Особливості життєдіяльності деревних порід в урбогенних умовах великих міст

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

УКРАЇНСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ЛІСОТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

УДК 630*27 : 630*425

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата сільськогосподарських наук

ОСОБЛИВОСТІ ЖИТТЄДІЯЛЬНОСТІ ДЕРЕВНИХ ПОРІД В УРБОГЕННИХ УМОВАХ ВЕЛИКИХ МІСТ

(на прикладі м. Львова)

06.03.01 - Лісові культури, селекція, насінництво

КУРНИЦЬКА Марта Петрівна

Львів - 2001

Дисертацією є рукопис

Робота виконана на кафедрі екології та ландшафтної архітектури Українського державного лісотехнічного університету Міністерства освіти та науки України

Науковий керівник - доктор сільськогосподарських наук, професор

Кучерявий Володимир Панасович,

Український державний лісотехнічний університет Міністерства освіти та науки України, завідувач кафедри екології та ландшафтної архітектури

Офіційні опоненти - доктор сільськогосподарських наук, професор

Ониськів Михайло Ількович,

Боярська лісова дослідна станція Національного аграрного університету Кабінету Міністрів України, заступник директора з наукової роботи

кандидат сільськогосподарських наук, доцент

Пушкар Василь Васильович,

Державна академія житлово-комунального господарства Держбуду України, професор кафедри комунального господарства та житлової політики

Провідна установа - Інститут екології Карпат НАН України, відділ популяційної екології, м. Львів

Захист відбудеться “16” травня 2001р. о 11 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 35.072.02 в Українському державному лісотехнічному університеті Міністерства освіти та науки України за адресою: 79057, м. Львів, вул. Ген. Чупринки, 103, зал засідань.

З дисертацією можна ознайомитись у науковій бібліотеці Українського державного лісотехнічного університету Міністерства освіти та науки України за адресою: 79057, м. Львів, вул. Ген. Чупринки, 101.

Автореферат розісланий “12” квітня 2001 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради _____________Зеленський М.Н.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

урбогенний деревний фотосинтетичний насадження

Актуальність теми дисертації. Розвиток великого міста пов'язаний із формуванням особливого урбанізованого довкілля з комплексом екологічних чинників, які негативно впливають на життєдіяльність деревних рослин. Їх дія спричиняє пошкодження асиміляційних органів, а отже веде до зниження функціональних можливостей і біологічної продуктивності рослин, скорочення періоду вегетації та тривалості життя міських зелених насаджень. Тому важливим є вивчення впливу комплексу урбогенних факторів на діяльність фотосинтетичного апарату деревних порід, які широко використовуються в озелененні великих міст. Такі дослідження спрямовані на добір стійких до урбогенних умов видів деревних рослин та проведення відповідних селекційних робіт, розробку необхідних еколого-компенсаційних заходів підвищення життєвості, довголіття та декоративного вигляду рослин і насаджень.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дослідження здійснювались на кафедрі екології та ландшафтної архітектури Українського державного лісотехнічного університету в ході виконання таких бюджетних науково-дослідних тем: “Розробити наукові основи та принципи використання аерокосмічної інформації для оптимізації лісогосподарської діяльності в республіці” (ДБ 13.06-89, № 0180079862) та “Розробка морфофізіологічних показників стійкості рослин в умовах міського середовища, вивчення закономірностей формування міських культурфітоценозів” (ДБ-13.02-91, № 019110019952).

Мета і завдання дослідження. Мета роботи - комплексна оцінка урбогенних факторів і життєдіяльності міських деревних рослин за рядом показників фотосинтетичного апарату та розробка еколого-компенсаційних заходів підвищення біологічної стійкості насаджень.

Відповідно до означеної мети поставлено наступні завдання:

- вивчити особливості розвитку урбогенного середовища великого міста (на прикладі міста Львова);

- дослідити основні урбогенні градієнти середовища (кліматичні, едафічні та забруднюючі) в різних еколого-фітоценотичних поясах (ЕФП - екоклин);

- проаналізувати життєдіяльність деревних рослин за рядом морфолого-анатомічних показників фотосинтетичного апарату, зміною фенологічних ритмів та особливостями їх фізіолого-біохімічних реакцій на комплекс екологічних факторів великого міста;

- визначити рівень життєвості досліджуваних порід та шляхи підвищення їх фотосинтетичної активності, розробити агротехнічні еколого-компенсаційні заходи догляду за зеленими насадженнями.

Об'єкти досліджень - деревні породи зелених насаджень міста, що зазнають різної інтенсивності урбогенного впливу.

Предмет досліджень - урбогенні фактори і життєдіяльність деревних порід.

Наукова новизна одержаних результатів. Вперше в умовах великого міста України отримана комплексна оцінка як урбогенних факторів середовища, так і діяльності фотосинтетичного апарату найпоширеніших в міському озелененні деревних порід за їх фенологічними, морфолого-анатомічними показниками та особливостями фізіолого-біохімічних реакцій. Доведена можливість індикації якості середовища за показниками життєвості рослин, запропонована багатофакторна бальна оцінка комплексної дії урбогенних факторів.

Практичне значення одержаних результатів. Отримані результати важливі для вирішення загальної проблеми управління адаптацією деревних порід за умов дії факторів урбогенного середовища. Виділено групу морфолого-анатомічних та фізіолого-біохімічних показників, які можуть застосовуватись для діагностування стану рослин, особливостей перебігу процесів їх життєдіяльності та стійкості до несприятливих умов зростання, для моніторингу стану довкілля. Зібрані аналітичні дані можуть використовуватись в системі міського зеленого будівництва, зокрема при виборі асортименту та селекції урбогенностійких деревних видів, типів посадок, еколого-компенсаційної агротехніки догляду за деревними породами з метою створення високодекоративних і довговічних насаджень.

Особистий внесок здобувача. Проаналізовано літературні джерела, освоєно необхідні методики досліджень. Дисертаційна робота базується на даних, зібраних і проаналізованих автором особисто та у складі науково-дослідного колективу Державного Ботанічного саду і кафедри екології та ландшафтної архітектури УкрДЛТУ (тема ДБ 13.02-91). Зміст роботи, висновки, інтерпретація отриманих результатів та рекомендації щодо їх практичного використання є результатом самостійної роботи авторки.

Праці здобувачки [2,4-8,10,12,13] написані в співавторстві. В статтях [2,8, 13] авторкою відображені результати досліджень морфологічних параметрів вегетативних органів дерев різних ЕФП, здійснене обґрунтування висновків роботи. Авторка брала участь у визначенні площ комплексних зелених зон міст (КЗЗМ) - обласних центрів заходу України [4]. Дані здобувачки щодо розробки методів дендромоніторингу міста ввійшли до статті [5]. В роботах [6,7] здобувачці належить участь у підготовці методики комплексних досліджень урбогенних факторів та морфофізіологічних показників життєвості міських деревних рослин. В праці [10] викладені результати досліджень анатомічних і морфологічних показників фотосинтетичного апарату дерев, отримані дисертанткою, відображена її участь у відборі зразків і обробці результатів аналізу вмісту вуглеводів та азотистих сполук в листках дерев. У статті [12] авторці належить участь у дослідженні вмісту важких металів в ґрунтах та озоленості листкових пластинок дерев, у камеральній обробці результатів, обґрунтуванні висновків.

Апробація результатів дисертації. Основні положення, результати досліджень та висновки роботи були викладені та обговорені на науково-технічних конференціях УкрДЛТУ протягом 1991-1999 рр., республіканській науково-практичній конференції “Проблеми урбоекології та фітомеліорації” (Львів,1991), I-й Всеукраїнській конференції “Теоретичні і прикладні аспекти соціоекології” (Львів, 1996), українсько-польському семінарі “Сучасна екологія і екологічна патологія людини” (Львів,1997), I-у міжнародному семінарі “Проблеми ландшафтної архітектури, урбоекології і озеленення населених місць” (Львів,1997).

Публікації. На основі матеріалів дисертації опубліковано 13 праць, з них 3 статті в фахових виданнях і 10 у матеріалах та тезах конференцій, семінарів.

Структура і обсяг роботи. Дисертація складається зі вступу, семи розділів, висновків, списку літератури з 327 найменувань (в т.ч. 71 іноземною мовою). Основний текст викладений на 151 сторінці, ілюстрований 37 таблицями і 25 рисунками.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

УРБАНІЗАЦІЯ ТА особливості ЖИТТЄдіяльності ДЕРЕВНих РОСЛИН МІСЬКИХ ЗЕЛЕНИХ НАСАДЖЕНЬ

В розділі подано огляд літератури, яка присвячена характеристиці урбогенного середовища, дослідженню його впливу на життєдіяльність деревних рослин. Міське середовище розглядається як комплекс взаємозв'язаних кліматичних, едафічних і техногенних впливів, об'єднаних під назвою “комплексний урбогенний градієнт середовища - КУГС” (Клауснитцер,1990; Кучерявий,1999). Визначальним в його формування є цілеспрямована діяльність людини - “антропогенний фактор” (Гетко,1989; Григорьев,1985; Mayer,1985; Lukasiewisz,1989; Sucopp, Wittig,1993). Автори звертають увагу на особливості температурного і радіаційного режимів, вологості і опадів, забруднення атмосферного повітря, своєрідність міських ґрунтів, тобто на специфічні умови, в яких зростають зелені насадження великих міст (Кратцер,1958; Машинский,1973; Кучерявий, 1981, 1991,1999; Ландсберг, 1983; Щербань, 1985; Владимиров, 1986; Чернобаев, 1990; Горышина, 1991; Zimny, 1978,1989; Pracz, 1990; Cherwinski, 1990; Wittig, 1991).

Стан і ріст деревних порід в місті, функціонування їхнього фотосинтетичного апарату найчастіше пов'язують із впливом одного з факторів міського середовища - промислового забруднення, яке призводить до змін основних показників життєдіяльності рослин (Илькун,1971,1978; Тарабрин, 1974,1984; Жеребцова, 1976, 1986; Николаевский, 1979; Кондратюк, 1980; Кулагин, 1980; Горышина, 1989, 1991; Miszalski, 1981; Сao Hongfa, 1989; Karolewski, 1989; Ksiazek i dr.,1989; Wolfenden, Mansfield, 1990). Водночас вивчення впливу міста як соціоекосистеми на життєвість деревних рослин, зокрема на діяльність їх фотосинтетичного апарату, що необхідне в подальшому визначенні стратегії і тактики оптимізації міського середовища, знаходиться в початковій стадії.

ОБ'ЄКТИ І МЕТОДИКА ДОСЛІДЖЕНЬ

Об'єктами досліджень служили аборигенні та інтродуковані деревні породи зелених насаджень м.Львова. Комплексні урбогенні градієнти середовища аналізувались у відповідності до виділених екоклинів (Уиттекер, 1980; Кучерявий, 1991, 1999), в кожному з яких були підібрані тест-об'єкти досліджень: I ЕФП - приміські ліси і лісопарки, рослинність яких знаходиться в умовах незначної дії урбогенних факторів; II ЕФП - міські парки, що зазнають значного антропогенного впливу; III ЕФП - міські сквери, бульвари в умовах сильної антропогенної дії; IV ЕФП - насадження на вулицях і площах з надмірним урбогенним навантаженням.

Природно-історичні умови м.Львова вивчались за літературними та відомчими матеріалами. Площі функціональних зон міста визначали за допомогою крупномасштабних аерофотознімків.

Вимірювання основних таксаційних показників дерев проводили за загальноприйнятою методикою (Анучин, 1982).

Для спостережень змін мікроклімату використовували водночас діючі десантні метеокомплекти, встановлені в чотирьох ЕФП.

Ґрунти класифікували за прийнятими в ґрунтознавстві методиками (Роде, Смирнов, 1972; Полевой определитель почв, 1981 і ін.). Для їх хімічного аналізу на кожному об'єкті складали об'єднану пробу ґрунту згідно з ГОСТ 17.4.4.02-84. Вміст гумусу визначали за Тюріним, азоту легкогідролізованого за Корнфільдом, обмінного Р і К - Кірсановим, кількість Ca i Mg - комплекснометричним методом, рухомі Mg, Cu i B - атомно-адсорбційним методом. Кислотність ґрунту та вміст техногенних елементів встановлювали згідно з методиками (Современные методы хим. анализа...,1984).

Для біохімічних аналізів зразків листя (хвої) користувались методом середньої проби (Методы биохим. исслед., 1987). Зольність сухої речовини листкових пластинок та показники біохімічних процесів визначали за Х.М.Починком (1976).

Морфологічні показники фотосинтетичного апарату дерев досліджували шляхом вимірювання параметрів пагонів та листкової пластинки (Ничипорович, 1961; Молчанов, 1967), анатомічну будову - за допомогою мікроскопу БІОЛАМ та окуляр-мікрометра МОВ-1-15^х при збільшенні 120.

Фенологічні спостереження за розвитком дерев здійснювали за методикою Н.Є.Булигіна (1979).

Наявність основних елементів живлення в листках встановлювали згідно з сучасними методичними розробками (Современные методы хим. анализа…, 1984).

Вміст пігментів визначали за методикою, викладеною в Малому практикумі з фізіології рослин (1982) за допомогою спектрофотометра СФ-16.

Буферні властивості та напрям окисно-відновних реакцій вивчали за В.В.Петрушенком (1977).

Обробка цифрового матеріалу, оцінка достовірності величин проводились з застосуванням методів варіаційної статистики (Никитин, Швиденко, 1978; Зайцев, 1973,1990; Доспехов, 1985). Для цього було використано програму комп'ютерної статистичної обробки аналітичних даних.

ПРИРОДНО-ІСТОРИЧНІ УМОВИ РОЗВИТКУ СИСТЕМИ ОЗЕЛЕНЕННЯ м. ЛЬВОВА

Описано природно-кліматичні особливості району досліджень, наведено етапи формування сучасних екологічних умов міста Львова. Зазначено вплив урбанізації на геоморфологію, гідрологію, мікроклімат, ґрунтовий покрив та рослинність даної території. Проаналізовано динаміку урбанізаційних процесів на основі порівняння площ різних функціональних зон міста станом на 40-і (Степанів, 1992) та 80-і рр. XX ст. (власні дослідження). Виявлено зростання площ усіх досліджуваних структурних одиниць міста, зміну їх співвідношення між собою та частки від загальної адміністративної площі. Встановлено, що за цей період площа вегетуючих територій зменшилась на 23,6 % (в 1,6 разів). Відбулися і значні зміни в біогеоценотичному покриві міста, що призвело до скорочення асортименту деревних та чагарникових видів в III ЕФП відповідно до 9 і 3 таксонів, а в IV ЕФП - до 6 і 1 таксона.

ГРАДІЄНТНИЙ АНАЛІЗ ФАКТОРІВ УРБОГЕННОГО СЕРЕДОВИЩА

На об'єктах досліджень спільно з групою виконавців теми ДБ 13.02-91 проведено аналіз основних урбогенних градієнтів середовища, які найбільше впливають на перебіг процесів життєдіяльності рослин - кліматичого (КГ), едафічного (ЕГ) та забруднюючого (ЗГ).

Дані спостережень мікроклімату засвідчили зміну кліматичних показників при зростанні урбогенного навантаження, що проявляється в ксерофілізації середовища при переході від лісопарку до вулиці. Різниця температури повітря влітку між I i IV еколого-фітоценочними поясами становить 5-7^oС, а на поверхні ґрунту - 19-24^oС. Від периферії до центру міста вологість повітря зменшується на 18-23 %.

За результатами аналізу едафічних умов на об'єктах досліджень описано ґрунтові профілі, визначена кислотність ґрунтового розчину, запаси основних макро- і мікроелементів в ґрунтах (Кучерявий, Гнатів, Пахолюк*, 1992). Виявлено закономірну зміну реакції ґрунту від кислої (лісопарк) до слаболужної на вулиці (pH 4,3>7,3). Рівень забезпеченості ґрунту поживними речовинами досить високий у всіх екоклинах. Відхилення становлять крайні пояси - в ґрунті лісопарку найменший вміст P, K і Ca, а у вуличних котлованах мало гумусу, N і Mg. Кількість мікроелементів у ґрунтах всіх ЕФП, крім лісопаркового, є завищеною внаслідок впливу комплексу техногенних факторів.

Листкова діагностика не виявила чітких закономірностей в погіршенні умов живлення при збільшенні урбогенного навантаження. Виняток становить гіркокаштан звичайний (Aesculus hippocastanum L.), в якого вміст всіх елементів в листкових пластинках при переході від I до IV ЕФП зменшується. Дуб звичайний (Quercus robur L.) гірше забезпечений деякими мінеральними елементами в лісопарку, а клен гостролистий (Acer platanoides L.) у всіх екоклинах відчуває нестачу P, Ca, Mg. В липи серцелистої та широколистої (Tilia cordata Mill., Tilia platiphyllos Scop.,) спостерігається добре забезпечення практично всіма поживними елементами в усіх поясах.

Техногенне забруднення міста призвело до значного нагромадження важких металів в ґрунтах (Курницька, Гнатів,1997). Якщо в ґрунті лісопарку знаходимо нижчі від фонового рівня концентрації цих елементів, то в ґрунтах інших поясів маємо їх перевищення, яке поступово наростає (II>IV ЕФП). Так, перевищення фону в ґрунтах III-IV ЕФП становить: за Pb в 1,4; Mo - 3,9-4,2; Sn - 4,0-6,1 разів.

Озоленість листкових пластинок в усіх порід збільшується при наростанні екологічних навантажень. В дуба звичайного у вуличних посадках кількість золи збільшується в 1,3 рази порівняно з деревами лісопарку, в липи серцелистої - в 1,7 разів, в клена гостролистого - в 1,2 рази. Якщо вважати, що рослини, які в техногенних умовах нагромаджують незначну кількість золи, є стійкішими, то в нашому випадку до них належать дуб звичайний і клен гостролистий.

Градієнтний аналіз підтвердив вплив урбогенних факторів міського середовища на ксерофілізацію кліматопу та алкалізацію едатопу, а також на їх техногенне забруднення. Виходячи з цього, нами виділено групу найзначніших (з огляду на нормальний онтогенез деревних рослин) показників, які формують КУГС.

За переважаючою більшістю досліджуваних показників умови лісопарку і міського парку є сприятливими для нормального росту і розвитку рослин та насаджень, в той час як у сквері і на вулиці частіше створюється негативне середовище для їх зростання.

ВПЛИВ УРБОГЕННИХ ФАКТОРІВ НА МОРФОЛОГО-АНАТОМІЧНІ ПОКАЗНИКИ ФОТОСИНТЕТИЧНОГО АПАРАТУ ДЕРЕВНИХ РОСЛИН ТА ВЕГЕТАЦІЙНІ ПРОЦЕСИ

Дослідженнями морфолого-анатомічних показників листків та пагонів встановлено, що стійкі породи при достатній кількості поживних речовин в умовах урбогенного середовища мають добрий ріст і розвиток вегетативних органів. При переході від лісопаркового поясу до міської вулиці характерним є збільшення кількості листків на пагоні та його потовщення (табл.1). Водночас спостерігається зменшення параметрів листкових пластинок та вкорочення пагона.

В анатомічній будові відмічено посилення ксероморфних рис. Для стійкіших видів характерним є потовщення покривних тканин і цілого листка, гіподерми (в хвойних), збільшення відношення висоти стовпчатої паренхіми до губчатої. За цими показниками кращі адаптивні властивості проявляють ялина колюча ф.голуба (Picea pungens `Glauca') і дуб звичайний.

Відповідно до екологічного профілю міста змінюється співвідношення висот і діаметрів дерев: від периферії до центру спостерігається зменшення їх приростів за висотою та за діаметром (наприклад, у клена гостролистого відповідно на 4,2-7,1 та 6,7-15,5 %). Отже, дія КУГС позначається на всіх параметрах рослини - від анатомічних показників листків до ростових характеристик цілого дерева.

Таблиця 1

Морфологічні показники вегетативних органів деревних рослин в умовах різних ЕФП міста

Порода	Об'єкти досліджень	ЕФП	Діаметр пагона, мм	Приріст пагона, см	К-сть листків, шт.	Площа листка, см2
Липа широколиста	Парки ім.І.Франка, Високий Замок	II	3,9	31,4	7,1	110,7
	Сквер ун-ту “Львів. політехніка”	III	4,0	22,6*	7,5	81,3
	Вул. Бандери, Стрийська	IV	4,2	18,8*	8,0*	75,2*
Клен гостролистий	Лісопарк “Брюховичі”	I	5,2	24,6	6,2	134,3
	Парки ім.І.Франка, Високий Замок	II	4,6*	14,9*	7,0	84,9*
	Сквери Потоцького, Гетьманські Вали	III	6,7*	11,2*	7,0	101,4*
	Вул.Словацького, просп.Свободи	IV	6,8*	3,3*	7,8*	49,6*

* - наявність достовірної різниці

Виявлено певні закономірності фенологічних ритмів в різних екоклинах міста (табл.2). Мікрокліматичні особливості зумовлюють випередження термінів початку всіх фенофаз у насадженнях скверів та вулиць. Спостерігається скорочення тривалості початкових фаз вегетації дерев, цвітіння і періоду активної життєдіяльності листкових пластинок, що може призвести до значних функціональних зрушень всіх систем рослинного організму. Осінні фенофази значно видовжуються за рахунок дострокового пожовтіння листя.

Таблиця 2

Тривалість фаз вегетаційного циклу міських насаджень

ЕФП	Пб2	Л1	Л2	Л3	Л4	Ц4	ТАЖЛ	ТВП
I	5.04-14.04 9*	12.04-27.04 15	7.05-21.05 14	25.09-21.10 26	9.10-3.11 25	7.05-19.05 12	23.04-25.09 155	5.04-3.11 212
II	30.03-7.04 8	11.04-26.04 15	29.04-14.05 15	12.09-17.10 35	30.09-27.10 27	5.05-15.05 11	18.04-12.09 147	30.03-27.10 212
III	28.03-4.04 7	8.04-23.04 15	27.04-10.05 13	1.09-15.10 44	25.09-25.10 30	3.05-12.05 9	15.04-1.09 139	28.03-25.10 210
IV	25.03-2.04 8	29.03-15.04 17	20.04-4.05 14	22.08-11.10 50	13.09-23.10 40	2.05-11.05 9	14.04-22.08 130	25.03-23.10 214

Примітка: фази Пб²,Л¹,Л² - формування листка, Л³-Л⁴ - пожовтіння та листопад, Ц⁴ - цвітіння, ТАЖЛ - тривалість активної життєдіяльності листя, ТВП- тривалість вегетаційного періоду

*- тривалість фази в днях

Тривалість вегетаційного періоду при вираховуванні його від початку пробудження рослин до кінця листопаду не відображає повною мірою реакцію дерев на жорсткість урбогенних умов. На нашу думку, тут доцільніше враховувати тривалість активної життєдіяльності листя.

З естетичного погляду в озеленення міст слід впроваджувати породи, які виділяються своїми декоративними якостями, особливо в осінній період: дуб звичайний, бук лісовий (Fagus sylvatica L.), клен гостролистий, ясен звичайний (Fraxinus excelsior L.). Гіркокаштан звичайний в центрі міста стає іржаво-бурим ще влітку, а в лип у вуличних посадках осінні барви невиразні, мляві.

Згідно з поділом порід за стійкістю (Тарабрин,1986), враховуючи тривалість їх вегетації та період активної життєдіяльності листків, до стійких у даних урбогенних умовах відносимо робінію звичайну (Robinia pseudoacacia L.), дуб звичайний, ясен звичайний, середньостійкими є бук лісовий, липа широколиста і явір (Acer pseudoplatanus L.), до нестійких належать граб звичайний (Сarpinus betulus L.), гіркокаштан звичайний та клен гостролистий.

Виявлені зміни феноритмів є зовнішніми проявами глибоких внутрішніх зрушень метаболічних процесів, викликаних комплексом факторів, і характеризують як умови зростання рослин, так і життєвість видів в даному середовищі.

ОСОБЛИВОСТІ ФІЗІОЛОГО-БІОХІМІЧНИХ РЕАКЦІЙ РОСЛИН НА КОМПЛЕКС НЕСПРИЯТЛИВИХ ФАКТОРІВ

Дослідженнями підтверджується чутливість пігментного комплексу деревних порід до впливу урбогенних факторів (табл.3).

Таблиця 3

Вміст пігментів пластид в листках деревних порід в залежності від місцезростання (мг/г сирої маси)

Порода	ЕФП	Хлорофіли	“а” “в”	Кароти-ноїди	“а”+”в”	Хлорофіли Каротиноїди
		“а”	“в”
Дуб звичайний	I	0,147	0,108	1,36	0,071	0,255	3,59
	II	0,155	0,107	1,45	0,082	0,262	3,20
	III	0,236*	0,156*	1,51	0,100*	0,392	3,92
	IV	0,206*	0,136*	1,52	0,099*	0,342	3,45
Клен гостролистий	I	0,284	0,237	1,20	0,124	0,521	4,20
	II	0,346*	0,241	1,44	0,169*	0,587	3,47
	III	0,184*	0,225	1,47	0,096*	0,309	3,22
	IV	0,224*	0,154*	1,45	0,109	0,378	3,47
Липа серцелиста	I	0,226	0,181	1,25	0,110	0,407	3,70
	III	0,253	0,173	1,46	0,144	0,426	2,96
Липа широколиста	II	0,294	0,207	1,42	0,148	0,501	3,38
	IV	0,244	0,160*	1,52	0,133	0,404	3,04

*- наявність достовірної різниці

В умовах допустимого рівня забруднення та ксерофілізації середовища (лісопарк - сквер) у відносно стійких порід (дуб звичайний, липа серцелиста і широколиста) стимулюється фотосинтез та збільшується кількість пігментів. Крім цього, характерним для них є посилення синтезу каротиноїдів (в дуба звичайного на 41 %), що є однією з пристосувальних реакцій рослин, спрямованою на захист від фотодинамічного ефекту руйнування хлорофілів (Мокроносов, Гавриленко, 1992). В жорстких умовах вулиці відбувається пригнічення функціональних процесів і спад вмісту пігментів. Найстійкішою згідно з нашими дослідженнями є пігментна система дуба звичайного, середньостійкою - лип серцелистої та широколистої, а найбільше пошкоджується в даних урбогенних умовах пігментний комплекс клена гостролистого.

Дослідженнями біохімічних особливостей листків деревних порід (Гнатів, Артемовська, Пахолюк, 1996) виявлено їх значну динамічність в межах ЕФП. Аналіз метаболізму азотистих сполук засвідчив, що в дуба звичайного, липи серцелистої і гіркокаштана звичайного при незначній дії пошкоджуючих факторів спостерігається деяке нагромадження білку як за рахунок активізації синтетичних процесів, так і ймовірного включення окислів азоту забруднювачів в азотомісткі сполуки. Такі зміни носять пристосувально-захисний характер і свідчать про досить високу стійкість порід за цими показниками. Низька стійкість клена гостролистого проявляється посиленням в урбогенних умовах протеолізу і пригніченням біосинтезу вторинних сполук, що призводить до ослаблення його метаболічної системи.

Пригнічується і вуглеводний обмін рослин, який безпосередньо впливає на інтенсивність фотосинтезу, причому незначні пошкоджуючі фактори збільшують вуглеводну спрямованість фотосинтезу у дуба звичайного, липи серцелистої та гіркокаштана звичайного, внаслідок чого дещо зростають синтетичні процеси утворення полімерних сполук. В умовах вуличних посадок у рослин відбувається пригнічення асиміляції вуглеводів, особливо у гіркокаштана звичайного. Клен гостролистий і липа широколиста на погіршення умов зростання реагують зменшенням вмісту крохмалю і нагромадженням дисахаридів, що може збільшити їх пошкоджуваність зимовими несприятливими факторами і прискорити фізіологічне старіння рослин.

При ускладненні умов зростання в рослинах відбуваються більші чи менші зміни показників окисно-відновної системи (ОВС) клітин. Найбільшою стійкістю буферної системи клітин відзначається дуб звичайний, в якого спостерігаємо найменші відхилення вивчених показників в жорстких умовах вулиці порівняно з лісопарковим поясом. Несприятливі фактори призвели до значних змін показників ОВС лип серцелистої та широколистої, що свідчить про їх низьку стійкість, причому реагування буферних систем було близьким між цими обома видами. Клен за показниками ОВС займає проміжне місце після дуба звичайного.

Використані фізіолого-біохімічні показники досить повно діагностують фотосинтетичну діяльність деревних порід, реакція яких на зміну умов середовища проходить однотипно: при допустимому рівні погіршення довкілля (II-III ЕФП) у відносно стійких активізуються пристосувальні реакції, а в умовах вуличних посадок пригнічуються практично всі функціональні процеси.

ОЦІНКА ЖИТТЄВОСТІ МІСЬКИХ ДЕРЕВНИХ ПОРІД ТА ЕКОЛОГО-КОМПЕНСАЦІЙНІ ЗАХОДИ В ОЗЕЛЕНЕННІ

Пошук передадаптацій і можливих адаптацій деревних рослин до КУГС дав можливість виділити на основі проаналізованих показників діяльності фотосинтетичного апарату основні ознаки життєвості рослин.

Виділена група показників може використовуватись в системі моніторингу якості міського середовища.

Кожну з порід продіагоностовано за багатофакторною 3-х бальною шкалою оцінки з градаціями висока, середня і низька життєвість, на основі якої сформовано три групи стійкості рослин до КУГС. Така диференціація дає можливість подальшого дослідження адаптацій деревних рослин і їх інтродукції в насадження III-IV ЕФП.

Запропоновано ряд еколого-компенсаційних заходів підвищення фотосинтетичної активності міських насаджень залежно від виду пошкоджуючого фактора. Серед них найважливішими є цільовий підбір видового складу дерев та агротехніка вирощування. Для реалізації потенційної стійкості рослин до КУГС необхідно створювати оптимальні умови для їх кореневого живлення мінеральними елементами і водою, усувати зміни в фізико-хімічних властивостях ґрунту, які виникають при насиченні їх кислими газами і важкими металами, а також в умовах ущільнення.

Правильне застосування методів підвищення стійкості рослин до урбогенного середовища з врахуванням конкретних умов зростання і складу забруднювачів дозволить створити у великих містах та промислових центрах довговічні і високодекоративні зелені насадження.

ВИСНОВКИ І РЕКОМЕНДАЦІЇ

1. Зроблено теоретичні узагальнення екологічних проблем сучасного великого міста та життєдіяльності міських деревних рослин, що дало змогу диференціювати визначальні фактори урбогенного середовища, розробити критерії діагностики стану деревних порід, виділити групи стійкості досліджуваних рослин та запропонувати практичні рекомендації для міського зеленого будівництва.

2. Процес урбанізації докорінно змінює природний ландшафт. За останні 50 років під виробничі та соціально-культурні комплекси вилучено 24,9 % території міста Львова.

Протягом століття щільність населення на одному гектарі житлової забудови зросла майже у 8 разів (від 22 до 173 чоловік). Площа вегетуючих територій міста скоротилась на 23,6 % (в 1,6 разів). Це призвело до глибоких змін в біогеоценотичному покриві, зокрема збіднюється асортимент деревних та чагарникових видів, кількість яких скоротилася в III ЕФП відповідно до 9 і 3 таксонів, а в IV ЕФП - до 6 і 1 таксона.

3. Виділено визначальні (з огляду на нормальний онтогенез деревних рослин) показники комплексного урбогенного градієнта середовища. Основними з них є температура повітря і температура на поверхні ґрунту, які зростають при переході від міського лісу до вулиць центральної частини міста відповідно на 5-7 ^оС та 19-24 ^оС, кислотність ґрунтового розчину (закономірно змінюється від кислої в лісопарку до слаболужної у ґрунтах насаджень вулиці - рН 4,37,3), вміст елементів живлення та концентрація токсичних елементів в ґрунтах (перевищення фону в ґрунтах III-IV ЕФП становить, зокрема, за свинцем в 1,4, оловом - 4,0-6,1 молібденом - 3,9-4,2 рази). Отже, умови скверу і вулиці за більшістю показників негативні для зростання деревних рослин і насаджень.

4. Під впливом КУГС відбуваються морфолого-анатомічні зміни будови фотосинтетичного апарату деревних рослин адаптивного характеру. За морфологічними показниками при переході від I до IV ЕФП характерним є:

* зменшення площі листкових пластинок (наприклад, в липи широколистої - на 32 %, а в клена гостролистого - на 63 %);

* збільшення кількості листків на пагоні ( на 10-30 % у згаданих видів);

* вкорочення пагона (наприклад, в липи широколистої - на 40 %, в клена гостролистого - на 87 %), а також його потовщенння (в середньому на 22 %).

В анатомічній будові листка спостерігаються зміни ксероморфного спрямування, збільшується індекс палісадності тканин:

* у хвойних порід товстішає епідерма та гіподерма (наприклад, у ялини колючої ф. голубої на 4 та 17 %);

* листяні породи реагують потовщенням верхнього і нижнього епідерміса та цілого листка, зростає індекс палісадності (наприклад, у дуба звичайного відповідно на 19,1; 24,2; 25,2 та 28,4 %).

5. Вплив комплексу урбогенних факторів виразно позначається на співвідношенні висот і діаметрів дерев: від периферії до центру міста зменшуються їх прирости за висотою та за діаметром (наприклад, у клена гостролистого відповідно на 4,2-7,1 % та 6,7-15,5 %).

6. На складні умови урбанізованого середовища деревні рослини відповідають змінами в вегетаційному циклі, що є зовнішнім проявом глибоких зрушень процесів їх життєдіяльності.

В умовах скверів, площ, вулиць закономірним є випередження термінів початку всіх фенофаз, деяке скорочення ранніх фаз вегетації (на 2-4 дні), процесу цвітіння (на 3-4 дні) і періоду активної життєдіяльності листкових пластинок (на 16-25 днів).

Водночас тривалість осінніх фенофаз тут значно видовжується за рахунок дострокового пожовтіння листя (на 18-24 дні). Істотне скорочення активної вегетації свідчить про низьку стійкість рослини.

7. Несприятливі урбогенні фактори призводять до порушень фізіологічних процесів у рослинах. Чутливими до якості середовища є пігментний комплекс, азотний та вуглеводний обміни, буферна система рослинних організмів, при чому зміни їх функціонування при посиленні урбогенного пресу проходять однотипно і носять двофазний характер. Зокрема, у відносно стійких порід при незначній дії комплексу екологічних факторів збільшується вміст хлорофілів та каротиноїдів, що засвідчує посилення активності пристосувальних реакцій (так, у дуба звичайного з I до III ЕФП кількість хлорофілу “а” збільшується на 60, “в” - на 44, а каротиноїдів - на 41 %).

При подальшому погіршенні умов відбувається пригнічення функціональних процесів (в IV ЕФП в породи спадає вміст цих пігментів відповідно на 20, 18 та 2 %). Це свідчить, що в межах певної допустимої інтенсивності впливу урбогенного середовища (I-III ЕФП) маємо виразну захисну реакцію, спрямовану на мобілізацію фотосинтетичної діяльності; при більших навантаженнях (умови вулиці) очевидне загальне пригнічення рослинного організму.

8. Узагальнення впливу урбогенних факторів на життєдіяльність окремих видів деревних рослин дало змогу виділити фенолого-морфофізіологічні критерії оцінки їх життєвості, які можуть використовуватись в системі моніторингу якості міського середовища, зокрема:

* тривалість генеративного періоду і активної життєдіяльності листя;

* товщина покривних тканин та індекс палісадності;

* площа листкових пластинок, їх кількість на пагоні, довжина і діаметр пагона;

* вміст хлорофілів і каротиноїдів, азотомістких та запасаючих сполук, показники окисно-відновної системи організму.

9. Запропоновано шкалу оцінки рівня життєвості міських деревних порід з таким процентним відхиленням досліджуваних показників від контролю (I ЕФП):

* висока (1 бал) - 0-10 % і більше за умови позитивного характеру зміни;

* середня (2 бали) -10-20 %;

* низька (3 бали) - 20-30 % і більше.

10. Згідно з виділеними критеріями та на основі бальної шкали оцінки життєвості досліджені деревні породи за реакцією на комплексний урбогенний градієнт середовища віднесені до трьох груп рослин:

* стійкі - дуб звичайний, робінія звичайна, ялина колюча ф. голуба, ясен звичайний;

* середньостійкі - бук лісовий, клен гостролистий, липи серцелиста та широколиста, явір;

* нестійкі - гіркокаштан звичайний, граб звичайний, ялина європейська.

11. Для біоіндикації якості середовища та життєвості деревних рослин за показниками фенологічних спостережень найзручнішою для практичного застосування є тривалість активної життєдіяльності листя.

12. З метою підвищення життєвості міських деревних рослин нами запропоновані наступні еколого-компенсаційні заходи:

а) підбір відповідного асортименту урбогенностійких господарсько- ефективних і декоративно цінних рослин (в тому числі і інтродуцентів) при використанні запропонованих критеріїв та шкали оцінки їх життєвості;

б) селекція особин, включаючи вегетативне розмноження стійких рослин, та виведення гібридів і виховання в них високої резистентності;

в) інтенсифікація агротехніки догляду:

* внесення поживних речовин в ґрунт;

* позакореневе підживлення;

* вапнування і гіпсування ґрунтів, розпушування ґрунту;

* полив ґрунту та крони;

* використання стимуляторів росту кореневих систем;

* застосування фізіологічно активних речовин для нейтралізації токсикантів;

* санітарна обрізка та рубка дерев, захист від механічних пошкоджень, хворіб і шкідників;

г) раціональне розміщення і поєднання рослин, регулювання рекреаційних навантажень, дотримання правил і норм посадки.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Курницька М.П. Пігментний комплекс дерев в умовах урбогенного середовища // Науковий вісник: Проблеми та перспективи розвитку лісового господарства. - Львів: УкрДЛТУ.- 1998.- Вип.9.1.- С.47-50.

2. Кучерявий В.П., Курницька М.П. Вплив комплексного урбогенного градієнта середовища (КУГС) на морфологічні характеристики деревних порід // Науковий вісник: Сучасна екологія і проблеми сталого розвитку суспільства. - Львів: УкрДЛТУ.- 1999.- Вип.9.7. - С.101-104.

3. Курницька М.П. Анатомічні особливості стану фотосинтетичного апарату дерев під впливом комплексного урбогенного градієнта середовища (КУГС) // Науковий вісник: УкрДЛТУ.- Львів,1999.- Вип. 9.11. - С.30-34.

4. Кучерявий В.П., Міклуш С.І., Пахолюк М.П. Лісівничо-рекреаційна оцінка зелених зон обласних центрів заходу України // Взаємодія науки і виробництва в лісопромисловому комплексі. Тези наук.-практ.конф.- Київ, 1989.- С.16-17.

5. Кучерявий В.П., Чернявський М.В., Кульчицький-Жигайло І.Є., Пахолюк М.П. та ін. Система екологічного моніторингу Львова // Проблеми урбоекології та фітомеліорації. Тези доп.наук.-практ.конф.- Львів: ЛЛТІ.- 1991.-С.137.

6. Кучерявий В.П., Гнатів П.С., Пахолюк М.П. Пошук морфофізіологічних показників стійкості рослин в урбогенних умовах // Тези доп.44-ї наук.-техн.конф. ЛЛТІ.- Львів, 1992.- С. 41-42 .

7. Кучерявий В.П., Гоздог М.Е., Лук'янчук Н.Г., Манничева О.С., Пахолюк М.П. Комплексні урбогенні градієнти середовища і оцінка вітальності деревних і чагарникових порід// Матер.46-ї наук.-техн.конф. УкрДЛТУ.- Львів, 1994.- С.278.

8. Гнатів П.С., Мазепа В.Г., Пахолюк М.П. Морфологічні ознаки екологічного пристосування фотосинтетичного апарату дерев // Матеріали Погребняківських читань.- Львів: УкрДЛТУ, 1995.- С.33-34.

9. Курницька М.П. Феноритміка зелених насаджень міста // Теоретичні і прикладні аспекти соціоекології. Матер. 1-ї Всеукр.конф..- Львів: УкрДЛТУ, 1996.- Том 2.-С.37-39

10. Гнатів П.С., Артемовська Д.В., Пахолюк М.П. Стан рослин львівського парку ім.І.Франка // Старовинні парки і проблеми їхнього збереження.- Умань, 1996.- С.119.

11. Курницька М.П. Динаміка урбанізаційних процесів (на прикладі міста Львова) // Проблеми ландшафтної архітектури, урбоекології і озеленення населених місць. Матер. 1-го міжн.семінару.- Львів, 1997.- С.135-137.

12. Курницька М.П., Гнатів П.С. Техногенна емісія хімічних елементів в міські ґрунти та їх акумуляція в фітомасі рослин // Сучасна екологія і екологічна патологія людини. Матер.укр.-пол.семінару. - Львів, 1997.- С.61-62.

13. Кучерявий В.П. Курницька М.П. Особливості біохімічного кругообігу важких металів у міських біоценозах // Сучасна екологія і екологічна патологія людини. Матер. укр.-пол.семінару.- Львів, 1997.- С.75-77.

Курницька М.П. Особливості життєдіяльності деревних порід в урбогенних умовах великих міст (на прикладі м.Львова).- Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата сільськогосподарських наук за спеціальністю 06.03.01. - Лісові культури, селекція, насінництво.-Український державний лісотехнічний університет, Львів, 2001.

Дисертацію присвячено вивченню осoбливостей життєдіяльності міської деревної рослинності шляхом аналізу функціональної здатності фотосинтетичного апарату при різних рівнях урбогенного впливу. Вперше зроблено спробу охопити і дослідити комплекс факторів міського довкілля, що включає кліматичні, едафічні та забруднюючі урбогенні фактори, і як наслідок їх дії - зміни в анатомічній, морфологічній будові фотосинтетичного апарату, фенології дерев та ряду показників фізіолого-біохімічних реакцій.

Виділено групу визначальних показників комплексного урбогенного градієнта середовища та критерії оцінки життєвості деревних рослин. Досліджені породи класифіковані за стійкістю до урбогенного впливу на основі розробленої багатофакторної бальної шкали. Запропоновано до впровадження ряд еколого-компенсаційних заходів підвищення рівня життєвості зелених насаджень міста.

Ключові слова: життєдіяльність, деревна рослинність, урбогенні фактори, фотосинтетичний апарат, критерії, життєвість, заходи.

Курницкая М.П. Особенности жизнедеятельности древесных пород в урбогенных условиях больших городов (на примере г.Львова). - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук по специальности 06.03.01.- Лесные культуры, селекция, семеноводство.- Украинский государственный лесотехнический университет, Львов, 2001.

Диссертация посвящена изучению жизнедеятельности городских древесных пород путём анализа функциональной способности фотосинтетического аппарата в различных вариантах урбогенных условий. Впервые в условиях большого города предпринята попытка объединить и изучить комплекс климатических, эдафических и загрязняющих факторов городской среды и последствия их воздействия на морфолого-анатомическое строение ассимиляционных органов, фенологию деревьев и особенности их физиолого-биохимических реакций.

Подтверждено увеличение ксерофилизации климатопа, алкализации едатопа и техногенного загрязнения екотопа в целом в условиях большого города. Так, от периферии к центру города возрастает температура воздуха и поверхности почвы (соответственно на 5-7 и 19-24 ^оС), влажность воздуха уменьшается на 18-23 %. С переходом от лесопарка к улице кислая реакция почвенного раствора заменяется щелочной (рН 4,37,3), а также сильно возрастают концентрации тяжелых металлов в почвах, что свидетельствует об их техногенном происхождении.

Специфические факторы городской среды приводят к изменению морфологических характеристик вегетативных органов древесных растений - уменьшению площади листовой пластинки, количества листьев на побеге (например, у липы широколистной на 32 %, у клена остролистого - на 63 %), укорачиванию и утолщению побега (у клена остролистого соответственно на 86 % и на 22 %).

В анатомическом строении наблюдается увеличение ксероморфоза. У хвойных пород утолщается эпидерма и гиподерма (например, у ели колючей ф. голубой на 4 и 17 %), у лиственных - верхний и нижний эпидермис, возростает индекс палисадности (например, у дуба обыкновенного соответственно на 19,1; 24,2 и 28,4 %).

Особенности фенологического процесса заключаются в опережении начала всех фенофаз развития растений в условиях сквера-улицы (на 2-4 дня), сокращении генеративного периода (3-4 дня) и длительности активной жизнеспособности листьев (на 16-25 дней). Одновременно удлинняются осенние фенофазы (на 18-24 дня). С целью биоиндикации качества среды за фенологическими показателями рекомендуем использовать данные активной жизнеспособности листьев.

Изменение изученых показателей физиолого-биохимического состояния под влиянием урбогенных факторов среды происходит однотипно и имеет двухфазный характер: вначале при незначительном ухудшении условий произрастания наблюдается повышение активности приспособительных реакций организма, а затем при усилении экологического давления происходит угнетение функциональных процессов. Например, у дуба обыкновенного от условий лесопарка к скверу увеличивается количество хлорофила “a” на 60 %, хлорофила “в” - на 44 %, каротиноидов - на 41 %. В уличных насаждениях дуба содержание этих пигментов уменьшается соотвественно на 20, 18, и 2 %.

На основании изученных показателей функционирования фотосинтетического аппарата выделены критерии оценки жизненности древесных растений в урбогенных условиях, которые могут использоваться в системе городского мониторинга. Исследованные породы распределены по устойчивости к урбогенному влиянию: устойчивые - Quercus robur L., Robinia pseudoacacia L., Picea pungens `Glauca', Fraxinus excelsior L., среднеустойчивые - Tilia platyphyllos Scop., Tilia cordata Mill., Acer platanoides L., Acer pseudoplatanus L., Fagus sylvatica L., слабоустойчивые -Сarpinus betulus L., Aesculus hippocastanum L., Picea abies L.

Предложен к внедрению ряд эколого-компенсационных мероприятий повышения уровня жизненности зеленых насаждений города, в основе которых лежит разработаный принцип подбора соответствующего ассортимента урбогенноустойчивых хозяйственно-эффективных и декоративно ценных видов, а также агротехнические методы их выращивания.

Ключевые слова: жизнеспособность, древесная растительность, урбогенные факторы, фотосинтетический аппарат, критерии, жизненность, мероприятия.

Kournyts'ka M.P. Special Features of Living Activity of Tree Species Under Urbogenic Conditions of Large Cities (Lviv consideration) .- Manuscript.

Dissertation thesis for obtaining of Ph.D. degree in agricultural sciences by speciality 06.03.01 - Forest plantations, breeding, seed management.- Ukrainian State University of Forestry and Wood Technology, Lviv, 2001.

Dissertation deals with investigation of living activity of urban tree plant cover by analysing functional ability of photosynthetic apparatus under various conditions of urbogenic effect. It is for the first time that the set of urban environmental factors comprising climatic, edaphic and contaminating ones was investigated. Changes in anatomical and morphological structure of photosynthetic apparatus, tree phenology and range of physiologico-biochemical reactions as a sequence of these factors action are studied as well.

Set of crusial indexes is selected for determination the complex urbogenic environment gradient. Developed multifactor grade procedure allows classify investigated species by their resistivity to urbogenic effect. Criteria for tree species vitality evaluation are proposed. Investigated species are classyfied with respect to resistivity to urbogenic effect. It is proposed to introduce several ecological-compensation actions with the aim to increase the vitality of urban tree species.

Key words: living activity, tree species, urbogenic factors, photosynthetic apparatus, criteria, vitality, actions.

Размещено на Allbest.ru