ДЕПОНИРОВАНИЕ УГЛЕРОДА РАЗЛИЧНЫМИ ВИДАМИ ДРЕВЕСНЫХ РАСТЕНИЙ В УРБАНИЗИРОВАННЫХ УСЛОВИЯХ (НА ПРИМЕРЕ Г. ТЮМЕНИ)
ДЕПОНИРОВАНИЕ УГЛЕРОДА РАЗЛИЧНЫМИ ВИДАМИ ДРЕВЕСНЫХ РАСТЕНИЙ В УРБАНИЗИРОВАННЫХ УСЛОВИЯХ (НА ПРИМЕРЕ Г. ТЮМЕНИ)
Аннотация
В статье приводятся результаты исследования древесных растений как инструмента поглощения углекислого газа. Были изучены 16 видов древесных растений, располагающихся вдоль центральных улиц и формирующих улично-дорожную сеть г. Тюмени. В ходе исследования были выявлены существенные различия по морфометрическим характеристикам (высота, диаметр ствола) и способностью к поглощению углерода. По комплексу признаков выявлены наиболее эффективные виды (Acer negundo и Populus balsamifera), которые могут быть рекомендованы для включения в ассортимент древесных растений, выращиваемых на улицах г. Тюмени в целях эффективного поглощения углерода. К наименее эффективным видам были отнесены Picea pungens, Picea abies и Picea obovata.
1. Введение
Развитие промышленности и транспорта за последнее столетие сделало города основными поставщиками выбросов CO2 в атмосферу . С началом индустриализации мирового хозяйства изменение климата стало одной из наиболее актуальных экологических проблем в современном мире. Основной причиной климатических изменений служат выбросы в атмосферу парниковых газов, таких как углекислый газ (CO2), являющихся продуктами промышленных технологий. Большая часть углеродного следа приходится на основные отрасли экономики, к которым относят химическую промышленность, энергетику и металлургию . В последние годы особое внимание начинает уделяться углеродному следу, касающемуся продуктов питания. Он состоит не только из выбросов при производстве, но также и при транспортировке .
Углекислый газ оказывает значительное влияние на атмосферу, поскольку обладает высокой способностью поглощать тепловое излучение, достигающее Земли, задерживая тепло в атмосфере, тем самым усиливая парниковый эффект.
Таким образом, повышение концентрации СО2 в воздухе нарушает углеродный цикл, что в совокупности с увеличением парникового эффекта способно вызвать потепление климата .
Одним из наиболее эффективных природных инструментов компенсации выбросов парниковых газов в атмосферу являются древесные растения . Они способны поглощать углерод из атмосферы путем фотосинтеза, превращая его в органическое вещество, которое может храниться в плодах, стволах, корнях, листьях древесных растений и почвах.
Цель исследования – изучение древесных растений как инструмента депонирования углерода в урбанизированной среде для разработки научно-обоснованного ассортимента видов наиболее эффективных для использования в озеленении (на примере г. Тюмени).
2. Материалы и методы исследования
Исследование проводилось в 2021-2022 годах в г. Тюмени на 16 видах древесных растений, принадлежавших к 8 семействам и 11 родам. Преобладающим семейством является Pinaceae (4 вида). Данные виды формируют улично-дорожную сеть (УДС) города на улицах Первомайская, Республики, Орджоникидзе, Володарского, Елецкая, Сакко, Советская, Грибоедова, Челюскинцев, 25-го Октября, Водопроводная, Пристанская и Хохрякова.
Высота и диаметр ствола на уровне 1,3 м были определены с помощью мерной вилки и высотомера .
При помощи полученных морфометрических данных был определен объем ствола с помощью метода срединного сечения, который основан на вычислении объема цилиндра :
,
где
π – 3,1405 – математическая постоянная;
d – диаметр ствола, см;
h – высота ствола, м.
На основании показателей плотности древесины различных видов древесных растений была рассчитана сухая масса древесины по формуле:
,
где
m – сухая масса ствола, кг;
V – объем ствола, м3;
ρ – сухая плотность древесины, кг/м3.
Затем было найдено содержание в стволах углерода, которое равняется 0,5 сухой массы ствола , после чего произведен расчет количества углерода на экземпляр (кг/шт.) для каждого исследуемого вида древесных растений.
Статистическую обработку экспериментальных данных выполняли по апробированным методикам с использованием табличного процессора Microsoft Excel и программного обеспечения STATISTICA 6.0 («StatSoft, Inc.», США). Рассчитывали средние значения (M), стандартные ошибки средних (±SEM).
3. Результаты и их обсуждение
Изученные виды древесных растений существенно различались по морфометрическим характеристикам (см. табл. 1). Растения Populus balsamifera по сравнению с другими видами отличались наибольшими показателями высоты и диаметра ствола. Отмечено значительное варьирование признака в исследуемой выборке (n=122), что может быть связано с возрастом деревьев и условиями их произрастания. К высокорослым отнесены также растения Betula pendula, Tilia cordata, Acer negundo и Picea pungens.
По диаметру ствола (35 см) выделился также Populus alba, но данный вид был обнаружен только в одном экземпляре на ул. Пристанская.
В группе низкорослых видов Malus baccata, Malus domestica, Picea obovata, Ulmus parvifolia, среди которых наиболее многочисленной (n=193) была выборка Ulmus parvifolia, диаметр ствола составил 13,50-19,73 см.
Таблица 1 - Высота и диаметр ствола изученных видов древесных растений, г. Тюмень
№ п/п | Вид растения | Количество экземпляров, шт. | Высота, м | Диаметр ствола, см | ||
min-max | M±SEM | min-max | M±SEM | |||
1 | Acer negundo | 820 | 1-27 | 7,85±0,34 | 3-75 | 17,01±0,34 |
2 | Betula pendula | 168 | 1,8-30 | 9,82±0,31 | 6-54 | 23,92±0,75 |
3 | Fraxinus excelsior | 29 | 3-10 | 7,70±0,44 | 12,5-30,5 | 20,02±1,39 |
4 | Larix sibirica | 4 | 10-15 | 12,25±1,03 | 21-26 | 23,25±1,11 |
5 | Malus baccata | 302 | 1-15 | 4,78±0,18 | 2,5-75 | 19,73±1,03 |
6 | Malus domestica | 2 | 4,5-5 | 4,75±0,25 | 4,5-23 | 13,75±9,25 |
7 | Picea abies | 5 | 3-12 | 6,40±1,63 | 10,5-16 | 13,50±1,14 |
8 | Picea obovata | 8 | 2-8 | 4,43±0,67 | 14-20,5 | 16,06±0,75 |
9 | Picea pungens | 34 | 1,5-23 | 7,00±0,97 | 6-25 | 16,24±0,81 |
10 | Populus alba | 1 | 9 | 9,00±0,00 | 35 | 35,00±0,00 |
11 | Populus balsamifera | 122 | 2-25 | 12,06±0,38 | 6-80 | 44,53±1,67 |
12 | Prunus maackii | 2 | 4-11 | 7,50±3,5 | 7-29 | 18,00±11,00 |
13 | Salix fragilis | 2 | 8-11 | 9,50±1,5 | 20-21 | 20,50±0,50 |
14 | Tilia cordata | 401 | 1,1-30 | 6,48±0,23 | 2-75 | 17,89±0,88 |
15 | Ulmus glabra | 10 | 1,7-17 | 8,13±2,16 | 5-35 | 16,33±3,62 |
16 | Ulmus parvifolia | 193 | 1-18 | 5,43±0,23 | 2,5-80 | 15,58±0,88 |
Анализ данных по количеству поглощенного углерода на экземпляр (см. рис. 1) выявил существенное преимущество перед другими видами Populus balsamifera (454,43 кг/шт.), растения которого выделись по высоте и диаметру ствола. Значительное преобладание количества углерода у данного вида может быть связано с частым проведением кронирования, то есть частичной обрезкой ветвей в целях оздоровления дерева и улучшения формы его кроны. Данная процедура способна увеличить запасы углерода за счет возобновления роста кроны .
Высокой способностью к поглощению углерода также характеризовались растения следующих видов: Acer negundo (180,91 кг/шт.), Populus alba (155,00 кг/шт.) и Betula Pendula (138,38 кг/шт.). Следует отметить, что наибольшее число деревьев проанализировано у вида Acer negundo, что указывает на большую распространенность вида на территории г. Тюмени. Исследованные экземпляры Betula pendula по высоте деревьев приближаются к высокорослой группе и имеют хорошие показатели диаметра ствола, произрастают на 11 улицах г. Тюмени из 13 обследованных.
Рисунок 1 - Количество углерода, поглощенного различными видами древесных растений г. Тюмени
4. Заключение
Таким образом, в целях эффективного поглощения углерода в г. Тюмени рекомендуется высаживать следующие виды:
1. Populus balsamifera – является быстрорастущим, устойчивым к морозам и городским условиям видом. Интенсивно поглощает и удерживает углерод. Относится к видам с максимальной пылефильтрующей способностью (5 г/м2). Рекомендуется высаживать мужские особи .
2. Acer negundo – является быстрорастущим, устойчивым к морозам и городским условиям видом. Способен поглощать и накапливать свинец. Относится к видам со средней пылефильтрующей способностью (до 2 г/м2) . Использование допускается в лимитирующих условиях города (запечатанная корневая система, работы по обрезке). При подобных ограничениях данный вид значительно меньше проявляет себя как инвазивный, а широкая крона положительно влияет на микроклимат.
Populus alba, несмотря на высокие показатели количества поглощенного углерода, рассматривался в одном экземпляре и не встречался на обследованных улицах, вследствие чего результатов недостаточно для рекомендации высаживания данного вида в г. Тюмени.