Магнитогорский Государственный технический университет им. Г.И.Носова

Эта работа опубликована в сборнике научных трудов «Естествознание и гуманизм» (2008 год, Том 5, выпуск 1), под редакцией проф., д.м.н. Ильинских Н.Н. Посмотреть титульный лист сборника

Город представляет собой сложную экосистему, в пределах которой оказывается  активное техногенное воздействие на все природные ресурсы, что ведёт к частичной или полной потере их способности к  самовосстановлению, и, в конечном итоге, к нарушению экологического  равновесия. Поэтому возникает необходимость  реабилитации городских экосистем.
Проблема особенно остра   в городах, содержащих в своей структуре предприятия известковой индустрии, в том числе, по открытой добыче известняковых материалов. Открытые  способы  добычи  известняка (доломита, магнезита)  служат мощным источником щелочного аэрозоля и исключают возможность использования  аппаратов пылеочистки, применяемых в других областях промышленности. В этом случае одним из основных способов реабилитации урбосистем служит зелёное строительство с использованием лесопосадок, устойчивых к действию промышленных выбросов, в том числе, к действию щелочного аэрозоля.
Весьма актуальна оценка чувствительности  биологических показателей по отношению к действию атмосферных примесей в связи с задачами совершенствования системы экологического мониторинга урбосистем и разработки научных основ визуальной биоиндикации загрязнения атмосферы.
Известно, что листья и хвоя деревьев обладает пылесобирающей  способностью. Способность накапливать пыль зависит от степени шероховатости или опушённости листьев [1-5].  Известковый аэрозоль не смывается осадками и не сдувается  ветром с хвои и листьев, а после намокания и дальнейшего высушивания образует твёрдую корку, что крайне неблагоприятно отражается на процессах развития растений и служит причиной деградации вечнозелёных пород  деревьев. Из этого следует,  что известковая пыль, накапливаясь на поверхности хвои и листьев, служит причиной их подщелачивания [6-10]. Поэтому, отбирая листья на разном расстоянии от источника щелочного аэрозоля и оценивая их размеры и величину рН водных суспензий  из сухой листвы, можно оценить степень влияния  известковой пыли  на размеры ассимилирующих органов растений.   
Цель данной работы – определить характер пространственной динамики длины и ширин листовых пластин и длины черешка листьев берёзы пушистой  (Betula pubescens) районов г.Магнитогорска, находящихся на разном удалении от предприятия известковой индустрии (цементного завода г.Магнитогорска) и характеризующихся разными величинами щёлочности снега [10-11]. Наиболее удалёнными точками от источника щелочного аэрозоля  являются улицы Зелёный Лог и  50 лет Магнитке, наиболее близко расположенными  -  сад ”Калибровщик”. В качестве контроля были исследованы берёзы пушистые (Betula pubescens) фоновой территории санатория  “Якты - Куль” и дома отдыха “Берёзки”, расположенных в непосредсвенной близости от озера Якты-Куль (озера Банного) на расстоянии 60 км от г.Магнитогорска.
Длину черешка, а также длину и ширину листовых пластин измеряли линейкой. Затем эти же листья доводили до воздушно-сухого состояния и готовили суспензии в соотношении сухая листва : вода как  1 : 25. Суспензии взбалтывали 10 минут и измеряли их рН с помощью  иономера И-135.
Оценка  величин  размеров листьев березы пушистой в разных районах г.Магнитогорска за 2004 год дала следующие результаты.
В подавляющем  большинстве случаев  не наблюдается четкой  закономерности в пространственной динамике следующих показателей: длина и ширина  листовой пластины, их соотношение, длина черешка листа. Значения этих показателей незначительно отличаются от величин размеров листьев березы фоновой территории Якты-Куль.  В ряде случаев, отмечается наличие более  крупных листьев у городских берёз по сравнению фоновыми берёзами.
Из всех выше  перечисленных параметров  листовых пластин  березы наибольшей  стабильностью  характеризуются значения отношения  величин длины и ширины листовых  пластин. Для подавляющего большинства  исследованных выборок значение этого показателя составляет 1,2 , а амплитуда пространственной динамики  лежит в пределах ошибки измерения (табл. 1).
Наибольшие различия величин длины и ширины листовых пластин  наблюдается между фоновой  территорией Якты-Куль, с  одной стороны, и городскими выборками “Сад Калибровщик” и “Ателье Белка”, с другой стороны. Меньшие размеры листьев берез в садах ”Калибровщик” по сравнению с  размерами листьев берез Якты-Куля, возможно частично связаны с влиянием известкового аэрозоля. Учитывая, что известь не смывается осадками и не  сдувается ветром, а  поверхность листьев березы является шероховатой, то можно было ожидать  существенного накопления известкового материала на их поверхности в течение вегетационного периода. На  небольшое  накопление извести на поверхности листьев березы сада “Калибровщик”, расположенного в непосредственной близости от Магнитогорского цементного завода указывают несколько повышенные величины рН суспензий сухой листвы по сравнению с фоновыми значениями этого показателя.   Снег этого района  характеризуется сильнощелочной реакцией и высокими величинами  общей жесткости  [10-11].
Однако реакция листьев берез  сада “Калибровщик” незначительно отличается от (рН=6,3) реакции листьев фоновых берез (рН=6,0). Разница между средними значениями показателя в двух выборках лежит в пределах его динамики пространственного варьирования. Объяснение этому  факту следующие.  
Во-первых, реакция листьев  березы характеризуется  значениями рН,  близкими к нейтральным (табл. 2), [12]. Поэтому присутствие щелочного материала на  поверхности березовых листьев, существенно не отражается  на их реакции.
Во-вторых, береза пушистая  - листопадная порода деревьев  и не успевает  в течение одного вегетационного периода накопить известковый  материал на поверхности листьев в количестве, которое существенно изменило бы реакцию листвы.
В-третьих, интенсивность фотосинтеза и роста березы выше интенсивности фотосинтеза и роста ели более, чем в 4 раза [13]. Очевидно, активным ростом берез  объясняется факт отсутствия различий  между  размерами листьев  исследуемых деревьев городских  и фоновых территорий.  Указываемые в таблице 1 различия  параметров листьев берез городских и  фоновых выборок практически не превышают ошибки измерения. Этой же причиной (интенсивным ростом берёз) объясняется отсутствие закономерности в пространственной динамики  исследуемых показателей в зависимости от удаления от источника щелочного аэрозоля. Исключением служит разница величин длин листьев берез сада “ Калибровщик ” и санатория Якты-Куль, которая составляет более 16%, в то время как коэффициент пространственного варьирования длины  листовых пластин  исследуемой городской выборки берез  составляет также более 16%.
Помимо размеров листьев березы выборки “Сад Калибровщик” размеры листьев березы выборки “Ателье Белка” также существенно отличается от размеров листьев фоновых территорий. Учитывая, что снег этого района г.Магнитогорска характеризуется такими же  величинами  щелочности рН, что и снег Ленинского района и ул.Труда г.Магнитогорска [10-11], можно предположить, что влияние  известкового аэрозоля на березы “Ателье Белка”  не является основным фактором, лимитирующим развитие наблюдаемых растений. В то же время исследуемый газон  около  ателье “Белки” располагается между встречными полосами автодвижения. Можно  предположить, что одним из основных факторов, лимитирующим развитие  листьев берез исследуемой выборки в данном случае могут служить общая высокая запыленность и загазованность атмосферного воздуха.

Таблица 1

Параметры листьев березы пушистой г.Магнитогорска (2004г.)

Зона отбора	Параметр	М±m	δ	V,%	n
Ул. Зеленый Лог	Длина пластины	5,57 ±0,14	3,15	56,5	525
	Ширина пластины	4,72 ±0,10	2,36	49,9	525
	Длина черешка	2,07 ±0,05	1,22	59,1	525
	*	1,18±0,006	0,14	11,8	525
Сад Калибровщик	Длина пластины	5,40±0,06	0,74	13,5	144
	Ширина пластины	4,50±0,05	0,60	13,1	144
	Длина черешка	2,00±0,04	0,46	23,3	144
	*	1,23±0,02	0,28	22,5	144
МГТУ Им.Носова (пр.Ленина)	Длина пластины	6,50±0,02	0,93	14,6	100
	Ширина пластины	5,00±0,07	0,69	13,8	100
	Длина черешка	2,30±0,04	0,43	18,6	100
	*	1,30±0,02	0,15	11,8	100
Пр.Маркса,115	Длина пластины	6,30±0,09	0,91	14,5	110
	Ширина пластины	5,10±0,06	0,67	13,1	110
	Длина черешка	2,50±0,04	0,46	18,7	110
	*	1,22±0,01	0,12	10,1	110
МаГУ (пр.Ленина)	Длина пластины	5,70±0,06	0,77	13,5	174
	Ширина пластины	4,80±0,05	0,69	14,2	174
	Длина черешка	2,20±0,04	0,49	22,4	174
	*	1,2±6 · 10-6	0,21	17,7	174
Муз.училище	Длина пластины	6,20±0,06	0,87	14,2	220
	Ширина пластины	5,10±0,06	0,87	16,9	220
	Длина черешка	2,30±0,030	0,41	18,2	220
	*	1,20±0,01	0,14	11,6	220
Ул.Труда	Длина пластины	6,10±0,12	1,1	18,6	88
	Ширина пластины	4,90±0,10	0,97	19,7	88
	Длина черешка	1,90±0,05	0,44	23,1	88
	*	1,20±0,01	0,10	7,9	88

       

Ул.Сталеваров (1м от авто- дороги)	Длина пластины	6,20±0,06	0,91	14,5	254
	Ширина пластины	5,00±0,05	0,79	15,9	254
	Длина черешка	2,30±0,03	0,42	18,6	254
	*	1,30±0,009	0,14	11,1	254
Ателье Белка	Длина пластины	5,20±0,10	0,68	13,2	98
	Ширина пластины	4,30±0,05	0,47	11,0	98
	Длина черешка	1,70±0,03	0,34	20,6	98
	*	1,20±0,01	0,13	10,4	98
Санаторий Якты-Куль (фоновая)	Длина пластины	6,20±0,07	1,1	18,0	250
	Ширина пластины	5,10±0,07	1,10	22,2	250
	Длина черешка	2,40±0,03	0,48	20,2	250
	*	1,20±0,02	0,30	24,3	250

* - величина отношения длины листовой пластины к ширине листовой пластины

                                                                                                         

Таблица 2

Значения рН водных суспензий воздушно-сухой листвы березы пушистой г.Магнитогорска (2004г.)

№	Зона пробоотбора	М±m	δ	V,%	n
1	МГТУ им.Носова(пр.Ленина) Менее 1м от автодороги	6,35±0,05	0,12	1,9	5
2	МГТУ им.Носова(пр.Ленина) 5м от автодороги	6,10±0,06	0,13	2,2	5
3	МГТУ им.Носова(пр.Ленина) (объединенная выборка)	6,20±0,06	0,18	3,0	10
4	Ул.Труда	6,30±0,08	0,20	3,2	6
5	Пр.Маркса,115	6,10±0,9	0,29	30,1	11
6	Ул.Сталеваров(5м от автодороги)	6,21±0,12	0,27	4,5	5
7	Ул.Сталеваров(1м от автодороги)	6,20±0,08	0,24	3,9	10
8	Пр.Маркса,140(внутри квартала)	6,20±0,07	0,16	2,5	5
9	Ателье “Белка”	6,00±0,06	0,14	2,3	5
10	Муз.училище	6,00±0,07	0,22	3,6	10
11	МГТУим.Носова(свежий опад)	5,70±0,11	0,24	4,3	5
12	Сад “Калибровщик”	6,30±0,04	0,12	2,0	9
13	МаГУ пр.Ленина	6,10±0,09	0,22	3,6	6
14	МаГУ пр.Ленина (прошлогодний опад)	7,40±0,07	0,15	2,0	5
15	Ул. Зеленый Лог	6,10±0,03	0,08	1,3	10
16	Ул. Зеленый Лог (прошлогодний опад)	6,70±0,08	0,19	2,8	5
17	Санаторий Якты-Куль	6,10±0,011	0,32	5,2	8

Из выше сказанного  можно заключить, что известковый аэрозоль не оказывает существенного  влияния на развитие березы пушистой, поэтому  данная порода деревьев может быть рекомендована для озеленения территорий городов с известковой индустрией. В то же время, учитывая отсутствие единой закономерности в пространственной динамике исследуемых показателей (длины и ширины листовых пластин, величины их отношения, длины черешков листьев и рН водных суспензий воздушно-сухой листвы), объясняемое высокой устойчивостью березы к действию известкового аэрозоля, не рекомендуется выше указываемые показатели использовать в целях экологического зонирования территорий городов известковой индустриии для определения зон распространения  известково-доломитового материала.
 Использование устойчивых   к действию атмосферных примесей пород деревьев позволит  усовершенствовать  приемы проектной практики  с учетом  принципов рационального  природопользования: соответствия функционально-планировочной  организации территории ее природно-ресурсному потенциалу; соблюдения  экологичности норм состояния окружающей среды; комплексного эколого-экономического критерия оптимальности  принимаемых решений.

Выводы:
Согласно результатам исследований характера пространственной динамики  размеров листовых пластин берёзы пушистой г.Магнитогорска в зависимости от степени удалённости от источника известковой пыли Betula pubescens  является достаточно устойчивым к действию  известкового аэрозоля  видом растений. Поэтому  данная порода деревьев может быть рекомендована для озеленения городов с известковой индустрией. Единой закономерности пространственной динамики исследуемых показателей в зависимости от источника известковой пыли не наблюдается. Длину и ширину листовых пластин берёзы пушистой  рекомендуется использовать  в целях экологического мониторинга  в качестве интегральной  оценки загрязнённости атмосферного воздуха промышленных городов.  

Литература:
1.     Горохов В.А. Городское озеленение – М.: Стройиздат, 1991.
2.    Горохов В.А. Зелёная природа города. – М.: Стойиздат, 1991.
3.    Маргус М.М., Имелик О.И., Сарв И.Ф., Янес Х.Я. Лес и здоровье человека. – М.: Лесная промышленность, 1979.
4.    Маслов Н.В. Градостроительная экология. – М.: Высшая школа, 2003.
5.    Машинский В.Л., Залогина Е.Г. Проектирование  озеленения жилых районов. – М.: Cтройиздат, 1978.
6.    Мэннинг У.Д., Федер У.А. Бимониторинг загрязнения атмосферы с помощью растений. – Л.: Гидрометеоиздат, 1985.
7.    Коробова Н.Л. Использование лесопосадок  городов Южного Урала в качестве биомониторов известково-доломитового аэрозоля //Экологические системы и приборы, 2005, №1//
8.    Коробова Н.Л. Оценка устойчивости сосен и  елей к действию известкового аэрозоля  в связи с задачами озеленения промышленных городов. //Промышленно-гражданское строительство, 2004, №9//.
9.    Коробова Н.Л. Влияние известково-доломитового аэрозоля на хвойные //Лесное хозяйство, 2005,№1//
10.    Коробова Н.Л. Экология и горное производство. – Магнитогорск: МГТУ, 2001.
11.    Дробный О.Ф., Черчинцев В.Д., Коробова А.Н., Сафронова Ю.А., Шавернева Е.Г., Коробова Н.Л. Экологическая оценка щелочности снега г.Магнитогорска // Инженерная экология, 2002,№6//
12.    Работнов Т.А. Фитоценология. – М.:МГУ, 1978.
13.    Жизнь растений. -  М.: Просвещение, 1977, т.4 и 5.