Поглощение пыли и аэрозолей из воздуха листьями зависит от свойств самих растений (размера и формы листовых пластинок, густота покрова листовой поверхности, степени покрытия листьев воском, характера архитектоники кроны и положения в них листьев). Исследования пылезадерживающих свойств растений впервые проведены Г.Д.Ярославцевым (1954) и М.Ф.Ефимовым (1959) [4,24]. Были установлены различия в запылении листьев в зависимости от положения в кроне, характера текстуры и возраста листовых пластинок, их видовой принадлежности. Максимальной пылезадерживающей способностью обладают виды растений, листья которых имеют сравнительно большие размеры с крупными железистыми волосками, выделяющими клейкую жидкость, и рельефное плотное жилкование. Признанными биофильтрами являются также хвойные. Так сосна обыкновенная способна задерживать в 10-15 раз больше пыли, чем другие древесные породы, в частности – лиственные (осина, береза, черемуха, вяз, клен и др.) [22].
Но не только морфологические особенности листьев определяют сорбцию загрязнителей из воздуха. Важна роль условий и характера загрязнения (размера частиц пыли и водорастворимых металлов, их концентрации, температуры среды, степени освещенности) [16].
Проблема пылезадерживающей способности растений особо актуальна в связи с тем, что именно пылевые частицы определяют миграцию элементов, в том числе и тяжелых металлов. Например, легкое опушение листьев липы и клейкая поверхность тополя обуславливают высокое содержание в них стронция (а также титана, меди, хрома, никеля) по сравнению с другими видами деревьев [10].
Исследование флористического состава древесных сообществ показало, что основными древесными породами, использующимися в озеленении придорожных территорий Плавского района, являются: клен остролистный и ясенелистный, липа сердцевидная, береза повислая, тополь черный. При этом виды различаются по пылезадерживающей способности листовых пластинок.
Как говорилось выше, наибольшей автотранспортной нагрузкой и среднем уровнем загрязнения характеризуются III и IV точки пробоотбора. В связи с этим придорожные территории именно этих точек характеризуются максимальным объемом поступающих газопылевых выбросов, оседающих на поверхности листвы древостоя. Анализ данных таблицы 6 позволяет заключить, что в условиях придорожных зон, отличающихся повышенным уровнем автотранспортной нагрузки, количество аккумулированных листовыми пластинками древесных растений поллютантов превосходит таковое в 1,5-6,5 раз по сравнению с контролем (приложение 8).
Проведенное исследование показало, что максимальной пылезадерживающей способностью обладают липа сердцевидная (265,5 мг/дм2) и тополь черный (240,3 мг/дм2), минимальной – клен остролистный (не более 36,4 мг/дм2). Высокая степень аккумуляции поллютантов данными видами становится возможной благодаря рельефности листовой пластинки (липа сердцевидная) и клейким выделениям (тополь черный).
Таким образом, исследованные виды древесных растений различаются по пылезадерживающей способности, что делает возможным подбор древесных пород для создания санитарно-защитных полос придорожных территорий и рекультивации нарушенных земель. При этом подбор озеленителей должен основываться на предпочтении пород, которые являются аборигенными, отличающимися малотребовательностью к условиям произрастания, высокой засухо- и морозоустойчивостью, быстрым ростом, декоративностью, устойчивостью к промышленным загрязнителям и способностью аккумулировать их в большей степени.
2.4. Экологическое состояние древостоя придорожных территорий
Произрастание древесных растений в условиях придорожных территорий и влияния поллютантов, поступающих в окружающую среду, в результате работы автотранспорта, приводит к формированию комплекса разнообразных изменений в процессах жизнедеятельности организма. Изучение ответных реакций растений на антропогенное воздействие актуально в связи с возможностью оценки негативных последствий на другие группы живых организмов, в том числе и человека. Использование в качестве объектов таких исследований древесных растений объясняется их общепризнанной биосферной и средостабилизирующей функцией как фитофильтра на пути распространения загрязнителей [8].
Реакция растений на воздействие извне может выражаться и изучаться на разных уровнях организации: от молекулярного до экосистемного. На уровне тканей и органов растений отклонения от нормы развития при воздействии загрязняющих веществ оказываются большей частью результатом дисфункции системы нормальной регуляции онтогенеза, патологических отклонений в процессах транспорта веществ, нарушений межорганных и межтканевых взаимодействий, в механическом повреждении кристаллической структуры воскового покрытия, что вызывает увеличение потерь воды при транспирации и поражение поверхности листьев, лишенных воскового покрытия, паразитами [22]. Для многих видов характерно появление в промышленной зоне ряда признаков, которые принято считать индикаторами ксероморфизма: уменьшение размера и толщины листовых пластинок, повышение плотности тканей и количества эпидермальных клеток и устьиц на единицу площади и прочее, что Ю.З. Кулагин объясняет предадаптивной устойчивостью растений в изменившихся условиях местообитания.
В связи с чем в рамках проводимого исследования нами было изучено воздействие эмиссии выхлопных газов на морфологическую структуру листа древесных растений придорожных территорий. Показано, что в условиях придорожных территорий происходит уменьшение площади листа от 3% до 56% по сравнение с контролем в зависимости от вида и точки пробоотбора. При этом наибольший эффект воздействия газопылевых выбросов в пределах придорожных территорий проявляется на листьях клена ясенелистного. Для данного вида характерно уменьшение площади листа на 40-56% по сравнению с контролем (приложение 9).
Для тополя черного в условиях придорожных территорий I и II точек пробоотбора характерно минимальное снижение площади листа на 3% по сравнению с контролем, но ее значительное уменьшение в III и IV точках пробоотбора.
В рамках исследования было обнаружено, что для березы повислой в пределах придорожной зоны III точки пробоотбора увеличение площади листа на 20% (0,12±0,01 дм2 против 0,1±0,01 дм2 в контроле). При этом во всех остальных точках также как и для других видов происходит уменьшение площади листа на 20-30% по сравнению с контролем.
Однако, как было указано выше, нарушения жизнедеятельности растений под влиянием газопылевых выбросов затрагивают не только суборганизменные уровни организации жизни, но и надорганизменные.
При этом в качестве интегрального показателя устойчивости древесных растений в условиях придорожной зоны наиболее целесообразно использовать оценку жизненного состояния древостоя. Проведенное исследование показало, что жизненность изученных древесных растений колеблется в пределах 1-3 баллов (приложение 10). Выявлена низкая жизненность (категория «сильно ослабленные») у тополя черного (энтомопоражения, некрозы), произрастающего в пределах IV точки пробоотбора. Как указывалось выше, придорожные территории п. Агролес (IV точка), отличаются максимальным объемом поступающих загрязнителей, превышающем таковое на 28-95% в других точках (табл.4). Снижение жизненного состояния древесных растений подтверждает полученные данные по уровню загрязненности почвы («среднее загрязнение») (табл. П.7.1, приложение 7).
Остальные виды характеризуются как «здоровые» или «ослабленные» в зависимости от точки пробоотбора и, соответственно уровня загрязнения (приложение 10).
Оценка экологического состояния древостоя каждой из исследованных точек пробоотбора в целом показало, что данный показатель устойчивости различается для различных придорожных территорий (приложение 11).
При этом древостои придорожных территорий характеризуются, как «здоровые» или «ослабленные». III и IV точки пробоотбора характеризующиеся максимальной автотранспортной нагрузкой (948 шт./час и 1327 шт./час соответственно) характеризуются снижением общего экологического состояния (категория «ослабленные») до 2,1±0,2 и 2,4±0,2 балла.
Сравнительный анализ данных таблицы 8 свидетельствует о том, что:
- во всех точках пробоотбора (за исключением контроля) здоровый древостой тополя черного отсутствует;
- среди основных повреждений, негативно влияющих на состояние древостоя в целом можно назвать некротические и хлоротические изменения листьев, суховершинность и ажурность кроны, появление сухих ветвей в кроне;
- выявлена прямая коррелятивная связь (r = 0,98) между автотранспортной нагрузкой и коэффициентом состояния древостоя. В целом связь между этими параметрами выражается с помощью следующего модельного уравнения, построенного в среде статистического пакета программы MS Excel 2003:
КДр = 0,0009*N + 1,2597,
где:
КДр – моделируемая переменная – коэффициент состояния древостоя, балл;
N – переменная величина – суммарная автотранспортная нагрузка, шт./час.
Построенная модель позволяет количественно и качественно описывать взаимосвязь между этими параметрами с величиной достоверности аппроксимации (R2), равной 0,9639 (приложение 12).
Таким образом, в условиях существования древесных культур на придорожных территориях, они испытывают негативное воздействие поллютантов, поступающих в результате работы автотранспорта.
ВЫВОДЫ
1. Основными древесными породами, использующимися в озеленении придорожных территорий Плавского района, являются: клен остролистный и ясенелистный, липа сердцевидная, береза повислая, тополь черный.