонентными слоями.
Методика аэропалинологических исследований
Вопрос зонирования городов поднимался в работах, как зарубежных авторов, так и российских. Главные зоны в модели города обычно концентрические, флора азональных областей анализируется отдельно, которые различаются по возрасту, характеру и сомкнутости застройки (зона плотной застройки, просторной, пригородной внутренней и внешней). Они характеризуются твердым покрытием, интенсивностью антропогенных воздействий и пр. (Миркин, Сахапов, 1990; Wittig (1996).
Урбанистическая концентрация – сосредоточение объектов, видов деятельности связанного с ними населения на ограниченных территориях, является одним из важных признаков городов. Н. Ильминских (1994) выделяет в пространственной структуре урбанофлору и субурбанофлору. На формирование флоры любой территории влияет ряд факторов. Зональное положение, история развития, характер флоры прилегающих территорий и т.п. Пространственно-12 временной аспект освоения территории: городской центр – древний город; районы старой застройки – старый город; новостройки; окрестности города, составляют основу модели города (Ильминских, 1993).
Городские местообитания отличаются, прежде всего, высокой переменностью факторов среды, определяющей разнообразие экотопов. М. Сахапов, Б. Миркин (1990) разработали классификацию городских местообитаний, в которой выделяются: газоны, берега рек, прудов, болот, ручьев, парки, дворы, сады, огороды, спортивные площадки, стадионы, придорожные участки, строительные площадки, пустыри.
Класс рудеральных местообитаний, по мнению Н. Ильминских, делится на 8 групп: эрозионная, занимающая насыпи, обнажения, пустыри; придорожная – линейные экотопы вдоль железнодорожных путей; щелевая – щели на асфальтовых и бетонных покрытиях; свалочная – свалки, мусорные кучи, развалины; кладбищенская – могилы, межмогильные участки; настенная – стены, крыши и переуплотненная группа – дворы, стадионы, тропы, спортивные площадки.
У многих ученых проявился интерес к исследованию флоры и растительности железных и автомобильных дорог (Чичев, 1985; Борисова, 2003; Пузырев, 2006; Березуцкий, Панин, Шилова, 2008; и др.), в том числе и городских окрестностей.
Как особый тип местообитаний рассматриваются железнодорожные станции и другие пути сообщения. Например, азональных областей являются либо центрами синантропизации, либо источником диаспор аборигенной флоры. Чаще всего это старые парки, кладбища, городские водоемы, поймы рек, берега озер или морей и т.д. (Зукопп и др., 1981). Кроме того, выделяют зеленые зоны, транспортные, новостройки, заброшенные мусорные места, свалки, эксплуатируемые зоны, фрагменты неурбанизированных экосистем. При исследовании флоры польских городов выделялись центральная и пригородная зоны (Sudnik-Wojcikowska, Moraczewski, 1998). Как утверждает А. Ниценко (1969), пестрые участки растительности, объединяющие садово-парковые территории, являются строгой типологической группой определенного назначения, потому на их формирование влияют антропогенные факторы, осуществляется непреднамеренный занос растений на парковые территории. Проблемы биоразнообразия растений парковых территорий поднимались и в работах M. Hermy, (2000), W. Li, (2006); O. Gilbert, (1989). Например, O. Gilbert, считает, что парки – сложный комплекс с мозаикой очень разнообразных местообитаний, а, по мнению V Naik, (1979), сохранению биоразпообразия как функции в городских парках отводят минимальную роль и связана она с естественными видами растений, животных или биологической целостностью (в то время как в парках наибольшее значение имеют виды интродуценты). Анализируя травянистый состав интродуцентов старых парков Карелии, исследователь В. Лисичкина, (2010) пришла к выводу, что в них практически не присутствуют парковые интродуценты, используемые в посадках XIX века, что является отличительной особенностью от интродуцентов парков Северо-Запада и Московской области, а также парков Скандинавии.
В результате исследования города Воронежа А. Григорьевская, (2000) выделила четыре зоны: промышленную, транспортную, зеленую и селитебную. В Ростовской городской агломерации (Вахненко, 2000) проводились исследования по зонам: искусственные фитоценозы, урбаэкотопы, жилые застройки в старых частях города, новостройки, промышленные техногенные зоны.
Почвенный покров
В результате исследования селитебной и пригородной зон города Ишимбая выделены основные типы растительности и составляющие их виды-доминанты. Типичные городские насаждения включают 5 типов и по возрастанию интенсивности антропогенного вмешательства и степени окультуренности располагаются в следующий возрастающий ряд: парки (лесопарки), сады, скверы, внутриквартальное озеленение, газоны.
На основе характера застройки и сочетания определенных типов растительности проведено зонирование территории города (рисунок 1, Приложение). Выделено 5 зон. – Зеленая зона с древесными насаждениями. К ней отнесены территории двух городских парков (Центрального парка культуры и отдыха им. А.М. Матросова и парка Победы) и 11 скверов, расположенных в разных районах города и различающихся по площади, уровню антропогенно-техногенных нагрузок и доминантному составу растительности. Насаждения городских парков и скверов созданы в разные годы и сложены видами, как местного происхождения, так и интродуцентами. Доминируют в них следующие породы: в центральном парке культуры и отдыха – Populus nigra, Acer platanoides, Ulmus laevis, в парке Победы – Betula pеndula и Pinus silvestris. Более чем на половине учетных площадей кустарники либо вообще отсутствуют, либо представлены двумя видами: Lonicera tatarica и Caragana arborescens. Травянистый ярус передан 48 видами, проективное покрытие которых в среднем составляет 60%. Наибольшая абсолютная встречаемость характерна для видов Artemisia vulgaris, Vicia cracca, Atriplex patulum, Bromus erectus, Dactylis gromerata. Из декоративных культур встречаются Rosa, Aster amellus, Tagetes erecta, Petunia hybridа. В скверах древесно-кустарниковая растительность имеет большое разнообразие – 18 видов, из них 6 видов кустарников. Насыщенность на пробных площадках до 12-30 стволов. В 4 скверах города преобладает дендромонофлора, например в сквере им. Ю. А. Гагарина, состоящем из посадок, разделенных проезжей частью. В одной произрастает Larix sibirica, в другой сосна обыкновенная Pinus sylvestris, в детском сквере, находящемся на проспекте Ленина, – Malus silvestris, в сквере им. Зои Космодемьянской – Betula pеndula и сквере им. В. Н. Полякова – Acer negundo. Травянистой растительности в Ишимбае 41 вид. Причем, 30% являются декоративными. Из дикорастущих доминируют виды из семейства злаковых: Festuca pseudovina, Festuca pratensis, Phleum angustifolia, Poa pratentis.
Зона одноэтажной застройки с садово-огородными участками располагается в северо-западной части города. На ее территории из культивируемых видов преобладают Solanum tuberosum, Lycopersicum esculentum, Malus domestica, Cerasus vulgaris, Ribes nigrum и др. Доминантами спонтанной растительности являются 9 видов, наибольшая активность отмечена для Poa pratensis, Amaranthus retroflexus, Urtica dioica, Dactylis gromerata. На территории зоны произрастает 14 видов деревьев, самыми активными из них являются Pinus silvestris, Populus nigra. Эта флора рудеральной растительности представлена 54 видами, из которых преобладают Urtica dioica, Carlina vulgaris, Сhelidonium majus, Lappula squarrosa, Melilotus albus, Platango major.
Зона многоэтажной застройки. Видовое разнообразие древесно кустарниковых растений невелико: за исследуемый период было выявлено 16 видов деревьев и 4 вида кустарников, объединенных в 11 семейств. Активная флора травянистых растений представлена 69 видами, в основном, это представители семейства Chenopodiaceae, Plantaginaceae, Poaceae, Fabaceae. В древесных насаждениях наиболее активны Populus nigra, Betula pendula, Alnus incana, Querqus robur, Acer platanoides. Газонная растительность представлена 2 типами: рудеральным и луговым (сеянные и спонтанные). Растительность рудеральных газонов включает 67 видов травянистых таксонов (70% от общего числа зарегестрированных). Доминируют At1iplex patulum, Polygonum aviculare, Platango major, Taraxacum officinalis, Capsella bursa pastoris, , Vicia cracca, Artemisia absinthium Cichorium inthybus. На газонах лугового типа доминируют Poa pratensis, Festuca pratensis, Dactylis gromerata, Elitrigia repens.
Зона останцев естественной растительности. Здесь преобладают рудеральные сообщества и рудерализированная луговая растительность и пойменные леса. В поймах рек Белой и Тайрук активную флору составляют 10 видов деревьев, 2 вида кустарников и 106 видов трав. Наиболее часто из деревьев встречаются Populus nigra, Betula pendula, Alnus incana. Из трав самыми активными являются Artemisia glauca, Poa palustris, Calamagrostis epigeios, Festuca pratentis, Potentilla anserina, Carex vesicaria.
Анализ флоры г. Ишимбай Состав активной флоры города включает 251 вид (38 % от флоры города) из 189 родов и 54 семейств, из них 42 вида из 16 семейств относятся к древесно-кустарниковым и 209 видов из 38 семейств – к травянистым растениям.
В результате исследований установлено, что древесно-кустарниковые ярусы фитоценозов сформированы 42 видами (16 семейств). Преобладают породы деревьев из семейств: вязовые (Ulmaceae), буковые (Fagaceae), березовые (Betulaceae), ивовые (Salicaceae). Подрост и всходы древесно-кустарниковых видов в рассматриваемых растительных сообществах весьма малочисленны, особенно в парках, где они встречаются, как правило, лишь в виде прикорневой поросли или всходов около пней и в приземных трещинах стволов
Сравнительный палинологический анализ аэропланктона г.Ишимбая за период 2008-2014 гг
Увеличение заболеваемости вызвано, в том числе загрязнением окружающей среды различными аллергенами. Мелиорация земель, озеленение населенных пунктов способствуют изменению флоры, появлению новых причинных аллергенов. Сенсибилизирующие свойства пыльцы растений вызывают такие нозологические формы респираторной аллергии, как аллергический ринит, бронхиальная астма, поллинозы. Последние занимают значительное место среди аллергических заболеваний, в наибольшей степени зависящих от экологических и природно-климатических условий. Изучение содержания пыльцы в воздухе необходимо для установления этиологии поллиноза, верного подбора диагностических и лечебных аллергенов, оптимальных сроков проведения специфической диагностики и лечения, осуществления профилактики. Для решения этих задач наиболее правильным, по мнению большинства исследователей, является региональный подход к проблеме поллинозов, предполагающий комплексное ознакомление с местными природно-климатическими условиями, аэропалинологическим режимом, аллергенными свойствами пыльцы.
По результатам палинологических исследований выявлены 3 периода активного пыления растений. Весенний пик пыления, наиболее мощный и продолжительный, - приходится на апрель - май и обусловлен цветением сережкоцветных: Betula, Alnus, Corylus, Quercus, Ulmus, Salix, Populus. В спектре доминирует пыльца березы, которая в то же время обладает и наиболее ярко выраженными аллергенными свойствами. По данным аэропалинологических исследований пыльца Betula составляет около 40% от суммарного содержания пыльцы, и подтверждается по данным СКП (таблица 6). Аллергия на Alnus, Corylus встречается у 38% пациентов обратившихся у аллергологу. В составе спорово-пыльцевого спектра в начале лета преобладают пыльцевые зерна Poaceae, и хвойных, в первую очередь Pinus. Несмотря на сравнительно невысокую суммарную концентрацию пыльцы в атмосфере (около 20 процентов от суммарного годового содержания), именно этот период в наших условиях наиболее неблагоприятен с медицинской точки зрения из-за постоянной циркуляции в воздухе пыльцевых зерен злаков. По данным СКП каждый пятый обратившийся пациент страдает аллергией на разные растения семейства злаковых. Аллергия на кукурузу и подсолнечник выявилась у 16% больных. Третья, поздне-летняя волна пыления, связана с цветением маревых Chenopodiaceae, в первую очередь Artemisia среднем около 6%, и крапивы Urtica. Пыльца последней выявляется в спорово-пыльцевых спектрах в течение всего лета и составляет значительную его часть, однако не обладает выраженными аллергенными свойствами и часто не учитывается при анализе. Несмотря на относительное постоянство календаря пыления для города Ишимбай, каждый исследованный нами сезон пыления имеет свои особенности. В значительной степени может меняться пыльцевая продуктивность отдельных таксонов, варьируют сроки и продолжительность пыления. Эти особенности обусловлены как внутренними (эндогенными) факторами, так и внешними условиями, в первую очередь климатическими и метеорологическими.
Анализ литературных источников по рассматриваемой проблеме показывает, что этиологический спектр пыльцевых аллергенов в каждом регионе специфичен. К примеру, в Республике Коми (лесная зона) преобладает сенсибилизация на пыльцу Betula (Вахнина и др., 2012), в Оренбургской области (степная зона) – на Artemisia, а в Краснодаре на Ambrosia (Остроумов, 1972). Изучение характера сенсибилизации у больных поллинозом, обратившихся в аллергологический кабинет РКБ им. Г.Г. Куватова (г. Уфа, лесостепная зона), выявило преобладание положительных проб на злаки (Dactylis, Arrhenatherum, Phleum, Festuca, Bromus, Elytrigia) (Фаюршин и др., 2008). Исходя из этих данных, нами выдвинута гипотеза о зависимости картины пыльцевой сенсибилизации больных поллинозом от определяемого характером растительности региона состава доминирующих видов растений – потенциальных аллергенов.
Для проверки гипотезы нами проведен корреляционный анализ между показателями средних значений сенсибилизации к пыльце отдельных таксонов и среднемноголетним суммарным содержанием пыльцы этих таксонов в 1м3 воздуха. В связи с тем, что идентификация видовой принадлежности пыльцы злаков затруднена, в анализ вовлечены средние данные по сенсибилизации пациентов к злакам (60%) и среднемноголетнее суммарное содержание пыльцевых зерен представителей семейства Poaceae в 1м3. Установлена положительная статистически значимая корреляция этих показателей (r=0,67).
Календарь пыления растений на территории города Ишимбая и Ишимбайского района Период пыления охватывает промежуток времени с начала апреля до конца сентября. Суммарное годовое содержание пыльцы в воздухе значительно варьирует в разные сезоны (Приложение, таблицы 2-8).
Качественный состав аэропалинологического спектра в течение 5 лет исследований идентичны, но продолжительность и сроки пыления отдельных таксонов различаются, что отражает межсезонную динамику пыльцевой продуктивности и воздействие метеорологических факторов, оказывающих существенное влияние на начало, продолжительность и интенсивность пыления.
Продолжительность сезона пыления составила 5,5 месяцев (середина апреля - конец сентября). Суммарная годовая кривая содержания пыльцы может быть условно разделена на три периода (экологические волны пыления), различающихся как по качественному составу пыльцевого дождя, так и по частоте встречаемости регистрируемых пыльцевых таксонов ( рис. 18). В первую волну пыления 01.04 - 20.05 зарегистрирована пыльца древесных таксонов. Первое наиболее мощное появление пыльцы приходится на конец апреля - май. Пиком пыления во все годы исследования отмечается последняя декада апреля 20.04-30.04. Содержание пыльцы в первую волну составляет в 2008 - 49%, 2009 - 45%, 2010 – 47%, 2011 - 39%, 2012 - 24%. Таксономический состав в этот период обусловлен цветением сережкоцветных Betula, Alnus, Сorylus, Populus, Ulmus, Acer, Querqus (рис. 31-34). В составе спектра доминирует пыльца березы среднем 50% (от суммарного содержания пыльцы за весенний период). Ее максимальное содержание в атмосфере регистрируется в третьей декаде апреля. Второй по обилию пыльцы ольха – в среднем 19%. Даты максимума отличаются в разные сезоны - в 2009г.- третья декада апреля, в 2010, 2012 гг.-первая декада мая. Полученные нами данные хорошо согласуются с имеющимися в литературе сведениями о межсезонной ритмике Betula (Atrinson, Larsson, 1990; E l- Ghazaly et al, 1993; Severova, 2006, 2007; Северова, 2004)
Вторая волна пыления охватывает конец 21.05-30.06. В этом периоде в 2009-2010 годах преобладает пыльца семейств Pinaceae - 18,1% и 34% соответственно; Poaceae - в среднем 29%. Пиком пыления в годы исследования Pinaceae является 3 декада мая, Poaceae с 2008-2010 третья декада мая, в 20112012гг. – первая декада июня. Помимо cемейств Сосновых и Злаковых в конце мая продуцируют пыльцу Betula, Alnus, Сorylus, Acer, Querqus; в раннелетнем спектре присутствуют пыльцевые зерна, Сhenopodiaceae, Rosaceae, Ulmus, Tilia cordata, Populus.
