CC BY
29
УДК 581.526.3 Доц. В.М. Скробала, канд. с.-г. наук - УкрДЛТУ
ДЕНДРО1НДИКАЦ1Я ЕКОЛОГ1ЧНИХ УМОВ УРБАШЗОВАНИХ ТЕРИТОР1Й НА ОСНОВ1 ПРИНЦИП1В АРХ1ТЕКТОН1КИ
РОСЛИН
Встановлено, що параметри математично'1 моделi залежностi мiж дiаметром i висотою дерева можуть служити штегральним показником якостi умов мюцезрос-тання. Представлено результати дендрошдикацп умов мюького середовища на прик-ладi Tilia platyphyllos Scop.
Doc. Skrobala V.M., PhD - USUFWT
Dendroindication of ecological conditions of the urbanized territories on the basis of principles of architectonics of plants
It is set, that the parameters of mathematical model of dependence between a diameter and height of tree can serve as an integral index of quality of conditions of place of sprouting. The results of dendroindication of conditions of city environment are represented on an example Tilia platyphyllos Scop.
Рослинний покрив урбашзованих територш часто представлений вто-ринними, або антропогенно модифжованими угрупованнями [8]. У бшьшосп випадюв це накладае певш обмеження щодо можливостей використання син-фггошдикаци еколопчних режим1в в умовах штучних насаджень, хоча ix стан або факти загибел1 можуть мати шдикацшне значення [3, 13]. Використання анатомо-морфолопчних ознак для бюшдикаци також супроводжуеться певни-ми труднощами, оскшьки морфометричш показники змшюються не тшьки у простор! (залежно вщ сукупного впливу еколопчних чинниюв), а й у час [1]. На нашу думку, в умовах урбашзованих територш перспективними е шдходи, що базуються на принципах архггектошки рослин. У будов1 рослин i ix орга-шв, в ix форм1, величиш, пропорцй розм1р1в, деталях анатомiчноi будови та фь зико-мехашчних властивостей значною м!рою виражена будiвельно-меxанiчна "доцшьшсть", яка виробилась у процес еволюцii як пристосування до досяг-нення меxанiчноi мщност при економнiй витратi матерiалу [10]. Рiзноманiтнi типи конструкцш рослин i ix органи виникли як результат пристосування до умов навколишнього середовища у процес едностi i боротьби двох протилеж-них тенденцiй - формування статичноi i динамiчноi конструкцй.
Об'екти i методи досл1джень
Дослщження екологiчниx умов мiсцезростання методами дендрошди-кацii проводились у комплекснiй зеленш зон! м. Львова. Об'екти дослщжень - зеленi насадження вулиць i внутрiшньо-квартальниx скверiв, парки i люо-парки, примюью люи Львова. В якост екоклинiв урбанiзованого середовища прийнят еколого-фiтоценотичнi пояси [8]. Пщ6!р об'ектiв дослiджень здiйснювався у процес маршрутних обстежень !з врахуванням форми та ш-тенсивностi використання поверxнi, тобто ступеня антропогенного впливу.
Дендрошдикащю екологiчниx умов здшснювали на прикладд липи широколистоi (Tilia platyphyllos Scop.) - одноi !з найпоширенiшиx порщ у мюькому озелененнi [2, 14] - шляхом математичного моделювання залежнос-т м!ж дiаметром i висотою дерев. Оброблення цифрового матерiалу, оцшку
достовфносп величин, регрес1инии i кореляц1инии анал1зи проводили 1з ви-користанням метод1в вар1ац1Ино! статистики [6, 7, 9]. Розрахунки виконаш на ПЕОМ за допомогою прикладних статистичних програм [4, 5, 11].
Результати дослщжень
Закон Галшея-Барба-Кша твердить, що унаслщок необхщносл забез-печення мщносл сво!х оргашв бшьша рослина не може бути збшьшеною ко-тею меншо! рослини [10]. При однакових зовтшшх i внутршшх умовах бшьша рослина повинна волод^и складнiшою конструкщею. 1з закону Галь лея-Барба-Кiка випливае: якщо навантаження (сила, момент сил) зростають при збшьшенш розмiрiв тiла не пропорцшно квадратам лiнiИних розмiрiв ть ла, а у вищш степенi, то бшьше тiло при однаковiИ мiрi надiИностi повинно бути бiльш "незграбним", менш "струнким". 1з механiчних навантажень пер-шочергове значення для наземних оргашв рослин мае сила тяжшня i тиск, або пориви вггру. Мiрою "незграбностi" i "стрункостi" е вщношення довжини L (або висоти H) до дiаметру D поперечного перерiзу органу. Бiльш стрункь шим е тоИ стовбур, в якого вщношення L: D мае бшьшу величину.
Вивчення питання про поздовжнш згин круглих вертикальних стержнiв шд дiею вертикального навантаження, розподiленого по довжиш стержня, дае змогу приИти до висновку, що мiж критичною довжиною Lкp i дiаметром стержня при основi D юнуе спiввiдношення, яке виражаеться формулою [10]:
4р = с - D2, (1)
Y
де: LKp - критична довжина, при перевищенш яко! колона (стовбур) зазнае "поз-довжнього згину" або надлому, м; E - модуль пружносп, кг/см ; у- об'емна ма-са матеpiалу, кг/см3; c - коефщент, якиИ залежить вiд закономipностей змiни навантаження i моментiв шерци поперечного pозpiзу стержня вiд основи до вер-шини (наприклад, кошчна форма, цилiндpична пустотiла чи суцшьна тощо).
1з формули випливае, що при однаковш надiИностi при збшьшенш висоти L дiаметp стовбура D повинен зростати швидше, шж висота, а стовбур iз збшьшенням висоти повинен ставати бiльш незграбним. Теоретично, при збереженш фiзико-механiчних властивостеИ матеpiалу i форми стовбура при збшьшенш висоти у 100 pазiв для забезпечення однаково! мiцностi дерева дь аметр збiльшиться у 1000 pазiв, а стpункiсть зменшиться у 10 pазiв.
Враховуючи принципи архггектошки рослин (закон Галшея-Барба-Ki-ка) та елементи опору матеpiалiв (залежнiсть мiж критичною довжиною стержня i дiаметpом при основi), для математичного моделювання залежностi мiж висотою i дiаметpом липи широколисто! ми використовували степеневу функцiю вигляду:
h = f(d) = ad + c, (2)
де: h - висота дерева; d- дiаметp на висот 1,3 м.
Оскшьки у таксацй приИнято визначати дiаметp дерев на висот грудеИ, враховуючи початковi умови, можна приИняти коефiцiент с=1,3. Таким чином, при досягненнi висоти 1,3 м дiаметp на щИ висотi доpiвнюватиме нулю.
Для визначення параметрiв математично! моделi використовувалися значення висот дерев за ступенями товщини i розрядами висот (табл. 1). Найбшьшою продуктивнiстю вщзначаеться липа I розряду висот, яка у до-рослому вщ досягае висоти понад 30 метрiв. Для залежностi мiж висотою i дiаметром характернi бiльшi прирости у висоту у ранньому вщ i меншi у бшьш пiзньому. Це е пiдтвердженням закону Галшея-Барба-Кжа, згiдно яко-го бiльшi дерева не можуть бути збшьшеною копiею менших дерев, а повин-нi вiдзначатися складнiшою конструкцiею.
Табл. 1. Залежшсть мiж висотою i дiаметром липи широколистое за
розрядами висот [12]
Д1аметр, см Висота дерева, м
розряд висот
I II III IV V
12,0 17,5 16,0 14,5 13,0 11,5
16,0 20,5 19,0 17,0 15,5 13,5
20,0 23,0 21,0 19,0 17,0 15,0
24,0 25,0 23,0 21,0 18,5 16,5
28,0 26,5 24,5 22,0 19,5 17,5
32,0 27,5 25,0 22,5 20,5 18,0
36,0 28,0 25,5 23,0 20,5 18,0
40,0 28,5 26,0 23,5 21,0 18,5
44,0 29,0 26,5 23,5 21,0 18,5
48,0 29,0 26,5 24,0 21,5 19,0
52,0 29,0 26,5 24,0 21,5 19,0
56,0 29,5 27,0 24,5 21,5 19,0
60,0 29,5 27,0 24,5 22,0 19,0
64,0 29,5 27,0 24,5 22,0 -
68,0 29,5 27,0 24,5 22,0 -
72,0 30,0 27,0 24,5 22,0 -
Параметри математичних моделей вщображеш у табл. 2. Табл. 2. Параметри математично'1 моделi залежностi мiж дiаметром I
висотою липи широколистна
Коефщ1ент | Значення |Помилка 1-критерш| р-р1вень|Нижня межа |Верхня межа
розряд висот
а 10,266 1,101 9,322 0,000000 7,903 12,627
Ь 0,251 0,028 8,831 0,000000 0,190 0,312
II розряд висот
а 9,503 1,037 9,160 0,000000 7,278 11,728
Ь 0,246 0,029 8,512 0,000001 0,184 0,308
I I розряд висот
а 8,379 0,889 9,426 0,000000 6,472 10,284
Ь 0,252 0,028 8,945 0,000000 0,191 0,311
IV розряд висот
а 7,423 0,762 9,744 0,000000 5,789 9,057
Ь 0,252 0,027 9,273 0,000000 0,193 0,310
V розряд висот
а 5,771 0,717 8,044 0,000006 4,191 7,349
Ь 0,288 0,034 8,402 0,000004 0,212 0,363
Як св^ить аналiз даних, вiдображених у таблиц 2, для математичних моделей залежност мiж висотою i дiаметром дерев характернi певнi особли-вость Параметр Ь математично! моделi (показник степеня, до якого шдносить-ся значення дiаметра), характеризуемся порiвняно близькими значеннями -вщ 0,246 до 0,288. Найбшьшою варiабiльнiстю вiдзначаеться параметр а математично! моделi, який, на нашу думку, може слугувати штегральним показни-ком якостi умов мюцезростання. Для всiх параметрiв математично! моделi ха-рактернi високi рiвнi значущостi, рiзниця мiж фактичними i прогнозованими значеннями функци е вагомою тiльки для крайнiх ступеней дiаметра (рис.).
Ь|2=(9,50338)*ЬЛ(,246444)+1,3
с1, см
Рис. Апроксимаця залежностi мiж висотою i дiаметром липи широколистоI
(IIрозряд висот)
Звичайно, яюсть апроксимацй можна значно збшьшити шляхом шдбо-ру iнших функцiй (полiномiально!, логарифмiчно! тощо). Але у цьому випад-ку параметрам математично! моделi неможливо дати пояснення з позицiй фь зично! сутi дослiджуваного явища. Орiентацiя на математичну модель iз невеликою кшьюстю параметрiв не дозволила також вщобразити динамiку фь зико-мехашчних властивостей деревини та форми стовбура (1). Адже у стадй первинно! будови стебло швидко росте i видовжуеться [10]. Бiологiчно, у бо-ротьбi за свiтло, для нього випдний швидкий рiст у довжину з якомога мшь мальною витратою будiвельного матерiалу. З будiвельно-механiчних принци-пiв для стебла важливе забезпечення пружно! стiйкостi пiд дiею сил тяжшня, а воно досягаеться економною витратою матерiалу при умовi розташування опiрного матерiалу в максимально можливому вiддаленнi вiд поздовжньо! осi (на периферй). Потреба стебла в активно-пружнш конструкцi! сто!ть на задньому плат: дiя вiтру на рослину в цей перюд порiвняно слабка, тому що його швидкiсть бiля поверхш землi невелика. Крiм того, унаслщок високо! мстрункостiм стебла (вiдношення висоти до дiаметру е великим) можливе ви-гинання стебла пiд дiею вiтру.
У старшому вщ у будовi деревних рослин переважае центрипетальна тенденцiя будiвельного матерiалу [10], хоча вона частково ослаблюеться роз-подiлом "арматури" по всьому поперечному розрiзу - вiдповiдно з комплек-сним характером рослинних конструкцш (статична плюс динамiчна). Цей бу-дiвельний тип рослин також доцшьний, оскiльки вiн близький до конструкци пружини на згин. Рослина володiе великою парусною поверхнею (крона i листя), яка зазнае упродовж багатьох роюв динамiчних поривiв вiтру високо! iнтенсивностi. Можливiсть пасивного ухиляння стовбура вщ впливу вiтру тут дуже обмежена: "незграбшсть" пропорцiй розмiрiв, слабка гнучюсть для за-безпечення пружно! стiйкостi пiд дiею сил тяжшня.
Унаслiдок цього достовiрнiсть дослiджень iз використанням молодих рослин може бути низькою. Для дендрошдикаци екологiчних умов на основi липи широколисто! придатш дерева, дiаметр стовбура яких на висот грудей перевищуе 12-16 см (рис.). Результати обчислень показують, що при шших значеннях коефiцiента с (2) точшсть математично! моделi е дещо вищою, про-те похибка прогнозування для малих величин дiаметра залишаеться високою.
Результати математичного моделювання залежност мiж дiаметром i висотою дерев дають змогу провести дендрошдикащю умов мюцезростання на основi розрахунюв параметру а степенево! функцi! iз вiльним членом (2) за умови Ь=0,25; с=1,3 (табл. 3).
Пояснення до табл. 3. Цифрами позначен об'екти: 1 - вул. Городоць-ка, 159, рядова посадка в умовах суцшьного замощення; 2 - вул. Городоцька, 175; рядова посадка у лунках, суцшьне замощення, висока загазовашсть по-вiтря; 3 - вул. Городоцька, 140; рядова посадка у смузц 4 - вул. Кропивниць-кого, 12; рядова посадка у лунках, суцшьне замощення, висока загазовашсть повггря; 5 - вул. Кропивницького, 129; рядова посадка у широкш смузц 6 -сквер на плошд Привокзальнш, алейна посадка липи широколисто!; 7 - парк iм. 1в. Франка, поодинокi дерева у зрщженш посадцi; 8 - проспект Свободи, поодинок дерева, площа кореневого живлення достатня.
Результати обчислень свщчать, що параметр а математично! моделi дiйсно може служити штегральним показником умов мюцезростання. Так, дерева, як зростають в умовах дефщиту корененасиченого шару, мають низькi значення параметру: вщ 2 до 3,5. Дещо бшьшими значеннями параметру а вщзначаються рослини, що ростуть у придорожшх смугах - 5-6. Де-ревнi рослини у скверах i парках характеризуються високими значеннями параметру.
Дендрошдикащя на основi принципiв архiтектонiки рослин дае змогу ощнити якiсть умов мiсцезростання в умовах певно! невизначеностi. Так, тра-дицiйнi пiдходи дендроiндикацi! передбачають встановлення вшу окремого дерева чи деревостану, щоб на !х основi визначити боштет як показник про-дуктивнос^ або середнi значення приросту. Дещо бiльшi можливостi дае оцiнка ходу росту насадження, що передбачае тривалi дослщження модель-них дерев. Оскшьки не завжди е можливiсть виконати щ вимоги, метод ден-дрошдикацй на основi принципiв архiтектонiки рослин набувае важливого практичного значення.
Табл. 3. Дендрошдикащя екологiчнихумов на основi обчислень параметрiв
математично'1 моделi
№ об'екту № дерева Висота дерева, м Д1аметр дерева на висот! грудей, см Параметр математично! модел1 а
1 5 8,3 20,3 3,29
6 8,5 28,6 3,11
7 8,5 23,5 3,26
2 12 5,0 9,8 2,09
13 6,2 21,3 2,28
15 6,2 15,6 2,46
3 46 14,8 27,0 5,92
47 13,9 30,2 5,37
49 15,5 41,6 5,59
50 15,0 35,9 5,59
4 83 10,5 26,4 4,06
84 9,7 16,8 4,14
85 10,9 24,5 4,31
5 87 17,5 29,6 6,95
88 22,7 56,9 7,79
91 17,9 36,6 6,75
92 17,7 29,6 7,03
6 95 19,8 44,9 7,15
99 23,0 50,9 8,12
102 19,5 29,3 7,82
103 20,2 40,1 7,51
7 119 23,6 37,2 9,03
121 35,0 102,8 10,58
8 154 18,2 49,0 6,38
157 17,6 46,8 6,23
159 19,8 69,1 6,42
167 15,2 36,3 5,66
Метод дендрошдикаци на основi принцишв арх^ектошки рослин на-лежить до методiв неспецифiчноl бюшдикаци. Це означае, що дослiдник часто не може встановити причини низько! якост умов мiсцезростання, оскiльки несприятливi еколопчш чинники дiють у комплексi. Детальш дослiдження повиннi передбачати планування експерименту i використання складнiших методiв математичного моделювання.
Л1тература
1. Биоиндикация загрязнений наземных экосистем/Под ред. Р. Шуберта. - М.: Мир. - 1988. - 348 с.
2. Деревья и кустарники, культивируемые в Украинской ССР. Покрытосеменные. -К.: Наук. думка, 1986. - 720 с.
3. Дщух Я.П., Плюта П.Г. Фггандикащя еколопчних чинниюв. - К.: Наук. думка, 1994. - 280 с.
4. Дьяконов В.П. Справочник по алгоритмам и программам на языке бейсик для персональных ЭВМ. - М.: Наука, 1989. - 240 с.
5. Енюков И.С. Методы, алгоритмы, программы многомерного статистического анализа. - М.: Финансы и статистика, 1986. - 232 с.
6. Зайцев Г.Н. Математика в экспериментальной ботанике. - М.: Наука, 1990. - 296 с.
7. Зайцев Г.Н. Математический анализ биологических данных. - М.: Наука, 1991. - 184 с.
8. Кучерявый В. А. Зеленая зона города. - К. Наукова думка, 1981. - 248 с.
9. Львовский Е.Н. Статистические методы построения эмпирических формул. - М.: Высшая школа, 1988. - 239 с.
10. Раздорский В.Ф. Архитектоника растений. - М: Советская наука, 1955. - 344 с.
11. Скробала В.М. Моделювання бюлопчних процеав методами багатовимiрноi оп-тимiзащi// Науковi основи збереження бютично'1' рiзноманiтностi. Тематичний збiрник 1нсти-туту екологй Карпат НАНУ. - Вип.4. - Львiв: ЛЬа-Прес, 2003. - С. 217-221.
12. Сортиментные таблицы для таксации леса на корню. - К.: Урожай, 1984. - 630 с.
13. Цыганов Д.Н. Фитоиндикация экологических режимов у подзоне хвойно-широ-колиственных лесов. - М.: Наука, 1983. - 195 с.
14. Щепотьев Ф. Л. Дендрология. - К.: Вища школа. 1990. - 287 с.
УДК 628:633 З.М. Шелест, канд. бюл. наук - Житомирський державний технологiчнийутверситет; ст. викл. Л.О. Солодка, канд. бюл. наук; ст. викл. Г.М. Карпович - Державний агроекологiчний утверситет
М1КРОБ1ОЛОГ1ЧНА 1НДИКАЦ1Я СТАНУ М1СЬКИХ ЕКОТОП1В
Дослщжено забруднення пов^ря мшрооргашзмами у деяких регюнах Центрально! Укра1ни, з врахуванням особливостей зелених насаджень.Встановлено за-гальну кшьюсть мiкроорганiзмiв в адмшютративних примщеннях закладiв вищо1 ос-вiти. Данi дослiджень показують переваги розширення площi зелених насаджень для покращення санiтарних умов в сел^ебнш i соцiальнiй зонах забудови.
Z.M. Shelest - Zhiomir State Technological University; L.O. Solodka, G.M. Karpovich - Zhitomir State Agroecological University
Microbiological indication of city ecotopes state
Microbe pollution of air in some Ukrainian central regions which differ in peculiarities of greenery planting is investigated. General quantity of microorganisms in higher educational establishment room air is assigned. The data show the preferences of green massif extending for the sanitary condition of residential and social dwellings.
Пов^я сучасного мюта - це середовище, в якому одночасно перебувае значна кшькють рiзноманiтних забруднювачiв, в тому чи^ i бюлопчних. Чи-сельнють мiкроорганiзмiв у повггр^ залежно вщ стану екотопу, може колива-тись у значних межах. Вони належать до рiзних морфолопчних груп (бактерй, спори актиномще^в, цвшьових грибiв тощо), i частина з них е патогеними та умовно-патогенними [1]. Контамшоване повггря сприяе передачi збудникiв захворювань аерогенним шляхом. Вмют мiкробiв у повiтрi значною мiрою за-лежить вiд його запиленосп. Остання, у свою чергу, е стандартним показни-ком, який визначають при оцiнцi стану екотошв [2]. Але певна частина мжро-бiв, якi знаходяться у складi пилу, гине внаслiдок висихання та сонячних променiв. Тому мжробну забрудненiсть повiтря рiзних об'екпв оцiнюють по загальнiй кiлькостi живих мiкробiв у 1м3 (мiкробне число) та по вмюту саш-тарно показових мiкроорганiзмiв - гемолiтичних стрепто - та стафiлококiв [3].
Склад мжробно! асощацп у повiтрi не сталий. Вiн змiнюеться залежно вщ географiчного положення населенного пункту, сезошв року, кiлькостi зе-
