Український державний лісотехнічний університет

ЛЕВОН

Федір Михайлович

УДК 630.18:632.15:634.0232:582.475.4

БІОЛОГО-ЕКОЛОГІЧНІ ОСНОВИ

СТВОРЕННЯ ЗЕЛЕНИХ НАСАДЖЕНЬ В УМОВАХ

УРБОГЕННОГО І ТЕХНОГЕННОГО СЕРЕДОВИЩА

Спеціальність 06.03.01 – лісові культури та фітомеліорація

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

доктора сільськогосподарських наук

Львів – 2004

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Національному ботанічному саду ім. М.М. Гришка Національної академії наук України

Науковий консультант:

доктор біологічних наук, професор Кохно Микола Арсенійович, Національний ботанічний сад ім. М.М. Гришка, провідний науковий співробітник

Офіційні опоненти:

доктор сільськогосподарських наук, професор Кучерявий Володимир Панасович,

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

доктор сільськогосподарських наук, професор Білоус Василь Іванович,

Уманський державний аграрний університет Міністерства аграрної політики України, професор кафедри екології, декоративного садівництва та лісівництва

доктор сільськогосподарських наук, старший науковий співробітник

Шлапак Володимир Петрович, Національний дендрологічний парк “Софіївка” НАН України, заступник директора з наукової роботи

Провідна установа Національний аграрний університет Кабінету Міністрів України, кафедра дендрології та лісової селекції, м. Київ

Захист відбудеться „ 22 „ квітня 2004 р. о 10-30 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 35.072.02 в Українському державному лісотехнічному університеті за адресою: 79057, Львів, вул. Ген. Чупринки, 103, зал засідань.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Українського державного лісотехнічного університету за адресою: 79057, Львів, вул.. Ген. Чупринки, 101.

Автореферат розіслано „ 20 „ березня 2004 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради В.Д. Бондаренко

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність роботи. Однією з найбільш актуальних і гострих проблем людства нині є охорона природного довкілля, оскільки процеси його негативної трансформації набули глобально небезпечного характеру, високих темпів зростання та досягають критично допустимих обсягів.

За масштабами впливу на природу виробнича діяльність людини нині наближається до сили дії геологічних чинників, що незаперечно засвідчує “існування нового етапу розвитку біосфери - ноосфери, сфери незмірної розумової діяльності, сфери величезних антропогенних біогеохімічних перетворень” (Голубец, 1982). Отже, на цьому етапі на людство покладається неабияка відповідальність за наслідки своєї діяльності, за майбутнє планети.

Серед численних чинників небажаної трансформації середовища особливо небезпечним є забруднення повітряного басейну промисловими викидами із різноманітними хімічними сполуками. В останню чверть XX віку простежувалась тенденція до інтенсивного збільшення ступеня забрудненості довкілля новими інгредієнтами, серед яких були і високотоксичні і ще не ідентифіковані, що не менш небезпечно. Саме ці обставини і зумовлюють необхідність швидкого і дійового реагування на ситуацію: від припинення подальшого зростання забрудненості та поступового її зменшення – до широкомасштабних заходів з оздоровлення навколишнього середовища на основі наукових розробок.

Для розв'язання багатьох з цих завдань пріоритетне значення будуть мати інженерні рішення – удосконалення технологічних процесів, перехід на безвідходні технології, розробка і впровадження нових очисних споруд і т.п. (Петрянов, 1969, Сытник, 1975). Поряд з цим широкого визнання набули біологічні методи захисту навколишнього середовища. В широкому розумінні - це використання здатності живих організмів, передусім рослин та їх угруповань, в тому числі деревних насаджень, послаблювати чи усувати вплив негативного фактора (Кулагин, 1974, Гродзінський, 1975, Кондратюк, Радіонов, Тарабрін , 1976, Сытник, 1976, Илькун 1978, Генсирук, Савченко, 1979, Кучерявый, 1981, Сидорович, Сергейчик, 1984, Лапин, 1985, Лаптев, 1985, Литвинова, Левон, 1986, Бялобок, 1988, Лаптєв, 1998, Криницький 1999, Кучерявий, 1999, 2003).

Зокрема (нині загальновизнано, що) позитивний фітомеліоративний ефект повною мірою здатні забезпечувати високопродуктивні і життєздатні насадження. З огляду на сучасний стан зелених насаджень і стан справ у комплексному розвитку зелених зон міст взагалі нині досить проблематично розраховувати на значний результат у цьому напрямі природоохоронної діяльності. Це вимагає докорінного поліпшення якості зелених насаджень, удосконалення методів озеленювальних і лісовідновлювальних робіт в зелених зонах міст, пошуку і розробки шляхів ефективнішого використання потенційних можливостей рослин для ослаблення шкідливого впливу забруднювачів атмосфери і створення якнайсприятливіших умов для життєдіяльності людини (Левон, 1999). Отже, опрацювання порушених питань є актуальним і своєчасним.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дослідження проведено в 1973-2003 рр. в Національному ботанічному саду ім. М.М. Гришка НАН України в рамках виконаних під керівництвом автора наукових тем за розпорядженням Ради Міністрів УРСР - №№ держреєстрації 74034853 і 76059195 (1974-1980 рр.), за відомчим плануванням НАН України - № 81027858 (1981-1985 рр.), № 01860068172 (1986-1990 рр.), №01910003356 (І99І-І995 рр.), за проектом ДКНТ України при розробці Державної науково-технічної програми "Збереження рослинного і тваринного світу України" (02.04.06/052-93) (1993 – 1995 рр.), на замовлення Побузького нікелевого і Придніпровського хімічного заводів, Державного управління екологічної безпеки у м. Києві, за програмою наукового співробітництва між НБС НАН України і Ботанічним садом Польської академії наук (1986-1990 рр.) та в межах двох тем № 01954002739 (1994 –1999 рр.) і № 01964003792 (1996 – 1997 рр.), в яких автор був відповідальним виконавцем.

Мета і завдання досліджень. Мета роботи - вивчити біолого-екологічні основи створення зелених насаджень в умовах урбогенного і техногенного забруднення та обгрунтувати найбільш раціональні шляхи їх використання для вирішення природоохоронних завдань, оздоровлення навколишнього середовища.

Для досягнення цієї мети необхідно було вирішити такі завдання:

- проаналізувати сучасний стан забрудненості атмосферного повітря в Україні та визначитися з пріоритетами стосовно міст, груп підприємств і районів досліджень як об'єктів дослідження;

- на основі теоретичних узагальнень скласти реальну оцінку розуміння повітроочисної функції деревних рослин;

- вивчити видовий склад і сучасний стан зелених насаджень та умови місцезростання деревних рослин в урбанізованому і техногенному середовищі на прикладі конкретних міст і підприємств;

- дослідити особливості реакції деревних рослин на дію факторів забруднення середовища в районах розміщення теплових електростанцій, металургійних заводів та інших підприємств;

- обгрунтувати принципи добору деревних рослин для створення озеленювальних і захисних насаджень у забрудненому середовищі;

- експериментально випробувати нові хімічні засоби регулювання росту рослин в міських зелених насадженнях;

- опрацювати принципові підходи до формування ландшафту міста, методики проектування насаджень колекційного типу як нових перспективних рішень в сучасному озелененні;

- опрацювати порайонний асортимент дерев і кущів для озеленення міст і селищ в Україні;

- підбити підсумки багаторічних спостережень за дослідними лісовими культурами, створеними в 1956 і 1964 роках в зоні південних чорноземів України;

- обгрунтувати нові методичні підходи до формування приміських лісів у південному регіоні України як лісів майбутнього з орієнтацією на переважно рекреаційно-оздоровче їх використання, опрацювати рекомендації з ландшафтної реконструкції приміських лісових насаджень;

- виконати серію досліджень та здійснити узагальнення стосовно використання деревних рослин як біоіндикаторів забруднення навколишнього природного середовища;

- опрацювати концепцію формування міських зелених насаджень у сучасних умовах.

Об’єкт досліджень – міські зелені насадження, насадження в районах розміщення промислових об’єктів, дослідні лісові культури в зоні південних чорноземів України.

Предмет дослідження – стан і видовий склад насаджень, життєвість деревних рослин, акумуляція сірки, свинцю та інших важких металів фотосинтезуючими органами, реакція деревних рослин на дію промислових забруднювачів, формування зелених насаджень в урбанізованих умовах.

Методи дослідження. У дисертаційній роботі використано такі методи: лісівничо-таксаційні – для закладання пробних площ і визначення параметричних показників культур у процесі їх росту та розвитку, геоботанічні – для характеристики трав’яного вкриття, грунтові – для опису генетичних горизонтів і визначення фізико-хімічних властивостей грунту, фізіолого-біохімічні - для вивчення основних фізіологічних процесів та реакції рослин на дію забруднювачів атмосфери, культивування молодих рослин в контрольованих ґрунтових умовах , атомно-абсорбційної спектрофотометрії – для визначення вмісту важких металів, математичної статистики – для обробки експериментальних даних.

Наукова новизна роботи. Розроблено основні положення концепції перспективного розвитку комплексного озеленення індустріального міста. Здійснено теоретичні узагальнення стосовно розуміння повітроочисної функції деревних рослин та їх місця і ролі у розв'язанні проблеми захисту навколишнього середовища від промислового забруднення. Запропоновано модель формування приміського лісу у південному регіоні України з орієнтацією на переважно рекреаційно-оздоровче його використання. Опрацьовано і апробовано методику проектування і створення насаджень колекційного типу як одного із перспективних рішень в озелененні міст і промислових підприємств. Вперше в Україні вивчено вміст свинцю у фотосинтезуючих органах деревних рослин у міських умовах і висловлено застереження щодо високого рівня забруднення повітряного середовища автотранспортними викидами, зокрема в м. Києві. На основі біоіндикаційних досліджень вперше засвідчено високий рівень забруднення лісових екосистем сірчистими сполуками в правобережних районах Українського Полісся і Лісостепу України. Доведено, що високий рівень забруднення повітря (а не грунту) є основним і вирішальним фактором, який обмежує культивування деревних рослин в умовах середовища чорнометалургійного виробництва. На основі отриманих нових експериментальних даних рекомендовано новий стимулятор росту коренів препарат 1619 (А.с. СССР 1568292). Отримано нові дані щодо можливості використання деревних рослин як біоіндикаторів якості природного середовища. Теоретично обгрунтовано фенолого-кліматичний принцип добору деревних рослин для озеленювальних і захисних насаджень в умовах промислового забруднення середовища.

Практичне значення одержаних результатів. За результатами досліджень розроблено практичні рекомендації з використання деревних рослин для оптимізації промислового середовища та здійснено впровадження їх на Придніпровському хімічному заводі (м. Дніпродзержинськ), Побузькому нікелевому заводі, Миколаївському глиноземному заводі, Одеському припортовому заводі тощо. В м. Дніпродзержинську закладено заводський дендрарій, у м. Миколаєві - ботанічний парк, у м. Стаханові та у м. Побузькому - міські парки.

В озелененні міст України широко впроваджується розроблений за участю автора Порайонний асортимент дерев і кущів (1998), затверджений Держбудом України 27.04.98 р.

Велике практичне значення мали Рекомендації з ландшафтної реконструкції приміських лісів методами ландшафтних культур, узгоджені з Мінлісгоспом УРСР 19.08. 1968 р. і схвалені Технічною радою Мінкомгоспу УРСР 15.10.1968 р.

У зеленому господарстві м. Києва впроваджуються виконані за безпосередньою участю і під керівництвом автора розробки з оптимізації паркових і вуличних насаджень.

Окремі розробки використовуються в навчальному процесі та в наукових дослідженнях на кафедрі дендрології та ландшафтної архітектури НАУ, кафедрі дизайну, ландшафтної архітектури і садово-паркового мистецтва Державної академії керівних кадрів культури і мистецтв.

Особистий внесок автора. Дисертанту належать постановка проблеми, опрацювання теоретичних і методичних положень її розв'язання, збір та аналіз експериментального матеріалу, його узагальнення. Наукові теми, в рамках яких проводили покладені в основу дисертаційної роботи дослідження, обгрунтовано автором. Автор був керівником цих тем, а також організатором і керівником наукових експедицій. Весь фактичний матеріал, викладений у дисертації, зібрано й оброблено особисто автором чи під його керівництвом і за його безпосередньою участю. Окремі питання розроблено за участю Г.П. Жулавської, М.-Р. П. Федорищака, Л.П. Куницької, М.О. Маховської, Ю.Г. Ковальчука, О.Ф. Шапочки, Г.П. Богдан, О.М. Горєлова, М.І. Шумика, Н.В. Драган під керівництвом автора.

Апробація результатів дисертації. Основні положения роботи та результати досліджень оприлюднено на 45 наукових з’їздах, конференціях, нарадах і симпозіумах в Новосибірську (1974), Києві (1975, 1976, 1982, 1995, 1999), Донецьку (1976, 2003), Таллінні (1977, 1982, 1984), Білій Церкві (Київська область) у 1978, 1993, 2003 рр., Дніпропетровську (1978), Каунасі (1979), Москві (1983, 1984, 1986, 1990), Запоріжжі (1983), Каневі (Черкаська область) – в 1983 році, Тбілісі (1983, 1991), Севастополі (1984), Звенигороді (Московська область) – в 1984 році, Дрездені (1985), Варшаві (1988), Львові (1986, 1994, 1997, 2001, 2003), Дніпродзержинську (1989), Ростові (1990), Сочі (1991), Умані (Черкаська область) – в 1993 р., Чернівцях (1993), Ялті (1995), Легніце (Чехія) -1999 р., Харкові (2001), Одесі (2002).

Щорічно результати досліджень доповідались на засіданнях вченої ради НБС ім. М.М. Гришка НАН України (1973-2000 рр), а також на Методологічному семінарі "Філософські проблеми біології”, що діяв у НБС НАНУ до 1988 року. В завершеному вигляді дисертаційна робота була представлена на розширеному засіданні відділу дендрології та паркознавства Національного ботанічного саду ім. М.М. Гришка.

Публікації. Результати досліджень за темою дисертації висвітлено у 85 опублікованих працях, в тому числі в одній монографії (у співавторстві), 4 методичних рекомендаціях і нормативних документах, 33 статтях, 39 матеріалах і тезах конференцій, з'їздів і нарад та у 8 авторських свідоцтвах СРСР на винаходи (у співавторстві). У фахових виданнях опубліковано 21 роботу.

Структура і обсяг дисертації: Дисертація складається із вступу, 7 розділів, висновків і рекомендацій виробництву, списку використаних джерел та додатків.

Робота викладена на 360 сторінках комп'ютерного набору, подано 29 рисунків і 45 таблиць. Список літературних джерел складається із 739 найменувань.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

деревнІ рослинИ ЯК ФАКТОР збереження і формування

життєвого середовища

Дана оцінка сучасного стану екологічної обстановки, яка за рівнем забруднення навколишнього природного середовища уже стає реальною загрозою для існування людини і функціонування біологічних систем взагалі.

Висвітлено роль зелених насаджень у захисті повітря від забруднення пилом і газом. Ліси ж визнаються одним з найбільш ефективних факторів збереження стійкого функціонування природних ландшафтів в умовах антропопресії (Штуббе, 1974, Машков, 1977, Швиденко, Нільссон, Строчинський, 1996).

Зроблено застереження щодо переоцінки можливостей деревних насаджень очищати повітря від газоподібних викидів промислових підприємств. Стверджується, що середовищетвірна роль зелених насаджень багатофункціональна і її неприпустимо зводити лише до повітроочисної функції, що потреба в зелених насадженнях на територіях промислових підприємств не відпаде і з появою досконалих технічних засобів очищення повітря.

Обґрунтовується важливість і необхідність обов’язкової присутності зелених насаджень в техногенному середовищі як невід’ємної його компоненти, незважаючи на несумірність потенційних повітроочисних можливостей деревних рослин і обсягів промислових викидів.

Оцінюючи належним чином рівень напруженості сучасної екологічної ситуації в Україні і починаючи з 90-х років прояви негативних тенденцій в озелененні населених пунктів (погіршення загального стану міських зелених насаджень, зниження площ насаджень загального користування, обсягів посадок, кількості вирощуваного садивного матеріалу в декоративних розсадниках, припинення робіт з фітомеліорації зруйнованих промисловими виробками земель) доводиться важливість і необхідність інтенсифікації робіт, орієнтованих на розв’язання наукових і практичних завдань щодо оптимізації зелених насаджень, поліпшення їхньої якості та доведення озеленення міст і селищ до рівня сьогоденних вимог.

Стосовно порушених питань на даний час накопичена значна інформація, але вона явно недостатня, щоб суттєво впливати на практичні роботи в зеленому будівництві, оскільки висвітлюються або тільки фрагменти проблеми, або ж розробками охоплюються лише окремі конкретні райони, міста і т.д. Отже, опрацювання теоретичних і прикладних питань з створення зелених насаджень та їх використання для охорони і формування життєвого середовища є актуальним і своєчасним.

Об’єкти і методика досліджень

Дослідження виконано в промислових районах і на територіях великих міст України в 1966-2003 рр. Об’єктами досліджень були міські зелені насадження Києва, Дніпродзержинська, Дніпропетровська, Запоріжжя, озеленювальні і санітарно-захисні насадження низки промислових підприємств (заводи „Запоріжсталь”, „Дніпроспецсталь”, коксохімічний у м. Запоріжжі, Придніпровський хімічний завод і Дніпровський металургійний комбінат у м. Дніпродзержинську, Миколаївський глиноземний, Побузький нікелевий і Одеський припортовий заводи). Великий обсяг дослідницьких робіт виконано у лісопарковому поясі м. Києва, в лісонасадженнях Станично-Луганського держлісгоспу у зв’язку з забрудненням середовища викидами Луганської ДРЕС, у Володимирівському лісовому масиві - відомому об’єкті степового лісорозведення у Миколаївській області і вибірково - у лісосмугах півдня України.

Оцінку загального стану вуличних насаджень провадили за розробленою нами методикою, за 5-бальною шкалою оцінки життєздатності деревних рослин (Кузнєцов, Левон, Пилипчук, Шумик, 1998).

Оцінку забрудненості середовища сірчистими сполуками за даними про вміст сірки в асиміляційних органах сосни звичайної провадили за узгодженою з БС ПАН (Варшава) методикою (Molski, Bytnerowicz, Dmuchowski, 1983), фрагменти якої нами описано (Левон, 1997). Вміст сірки у зразках листя (хвої) визначали методом хімічного аналізу в лабораторії прикладної екології НБС НАН України та за допомогою автоматичного аналізатора сірки SK-132 виробництва США в БС ПАН. Важкі метали (залізо, марганець, цинк, мідь і свинець) визначали за допомогою атомно-абсорбційного спектрофотометра С-302 після сухого озолення листя в муфельній печі при 500оС і розчиненні золи в су-міші 10 % соляної і азотної кислот.

Особливості росту деревних рослин у лісових культурценозах вивчали за загальноприйнятими в лісовій таксації методиками (Анучин, 1960, Захаров з співавт., 1962) і методами досліджень лісових культур (Огиевский, Хиров, 1964, Логгинов, Кальной, 1966, Гордієнко, Маурер, Ковалевський, 2000) з деякою деталізацією замірів діаметрів і висот та з урахуванням стану крон, морфології стовбура, морфометричних параметрів листя (хвої).

Дослідження придатності забруднених “заводських” грунтів для здійснення озеленювальних робіт провадили за розробленим нами методом культивування молодих рослин деревних порід на грунті, що зазнавав впливу пилогазових викидів чорнометалургійного виробництва, і на грунті без такого впливу забруднювачів безпосередньо на промисловому майданчику Запорізького коксохімічного заводу і за межами міста на території лісового розсадника (Левон, Жулавська, 1981). Рухомі форми основних елементів мінерального живлення визначали за методом Г.Я. Рінькіса і В.Ф. Ноллендорфа (1977). Поряд з агрохімічною характеристикою досліджували токсичність грунту методом біопроб на коренях крес-салату (Гродзінський, 1973).

Статистичну обробку експериментальних даних виконано за прийнятими в лісовій таксації і математичній статистиці методиками (Анучин, 1960, Тюрин, 1961, Захаров и др., 1962, Доспехов, 1985, Поляков, Юдицкий, 1986) і з застосуванням програми Microsoft Excel.

Життєвість деревних рослин

в умовах промислового забруднення середовища

Деревні рослини в умовах середовища підприємств

чорної металургії

Дослідження провадили в період повнопотужної роботи промислових підприємств (1974-1976 роки) у Запоріжжі в санітарно-захисних і озеленювальних насадженнях, які підлягали впливу викидів заводів “Запоріжсталь”, “Дніпроспецсталь” і коксохімічного, що охоплювали повний металургійний цикл, насамперед агломераційне, коксохімічне, доменне, мартенівське, електросталеплавильне, прокатне та інші виробництва. Екологічну обстановку на прилеглих до заводу “Запоріжсталь” територіях оцінювали як вкрай напружену. В підрозділі наведено характеристику забруднення атмосферного повітря моноксидом вуглецю, сірчистим газом, діоксидом азоту і пилом в районі розташування заводу “Запоріжсталь” на початку досліджень (1975 р.) та оцінку грунтових умов зростання рослин в умовах промислового підприємства.

Життєвість і реакцію деревних рослин тополі Болле (Populus bolleana Lauche), в'яза низького (Ulmus pumila L.) та маслинки вузьколистої (Elaeagnus angustifolia L.) на дію промислових забруднювачів вивчали в умовах посиленого впливу на середовище пилогазових викидів. За контроль правили рослини тих же видів, віддалені від промислової зони на 15 км з підвітряного боку. Для характеристики фізіолого-біохімічних особливостей обміну речовин зазначених видів деревних рослин у середовищі підприємств чорної металургії ми визначали вміст води та її фрак-цій у листках, стан пігментного комплексу листків, інтенсивність фотосинтезу (Левон, Жулавська, 1999).

Стан води в листях деревних рослин. Отримано дані, що характеризують динаміку вмісту і стану води в листках залежно від умов зростання рослин в контролі і на заводі. Загальний вміст усіх фракцій води в листках був вищий в умовах заводу порівняно з контролем. Вміст рухомої води у всіх видів рослин інтенсивніше зменшується у контролі порівняно із заводськими умовами. Вміст цієї фракції води у листках в'яза і маслинки був більшим, ніж у тополі. Кількість зв'язаної води в листках деревних рослин на заводі була меншою, ніж у контролі. Отже, інтенсивність фізіологічних процесів у листках деревних рослин у контролі була вищою, ніж на заводі (відношення зв'язана/вільна вода у контролі вище).

Стан пігментного комплексу, фотосинтез. У листках в'яза в умовах заводу вміст хлорофілів “а” і “в” в обидва роки досліджень був вищим, ніж у контролі. У листках маслинки в перший рік спостережень їх було більше, на другий рік – менше. У листках тополі в обидва роки досліджень і протягом вегетації не виявлено певної тенденції щодо вмісту зелених пігментів у заводських умовах і у контролі.

Нами отримано дані, що характеризують інтенсивність асиміляції вуглецю в листках деревних порід у контролі і в умовах заводу. Зясовано, що інтенсивність фотосинтезу для в'яза і маслинки в умовах заводу вища, ніж у контролі, а для тополі – навпаки. Слід відзначити: хоча інтенсивність фотосинтезу була вищою у в'яза і маслинки на заводі, але продуктивність їх вища в контролі. Для тополі й інтенсивність, і продуктивність у контролі були вищими, ніж на заводі.

З’ясовано, що в умовах заводу порівняно з контролем:

- для в’яза характерний стабільний стан пігментної системи - підвищений вміст зелених пігментів, особливо зв'язаної їх фракції з білково-ліпоїдним комплексом, що позитивно корелює з ступенем упорядкованості води. Упорядкованість структури води впливає на хід обміну речовин - підвищуєтъся вміст азоту, фосфору, калію, підвищується інтенсивність фотосинтезу;

- для маслинки відмічено більш лабільний стан пігментної системи листя - кількість пігментів і міцно зв'язана їх фракція з білком майже не змінювались. Структурованість води підвищувалась за рахунок менш упорядкованої і найбільш упорядкованої води. Це узгоджується із вмістом азоту, фосфору, калію і інтенсивністю фотосинтезу;

- у тополі вміст пігментів і міцно зв'язаної з білком фракції хлорофілу в роки досліджень не мав певної тенденції в залежності від середовища зростання. При більшій обводненості листя упорядкованість води не стабільна протягом вегетації, в момент інтенсивного росту пагонів і закладки бруньок витрачаються всі форми упорядкованої води інтенсивніше, ніж на контролі. Відмічено зміщення в обміні речовин - менше азоту і більше моноцукрів, що говорить про більшу інтенсивність основних біохімічних процесів і фізіологічних функцій. В результаті показники інтенсивності і продуктивності фотосинтезу на заводі і контролі мають однакову спрямованість і відрізняються лише кількісним вираженням.

Таким чином, підвищені адаптаційні ознаки спостерігаються у тополі, понижені - у маслинки і низькі - у в'яза.

Реакція молодих деревних рослин на забруднення грунту викидами чорнометалургійного виробництва. В експерименті використано грунт досить високого рівня забрудненості з прилеглої до цеху вуглепідготовки території заводу. В підрозділі наведено повну агрохімічну характеристику взятих для досліду грунтів (Левон, Жулавська, 1981). Так, вміст азоту і калію в забрудненому грунті був у два рази більшим, кальцію і магнію – у три рази, заліза – у 19 раз, сірки – у 400 раз більшим порівняно з контролем. Вивчали ріст дуба звичайного, горіха волоського, робінії звичайної, маслинки вузьколистої, ялівця козачого, бузку китайського, свидини та ін.

За абсолютними значеннями висот і приростів у висоту саджанці і сіянці досліджуваних рослин при вирощуванні їх на чистих і забруднених грунтах в умовах чистого повітря на лісовому розсаднику мало відрізнялись. Було помічено деякий гальмівний вплив забруднення грунту на ростки жолудів дуба звичайного при проходженні ними 8-10-сантиметрового шару грунту. Утворення бульбочок на коренях робінії звичайної і маслинки вузьколистої було більш чисельним на чистому грунті порівняно з забрудненим.

На території заводу біля цехів з підвищеною забрудненістю повітря незалежно від грунту (чистий чи забруднений) відмічено масовий відпад рослин до кінця вегетаційного періоду. Саджанці робінії звичайної і маслинки вузьколистої, що збереглись, були сильно пригнічені, з недорозвиненим листям, за інтенсивністю росту вони значно відставали від рослин, які росли на таких же грунтах у лісовому розсаднику. Отже, доведено придатність промислово забруднених грунтів на підприємствах чорної металургії в м. Запоріжжі для ство-рення захисних насаджень. Основним фактором, що обмежує вирощування деревних насаджень на територіях чорнометалургійних підприємств, є високий рівень забрудненості повітря біля окремих цехів.

Насадження сосни звичайної в умовах забруднення середовища

викидами теплової електростанції

Об'єктом наших досліджень були соснові насадження, що зазнавали впливу дії викидів Луганської ДРЕС, однієї з найпотужніших електростанцій у регіоні.

За даними досліджень, чітко простежується зниження абсолютних величин середніх діаметрів і висот сосни звичайної в насадженнях з наближен-ням до ТЕС і з підвищенням рівня забрудненості середовища. Під впливом забруднюючих субстанцій в насадженнях, віддалених від ТЕС як на 0,5-1,0 км, так і на 2,5-3,0 км, максимум поточного приросту у висоту відмічався у 6-7-річному віці, значно раніше, ніж у конт-рольних умовах, відповідно і падіння поточного приросту наставало раніше й було інтенсивнішим в умовах забрудненого середовища по-рівняно з контролем (Левон, 1997, 2000).

Найбільш вражаючим, на нашу думку, проявом реагування сосни звичайної на зміни в навколишньому середовищі є виявлені нами факти аномального росту її органів у зоні ппідвищеного забруднення повітря й грунту викидами теплової електростанції: а) порушення росту вер-хівкового пагона (явища безперервності росту, утворення трьоххвойних пучків, викривлення хвоїнок); б) утворення пучків укорочених пагонів; в) пробудження бруньок укорочених пагонів; г) ріст пагонів між мутовками; д) порушення феноритму (ріст верхівкового пагона із термінальної бруньки в рік її закладки); е) по-товщення до 8-10 мм закінчень вертикально ростучих коренів (рис.). Найбільша частота таких порушень росту співпадала з періодом активації процесів розпилювання незакріпленого в той час золовідвалу і збіль-шенням кількості атмосферних опадів.

За результатами спостережень за хвоєю на модельних деревах відмічено, що тривалість її життя в насадженнях на віддалі від ТЕС 0,5-І,0 км становила 2 роки, з віддаленням до 2,5-3,0 км і на контролі - 3 роки. Чотирирічна хвоя зустрічалась лише в окремих випадках. Простежується залежність росту хвої в довжину від погодних умов (Левон, 1997).

Наведені факти аномального росту органів сосни звичайної дають підстави для припущення (чи свідчать) про появу поблизу електростанції сильно діючих фак-торів впливу на довкілля і можуть бути використаними для цілей біоіндикації (чи оцінки) якості природного середовища.

а | Б | в

г | Д | е

Рис. Аномалії росту органів сосни звичайної, індуковані змінами в навколишньому середовищі поблизу теплової електростанції

Реакція деревних рослин на забруднення грунту нафтопродуктами

(дендропарк “Олександрія” НАН України)

Забруднення грунтів є одним із небезпечних факторів впливу на навколишнє середовище, останнім часом набуло тенденції до все більшого поширення (Исмаилов, Пиковский, 1985, Калачникова, 1987, Невзоров, 1976).

Особливий вид забруднення грунту і підземних вод водночас і нафтопродуктами, і важкими металами, і леткими фракціями біфінілів зафіксовано в дендропарку “Олександрія” НАН України (Головко та ін. 1997). Отже, першочергового зна-чення набувало з'ясування впливу виниклого забруднення на функціонування паркових фітоценозів, дібров, особливо цінних інтродуцентів. У розрізі вищезазначеного було виконано науково-дослідні роботи з вивчення реакцій молодих рослин видів роду Quercus L. на забруднення грунту нафтопро-дуктами в умовах експерименту (Левон, Шумик, 1999).

За методикою культивування молодих рослин та уніфікованою нами відповідно до завдань, що належало вивчати, було висіяно жолуді дубів болотного (Q. palustris Muench), звичайного (Q. robur L.), ліванського (Q. libani Oliver) і червоного (Q. rubra L.) в траншеї, заповнені грунтом різного ступеня забруднення. Для дослідів взято грунт з ви-соким рівнем забруднення з балки в місцях виклинювання нафтопродуктів (1 варіант), той же грунт, але провітрений і витриманий про-тягом двох тижнів на експериментальному майданчику (2 варіант) і грунт без забруднення (контрольний варіант). Через місяць після початку досліду слідів гасу і вуглеводнів нафти в приземному шарі повітря за варіантами досліду не виявлено.

За результатами визначення схожості жолудів, річного приросту однорічних сіянців, площі їхньої асиміляційної поверхні, анатомічних досліджень засвідчено факт гальмуючого впливу виниклого забруднення грунтів на особливості росту досліджуваних рослин і таке забруднення не можна вважати безпечним для рослинності в цілому. Так, у першому варіанті зафіксовано зниження схожості жолудів у дубів ліванського, червоного, звичайного і болотного відповідно на 92,3 %, 94,5 %. 65,2 %, 66,3 % ,зменшення річного приросту однорічних сіянців дубів ліванського, червоного, болотного відповідно на 58,4 %, 56,5 %, 59,5 % і 59,6 %, загальної площі асиміляційної поверхні в дубів ліванського - на 63,1 %, звичайного - на 38,0 %, болотного - на 43,2 %, червоного - на 53,3 % порівняно з контролем. Наслідки дослідження указують на необхідність продовження експериментальних робіт з більш повним охопленням асортименту деревних і трав'янистих рослин, різновидів грунтів за рівнем їх забруднення та доповненням спостереженнями за динамікою та характером розповсюдження рослинних популяцій.

Вплив урбогенних факторів на життєвість вуличних насаджень

Викиди автот-ранспорту – зростаюча загроза забруднення повітря

населених пунктів

Інтенсивний розвиток автомобільного транспорту і концентрація його в містах призвели до значного забруднення міського середовища продуктами згорання бензину та інших видів органічного палива. Уже в 70-ті роки XX ст. на долю автотранспортних викидів припадало близько 60 % забруднення атмосфери (Дажо, 1975), на початку 90-х років - понад 70 % (Ворончук, Щепець, 1991).

З вихлопними газами автомобілів у повітря викидається велика кількість най-різноманітніших шкідливих речовин, токсикологічна дія яких на даний час достатньо вивчена і висвітлена в літературі (Фельдман, 1975, Руководство по гигиене…, 1976, Дубинин, Пашин, 1977, Bryce-Smith D., 1974). Особливу небезпеку становить прогресуюче забруднення навко-лишнього середовища сполуками свинцю. Останні характеризуються нейротоксичною дією, найнебезпечніші вони для здоров'я дітей (Bryce-Smith D., 1974). У значних дозах сполуки свинцю викликають хромосомні аберації у людей (Дубинин, Пашин, 1977). У літературі є й інші відомості, що свідчать про несприятливий вплив свинцю за умов накопичення його у зовнішньо-му середовищі.

За такого стану екологічної ситуації, що за темпами ускладнення набувала загрозливого характеру, уже в 70-ті роки було визнано актуальність і важ-ливість проблеми боротьби з забрудненням повітря вихлоп-ними газами автомобілів. Це спонукало до обґрунтування відповідної тематики та розгортання робіт з вивчення й оцінки рівня забруд-неності міського середовища вихлопними газами автомобілів, зо-крема сполуками свинцю, з перспективою ефективнішого використання для цієї мети засобів озеленення, насамперед вуличних насаджень.

Акумуляція свинцю

фотосинтезуючими органами деревних рослин

Основні дослідницькі роботи з порушених питань виконано нами в 1974-1977 рр. у м. Києві. В цьому відношенні вибраний район дос-ліджень найбільше відповідав виконанню поставлених завдань. Київ вирізнявся тоді найвищою насиченістю транспор-том. А на початку 90-х років минулого століття за загальною кіль-кістю транспортних викидів в атмосферу (понад 230 тис. тон на рік) Київ посідав перше місце в Україні (Ворончук, Щепець, 1991).

Для оцінки забрудненості міського повітряного середовища ви-хлопними газами автомобілів нами використано біологічний метод, що базувався на визначенні кількості свинцю, затримуваного листями деревних і кущових порід у різних умовах. Оскільки у міських умовах автотранспорт є єдиним найбільшим джерелом ви-кидів свинцю в навколишнє середовище, кількість утримуваного лис-тями свинцю може слугувати об'єктивним показником ступеня заб-рудненості повітря вихлопними газами автомобілів.

Об'єктом дослідження були деревні рослини, що зростали у вуличних насадженнях на різному віддаленні від авто-трас в районах найбільш інтенсивного руху легкових і вантажних автомобілів. За контроль правили рослини тих же видів, що зростали в паркових і інших насадженнях на значній віддалі від автотрас.

Максимальний вміст золи виявлено в листі деревних і кущових порід, що зростали в безпосередній близькості від автотрас, мінімальний - при найбільшій віддаленості. Максимальною утримуючою здатністю по відношенню до свинцю відрізняються листки гіркокаштана звичайного (табл. 1).

Інтенсивний розвиток автомобільного транспорту і концентрація його в містах привели до значного забруднення міського середовища продуктами згорання бензину та інших видів органічного палива. Згідно з статистичними даними у світовому масштабі уже в 70-ті роки на долю автотранспортних викидів припадало близько 60 % забруднення атмосфери [124] , на початку 90-х років - понад 70 % [75]. За оцінками спеціалістів, уже в 70-ті роки транспорт став основним джерелом забруднення повітряного середовища у вели-ких містах [143].

Таблиця 1

Кількість зольних елементів (%) і свинцю (мг/кг) в листі деревних рослин

на різній віддалі від автотраси. Київ, 1974-1975 рр.

Вид | Місцезростання рослин | Зольність, % | Вміст свинцю, мг/кг

1974 | 1975 | 1974 | 1975

Осінь | Весна | Осінь | Осінь | Весна | Осінь

Гіркокаштан звичайний | 1-й ряд, при дорозі | 12,7 | 10,3 | 14,9 | 216,0 | 25,8 | 819,5

2-й ряд, 10 м від дороги | 11,1 | 8,5 | 11,8 | 24,0 | 13,6 | 46,0

У глибині парку | - | - | 10,9 | - | - | 10,9

То-поля дельтолиста | 1-й ряд, при дорозі | 13,3 | 12,1 | 14,8 | 54,0 | 21,7 | 162,8

2-й ряд, 10 м від дороги | 11,6 | - | 13,9 | 45,0 | - | 48,6

У глибині парку | - | - | 10,9 | - | - | 10,9

Максимальні величини накопичення свинцю в листках деревних рослин відмічено на авто-трасах з високою інтенсивністю легкового автотранспорту, а в зоні доріг з високою інтенсивністю грузового автотранспорту вміст свинцю в листках гіркокаштана звичайного і тополі дельтолистої був значно нижчим.

Вивчення накопичення свинцю на листі деревних рослин у вуличних насадженнях Києва і Дніпропетровська уже в 70-ті роки засвідчило високий рівень забруднення міського середовища вихлоп-ними газами автомобільного транспорту, що набувало загрозливого характеру (Левон, Ковальчук, 1977). За нашими даними, за вегетаційний період на листках деревних і кущових рослин, які зростали поруч із проїж-джою частиною міських вулиць з найбільш інтенсивним рухом легкового автотранспорту, в окремих випадках свинцю накопичувалося в 20-40 разів більше порівняно з фоновим вмістом (у глибині парків, на значній віддалі від автомагістралей). Отже, можна зробити висновок, що основна маса сполук свинцю осідає в смузі завширшки до 20 м. У зв'язку із утрудненим розсіюванням ви-кидів автотранспорту в умовах міської забудови в зонах пішохідно-го руху і найбільшого скупчення людей можуть створюватися такі концентрації шкідливих речовин, що викидаються з вихлопними газа-ми автомобілів, які не можна вважати безпечними.

Аналіз видового складу та загальний стан деревних рослин

у вуличних насадженнях (на прикладі м. Києва)

Знання загального сучасного стану та таксономічного складу міських зелених насаджень і, безумовно, умов місцезростання рос-лин в урбанізованому середовищі, є однією з важливих передумов успішного вирішення комплексу питань, пов'язаних з формуванням міського ландшафту і поліпшення його еколого-естетичної цінності.

Для обстежень вуличних насаджень ми використали розроблену нами шкалу оцінки стану деревних рослин (Кузнєцов, Левон, Пилипчук, Шумик, 1998). Нами було обстежено насадження на 43 вулицях Києва, що в ціло-му відображають загальний стан і видовий склад вуличних насаджень міста. За узагальненими даними, простежується до-сить невтішна картина стосовно розподілу дерев як за категоріями стану, так і за видовим складом.

Перш за все треба вказати на бідність асортименту деревних рослин у вуличних насадженнях. Найповніше представлені липи (39,0%), гіркокаштан звичайний (22,2%), тополя італійська (20,8%), - разом 82,6%, потім клени гостролистий (4,0%) і цукристий (3,8%), то-поля дельтолиста (5,1%). На решту 7 видів припадає 4,5%.

За загальним станом тільки половина дерев оцінена 4 або 5 ба-лами і, отже, відповідає вимогам з точки зору виконання ними фітомеліоративних і декоративних функцій (Левон, 1999).

В міських зелених насадженнях Києва значного поширення набула омела біла (Viscum album L.). За нашими спостереженнями, список рослин-господарів налічує 30 видів 12 родин (Кузнецов, Левон та ін., 2000). Особливо сильно ура-жені омелою клени гостролистий і цукристий, робінія звичайна, тополя дельтолиста, липа серцелиста. Крім того, в насадженнях на вулицях міста дуже велика частка дерев із механічними пошкодженнями стовбура і скелетних гілок транспортом та іншими технічними засобами.

Підсумовуючи, відзначимо, що вуличні насадження міста потребують проведення в них екстрених санітарно-оздоровчих заходів, удосконалення агротехніки створення насаджень та догляду за ними з врахуванням особливостей умов місцезростання на вулицях міста.

Еколого-технологічні і біологічні передумови оптимізації

формування вуличних насаджень

В озелененні вулиць міста переважають рядові посадки дерев у лунки в зонах тротуарів, поруч із проїжджою частиною. Умови місце-зростання дерев у таких насадженнях надзвичайно складні, оскільки вони визначаються окремою чи спільною дією численних лімітуючих факторів, що негативно впливають на життєвість деревних рослин (Хазанов, 1975, Шмыгановский, 1977, Buhler H.D., 1978, Czerwinski Z., 1978, Кучерявый, 1981, Левон, 1983, Bassuk N., Whitlow T., 1988, Brod H.G., 1988).

У зв'язку з ремонтними роботами на міських вулицях має місце механічне ушкодження кореневих систем дерев, підвищення висотних відміток полотна проїжджої частини дороги і тротуару, що супроводжу-ється підняттям поребрика в пристовбурних лунках дерев. Внаслідок засипки землею таких лунок до рівня поребрика дерева стають надмір-но заглибленими в грунт. Підвищення рівня грунту над кореневою шийкою часом сягає 0,5 м. У результаті створю-ються несприятливі умови для функціонування кореневих систем, а, отже, і для зростання дерев (Левон, 1983,1999).

Відзначається необхідність зба-гачення вуличних насаджень новими видами і формами деревних рослин (декоративними, середовищетвірними, толерантними до антропогенних впливів). Це оди-н із важливих шляхів поліпшення справ у озелененні вулиць міста (Калініченко, Кузнєцов, Левон). Для посилення фітомеліоративної ролі насаджень на вулицях міста перспективне ширше використання в посадках кущів, особливо в смузі між тротуаром і проїжджою частиною.

Надзвичайно велика роль належить