Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Подходы к исследованию урбоэкосистем (обзор литературы) 9
ГЛАВА 2. Природно - экологические условия территории обследования 19
2.1. Физико-географическая характеристика 19
2.2. Техногенное загрязнение г. Иркутска 42
Выводы по главе 2 53
ГЛАВА 3. Объекты и методы исследования 54
3.1. Объекты исследования и натурные методы 54
3.2. Аналитические методы исследований 62 '
ГЛАВА 4. Состояние древесных и травянистых растений г.Иркутска 68
4.1. Особенности произрастания растений в городских условиях 68
4.2. Морфометрические параметры древесной растительности 87
4.3. Элементный состав древесных растений 105
Выводы по главе 4 135
ГЛАВА 5. Почвы г. Иркутска: факторы плодородия и буферность по отношению к техногенной нагрузке 137
5.1. Физические свойства и показатели антропогенной нарушенности городских почв 137
5.2. Физико-химические и химические показатели городских почв... 146
5.3. Тяжелые металлы: геохимическое перераспределение по почвенному профилю 170
Выводы по главе 5 193
ГЛАВА 6. Зонирование терррггории г. Иркутска по загрязнению и состоянию почв и древесных растений 195
6.1. Картографический подход к оценке экологического состояния городской среды (анализ литературных данных) 195
6.2. Картографирование территории г. Иркутска по уровню загрязнения почв и древесной растительности 201
6.3. Картографирование территории г. Иркутска по состоянию почв и древесной растительности 207
6.4. Расчет величин критических нагрузок техногенного загрязнения (по диоксиду серы) в пределах территории г. Иркутска 213
Выводы по главе 6 220
Рекомендации по улучшению состояния почвенного покрова и древесной растительности на территории г. Иркутска 222
Общие выводы 229
Список литературы 231
Приложение 265
- Физико-географическая характеристика
- Морфометрические параметры древесной растительности
- Тяжелые металлы: геохимическое перераспределение по почвенному профилю
- Картографирование территории г. Иркутска по состоянию почв и древесной растительности
Введение к работе
Актуальность исследований обусловлена необходимостью оценки экологического состояния таких сложных систем, как городские агломерации, в пределах которых имеет место интегральное воздействие большого числа негативных факторов, приводящее к значительному ухудшению условий жизни населения. Современная урбоэкосистема, как правило, характеризуется высоким уровнем загрязнения, связанным с интенсивным развитием промышленности и транспорта. В этом смысле город Иркутск не исключение, он входит в список самых загрязненных населенных пунктов России (Государственный ..., 2004).
Среди широкого спектра исследуемых компонентов урбоэкосистем большое внимание отводится древесным насаждениям и почвенному покрову. Почва в городских условиях - мощный своеобразный фильтр, поглощающий и до некоторой степени обезвреживающий токсичные выбросы. Зеленые насаждения обладают уникальной фильтрующей способностью. Они поглощают из воздуха и нейтрализуют в тканях значительное количество вредных компонентов промышленных эмиссий, способствуя сохранению оптимального газового баланса в атмосфере. Поэтому оценка экологического состояния городской среды, основанная на изучении параметров почв и растений, является наиболее адекватной (Ильин, Степанова, 1979; Садовникова, Зырин, 1985; Обухов, Лепнева, 1989; Ильин, Сысо 2001). Вместе с тем, комплексных исследований взаимосвязанных изменений параметров древесных растений и свойств почв на профильно-генетическом уровне в пределах городской территории в литературе нами не отмечено. Это и предопределило использование подобного подхода для оценки степени трансформации современной урбоэкосистемы.
Цель исследования. Изучить состояние почв и древесных насаждений в парковых и лесопарковых зонах крупного промышленного центра (г. Иркутска)
и на основе полученных данных провести экологическое зонирование его территории по степени нарушенности окружающей среды. Задачи;
1. Исследовать элементный состав и морфометрические параметры древесных растений, произрастающих на городской территории.
2. Изучить физические и физико-химические свойства городских почв.
3. Определить специфику геохимического перераспределения основных элементов в почвенном профиле.
4. Выявить связи между изменением морфоструктурных показателей почв и растений в условиях городской среды.
5. Построить карты-схемы, отражающие состояние и уровень загрязнения растительности и почв на обследованной урбанизированной территории.
6. Разработать рекомендации по улучшению состояния древесных растений и почв в парковых зонах г. Иркутска.
Положения, выдвигаемые на защиту.
1. Атмосферные техногенные выбросы - один из наиболее значимых
факторов, негативно влияющий на состояние почв и древесных насаждений урбоэкосистемы.
2. В пределах городской территории состояние растительности служит более чувствительным индикатором на воздействие техногенных эмиссий, чем состояние почв.
3. Физико-химические изменения в почвенном профиле и интенсивность их развития адекватно отражают степень антропогенной нагрузки на почвенный покров городской территории.
Научная новизна работы. Впервые проведена оценка состояния почвенного покрова и растительности на урбанизированной территории, учитывающая взаимосвязанное функционирование этих компонентов. Исследованы процессы генетического и геохимического формирования почвенного профиля в урбоэкосистеме. Установлены высокие уровни корреляционных связей между морфоструктурными, а также
токсикологическими параметрами почв и растительности в пределах городской территории. Показано, что древесные растения обладают более высокой чувствительностью к антропогенной нагрузке, чем почвы, вследствие чего могут служить адекватными индикаторами состояния урбоэкосистемы. Полученные в работе результаты развивают представление о геохимическом перераспределении веществ в системе почва — растительность в пределах городской среды, а также выявляют особенности техногенной трансформации урбоэкосистем.
Практическая значимость работы. Разработаны карты-схемы состояния и загрязнения почв и древесной растительности для крупного промышленного центра (г. Иркутск), при этом выделены территории разной степени нарушенности этих компонентов. С учетом определения критической кислотной нагрузки атмосферного загрязнения на древесные растения разработана интегральная карта-схема загрязнения городской территории. Разработанный подход неоднократно использовался для оценки и прогнозирования состояния почв и растительности в городах Предбайкалья. Результаты работы публиковались в «Государственных докладах о состоянии и охране окружающей среды в Иркутской области» (в 2002-2004 гг.). Полученные материалы представляют интерес для природоохранных и административных органов при оценке качества городской среды и принятии мер по ее улучшению, а также при установлении нормативов загрязняющих веществ на городских территориях. Разработанные рекомендации по улучшению почвенного покрова и восстановлению его плодородия, по озеленению и охране городских территорий переданы службам городского хозяйства.
Апробация работы. Результаты исследований докладывались и обсуждались на международных совещаниях: международной научно-практической конференции «Почва как связующее звено функционирования природных и антропогенно-преобразованных экосистем» (Иркутск, 2001), IX международной конференции студентов и аспирантов по фундаментальным
наукам «Ломоносов - 2001» (Москва, 2002), международном экологическом форуме «Environment and Human Health» (Санкт-Петербург, 2003), международной научной конференции «Ксенобиотики и живые системы» (Минск, 2003), международной научной школе-конференции студентов и молодых ученых «Экология Южной Сибири и сопредельных территорий» (Абакан, 2003), XI международной конференции студентов и аспирантов по фундаментальным наукам «Ломоносов 2004» (Москва, 2004), международной конференции «Science for watershed conservation: multidisciplinary approaches for natural resource management» (Ulan-Ude, Russia, 2004), II международной научно-практической конференции «Тяжелые металлы, радионуклиды и элементы-биофилы в окружающей среде» (Семипалатинск, 2004), международной научной конференции «Экологические функции лесных почв в естественных и антропогенно нарушенных ландшафтах (Петрозаводск, 2005), международной Верещагинской байкальской конференции (Иркутск, 2005); всероссийских совещаниях: XV конференции молодых географов Сибири и Дальнего Востока (Иркутск, 2003), научной конференции молодых ученых ИНЦ СО РАН «Современные проблемы геохимии» (Иркутск, 2004), всероссийской конференции «Структурно-функциональная организация и динамика лесов» (Красноярск, 2004), всероссийской научной конференции «Проблемы сохранения разнообразия растительного покрова Внутренней Азии» (Улан-Удэ, 2004), III всероссийской конференции «Гуминовые вещества в биосфере» (Санкт-Петербург, 2005), всероссийской конференции «Проблемы биологической науки и образования в педагогических вузах» (Новосибирск, 2005), всероссийской конференции «Природная и антропогенная динамика наземных экосистем» (Иркутск, 2005).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 27 работ, в том числе 1 монография (в составе авторского коллектива) и 3 статьи в рецензируемых журналах.
Структура и объем работы. Диссертация изложена на 264 страницах, состоит из введения, шести глав, общих выводов, списка литературы (3 наименований, из них 56 на иностранном языке) с приложением, иллюстрирована 40 рисунками, содержит 30 таблиц.
Благодарности. Автор выражает глубокую благодарность научным руководителям: главному научному сотруднику, доктору биологических наук Т.А. Михайловой и доктору географических наук, профессору Ю.М. Семенову за внимание, ценные советы и помощь при выполнении работы; старшему преподавателю кафедры «Почвоведения» ИГУ Н.А. Мартыновой за помощь при проведении полевых работ; к.б.н. Н.С. Бережной за ценные рекомендации при выполнении химических анализов; к.б.н. Л.В. Дударевой за содействие при выполнении аналитических работ.
Физико-географическая характеристика
Территория обследования включает город Иркутск - крупный индустриальный центр Восточной Сибири с его ближайшими окрестностями, общей площадью 306 км и фоновые участки: окрестности пос. Тальяны, пос. Подкаменная и пос. Нижний Кочергат (рис. 1).
Территория расположена на юге обширного Среднесибирского плоскогорья и относится к Прибайкальской области гор Южной Сибири (Гвоздецкий, Михайлов, 1978). В юго-западной части Среднесибирского плоскогорья широкой полосой к подножию Восточного Саяна примыкает Иркутско-Черемховская предгорная равнина, расположенная на тектонически стабильной Сибирской платформе. Территория равнины всхолмленная, эрозионно-денудационного происхождения (400 - 650 м), простирается с северо-запада на юго-восток Средней Сибири, расширена в северо-западном направлении и резко сужается в верховьях р. Ангары. С юга и юго-запада равнина обрамлена отрогами Восточного Саяна, с юго-востока ограничена Онотской возвышенностью и впадиной северо-восточного простирания, идущей параллельно отрогам Приморского хребта. На северо-востоке равнина плавно сочленяется с Лено-Ангарским холмисто-увалистым плато, здесь же проходит ее граница с Березовым хребтом. С севера равнину окаймляют предгорья Восточного Саяна и горы оз. Байкал (Предбайкалье ..., 1965). Перед хребтами Восточного Саяна на территории Иркутско-Черемховской равнины расположен Присаянский прогиб, а вдоль гор оз. Байкал протягивается Прибайкальский прогиб. В месте стыка Присаянского и Прибайкальского прогибов сосредоточены максимальные глубины впадины Иркутского бассейна (Логачев, 1958).
Территория обследования характеризуется сложным и неоднородным рельефом. Плоскоувалистые холмы разделены многочисленными долинами рек, распадками и оврагами. Для территории характерны два типа рельефа -эрозионно-денудационный (междуречий) и эрозионно-аккумулятивный (речных долин). Междуречья представлены широкими речными долинами, нередко заболоченными долинами и падями северо-западного и северовосточного простирания, что обусловило развитие типичной эрозионно-денудационной морфоструктуры. Глубина эрозионного расчленения колеблется в пределах 150 - 230 м. Характерной особенностью морфологии выделенной территории служит проявление карстовых форм рельефа.
По физико-географическому районированию юга Восточной Сибири (Ландшафты..., 1977) территория обследования принадлежит к Южно-Сибирской и Байкало-Джугджурской горнотаежным областям. По характеру рельефа она подразделяется на два региона. Территория г. Иркутска, пос. Тальяны и пос. Подкаменная относятся к Верхнеангарскому болотно-остепненно-подтаежному подгорному региону. Фоновая : территория, расположенная в окрестностях пос. Нижний Кочергат, входит в Прибайкальский голыюво-горнотаежный и котловинный регион.
г. Иркутск расположен в юго-восточной части Иркутско-Черемховской равнины, которая носит название Иркутского амфитеатра. Географически город и его окрестности ограничиваются координатами 104 10 - 104 25 восточной долготы и 52 10 - 5220 северной широты. Иркутск расположен в хорошо террасированной долине р. Ангары, по обоим ее берегам. С запада в пределах города в р. Ангару впадает р. Иркут, с востока - р. Ушаковка (рис. 2). Вблизи города в р. Иркут впадают его притоки - реки Кая и Олха. Местность имеет сложный, сильно расчлененный рельеф, с плавными очертаниями холмистой равнины. Вершины междуречий имеют плоские формы, их высотные отметки составляют 480 - 520 м (Климат Иркутска, 1981). Водораздельные хребты благодаря сильной двусторонней эрозии представлены отдельными куполообразными холмистыми вершинами. Склоны не везде хорошо выражены и имеют, как правило, пологие, округлые формы, их углы наклона составляют от 2 - 8. Пади склонов представляют собой широкие, корытообразные котловины, постепенно переходящие в заболоченные участки. Наиболее обширные равнинные пространства встречаются в местах соединения широких долин крупных водных артерий - pp. Ангары, Иркута и Ушаковки. Окраины, окаймляющие подобные пространства, еще более усиливают черты плоскоувалистого рельефа (Николаев, 1948). Крупные речные долины рек, плоские водоразделы, обширные заболоченные участки разделяют территорию города на разрозненные участки, мало отличающиеся между собой по высоте (Иркутская ..., 1993). Максимальные относительные высоты в окрестностях Иркутска колеблются в незначительных пределах - от 160 м (в южной части) до 170 м (в северо-восточной части). Общие типичные черты рельефа в отдельных случаях нарушены геоморфологическими и геологическими процессами, и отдельные участки территории характеризуются крутыми, резкими склонами, присутствием сплошных обнаженных участков, висячих долин, оползней (Ломтадзе, 1938).
Основная часть городской территории находится в пределах высокой поймы и террас р. Ангары. Долина р. Ангары широкая, ассиметричная и не имеет однородного морфологического характера, представлена крутым правым и пологим, с широкой поймой, левым склоном. Русло реки в районе города под влиянием двух противоположно направленных притоков - pp. Иркута, Ушаковка изогнуто в виде дуги. Мысовидный уступ пойменной террасы, на котором расположена центральная часть г. Иркутска является продуктом выноса р. Ушаковка. В пределах города в долине р. Ангары выделяются три надпойменные террасы. Первая терраса возвышается над урезом реки на 0,5 -5,0 м с абсолютными отметками 425 - 430 м. Наиболее развита она по обоим берегам р. Ангары в районе Жилкино, сливаясь с поймой р. Иркута на левом берегу и поймой р. Ушаковки на правом. Поверхность ее заливается паводками, местами заболочена и покрыта озерами. Высота второй террасы - 8 - 12 м над урезом воды с абсолютными отметками 430 - 435 м. Эта терраса встречается в виде небольших, едва возвышающихся над поймой площадок. На ровной поверхности второй террасы расположена центральная часть города и пригороды: Ново-Ленино, Иркутск-2. К юго-востоку от центральной части города резко поднимается третья терраса высотой 15 - 25 м, абсолютные отметки 440 - 455 м. Эта терраса эрозионного происхождения, она плавно переходит в холмистую равнину Иркутского амфитеатра. На ее плоской поверхности расположена нагорная часть города. В пределах города уступ третьей террасы сохранился вдоль Центрального парка (ЦПКиО). Прослеживается эта терраса также на левом берегу Ангары (Логачев, 1958; Климат Иркутска, 1981). Наряду с тремя пойменными террасами в долине р. Ангары насчитывают 8-12 древних террас эрозионного и аккумулятивного происхождения высотой от 2 - 9 до 120 - 150 м. Нижние террасы, как правило, имеют значительный аккумулятивный покров, представленный песками и галечниками. Верхние террасы такого покрова не имеют, или он выражен в виде небольших изолированных участков с незначительной мощностью осадков (Николаев, 1948; Коржуев, Федотов, 1960).
Морфометрические параметры древесной растительности
Климат. Климатические особенности всей территории обследования определяются ее географическим положением в южной части Восточной Сибири и близостью оз. Байкал. Орографически район открыт только на север, поэтому он не доступен ни тихоокеанским, ни атлантическим воздушным массам, но зато хорошо продувается арктическими (Агроклиматические..., 1977). Согласно агроклиматическому районированию (Картушин, 1968), территория обследования относится к Южносибирской горно-таежной (г.Иркутск, пос. Тальяны, пос. Подкаменная) и Байкало-Становой горнотаежной и котловинной (пос. Нижний Кочергат) климатическим областям. Климату присущи черты резкой континентальное - большие значения годовых амплитуд положительных и отрицательных температур, небольшое количество осадков, неравномерное их распределение по сезонам года. Зимой господствует мощный сибирский антициклон, для которого характерны малоподвижный холодный воздух, мощные приземные инверсии, небольшая влажность. Благодаря антициклонической деятельности зимой преобладает ясная, морозная, почти безветренная погода, летом - жаркая, чередующаяся с ненастными периодами. Летом, особенно во второй его половине, над территорией образуется область пониженного давления. Западные циклоны вызывают изменение погоды - облачность и осадки. Временами при поступлении арктического воздуха наблюдаются прояснения и похолодания (Иванов, 1968).
Сложность орографии определяет ветровой режим территории. На всей территории господствует северо-западный перенос воздушных масс. Направление и скорость преобладающих ветров обусловлены Саяно-Байкальским горным обрамлением и распределением атмосферного давления. В районах Приангарья и Присаянья годовые скорости ветра достигают 2-3 м/с. Зимой господствуют юго-западные или юго-восточные ветры. Летом ветровой режим изменяется, преобладают уже северо-западные и западные ветры (Предбайкалье ..., 1965).
Показатели теплового и радиационного балансов находятся в зависимости от широтного положения и абсолютной высоты. Их значения минимальны в предгорьях Восточного Саяна и Предбайкалья и максимальны на Иркутско-Черемховской равнине. Среднегодовые температуры воздуха отрицательные и составляют около - 2С. Самым холодным месяцем является январь, его средняя температура находится в пределах -16,5 - -24,0С. Самый теплый месяц - июль, средняя месячная температура - около 16,5 - 19,0С. Безморозный период короткий и на большей части территории составляет менее 100 дней. Сумма положительных температур воздуха более 10С составляет в среднем 1550 - 1670С (Справочник ..., 1966 - 1968; Картушин, 1968; Иркутская ..., 1993).
Атмосферные осадки по территории распределяются неравномерно. В среднем за год на территории выпадает 380 - 480 мм. Основная часть осадков (до 85 %) выпадает в теплый период лета и главным образом во второй его половине. На зимний период приходится 10-15% среднегодового количества осадков. Годовой максимум осадков отмечается в июле - августе, минимум — в феврале - марте. Наибольшие годовые суммы осадков (около 600 мм) наблюдаются в пределах Приморского хребта. Высота снежного покрова варьирует от 20 до 60см, в центральной части района она составляет в среднем 30см. Продолжительность залегания снежного покрова 160-200 дней. Незначительная высота снежного покрова и низкие зимние температуры способствуют глубокому промерзанию почв. В мерзлом состоянии почва находится около 100 дней в году. Средняя глубина промерзания почв составляет 1,5м. Многолетняя мерзлота в виде редких островов и линз до 15м развита в поймах рек, на надпойменных террасах, в днищах падей и распадков, у подошвы склонов (Лопатовская, Михайличенко, 2002).
Основные климатические особенности Иркутска связаны с его расположением в центральной части Азиатского материка в удалении от морей и океанов, а также - с регулирующим влиянием таких водных объектов, как оз. Байкал и Иркутское водохранилище (Логачев, 1958; Иркутск, 1987). Климат города резко континентальный с теплым умеренно влажным летом и холодной сравнительно малоснежной зимой (Климат Иркутска, 1981). Среднегодовая температура воздуха составляет - 1,5С. Температура января за год в среднем колеблется в пределах от - 18 до - 20С. Высота снежного покрова составляет 20 - 40 см. Глубина промерзания почвенного покрова не превышает 120 - 130 см. Среднегодовая температура июля - 16 - 18С. Первая половина лета обычно засушлива с большим количеством ясных дней и высокими температурами воздуха (до 25 - 30С), вторая - обильна осадками. Общее количество осадков за год составляет 350-430 мм, из них в среднем 200 мм приходится на июль 31 август. (Справочник..., 1968; Климат Иркутска, 1981). В зимний период под влиянием азиатского антициклона преобладает ясная тихая погода, которая в силу особенности циркуляции усиливает процесс радиационного выхолаживания земной поверхности и приземных слоев воздуха, формирует мощные инверсионные слои. Инверсии температуры воздуха имеют большую повторяемость и являются характерной чертой климата города Иркутска. На формирование своеобразных климатических условий города оказывают влияние также слабые ветры, частые туманы и дефицит осадков. Особое значение приобретает местная циркуляция, возникающая вследствие термических различий между положительными и отрицательными формами рельефа и имеющая суточную периодичность. Нисходящие потоки образуют очаги застоя и интенсивных инверсий температуры воздуха в отрицательных формах рельефа, что усугубляет климато-экологическую обстановку (Медико-экологическая ..., 1997). Город открыт для северо-западного и юго-восточного воздушного переноса. Почти во все месяцы года средняя скорость северозападных ветров (2,3 м/с) наибольшая. Строение пойм р. Иркута и Ушаковки обеспечивает перенос воздушных масс от г. Шелехова (алюминиевый завод) и предместья Рабочее (завод тяжелого машиностроения) в центральную часть города (Геоэкологическая ..., 1990).
Тяжелые металлы: геохимическое перераспределение по почвенному профилю
Озелененные территории выполняют природоохранные, средозащитные, рекреационные, средоформирующие, санитарно-защитные и архитектурно-эстетические функции, являясь составной частью территории природного комплекса и зеленого фонда города (Неверова, 2001). Учитывая высокую чувствительность растений ко многим промышленным газам можно обоснованно связывать неудовлетворительное состояние зеленых насаждений городов с характером загрязнения воздуха и использовать их в качестве биоиндикаторов загрязнения окружающей среды (Николаевский, 1979; Сергейчик и др., 1998). Ответная реакция зеленых насаждений на воздействие техногенных эмиссий сходна с их реакцией на влияние других стрессовых факторов: климатических аномалий, дефицита минерального питания, массового размножения вредителей. Так, например, визуальные признаки поражения хвойных деревьев и антропогенными, и природными факторами выражаются в уменьшении длины хвои и сокращении продолжительности ее жизни, в изменении окраски хвои, появлении ажурности кроны (Черненькова, 1987; Нарушения ..., 2004; Черненькова, 2002).
Древесная растительность. Древесный ярус является мощным средостабилизирующим фактором экосистемы города. Современное состояние древесных насаждений г. Иркутска отражает высокую степень воздействия негативных факторов урбанизированной территории.
Общая площадь, занимаемая древесными насаждениями г. Иркутска и его ближайших окрестностей составляет 11,7 тыс. га, или около 30 % его территории. Однако, расположение их по районам города неравномерное. Наиболее озеленены Свердловский и Октябрский районы, а наименее -Куйбышевский.
Зеленые насаждения имеют как самостоятельное значение (лесопарки, парки, городские сады), так и входят в структуру застройки города. Огромная роль принадлежит зеленым насаждениям в решении проблемы организации отдыха городского населения. Кроме того, важная функция зеленых массивов заключается в улучшении микроклиматических условий: изменении солнечной радиации, температуры и влажности воздуха, скорости ветра, уменьшении шума и создании вместе с другими пригородными лесами защитного заслона вокруг города. Чем крупнее массив зеленого насаждения, тем благоприятнее микроклимат для отдыха людей, тем в большей степени проявляются его эстетические и санитарно-гигиенические свойства. Особенно это касается хвойных деревьев, которые в одиночных посадках не могут противостоять загрязнению в городских условиях, тогда как в крупных массивах они хорошо растут и развиваются. Зеленые насаждения рекреационных зон города Иркутска в настоящее время занимают общую площадь 350 га. Наиболее крупные зеленые массивы расположены на о. Юность, в Академгородке, на Кайской Горе, в парке им. Парижской Коммуны, в ЦПКиО, на бульваре им. Гагарина, в Иркутске-2 и в микрорайоне Ново-Ленино. Общая территория этих рекреационных территорий составляет 275 га или 78 % от всей территории, занимаемой зелеными насаждениями (табл. 4). Обеспеченность зелеными насаждениями одного жителя города составляет 5,8 м , что составляет только 50 % от норм по озеленению городских территорий. Ассортимент древесно-кустарниковых пород г. Иркутска представлен примерно 20 видами, не получившими однако массового распространения в городских посадках, и не отличается большим разнообразием. В зеленом строительстве города используются следующие основные породы деревьев и кустарников: тополь, береза, лиственница, клен, вяз, яблоня, черемуха. Положительной стороной следует считать использование в озеленении города пород деревьев и кустарников, которые достаточно устойчивы к загрязнению атмосферного воздуха - тополь, клен ясенелистный, яблоня сибирская, груша уссурийская, липа мелколистная.
Средний возраст древесной растительности города составляет 60-80 лет. В городе много старых, больных и поврежденных деревьев, нет достаточного ухода за насаждениями. Некоторые из используемых пород в озеленении города имеют невысокие декоративные качества, другие являются неустойчивыми, недолговечными в городских условиях произрастания. Породы древесных растений, представляющие наибольшую санитарную и декоративную ценность, составляют незначительный процент от всей массы применяемых в озеленении деревьев и единично распространены по городской территории. Древесная растительность парковых и лесопарковых зон городов постоянно находится в условиях сильной антропогенной нагрузки. Под влиянием многочисленных негативных факторов у древесных растений в городских условиях ухудшается внешний вид, уменьшается рост в высоту и радиальный прирост, сокращается ассимиляционная поверхность и размеры кроны, наблюдается преждевременное опадение листьев и хвои, некротизирование ассимиляционных органов (Кагарманов, Кулагин, 1998; Сергечик, 1994). В результате того, что городские деревья чрезвычайно ослаблены, у них снижается сопротивляемость к неблагоприятным абиотическим факторам, а также увеличивается восприимчивость к болезням и к повреждению энтомовредителями.
Одной из основных причин ухудшения условий произрастания древесной растительности является загрязнение атмосферного воздуха в городе. Так, под влиянием техногенного фактора в листьях и хвое уменьшается содержание хлорофилла, происходит значительное накопление химических элементов-загрязнителей, нарушаются процессы транспирации и фотосинтеза. Высокое содержание сажи и пыли в воздухе приводит к оседанию мелкодисперсных частиц на листьях и хвое деревьев, что способствует закупориванию устьиц ассимиляционных органов растений. С пылью на поверхность крон поступает большое количество тяжелых металлов. Так, например, к моменту листопада их содержание возрастает почти в два раза по сравнению с началом вегетационного периода (Шихова, 1997).
Картографирование территории г. Иркутска по состоянию почв и древесной растительности
По сравнению с древесной растительностью, травяной ярус является наименее устойчивым компонентом городской растительности. Экологический состав городской флоры значительно отличается от зональной. Уже на первых этапах рекреационной нагрузки по видовому составу и состоянию травяного яруса можно судить о силе антропогенного воздействия на лесные экосистемы. Многим видам растений сложно акклиматизироваться в городе, так как новые условия их местообитания непохожи на естественные. Установлено, что из сохранившихся местных видов обычно мало лесных, преобладают луговые и степные виды (Экология..., 1987; Терехина, 2000). Основное влияние на травяную растительность городов оказывают рекреационные нагрузки. Сначала вытаптываются лесные травы, моховой покров, после чего происходит уплотнение почв, меняется микроклимат припочвенного слоя и происходит наступление луговых и сорных видов. Затем, в результате постоянной деятельности человека, все больше нарушаются естественные фитоценозы и происходит их постепенное перерождение. Однако городская флора не может утратить полностью своих зональных черт, ее формирование также контролируется природно-климатическими условиями. Лучше всего свойства растительного покрова проявляются в городских лесах и лесопарках, где сохраняется естественный биологический круговорот питательных элементов (Игнатьева, 1993). Одной из отличительных особенностей растительности в городе является то, что она приспосабливается к развитию в засушливых условиях (Почва..., 1997).
Формирование растительного покрова в городе - это один из выраженных процессов современного изменения растительности под влиянием антропогенных факторов, который назван ботаниками синантропизацией флоры. На примере городской флоры хорошо заметны такие проявления синантропизации, как замещение узко распространенных видов космополитами; замена видов, приуроченных к определенному сочетанию экологических условий, видами более выносливыми к самым разным условиям, замена растений влаголюбивых более ксерофильными. На территориях, подверженных атмосферному загрязнению, отмечается обогащение флористического разнообразия растениями галофилами, увеличение доли злаков, возрастание численности одно-двухлетников, уменьшение относительного количества степных растений и увеличение сорных растений, резкое возрастание доли синантропных видов растений (Шилова, 1984).
В отличие от видового состава естественной растительности, флора городов очень динамична и непостоянна, здесь бывают свои волны наступления и отступления видов. И количество, и набор заносных видов растений меняются в городах за сравнительно короткие промежутки времени в зависимости от площади застроек, развития промышленности и транспорта.
Для оценки травяного покрова на пробных площадях, расположенных в парковых и лесопарковых зонах г. Иркутска был выбран следующий ряд показателей: общее количество видов, доля присутствия в травостое лесных, луговых и сорных видов, проективное покрытие, масса надземных и подземных частей растений. Исследования показали, что с усилением рекреационной нагрузки сокращается общая численность видов в травостое, изменяется их разнообразие и соотношение, ухудшается общее состояние. Увеличение антропогенного воздействия приводит к сокращению в травяном покрове доли лесных видов и увеличению доли луговых и сорных видов. Резкое увеличение обилия луговых и сорных видов, обусловлено их способностью переносить сильное уплотнение, повышенную инсоляцию и сухость почвы, а также быстро отрастать при повреждении пешеходами. К таким видам относятся Plantago media, Polygonum aviculare и другие. Постепенное обеднение видового состава травяного яруса в свою очередь приводит к снижению проективного покрытия. С уменьшением количества видов в травяном покрове снижается надземная фитомасса и исчезает его ярусность. Так, по данным натурных исследований, было отмечено, что общее видовое разнообразие травяного яруса на отдельных ПП в парковых и лесопарковых зонах г. Иркутска представлено 58 видами, из которых 40 % составляют сорные виды. Видами-доминантами являются: Роа pratensis, Trifolium pretense, Trifolium lupinaster, Ranunculus sceleratus, Polygonum aviculare, Anemone sibirica, Carex sp., Achillea millefolium, Achillea asiatica, Plantago depressa, Carum carvi, Phleum pretense, Equisetum arvense. Виды, имеющие высокую степень встречаемости: Potentilla anserine, Sanguisorba officinalis, Bromopsis inermis, Taraxacum officinale, Artemisia sp., Brachypodium pinnatum, Plantago media, Trifolium hybridum, Utricularia vulgaris. Исследования лесопарковых территорий показали, что растительность этих местообитаний является наименее нарушенной, и доля участия лесных видов среди общего числа составляет около 75 %. Фоновые ПП имеют максимальное видовое разнообразие (около 26-28 видов на каждой ПП) и минимальное количество луговых и сорных видов (от 5 до 8 видов на одной ПП).
При обследовании травяного яруса растительности городских парков и лесопарков было также выявлено, что показатель отношения количества луговых и сорных видов к общему числу видов имеет прямолинейную зависимость и описывается уравнением следующего вида: у = 0,55х - 0,64, где у - количество луговых и сорных видов, х - общее количество видов, коэффициент детерминации R составляет 0,75.
Кроме этого, результаты исследований показали, что с увеличением доли дорожно-тропиночной сети происходит уменьшение как общего количества видов, так и числа лесных видов, при этом доля луговых и сорных видов возрастает. Так, при увеличении дорожно-тропиночной сети до 50 - 60 % происходит неуклонное и весьма заметное уменьшение общего числа видов и постепенное возрастание доли луговых и сорных видов. Увеличение же дорожно-тропиночной сети до 70 % приводит к резкому возрастанию доли сорных и луговых видов и увеличению за их счет общего числа видов в составе травостоя. Дальнейшее усиление антропогенной нагрузки приводит к резкому снижению общей численности видов, их встречаемости и обилия в травяном ярусе. Одновременно эти же показатели заметно возрастают у сорных видов. Травяной покров становится практически одноярусным, а на участках с показателем рекреационной нагрузки 70 - 80 % он сильно изменен и находится в стадии деградации.
