Рослини і місто
З ростом урбанізації, природне середовище наблизилось до мешканців міста так, що тепер все частіше говорять про "міське середовище".
Із свого повсякденного досвіду жителі міста знають, наскільки зелені насадження пом’якшують літню жару і сухість, захищають від палючого сонця і сильних вітрів. Міські рослини виконують санітарно-гігієнічні значення.
Людині поруч із зеленими рослинами живеться набагато комфортніше ніж без них, але постає питання: “А як живеться самим рослинам в урбанізованому середовищі”?
Світловий режим в містах залежить не тільки від географічного положення, яке визначає кількість сонячної радіації, що надходить, тобто в значній мірі від стану міської атмосфери. Сильне задимлення і запиленість повітря в місті, а також більш часта кількість туманів затримують значну частину сонячних променів. В доповнення до загального зниження радіації в містах нерідкі випадки, коли рослини зазнають нестачу світла із-за затінення багатоповерховими будівлями. Більшість дерев росте поряд з вуличними ліхтарями, вони освітлені ввечері і ночі. Це додаткове підсвічення, означає для рослин подовження світлового дня і може вплинути на ті явища в їх житті, котрі регулюються довжиною дня.
У великих містах тепловий режим складається під впливом багатьох чинників. Розглядаючи місто, як поверхню сонячного тепла, географи характеризують його як "поверхню скельного типу" – з великою теплопровідністю. Якщо добавити до цього ще те, що міста виробляють і власне тепло, і що нічному випромінюванню заважає "пилова шапка", то стане зрозуміло – місто більш тепле місцезнаходження порівняно з зональним фоном.
Для рослин існує ще один немало важливий бік теплового режиму – це тепловий режим грунту, достатньо незвичний для життя рослин. В жаркі літні дні асфальтове покриття нагрівається, віддаючи тепло не тільки приземному шару повітря, але і поверхневим шарам грунту. Так грунт прогрівається до 29-32оС на глибину 40см, в цьому шарі як правило не лишається живого коріння, воно розміщується в значно глибших горизонтах.
В зимовий час температурний режим грунту також суворий. На вулицях міст, де сніг убирають, а шар асфальту має велику теплопровідність, грунт охолоджується до -10 -13оС, що може викликати промерзання коріння.
Важливий екологічний фактор в житті рослин – волога. Основним джерелом її надходження до надземної рослинності – атмосферні опади. Над містами нерідко випадає приблизно на 10-15% більше ніж над оточуючими територіями. Але рослини навіть в умовах чого відчувають нестачу в грунтовій волозі. З водонепроникного асфальту дощові води стікають в каналізаційну мережу. Стікання дощових вод "повз грунт" означає також зменшення кількості вологи, випаровуваної із поверхні, а це сприяє зниження вологості повітря. В літні місяці вона на 5-6% нижче, ніж на оточуючих територіях, а в жаркі літні дні може знижатися до 20-22%.
Особливо негативно для міських рослин використання в зимовий час солей для швидкого звільнення дорожного покриття від снігу. В результаті вздовж автомагістралей з’являються засолені грунти, як у сухих степах чи на морському узбережжі.
В опадах, випадаючих над містом, концентрація тільки розчинених компонентів доходить до 100мг/л. За оцінкою деяких вчених, на 1км2 міської території щорічно випадає 20-30т різних речовин, що в 4-6 раз більше ніж сільській місцевості [1].
Джерелами техногенного забруднення екосистем сполуками металів є гірничовидобувна, хімічна промисловості, металургія, електроенергетика (теплові електростанції), побутові відходи, стічні води, внесення в грунт хімікатів, у тому числі добрив [2, 3, 4]. В наш час актуальним є вивчення забруднення навколишнього середовища полікомпонентними викидами автомобільного транспорту.
Як відомо, викиди автотранспорту містять безліч токсичних сполук. У відпрацьованих газах двигунів внутрішнього згорання (ДВЗ) виявлено близько 1200 різних компонентів, при цьому розшифровано приблизно 200 сполук. Поряд з нетоксичними елементами (азот, кисень, водень, водяна пара) відпрацьовані гази ДВЗ містять речовини, що шкідливо діють на навколишнє середовище і людину. До таких належать: оксид вуглецю, оксид та двоокис азоту, альдегіди, двоокис сірки, сажа, канцерогенні речовини [5]. Найнебезпечнішими з них є сполуки свинцю, викид яких в атмосферу при роботі двигуна становить близько 70%, при цьому 30% осідає на поверхні землі, а 40% знаходиться в повітрі в летючому стані. За останні роки відзначено зростання викидів свинцю в атмосферу майже вдвічі. Він є одним із найбільших забруднювачів атмосфери [3, 6, 7, 8]. Так один автомобіль в середньому за рік (пробіг 15 тис. км) викидає в атмосферу біля 1 кг свинцю, 27кг оксидів азоту, 3250кг вуглекислого газу, 350 г угарного газу, 93кг поліароматичних вуглеводнів (ПАВ). Широко застосовувані в містах крупногабаритні будівельно-дорожні машини і механізми мають високий розхід палива, а отже мають і великий об’єм викидів [9].
Серед важких металів свинець є найменш рухомим хімічним елементом. Цей метал асоціюється здебільшого з глинистими мінералами, оксидами марганцю, гідроокисами заліза та алюмінію, а також з органічними речовинами, які відіграють головну роль у фіксації свинцю в грунті. Переважна частина органічних речовин зосереджена на глибині 0-20см, тому сполуки свинцю в грунтовому розрізі локалізовані головним чином у верхніх горизонтах, де вони адсорбуються на колоїдах грунтового поглинаючого комплексу [10, 11, 12]. Залежно від типу грунту, способу зволоження та наявності органічної речовини період напіввидалення іонів свинцю становить 740-5 900 років.
Під час надходження плюмбуму від автотранспорту забруднюється смуга ґрунту завширшки 50-100м, рідше – 300м [13]. Вміст свинцю збільшується під впливом вихлопних газів в 5-20 разів в сільськогосподарських рослинах, в 50-200 разів у трав'янистих та 100-200 разів в деревних рослинах. Гравітаційне осадження та наявність крупнодисперсних фракцій пояснює високий вміст свинцю в рослинності та ґрунті до 35м від доріг [14, 15].
Грунтові фактори, такі як низький рівень рН, малий вміст фосфору, наявність органічних лігандів, позитивно впливають на поглинання іонів свинцю коренями та його міграційну здатність в рослині [16]. Вміст свинцю в коренях рослин часто корелює з його вмістом у грунтах, проте така залежність спостерігається не завжди, що зумовлено як фізико-хімічними параметрами грунту, так і наявністю захисних бар’єрів у рослинному організмі.
Першим бар’єром, що обмежує проникнення важких металів у корінь, є слиз, в якому відбувається активне зв’язування катіонів свинцю карбоксильними групами уронових кислот. Також порівняно висока концентрація свинцю виявлена у зовнішніх клітинах кореневого чохлика [17]. Можна припустити, що певна частина іонів важкого металу видаляється із клітини кореневого чохлика, які постійно оновляються, інша – проникає в клітини ризодерми і кори [18], яка завдяки своїй багатошаровій анатомічній структурі є основним бар’єром для проникнення свинцю в рослину. Такий фізіологічний бар’єрний механізм сприяє закладанню бічних коренів [17], а також забезпечує нормальне формування кореневої системи рослини навіть за умов надлишку свинцю в грунті.
Природна концентрація свинцю в різних грунтах коливається в межах 3-189мг/кг. При цьому середні значення за типами грунтів становлять 10-67мг/кг. Гранично допустима концентрація (ГДК) свинцю в грунті – 30мг/кг, у повітрі – 0,01мг/м³ , у воді – 0,03мг/л [16, 19, 20].
Автомобільні дороги є одним із джерел утворення пилу в приземному повітряному шарі. При рухові автомобілів відбувається стирання дорожного покриття і автомобільних шин, продукти зносу яких змішуються з твердими частинками відпрацьованих газів. До цього додається бруд, занесений на проїжджу частину з прилягаючого до дороги грунтового покриву. Внаслідок цього утворюється пил, який в суху погоду піднімається в повітря над дорогою і осідає чи зноситься вітром і осідає на рослини [21].
Надто негативно позначаються на життєдіяльності рослин автотранспортні викиди і пилоподібні забруднення. У липи, в якої зменшується розмір хлоропластів, скорочується кількість та розмір листя, тривалість життя листя скорочується на 25-40 днів, зменшується розмір та щільність продихів, загальний вміст хлорофілу зменшується в 1,5-2 рази. Концентрація свинцю в квітках та плодах на багато вища, ніж в інших частиках рослини, та слабо залежить від зовнішньої концентрації елемента [22]. В роботі [23] досліджувалася можливість змиву свинцю з листя, що випав з атмосфери. Велика частина видалялася, але кількість варіювала в залежності від виду рослин. Має значення й структура кутикули листка, абсорбуюча поверхня листків та поглинання з ґрунту. Не менш як 50% свинцю може видалятися простим змиттям водою.
На стан рослин в міському середовищі також впливає і сама людина. Вона виходячи з нових умов культури, а також завдань проекту зеленого будівництва, прагне підтримувати зростання і розвиток дерев на оптимальному їй рівні.
Обрізка рослин − один з основних прийомів формування і догляду за рослинами, здійснюваних впродовж всього онтогенезу. Обрізка проводиться з метою регулювання і контролю за нормальним зростанням і розвитком, формуванням крони і коріння, цвітінням, тобто збереженням оптимального співвідношення між надземною (кроною) і підземною (корінням) частинами рослини; нормального функціонування коренелисткового обміну (поліпшення водного режиму, вуглеводного і азотного обміну), синтезу органічних речовин і пересування ассимілянтів як в процесі вирощування в розпліднику, так і в подальшому – на об'єктах зеленого будівництва; надання деревам декоративної форми і, нарешті, омолоджування старих рослин з метою активізації життєвих функцій.
Для здійснення обрізки необхідне знання біології зростання і розвитку окремих видів, їх метамерних (коріння, стовбура, сучків, гілок, пагонів) органів; довговічності рослини. Незнання цих особливостей, законів обрізка вельми негативно відображується на розвитку.
Глибока обрізка молодої рослини призводить лише до його ослаблення, втрати декоративності і скорочення життя, зменшення цвітіння. Знання біології розвитку вигляду, розуміння законів листорозміщення – мозаїки, застерігає від неправильних дій в процесі обрізки.
Кажучи про біологічні особливості зростання і розвиток, ми враховуємо форму крони, її зміну з віком, тип галуження, можливість викликати пробудження сплячих бруньок і здатність переносити обрізку [24].
Для того щоб зелені “легені” ефективно працювали необхідно вивчати аутехнологічні реакції рослин на забруднення та агротехнічні заходи догляду за рослинами, це стосується і такого заходу як глибока обрізка деревних рослин.
