Monitoring of the condition of woody plants in the central part of the city of Donetsk

Full Text

Введение

Древесные растения, произрастающие в промышленных городах, являются основными компонентами, формирующими наземные экологические каркасы [1]. Жизненное состояние и, в общем, устойчивость насаждений информируют нас об экологической безопасности городской территории. Большинство деревьев в городской среде – «линейного типа», т.е. служат зеленой барьерной линией вдоль улиц различного назначения между авто- и железнодорожным транспортом как основным источником антропогенного загрязнения и жилыми кварталами. При условии непрерывности таких зеленых «линий» (зависит от состояния конкретного дерева и верных решений при озеленении) и обязательной связи их с парковыми зонами и лесными массивами (в том числе экосистем пригородных территорий), можно говорить о функционировании экологических коридоров городских и пригородных экологических каркасов [2; 3].

Вопросам оценки состояния древесных растений в городе Донецке, при разных научных подходах, посвящено много научных работ [4–7]. В период 2010–2014 гг. были проведены дендрологические исследования на территории города [8; 9] с описанием видового разнообразия и выявлением возрастной структуры фитоценозов. Однако в дальнейшем, при возникновении дополнительного нового для региона антропогенного фактора и явной трансформации насаждений вследствие достижения критического возраста для некоторых видов деревьев [10], исследования комплексно не проводились, что и обосновало актуальность нашей работы.

Цель – анализ видового состава, возрастной структуры и жизненного состояния зеленых насаждений г. Донецка, а также выявление закономерностей развития некоторых видов деревьев.

Объекты и методики исследований

Объектами иссследований были деревья, произрастающие в линейных насаждениях города Донецка вдоль основных автомагистралей центральной части города и на некоторых удаленных от центра территориях.

Мониторинговые исследования проводили с 2017 по 2022 гг., общее количество обследованных деревьев составило 11716 растений. Территория исследования была ограничена в северной и западной части города в связи с проведением боевых действий.

Жизненное состояние деревьев оценивали по шкале В.А. Алексеева [11].

Диаметр ствола определяли с помощью мерной вилки и по необходимости в программе AxioVision Rel. 4.8. Высоту деревьев оценивали также с помощью оцифровки фотоснимков в указанной программе.

Возраст растений определяли согласно архивным документам служб коммунального хозяйства, с помощью приростного возрастного бурава и изучения кернов, а также визуально на основе общего состояния (высота, диаметр), учитывая условия произрастания.

Анализ дендрофлоры по происхождению определяли по А.Л. Тахтаджяну [12]. Систематический статус и номенклатура таксонов приведены в соответствии с современной номенклатурной базой Catalogue of Life [13].

Для статистической обработки данных и построения регрессионных моделей роста деревьев использовали пакет Microsoft Excel 2010.

Результаты и обсуждение

Представленность и эколого-биологические особенности видов

В составе насаждений обследованных улиц выявлено 45 видов деревьев, относящихся к 24 родам и 17 семействам. Наиболее представленными по количеству видов являются семейства Sapindaceae Juss. и Salicaceae Mirb.

Семейство Salicaceae представлено 7 видами:

Populus bolleana Lauche – наиболее встречаемый вид (17,62% от общего количества деревьев). Происходит из Средней Азии. В насаждениях преобладают деревья возрастной группы 40–49 лет (1288 растений). Декоративен и обладает высокой устойчивостью к механическим нагрузкам даже при достижении возраста 45 лет. Как и другие виды тополей, обладает значительной листовой массой и играет основную роль в формировании благоприятного для жителей города микроклимата. В линейных насаждениях жизнеспособность значительно снижается после достижения растениями 50-летнего возраста [14]. Жизнеспособность наиболее представленной возрастной группы оценена 2–3 баллами.

Populus simonii Carrière (2,93%) – большая часть деревьев находится в возрасте 30–45 лет, их состояние оценено как удовлетворительное (3 балла). После 25 лет состояние деревьев этой породы ухудшается. Молодые побеги довольно хрупкие и часто обламываются при действии ветра, особенно в морозную и сухую погоду, однако вид, в целом, устойчив к механическим нагрузкам [14].

Populus nigra L. (2,17%) – вид аборигенной фракции местной флоры [15]. Благодаря развитой корневой системе, стволу и скелетным ветвям является ветроустойчивой породой [10]. С возрастом становится аварийным: часты такие повреждения, как стволовая гниль, дупла, обламываются крупные ветви или ствол. Самой многочисленной в насаждениях является возрастная группа 40–49 лет. При этом жизнеспособность многих (113 растений) оценена как сильно ослабленные. Встречаются экземпляры, возраст которых превышает 100 лет, и они имеют удовлетворительное состояние [16].

Populus nigra var. italica Münchh. (1,10%) – отличается узкопирамидальной или колонновидной формой кроны. Средний возраст деревьев в насаждениях 40–45 лет, со средним баллом жизнеспособности 2. Растения даже при достижении сильно ослабленного или отмирающего состояния не подвержены вывалу в комле. До достижения критического возраста очень декоративен.

Встречаемость P. × canadensis Moench, P. balsamifera L. и аборигенного вида P. tremula L. в обследованных насаждениях составила менее 1% для каждого вида.

Семейство Sapindaceae представлено 7 видами:

Acer platanoides L. – входит в состав аборигенной фракции местной флоры [15]. Репрезентативность в насаждениях составила 8,75%. Устойчив к комплексному воздействию транспортного потока как основного источника антропогенной нагрузки и пригоден для посадки в первом ряду вдоль автомагистралей [17]. Декоративен в течение всего периода вегетации. В насаждениях наиболее многочисленна возрастная группа 45–50 лет, состояние деревьев оценено как ослабленные (2 балла).

Acer pseudoplatanus L. (6,44%). При недостатке влаги и механических повреждениях снижаются прочность древесины и механическая устойчивость дерева, в связи с чем растения требуют регулярной обрезки сухих и поврежденных побегов [10]. Жизнеспособность большей части растений возрастной группы 20–29 лет (40% выборки) оценена 2 баллами.

Aesculus hippocastanum L. (5,15%) – вид адвентивной фракции местной флоры [15]. Декоративен формой, плотностью кроны (создающей густую тень) и крупными красивыми листьями. В последние десятилетия отмечено массовое поражение вида каштановой минирующей молью, что в сочетании с сухостью почвы и воздуха приводит к преждевременному пожелтению и опаданию листьев, потере деревьями декоративности уже в середине лета. Состояние растений в среднем оценено 2 баллами.

Acer negundo L. (2,95%) – появление этого вида не связано с процессами естественного флорогенеза в городе Донецке. Входит в состав адвентивной фракции местной флоры, по степени натурализации и способу заноса относится к агриофитам, эргазиолипофитам [18]. В условиях региона старение деревьев вида наблюдается после 30 лет. В возрасте 40–45 лет состояние растений оценено как сильно ослабленное (3 балла) или поврежденное (4 балла).

Представленность A. saccharinum L., аборигенных видов A. campestre L. и A. tataricum L. в обследованных насаждениях составила менее 1%.

Семейство Rosaceae Juss. в линейных насаждениях представлено 3 видами – Sorbus aucuparia L. (1,58%), Scandosorbus intermedia (Ehrh.) Sennikov (0,45%) и аборигенным видом Prunus padus L. (0,34%).

Sorbus aucuparia происходит из европейских и Забайкальской провинций Циркумбореальной флористической области и Средиземноморской области, входит в состав адвентивной фракции местной флоры, относится к колонофитам-эпекофитам, эргазиолипофитам [12; 18]. В городских насаждениях Донецка страдает от засухи в летний сезон. Древесина и листья могут поражаться вирусными и грибковыми заболеваниями, например ржавчинным грибом. Хотя в природе S. aucuparia доживает до 80, а в отдельных случаях до 120 лет, в условиях Донецка она не является долговечной породой и после 30 лет теряет декоративность и жизнеспособность. Молодые деревья устойчивы к статическим и динамическим нагрузкам, но быстрое старение сопровождается усыханием скелетных ветвей, что увеличивает риск их облома [10]. Порода непригодна для первых рядов линейных насаждений вдоль автотрасс.

Средний возраст Scandosorbus intermedia в обследованных насаждениях составляет 20–30 лет. Здоровые растения являются очень устойчивыми к механическим нагрузкам [10]. Профилактика аварийного состояния необходима только у старых деревьев.

Семейства Betulaceae Gray, Fabaceae Lindl., Fagaceae Dumort., Juglandaceae A. Rich. ex Kunth, Malvaceae Juss., Oleaceae Hoffmgg. et Link, Ulmaceae Mirb. представлены 2 видами каждое.

Наиболее высокую встречаемость в линейных насаждениях имеют Betula pendula Roth (Betulaceae) – 7,11% и Robinia pseudoacacia L. (Fabaceae) – 6,32%.

Механические показатели древесины Betula pendula относительно высокие, но в условиях антропогенного загрязнения деревья становятся неустойчивыми к действию ветра и подвержены ветровалам. Чередование положительных и отрицательных температур, оледенение ствола и побегов в зимний период отрицательно сказываются на механической устойчивости деревьев – ствол под действием собственного веса, наледи и снега изгибается иногда необратимо [19]. Жизненное состояние деревьев наиболее многочисленной возрастной группы 40–49 лет оценено 3–4 баллами.

Robinia pseudoacacia происходит из Аппалачской провинции Атлантическо-Североамериканской флористической области; является адвентивным видом, прочно вошедшим в состав естественных фитоценозов, относится к агриофитам, эргазиолипофитам [12; 18]. Произрастая в условиях действия транспортных магистралей, вид представлен в основном деревьями 40–50 лет в сильно ослабленном состоянии. Индивидуально встречаются деревья с незначительными признаками ослабления. В городских насаждениях известны особи с высокой жизнеспособностью, достигающие возраста 100 и более лет [16]. R. pseudoacacia обладает древесиной с высокими значениями плотности и упругости, благодаря чему она устойчива к механическим нагрузкам [14].

Встречаемость Tilia platyphyllos Scop. и аборигенных видов T. cordata Mill. (Malvaceae), Ulmus laevis Pall. (Ulmaceae), Quercus robur L. (Fagaceae), Fraxinus excelsior L. (Oleaceae) не превышает 3% для каждого.

Tilia cordata (3,02%) в обследованных насаждениях представлена молодыми растениями в возрасте 10–25 лет. При недостатке влаги в летнее время побеги становятся ломкими, скелетные ветви прогибаются и происходит изменение архитектоники кроны. При обламывании крупных ветвей и ствола из-за непрочной древесины деревья могут восстанавливаться благодаря регенерационной способности. T. cordata часто страдает от механических нагрузок, вызванных осадками, в частности от снега и обледенения побегов. Кроме того, упругости волокон недостаточно для поддержания собственного веса длинных скелетных ветвей, особенно в положении, близком к горизонтальному [10].

Ulmus laevis (2,88%) устойчив к действию ветровых нагрузок благодаря прочности и упругости древесины, развитой корневой системе и мощному стволу. В возрасте до 45 лет характеризуется высокой жизнеспособностью. У старовозрастных деревьев (больше 50 лет) в городских насаждениях часто случаются обломы скелетных ветвей при действии ветра. Еще одна причина механических повреждений – морозобоины, приводящие к нарушению целостности ствола и крупных ветвей. Общая устойчивость вида выше в местах, где деревья защищены от попадания прямых солнечных лучей на ствол в зимний период [10].

Quercus robur (2,67%) – аборигенный вид, является главной лесообразующей породой степных байрачных, плакорных и пойменных дубрав, искусственных лесных насаждений. Характеризуется большой долговечностью и обладает древесиной высокой прочности и упругости. В насаждениях г. Донецка известны деревья Q. robur возрастом более 100 лет [16]. В обследованных насаждениях жизненное состояние деревьев, несмотря на возраст 50–70 лет, оценено 1–2 баллами.

Fraxinus excelsior (2,61%) – аборигенный вид, один из основных видов степных байрачных лесов. В обследованных насаждениях самой многочисленной является возрастная группа 45–50 лет. У стареющих деревьев в нижней части ствола часто образуются дупла, полости вследствие поражения паразитическими грибами, снижающие механическую устойчивость деревьев. При жизненном состоянии 1–2 балла является ветроустойчивым видом [10]. Пригоден для использования в первых рядах придорожных насаждений. В черте города известны деревья, достигающие возраста 80–90 лет [16].

Представленность Gleditsia triacanthos L. (Fabaceae) и Fraxinus pennsylvanica Marshall (Oleaceae) не превышает 2% для каждого вида; Ulmus parvifolia Jacq. (Ulmaceae), Quercus rubra L. (Fagaceae), Carpinus betulus L. (Betulaceae), Juglans regia L. и J. nigra L. (Juglandaceae) – менее 1%.

Одним видом в обследованных насаждениях представлены семейства Bignoniaceae Juss. (Catalpa bignonioides Walter), Moraceae Link. (Morus alba L.), Platanaceae T. Lestib. (Platanus × hispanica Mill. ex Münchh.) и Simaroubaceae DC. (Ailanthus altissima (Mill.) Swingle). Встречаемость этих видов в линейных насаждениях не превышает 1%, за исключением Platanus × hispanica (3,41%) посадки 2000-х гг.

Хвойные породы в линейных насаждениях представлены 9 видами и 1 подвидом, относящимся к 3 семействам.

Семейство Pinaceae Lindl. представлено 5 видами и 1 подвидом, из которых доминирующим по встречаемости является Picea pungens Engelm. – 4,18%. В озеленении города встречается в редких групповых, индивидуальных и аллейных насаждениях. Порода устойчива к ветровым нагрузкам благодаря симметричной форме кроны, а также к аэрополютантам [10]. С возрастом декоративность P. pungens снижается, но в одиночных посадках она сохраняется дольше. Возраст самых старых деревьев в насаждениях около 70 лет.

Представленность Larix sibirica Ledeb. – 1,26%; Picea abies (L.) H. Karst., Pinus nigra subsp. рallasiana (Lamb.) Holmboe, Picea glauca (Moench) Voss, Pinus sylvestris L. – менее 1% для каждого вида. Larix sibirica в насаждениях города представлен деревьями в возрасте 30–35 лет, жизненное состояние которых оценено от 1 до 3 баллов. Вид устойчив к механическим нагрузкам и не является ветровальным [10]. Picea abies в условиях г. Донецка также не является ветровальной породой, т.к. глубина почвенного слоя позволяет формировать развитую корневую систему и эффективно закрепляться. Вид чувствителен к задымлению и загазованности воздуха. Преобладают деревья возрастной группы 15–20 лет, среди которых встречаются и ослабленные. P. glauca встречается в одиночных, групповых и аллейных посадках. Вид устойчив к ветровым нагрузкам и более устойчив к аэрополютантам по сравнению с предыдущим. Pinus nigra subsp. pallasiana чаще встречается в групповых и аллейных парковых посадках, отмечены деревья 60-летнего возраста высотой 10–11 метров. В насаждениях вдоль автомагистралей деревья в возрасте 30–35 лет находятся в сильно ослабленном состоянии, на более удаленных от автомагистралей территориях – оценены как здоровые или ослабленные. P. sylvestris – вид местной флоры [15], в обследованных насаждениях наиболее представлен возрастной группой 35–45 лет, жизненное состояние растений оценено 3 баллами. Корневая система на глубоких почвах развивается в горизонтальном и вертикальном направлении, обеспечивая растение влагой и механической устойчивостью. В условиях хорошей освещенности и глубокого почвенного слоя проявляет большую механическую устойчивость. В затененных местах стволы не развивают достаточной жесткости, а на легких и неглубоких почвах могут быть подверженными ветровалам.

Семейство Cupressaceae Bartlett представлено 3 видами древесных пород. Вид Thuja occidentalis L. (2,30%) представлен молодыми растениями посадки 2010-х годов, жизненное состояние которых оценено 1 баллом. Возрастной группой 8–15 лет представлен в насаждениях вид Juniperus virginiana L. (0,82%). Растения находятся в хорошем состоянии (1 балл). Произрастая солитерами, не справляются с действием ветровых нагрузок и подвержены необратимым деформациям. Лучшее сочетание деревьев J. virginiana с кустарниками J. sabina L. в виде первого ряда по периметру. J. communis L. (0,54%) – 9–10-летние растения, ослабленные в результате произрастания в линейных насаждениях вдоль автомагистралей (2 балла).

Малочислен в обследованных насаждениях вид Taxus baccata L. (0,15%), относящийся к семейству Taxaceae S.F. Gray.

Жизненное состояние древесных видов в урбоэкосистеме Донецка

Согласно проведенным мониторинговым исследованиям линейных насаждений города Донецка, установлено, что в насаждениях преобладают виды европейского (48,85%), североамериканского (22,49%) и среднеазиатского (18,02%) происхождения. Сибирские и средиземноморские виды представлены малочисленно (табл. 1).

 

Таблица 1 – Жизненное состояние деревьев в зависимости от географического происхождения

Происхождение видов	Жизненное состояние, балл
	1	2	3	4	5
	Кол-во деревьев, %
Восточная Азия	0,12	1,37	2,00	2,86	0,38
Средняя Азия	0,55	7,21	2,74	6,34	1,19
Европа	6,98	17,97	7,22	15,70	0,97
Северная Америка	1,92	3,86	3,22	10,50	3,00
Сибирь	0,20	1,13	0,94	0,54	0,00
Средиземноморье	0,00	0,52	0,02	0,48	0,09

 

Анализ данных, полученных в результате оценки жизненного состояния древесных видов, свидетельствует о том, что 25% растений в хорошем состоянии (1–2 балла), происходят из Европы. Виды из Средней Азии (8%) и Северной Америки (6%) с соответствующими баллами представлены значительно меньше. Сильно ослабленные и отмирающие деревья из вышеуказанных географических мест произрастания составляют половину выборки, что свидетельствует о достижении большинства линейных насаждений критического возраста в условиях региона [14].

В результате проведенных исследований выяснили, что 80,1% из всех деревьев обладают быстрым, 16,6% средним и 3,3% медленным темпом роста. Для быстрорастущих видов географическое происхождение имеет следующее распределение – Европа (38%), Северная Америка (18%) и Средняя Азия (18%). Медленный темп роста имеют только европейские виды растений (рис. 1).

 

Рисунок 1 – Возрастная структура древесных пород, с быстрым (1), средним (2) и медленным (3) темпом роста в условиях урбанизированной среды г. Донецка

 

В возрастной структуре для быстро- и медленнорастущих видов практически равномерно представлены деревья в группах от 30 до 60 лет (77%), деревьев старше 60 лет встречается ~1%. Для деревьев среднего темпа роста преобладающей была возрастная группа 40–49 лет.

Жизненное состояние 41% деревьев с быстрым и средним темпом роста оценивается как хорошее с незначительными признаками ослабления, а 59% растений отмечены как сильно ослабленные или отмирающие. Встречаются одиночные деревья в линейных насаждениях с высоким баллом жизнеспособности, вследствие удаления растений со значениями 5 баллов и индивидуально адаптированными к условиям среды. Для медленнорастущих деревьев 91% выборки составляют здоровые растения с незначительными признаками ослабления вследствие действия климатических факторов.

Математическая модель возрастной зависимости аллометрического коэффициента

На основе полученных данных по морфометрии деревьев и большому массиву данных нами впервые для Донецка построены и оценены возрастные аллометрические модели основных видов деревьев. Вопросами моделирования древостоев в настоящее время занимается ряд ученых, которые отмечают вариативность полученных моделей в зависимости от экорегиона [20], в связи с этим изучение закономерностей развития древостоев в условиях урбоэкосистем весьма актуально. Так, описывая математическую модель возрастной зависимости аллометрического коэффициента d/l (отношения диаметра ствола к высоте дерева) для Донецка (рис. 2), установили, что степенная и логарифмическая зависимости характерны для быстрорастущих видов деревьев: Fraxinus excelsior (y = 9574,3x¹^,³⁴⁹³, R² = 0,92), Acer pseudoplatanus (y = 7530,4x¹^,³⁷¹⁷, R² = 0,95), Aesculus hippocastanum (y = 1404,1x⁰^,⁹⁹²⁸, R² = 0,85), Robinia pseudoacacia (y = 3339,4x¹^,¹⁵⁴¹, R² = 0,93), Acer platanoides (y = 1203,9x⁰^,⁸⁸⁶⁶, R² = 0,60), Populus bolleana (y = 516,78x⁰^,⁶⁹⁷⁸, R² = 0,91), Acer negundo (y = 16,118ln(x) + 95,822, R² = 0,86), Betula pendula (y = 24,13ln(x) + 133,88, R² = 0,88). Исключение составляют деревья Tilia cordata (y = 62201x¹^,⁷⁷⁷³, R² = 0,97).

 

Рисунок 2 – Усредненная возрастная зависимость аллометрического коэффициента d/l некоторых видов деревьев (А – Populus bolleana Lauche; Б – Acer pseudoplatanus L.; В – Picea pungens Engelm.; Г – Robinia pseudoacacia L.; Д – Tilia cordata Mill.; Е – Fraxinus excelsior L.)

 

Экспоненциальная зависимость характерна для среднего и медленного темпов роста деревьев: Quercus robur (y = 17,777e⁴²^,⁰⁰⁴^x, R² = 0,71), Picea pungens Engelm. (y = 10,122e⁵⁵^,⁹⁹⁶^x, R² = 0,91), Ulmus laevis Pall. (y = 17,199e²⁷^,⁷¹⁷^x, R² = 0,70).

Для всех уравнений y – это возраст конкретного исследуемого дерева, а x – значение полученного путём измерения на месте отношения диаметра ствола к высоте дерева.

С учетом особенно жестких условий произрастания, обусловленных природно-климатическими факторами и антропогенной нагрузкой города, данные модели имеют как научную, так и практическую значимость при определении возраста древостоев.

Выводы

1. В составе линейных насаждений обследованных улиц выявлено 45 видов деревьев, в том числе 13 видов аборигенной фракции местной флоры, относящихся к 24 родам и 17 семействам. Репрезентативность 22 видов превышает 1,0%. В насаждениях преобладают виды европейского (48,85%), североамериканского (22,49%) и среднеазиатского (18,02%) происхождения. Самой многочисленной у деревьев является возрастная группа 40–49 лет.
2. Жизненное состояние 41% деревьев с быстрым и средним темпом роста оценивается как хорошее с незначительными признаками ослабления, а 59% растений отмечены как сильно ослабленные или отмирающие. Для медленнорастущих деревьев 91% составляют здоровые растения с незначительными признаками ослабления.
3. Оценены морфометрические параметры деревьев. Предложенные модели возрастных зависимостей аллометрического коэффициента доминирующих видов деревьев характеризуются высокими показателями адекватности исходным данным.

 

Исследование проводилось по теме государственного задания (№ госрегистрации НИОКТР 1023031300005-4-1.6.7).

About the authors

Vladimir O. Kornienko

Donetsk State University

Author for correspondence.
Email: kornienkovo@mail.ru

candidate of biological sciences, senior lecturer of Biophysics Department

Russian Federation, Donetsk

Lyudmila V. Kharkhota

Donetsk Botanical Garden

Email: ludmilaharhota@yandex.ru

candidate of biological sciences, senior researcher of Dendrology Laboratory

Russian Federation, Donetsk

References

Supplementary files