Научная статья на тему 'Экологические последствия радикальной обрезки крон тополя бальзамического (Populus balsamifera L. ) в городских насаждениях Тюмени'

Экологические последствия радикальной обрезки крон тополя бальзамического (Populus balsamifera L. ) в городских насаждениях Тюмени Текст научной статьи по специальности «Сельское хозяйство, лесное хозяйство, рыбное хозяйство»

722
216
Поделиться
Ключевые слова
ТОПОЛЬ БАЛЬЗАМИЧЕСКИЙ / ОБРЕЗКА КРОН / АССИМИЛЯЦИОННЫЙ АППАРАТ / ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ФУНКЦИИ / ПРОДУКТИВНОСТЬ / БЮДЖЕТ УГЛЕРОДА / BALSAM POPLAR / CUTTING THE CROWNS / ASSIMILATION SYSTEM / ECOLOGICAL FUNCTIONS / PRODUCTIVITY / CARBON BUDGET

Аннотация научной статьи по сельскому хозяйству, лесному хозяйству, рыбному хозяйству, автор научной работы — Казанцева Мария Николаевна, Соловьева А. А.

Проанализировано влияние радикальной обрезки крон на экологические функции тополя бальзамического в городских насаждениях. Показано значительное снижение пылеулавливающего и терморегулирующего значения деревьев после обрезки, а также падение их общей биологической продуктивности и годичной продукции фитомассы. Снижается роль тополя в регулировании газового состава атмосферы города.Subject to investigation being influence of radically cutting the crowns on ecological functions of balsam poplar in the urban plantations. It is shown an availability of a considerable decrease of dusting and thermoregulating importance of the trees after cutting the crowns, as well as fall of their general biological productivity and annual production of phytomass. Subject to decrease being the poplar role in regulating gas composition of the urban air.

Похожие темы научных работ по сельскому хозяйству, лесному хозяйству, рыбному хозяйству , автор научной работы — Казанцева Мария Николаевна, Соловьева А. А.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Текст научной работы на тему «Экологические последствия радикальной обрезки крон тополя бальзамического (Populus balsamifera L. ) в городских насаждениях Тюмени»

УДК 582.623.2:712.41

М. Н. Казанцева, А. А. Соловьева

ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПОСЛЕДСТВИЯ РАДИКАЛЬНОЙ ОБРЕЗКИ КРОН ТОПОЛЯ БАЛЬЗАМИЧЕСКОГО (РОРиШЭ BALSAMIFERA Ь.)

В ГОРОДСКИХ НАСАЖДЕНИЯХ ТЮМЕНИ

Проанализировано влияние радикальной обрезки крон на экологические функции тополя бальзамического в городских насаждениях. Показано значительное снижение пылеулавливающего и терморегулирующего значения деревьев после обрезки, а также падение их общей биологической продуктивности и годичной продукции фитомассы. Снижается роль тополя в регулировании газового состава атмосферы города.

Тополь бальзамический, обрезка крон, ассимиляционный аппарат, экологические функции, продуктивность, бюджет углерода.

Озеленение — один из необходимых элементов благоустройства городов и других населенных мест. Зеленые массивы — излюбленные места отдыха населения и средство создания разнообразных архитектурных обликов городов и поселков. Важнейшее значение имеет древесно-кустарниковая растительность в формировании экологической обстановки урбанизированных территорий. В условиях непрерывного повышения техногенных нагрузок на городского жителя покрытые растительностью пространства становятся мощным средством частичной нейтрализации негативного воздействия внешних факторов; они смягчают температурные колебания, увеличивают влажность и снижают запыленность и загазованность воздуха, дают необходимую тень, уменьшают шум.

Тополя давно и широко используются в озеленении городских территорий. Являясь деревьями первой величины, они успешно выполняют защитные, декоративные и санитарно-гигиенические функции. Огромная масса их листьев поглощает из воздуха значительное количество токсичных компонентов, частично очищая его от вредных примесей. В зеленом фонде г. Тюмени тополя занимают значительное место — около 20 % от общей площади насаждений [Мусиенко, 2001]. В основном это тополь бальзамический (РориШв Ьават'^эга L.) — представитель североамериканской дендрофлоры, являющийся для Тюмени экзотом.

В последнее время в Тюмени активно ведется радикальная обрезка крон тополей для уменьшения количества пуха в летний период. Из всех известных способов обрезки при этом используется самый травматичный и малоэстетичный способ, так называемой «омолаживающей» обрезки — топпинг, предполагающий полное удаление кроны и верхней части ствола дерева. Необходимо отметить, что во всем мире такой способ «содержания и эксплуатации» зеленых насаждений считается варварством [Горышина, 1991]. Удаление мощной кроны тополей значительно снижает их средостабилизирующее и декоративное значение. Кроме того, неоднократная обрезка кроны взрослых деревьев губительно сказывается на их состоянии, приводит к преждевременному старению и гибели насаждений [Бакулин, 2005].

Целью настоящего исследования является оценка экологических функций тополя бальзамического в условиях г. Тюмени и влияния на них радикальной обрезки кроны. Работы проводились в 2006-2008 гг. на двух участках (контрольном и опытном), заложенных во II Заречном микрорайоне города. Опытный участок представляет собой многорядную посадку деревьев тополя бальзамического вдоль автодороги с интенсивным движением транспорта. Радикальная обрезка деревьев с полным удалением кроны и частично ствола была проведена здесь в 2004 г.; ежегодно проводится подравнивание крон с удалением годичных побегов. В качестве контроля использовалось насаждение тополя с противоположной стороны от автодороги, где обрезки крон не производилось. Размеры и конфигурация участков определялись их естественными границами. В табл. 1 приводятся площади опытного и контрольного участков и данные полного перечета деревьев на них. Средний возраст тополей составляет 35 лет.

Таблица 1

Характеристика участков

Участок Площадь, м2 Число деревьев, экз. Плотность посадки, экз./м2

Опыт Контроль 19 152 12 780 769 1041 0,04 0,08

Основные размерные показатели деревьев, характеризующие их общий габитус, представлены в табл. 2. На опытном участке все показатели значительно снижены, что является прямым следствием обрезки. Исключение составляет только диаметр ствола, на величину которого обрезка крон действует опосредованно через снижение общей ассимиляционной способности и продуктивности деревьев.

Таблица 2

Средние морфометрические показатели деревьев в контроле и в опыте

Показатель Опыт Контроль

X ± т СУ X ± т СУ

Высота дерева, м 4,0 ± 0,2** 19,4 16,6 ± 0,3 7,97

Высота кроны, м 1,4 ± 0,1*** 32,8 13,8 ± 0,4 14,35

Диаметр кроны, м 1,2 ± 0,1*** 27,0 2,7 ± 0,2 34,19

Диаметр ствола, см 18,9 ± 0,7*** 13,1 24,0 ± 0,9 16,7

Примечание. Здесь и далее: X ± т — среднее арифметическое с ошибкой; СУ — коэффициент вариации, %. Различия с контролем достоверны при: * — р < 0,05; ** — р < 0,01; *** — р < 0,001.

При сравнении степени развития ассимиляционного аппарата контрольных и опытных деревьев получены статистически достоверные различия по всем изученным признакам (табл. 3). Общая ассимилирующая поверхность кроны одного среднего дерева с опытного участка, измеренная в конце лета, после завершения ростовых процессов, оказалась в 36 раз меньше, чем у дерева с контрольного участка.

Таблица 3

Характеристика ассимиляционного аппарата деревьев в контроле и опыте

Показатель Опыт Контроль

X ± т СУ X ± т СУ

Площадь 1 листа, см2 110,00 ± 2,70 *** 26,54 31,00 ± 0,96 33,35

Число листьев в кроне, тыс. шт. 0,84 ± 0,07 *** 40,15 103,43 ± 7,19 35,44

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Объем кроны, м3 1,03 ± 0,13 *** 65,22 30,87 ± 4,39 71,19

Общая площадь ассимилирующей поверхности кроны, м2 9,10 ± 0,73 *** 40,19 321,91 ± 2,39 35,46

У обрезанных тополей отмечаются некоторые компенсаторные изменения, направленные на усиление формирования кроны и восстановление ее ассимиляционного потенциала. Так, площадь листа у опытных тополей более чем в 3 раза превышает площадь листьев контрольных деревьев. Отмечается также увеличение содержания всех основных пигментов фотосинтетиче-ского комплекса в листьях обрезанных тополей (рис. 1), указывающее на усиление фотосинтетического процесса. Происходят изменения и в соотношении пигментов. Так, отношение хлорофилла а к Ь в листьях опытных деревьев снижается по сравнению с контролем в 1,6 раза, что, в соответствии с имеющимися литературными данными, указывает на усиление процессов роста [Корпачук, 1989].

50 -

45 -

£ 402

о" 35 -

к

§ 30-

N

& 25 -

О 20 -

15 -

10 - ,

хлорофилл а хлорофилл Ь каротиноиды

Пигменты

Рис. 1. Содержание пигментов фотосинтеза в листьях тополей (данные приведены в расчете на сырой вес)

Действительно, средняя длина годичного побега у обрезанных тополей почти вдвое больше, чем у контрольных (106,46 и 54,26 см соответственно). Тем не менее все отмеченные компенсаторные явления не обеспечивают восстановления в течение вегетационного сезона даже 3 % от первоначальной ассимилирующей поверхности кроны.

Способность зеленых насаждений смягчать температурный режим воздуха городов имеет особенно большое значение в жаркое время года. В тени деревьев горожане спасаются от изнуряющего полуденного зноя, который усугубляется разогретым асфальтовым покрытием, бетонными и каменными

□ опыт

□ контроль

конструкциями. Измерения, проведенные нами в солнечный полдень в начале июля 2008 г., показали, что уже в опушечной части насаждения контрольного участка происходит снижение температуры приземного слоя воздуха на 5 °С по сравнению с проходящей рядом заасфальтированной дорожкой (рис. 2). В 10 м от опушки, в глубине массива, эта разница возрастает до 9 °С. В насаждении с обрезанными кронами снижение температуры воздуха даже в центре посадки гораздо менее ощутимо и составляет всего 4 °С по отношению к нагретому асфальту.

При оценке общего терморегулирующего эффекта зеленых насаждений большое значение имеют такие показатели, как площадь и характер тени, отбрасываемой деревьями. Наши наблюдения показали, что средняя площадь тени обрезанных деревьев в полдень составляет всего 7,1 м2, это в

8,5 раза меньше, чем у контрольных экземпляров (60,7 м2). В контроле за счет перекрытия крон суммарная площадь тени превышает общую площадь посадки более чем в 5 раз. В результате создается достаточно равномерное затенение всего участка и дополнительной площади с его теневой стороны, ширина которой равна длине тени деревьев и в течение дня варьируется. В опыте же общая площадь тени, создаваемой обрезанными тополями, составляет всего 28,5 % от площади, занятой посадкой. При этом температура освещенных солнцем участков внутри насаждения практически не отличается от температуры воздуха над асфальтом. Ситуацию усугубляет полное скашивание травостоя под деревьями на опытном участке. Известно, что хорошо развитый травостой за счет процессов транспирации способен снижать температуру приземного слоя воздуха на несколько градусов [Экология города, 2008].

37

35

о 33

&і ^ -і ^ 31

29

27

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

25

асфальт опушка центр посадки

Место измерения

□ опыт

□ контроль

Рис. 2. Температура приземного слоя воздуха в посадках тополей с естественной и обрезанной кроной в сравнении с заасфальтированным участком

Одним из самых распространенных мест посадки тополей являются обочины автодорог. Это оправданно в связи со способностью тополей задерживать своими мощными кронами большое количество пыли и других токсичных веществ, постоянно присутствующих в воздухе городов, и особенно над автомагистралями. Радикальная обрезка кроны и связанное с этим уменьшение общего количества листьев на дереве ведет к существенному снижению пы-

лезадерживающего значения тополевых посадок (табл. 4). Из данных табл. 4 можно видеть, что, несмотря на компенсаторное увеличение площади листа у обрезанных тополей, масса пыли, улавливаемая этими листьями, не имеет достоверных различий с контролем, а в расчете на 1 см2 поверхности даже меньше, чем у обычных листьев. По-видимому, это объясняется анатомоморфологическими особенностями крупных листьев обрезанных тополей, обладающих более гладкой поверхностью. Общее же количество пыли, удерживаемое листьями деревьев контрольного участка, в 160 раз превышает аналогичный показатель в опыте.

Таблица 4

Запыленность листьев тополя на контрольном и опытном участках

Показатель Опыт Контроль

Масса пыли на 1 листе, мг Масса пыли на 1 см2 поверхности листа, г/см2 Количество пыли, в кроне 1 дерева, кг Количество пыли, удерживаемое всем насаждением, т 93,00 ± 19,00 0,0008 ± 0,0002* 0,08 ± 0,02*** 0,03 ± 0,01*** 57,30 ± 11,01 0,0018 ± 0,0004 5,95 ± 1,14 4,85 ± 0,93

Несложные расчеты показывают, что деревья на опытном участке при отсутствии обрезки крон могли бы уловить на момент учета дополнительно

4,6 т пыли. В пересчете на весь сезон вегетации эта цифра, очевидно, еще более возрастет. Значительная часть недоуловленной деревьями пыли вдыхается с воздухом и оседает в легких прохожих и жителей соседних микрорайонов. Известно, что в составе городской пыли содержатся токсичные, канцерогенные и аллергенные вещества и микроорганизмы, способные вызвать у людей различные заболевания. Очевидно, что уничтожение городских насаждений, а также обрезка крон деревьев и ухудшение состояние здоровья населения являются взаимосвязанными процессами.

Радикальная обрезка крон снижает общую жизнеспособность деревьев, приводит к их ослаблению и гибели. Только за время наблюдений на опытном участке 3 дерева погибло, еще 5 усыхают. Присутствующие на участке пни от спиленных стволов указывают на то, что истинное количество погибших деревьев значительно выше. Гибели же деревьев на контрольной площади за время исследований не наблюдалось.

Происходит резкое снижение общей продуктивности и годичной продукции обрезанных деревьев. Под продуктивностью понимается способность живых организмов создавать и трансформировать органическое вещество [Мир-кин и др., 1989]. В процессе фотосинтеза растения переводят атмосферный углерод (СО2) в углерод органических связей формирующейся фитомассы. При этом количество продуцируемой фитомассы пропорционально количеству поглощенной углекислоты. Это позволяет использовать показатели продуктивности растений для оценки их роли в углеродном бюджете и поддержании газового состава атмосферы различных территорий [Захаров, 2007].

Основой для определения фитомассы ствола и других фракций дерева является объем стволовой древесины, который определяется исходя из морфометрических показателей дерева по таксационным справочникам [Лесотаксационный справочник, 1977]. Объем ствола одного дерева на контрольной площади составляет 0,367 м3, в опыте — 0,101 м3. Эти значения послужили основой для пересчета объемных показателей продуктивности деревьев в массовые с использованием конверсионных коэффициентов, а

также для расчета содержания в них чистого углерода, которое принято для всех фракций за 50 весовых процентов [Углерод..., 1999]. При расчете первичной годичной продукции побегов и листвы использованы собственные оригинальные данные.

В табл. 7 и 8 приводятся показатели общей биологической продуктивности и годичной продукции в расчете на одно дерево контрольной и опытной площади, выраженные через фитомассу его отдельных фракций, а также данные по массовому содержанию в них органического углерода.

Таблица 7

Средние показатели продуктивности (общая фитомасса) отдельных фракций надземной части дерева и депонированного в них углерода (в кг сухого веса)

Фракции дерева Опыт Контроль

Фитомасса Углерод Фитомасса Углерод

Древесина в коре Побеги Листва 54,34 ± 6,41 0,90 ± 0,05 0,43 ± 0,03 27,17 ± 3,21 0,45 ± 0,02 0,21 ± 0,02 197,45 ± 13,35 57,46 ± 4,71 27,51 ± 1,76 98.73 ± 6,67 28.73 ± 2,36 13,75 ± 0,88

Итого по всей надземной части 55,57 ± 6,54 27,79 ± 3,28 282,42 ± 19,09 141,21 ± 4,77

Как можно видеть, радикальная обрезка крон на опытном участке привела к значительному снижению общей биологической продуктивности и годичной продукции тополей по всем изученным нами фракциям. Средний годичный прирост фитомассы всей надземной части контрольного дерева в 20 раз больше, чем опытного. Наибольшие различия между контролем и опытом наблюдаются по показателям общей и годичной фитомассы побегов и листвы. Полученные данные свидетельствуют и о значительном снижении роли обрезанных деревьев в депонировании атмосферного углерода.

Таблица 8

Средние показатели годичной продукции отдельных фракций надземной части дерева и депонированного в них углерода (в кг сухого веса)

Фракции дерева Опыт Контроль

Фитомасса Углерод Фитомасса Углерод

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Древесина в коре 1,07 ± 0,18 0,53 ± 0,02 3,76 ± 0,38 1,88 ± 0,02

Побеги 0,36 ± 0,03 0,18 ± 0,01 5,93 ± 0,38 2,96 ± 0,19

Листва 0,43 ± 0,03 0,21 ± 0,02 27,51 ± 1,76 13,98 ± 0,88

Итого по всей надземной части 1,86 ± 0,21 0,92 ± 0,03 37,20 ± 2,38 18,82 ± 1,18

Известно, что на 1 т прироста сухого органического вещества растениями поглощается 1,83 т углекислого газа и выделяется 1,4 т кислорода [Воронцов, Харитонова, 1977]. Расчетное количество поглощенного углекислого газа и выделенного кислорода одним средним деревом опытного и контрольного участка в течение года приводится на рис. 3.

□ СО2

°ео2

Рис. 3. Количество поглощенного СО2 и выделенного О2 одним деревом в течение года в опыте и контроле (кг)

Расчеты показывают, что каждое дерево опытного участка в результате обрезки кроны недоулавливает в течение года 67,7 кг углекислого газа и недопоставляет в атмосферу города 51,8 кг кислорода. В пересчете на общую площадь опытного участка это составляет соответственно почти 39,8 т потерянного кислорода и 52,1 т лишнего углекислого газа. Учитывая высокие показатели эмиссии СО2 в воздух городов и пригородов от работающих предприятий и автотранспорта, можно заключить, что снижение ассимиляционных возможностей зеленых насаждений приводит к усугублению экологической ситуации как в самом городе, так и на сопредельной территории. Очевидно, что радикальная обрезка крон тополей отражается и на биосферной роли деревьев как стабилизаторов углеродного баланса атмосферы.

ЛИТЕРАТУРА

Бакулин Т. В. Использование тополя в озеленении промышленных городов Сибири // Сиб. экол. журн. 2005. № 4. С. 563-571.

Воронцов А. И., Харитонова Н. З. Охрана природы. М.: Наука, 1977. 408 с.

Горышина Е. Л. и др. Растения в городе. Л.: Изд-во ЛГУ, 1991. 184 с.

Захаров А. Б. Расчет эффективности депонирования углерода насаждениями, подверженными воздействию промышленных загрязнений // Актуальные проблемы лесного комплекса. 2007. С. 154-156.

Корпачук Р. А. Регуляторная роль света разного спектрального состава в процессах роста и фотосинтетической активности листа растений: Автореф. дис. ... д-ра биол. наук. М., 1989. 42 с.

Лесотаксационный справочник / Б. И. Грошев и др. М.: Лесн. пром-сть, 1973. 208 с.

Миркин Б. М., Розенберг Г. С., Наумова Л. Г. Словарь понятий и терминов современной фитоценологии. М.: Наука, 1989. 223 с.

Мусиенко А. И. Тюмень: Градостроительная экология. Челябинск: Абрис, 2001. 256 с.

Углерод в экосистемах лесов и болот России / Под ред. А. А. Алексеева, Р. А. Бердси. Красноярск: ИЛ СО РАН, 1999. 170 с.

Экология города: Учеб. пособие / Под ред. проф. В. В. Денисова. М.: ИКЦ «МарТ», 2008. 832 с.

ИПОС СО РАН, г. Тюмень

ECOLOGICAL CONSEQUENCES OF RADICALLY CUTTING THE CROWNS OF BALSAM POPLAR (POPULUS BALSAMIFERA L.)

IN URBAN PLANTATIONS OF TYUMEN

Subject to investigation being influence of radically cutting the crowns on ecological functions of balsam poplar in the urban plantations. It is shown an availability of a considerable decrease of dusting and thermoregulating importance of the trees after cutting the crowns, as well as fall of their general biological productivity and annual production of phytomass. Subject to decrease being the poplar role in regulating gas composition of the urban air.

Balsam poplar, cutting the crowns, assimilation system, ecological functions, productivity, carbon budget.