Содержание к диссертации
Введение
1 Оценка роли зеленых насаждений в улучшении качества городской среды 13
1.1 Растительные насаждения как важный компонент экосистем 13
1.2 Способность растений к накоплению загрязняющих веществ 16
1.3 Способы организации лесозащитных зон 31
1.4 Современные способы утилизации листового опада растений 39
2 Материалы и методы исследования 47
2.1 Материалы исследования 47
2.2 Методы исследования 49
3 Характеристика зеленых насаждений в г. Нижнекамск 53
3.1 Общая характеристика и оценка жизненного состояния зеленых насаждений в г. Нижнекамск 53
3.2 Исследование химического состава листвы березы, липы и тополя 59
3.3 Исследование химического состава почвы 73
4 Качественный и количественный анализ доминирующих элементов в химическом составе листвы зеленых насаждений в сезонном аспекте 79
4.1 Исследование доминирующих элементов в листве березы повислой в сезонном аспекте 79
4.2 Исследование доминирующих элементов в листве липы сердцевидной в сезонном аспекте 83
4.3 Исследование доминирующих элементов в листве тополя бальзамического в сезонном аспекте 87
5 Расчет данных листового опада как отхода городских территорий для организации лесозащитных мероприятий и утилизации листового опада 93
5.1 Оценка класса опасности листового опада березы, липы и тополя в условиях разной степени загрязнения городской территории 94
5.2 Организация лесозащитных зон в г. Нижнекамске как мероприятие по улучшению состояния урбаэкосистемы 105
5.3 Перспективы утилизации листового опада - отхода деревьев III класса опасности 117
5.4 Перспективы утилизации листового опада - отхода деревьев IV класса опасности 123
Основные результаты и выводы 129
Список использованных источников 132
Приложения
- Современные способы утилизации листового опада растений
- Методы исследования
- Исследование химического состава листвы березы, липы и тополя
- Исследование доминирующих элементов в листве тополя бальзамического в сезонном аспекте
Введение к работе
Актуальность темы. К районам с повышенной экологической опасностью относится г. Нижнекамск, являющийся крупным на территории России центром производства химической и нефтехимической продукции.
Промышленные выбросы в атмосферу в последний период по г. Нижнекамску
занимают первое место по количеству в республике, превышая
среднереспубликанский уровень выбросов приходящихся на 1 человека почти в 5 раз. Основными источниками загрязнения атмосферы г. Нижнекамска являются вентиляционные выбросы технологических процессов предприятий. В постоянном режиме происходит выброс в атмосферу как оксидов серы, азота, углерода, метана так и взвешенных веществ, в составе которых присутствуют тяжелые металлы.
В настоящее время состояние воздушной среды оценивается по характеристике потенциала загрязнения атмосферы, которая по г. Нижнекамск отмечается как умеренное загрязнение (ПЗА 2,4-2,7). Однако проводимые обычными методами мониторинга исследования не дают интегральной картины влияния загрязнения атмосферы на окружающую среду. Использование листвы и листового опада как накопителя загрязняющих веществ, включая тяжелые металлы, позволяет в структуре мониторинга иметь интегральный показатель состояния окружающей среды, как во времени, так и в пространстве.
Выбросы химических предприятий характеризуются сложным химическим составом и высокой реакционной способностью. Совершенствующие предприятиями системы очистки промышленных выбросов являются не достаточными. В связи, с чем проблема может решаться только комплексно, где важную роль играет озеленение промышленных зон. Однако существующие виды озеленения промышленных зон, не учитывают возможности насаждений к аккумуляции загрязняющих веществ, а ориентируются на устойчивость растений к техногенным нагрузкам. Данная задача требует подбора видов – лучших аккумуляторов загрязняющих веществ, способных выдерживать экологическую нагрузку предприятий химической отрасли, а также выводить из атмосферы конкретные загрязняющие вещества, если известна способность растений к их аккумуляции. Направленное формирование растительных сообществ позволит создавать локальные растительные системы доочистки.
Цель работы: исследование, анализ и применение возможностей зеленых насаждений для выведения загрязняющих веществ из окружающей среды в условиях химического загрязнения с использованием растений как мониторов состояния атмосферы.
Основные задачи исследования:
- провести анализ современного состояния вопроса по использованию зеленых
насаждений в контроле и улучшении качества окружающей городской среды;
- исследовать уровни устойчивости березы повислой, липы сердцевидной, тополя
бальзамического по характеристикам жизненного состояния к техногенному
воздействию в разных условиях включая химическое загрязнение;
экспериментально исследовать химический состав листвы и листового опада основных видов озеленителей в условиях разной степени антропогенного загрязнения, определить характерные загрязнители в листовой биомассе;
определить пути попадания химических элементов в листовой опад на базе исследований химического анализа почв и химического состава листовой биомассы;
- выявить закономерности аккумуляции железа, цинка, хрома, марганца, меди и
стронция в листовой биомассе березы, липы и тополя на участках с различным
уровнем антропогенного воздействия с учетом фактора сезонности;
- разработать рекомендации по использованию растений-озеленителей в мониторинге
атмосферы с задачей выведения загрязняющих веществ с учетом особенностей по их
аккумуляции.
Научная новизна работы: Получены зависимости накопления загрязняющих веществ в листовой биомассе березы повислой, липы сердцевидной, тополя бальзамического от фактора сезонности, включающего климатические особенности территории. Показана роль атмосферы в загрязнении листовой биомассы такими элементами как Cd, Pb, V. По результатам мониторинга химического состава почвы расчетным путем определены коэффициенты обогащения листового опада березы повислой тяжелыми металлами.
Определены способности березы, липы, тополя к аккумуляции в листовой биомассе Fe, Zn, Cr, Mn, Cu и Sr в различных условиях влияния абиотических факторов, включая промышленное химическое загрязнение для г. Нижнекамска. Рассчитаны значения среднегодовых накоплений загрязнителей в листовой биомассе березы повислой, липы сердцевидной и тополя бальзамического.
Практическая ценность работы. На основе полученных результатов
химического состава биомассы листвы березы, липы и тополя расчетным путем определены классы опасности листового опада деревьев в условиях влияния химического загрязнения. Предложено включение исследований химического состава листовой биомассы в структуру мониторинга атмосферы, как объективного интегрального показателя состояния городской среды.
Разработаны для Нижнекамского промышленного узла модели парковых территорий, зон озеленения автомагистралей и санитарно-защитных преград, с учетом видовой способности деревьев к аккумуляции загрязняющих веществ.
Предложена утилизация листовой биомассы деревьев в зависимости от е класса опасности путем прямоточной газификации и использования технологии вермикультуры.
Апробация работы. Основные результаты докладывались и обсуждались на
XII-й, XIII-й, XIV-й аспирантско – магистрских научных семинарах КГЭУ,
посвященных Дню энергетика (Казань, декабрь, 2008, 2009,2010), III-й, IV-й, V-й, VI-
й молодежных Международных научных конференциях «Тинчуринские чтения»
(Казань, апрель 2008, 2009, 2010), Научно-практической конференции «Студенчество
в науке – инновационный потенциал будущего» (Нижнекамск, март 2010),
Республиканской научно-практической конференции «Высокоэффективные
технологии в химии, нефтехимии, и нефтепереработке» (Нижнекамск, март 2011),
Городской научно - практической конференции, посвященной 45-летию г.
Нижнекамска «Энергоэффективная и энергосберегающая политика в
промышленности и жилищно - коммунальном хозяйстве» (Нижнекамск, апрель, 2011). Основные результаты работы докладывались и обсуждались на заседаниях кафедры «Водные биоресурсы и аквакультура» КГЭУ (2009, 2010, 2011, 2012 гг.).
Публикации. Основные положения диссертационной работы опубликованы в 6 статьях в научных журналов и сборников, в том числе 3 – в журналах, рекомендованных ВАК Минобрнауки России, а также 8 тезисах докладов на конференциях различного уровня.
Личный вклад автора в работе состоит в непосредственном участии на всех
этапах работы и обсуждения полученных результатов, подборе методик, написании статей и тезисов.
Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, пяти глав, выводов 3 приложений. Содержит 150 страниц, 78 рисунков, 7 таблиц. Список литературы включает 204 наименований работ отечественных и зарубежных авторов.
Современные способы утилизации листового опада растений
По классификации А.Т. Пилипенко (1977), к тяжелым металлам относят цветные металлы с плотностью большей, чем у железа. Это медь, цинк, свинец, никель, кобальт, сурьма, висмут, кадмий, олово, и ртуть. По сведениям представленных в «Справочник по элементарной химии» (Пилипенко, 1977) к тяжелым металлам также относятся элементы с плотностью более 5 г/см3. Если исходить из этих данных, к тяжелым металлам можно отнести 43 металла из 84 металлов Периодической системы элементов Д. И. Менделеева. Из 43 металлов 10 характеризуются одновременно металлическими и неметаллическими свойствами. Сюда можно отнести р - элементов главных подгрупп III, IV, V, VI групп Периодической системы. В связи, с чем точнее было бы употребить термин «тяжелые элементы», но общепринятым термином является «тяжелые металлы». Подытоживая можно отметить, что к тяжелым металлам относятся более 40 элементов Периодической системы Д. И. Менделеева с плотностью более 5 г/см3 [30; 31].
В атмосферном воздухе тяжелые металлы могут находиться в виде пыли, аэрозолей, или в виде газа (например, ртуть). Аэрозоли свинца, меди, кадмия и цинка обычно составляют мелкодисперсные частицы с диаметром от 0,5 до 1 мкм, а аэрозоли кобальта и никеля - из крупнодисперсных частиц более 1 мкм, которые образуются в результате сжигания дизельного топлива [32].
В водных средах металлы могут находиться в виде взвешенных и коллоидных частиц, и в виде растворенных соединений. Растворенные соединения могут присутствовать в виде свободных ионов и растворимых комплексных соединений с органическими кислотами, которые могут быть представлены гуминовыми и фульвокислотами, и неорганическими лигандами состоящих из галогенидов, фосфатных групп, сульфатов и карбонатов [32]. Тяжелые металлы в почвах могут находиться в водорастворимой форме, ионообменной и слабо адсорбированной формах. Встречаются водорастворимые формы в виде нитратов, сульфатов, хлоридов и органических хелатных соединений. Тяжелые металлы могут входить в состав минералов в структуре кристаллической решетки [32].
В значительных концентрациях тяжелые металлы встречаются в золе электростанций, бытовых и промышленных топок. Особую роль занимают выбросы в атмосферу при сжигании топлива. Количество кадмия, ртути, мышьяка и кобальта, например, от 3 до 8 раз превышает количество добываемых металлов. Также тяжелые металлы могут присутствовать в минеральных удобрениях [32].
Металлы рассеиваются в результате техногенного воздействия на окружающую среду: во время выбросов в атмосферу как при высокотемпературных технологических процессах (например, металлургия, обжиг цементного сырья и др.), так и во время транспортировки, обогащения и сортировки руды [32].
Фоновое или естественное содержание тяжелых металлов в незагрязненной атмосфере может доходить до тысячных и десятитысячны доли мкг/м3. Такие концентрации в современных условиях наблюдается очень редко. Естественым для свинца является содержание 0,006 мкг/м3, для ртути от 0,001 до 0,8 мкг/м3. С загрязнением ртутью связаны, горнодобывающие, металлургические, химические, электровакуумные, приборостроительные, фармацевтические и другие отрасли промышленности. Значительными источниками загрязнения окружающей среды кадмием является металлургическая промышленность, промышленность гальванопокрытия, сжигание твердого и жидкого топлива. В чистом воздухе, например над океаном, средние концентрации кадмия составили 0,005 мкг/м , в сельской местности около 0,05 мкг/м3, а в промышленных городах от 0,3до 0,6 мкг/м3 [103].
Максимальные концентраций металлов в воздухе могут распространяться в расстоянии до 2 км от источника. Если в приземном слое атмосферы концентраций металлов от 100 до 1000 раз выше местного геохимического фона, то в снеге - от 500 до 1000 раз. Через 2-4 км находится вторая зона, с содержанием металлов в воздухе примерно в 10 раз ниже, чем в первой. Третья зона находится в расстоянии от 4 до 10 км, где только определенные пробы могут показать повышенные концентрации металлов. По удалению от источника загрязнения пропорциии различных форм рассеивающихся металлов меняются. В первой зоне соединения водорастворимой формы могут составить от 5 до 10% и основную часть выпадений образуют частицы сульфидов и оксидов. Содержание соединений водорастворимых форм с расстоянием возрастает.
Металлы, которые находят широкое применение в промышленной деятельности и накапливаются в окружающей среде, представляют серьезную опасность с точки зрения их биологической и химической активности. Классы опасности тяжелых металлов (СанПиН 42-128-4433-87): I класс (высоко опасные) - мышьяк, кадмий, ртуть, селен, свинец; II класс (умеренно опасные) -кобальт, никель, молибден, медь, цинк, хром; III класс (мало опасные) -марганец, ванадий, барий, вольфрам, стронций.
Тяжелые металлы попадают в среду с эмиссиями предприятий промышленности, энергетики и транспорта - в виде аэрозолей, пыли и копоти, в составе растворов и суспензий промышленных стоков, с твердыми промышленными отходами. В почве металлы быстро накапливаются и выводятся медленно: период удаления цинка может дойти до 500 лет, кадмия до 1000, меди до 1500, свинца до нескольких тысяч лет. В России по санитарным нормам СанПиН 2.3.2.1078-1 подлежат контролю шесть тяжелых металлов: ртуть, свинец, кадмий, мышьяк, олово и хром.
Методы исследования
При организации процесса очистки окружающей среды с помощью зеленых насаждений появляется задача утилизации листового опада растений. Поскольку в условиях использования растений в очистке среды они накапливают загрязняющие вещества, возникает проблема контроля загрязняющих веществ при утилизации растительной массы.
На Земле ежегодно образуется примерно 230 млрд. тонн растительной массы [72], в которой содержатся полезные компоненты (белки, жиры, углеводы, минеральные соли, витамины, ферменты и др.). К тому же она обладает суммарной энергией, соразмерной с энергией всех видов топлива, добываемых из земных недр. Вся эта растительная органическая масса, попадая в почву, достается микроорганизмам и почвенным животным. А люди и животные используют из всего этого количества органических веществ не более 10% [72; 73; 74].
Растительная масса, в которых допустимые остаточные количества загрязняющих веществ не превышает нормативные значения [72], может быть использована для получения ценных органических веществ: белков, жиров, углеводов, витаминов и других биологически активных веществ. Растительная масса также может поступать на корм скоту или вывозиться на поля в качестве органического удобрения [74; 75; 76].
Листовой опад деревьев - озеленителей, как древесный отход имеет высокий энергетический потенциал. Существуют следующие энергетические способы переработки биомассы [80]: - сжигание; - механическая переработка с образованием древесных брикетов и гранул; - биотехнологическая переработка с получением биоэтанола и метана; - пиролиз с получением угля и бионефти; - газификация с получением генераторного или синтез - газа. В последнее время развитие по утилизации растительной биомассы получили три направления: сжигание, пиролиз и газификация. Термическое сжигание является наиболее простым и неэффективным способом утилизации листового опада. Наиболее эффективными являются методы конверсии листового опада в жидкое или газовое состояние с получением продуктов, востребованных химической и другими отраслями промышленности [82]. Под пирогенетической переработкой древесных материалов понимают процесс ее распада под действием высокой температуры без доступа кислорода [82].
Газификация представляет собой высокотемпературный термохимический процесс взаимодействия органической массы с газифицирующими агентами, в результате чего образуются горючие газы [82]. Слоевые типы газификаторов вырабатывают генераторный газ, забалластированный азотом, парами воды и загрязненный продуктами сухой перегонки и пиролиза древесного материала. Различные неслоевые типы газификаторов позволяют получать более качественный генераторный газ, однако они работают под большим избыточным давлением либо при высоких температурах процесса, что значительно усложняет их аппаратурное оформление и, как следствие, их стоимость, что делает нерентабельной переработку древесных отходов [82].
В последнее время растительная масса также используется для производства биогаза [81; 82; 84]. Биогаз - это один из продуктов анаэробного брожения растительных остатков при температуре 30-37 С. Под действием имеющихся в биомассе бактерий часть органических веществ разлагается с образованием метана (60 - 70 %), углекислого газа (30 - 40 %), небольшого количества сероводорода (до 3 %), а также примесей водорода (аммиака и окислов азота) [81; 82; 83 84].
В последнее время также вызывает интерес биотехнологии промышленной переработки органических отходов с помощью специализированных дождевых червей в биогумус [74; 76; 77].
Дождевые черви (люмбрициды) - это крупные почвенные беспозвоночные животные, благодаря которым создаются почвы На территории России их насчитывается до 57 видов, а всего 3100 видов. Питаются они мёртвыми разлагающимися животными и растительными тканями. Поступающих в почву в виде опада, корневых и пожнивных остатков [78].
Поглощая вместе с почвой огромное количество растительного детрита, микробов, простейших и т.д. черви переваривают их. Со своими испражнениями они выделяют большое количество собственной кишечной микрофлоры, ферментов, витаминов, биологически активных веществ, которые обладают антибиотическими свойствами, препятствуют развитию болезнетворной микрофлоры, подавляют гнилостные процессы, обеззараживают почву [77].
В Италии червей культивируют в плёночных теплицах туннельного типа. В таких теплицах - весьма простых, удобных и дешёвых сооружениях - без особых затрат достигаются оптимальные условия для круглогодичного культивирования дождевых червей. Такие теплицы являются оптимальными идля России.
В Великобритании культивированием дождевых червей занимаются уже 20 лет на Ротхемстэдской опытной станции. На Кубе насчитывается 172 центра вермикомпостирования. Также активное внедрение вермикультур в современные биотехнологии наблюдается в США, Германии, Голландии, во Франции, Швеции, Дании, Швейцарии, в Японии [77; 78; 79; 80]. Известен способ выращивания червей в питательной среде, выполненной в виде гряды (патент США N 4513685, кл. А 01 К 67/00, 1985) [80].
В процессе переваривания растительных остатков в пищеварительном канале червей формируются комплексные соединения с минеральными компонентами почвы. Они отличаются по химическому составу от гумуса, образующегося в почве при участии только микрофлоры. В пищеварительной трубке червей развиваются процессы полимеризации низкомолекулярных продуктов распада органических веществ и формируются молекулы гуминовых кислот, которые образуют комплексные соединения с минеральными компонентами почвы.
Гумусовые вещества, содержащиеся в почве, представляют собой сложную смесь макромолекул переменного состава и нерегулярного строения, подразделяющие на 3 основные группы: гумины, фульвокислоты (ФК), гуминовые кислоты (ГК) [88]. Точных молекулярных формул гуминовых веществ не существует. Они представляют собой сложную смесь макромолекул переменного состава и нерегулярного строения (рис. 8).
Исследование химического состава листвы березы, липы и тополя
Как видно из этих данных, в листьях березы в весенний период количественные соотношения элементов не совпадают, так как в 2011 г отсутствует бром. Необходимо отметить, что такие тяжелые металлы как, железо, цинк, титан, марганец, медь, стронций, хром, цирконий, никель, рубидий, иттрий отмечаются в листве березы даже в мае как в зоне парка (контрольной), так и в районах антропогенного воздействия.
Максимальная концентрация наиболее опасных тяжелых металлов отмечены в зоне загрязнения территории предприятиями химической и нефтеперерабатывающих предприятий.
На рис. 23, 24 приведены концентрации (мг/кг сухой массы) тяжелых металлов в листьях березы повислой в условиях парковой зоны и химпредприятий (по весенним материалам 2011 г). Как видно по приведенным данным, в максимальных концентрациях содержится железо, марганец и цинк (рис. 23). 10
Изменения концентрации (мг/кг сухой массы) тяжелых металлов в листьях березы повислой в условиях концентрации предприятий химической промышленности (по весенним материалам 2011 г) На рис. 25 представлены сравнительные концентрации тяжелых металлов в листьях березы повислой в условиях концентрации предприятий химической промышленности в весеннее и осеннее время года по материалам 2010 г. Максимальные концентрации по всем приведенным тяжелым металлам приходится на осенний период.
Таким образом, результаты исследования листьев березы повислой весеннего и осеннего материалов в 2010 г показали, что осенью отмечается снижение концентрации калия в листьях в 1,5-2 раза по сравнению с весной, а концентрации кальция к осени наоборот повышаются примерно в 7 раз. Также осенью по сравнению с весной повышаются концентрации железа в 25,4 раза, цинка в 8,8 раза, стронция 14,4 раза, марганца в 7,2, хрома в 5, рубидия 6,7, титана в 2,9 и меди 1,4 раза.
Исследование химического состава листвы липы сердцевидной было проведено в весенний (май), летний (июль) и осенний (октябрь) периоды. Листва отбиралась на участках с разной степенью антропогенного воздействия. Результаты исследования химического состава листьев липы представлены на рис. 26. Как видно из данных (рис. 26) максимальное количество калия в листьях липы отмечается в весенний период. При этом максимальная концентрация калия (1263 мг/кг сухой массы) отмечается в зоне загрязнения территории комплексом химических и нефтеперерабатывающих предприятий. Летом и осенью отмечается снижение концентрации калия в листьях в 3-6 раза по сравнению с весной. Максимальная концентрация калия весной связано, как было выше отмечено, с его потребностью в период сильного роста [153].
Противоположная картина отмечается по кальцию (рис. 26). Как видно из данных (рис. 26) максимальное количество кальция в листьях липы отмечается в осенний период. При этом максимальные концентрации кальция (5700 и 6800 мг/кг сухой массы) отмечаются в парковой зоне и в зоне автомагистрали. К осени отмечается повышение концентрации кальция в листьях в 9-14 раза по сравнению с весной. 08UU
Если в весенний период 2010 г в условиях парковой зоны, для которого характерны более низкие концентрации элементов по сравнению с зонами техногенной нагрузки, в листве березы максимальные концентрации обусловлены калием и кальцием, соответственно 881 и 530 мг/кг, то в листве липы было отмечено калия и кальция 952 и 488 мг/кг сухой массы . На рис. 27 представлены концентрации остальных элементов обнаруженных в весенней листве липы. S Fe Si Ті Си Sr Zr Mn Zn Cr Rb Ni Y Br Pb
В весений период 2011 г в условиях парковой зоны, для которого характерны более низкие концентрации элементов по сравнению с зонами техногенной нагрузки, в листве липы максимальные концентрации обусловлены калием, кальцием, фосфором и в отличие от березы и тополя хлором (рис. 28).
Если соотношение калия и кальция в 2010 г в весеннем материале в парковой зоне в липе составляли 952 и 488 мг/кг, то в 2011 г 2850 и 1300 мг/кг сухой массы соответственно. Концентрации остальных элементов элементов в листьях липы сердцевидной в условиях парковой зоны (по весенним материалам 2011 г) приведены на рис. 29. - Концентрации (мг/кг сухой массы) элементов в листьях липы сердцевидной в условиях парковой зоны (по весенним материалам 2011 г)
Отмеченные элементы в листве липы в весенний период могут быть представлены в виде ряда по мере убывания концентрации: - по материалам 2010 г: S Fe Si Ti Cu Sr Zr Mn Zn Cr Rb Ni Y Br Pb; - по материалам 2011 г: S Fe Mn Zn Cu Sr Ti Br Rb Zr Cr Y. Как видно из этих данных, в листьях липы в весенний период количественные соотношения элементов не совпадают. Необходимо отметить, что такие тяжелые металлы как, железо, цинк, марганец, медь, стронций, цирконий, рубидий отмечаются в листве липы даже в мае как в зоне парка (контрольной), так и в районах антропогенного воздействия. Это на 4 элемента меньше по сравнению с липой. Таким образом, по результатам сравнительного анализа березы и липы видно, что вне зависимости от воздействия антропогенного фактора в березе отмечено 11, а в липе 7 встречающихся везде тяжелых металлов. В березе также более высоким является количественный состав тяжелых металлов.
На рис. 30 представлены сравнительные концентрации элементов в листьях липы сердцевидной в условиях концентрации предприятий химической промышленности в весеннее и осеннее время года. Максимальные концентрации всех приведенных элементов приходится на осенний период (рис. 30). юи
Концентрации (мг/кг сухой массы) тяжелых металлов в листьях липы сердцевидной в условиях концентрации предприятий химической промышленности (по весенним и осенним материалам 2010 г) Результаты исследования листьев липы сердцевидной весеннего и осеннего материалов в 2010 г показали, что осенью отмечается снижение концентрации калия в листьях в 4-6 раза по сравнению с весной, а концентрации кальция к осени наоборот повышаются в 9-14 раза. Осенью, по сравнению с весной, также повышаются концентрации железа в 14 раза, цинка в 11 раз, стронция 30, серы 1,5, марганца в 10, кремния в 1,8, хрома в 9, рубидия 10, титана в 2,6, брома в 200 и меди 3,1 раза.
Исследование химического состава листвы тополя бальзамического было проведено в весенний (май), летний (июль) и осенний (октябрь) периоды. Листва отбиралась на участках с разной степенью антропогенного воздействия. Результаты исследования химического состава листьев тополя представлены на рис. 31. Как видно из приведенных данных (рис. 31), максимальное количество калия в листьях тополя отмечается в весенний период. При этом максимальная концентрация калия (911 мг/кг сухой массы) отмечается в парковой зоне, а минимальная в зоне загрязнения территории комплексом химических (207 мг/кг сухой массы). Летом и осенью отмечается снижение концентрации калия в листьях в 2-4 раза по сравнению с весной. весна лето осень Е2 парковая зона тавомагистраль химпредприятия
Исследование доминирующих элементов в листве тополя бальзамического в сезонном аспекте
Входы на поляну при любой композиции предлагается окаймлять березой повислой, которая отличается цветом кроны и в течение всего сезона сохраняет эстетические данные. Очень часто около входа в парковых территориях располагаются места для автопарковок и транспортные остановки. Результаты исследования (рис. 64) показывают, максимальные значения показателей степени опасности листового опада березы повислой в условиях техногенного влияния, дающие возможности использования данного вида дерева в условиях транспортного воздействия. В связи с этим березу повислую предлагается посадить вокруг парка, так как у березы как уже было отмечено, кроме эстетических показателей имеются высокие способности к накоплению загрязняющих веществ, в том числе и тяжелых металлов (гл.3.2; 4; 5.1). Дорожную сеть парковых территорий предлагается обсадить рядовой посадкой липой сердцевидной. Липа, развивая большую крону, богатую листовой массой, дает плотную тень. Цветки во время цветения выделяют ароматный запах обусловленный наличием эфирных масел, гликозидов, дубильных и др. веществ. Живописный вид липы сохраняется в течение сезона. Также для озеленения парковых территорий предлагается использовать тополя бальзамического, у которого очень много положительных показателей. Прежде всего, это быстрота роста в благоприятных условиях, которая позволяет его использовать в выращивании быстрорастущих видов древесных пород на промышленных плантациях различного целевого назначения [164]. В литературе очень много работ по плантационному выращиванию тополя как быстрорастущая лиственная порода дерева [164]. Решение этой проблемы является реальным шагом к снятию экологической напряженности в проблемных регионах [164].
Также важно отметить достаточно высокую зимостойкость тополя, засухо- и солеустойчивость, сравнительно высокую устойчивость ассимиляционного аппарата к дымовым газам и пыли [164].
В наших исследованиях у тополя бальзамического выявлены способности к улавливанию и накоплению серы и рубидия в больших концентрациях по сравнению с липой и березой (приложение В, таблица В.9).
В лесоводстве большое значение имеет способность деревьев изменять среду обитания. На лесных территориях, где грунтовые воды залегают близко от поверхности, за счет отсасывания влаги из почвы корнями растений и последующего испарения и задержания пологом насаждений осадков древостой выполняет большие осушительно-мелиоративные функции, поддерживая благоприятный для роста леса гидрологический режим [164].
На вырубках и на непокрытых лесом землях суммарное испарение резко снижается, что приводит к весенне-летнему избыточному увлажнению почв с образованием верховодки и даже к заболачиванию многих участков. Так как тополь обладает усиленной транспирацией влаги, его используют в осушительно мелиоративных целях в условиях повышенной влажности и заболачивании местности [164].
Несмотря на многофункциональность, у тополя имеется такой недостаток как аллергенность тополиного пуха. В связи, с чем в последнее время тополя подвергаются вырубке. При обдуманной посадке деревьев можно получить очень много пользы от возможностей тополя, обходя такой недостаток как аллергенность тополиного пуха.
Тополя бальзамического предлагается сажать внутрь липового массива в шахматном порядке, как показано на рис. 64. Такое расположение тополя поможет задерживанию пуха другими деревьями. Также одновременно тополь выступит как средообразующее насаждение, которое улучшит рост других деревьев.
Элементы конструирования парковых территорий с использованием березы, липы и тополя в виде лесного массива и оформление зон отдыха приведены на рис. 64.
Фрагмент моделирования парковых территорий в виде лесного массива (а) и оформление зон отдыха: 1 - береза повислая; 2 - липа сердцевидная; 3 - тополь бальзамический Для организации парковых территорий с небольшой площадью при нехватке посадочных мест для деревьев или определенного назначения, предлагается использовать группы - куртины или одиночные посадки -солитеры на газоне. Куртины, состоящие из березы, липы и тополя приведены на рисунке 65.
Элементы конструирования парковых территорий приведенных на рис. 64, 65 можно использовать при любой композиционной схеме, приведенной на рис. 63. При проектировании насаждений необходимо заботиться как о будущем парка, так и стремиться к тому, чтобы парк оказался вполне законченным и целостным после окончания конструирования работ.
Моделирование куртин для парковой территории: 1 - береза повислая; 2 - липа сердцевидная; 3 - тополь бальзамический; цифрами обозначены расстояния в метрах Как было описано в гл. 1.3 озеленение городских автодорог и улиц должно обеспечивать защиту населения от пыли, выхлопных газов, шума, улучшать микроклимат, удовлетворять архитектурно-художественным требованиям и условиям безопасности движения транспортных средств, пешеходов и средств регулирования движения [66].
При озеленении городских улиц используются такие элементы озеленения, как, бульварные полосы, скверы, палисадники, зеленые изгороди, разделительные полосы, шумогазозащитные полосы.
Защиту жилых территорий рекомендуется осуществлять «изолирующими» зелеными насаждениями, которые представляют собой механическую преграду и состоят из нескольких рядов основных и дополнительных древесных пород и ярусов кустарников с общей шириной полосы озеленения от 10 до 30 м [66]. Функции низких и высоких кустарников, размещаемые в первых рядах со стороны источников шума, это перекрытие подкронного пространства деревьев. Так как, насаждения, примыкающие к основным крупным проезжим частям автодорог, должны быть газоустойчивыми породами, рекомендуется использовать тополя бальзамического, особенности которого уже были приведены выше. Это засухо- и солеустойчивость, быстрота роста, высокая устойчивость ассимиляционного аппарата к дымовым газам и пыли, усиленная транспирация влаги, осушительно - мелиоративные функции [67].
Далее предлагается сажать березу повислую, в зависимости от пространственных возможностей, в 1 или в 2 ряда. Со стороны жилых помещений рекомендуется использовать липу. Такое расположение деревьев будет поддерживать, и создавать условия для лучшего функционирования деревьев в зоне автомагистрали. Тополь защитит березу от излишней загазованности, липа будет удовлетворять своими эстетическими данными, специфическим ароматом во время цветения и создаст тень на тротуарах, которые располагаются около жилых домов. При такой посадке деревьев посадки липы и березы будут удерживать образовавшегося тополиного пуха, от которого у некоторых появляется аллергическая реакция.
На рис. 66 приводится моделирование лесозащитных зон около автодорог без разделительной полосы и с разделительной полосой.
Длина междурядий в лесополосах 3 м у деревьев, 2 м между деревьями и крупными кустарниками, а между высокими и средними кустарниками 1,5 м. Расстояние между деревьями 3 м, между высокими и средними кустарниками 1 м, а между средними кустарниками 0,5 м.
Похожие диссертации на Анализ химического состава листвы и листового опада в комплексе мероприятий по мониторингу атмосферы нижнекамской промышленной зоны
