Механизмы адаптации древесных растений к экстремальным городским условиям
Зеленые насаждения благотворно влияют на микроклиматические характеристики городской среды. Снижается шумовая нагрузка. Воздух обогащается кислородом, биотрансформируются и рассеиваются загрязняющие вещества. В целом природные экосистемы влияют на благосостояние населения, прямо и косвенно, и являются ценным объектом урбанизированной среды, способным воспроизводить различные экосистемные услуги. Чтобы оценить такие услуги городских лесов в Москве, требуется многосторонне исследовать характеристики устойчивости отдельных видов древесных растений и их адаптации в экстремальных условиях, изучить множество связанных с этим показателей, в том числе пылефильтрующую и поглотительную способности растений .
Древесно-кустарниковая растительность в городе, являясь важным элементом урбоэкосистемы, в свою очередь подвержена огромному негативному воздействию антропогенных факторов. Практически все виды деятельности человека связаны с образованием твердых, жидких и газообразных отходов.
В результате работы топливных станций, различных промышленных предприятий, ежегодно увеличивавшегося в количестве автотранспорта, в воздух выбрасываются более 100 тыс. всевозможных элементов в виде газов, аэрозолей и пыли в суммарном количестве до 4-6 млрд. т. в год. (Альтшулер, 1974) Так, по данным ежегодного доклада о состоянии окружающей среды в городе Москве в 2019 году, среди основных загрязняющих атмосферный воздух веществ отмечены оксид углерода, диоксид азота, оксид азота, углеводородные соединения, диоксид серы, сероводород, озон, формальдегид, фенол, бензол, толуол, стирол, нафталин. При этом концентрация этих веществ вблизи автотрасс максимальная, а при смещении к жилым районам уменьшается.
Воздействие загрязнений на растения осуществляется несколькими механизмами. Газы действуют непосредственно на растительный покров. Тяжелые металлы осаждаются и аккумулируются почвой. Неблаготворно влияет на само растение азотное насыщение воздуха. Повышенная кислотность осадков и, в последующем, почвы из-за кислых газов в атмосфере, также воздействует на растения прямым образом. Косвенное действие возникает в результате поглощения корнями растений нарушенных ингредиентов плодородного слоя. (Сергейчик, 1997) Зачастую наблюдается комплексное воздействие загрязнений. Например, ионы тяжелых металлов попадают в растительный организм за счет корневого и листового поглощения, а именно: в первую очередь в результате работы корневой системы, а также благодаря способности удерживать, накапливать и поглощать тяжелые металлы через поверхность листьев.
Загрязнения воздуха и последующие ухудшения почвенных условий играют основную роль в анатомо-морфологических, эколого-биохимических и биофизических изменениях растений. Так химические элементы в организме растения действуют на водный режим клеток и тканей, увеличивают транспирацию растений, угнетают фотосинтез, нарушают гормональную регуляцию физико-химических процессов, в результате чего снижается урожайность и нарушается морфогенез, рост и развитие растений. (Чернышенко, 2001)
А.Л. Ковалевский в результате исследований и изучения фактических материалов отметил, что у одних видов растительности накопление химических элементов вначале стимулирует жизнедеятельность растения и его продуктивность, затем угнетает и вызывает гибель. Однако другие растения при определенном уровне концентрации элементов самостоятельно препятствуют дальнейшему поглощению, иногда даже с последующим уменьшением концентрации. (Ковалевский, 1991) Такое барьерное накопление химических элементов растениями является некоторой адаптацией к экстремальной среде существования.
Степень устойчивости древесных растений по отношению к экстремальным условиям городской среды изменяется в ходе индивидуального развития организма. (Кулагин, 1980; Шевякова, 2000; Чернышенко, 2001)
В зависимости от того, насколько растение склонно изменить свои физиологические процессы, увеличивается или уменьшается устойчивость данного организма к экстремальным условиям урбанизированной среды. В процессе такой адаптации растения важна стабилизация внутриклеточных структур. Она в свою очередь регулируется защитными веществами, в качестве которых выступают сахара, водорастворимые белки, фосфолипиды, свободные аминокислоты, пигменты. Таким образом уровень адаптации городских насаждений зависит от физической способности накапливать эти защитные вещества, а также от их фактического наличия в среде обитания. Регулирование количества вспомогательных веществ возможно при организации уходных работ за насаждениями в городе.
Некоторые виды древесно-кустарниковой растительности, подстраиваясь по созданные условия, изменяют свой внешний вид, а именно изменяется ветвление кроны таким образом, чтобы контакт листьев с загрязнением в некоторой степени уменьшался. К примеру, деревья с плотными пирамидальными кронами и подушковидные формы растений более устойчивы. Также к числу адаптационных механизмов растения можно отнести регенерационную способность в виде вторичного облиствления побегов. Растения восстанавливают новые листья и побеги взамен поврежденных. У наиболее устойчивых адаптированных видов растений высокая скорость всех обменных реакций, уменьшенное угнетение фотосинтеза, дыхания, разрушение пластидных пигментов и других физиолого-биохимических процессов. (Чернышенко, 2001,2012)
Таким образом, адаптация древесных растений к урбанизированной среде взаимосвязана прежде всего с физиологическими способностями отдельных видов, а также с наличием искусственно созданных человеком поддерживающих условий их благоприятного существования, условий ухода.
За 2019 год в Москве в границах МКАД состояние только 21 % древесной растительности оценено как хорошее, основная доля – 71 % деревьев и кустарников числятся в удовлетворительном состоянии и 8 % – в неудовлетворительном.
Москва, являясь городом с повышенной антропогенной нагрузкой, требует максимального сохранения, имеющегося «зеленого фильтра» и его возможного увеличения.
В связи с этим в последние годы наибольшую популярность приобрела экологизация городского хозяйства и транспортного комплекса города. Уже отмечаются некоторые улучшения. Комплексный показатель – индекс загрязнения атмосферы в Москве в 2019 году составил 2.9. Такой уровень оценивается как низкий, а также, согласно данным Мосэкомониторинга, установлена его отрицательная динамика. Так, в 2015 году отмечался индекс 3.1, а в 2016 – 3.0. (Кульбачевский, 2020)
Со временем изменяются характеристики окружающей среды – уровень атмосферного загрязнения, температура и влажность. От этого преображается состояние городских насаждений, и, соответственно, характеристики отдельных видов растений, в том числе их пылефильтрующая и поглотительная способности, от которых напрямую зависят образующиеся экосистемные услуги. Изучение таких взаимосвязанных изменений остается весьма актуальным и интересует в настоящее время многих исследователей.