Пылефильтрующая способность древесных растений

ЛЕСНОЕ ХОЗЯЙСТВО

ПЫЛЕФИЛЬТРУЮЩАЯ СПОСОБНОСТЬ ДРЕВЕСНЫХ РАСТЕНИЙ

О.В. ЧЕРНЫШЕНКО, проф. каф. ботаники и физиологии растений МГУЛ, д-р биол. наук

Разработка ассортимента древесных растений с повышенной пылефильтрующей способностью необходима при проектировании посадок санитарно-гигиенического назначения. Роль растений как пылевого фильтра исследовалась многими авторами. Такая оценка пылеосаждения в течение конкретного времени приводилась лишь в работе Г.М. Илькуна [1]. Остальными авторами исследовалась способность к пыленакоплению листьями без учета сроков, в течение которых этот процесс осуществлялся. Однако уровень накопления пыли к моменту определения только частично отражает способность растений к пылепоглощению и правильно оценить средоочищающую роль растительности в течение всего вегетационного периода практически невозможно.

Количество осажденной пыли листьями лесных видов изучал Н.В. Подзоров. [5]. Листья древесных растений задерживают до 40 % от валового количества выпавшей пыли, что составляет 1,2...3,2 г/м2 листовой поверхности. Самым большим накопителем пыли оказалась береза повислая Betulapendula Roth c наибольшей пылефильтрующей способностью (до 70 % всей выпавшей пыли). Известно, что широколиственные виды в городе осаждают до 30 % и хвойные - до 42 % общего количества выпавшей пыли. Древесные растения в лесу и парке со стандартной плотностью кроны улавливают до 199,22 кг/га частиц пыли в течение вегетационного периода, из которых 15,07 кг/га составляет азот, что служит дополнительным источником питания для растений.

Болгарский исследователь М. Донче-ва-Бонева [9] оценивала количество пыли городскими насаждениями из дуба черешчато-го (Quercus robur L.), дуба красного (Quercus rubra L.) и конского каштана обыкновенного (Aesculus hippocastanum L) на расстоянии 1, 5, 25, и 100 м от проезжей части, установив пылеуловители на трех высотах - 1, 2,5 и 4 м. На расстоянии 5 м от полотна дороги отложение

tchernychenko@mgul.ac.ru

пыли на 1 м высоты в придорожных посадках на трех пробных площадях было соответственно 54, 59, 72 % от количества пыли, осевшей непосредственно на улице. Наибольшее количество пыли задерживает дуб черешча-тый - 6103 мг/м2, среднее у каштана конского -2303 мг/м2 и наименьшее у дуба красного -1080 мг/м2 . Количество тяжелых металлов на поверхности данных видов повторяет эту закономерность. С удалением от автомагистрали количество пыли на листьях значительно уменьшается: у дуба черешчатого - в 8 раз, у каштана конского - в 5 раз и у дуба красного - в 2,7 раза и варьирует в границах от 400 до 750 мг/м2. Минеральная часть осажденной пыли составляет 60 % общего ее количества. Городские зеленые насаждения шириной 5 м, примыкающие непосредственно к автомагистралям, задерживают 40.45 % всей выпавшей пыли, а при ширине 25 м - до 70 %.

Самыми важными критериями для оценки пылефильтрующей способности растений являются морфологические характеристики листьев, их биомасса, количество и качество частиц пыли. Также большое значение имеют физиологическое состояние листа, электростатические и адгезионные свойства, расположение листьев на ветке. Я. Супука [10] предложил следующее уравнение для определения пылефильтрующей способности древесных растений

Z = P VK , или Zo = P K K K, где Zo - пылефильтрующая способность древесных растений;

Р - площадь ассимиляционных органов дерева в м2;

V - максимальное количество адсорбированной пыли в г/м2;

Kz - коэффициент частоты и количества атмосферных осадков, причем ежемесячно количество осадков не должно превышать 70 мм;

Kp - относительный коэффициент отложения пыли на ассимиляционных ор-

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 3/2012

7

ЛЕСНОЕ ХОЗЯЙСТВО

ганах от суммы отложений в течение вегетационного периода, г/м2, то есть от Р;

К = р 0,05 для маленьких и однородных листьев древесных листьев;

Кр = 0,10 для листьев среднего размера, а также ворсистых;

Кр = р 0,20 для широких листьев, а также глубоко морщинистых или деревьев с очень плотной кроной;

Кк - относительный коэффициент отложения пыли на кору дерева и другие покровные ткани, равный 1,2.

Максимальная аккумуляция пыли была внутри придорожной посадки и достигала 9-10-кратного увеличения по сравнению с отложением пыли на открытой поверхности. Такие насаждения характеризуются средней плотностью и вертикальной структурой, а также продуваемостью на 40 - 60 %. Пылеулавливающий эффект наблюдался на расстоянии 10-кратной высоты насаждений с подветренной стороны и 2-кратной - с наветренной стороны насаждения.

Дерево является постоянно действующим фильтром, и для оценки такого фильтра необходимо знать плотность кроны, ее ширину, высоту и внутреннюю структуру.

Максимальный эффект пылеочищения растительностью достигается при помощи искусственных насаждений шириной 10.. .30 м. Посадки не должны быть слишком густыми, так как загрязненный воздух огибает посадки сверху, образуя завихрения с подветренной стороны, при этом часть пыли оседает. Более мелкие частицы наталкиваются на листья, иглы и сучья. Листья и сучья деревьев изменяют направление потоков воздуха, и относительно инертные частицы пыли при этом оседают. Лишенные листьев деревья и зимой активно играют роль фитофильтров. Из всей суммы накопления пыли на долю потерявших зеленый покров деревьев в зимнюю пору приходится 40 %, а на лето - 60 %. Особое внимание нужно уделять также посадке кустарников, чтобы заполнить пространство между кронами деревьев и землей. Для удержания осевшей пыли земля должна быть покрыта дерном или подстриженным газоном.

Материалы и методы

Мы оценили способность древесных растений осаждать атмосферную пыль. Адсорбируемую пыль на поверхность листьев и побегов мы разделили на две фракции - растворимую в воде (это сульфаты и нитраты с нитритами) и нерастворимую в воде. Частицы пыли закрепляются на поверхности листьев различными механизмами, среди которых определенную роль играют гутта-ционные выделения. Смолистые выделения также способствуют лучшему задержанию пыли. Однако не всегда большая опушен-ность листьев ассоциируется с более высокой пылезадерживающей способностью. Анализ литературных данных [6] также это подтверждает. Противоречивость результатов можно объяснить тем, что седиментация аэрозолей зависит не только от характера поверхности листьев, рельефа, но и от конфигурации листа, электростатических эффектов, аэродинамических условий в кронах деревьев, степени ажурности кроны.

Для оценки пылефильтрующей способности древесных растений были заложены пробные площади в зеленых насаждениях города, расположенных на различных расстояниях от магистрали с интенсивным движением около 8000 автомобилей в час. Наблюдения проводились в течение 5 лет на расстоянии 1, 5, 10, 100 и 1000 м от дороги.

Отбор листьев проводился методом средней пробы в центре с двух сторон (со стороны автомагистрали и со стороны тротуара) или с южной стороны кроны 4 - 6 раз в течение вегетации [7,8] с 10 деревьев одного вида в каждой зоне загрязнения. Не менее 10 побегов отбиралось с каждого дерева. Фиксация листьев проводилась высушиванием в термостате при температуре 105°С. Определение общей серы и азота в листьях проводилось по уже известным методикам на спектрофотометре КФК - 3 [2,3,4]. Количество адсорбированной пыли и газов определялось по специально разработанной методике: листья перед высушиванием отмывались в 50 мл воды, затем количество твердого осадка определялось на фильтре после высушивания.

8

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 3/2012

ЛЕСНОЕ ХОЗЯЙСТВО

Количество адсорбированных газов определялось также колориметрически на КФК-3.

Результаты и обсуждение

Анализ всех данных за 5 лет показал, что метеорологические условия каждого года оказывают огромное влияние на количество пыли, адсорбированной поверхностью дерева. Однако достоверных различий по количеству пылеосаждения листьями древесных растений в различных типах посадок в одной зоне загрязнения не наблюдалось за все годы исследований.

Все древесные и кустарниковые виды можно разделить на 3 группы по интенсивности накопления пыли.

1. С максимальной пылефильтрующей способностью, абсорбирующей до 5 г/м2 ассимиляционной поверхности:

1. Ясень пушистый Fraxinus pubescens Marsh.

2. Клен Г иннала Acer ginnala Maxim.

3. Тополь черный Populus pyramidalis Rozier

4 Тополь бальзамический Populus Balsami-

fera

5. Вяз перисто-ветвистый Ulmus pinnato-ramosa Diech.

6. Лох серебристый Elaeagnus argentea Purch.

7. Чубушник веничный Philadelphus coronarius L.

8. Смородина золотистая Ribes aureum Pursh.

9. Яблоня сливолистная Malus prunifolia (Willd) Borekh.

10. Яблоня ягодная Маlus baccata Borkh.

11. Рябина обыкновенная Sorbus aucuparia L.

12. Груша уссурийская Pyrus ussuriensis Maxim.

13. Береза повислая Betula pendula Roth.

14. Липа мелколистная Tilia cordata Mill.

15. Роза морщинистая Rosa rugosa Thunb.

16. Чубушник венечный Philadelphus coronaris L.

2. Со средней пылефильтрующей способностью (до 2 г/м2):

1. Клен остролистный Acer platanoides L.

2. Вяз гладкий Ulmus laevis Pall.

3. Клен ясенелистный Acer negundo L

4. Снежноягодник белый Symphoricarpos albus (L).

5. Бузина черная Sambucus racemosa L.

6. Карагана древовидная Caragana arbo-rescens Lam.

3. С минимальной фильтрующей способностью (до 0,5 г/ м2):

1. Конский каштан обыкновенный Aesculus hippocastanum L.

2. Сирень обыкновенная Syringa vulgaris L.

Мы также попытались определить количественно адсорбирование окислов серы и азота побегами лиственных древесных растений. Побеги отмывались по такой же методике, что и листья.

Количество адсорбируемых окислов азота на побегах клена остролистного в зоне максимального загрязнения постепенно увеличивается к концу вегетации. Так, осаждение в июне составило 0 мг/г, в июле - 6,04 ± ± 0,31 и в начале сентября оно увеличивается до 18,12 ± 0,75, при этом адсорбированные частицы полностью смыты с листьев. Количество осажденных окислов азота на расстоянии 60 и 1000 м от шоссе составило в конце вегетации соответственно 6,11 ± 0,30 и 7,08 ± 0,60.

Количество адсорбированной серы увеличилось к концу вегетации в 2 раза в зоне максимального загрязнения, эта величина была на порядок ниже, чем количество азота, и составила 0,29 + 0,01. Содержание серы, адсорбированной побегами в других зонах, было меньше в 1,5...2 раза.

Самые высокие значения адсорбирования азота и серы побегами наблюдались у ясеня пушистого, липы мелколистной и рябины обыкновенной (рис.1,2.).

Адсобирование окислов азота и серы побегами достоверно снижалось на расстоянии 60 и 1000 м от шоссе с интенсивным движением в 1,2 и 1,6 раза соответственно. Достоверных различий по отложению этих окислов на побегах всех исследуемых видов в зонах минимального загрязнения не обнаружено. По сравнению с деревьями, произрастающими в городе, побеги в условиях фона не адсорбируют окислы азота, а количество окислов серы составляет всего лишь 5 - 20 %

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 3/2012

9

ЛЕСНОЕ ХОЗЯЙСТВО

1

0,9

0,8

0,7

0,6

0,5

0,4

0,3

0,2

0,1

0

1  сентябрь  июль

1 1 1 1

. I  1

.0^

<р

ж #

л-

<Г

ж

,#

<<г

<ж

<>

cV

5?

&

Я?

4

&

Рис. 1. Адсорбирование окислов азота побегами древесных растений в зоне максимального загрязнения, мг/г

от ее содержания в зоне минимального загрязнения.

Выводы

В зонах сильного загрязнения в качестве биофильтров рекомендуется использовать ясень пушистый, клен Гиннала, тополя, вяз перисто-ветвистый, рябину обыкновенную, грушу уссурийскую, березу повислую, липу мелколистную.

Высокая адсорбирующая способность кустарников связана с тем, что наибольшее количество частиц пыли выпадает именно на высоте кустарников (до 1 м). Гладкие листья смородины золотистой обладали максимальной пылеадсорбирующей способностью по сравнению с другими кустарниковыми видами, причем именно к концу вегетации. Итак, среднегазоустойчивые виды в условиях Москвы обладают наибольшей способностью к накоплению пыли, окислов азота и серы на поверхности листьев деревьев. Самые важные критерии для оценки пылефильтрующей способности древесных растений: морфологические характеристики листьев, их биомасса, количество и качество частиц пыли.

Библиографический список

1. Илькун, Г.М. Загрязнители атмосферы и растения / Г.М. Илькун. - Киев: Наумова Думка, 1978. - 247 с.

Рис. 2. Адсорбирование окислов серы побегами древесных растений в зоне максимального загрязнения, мг/г

2. Маслов, Ю.И. Микроопределение серы в растительном материале / Ю.И. Маслов // Методы биохимического анализа растений. - Л.: ЛГУ, 1978.

- С. 146-154.

3. Методические рекомендации по проведению полевых и лабораторных исследований почв и растений при контроле загрязнения окружающей среды тяжелыми металлами. - М.: Гидромет, 1981. -С. 108.

4. Методы биохимического анализа растений. - Л.: ЛГУ, 1978. - 280 с.

5. Подзоров, Н.В. Пылефильтрующая способность насаждений / Н.В. Подзоров // Лесное хозяйство.

- 1967. - № 1. - С. 39-40.

6. Фелленберг, Г. Загрязнение природной среды. Введение в экологическую химию / Г. Фелленберг.

- М.: Мир, 1997. - 232 с.

7. Церлинг, В.В. О методике сбора растительного материала для диагностики микроэлементного состава / В.В. Церлинг // Бюллетень почв. ин-та им.

B. В. Докучаева. - 1980. - Вып. 24. - С. 7-9.

8. Цельникер, Ю.Л. Определение листовой массы древостоя без отрывания листвы / Ю.Л. Цельникер // Ботанический журнал. - 1963. - № 4. -

C. 557-563.

9. Дончева-Бонева, М. Замърсяване на атмосферния въздух с прах от автомобилния транспорт и пра-хозащитни функции на дървесната растителност / М. Дончева-Бонева. Наука за гората. - № 1/ 2. -С. 100-103.

10. Supuka J. Ecological importance of woody plants in reduction of the reduction on the solid particles impacts in settlements. Folia Dendrologica, 1997.

- № 1-2. - P. 85-95.

10

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 3/2012