Содержание к диссертации
Введение
1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА 11
1.1. Город как урбоэкосистема 11
1.2. Характеристика изменения состава атмосферного воздуха в городе 13
1.3. Влияние атмосферного загрязнения города на растения 18
1.4. Поглощение загрязняющих веществ компонентами урбоэкосистемы 21
1.4.1. Роль почвы как поглотителя атмосферных загрязнителей 22
1.4.2. Санитарно-гигиеническая роль растительности в поглощении и обезвреживании газов 25
2. ОБЪЕКТЫ, МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И КРАТКАЯ ЭКОКЛИМАТИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА МОСКВЫ 34
2.1. Объекты и методы исследований 34
2.2. Экоклиматическая характеристика г. Москвы 38
2.3. Состояние загрязнения атмосферы города 41
2.4. Городские почвы 44
2.5. Особенности городских зеленых насаждений 53
3. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ ГАЗОУСТОЙЧИВОСТИ И ГАЗОПОГЛОТИТЕЛЬНОЙ СПОСОБНОСТИ ДРЕВЕСНЫХ РАСТЕНИЙ 59
3.1. Газоустойчивость лиственных древесных растений 59
3.2. Фоновое содержание серы и азота в растениях и газоустойчивость 61
3.3. Газоустойчивость хвойных древесных растений 66
Выводы 70
4. ОЦЕНКА ПЫЛЕФИЛЬТРУЮЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ДРЕВЕСНЫХ РАСТЕНИЙ 72
4.1. Динамика изменения пылефильтрующей способности 78
4.2. Пылефильтрующая способность у различающихся по газоустойчивости видов 79
4.3. Адсорбирование пыли побегами древесных растений 89
Выводы 93
5. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ГАЗОПОГЛОТИТЕЛЬНОЙ СПОСОБНОСТИ ДРЕВЕСНЫХ РАСТЕНИЙ В ЭКСТРЕМАЛЬНЫХ ГОРОДСКИХ УСЛОВИЯХ 95
5.1. Содержание серы и азота в растениях
при фоновом загрязнении 95
5.2. Возрастная динамика поглотительной способности на примере липы мелколистной 99
5.3. Связь между газопоглотительной способностью и адсорбированием пыли 106
5.4. Динамика газопоглотительной способности в зависимости от уровней загрязнения атмосферного воздуха и газоустойчивости растений 109
5.5. Закономерности удаления серы и азота из листьев древесных растений 125
Выводы 135
6. ОСОБЕННОСТИ НАКОПЛЕНИЯ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ ДРЕВЕСНЫМИ РАСТЕНИЯМИ 138
Выводы 160
7. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ПОГЛОТИТЕЛЬНОЙ СПОСОБНОСТИ ДРЕВЕСНЫХ РАСТЕНИЙ 162
Выводы 174
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ 176
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 17 9
ПРИЛОЖЕНИЕ 194
- Характеристика изменения состава атмосферного воздуха в городе
- Экоклиматическая характеристика г. Москвы
- Фоновое содержание серы и азота в растениях и газоустойчивость
Введение к работе
Диссертация выполнена на кафедре экологии и защиты леса Московского Государственного университета леса
Актуальность темы. Вопрос оптимизации городской среды сегодня является особо актуальным, так как в городах живет большинство населения Земли. Санитарно-гигиеническая комфортность городской среды теснейшим образом связана с газоустойчивостью древесных растений и их главной экологической полезностью - выполнением роли "зеленого фильтра", позволяющей осуществлять аккумулирование поллютантов из воздуха и почвы.
Газоустойчивость, поглотительные и пылеадсорбирующие свойства древесных растений изучались многочисленными исследователями. Имеется ряд основополагающих научных трудов по газоустойчивости растений [Илькун, 1972, Тарабрин, 1974, Николаевский, 1979, Гудериан, 1979, Кулагин, 1980]. Большая часть работ по газоустойчивости древесных растений выполнялась в условиях техногенного загрязнения, однако, очень мало исследований по этой проблеме было выполнено в условиях города. К настоящему времени, в результате исследований газоустойчивости древесных растений в условиях промышленного загрязнения описаны анато-мо-морфологические, эколого-биохимические и биофизические нарушения у растений [Красинский, 1937, Князева, 1950, Томас, 1962, Рябинин, 1965, Антипов, 1970, Долгова, 1980], установлена их газопоглотительная способность [Гетко, 1972, Кулагин, 1980, Сергейчик, 1986, 1997, Козюкина, 1976, Тарабрин, 1986], выявлена связь скорости поглощения газов листьями с их устойчивостью и некоторыми экологическими факторами [Николаевский, 1979]. Определен максимальный уровень загрязнений, который может быть устранен самими растениями и зависит от динамики газопоглотительной способности в течение вегетации [Гетко, 1972]. Некоторыми
исследователями изучалась пылеадсорбирующая способность древесных растений [Подзоров, 1962, Илькун, 1972, Дончева-Бонева, 1992, Supuka, 1996].
Комплексные исследования газоустойчивости, поглотительной и пылеадсорбирующей способностей древесных растений в их взаимосвязи и в условиях города, опирающееся на экспериментальную базу, не проводились. Отсутствуют достоверные данные о пространственной и временной динамике, изменчивости и интенсивности проявления этих свойств древесных растений в городе, и мало данных по зависимости этих свойств от экологических факторов. Между тем, без исследования этих вопросов невозможно эффективное решение ряда важных теоретических и практических проблем озеленения. Особенно важно это при выборе ассортимента растений для города, расчетов нормативов обеспечения населения озелененным ресурсом, для определения экологической эффективности полезности и проектирования зеленых насаждений в городе, для построения моделей, позволяющих рассчитывать поглотительную способность насаждений в зависимости от экологических ситуаций.
Диссертационная тема выполнялась как раздел темы Института системных исследований леса МГУЛ "Исследование и разработка системы методов и средств наземного и космического мониторинга лесных и урбо-экосистем", финансируемой Министерством образования РФ из средств федерального госбюджета, а также по программам "Научные исследования высшей школы по экологии и рациональному природопользованию", проект 05.01.01. "Комплексный экологический мониторинг лесных и урбоэко-систем"; и " Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники" (подпрограмма 207 "Экология и рациональное природопользование"), проект 05.01.011. "Система экологического мониторинга лесных и урбоэкосистем".
Цель и основные задачи исследования. Основной целью настоящей работы явилось изучение и комплексная оценка газоустойчивости, поглотительной и пылеадсорбирующей способностей древесных растений как основы для разработки экологических принципов озеленения городов.
В связи с поставленной целью в задачи исследования входили:
1. изучение поглотительной способности и газоустойчивости древес
ных растений в экспериментальных условиях;
оценка пылеадсорбирующих свойств древесных растений и их влияние на поглотительную способность;
изучение взаимосвязи поглотительной способности и газоустойчивости древесных видов, их сезонная динамика в городских условиях по отношению к некоторому ряду поллютантов и в различных условиях:
а) при разных уровнях загрязнения атмосферного воздуха и почв;
б) в годы с различным сочетанием комплекса метеорологических по
казателей;
в) в зависимости от возраста дерева;
выявление закономерностей перераспределения поглощенных загрязнителей в растениях, а также доля обратного удаления их в воздух и почву;
изучение влияние накопления листьями некоторых металлов как одной из групп поллютантов на газоустойчивость и газопоглотительную способность древесных растений;
построение модели поглотительной способности дерева.
Теоретическая значимость и новизна исследований. Впервые получены экспериментальные данные о поглотительной и пылеадсорбирующей способности 40 видов древесных растений. Установлена зависимость этих свойств от комплекса метеорологических показателей. Выявлена сезонная и межсезонная динамика поглотительной способности древесных растений в условиях города. Показано, что в условиях сильного загрязнения способ-
ность древесных растений очищать атмосферу существенно снижена. Изучены особенности поглощения древесными растениями атмосферных загрязнителей, их транслокация по органам, обратный выброс в атмосферу и почву в зависимости от их газоустойчивости. Выявлены закономерности поглощения некоторых металлов в зависимости от газоустойчивости древесных растений и экологических факторов. Построена модель поглотительной способности дерева с учетом содержания атмосферных загрязнителей в почве и комплекса метеорологических параметров.
Практическая значимость. Полученные данные могут послужить основой для разработки экологических принципов и рекомендаций по озеленению Москвы и других крупных городов, при подборе ассортимента древесных растений с учетом их газоустойчивости, поглотительной и пылео-саждающей способностей. Предложенная модель поглотительной способности дерева может быть использована при прогнозе различных экологических ситуаций при урбомониторинге. Материалы диссертации позволяют внести соответствующие поправки в нормативные документы в ландшафтное и садово-парковое строительство.
Обоснованность и достоверность результатов исследования базируется на многолетних полевых и лабораторных экспериментах, применением разнообразных верифицированных методик, обработки и анализе фактических данных с помощью компьютерной программы Math Cad.
На защиту выносятся следующие основные положения:
особенности поглотительной и пылеадсорбирующей способностей древесных растений в условиях большого города;
зависимость аккумулирования и адсорбирования поллютантов от газоустойчивости древесных растений;
влияние метеорологических показателей на сезонную и межсезонную динамику поглотительной и пылеадсорбирующей способностей древесных растений;
новые данные о закономерностях перераспределения поллютантов в древесных растениях, обратном выбросе их в почву и в воздух в зависимости от уровней загрязнения атмосферного воздуха и их газоустойчивости;
модель поглотительной способности дерева. Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на ежегодных научно-технических конференциях МГУЛ (МЛТИ) (1985 -2001гг.), на всесоюзном научно-практическом совещании "Влияние промышленного загрязнения на лесные экосистемы и мероприятия по повышению их устойчивости" в г. Каунасе в 1984 г., на 10-ой конференции молодых ученых "Изучение, охрана и рациональное использование природных ресурсов" в г. Уфе 1985г., на всесоюзной конференции в "Экологические и физиолого-биохимические аспекты антропотолерантно-сти растений в г. Таллинне в 1986 г., на всесоюзной школе молодых ученых и специалистов по современным проблемам защитного лесоразведения и охраны природы в г. Минске в 1987г., на всесоюзной научно-технической конференции "Охрана лесных экосистем и рациональное использование лесных ресурсов" в г. Москве в 1987 г., на всесоюзной научно-практической конференции "Достижения науки и передового опыта защиты леса от вредителей" в г. Москве в 1987г.„ на всесоюзном совещании "Проблемы экофизиологии хвойных лесных пород" в г. Тарту в 1987г., на XVI научно-методической конференции молодых ученых и аспирантов в г. Волгограде в 1988 г., на научной конференции "Изучение, охрана и рациональное использование природных ресурсов" в г. Уфе в 1989г., на Всесоюзной конференции "Проблемы физиологии и биохимии древесных растений" в г. Петрозаводске в 1989, 1992 гг., на Второй всесоюзной научно-технической конференции " Охрана лесных экосистем и рациональное использование лесных ресурсов" в г. Москве в 1991 г., на Всероссийской научно-технической конференции "Охрана лесных экосистем и рациональное использование лесных ресурсов" в г. Москве в 1994 г., на международ-
ной научной конференции "Влияние атмосферного загрязнения и других антропогенных и природных факторов на дестабилизацию состояния лесов Центральной и Восточной Европы" в г. Москве в 1996 г., на научной конференции "Мониторинг состояния зеленого фонда города : методы, средства, прогноз и принятие решений" в г. Москве в 1998 и 1999 гг.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 35 печатных работ.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, теоретической и экспериментальных частей, а также включает выводы и список литературы, состоящий из 229 источников (из них на иностранном языке 76). Работа изложена на 200 страницах машинописного текста, из которых основное содержание включает 178 страницы, 34 рисунка и 11 таблиц.
Характеристика изменения состава атмосферного воздуха в городе
В крупных городах состав атмосферного воздуха по всем ингредиентам значительно отличается от относительно чистого сельского и лесного. Многие исследователи связывают современное загрязнение окружающей среды с деятельностью человека и называют его техногенным или антропогенным. Практически все виды деятельности человека связаны с извлечением и переработкой ископаемого сырья и топлива, что ведет к образованию твердых, жидких и газообразных отходов. Несмотря на значительные успехи технологии добычи и переработки, обезвреживания, очистки и утилизации значительная часть отходов возвращается и попадает в природную среду.
На Земле ежегодно добывается и перерабатывается более 100 млрд. т. полезных ископаемых, выплавляется более 800 млн. т. металлов, вырабатывается и используется в сельском хозяйстве до 500 млн. т. удобрений и 3 млн. т. ядохимикатов, производится около 60 млн. т синтетических веществ, сжигается огромное количество топлива (уголь, нефть, газ, торф).
Промышленность, автотранспорт, топливные станции и другие предприятия выбрасывают в воздух более 100 тыс. всевозможных вредных соединений в виде газов, аэрозолей и пыли в суммарном количестве до 4-6 млрд. т. в год [3, 66, 93, 106]. Загрязнителями атмосферы У.Х. Смит [113] считает вещества, которые встречаются в тропосфере в количествах, превышающих естественные или фоновые уровни. Все примеси по физиологическим параметрам им разделены на аэрозоли (мелкие твердые частицы) и газообразные примеси. И те и другие он делит на первичные (привносимые в среду) и вторичные (синтезируемые в атмосфере). Эта классификация охватывает весь спектр загрязнителей атмосферы за исключением тяжелых металлов. Опасность последних для биоты стала настолько значительной, что за последние 10 лет они стали предметом интенсивного изучения исследователей.
Расчеты B.C. Николаевского [77] показали, что в случае равномерного распространения суммарного глобального загрязнения (16 млрд. т.) во всей толще атмосферы (4 млрд. км3) и в средней жизни большинства полютантов 5 дней будет достигнута концентрация 0,054 мг/м3. Так как большинство газов распространяется на высоту до 1-2 км, то объем атмосферы следует считать не 4, а 0,4 млрд. км3. Тогда среднегодовая концентрация суммы полютантов составит 0,54 мг/м3, а антропогенных газов (2,98 млрд. т.) - 0,1 мг/м3. Среднегодовая концентрация антропогенного сернистого газа при выбросе 115 млн. т [78] составит 3,8 мкг/м3. Полученная расчетная фоновая концентрация на Земле близка к литературным данным (3), которая равна 0,5-4 мкг/м3.
Фоновое содержание полютантов серы в атмосфере составляет 0,5-4 мкг/м3, аммиака около 7 мкг/м3, озон около 89 мкг/м3, двуокиси азота - 1,9 мкг/м3, угарного газа - 115 мкг/м3. В промышленных регионах и странах средняя концентрация этих газов составляет: SO2 - 0,5-2,9 мг/м3, NH3-14 мкг/м3, Оз - 0,98 мг/м3, N205 -0,376 мг/мэ, СО - 60 мг/м3, т.е. выше фоновых концентраций соответственно в 1000; 2,25; 714 и 521 раз.
Все живые организмы в процессе эволюции адаптировались к указанным фоновым уровням загрязнения воздуха. Они даже способны выносить без особого ущерба несколько большие концентрации благодаря резерву или запасу хемотолерантности в случае превышения фоновых концентраций примерно в 5-10 раз.
Суммарный ежегодный выброс в атмосферу газов и пыли достигает 18,3 млрд.т. Среди них преобладают: оксид углерода (60 - 90 %), сернистый газ (2,5 - 5 %), окислы азота (3-6 %) и пыль (15-50 %).
Среди газообразных соединений серы более 95% приходится на сернистый ангидрид (SO2), отличающийся высокой токсичностью. В атмосферных осадках сера находится исключительно в виде сульфатов. Менее окисленные соединения подвергаются в атмосфере быстрому фотохимическому окислению с образованием SO3, а последующее взаимодействие с атмосферной влагой образует серную кислоту [155, 186]. Около городов и в крупных промышленных районах поступление серы с атмосферными осадками составляет от 60-100 кг/га [204].
Соединения азота всегда присутствуют в атмосферных осадках, главным образом, это минеральные соединения - аммонийные и нитраты. Азот органических соединений и нитритов содержится в незначительных количествах [211, 212]. Основная масса азотсодержащих промышленных выбросов представлена продуктами сгорания ископаемого топлива. Поступающие из антропогенных источников в атмосферу соединения азота на 90-95 % представлены окисью азота (NO), которая быстро вступает в фотохимические реакции с образованием новых газов (NO2, N2O3, N2O5). Поэтому в атмосфере обычно присутствует смесь окислов азота, легко переходящих друг в друга при фотохимических реакциях [153, 162]. Окислы азота взаимодействуют с водяным паром атмосферы с образованием азотной кислоты (HNO3), которая вступает в реакцию с атмосферными соединениями аммония и абсорбируется гигроскопическими частицами. Газообразный аммиак, вступая в реакции, образует аэрозоли, в частности сернокислый аммоний. Непрямое и более сильное отрицательное влияние двуокись азота на растения оказывает, образуя окислители типа озона и пе-роксиацетилнитратов. В атмосферных осадках содержание азота достигает 10-19 кг/га [142]. Близкие к этим количествам поступают в почву с атмосферными осадками в Западной Европе и Северной Америке [195, 220].
Огромное количество пыли выбрасывается в атмосферу 200-250 млн т в год [27]. Поэтому осаждение ее (наряду с аэрозолями) является важным источником поступления техногенных веществ на земную поверхность и может в десятки раз превышать поступление элементов с атмосферными осадками. Особенно это характерно для железа, алюминия, кремния, кальция, магния, калия, тяжелых металлов. Поступление больших количеств азота с пылью происходит лишь вблизи источников азотсодержащей пыли.
Носителями основной массы тяжелых металлов в атмосфере являются аэрозоли - твердые частицы, взвешенные в воздухе, размером от нескольких микрометров до 0,1 мкм и менее. Частицы крупнее 10 мкм, попавшие в атмосферу, быстро осаждаются. До 80 - 90 % микроэлементов, содержащихся в аэрозолях, связано с частицами размером около 1 мкм [23]. Время пребывания таких частиц в атмосфере около 5 суток, а наиболее мелкие частицы остаются в атмосфере свыше 3-4 недель [35].
Максимальные концентрации могут превышать фоновые соответственно: сернистый газ в 10-20 тыс. раз; аммиак в 2 тыс. раз, двуокись азота в 10 - 15 тыс. раз или выше санитарных ПДК соответственно в 10, 40 - 6- и 353 раза.
По имеющимся прогнозам [96, 100, 120, 126], только выброс в энергетике увеличится в 3 раза и более к 2010 г, окислов азота - в 4 раза, оксида углерода - на 27- 30 %, пыли -в 5 - 8 раз. Специальные расчеты показывают, что загрязнение атмосферы поллютантами удваивается за каждые 10-13 лет.
Кислые газы в атмосфере связываются влагой, что ведет к образованию " кислотных дождей" [41, 42]. В Подмосковье атмосферные осадки имеют повышенную кислотность (рН = 4,1 - 4,3), что приводит к накоплению сульфатов в почве до 40 и более кг/га в год.
В Москве атмосфера в основном загрязняется в результате сжигания топлива, необходимого энергетике, промышленности и транспорту. В результате в атмосферу в больших количествах выбрасывается пыль, окислы азота и серы, окись углерода. Общий объем выбросов вредных веществ в атмосферу от стационарных источников и автотранспорта составил в 1997г. 1042,7 тыс. т./год, в том числе окислов азота - 135,4; углеводородов - 168,2 [87 - 90, 118, 129, 143, 148, 149]. Запыленность в Москве за последние 10 лет практически не меняется. Средняя годовая концентрация пыли составляет 1,3 ПДКсс.
Экоклиматическая характеристика г. Москвы
Москва - столица России, один из самых больших городов мира, крупнейший промышленный центр. В современных границах Москва занимает территорию, более 1000 км2, простираясь по диаметру на 40 км с севера на юг и 30 км с востока на запад [41, 42]. Город стоит на р. Москве, впадающей в Оку и соединенной каналом имени Москвы с Волгой. Значительная часть города располагается на хорошо развитых террасах р. Москвы и на водоразделе между ней и р. Яузой, в среднем на высоте 140-150 м над уровнем моря. Город расположен в центре Московской котловины, представляющей собой глубокий прогиб древних кристаллических пород осадочного происхождения, толщина которых достигает 1600 м. Кроме р. Москвы, ее крупных притоков - Яузы, Сетуни и ряда мелких речек (большей частью засыпанных или взятых в трубы), на территории Москвы имеется около 300 различных водоемов общей площадью свыше 800 га (без Химкинского водохранилища).
Москва находится в умеренном широтном поясе, вдали от океанов и морей. Климат Москвы умеренно-континентальный. Умеряющее влияние на климат Москвы оказывает преобладающий западный перенос воздуха с Атлантики и Средиземноморья (зимой - относительно теплого, а летом прохладного). Огромные здания, асфальтовые улицы, промышленные предприятия, интенсивный автотранспорт Москвы влияет на местный климат, вызывая заметное изменение физических свойств слоя, прилегающего к поверхности атмосферы. Наибольшая интенсивность ультрафиолетовой радиации отмечается в мае-июле (56-57 вт/м2), в течение двух зимних месяцев наблюдается ультрафиолетовая недостаточность (10 вт/м2). Суммарная освещенность в годовом ходе достигает наибольших величин в мае (53,1 Клк), а наименьших - в ноябре и декабре (6,5 - 9 клк). За счет загрязнения городской атмосферы наблюдается снижение уровней освещенности и ультрафиолетовой облученности на 10-30% в зависимости от срока года.
Температура воздуха в Москве и особенно в центре выше, чем в области, причем различия обнаруживаются до значительной высоты, нередко 300-500 м [18]. В целом температурные условия Москвы сходны с тем, какие создаются воздействия природных факторов примерно в 300 км южнее столицы. Главные причины перегрева: искусственное образование потоков тепла при отоплении, работе автотранспорта, промышленных установок и обусловленное загрязнением воздуха уменьшение излучения.
Температура воздуха и почвы в течение суток и года изменяется в широких пределах. Атмосферная циркуляция (смена воздушных масс, циклонов, антициклонов) являются главным климатообразующим фактором. Средняя температура воздуха в пределах города за зимний сезон составляет 7-8 С. Средняя многолетняя температура июня 16-17 С (max +21 - 22 С, min +12-13 С), средняя дневная температура воздуха +21,5-22,0 С, средняя ночная +10,5 - 12,5 С. В ясные летние дни температура воздуха в Москве превышает верхнюю границу комфортных значений, что может вызвать перегрев среды.
По многолетним данным средняя годовая сумма выпадающих в Москве осадков составляет 630 мм. Около 70 % этой суммы приходится на теплый период года, примерно с апреля по октябрь, 30 % - на холодный период, с ноября по март. Влияние города сказывается и на продолжительности значительных осадков: в центре Москвы на 20 - 25 % больше, чем в Подмосковье. Интенсивность осадков в холодный период по сравнению с теплым невелика. В летние месяцы, а также в конце весны и в начале осени довольно часто выпадают интенсивные ливневые дожди. Ливневые дожди временами сопровождаются грозой. Зимой, при снегопадах наблюдаются метели преимущественно при юго-восточном ветре. Для Москвы характерны слабые ветры порядка 2-4 м/с. Но и штормовые, ураганные ветры не исключение. Сильные ветры скоростью более 15м/с наблюдаются в среднем один раз в месяц летом и 2 раза в месяц зимой. В центральном, плотно застроенном районе города отмечается снижение скорости ветра более чем на 50 % по сравнению со скоростью ветра на свободной территории. В замкнутой застройке пониженной плотности наблюдается снижение скорости ветра на 30-50 %, в периферийной зоне - 10 - 30 %, а на продуваемых участках территории ветровой поток может даже усиливаться. Осенью и зимой над Москвой ложатся туманы. За год таких дней отмечается в среднем около 30. Средние месячные значения относительной влажности для Москвы в 13 ч составляет зимой 78-84 %, летом 50 -58 %. Атмосферное давление равно в среднем 748-749 мм ртутного столба и около 744 мм летом. Вегетационный период в Москве довольно продолжителен (в среднем 176 дней) и создает предпосылки для интродукции растений из многих довольно теплых районов [119, 151]. Однако поздневесенние заморозки, которые могут отмечаться еще в течение месяца после начала вегетации, и раннеосенние, наступающие иногда за месяц до окончания вегетационного периода, практически сокращают этот список. Климаграмма приводится в приложении (прил.1).
Отдел дендрологии ГБС РАН показал, что наиболее перспективными в средней полосе европейской части России являются виды с ранними, а наименее перспективными - с поздними сроками началами и окончания вегетации [151].
Фоновое содержание серы и азота в растениях и газоустойчивость
Фоновое содержание серы и азота в листьях древесных растений определяли с 1984 по 1996 гг. Исследования по фоновому содержанию азота и серы в древесных растениях можно разделить на два периода: 1) измерения в условиях относительно чистого воздуха, 2) измерения в условиях загрязнения атмосферы низкими фоновыми концентрациями. Данные по первому периоду анализируются в этой главе, а по второму в главе 5.
В течение вегетации с наибольшим количеством солнечных дней и с минимальным количеством осадков - до 73,2 мм среднее фоновое содержание серы в листьях у устойчивых видов составило 6,68 мг в 1 г сухого вещества, у среднеустойчивых видов 8,86 мг/г и у неустойчивых видов -9,09 мг/г (рис.6). У средне и неустойчивых видов по сравнению с устойчивыми выше содержание серы в листьях на 33,8 % и 37,2 %. В более дождливые вегетации (1986, 1987 гг.) среднее за вегетационный период содержание серы в листьях у всех видов ниже на 27-28 % .
Однако динамика накопления серы в листьях различных по устойчивости видов меняется почти синхронно в течение 1985- 1990 гг. Минимальное количество серы в листьях наблюдалось в мае и сентябре, что связано с началом их роста (май) за счет запасных веществ и перераспределением и вымыванием серы перед листопадом осенью.
Максимум содержания серы в листьях древесных видов наблюдается в июле и августе, т.е. в период повышенной физиологической активности растений в оптимальных погодных условиях. Осадки до 20 мм в течение трех дней снижали естественное содержание серы в листьях средне и неустойчивых видов на 4,7 мг/г, а у неустойчивых видов лишь 1,5 мг/г или на 36,2 и 18,3 % соответственно.
Следовательно, средне и неустойчивые виды содержат не только больше серы в листьях и преимущественно минеральной, чем устойчивые виды, но и менее прочно её удерживают, вероятно, из-за меньшей прочности и большей проницаемости клеточных мембран. Вместе с тем, наши данные по среднему фоновому содержанию серы в листьях противоположны данным Ю.З. Кулагина [51] для Уфы, Г.М. Илькуна [31] для Киева и В.П. Тарабрина с соавторами [117] для Донецка. По данным этих авторов устойчивые к сернистому газу древесные растения в условиях Предуралья, Украины и Донбасса в листьях содержат больше серы, чем неустойчивые. На этом основании Г.М. Илькун сделал вывод о связи между солеустойчивостью (точнее сульфатоустойчивостью) и газоустойчивостью растений. Отличие наших результатов от данных указанных авторов, вероятно, связано с тем, что исследования проводились в разных зонах, на разных почвах, в несходных погодно-климатических условиях и с разным видовым составом растений. В нашем случае в условиях невысокого содержания сульфата в почве и более влажных погодно-климатических условиях (до 250 -300 мм осадков с мая по август) у древесных растений без четко выраженных различий по солеустойчивости обнаружено, что фоновое содержание серы в листьях имеет обратно пропорциональную связь с газоустойчивостью. Вместе с тем, различия в среднем фоновом содержании серы у растений лучше выражены в годы и периоды с повышенной солнечной радиацией и устойчивых видов со средне- и неустойчивыми и меньше между последними двумя группами. Последняя закономерность, по-видимому, также не случайна. Подобное явление наблюдал в исследованиях физиолого-биохимических различий у разных по устойчивости групп растений B.C. Николаевский [78]. Им установлено, что по ряду физиолого-биохимических показателей (оводненность, пигменты, водоудерживающая способность и др.) устойчивые к сернистому газу растения четко отличаются от средне - и неустойчивых видов, но различия между последними группами менее четкие. Вместе с тем, более четкие различия между видами растений указанных групп обнаружены им по интенсивности фотосинтеза и ещё более по поглощению изотопов сернистого газа.
Более сходные результаты с нашими по фоновому содержанию серы в листьях различных по устойчивости видов получила в условиях Белоруссии С.А. Сергейчик [112]. Экологические условия Москвы и Минска более близки, чем Москвы с Киевом, Донецком и Уфой. К сожалению, в её книге нет четкого распределения видов по газоустойчивости. Поэтому для сравнения фонового содержания виды, исследованные автором, были разделены по степени устойчивости в соответствии с нашими показателями повреждаемости этих видов. Для наших устойчивых видов в условиях Минска фоновое содержание серы оказалось равным 1,25 мг в 1 г сухого вещества, а у среднеустойчивых - 1,65 мг/г или на 32 % выше. Обращает на себя внимание два важных момента: 1 - сходное превышение фонового содержания серы у средне и неустойчивых видов по сравнению с устойчивыми, 2 - более низкое содержание серы в листьях (3 - 5) раз. Последний момент особенно важен для анализа значения фонового содержания серы в листьях в газоустойчивости растений и роли осадков, влажности воздуха и солнечной радиации и накоплении серы из почвы и вымыванием из листьев. Низкий фоновый уровень серы у растений в Минске по сравнению с Москвой, несомненно, следствие этих причин. Однако на содержание серы в растениях могло сказаться и разное содержание её в почве.
Фоновое содержание азота в листьях устойчивых видов было максимальное и составило 6,5 мг/г, что на 19 % выше, чем у среднеустойчивых видов и на 50 % выше, чем у неустойчивых видов. Максимум содержания азота наблюдался в конце июля и в августе, а также в период повышенной физиологической активности растений. Самое минимальное содержание общего азота в листьях наблюдалось в сентябре перед листопадом. Это может быть объяснено реутилизацией азота в этот период, так как азот оттекает осенью в ветви, ствол и корни. Эти данные совпадают с мнением Ж.Т. Козюкиной [45] о том, что степень газоустойчивости коррелирует с повышенным количеством в листьях древесных растений общего азота. В условиях почвенной и атмосферной засухи Донбасса у неустойчивых видов наблюдалось минимальное содержание общего азота, а разница по количеству общего азота составила всего лишь 33 % между устойчивыми и неустойчивыми видами. К сожалению, сравнивать наши данные с данными исследователей в других регионах достаточно сложно, так как в группы по устойчивости входят разные виды. Так, если каштан конский обыкновенный в условиях Москвы является устойчивым видом, то в условиях Донбасса он является неустойчивым видом, а орех маньчжурский в Москве -неустойчивый вид, а в условиях Минска обладает всеми показателями устойчивого к атмосферному загрязнению вида. Количество исследованных видов также сильно ограничено и только Сергейчик С.А. приводит данные по фоновому содержанию азота и серы для 26 видов.
