1. Введение

В условиях реализации новых стратегий территориально-пространственного развития городов [1] необходим не только поиск новых проектных решений, но и внедрение инновационных технологий восстановления природных ресурсов для формирования устойчивой среды [2].

Как показано во многих отечественных исследованиях, на фоне возникающих экологических проблем, связанных с повышающимся уровнем загрязненности урбанизированной среды, в том числе от ливневых потоков, эффективным способом регулирования поверхностного стока, сохранения и восстановления биоразнообразия может выступать биоинженерное сооружение «дождевой сад» на основе технологии фиторемидиации [3], [4], [7], [8]. Фиторемедиация представляет собой современную технологию применения растений для очистки окружающей среды от загрязняющих веществ, таких как тяжелые металлы, нефтепродукты и токсичные соединения [7]. В условиях городской среды, где уровень отдельных видов загрязнений окружающей среды (согласно Государственного доклада Правительства Свердловской области «О состоянии окружающей среды на территории Свердловской области в 2023 году») значительно высок, использование декоративных водных растений для фиторемедиации становится не только экологически целесообразным, но и эстетически привлекательным ландшафтным решением в отношении проектирования водных объектов [2].

Дождевой сад рассматривается как альтернативная технология биодренажной системы и регулируемого отвода поверхностных вод, посредством их накопления, испарения, фильтрации через растительность, выдерживающую затопление [3], [4], [6]. Комплекс природных компонентов (растительность, вода, песок, мульча и др.), обеспечивающих технологические процессы дождевого сада, способствует сохранению экологического баланса [3], и, кроме того, направлен на совершенствование мер городского управления, на «оптимизацию расходов городского бюджета на решение вопросов водоотведения, озеленения, полива» [4, С. 4]. Так, отфильтрованная, прошедшая систему био-очистки [9], вода может использоваться для полива городских зеленых насаждений. Система дождевого сада может состоять из одного или нескольких биоинженерных сооружений, может включать «каскады дождевых садов, реже водно-болотные угодья или задерживающие бассейны» [6, С. 72].

Прибрежно-водные растения способствуют улучшению качества воздуха, стабилизируют почву, предотвращают ее эрозию [6], аккумулируют вредные вещества [3], [4], насыщают воду кислородом [7] одновременно создают эстетически привлекательные озелененные пространства во взаимодействии водных компонентов среды.

В данной статье рассматривается возможность применения травянистых прибрежно-водных растений для фиторемедиации в г. Екатеринбурге, с учетом такой характеристики, как декоративность вида в условиях реализации ландшафтного дизайна водных объектов урбанизированной среды.

Целью работы является подбор ассортимента декоративных прибрежно-водных растений, подходящих для проектирования дождевого сада и применяемых в качестве природных фитофильтров.

В задачи исследования входит следующее:

– осуществить обзор прибрежно-водных растений, применяемых для фиторемедиации в городских условиях;

– выявить ассортимент декоративных прибрежно-водных растений с учетом их встречаемости в условиях Среднего Урала;

– выявить наиболее адаптивные и широко используемые виды, применяемые для целей фиторемедиации в городских условиях.

2. Методы и принципы исследования

Методы исследования основаны на сборе и анализе литературных данных по вопросам фиторемедиации в городской среде, наблюдений по распространению редких прибрежно-водных растений, а также анализе прибрежно-водных растений в питомниках. Все собранные данные систематизируются, исходя из возможности их применения при проектировании дождевого сада.

3. Основные результаты

Антропогенная деятельность является основным источником загрязнения окружающей среды металлами, загрязняющим как почву, так и водные объекты [10]. В результате многолетнего мониторинга загрязнения почв г. Екатеринбурга тяжелыми металлами (такими как медь, свинец, цинк, кадмий, никель) характеризуется величиной суммарного индекса загрязнения Zс по разным районам от 10,1 до 6,8, что в целом оценивается как допустимый уровень загрязнения. Наиболее загрязненным являлся Октябрьский район [11].

Поступающие с атмосферными выбросами тяжелые металлы накапливаются в верхнем слое почвы, а также загрязняют поверхностные и грунтовые воды [12]. Экологически безопасные биологические методы ремедиации почв и водных объектов становятся предметом интенсивных исследований в мировом научном сообществе. Фиторемедиация — один из таких методов, основанный на применении растений [13]. Использование фиторемедиации для очистки почв и воды от тяжелых металлов особенно эффективно благодаря их поверхностной концентрации в верхних почвенных горизонтах и в водной толще. Ограниченное проникновение загрязнителей вглубь почвы и их относительно высокая концентрация в поверхностных слоях значительно упрощает процесс восстановления загрязненных земель и воды [10]. В отличие от методов, основанных на применении химических реагентов, использование растений представляет собой экологически безопасный способ повышения мобильности тяжелых металлов, минуя риски дополнительного загрязнения окружающей среды [7], [8].

В г. Екатеринбурге влияние автотранспорта и промышленности приводит к высоким уровням загрязнения: основные загрязнители включают тяжелые металлы, такие как свинец и кадмий; загрязнители воздуха — углеводороды. Зимы холодные, что ограничивает возможности круглогодичного использования растений для фиторемедиации, особенно прибрежно-водных растений. Однако некоторые прибрежно-водные растения способны выдерживать местные суровые климатические условия, это — травянистые многолетники астрагал болотный, кувшинка чисто-белая и четырехгранная, кубышка малая и желтая, рдест красноватый [14]. Наличие эндемичных, субэндемичных растений или близких к эндемикам свидетельствует об уникальности местной флоры и ее высоком потенциале для применения в экологических проектах. Среди эндемиков влажных мест для Урала отмечен гусиный лук Лиотарда или гусиный лук ненецкий (Gagea liotardii (Sternb.) Schult. & Schult. f. (семейство Liliaceae)) — луковичный травянистый многолетний, который может произрастать во влажных пойменных лугах, в сырых луговых ложбинах с выходами родников, на переувлажненных участках у подножия склонов речных долин» [15, C. 236]. Кроме того, эндемики Урала — ветреница уральская (Anemone uralensis Fisch. ex DC. (семейство Ranunculaceae)), и стержнекорневой полукустарничек лаготис уральский (Lagotis uralensis Schischk. (семейство Scrophulariaceae)), которые могут произрастать по берегам рек, во влажных местах [15].

Условия г. Екатеринбурга позволяют выращивать растения, устойчивые к умеренно низким температурам, например, такие как Аир болотный. Екатеринбург расположен в зоне морозостойкости 3–4, где средняя температура января — 14,7°C, могут отмечаться морозы до -40°C. Средняя за год сумма осадков 600 мм. Такие суровые условия ограничивают ассортимент прибрежно-водных растений, для устройства дождевого сада необходимы наиболее морозоустойчивые виды, например, Омежник водный, Рогоз узколистный, Сусак зонтичный. В результате анализа прибрежно-водных растений, условно рекомендуемых для устройства дождевого сада в условиях г. Екатеринбурга был составлен список видов, приведенный в Таблице 1.

В основном ассортименте рекомендуемых для г. Екатеринбурга видов прибрежно-водных растений — всего 26 видов; представлены 17 семействами. По классификации В. Г. Папченкова представители экотипа «Гидрофиты» (настоящие водные растения) образуют фитоценозы на глубине 0,5…2,5 м. Гидрофиты включают 8 видов, среди которых свободно-плавающие в толще воды, погруженные укореняющиеся, укореняющиеся с плавающими листьями. Представители экотипа «Гидрогелофиты» (воздушно-водные растения) — 10 видов, как правило, образуют фитоценозы на глубине 1,0…1,2 м — высокотравные гелофиты; на глубине 0,5 м расположены низкотравные гелофиты. На глубине до 0,1 см расположены приземные гелофиты. Экотип «Гигрогелофиты» включает 8 видов. Представители этого типа занимают различные уровни береговой зоны [16].

В то же время в дополнительный ассортимент декоративных видов водных растений могут быть добавлены гибриды и сортовые растения: Кувшинка гибридная сорт «Colorado» (Nymphaea Luise Villemorette Х Nymphaea Mexicana «Colorado»); Кувшинка Марлиака сорт «Flammea» (Nymphaea × marliacea Lat.-Marl. «Flammea»); Кувшинка Марлиака сорт «Madame Wilfon Gonnere» (Nymphaea × marliacea Lat.-Marl. «Madame Wilfon Gonnere»); Кувшинка душистая сорт «Perry’s Double Yellow» (Nymphaea odorata Aiton «Perry’s Double Yellow») и др.

Из 26 видов прибрежно-водных растений, входящих в основной ассортимент, наиболее эффективную роль в аккумуляции вредных веществ проявляют аиры, ирисы, рогозы, роголистники, рдесты, частухи, в частности частуха подорожниковая и тростник [21].

Все перечисленные растения способны образовывать развитую мощную корневую систему и устойчивы к неблагоприятным факторам. Поэтому, некоторые из вышеперечисленных   выше, в настоящее время   используют при доочистке сточных вод.

Как отмечается в литературе чаще всего используют камыш, тростник озерный, рогоз узколистый и широколистый, рдест гребенчатый и курчавый, элодею, водный гиацинт (эйхорния), сусак, стрелолист обычный, гречиху земноводную, резуха морская, уруть для создания так называемыхплавучих сконструированных водно-болотных угодий (Constructed floating wetlands — CFW). Именно такие конструкции рассматривают как промежуточную технологию очистки сточных вод, характеризующуюся признаками биологических прудов или водно-болотных угодий, где первостепенная роль отводится растительности. Доказано, что водная растительность очищает водоем от излишек органических соединений и нитратов. А камыш способен удалять из воды ряд органических соединений, в том числе фенолы, нафтолы, анилины [22].

4. Заключение

Анализ литературных данных показал, что прибрежно-водные растения из 7 семейств проявляют наиболее эффективную роль в аккумуляции вредных веществ. Руководствуясь основополагающим принципом сохранения природы и рационального природопользования, в настоящее время обеспечение экологической устойчивости при отведении и очистке ливневых вод целесообразно решать путем проектирования биоинженерных систем (дождевые сады на основе технологии фиторемидиации) без применения химических веществ очистки воды. В целом, меры направлены на предотвращение подтопления и затопления урбанизированных территорий.

Среди проанализированных травянистых прибрежно-водных растений выявлено значительное разнообразие растений, что свидетельствует о наличии богатого растительного покрова, способного эффективно участвовать в процессах фиторемедиации. Екатеринбург выделяется наличием эндемичных видов, что подчеркивает уникальность местной флоры и ее потенциал для использования в экологических проектах, при этом внедрение эндемичных видов возможно после проведения дополнительных исследований и наблюдений. Общее количество видов прибрежно-водных растений, рекомендуемых для г.Екатеринбурга — 26, указывает на возможность вариативного применения растений для решения экологических и эстетических задач в разных условиях. Растения, подходящие для фиторемедиации, могут быть использованы не только для очистки загрязненных территорий, но и для улучшения эстетического восприятия городской среды, что делает их ценными для ландшафтного дизайна в ландшафте города. Интеграция прибрежно-водных растений дождевых садов в городскую среду позволяет достичь баланса между историческим ландшафтом и благоустроенной современной городской средой, особенно вблизи набережных за счет природных компонентов. В целом, необходимы дальнейшие исследования по мониторингу и оценке эффективности подбора различных видов прибрежно-водных растений для процессов фиторемедиации, а также их адаптации к специфическим условиям на Среднем Урале, а также возможности их использования в контейнерах в различных экологических проектах.

The additional file for this article can be found as follows: