Factors of soil and atmospheric air degradation and their influence on the state of plants in urban and suburban ecosystems

Cover Page
  • Authors: Larionov M.V.1, Larionov N.V.2, Gromova T.S.3, Siraeva I.S.3, Ermolenko A.S.3, Volodkin A.A.4, Levkina G.V.5
  • Affiliations:
    1. Balashov Institute of Saratov State University
    2. Secondary School № 2 of Kotelniki
    3. Saratov State University
    4. Penza State Agrarian University
    5. Bryansk State Technological University of Engineering
  • Issue: Vol 9, No 2 (2020)
  • Pages: 78-85
  • Section: General Biology
  • URL: https://snv63.ru/2309-4370/article/view/41929
  • DOI: https://doi.org/10.17816/snv202113
  • Cite item

Abstract


This paper presents data on characteristics and extent of degradation of soil quality, atmospheric air and plants in urban and suburban areas of the Lower and Middle Volga region, Central Chernozem region. The goal of the research is to analyze and present data of environmental monitoring of soil, atmosphere and plants. On the example of the Saratov, Voronezh and Penza Regions, the values of the state of terrestrial ecosystems on different types of soils are established. The predominant position in terms of area and economic use is occupied by soils transformed in the course of urban development, as well as artificial soils. Compaction, anthropogenic inclusions, littering and heavy metal contamination are of great importance in the degradation of the soil cover. In the air-technogenic pollution, the formation and deposition of dust on the leaf surface of plants plays a significant role. Bioindicative signs in the analysis of the state of the environment and ecological systems were indicators of the viability, condition and stability of trees and shrubs. They are obtained based on average data from the research and subsequent assessment of life status. Separately, the indicators of degradation of woody plants assimilation organs depending on the levels of unfavorable soil-ecological and aerogenic conditions in urban and suburban ecosystems of the studied regions are considered. The significance of degradation of environmental objects by analyzed anthropotechnogenic factors is reflected in the correlation analysis results.


Full Text

Введение

В наши дни вопросы, связанные с определением и оценкой состояния объектов окружающей среды, являются актуальными [1–3]. В особенности это относится к местам функционирования природных и искусственных экосистем городских и пригородных территорий. В оценке экологических условий для развития фитоценозов большое значение представляют данные мониторинга состояния почв, структурообразующих (фитоценозообразующих) организмов и атмосферного воздуха.

Известно, что деградация окружающей среды негативным образом сказывается на морфологических, анатомических и физиологических особенностях растений [4–7]. Деградационные явления в почвах и воздухе могут лимитировать жизненное состояние и устойчивость древесных растений, снижать их биоресурсный, биоклиматический и средооптимизационный потенциал. Для городских и пригородных фитоценозов данное обстоятельство приобретает первоочередное значение в утрате ими санитарно-экологических, планировочных и социальных функций.

Определение особенностей деградации почв, атмосферы и растений в городских и пригородных экосистемах представляет сейчас актуальную научную задачу в регионах Нижнего и Среднего Поволжья, Центрального Черноземья. Значения ослабления растительных организмов в условиях природно-хозяйственных комплексов представляют биоиндикационные признаки по отношению к местам их обитания. В городах и пригородах данных географических регионов экологический мониторинг, включительно биоиндикация, объективно необходим для получения современных сведений о негативных экологических явлениях в объектах окружающей среды.

Методы исследований

Типы почв определялись посредством сплошного обследования городских и пригородных территорий с использованием актуальных методических материалов [8; 9]. С помощью общепризнанных методов экологического почвоведения определялись уплотненность почв, количество антропотехногенных включений: каменистость, замусоренность поверхности почв и травянистого покрова [9]. Пылевое загрязнение воздуха и древесных растений (Sorbus aucuparia L., Вetula pendula Roth, В. alba L., Fraxinus excelsior L., Aсer platanoides L., A. campestre L., А. tataricum L., A. ginnala Maxim., Malus sylvestris (L.) Mill., Quercus robur L., Padus avium Mill., Populus tremula L., Р. nigra L., Salix alba L., S. caprea L., S. acutifolia Willd., S. pentandra L., S. triandra L., S. fragilis L., Ulmus laevis Pall., U. minor Mill., U. glabra Hudson, Pinus sylvestris L., Prunus spinosa L., P. domestica L., Cerasus vulgaris Mill., C. fruticosa Pall., Tilia cordata Mill.) устанавливалось методом взвешивания образцов листьев до и после смыва [10; 11]. Концентрации тяжелых металлов устанавливались атомно-абсорбционным методом [12; 13]. Индекс жизненного состояния (ИЖС) устанавливался по методике оценки состояния представителей этих видов растений [14] и по эколого-дендрологическим рекомендациям применительно для городской среды [15; 16]. Детальному анализу подвергнуты уровни поврежденности листьев с использованием удобного в лесоводстве, ботанике и экологии растений метода [17–19]. В обработке материалов использованы методы математической статистики [20; 21]. Все эколого-диагностические данные получены в 5%-м диапазоне точности.

Результаты и их обсуждение

В ходе обследований пригородных территорий установлено, что они преимущественно представлены природными почвами с признаками хозяйственной трансформации вследствие дорожно-тропиночных, рекреационных, сенокосных и пастбищных нагрузок. Также в ряде мест, особенно в непосредственных пригородных зонах, имеются урбанопочвы и урбаноземы (около жилищ, хозяйственных и производственных объектов). Непосредственно в городах наземная растительность развивается на урбанопочвах, урбаноземах, урбанотехноземах, реплантоземах, культуроземах. Незначительно в некоторых специальных зонах встречаются некроземы.

Реализованный мониторинг в 2011–2019 гг. позволил получить результаты, представленные в виде таблиц 1–4. В них первые три столбца содержат данные о деградации почвенного покрова, причем третьи столбцы – также и о деградации травяного покрова. Последние два столбца отражают экологические показатели состояния древесных растений, составляющих основу вертикальной и экологической структуры фитоценозов урбосистем Нижнего и Среднего Поволжья, Центрального Черноземья.

В таблице 1 содержатся среднестатистические результаты определения экологического состояния почв, приземного воздуха и растений в городских и пригородных экосистемах г. Балашова Саратовской области.

 

Таблица 1 – Показатели деградации окружающей среды и экологического состояния древесных растений г. Балашова

Экологические показатели окружающей среды и растений

Уплотнение почв, г/см³

Каменистость почв, %

Захламленность почв и травяного покрова, %

Пыль на листьях, г/см²

ИЖС древесных растений, %

Поврежденность листьев древесных растений, %

Контроль (природные почвы)

1,18

4,6

5,1

0,003

83,4

4,8

Урбанопочвы

1,25

12,5

18,2

0,014

72,1

15,4

Урбаноземы

1,34

17,3

35,6

0,018

65,5

25,2

Культуроземы

1,14

8,1

16,4

0,005

78,2

7,3

Урбанотехноземы

1,46

39,4

27,5

0,022

61,3

33,8

Реплантоземы

1,28

15,5

13,1

0,011

67,4

21,9

Некроземы

1,22

18,3

19,2

0,008

74,6

12,5

Средние значения по городу

1,27

16,5

19,3

0,012

71,8

17,3

 

 

В среднем по городу установлена слабая уплотненность почв (по оценочным критериям: 1,2–1,4 г/см³ [9]), равная 1,27 г/см³. Выше этого значения имеют урбаноземы, реплантоземы, характеризующиеся аналогичной категорией состояния. Урбанотехноземы, испытывающие наибольшее давление среди остальных городских грунтов, характеризуются средней уплотненностью (1,46 г/см³). Минимально уплотнены культуроземы (1,14) и природные почвы (1,18 г/см³).

Каменистость почв и почвогрунтов составляет 16,5%. Это средневзвешенный слабый уровень данного вида техногенной деградации почвенного покрова. При этом культуроземы обладают низким уплотнением (8,1%), большинство остальных типов грунтов – слабым уплотнением (в диапазоне диагностической категории 10–25% [9]). Лишь урбанотехноземы являются среднеуплотненными: 39,4%. Низкая каменистость у культуроземов (8,1), природных почв (4,6%).

Во всех вариантах установлена слабая захламленность почв и травяного покрова (согласно соответствующей категории деградации: 10–25% [9]). Поэтому среднее арифметическое значение захламления почв и травянистой растительности также характеризуется слабым уровнем деградации: 19,3%. Низкая замусоренность лишь на территориях с сохранившимися природными почвами (5,1%).

Минимально загрязнение приземного воздуха пылью происходит в сельскохозяйственных зонах, располагающихся преимущественно на культуроземах (0,005) и на территориях кладбищ (0,008 г/см² листьев деревьев и кустарников). На остальных территориях уровни загрязнения воздухе пылью достоверно выше. Максимальные его средние значения достигают в местах расположения урбанотехноземов (0,022), урбаноземов (0,018) и урбанопочв (0,014 г/см² листьев древесных растений). Древесные растения, растущие на таких грунтах, прежде всего листья и побеги, безусловно, испытывают существенное угнетение.

Среднее значение ИЖС древесных растений соответствует слабому повреждению: 71,8%. Превышают это значение растения, произрастающие на урбанопочвах (72,1%), некроземах (74,6%). Выше всего виталитет у растений на культурных почвогрунтах: 78,2%. Минимальные уровни виталитета характерны для древесных растений, произрастающих на урбанотехноземах (61,3), урбаноземах (65,5), реплантоземах (67,4%). На этих почвогрунтах древесные растения также характеризуются минимальной степенью ослабления (согласно числовым значениям в рамках диагностического критерия: ИЖС = 50–79% [9]). Относительно здоровое состояние у древесных растений, произрастающих только на участках с природными почвами (83,4%).

Среднеарифметический показатель повреждения листьев древесных растений диагностирован на слабом уровне: 17,3% от общей площади листовых пластинок. Выше него установлены средние арифметические показатели поврежденности листьев растений, растущих на урбаноземах (25,2), урбанотехноземах (33,8), реплантоземах (21,9%). Эти значения также показывают слабый уровень повреждения листьев древесных растений в городских и пригородных экосистемах. Тем не менее налицо явная деградация ассимиляционных органов данных организмов в исследованных сообществах. Минимальный (низкий) уровень деградации листьев установлен у растений, обитающих на культуроземах (7,3) и на природных почвах (4,8%).

Вычисление коэффициентов корреляции позволило определить наиболее значимые деградационные факторы почвенной и воздушной среды в ослаблении растительных организмов. Коэффициенты корреляции между показателями деградационных условий почвенной среды и жизненностью древесных растений составили: в районе урбанотехноземов r = 0,88 (фактор уплотнения), r = 0,84 (фактор каменистости), r = 0,79 (фактор захламленности); в районе урбаноземов r = 0,85 (фактор уплотнения), r = 0,81 (фактор каменистости), r = 0,76 (фактор захламленности); в районе реплантоземов r = 0,78 (фактор уплотнения), r = 0,73 (фактор каменистости), r = 0,68 (фактор захламленности). Видно, что во всех выше указанных случаях, кроме последнего, установлена сильная статистическая зависимость.

Между запыленностью приземной атмосферы и жизненностью древесных растений, а также между данным видом атмосферного загрязнения и процентами поврежденности листьев этих организмов выявлена сильная корреляция, варьирующая в пределах: от 0,91 (территории с урбанотехноземами) до 0,75 (территории с реплантоземами) по первой паре сравниваемых признаков, от 95 (территории с урбанотехноземами) до 0,79 (территории с реплантоземами) по второй паре сравниваемых санитарно-экологических показателей.

Также установлена высокая корреляция показателей жизненности представителей анализируемой группы растений с содержанием ТМ в почвогрунтах: при средневзвешенном содержании Pb 77,5 мг/кг r = 0,94, при содержании Zn 138,4 мг/кг r = 0,87 (урбанотехноземы); при содержании Pb 43,2 мг/кг r = 0,89, при содержании Zn 81,5 мг/кг r = 0,83 (урбаноземы); при содержании Pb 30,6 мг/кг r = 0,77, при содержании Zn 63,4 мг/кг r = 0,72 (реплантоземы).

В остальных случаях между факторами деградации почвенного покрова, воздушного бассейна и экологическим состоянием древесных растений корреляция средняя и слабая. Ее наличие показывает о значении техногенно-деградационного характера состояния окружающей среды в данном урборайоне.

Все значения экологических показателей в г. Балашове оказались выше контрольных значений.

По г. Борисоглебску Воронежской области получены и обработаны данные, представленные в табл. 2.

Этот населенный пункт характеризуется незначительным (слабым) уплотнением: 1,23 г/см³. В наибольшей мере уплотнение выявлено для урбаноземов (1,28), реплантоземов (1,25) и особенно для урбанотехноземов (1,34 г/см³). Минимальным уплотнением отличаются культуроземы (1,13), природные почвы (1,16 г/см³).

 

Таблица 2 – Показатели деградации окружающей среды и экологического состояния древесных растений г. Борисоглебск

Экологические показатели окружающей среды и растений

Уплотнение почв, г/см³

Каменистость почв, %

Захламленность почв и травяного покрова, %

Пыль на листьях, г/см²

ИЖС древесных растений, %

Поврежденность листьев древесных растений, %

Контроль (природные почвы)

1,16

3,9

4,7

0,002

87,3

4,3

Урбанопочвы

1,22

10,7

14,1

0,012

74,6

12,7

Урбаноземы

1,28

15,2

30,8

0,015

67,8

22,3

Культуроземы

1,13

6,8

14,8

0,003

82,5

8,5

Урбанотехноземы

1,34

34,3

25,2

0,020

64,8

30,6

Реплантоземы

1,25

13,1

10,9

0,009

70,3

18,4

Некроземы

1,20

14,8

15,3

0,006

77,2

9,1

Средние значения по городу

1,23

14,1

16,5

0,010

74,9

15,1

 

В среднем количество антропогенных включений соответствует слабому значению: 14,1%. Наиболее значим фактор каменистости для урбаноземов (1,28), реплантоземов (1,25) и прежде всего для урбанотехноземов (1,34%). В меньшей степени он проявляется в культуроземах (6,8) и природных почвах (в них каменистость составляет 3,9%).

Среднеарифметический показатель захламленности – 16,5% – для Борисоглебска соответствует слабому санитарно-экологическому оценочному критерию для почв и грунтов, а также для сообществ травянистых растений. Большинству городских грунтов также соответствует слабая захламленность. Исключение составляют грунты со средней степенью замусоренности – урбаноземы (30,8), урбанотехноземы (25,2), а также природные почвы с низким средним значением этого санитарно-экологического показателя (4,7%).

Пылевое загрязнение приземной атмосферы существенно для этого поселения. В среднем, в осажденном на листьях деревьев и кустарников виде оно составляет 0,010 г/см². Количества осевшей пыли выше среднего значения по городу характерны древесным растениям, растущим на урбанотехноземах (0,020), урбаноземах (0,015), урбанопочвах (0,012 г/см²). В остальных случаях установлены существенно меньшие среднестатистические значения пылевого загрязнения приземного воздуха и древесных растений.

Ослабленная жизненность характерна для древесных растений, произрастающих в экосистемах города и пригородных территорий на разных грунтах. Среднее арифметические значение по Борисоглебску составляет 74,9%. Лишь на природных почвах древесные растения проявляют нормальный виталитет: 87,3%. Наибольшие значения ослабления древесных растений выявлены для территорий с урбаноземами (67,8) и урбанотехноземами (64,8%).

В частности, непосредственно по поврежденности листьев деревьев и кустарников можно констатировать следующее. В среднем по изученным городским и пригородным экосистемам города листья подвержены техногенной деградации в пределах 15,1% от их площади. То есть установлена начальная граница умеренного уровня деградации ассимиляционных органов данной группы растительных организмов. Ниже этого значения установлены показатели поврежденности листьев растений, растущих на урбанопочвах (12,7), некроземах (9,1), культуроземах (8,5), природных почвах (4,3%). В остальных вариантах листья деревьев и кустарников повреждены на среднем уровне. При этом максимально эти органы повреждены на растениях, основным субстратом которых являются грунты с преимущественным участием урбаноземов (22,3) и урбанотехноземов (30,6%).

Корреляционный анализ установил сильную, среднюю и слабую взаимосвязь между деградирующими явлениями окружающей среды и состоянием древесных растений. Сильная корреляция выявлена между параметрами деградации грунтов и ЖС древесных растений: в районе урбанотехноземов r = 0,96 (фактор уплотнения), r = 0,93 (фактор каменистости), r = 0,85 (фактор захламленности); в районе урбаноземов r = 0,82 (фактор уплотнения), r = 0,77 (фактор каменистости), r = 0,71 (фактор захламленности). В районе размещения реплантоземов корреляция (средний уровень связи) между значениями этих эколого-диагностических категорий составила: r = 0,67 (фактор уплотнения), r = 0,64 (фактор каменистости), r = 0,59 (фактор захламленности). В остальных случаях характерны средний и слабый уровни статзависимости.

Загрязнение воздуха (и поверхности ассимиляционных органов) пылью сказывается на ослаблении ЖС древесных растений и особенно на повреждаемости их листьев. Корреляционная зависимость варьирует от сильного значения до слабого: от 0,89 (территории с урбанотехноземами) до 0,85 (территории с реплантоземами) по первой паре сравниваемых признаков, от 0,92 (территории с урбанотехноземами) до 0,82 (территории с реплантоземами), соответственно, по второй паре сравниваемых санитарно-экологических показателей. В анализируемых вариантах экологических показателей территорий с остальными типами грунтов вычислены коэффициенты корреляции в среднем и слабом диапазоне взаимосвязей.

Результаты экологического мониторинга биокосных, косных и биотических объектов окружающей среды г. Поворино Воронежской области представлены в следующей таблице.

Уплотнение почв и грунтов этого населенного пункта, согласно среднестатистическому значению 1,18 г/см³, соответствует нормальной степени деградации этим совокупным антропотехногенным фактором. Это критериальные значение деградации характерно для большинства типов грунтов в городских и пригородных экосистемах. Максимальные показатели уплотненности (на слабом уровне) выявлены для таких почвогрунтов, как урбаноземы (1,22), урбанотехноземы (1,28), реплантоземы (1,20 г/см³).

 

Таблица 3 – Показатели деградации окружающей среды и экологического состояния древесных растений г. Поворино

Экологические показатели окружающей среды и растений

Уплотнение почв, г/см³

Каменистость почв, %

Захламленность почв и травяного покрова, %

Пыль на листьях, г/см²

ИЖС древесных растений, %

Поврежденность листьев древесных растений, %

Контроль (природные почвы)

1,13

4,4

6,3

0,001

85,5

3,7

Урбанопочвы

1,19

9,6

12,8

0,01

78,2

9,5

Урбаноземы

1,22

10,1

22,5

0,013

74,3

16,9

Культуроземы

1,09

6,2

12,2

0,002

83,5

6,7

Урбанотехноземы

1,28

24,1

19,6

0,016

72,9

25,1

Реплантоземы

1,20

8,4

9,5

0,007

75,4

11,7

Некроземы

1,13

9,8

11,1

0,003

81,1

8,4

Средние значения по городу

1,18

10,4

13,4

0,007

78,7

11,7

 

В Поворино среднестатистическая каменистость почв и грунтов – слабая (нижняя граница данной диагностической категории): 10,4%. Выше этого значения каменистость характерна лишь урбанотехноземам (24,1%). В остальных вариантах почвогрунты обладают слабой и низкой насыщенностью антропотехногенными включениями.

Захламленность почвенного и травяного покрова слабая: среднеарифметическое значение по городу – 13,4%. Превышает это значение показатели захламленности поверхностей урбаноземов (22,5) и урбанотехноземов (19,6%), которые также демонстрирует слабый уровень деградации по данному фактору.

Средневзвешенное значение загрязнения пыли по городу и пригородным районам достигает 0,007 г/см² листовой поверхности. В наибольшей степени данному виду аэрогенного загрязнения подвергаются деревья и кустарники, растущие на урбанотехноземах (0,016), урбаноземах (0,013), урбанопочвах (0,01 г/см² площади листьев).

Относительно здоровая жизненность установлена у древесных растений, субстратами которых являются некроземы (81,1), культуроземы (83,5) и участки с сохранившимися почвами (85,5%). В остальных вариантах состояние древесных растений оценено как незначительно ослабленное. Такое же диагностическое значение характерно для растений в экосистемах города и пригородных территорий: ИЖС = 78,7%.

Средний арифметический показатель поврежденной площади листьев составляет 11,7%. Это низкое значение техногенной деградации ассимиляционных органов деревьев и кустарников. Превышен данный показатель лишь у древесных растений, развивающихся на урбанотехноземах: 25,1%. Минимальное повреждение листьев отмечено у растений, произрастающих в составе фитоценозов на культуроземах (6,7), некроземах (8,4), природных почвах (3,7%).

Между значениями деградации почвогрунтов и ЖС древесных растений определены следующие значения корреляции: на урбанотехноземах r = 0,74 (фактор уплотнения), r = 0,85 (фактор каменистости), r = 0,73 (фактор захламленности); на урбаноземах r = 0,71 (фактор уплотнения), r = 0,65 (фактор каменистости). Сила связи между данными экологическими показателями далее на других территориях достоверно ниже.

Между объемами запыления и состоянием этих растений также существует корреляционная зависимость с разной силой. При этом сильная корреляция – между концентрациями пыли, ЖС и поврежденностью листьев в районе расположения следующих категорий почв: r = 0,78 (урбанотехноземы), r = 0,69 (реплантоземы) по первой паре показателей; r = 0,93 (урбанотехноземы), 0,71 (реплантоземы) по второй паре признаков. Меньшие значения коэффициента корреляции в пределах среднего диапазона и слабая корреляция характерны для районов, на которых расположены остальные типы грунтов.

Таблица 4 заключает в себе среднестатистические показатели состояния почв, атмосферы и растений в городских и пригородных экологических системах г. Сердобска Пензенской области.

Данный город отличается средней уплотненностью почв и грунтов на уровне 1,20 г/см³, что означает верхнюю границу нормального значения этого вида антропотехногенной деградации почвенного покрова. Урбаноземы (1,25), в особенности урбанотехноземы (1,30) и еще реплантоземы (1,22 г/см³), являются слабоуплотненными грунтами в городе и в его пригородах.

Средний уровень почвенных антропотехногенных включений – слабый. Он достигает 11,6%. Лишь в одном случае уровень каменистости превышает среднее значение по Сердобску: в урбанотехноземах содержание камней, щебня и других антропотехногенных включений равняется 27,8%. Низкая каменистость выявлена в культуроземах (7,5), урбанопочвах (8,4) и природных почвах (4,2%).

Захламленность почвенного и травянистого покрова – слабая. Она равна 14,8%. Превышение этого значения характерно урбанопочвам (захламление составляет 15,3%), урбаноземам (26,2%), урбанотехноземам (22,7%).

В среднем по городу и пригороду на листьях деревьев и кустарников оседает 0,009 г/см² пыли. В трех вариантах установлено превышение этого санитарно-экологического показателя: на листьях растений оседает пыль в местах произрастания на урбанопочвах – 0,012, урбаноземах – 0,015, урбанотехноземах – 0,019 г/см². Самым малым уровнем пылевого загрязнения характеризуются приземная атмосфера и ассимиляционные органы древесных растений в местах расположения сохранившихся природных почв.

 

Таблица 4 – Показатели деградации окружающей среды и экологического состояния древесных растений г. Сердобск

Экологические показатели окружающей среды и растений

Уплотнение почв, г/см³

Каменистость почв, %

Захламленность почв и травяного покрова, %

Пыль на листьях, г/см²

ИЖС древесных растений, %

Поврежденность листьев древесных растений, %

Контроль (природные почвы)

1,15

4,2

4,4

0,002

86,1

4,1

Урбанопочвы

1,20

8,4

15,3

0,012

76,8

13,2

Урбаноземы

1,25

11,6

26,2

0,015

71,3

19,5

Культуроземы

1,11

7,5

13,9

0,003

84,9

7,9

Урбанотехноземы

1,30

27,8

22,7

0,019

68,3

26,5

Реплантоземы

1,22

10,5

7,6

0,009

73,5

15,7

Некроземы

1,18

11,2

13,5

0,006

82,4

10,5

Средние значения по городу

1,20

11,6

14,8

0,009

77,6

13,9

 

ИЖС древесных растений в среднем по данному урбанизированному району равен 77,6%. То есть древесные растения в условиях городских и пригородных экосистем обладают экологическим состоянием на уровне незначительного ослабления. Относительно здоровое состояние характерно для растений, произрастающих на культуроземах (84,9), некроземах (82,4%). На грунтах с преимущественным участием урбанотехноземов древесные растения ослабляются до уровня 68,3%.

Непосредственно поврежденность листьев древесных растений является низкой: в среднем по городу она достигает 13,9% от площади этих органов. В трех случаях установлены превышения этого значения: деградация листьев растений на урбаноземах достигает 19,5%, урбанотехноземах – 26,5 (максимальная степень повреждения), реплантоземах – 15,7%. В меньшей мере повреждаются листья деревьев и кустарников, растущих на культурных грунтах (7,9%) и в составе фитоценозов, образованных на природных почвах (4,1%).

Значения корреляционной связи выглядят следующим образом. Сильная корреляционная зависимость характерна показателям деградации грунтов и виталитета рассматриваемых растений на таких территориях: в районе расположения урбанотехноземов r = 0,84 (фактор уплотнения), r = 0,81 (фактор каменистости), r = 0,79 (фактор захламленности); в районе урбаноземов r = 0,75 (фактор уплотнения), r = 0,74 (фактор каменистости). На остальных территориях с соответствующими типами почвогрунтов корреляция установлена средняя и слабая.

Аэрогенное загрязнение пылью лимитирует жизненность, нормальное функционирование и развитие листьев у древесных растений, как и на примерах предыдущих городов.

Коэффициенты корреляции между содержанием пыли, ЖС и повреждениями листьев распределены таким образом: от r = 0,84 (урбанотехноземы) до r = 0,81 (реплантоземы) по первой паре показателей, от r = 0,87 (территории с урбанотехноземами) до 0,75 (территории с реплантоземами) по второй паре признаков. Здесь видно, что статзависимость сильная. На территориях с остальными типами грунтов корреляционная зависимость средняя и слабая.

Высокая и средняя корреляция определены между показателями жизненности растений и концентрациями ТМ в почвогрунтах: при среднем содержании Pb 62,2 мг/кг r = 0,85, при содержании Zn 105,3 мг/кг r = 0,81 (урбанотехноземы); при содержании Pb 36,8 мг/кг r = 0,78, при содержании Zn 67,1 мг/кг r = 0,74 (урбаноземы); при содержании Pb 26,5 мг/кг r = 0,68, при содержании Zn 53,7 мг/кг r = 0,63 (реплантоземы).

Заключение

По существу, выполненные исследования позволили установить средневзвешенные значения последствий деградационных процессов в почвенном покрове, атмосферном воздухе. Установлено также, каким образом они сказываются на ингибировании развития и ослаблении состояния древесных растений.

Наибольшие уровни антропотехногенной деградации выявлены на территориях с урбаноземами, урбанотехноземами, реплантоземами. Об этом свидетельствуют результаты почвенного мониторинга.

Деградационные факторы – уплотнение, каменистость и захламление почв – оказывают угнетающее воздействие на древесные растения, вызывая их ослабление, падение устойчивости, нарушения в процессах развития. В пределах данных типов почвогрунтов установлена положительная высокая и средняя корреляция со значениями ИЖС и поврежденности листьев древесных растений.

Загрязнение приземной атмосферы пылью также является существенным деградирующим условием по отношению к окружающей среде и растениям. В районе расположения урбаноземов, урбанотехноземов, реплантоземов наблюдается повышение значений поврежденности листьев деревьев и кустарников в сравнении с другими территориями. В районах расположения этих типов почвогрунтов установлены положительные корреляционные зависимости на среднем и высоком уровне.

Наиболее агрессивные антропотехногенные условия складываются в пределах транспортных, производственных, коммунально-складских зон, где доминируют урбанотехноземы, а также урбаноземы, реплантоземы. Это объясняется интенсивным характером городского природопользования, недостаточностью мер по уходу за территориями, а также комплексным, негативным по проявлению техносферным фактором. Для рассмотренных в данной статье поселений фитоценозы на таких грунтах наиболее хрупкие и уязвимые.

Наиболее ослабленные деревья и кустарники (с ИЖС ниже 49% и поврежденностью ассимиляционных органов от 16 до 50%) обнаружены как раз на этих грунтах, расположенных вблизи перекрестков автодорог и остановок транспорта по ходу их следования, автозаправок, авторемонтных мастерских, шиномонтажей, предприятий, объектов теплоэнергетики. Поэтому очевидна необходимость мер по охране и улучшению состояния древесных растений и фитоценозов в целом на городских и пригородных территориях района исследований.

Средние арифметические значения состояния древесных растений, произрастающих на разных типах почв в районе исследований, представляют биоиндикационные показатели состояния экосистем и качества окружающей среды на городских и пригородных территориях. Наиболее высокая поврежденность листьев и, в целом, наиболее сниженные параметры виталитета деревьев и кустарников, определенного посредством среднеарифметических значений ИЖС, установлены в местах нахождения урбаноземов, реплантоземов и особенно наиболее деградированных грунтов – урбанотехноземов. Корреляционный анализ установил среднюю и тесную (высокую) зависимость среднестатистических показателей ослабления древесных растений от рассмотренных в статье деградационных факторов в районах расположения этих грунтов. В условиях пригородных экосистем, образованных на сохранившихся природных почвах и урбанопочвах, величины ИЖС древесных растений оказались ниже в среднем на 5–8% по сравнению с городскими экосистемами.

Результаты исследований, их статобработка и анализ показали очевидность деградационных процессов в биокосных, косных и биотических компонентах экосистем района исследований, особенно в городах Балашове (Саратовская область), Борисоглебске (Воронежская область) и Сердобске (Пензенская область). Применительно к этим объектам окружающей среды требуется организовать перманентный госэкомониторинг.

Кроме того, полученные описанным выше образом результаты биомониторинга четко свидетельствует о локализации территорий экологического напряжения в следующих функциональных зонах: транспортных, производственных, коммунально-складских, общественно-деловых. Результаты реализованных экологических исследований показывают, что на этих территориях почвенная, наземно-воздушная и биотическая среды испытывают наиболее существенный антропотехногенный пресс со стороны техносферы. Деградационные условия в почвогрунтах, атмосферном воздухе, лимитирование жизнеспособности и экологического состояния древесных растений демонстрируют устойчивую тенденцию ослабления экокаркасов населенных пунктов Нижнего и Среднего Поволжья, Центрального Черноземья.

Результаты и материалы проведенной работы могут образовать справочную, концептуальную и методологическую базу в экоаналитической сфере, в экологическом менеджменте и нормировании антропогенных нагрузок на уровне муниципалитетов и административных районов. Это важно и в градопланировочном, градостроительном и в комплексном ландшафтно-экологическом плане.

Основные положения проведенной исследовательской работы и полученные экспериментальные результаты могут быть использованы для организации учебных и производственных практик студентов, научно-исследовательских работ магистрантов, аспирантов, докторантов образовательных и научных учреждений. Кроме этого, собранный и обработанный материал представляет собой научно-методическую значимость для обучающихся школ, учреждений дополнительного и среднего профессионального образования.

About the authors

Maxim V. Larionov

Balashov Institute of Saratov State University

Author for correspondence.
Email: m.larionow2014@yandex.ru

Russian Federation, Balashov, Saratov Region

doctor of biological sciences, associate professor, professor of Biology and Ecology Department

Nikolai V. Larionov

Secondary School № 2 of Kotelniki

Email: lnv0001@yandex.ru

Russian Federation, Kotelniki, Moscow Reg`

candidate of biological sciences, director

 

Tatyana S. Gromova

Saratov State University

Email: gromova.tatiana2015@rambler.ru

Russian Federation, Saratov

postgraduate student of Botany and Ecology Department

Irina S. Siraeva

Saratov State University

Email: irina.siraeva@mail.ru

Russian Federation, Saratov

postgraduate student of Botany and Ecology Department

Anna S. Ermolenko

Saratov State University

Email: berestnevaanna@mail.ru

Russian Federation, Saratov

postgraduate student of Botany and Ecology Department

Aleksey A. Volodkin

Penza State Agrarian University

Email: volodkin.a.a@pgau.ru

Russian Federation, Penza

candidate of agricultural sciences, associate professor of Plant Production and Forestry Department

Galina V. Levkina

Bryansk State Technological University of Engineering

Email: gvlevkina@mail.ru

Russian Federation, Bryansk

candidate of agricultural sciences, associate professor of Industrial Ecology and Technospheric Safety Department

References

  1. Плешакова Е.В., Зеленова Н.А., Нгун К.Т., Решетников М.В. Влияние на почвенную микробиоту железа, меди и никеля, внесенных в почву отдельно и в различных комбинациях // Поволжский экологический журнал. 2020. № 1. С. 66–85.
  2. Трифонова Т.А., Салмин А.С. Использование лишайника Hypogymnia physodes в качестве аккумулятивного биоиндикатора техногенного загрязнения атмосферы // Юг России: экология, развитие. 2019. Т. 14, № 2. С. 150–163.
  3. Трифонова Т.А., Подолец А.А., Селиванов О.Г., Марцев А.А. Оценка загрязнения почв рекреационных территорий промышленного города соединениями тяжёлых металлов и мышьяка // Теоретическая и прикладная экология. 2018. № 2. С. 94–101.
  4. Амирова З.К., Кулагин А.А., Хакимова А.А. Накопление тяжелых металлов в почве и газонной растительности городской территории (г. Уфа, Россия) // Экология урбанизированных территорий. 2019. № 4. С. 18–26.
  5. Васильева К.А., Зайцев Г.А. Особенности роста ассимиляционного аппарата клена остролистного (Acer platanoides L.) в условиях загрязнения // Известия Самарского научного центра РАН. 2011. Т. 13, № 1. С. 790–792.
  6. Кавеленова Л.М., Петрова А.Б., Трубников А.М., Янков Н.В., Савицкая К.А., Кравцева А.П., Антипенко М.И., Кузнецов А.А. К возможностям количественной оценки функциональной активности листовой поверхности различных растений // Самарский научный вестник. 2016. № 4. С. 18–24.
  7. Legoshchina O.M., Egorova I.N., Neverova O.A., Bykov A.A., Maltseva E.M., Bolshakov V.V. Features of the morphological and anatomical characteristics of the leaves of Taraxacum officinale Wigg. in conditions of rock dump // Ukrainian Journal of Ecology. 2019. Т. 9, № 3. С. 78–83.
  8. Строганова М.Н., Агаркова А.Д. Городские почвы: опыт изучения и систематики (на примере почв Юго-Западной части г. Москвы) // Почвовед. 1992. № 7. С. 16–23.
  9. Методические указания по оценке городских почв при разработке градостроительной и архитектурно-строительной документации. М.: Изд-во НИиПИ экол. гор., 2003. 24 с.
  10. Сафронова У.А., Аткина Л.И. Накопление пыли на листьях черемухи Маака в городских условиях // Экологические проблемы севера. Архангельск: Изд-во АГТУ. 2010. № 13. С. 24–26.
  11. Экологический мониторинг: учеб.-метод. пособие / под ред. Т.Я. Ашихминой. М.: Академ. проект, 2006. 416 с.
  12. Методика выполнения измерений массовых концентраций токсичных металлов в пробах почв атомно-абсорбционным методом. М.: Союзцветметавтоматика, 2001. 15 с.
  13. Самохвалов С.Г., Чеботарев Н.А. Методические указания по атомно-абсорбционному определению микроэлементов в вытяжках из почв и в растворах золы кормов и растений. М.: Изд-во ЦИНАО, 1997. 34 с.
  14. Алексеев В.А. Диагностика жизненного состояния деревьев и древостоев // Лесовед. 1989. № 4. С. 51–57.
  15. Шихова Н.С. Оценка жизненного состояния древесных видов в условиях загрязнения среды // Тр. междунар. конф. по анатомии и морфологии растений. СПб.: Диада, 1997. С. 332–333.
  16. Шихова Н.С., Полякова Е.В. Оценка жизненного состояния и устойчивости видов в озеленении г. Владивостока // Бюллетень Главного ботанического сада. 2003. № 185. С. 14–27.
  17. Бабич Н.А., Залывская О.С., Травникова Г.И. Интродуценты в зеленом строительстве северных городов: монография. Архангельск: Изд-во АГТУ, 2008. 144 с.
  18. Кузьмичев Е.П., Соколова Э.С., Мозолевская Е.Г. Болезни древесных растений: справочник. Болезни и вредители в лесах России. Т. 1. М.: Изд-во ВНИИЛМ, 2004. 120 с.
  19. Пермяков А.Н., Дулов М.И., Васин В.Г., Толпекин А.А., Зуев Е.В. Методика определения площади листьев с помощью программы определения площади листьев «AreaS». Самара: Изд-во СамарГСХА, Технол. фак., 2002.
  20. Математические методы в экологии: учеб. пособие / авт.-сост.: В.Б. Любимов, И.В. Мельников, А.В. Силенок. Брянск: РИО БГУ, 2017. 201 с.
  21. Пузаченко Ю.Г. Математические методы в экологических и географических исследованиях: учеб. пособие. М.: Academia, 2004. 416 с.

Statistics

Views

Abstract - 65

PDF (Russian) - 12

Cited-By


PlumX

Dimensions

Refbacks

  • There are currently no refbacks.

Copyright (c) 2020 Larionov M.V., Larionov N.V., Gromova T.S., Siraeva I.S., Ermolenko A.S., Volodkin A.A., Levkina G.V.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies