Наши журналы
Опубликовать статью Вход и регистрация
Расширенный поиск
Разделы статьи

РУДЕРАЛЬНЫЕ РАСТЕНИЯ КАК ИНДИКАТОРЫ АТМОСФЕРНОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ УРБАНОЭКОСИСТЕМЫ

Научная статья
Белов А.Н.
Репш Н.В.
Хилькова М.К.
DOI:
https://doi.org/10.23670/IRJ.2020.98.8.046
Выпуск: № 8 (98), 2020
Опубликована:
2020/08/17
PDF

РУДЕРАЛЬНЫЕ РАСТЕНИЯ КАК ИНДИКАТОРЫ АТМОСФЕРНОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ УРБАНОЭКОСИСТЕМЫ

Научная статья

Белов А.Н.1, Репш Н.В.2, *, Хилькова М.К.3

1 ORCID: 0000-0002-5060-9354;

2 ORCID: 0000-0002-3389-8350;

1, 2, 3 Дальневосточный федеральный университет, Владивосток, Россия

* Корреспондирующий автор (repsh_78[at]mail.ru)

Аннотация

Статья посвящена изучению устойчивости рудеральных растений к воздействиям техногенных факторов в условиях городской среды. В большинстве случаев человеческая деятельность становится угрозой не только для жизни растений, но и для жизни самого человека. По наблюдениям над рудеральными растениями, произрастающими на территории города и его окрестностей, можно судить об уровне загрязнения окружающей горожанина среды. Это позволяет говорить о необходимости усиления мер по охране природы от вредного влияния города.

Авторы рассмотрели различные вредоносные факторы, влияющие на жизнь городских растений, и на основе собственных многолетних наблюдений выявили три группы рудеральных растений, являющихся показателями степени загрязнения местности.

Ключевые слова: урбаноэкосистемы, техногенная среда, токсиканты, рудеральные растения, мониторинг.

RUDERAL PLANTS AS THE INDICATORS OF URBAN ECOSYSTEM ATMOSPHERIC POLLUTION

Research article

Belov A. N.1, Repsh N. V.2, *, Khilkova M. K.3

1 ORCID: 0000-0002-5060-9354;

2 ORCID: 0000-0002-3389-8350;

1, 2, 3 Far Eastern Federal University, Vladivostok, Russia

* Correspondent author (repsh_78[at]mail.ru)

Abstract

The article looks into the ruderal plants resistance against the anthropogenic factors under urban conditions. Generally, human activities endanger not only the plant lives but human lives as well. The level of urban environmental pollution can be inferred by observing the ruderal plants growing in and around the city area. Thus it can be said that the escalation of measures protecting nature against adverse urban impact is necessary.

The authors considered various adverse factors affecting the lives of urban plant, and on the ground of long-term observations determined three groups of ruderal plants serving as the indicators of the level of environmental pollution.

Keywords: urban ecosystems, technosphere, toxicants, ruderal plants, monitoring.

Введение

Городские поселения с развитой экономической инфраструктурой постоянно увеличивают свою площадь под новые жилые и промышленные комплексы. При этом происходит отчуждение природных территорий и разрушение сложных, многокомпонентных экосистем, находящихся на них.

Основой любой экосистемы являются растительные сообщества. Особую и основную группу городских растительных сообществ составляют растения рудеральных местообитаний, или залежных земель. Они характеризуются устойчивостью к техногенной среде, интенсивной рекреационной нагрузке, по большей части, не требовательны к условиям почвенного питания. Еще одной интересной их особенностью является устойчивость к скашиванию и, как следствие, появление неотении. Рудеральные растения (от лат. rudus, родительный падеж ruderis – щебень, мусор) произрастают около строений, на пустырях, вдоль путей сообщения и на других вторичных местообитаниях [7]. Рудеральные растения относятся к группе сорных растений [1].

Рудеральные местообитания – это новые местообитания, не свойственные естественной природе, сопутствующие поселениям человека и находящиеся близ его жилищ, под заборами, на окраинах и свалках дорог. Они отличаются нарушением структуры почвы, повышенным содержанием в ней органических остатков, нитратного азота и нередко посторонних примесей или, наоборот, низким содержанием элементов минерального питания. В таких местах поселяется особая рудеральная флора, имеющая много нитрофильных видов. Это лопухи – Arctium lappa L., A. tomentosum Mill., крапива двудомная – Urtica dioica L., чистотел большой – Chelidonium maius L. и др. В основном, это довольно крупные высокорослые растения, снабженные различными антропохорными и защитными приспособлениями; некоторые из них ядовиты. Среди придорожных видов, напротив, встречаются приземистые, хорошо выносящие вытаптывание, например, подорожник (Plantago L.) или птичья гречишка (Chelidonium maius L.), сплошным ковром покрывающая улицы.

Методы и принципы исследования

Исследования проходили на территории Уссурийского городского округа, городов Артём и Владивосток. В работе использован материал, собранный в 2004-2019 гг. Наблюдения велись в период с середины апреля по ноябрь. Полевые исследования проводились традиционным маршрутно-рекогносцировочным методом в сочетании с изучением видового состава отдельных населенных пунктов.

Преимущественно описывались растения ксерофитных и мезофитных местообитаний, виды, произрастающие на переувлажненных почвах [2]. Из исследованных видов отбирались наиболее типичные, часто встречающиеся и отбрасывались луговые и лесные виды как случайные, заносные компоненты.

В результате были отобраны наиболее характерные виды, которые, можно отнести к особому экотипу – рудеральные растения многолетних олиготрофных залежных земель, испытывающих техногенную нагрузку. Это растения селитебных местообитаний – территорий сосредоточения жилых домов и административных зданий [8].

Истинными городскими рудеральными растениями можно считать травянистые растения, встречаемость которых составляет от 30% и выше.

Целью исследования являлось установление устойчивости различных растений, произрастающих на территории Приморского края, к техногенному воздействию на окружающую среду. Оценка устойчивости травянистых рудеральных растений к техногенному воздействию проводилась по следующим критериям: встречаемость, жизненность, линейные размеры, площадь хлорозов и некрозов листьев, репродуктивность. Сходство видового состава участков с различной техногенной нагрузкой оценивалось по коэффициенту Жаккара [10].

Далее на основе полученных данных происходило распределение растений по категориям устойчивости к техногенным факторам.

Обсуждение и результаты

Загрязнение атмосферы городов Приморского края формируется под влиянием нескольких основных факторов, к ним, в первую очередь, относятся выбросы промышленных предприятий и автотранспорта [3]. Значительное влияние на распространение примесей в приземном слое воздуха оказывает рельеф местности и метеорологические условия.

Большую роль в повышении уровня загрязнения воздуха играет интенсивность солнечной радиации. При высокой интенсивности солнечной радиации в атмосфере идут фотохимические реакции, при этом образуются вторичные продукты, которые часто обладают более токсичными свойствами, чем вещества, поступающие от источников выбросов.

Основными источниками загрязнения являются предприятия пищевой промышленности, коммунального хозяйства, автотранспорта. В воздухе городов, где имеются такие предприятия, отмечается повышенное содержание оксида серы и пыли. Так, концентрация SO2 0,13-0,17 мг/м3 (2,6-3,4 ПДК ср. сут.), пыли – 0,3 мг/м3 (2 ПДК ср. сут.) (см. таблицу 1). Концентрация СО, N02, H2S, тяжелых металлов остается в пределах нормы. Содержание бензопирена – 4-5 ПДК; при максимуме 30 ПДК.

В городе Уссурийске концентрация пыли имеет два максимума: осенью и весной-летом. Концентрация СО также имеет два максимума – зимой и весной. Концентрация СО превышает ПДК только зимой.

 

Таблица 1 – Показатели среднегодовых выбросов загрязняющих веществ в атмосферу от стационарных источников в 2011-2018 гг. на территории Приморского края

Загрязняющие вещества Выброшено в атмосферу, тыс. тонн*
2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018
Всего, в том числе: 224,9 208,7 180,9 189,5 192,9 186,2 186,2 180,7
Твердых веществ всего, 77,7 62,1 55,3 60,859 65,0 60,7 60,2 59,7
из них тяжелых металлов:               0,008
жидких и газообразных веществ всего, 147,2 146,6 125,6 128,7 127,9 125,6 126,0 121,0
диоксид серы 76,9 62,7 56,1 56,5 58,5 53,3 55,0 57,7
оксид углерода 32,6 31,6 32,4 33,8 33,3 36,3 35,5 31,9
оксиды азота 25,0 25,5 24,4 24,3 23,1 20,1 18,8 17,0
Примечание: * – по данным Министерства природных ресурсов и охраны окружающей среды Приморского края [6].  

На основании анализа розы ветров и мощности источников загрязняющих веществ исследователи, изучавшие экологическую ситуацию в Приморском крае [9], приняв во внимание то, что выбросы в основном осуществляются на небольшой высоте, выявили наиболее неблагополучные в экологическом отношении районы. Таковыми, по их мнению, являются сопредельные районы городов Владивостока, Уссурийска, Спасска-Дальнего, Лучегорска.

Основные факторы загрязнения в городах существенно отличаются от тех, которые влияют на растения в естественной обстановке. При работе промышленных предприятий и энергетических установок в воздух выбрасывается огромное количество отходов в виде газов, пыли, жидких аэрозолей. Их концентрация особенно велика в крупных промышленных центрах, а с воздушными потоками они проникают и в удаленные местности.

Наибольшая загрязненность и запыленность в городах отмечена на участках, прилегающих к проезжей части улиц с большим потоком автотранспорта. Здесь растения подвергаются прямой фумигации выхлопными газами, которые содержат большое количество диоксида серы, окислов азота, токсичных соединений углерода и тяжелые металлы (свинец, ванадий) [4]. Наименьшее влияние неблагоприятных факторов внешней среды отмечено во внутренних дворах, скверах и парках.

В ходе многолетних и многочасовых наблюдений авторами были выделены 3 группы травянистых рудеральных растений, различающихся устойчивостью к факторам техногенной среды (см. таблицу 2). Рудеральные растения в сравнении с растениями естественных природных сообществ более устойчивы к неблагоприятным условиям среды обитания [5].

 

Таблица 2 – Устойчивость рудеральных растений к факторам техногенной среды

Устойчивые Средне устойчивые Малоустойчивые
Крупка лесная (Draba nemorosa L.) Крестовник обыкновенный (Senecio vulgaris L.) Мелколепестник канадский (Erigeron canaiensis L.) Одуванчик монгольский (Taraxacum mongolicum Hand.-Mazz.) Осот короткоушковый (Sonchus brachyotus D.S.) Пастушья сумка (Capsella bursa-pastoris (L.) Medic.) Пырей ползучий (Agropyron repens (L.) Beauv.) Хвощ полевой (Equisetum arvense L.) Щетинник сизый (Setaria glauca (L.) Beauv.) Амарант белый (Amaranthus retroflexus L.)Амброзия полыннолистная (Ambrosia artemisiofolia L.)Галинсога мелкоцветковая (Galinsoga parviflora Cav.)Герань сибирская (Geranium sibiricum L.) Горец птичий (Polygonum aviculare L.) Гравилат алеппский (Geum aleppicum Jacq)Критизион гривастый (Critesion Jubatum (L.) Nevski)Марь белая (Chenopodium album L.)Мятлик луговой (Poa pratensis L.) Подорожник прижатый (Plantago depressa Willd.) Подорожник большой (P. major L.)Полынь красночерешковая (Artemisia rubripes Nakai)Эльсгольция Патрэна (Elsholzia Patrinii (Lepech) Garcke) Звездчатка средняя (Stellaria media (L.) Cyr.) Паслен черный (Solanum nigrum L.) Полынь обыкновенная (Artemisia vulgaris auct., non. L.) Чистотел большой (Chelidonium majus L.) Коммелина обыкновенная (Commelina communis L.) Недотрога Ройля (Impatiens roylei Walp)

Как показали наблюдения, эффективность использования рудеральных растений в качестве объекта мониторинга достаточно высока. Например, в центральной части города на газонах, примыкающих к проезжей части улицы, встречаются преимущественно высокоустойчивые виды. По мере снижения загрязнения увеличивается доля среднеустойчивых растений. Подсчитав долю разных по устойчивости растений, можно судить об уровне техногенного загрязнения. Например, 80-100% высокоустойчивых растений свидетельствует об очень высоком уровне техногенного загрязнения. Если доля среднеустойчивых растений составляет 50-60%, а высокоустойчивых 40-50% – это средневысокий уровень загрязнения.

При среднем уровне загрязнения доля среднеустойчивых растений будет 80-100% с примесью высокоустойчивых. Низкий уровень техногенного загрязнения сопровождается преобладанием низкоустойчивых растений с примесью среднеустойчивых.

Выводы

  1. В составе рудеральной флоры городов Приморского края около 100 видов рудеральных растений, входящих в 34 семейства, из них 8 видов – древесные, 4 – культурные травянистые и 92 вида – дикорастущие травянистые растения.
  2. К числу основных элементов городских рудеральных местообитаний относятся 28 видов травянистых растений.
  3. Наиболее устойчивы к техногенному загрязнению следующие виды травянистых рудеральных растений: крупка лесная, крестовник обыкновенный, мелколепестник канадский, одуванчик монгольский, осот короткоушковый, пырей ползучий, хвощ полевой, щетинник сизый.
  4. Наименее устойчивые к техногенному загрязнению следующие виды растений: звездчатка средняя, паслен черный, полынь обыкновенная, чистотел азиатский, коммелина обыкновенная, недотрога Ройля.
  5. Встречаемость и доля в проективном покрытии различных по устойчивости видов травянистых рудеральных растений может использоваться для индексации степени загрязнения окружающей среды.
Конфликт интересов Не указан. Conflict of Interest None declared.

Список литературы / References

  1. Белов А. Н. Экстремальные рудеральные растения г. Уссурийска / А. Н. Белов // Животный и растительный мир Дальнего Востока. Серия: Экология и систематика растений. – Уссурийск: Изд-во УГПИ, 2002. – Вып. 6. – С. 25-29.
  2. Сосудистые растения советского Дальнего Востока: в 8 т. / под ред. С. С. Харкевича. – Л.; СПб., 1985-1996.
  3. Голохваст К. С. и др. Нано- и микрочастицы металлов в городской атмосфере (на примере городов Владивосток и Уссурийск) / К. С. Голохваст, Е. В. Соболева, П. А. Никифоров, И. Ю. Чекрыжов, П. П. Сафронов, Т. Ю. Романова, Н. К. Христофорова, В. В. Чайка, А. М. Паничев, А. Н. Гульков // Химия в интересах устойчивого развития. – 2013. – Т. 21. – № 2. – С. 129-134.
  4. Десслер Х. Г. Влияние загрязнений воздуха на растительность / Х. Г. Десслер. – М., 1981. – 184 с.
  5. Маршалин М. Ф. Роль рудеральных растений в восстановлении природных растительных сообществ, нарушенных несанкционированными свалками мусора / М. Ф. Маршалин, С. Н. Лега, И. Н. Тихонова // Фундаментальные исследования. – 2014. – № 9. – С. 329-332.
  6. Министерство природных ресурсов и охраны окружающей среды Приморского края. Доклад об экологической ситуации [Электронный ресурс]: Официальный сайт Правительства Приморского края и органов исполнительной власти Приморского края. – Режим доступа: https://www.primorsky.ru/authorities/executive-agencies/departments/environment/report-on-the-environmental-situation-1.php?sphrase_id=5701509
  7. Никитин В. В. Сорные растения флоры СССР / В. В. Никитин. – Л.: Наука, 1983. – 454 с.
  8. Третьякова А. С. Закономерности распределения чужеродных растений в антропогенных местообитаниях Свердловской области / А. С. Третьякова // Российский журнал биологических инвазий. – 2015. – Т. 8. – № 4. – С. 117-128.
  9. Христофорова Н. К. Экологические проблемы региона: Дальний Восток – Приморье: Учебное пособие для естественнонаучных и гуманитарных специальностей вузов и колледжей / Н. К. Христофорова. – Владивосток; Хабаровск, 2005. – 304 с.
  10. Шмидт В. М. Математические методы в ботанике / В. М. Шмидт. – Л.: Изд-во ЛГУ, 1984. – 156 с.

Список литературы на английском языке / References in English

  1. Belov A. N. Jekstremal'nye ruderal'nye rastenija g. Ussurijska [Extreme ruderal plants of the city of Ussuriysk] / A. N. Belov // Zhivotnyj i rastitel'nyj mir Dal'nego Vostoka. Serija: Jekologija i sistematika rastenij [Animal and plant life of the Far East. Series: Ecology and taxonomy of plants.]. – Ussurijsk: Izd-vo UGPI, 2002. – Issue 6. – P. 25–29. [in Russian]
  2. Sosudistye rastenija sovetskogo Dal'nego Vostoka [Vascular plants of the Soviet Far East]: v 8 t. / pod red. S. S. Harkevicha. – L.; SPb., 1985-1996. [in Russian]
  3. Golohvast K. S. Nano- i mikrochasticy metallov v gorodskoj atmosfere (na primere gorodov Vladivostok i Ussurijsk) [Nano- and microparticles of metals in the urban atmosphere (for example, the cities of Vladivostok and Ussuriysk)] / Golohvast K. S., Soboleva E. V., Nikiforov P. A., Chekryzhov I. Ju., Safronov P. P., Romanova T. Ju., Hristoforova N. K., Chajka V. V., Panichev A. M., Gul'kov A. N. // Himija v interesah ustojchivogo razvitija [Chemistry for Sustainable Development]. – 2013. – Vol. 21. – № 2. – P. 129–134. [in Russian]
  4. Dessler H. G. Vlijanie zagrjaznenij vozduha na rastitel'nost' [The effect of air pollution on vegetation] / H. G. Dessler. – M., 1981. – 184 p. [in Russian]
  5. Marshalin M. F. Rol' ruderal'nyh rastenij v vosstanovlenii prirodnyh rastitel'nyh soobshhestv, narushennyh nesankcionirovannymi svalkami musora [The role of ruderal plants in the restoration of natural plant communities disturbed by unauthorized landfills] / M. F. Marshalin, S. N. Lega, I. N. Tihonova // Fundamental'nye issledovanija [Basic research]. – 2014. – № 9. – P. 329–332. [in Russian]
  6. Ministerstvo prirodnyh resursov i ohrany okruzhajushhej sredy Primorskogo kraja. Doklad ob jekologicheskoj situacii [Ministry of Natural Resources and Environmental Protection of Primorsky Krai. Environmental Report [Electronic resource]: Oficial'nyj sajt Pravitel'stva Primorskogo kraja i organov ispolnitel'noj vlasti Primorskogo kraja [The official website of the Government of the Primorsky Territory and the executive authorities of the Primorsky Territory]. – URL: https://www.primorsky.ru/authorities/executive-agencies/departments/environment/report-on-the-environmental-situation-1.php?sphrase_id=5701509 [in Russian]
  7. Nikitin V. V. Sornye rastenija flory SSSR [Weed plants of the USSR flora] / V. V. Nikitin. – L.: Nauka, 1983. – 454 p. [in Russian]
  8. Tret'jakova A. S. Zakonomernosti raspredelenija chuzherodnyh rastenij v antropogennyh mestoobitanijah Sverdlovskoj oblasti [Patterns of distribution of alien plants in anthropogenic habitats of the Sverdlovsk region] / A. S. Tret'jakova // Rossijskij zhurnal biologicheskih invazij [Russian Journal of Biological Invasions]. – 2015. – Vol. 8. – № 4. – P. 117–128. [in Russian]
  9. Hristoforova N. K. Jekologicheskie problemy regiona: Dal'nij Vostok – Primor'e: Uchebnoe posobie dlja estestvennonauchnyh i gumanitarnyh special'nostej vuzov i kolledzhej [Ecological problems of the region: Far East – Primorye: A manual for natural sciences and the humanities of universities and colleges] / N. K. Hristoforova. – Vladivostok; Habarovsk, 2005. – 304 p. [in Russian]
  10. Shmidt V. M. Matematicheskie metody v botanike [Mathematical Methods in Botany] / V. M. Shmidt. – L.: Izd-vo LGU, 1984. – 156 p. [in Russian]