Состояние зеленых насаждений в условиях городской среды

      Состояние воды. На состояние водного потока р. Инсар оказывают влияние стоки с городских территории. Сброс в реку сильно загрязнённых и химически активных сточных вод приводит к значительному изменению качества воды. Если выше г. Саранска вода реки Инсар относится к классу «загрязнённая» с индексом загрязнения воды (ИЗВ) 3,7, то ниже она соответствует классу «грязная» (ИЗВ - 4,2). Устье реки Саранки с индексом загрязнения 18,5 относится к классу очень грязных вод.

      Таким образом, рассмотренные факты свидетельствуют  о чрезвычайно высокой потенциальной техногенной нагрузке на экосистему реки Инсар [13].

      В промышленных городах одним из наиболее объёмных и опасных видов отходов являются осадки сточных вод (ОСВ), образующиеся на городских очистных сооружениях (ГОС), и промышленные шламы, т.е. ОСВ выделяемые после локальной очистки или доочистки промышленных сточных вод. Эти отходы содержат высокие уровни многих поллютантов, большая часть которых при существующих технологиях и способах утилизации ОСВ, в итоге попадает в окружающую среду.

      Среднегодовые концентрации нефтепродуктов выросли  в 3 раза, азота аммонийного —  в 2,5 раза, меди, легкоокисляемых органических веществ по величине — в 1,5 раза, цинка - с 4 до 5 ПДК, азота нитритного - с 3 до 4 ПДК [14].

      На  территории города Саранска река принимает  воды притоков ручей Лепелейка, р. Саранка, Никитинский овраг загрязнённые стоками промышленных предприятий города.

      Река  Саранка, являющаяся приёмником хозяйственно-бытовых стоков относится к 6 классу качества (ИЗВ - 19,91) с превышением по БПК₅ в 36,76 ПДК, нефтепродуктам - 17 ПДК, азоту нитритному - 15,4 ПДК.

      Ручей Лепелейка. В устье ручья среднегодовые превышения норм ПДК зафиксированы по следующим показателям: нефтепродукты - 9,33 ПДК, БГЖ₅ - 6,86 ПДК, никель - 3,87 ПДК, азот нитритный - 2,25 ПДК. Кислородный режим неблагоприятный - 4,65 мг/л. Превышения норм по марганцу - 40,8 ПДК связаны с природными явлениями. Река относится к 6 классу качества (очень грязная) с индексом загрязнения 10,65.

      Повышенная  загрязненность может быть обусловлена  сбросами промышленных стоков АО «Орбита», ОАО «Медоборудование».

      Вниз  по течению в реку Инсар впадает  ручей по Никитинскому оврагу, несущий за собой сточные воды большинства промышленных предприятий, расположенных в северной части города Саранска. Проанализировав воду в устье ручья, наблюдаются среднегодовые превышения по: нефтепродуктам - 8 ПДК, марганцу - 7,53 ПДК, БПК₅ - 7,44 ПДК, азоту нитритному - 4,92 ПДК, меди - 2,33 ПДК. Кислородный режим благоприятный - 6,8 мг/л. Вода относится к 5 классу качества (грязная) с индексом загрязнения 5,25.

      Река  Пензятка. Контрольные створы расположены до с. Пензятка и в Устье. До с.Пензятка река относится к 3 классу умеренно загрязнённых вод с превышениями норм по марганцу, азоту нитритов [15].

      Таким образом, рассмотренные факты свидетельствуют  о чрезвычайно высокой потенциальной техногенной нагрузке на атмосферу, экосистему рек и город в целом. 
 
 
 
 
 

      1.4 Морфофизиологические изменения растений под влиянием загрязнения городской среды 

      Как показали исследования ученых, восприимчивость  многих видов растений к воздействию  токсических веществ значительно  выше, чем у человека и животных. Главной причиной этого является фотосинтетическая деятельность, в  ходе которой растениями поглощается не только углекислый газ, но и вредные газы. В создавшейся новой экологической обстановке растения выполняют важную гигиеническую роль. Выбросы вредных веществ в атмосферу сосредоточены в основном в промышленных районах, у котельных, тепловых электростанций, автомобильных дорог.

      Изучение  морфологических особенностей листьев  дает отчетливую количественную характеристику изменений, возникающих под влиянием загрязнения воздуха. В период роста  листья проявляют высокую чувствительность к действию токсических газов. Угнетение роста листьев находится в прямой зависимости от степени загазованности местообитания: чем выше загрязнение воздуха, тем меньше площадь листа.

      На  ранней стадии роста размеры листьев  отличаются незначительно. Затем, по мере накопления в листьях токсических веществ, происходит торможение роста листовой пластинки. Под влиянием загазованности верхушки и края листьев обжигаются, периферическая часть листа перестает расти. В дальнейшем листовая пластинка увеличивается за счет роста клеток основания и средней части листа, происходит сильная деформация листовой пластинки и образуются листья выпуклой и вогнутой формы. К моменту окончания ростовых процессов площадь поврежденных листьев меньше, чем у контрольных на 40-50% [16].

      Вредное влияние загрязненного воздуха  на растения происходит как путем  прямого действия газов на ассимиляционный  аппарат, так и путем косвенного влияния через почву. Причем прямое действие кислых газов приводит к  отмиранию отдельных органов  растений, ухудшению их роста и урожайности [17].

      Общей неспецифической реакцией действия токсичных газов является процесс  ускоренного старения отдельных  систем организма, прежде всего энергетических, а потом и целого растения. Повреждение  клеток мезофилла, например, искусственным кислотным дождем, начинается прежде, чем станут очевидными визуальные повреждения дерева. Повреждение клеток мезофилла заключается в их разрушении, уменьшении их содержимого, увеличении проницаемости мембран.

      В условиях промышленного загрязнения ухудшение состояния деревьев сосны обыкновенной сопровождалось возрастанием относительного содержания запасных и структурных форм углеводов, увеличением соотношения белковый - небелковый азот, в пользу последнего. Общая концентрация углеводов, азота, фосфора и калия с ухудшением состояния дерева изменялась незначительно. Следовательно, резервы пластических веществ и элементов минерального питания были достаточны, но эффективное использование их в процессах роста было затруднено [16].

      С ухудшением жизненного состояния в хвое сосны наблюдается снижение числа макроэргических соединений, сахарофосфатов, зеленых пигментов и увеличение неорганического фосфора, крахмала и глюкозы. Снижение содержания высокоэнергетических соединений в хвое ослабленных деревьев, вероятно, связано с уменьшением сопряженности между электронным транспортом, фотофосфорилированием и темновыми реакциями фотосинтеза. По сравнению со здоровыми деревьями, хвоя ослабленных сосен, произрастающих в зоне деградации экосистем, на 40 % повреждена хлорозами, некрозами  и содержит в 1,5 раза меньше зеленых пигментов. Нарушение функции фотосинтетического аппарата может вызвать несогласованность в процессах фосфорного и углеводного обменов. Последнее может сопровождаться накоплением неорганического фосфора и крахмала.

      Проведенные эксперименты показали, что в хвое сосны всех исследуемых районов  города Саранска наблюдается значительное снижение содержания аскорбиновой кислоты (более чем на 60 %), увеличение проницаемости  клеточных мембран в хвое исследуемых деревьев (от 34 до 90 % относительно контроля). Выявлена достоверная связь между уровнями загрязнения атмосферного воздуха различных районов города и такими показателями хвои, как активность пероксидазы (г=0,83), сухая масса (г=-0,39), возраст (r=-0,82), что позволяет сделать вывод о возможности применения биохимических показателей для индикации степени атмосферного загрязнения. Аналогичные результаты по анализу перекисных соединений получены для хвои сосны обыкновенной в зоне действия ОАО «Лисма - ССЭЛЗ» и ОАО «Лисма - СИС и ЭВС».

      Так, в хвое второго года жизни сосны  обыкновенной, произрастающей в зоне сильного загрязнения, содержание аминокислот  увеличивается на 28-40, слабого - на 5,6-17,4 %. Наличие перекисных соединений может  быть связано с содержанием в них фтор-иона, способного в силу своей окислительной способности инициировать накопление перекисей, а также образование их в результате биохимических реакций. Происходящая интенсификация процесса протеолиза приводит к возрастанию содержания аминокислот.

      Так, выбросы предприятий г. Саранска приводят не только к снижению содержания фотосинтетических пигментов и  скорости потенциального фотосинтеза  хвои сосны обыкновенной, но и ухудшают морфологические показатели сосны  обыкновенной [18].

      У березы повислой, в условиях промышленного загрязнения г.Саранска, в листовом аппарате наряду со снижением суммы хлорофиллов, каротиноидов, уменьшением потенциальной способности к фотосинтезу, наблюдается явление ксероморфоза, выражающееся в увеличении количества устьиц на 1 мм² и процента закрытых устьиц. Явление ксероморфоза выражается также в замедлении роста боковых побегов и снижении площади листьев. Меньшая функциональная активность фотосинтетического аппарата приводит к негативным изменениям на уровне целого организма, проявляющимся у березы повислой в снижении радиального годичного прироста [19].

      Гистохимические изменения, приводящие к усилению склерофильности  тканей, обнаружены в хвое сосны  итальянской под влиянием озона  и других газообразных поллютантов (Grossoni, et al., 1998).

      Снижение  количества устьиц (ксерофитизация) наблюдается  в листьях Betula verrucosa L., с увеличением концентрации Си, Cd, Pb в вегетативных органах, а также в пасоке и листьях [15].

      Тополя  бальзамический, черный и дрожащий, произрастающие в зоне сильного загрязнения (I зона) нефтеперерабатывающих и химических предприятий с повышенным рельефом, по сравнению с деревьями II, III и IV зон (II - зона со средним уровнем загрязнения и пониженным рельефом, III - зона со средним уровнем загрязнения и повышенным рельефом, IV - пойма со средним уровнем загрязнения), характеризуются тенденцией к увеличению степени ксероморфности, что выражается в увеличении длины жилок и количества устьиц на единицу поверхности листа. Установлено, что длина жилок на единицу поверхности листа определяет принадлежность исследуемых видов тополя к мезоксерофитам, причем наибольшей длиной характеризуется тополь дрожащий - до 9,7 мм/мм² (тополь бальзамический - до 7 мм/мм², тополь черный - до 6 мм/мм²). В конце вегетационного периода, при увеличении уровня загрязнения у Populus balsamifera L. наблюдается уменьшение толщины листа как на водоразделе (178,1 мкм в III зоне - 167,5 мкм в I зоне), так и в пойме (168,7 мкм в III зоне - 155,9 мкм в I зоне). При этом на водоразделе происходит не только уменьшение толщины тканей, расположенных выше губчатой паренхимы, но и увеличение толщины губчатой паренхимы, нижних эпидермы и кутикулы. В пойме происходит уменьшение толщины всех тканей, кроме губчатой паренхимы, где наблюдается ее увеличение. В целом, на водораздельном плато толщина листа и всех тканей больше, чем в пойме. В течение вегетационного периода выявлено значительное колебание толщины листа и тканей на водораздельном плато и в пойме, связанное с повторным облиствением пораженных крон. Влияние фактора атмосферного загрязнения на толщину листа в пойме в целом больше (до 86 %), чем на водоразделе (до 38%), и к концу вегетации уменьшается. На водоразделе установлена  противоположная закономерность [19].

      Выращивание трехлетних сеянцев Sophora japonica в условиях промышленного загрязнения вызывало значительное угнетение их роста, о котором свидетельствовало снижение интенсивности формирования верхушечной и боковой меристем. Одновременно уменьшались длина, ширина и площадь поверхности листьев. Изменение ксероморфных характеристик листьев проявлялось в виде усиления образования полисадных клеток и роста палисадной хлоренхимы. Наиболее выраженным изменением в эпидермисе было уменьшение количества устьиц. Пластиды, сопряженно уровню загрязнения и анатомо-морфологическим изменениям, теряли значительную часть хлорофилла.

      В работе Горышина, отмечается увеличение числа устьиц с некоторым уменьшением их размеров в условиях городских насаждений в придорожной полосе на крупных автомагистралях, по сравнению с деревьями тех же видов, растущих в пригородном парке. Для деревьев, произрастающих в условиях загрязнения, характерна большая прозрачность крон, меньший прирост по высоте и диаметру, измельченность листовой поверхности и появление листьев с зубчатыми краями, утолщение листовой пластины, хлорозы и некрозы, опадение листьев, нарушение фотосинтеза [20].

      В ряде работе Культиасова И.М., отмечается отсутствие достоверной связи между классом повреждения хвои и размером, количеством устьиц. Возможно предположение, что поражение хвои атмосферными загрязнителями в большей степени обусловлено кутикулярной проницаемостью, чем численностью открытых устьиц [21].

      В зоне влияния выбросов металлургических заводов г. Саранска и Республики Мордовия (высокое содержание пыли, SO² и аэрозолей Pb, Zn и Cd) установлено отрицательное воздействие загрязнителей на листовую поверхность Sophora japonica, Robinia pseudoacacia, Quercus rubra, Picea abies и P. pungens. Особенно заметно уменьшение гетерогенных восков. Степень деструктивных изменений листовой поверхности зависела от видовой принадлежности деревьев и была сильнее выражена у листопадных пород [9].

      Результаты  деградации органов фотосинтеза, безусловно, сказываются на структуре побегов, ствола. Однолетние стебли Populus alba, P. nigra и P. tremula с загрязненных участков характеризуются образованием лизигенных межклетников в первичной коре, усиленной склерификацией первичной коры и флоэмы, уменьшением доли вторичных тканей и изменением количественных параметров элементов водопроводящей системы. У P. tremula соответствующие изменения проявляются в пределах пятикилометровой зоны влияния выбросов металлургических заводов. P. alba и P. nigra являются более устойчивыми видами по отношению к токсикантам и изменения в структуре их стеблей достоверны по отношению к контрольным экземплярам в пределах 3 км удаления от зоны выбросов.