CC BY
36
Н.В. Терехина*, О.М. Семёнов*, Г.А. Фирсов**
* Санкт-Петербургский государственный университет, 199034, Россия, г. Санкт-Петербург
** Ботанический институт им. В.Л. Комарова РАН, 197376, г. Санкт-Петербург, Российская Федерация
Экологическое состояние почв и основных древесных пород в Ботаническом саду Ботанического института им. В.Л. Комарова РАН1
В последние годы отмечено неудовлетворительное состояние деревьев, высаженных вдоль границ Ботанического сада Ботанического института им. В.Л. Комарова РАН. Для установления причины угнетения деревьев были проведены исследования с использование физиономических и биогеохимических методов. Визуальные признаки состояния деревьев дали худшие показатели для деревьев, растущих по периферии сада. Также вблизи проезжей части наблюдаются повышенные концентрации ионов №+ и С1- в почвах и в корке деревьев, причем в корке липы они в 2-4 раза превышают фоновые. Загрязнение почв тяжелыми металлами выявлено в восточной части сада, где отмечены высокие концентрации Мп, 7п, РЬ и Сс1. Содержание тяжелых металлов в листьях деревьев незначительно превышает фоновые значения. Содержание тяжелых металлов в корке деревьев существенно превышает фоновые значения по всем исследованным элементам, кроме Мп и Со. Основными элементами-загрязнителями выступают РЬ, Си, N Высокие значения суммарного показателя загрязнения корки деревьев отмечены как на периферии сада, так и в его центре, что говорит о невозможности дифференцировать территорию сада по уровню загрязнения тяжелыми металлами. Загрязнение среды солями у окраин сада проявляется сильнее, оказывая стрессовое воздействия на древесную растительность, однако в каждом конкретном случае угнетение деревьев может быть усилено воздействием дополнительных причин (подтопление, заболевания и др.).
Е а.
о Р л т
о к ки эн
1 Работа выполнена в рамках государственного задания согласно тематическому плану ¡2 Ботанического института им. В.Л. Комарова РАН по теме № 0126-2014-0021 «Коллекции живых растений Ботанического института им. В.Л. Комарова РАН (история, современное состояние, перспективы развития и использования)». 33
Ключевые слова: ботанический сад, Ботанический сад БИН им. В.Л. Комарова РАН, древесная растительность в ботаническом саду, физиономические признаки угнетения деревьев, биогеохимия, тяжелые металлы, засоление почв, загрязнение почв и деревьев тяжелыми металлами.
N.V. Terekhina*, O.M. Semenov*, G.A. Firsov**
* Saint Petersburg State University,
Saint Petersburg, 199034, Russian Federation
** Komarov Botanical Institute, Russian Academy of Sciences,
Saint Petersburg, 197376, Russian Federation
Ecological condition of soils
and basic tree species in the Botanical Garden
of the Komarov Botanical Institute RAS2
In recent years, unsatisfactory condition of trees planted along the borders of the Botanical Garden of the Komarov Botanical Institute RAS was noted. Studies were carried out to determine the cause of tree oppression using physiognomic and biogeochemical methods. Visual signs of the state of trees gave the worst indicators for trees growing on the periphery of the garden. Also near the roadway there are higher concentrations of Na + and Cl- ions in the soils and in the tree crust, and in the crust of the linden they are 2-4 times higher than in the background ones. Soil contamination with heavy metals (HM) is confined to the eastern part of the garden, where high concentrations of Mn, Zn, Pb and Cd are noted. The content of HM in the leaves of the trees does not significantly exceed the background values. The content of HM in the tree crust significantly exceeds the background values for all studied elements, except for Mn and Co. The main pollutants are Pb, Cu,
o o Ni. High values of the total indicator of contamination of the tree crust are noted
* o
cu t= both on the periphery of the garden and in its center, which indicates that
E it is impossible to differentiate the garden area by the level of HM contamination.
§ £ Pollution of the environment by salts in the outskirts of the garden manifests itself
m n
t ^ -
^ 2 The work was carried out within the framework of the state task according to the thematic
O s plan of Komarov Botanical Institute, Russian Academy of Sciences on the topic #0126-2014-0021 "Collection of live plants of Komarov Botanical Institute, Russian Academy of Sciences (history, present conditions, perspective of the development and use)".
more strongly, exerting a stressful effect on woody vegetation, however, in each specific case, the inhibition of trees can be intensified by the action of additional causes (flooding, diseases, etc.).
Key words: botanical garden, Botanical Garden of the Komarov Botanical Institute RAS, trees in botanical garden, physiognomic signs of tree oppression, biogeochemistry, heavy metals, salinization, soil contamination with heavy metals.
Ботанический сад Петра Великого Ботанического института им. В.Л. Комарова РАН является одним из старейших в России. На его территории собрана уникальная коллекция растений, в том числе древесных, высаженных на парковой территории. Это единственный из крупных садов мира, расположенный на 60° северной широты. Коллекции его живых растений представляют как научный, так и познавательный интерес. В то же время Парк-дендрарий служит местом отдыха жителей и гостей города.
Первоначально почти все пространство на Аптекарском острове в Санкт-Петербурге, где находится Ботанический сад, представляло хотя «жидкий», но повсеместный лес на болотистой почве [Лип-ский, 1913]. Какое-либо антропогенное воздействие отсутствовало, и добраться сюда вначале можно было только на лодке. В настоящее время Сад находится в кольце автомагистралей и расположен вблизи городских котельных, предприятий и учреждений. Буферная зона отсутствует, и сразу за оградой находятся улицы и набережные с интенсивным автомобильным движением. До недавних пор острой проблемой было нарушение гидрологического режима территории.
Опыт интродукции древесных растений в Санкт-Петербурге, насчитывающий три века, показывает, что зимостойкость является основным фактором, ограничивающим здесь разведение деревьев [Фирсов, Фадеева, 2009]. Однако в условиях потепления климата Санкт-Петербурга [Фирсов, 2014] в парке-дендрарии БИН наметилась тенденция к ухудшению состояния многих деревьев разных видов, что, очевидно, не связано с зимостойкостью.
В последние годы отмечено ухудшение состояния древесных пород некоторых видов, высаженных вдоль границ Сада. При этом деревья еще не достигли предельного возраста. Причиной угнетения деревьев могут являться многие факторы. В данной работе рассматриваются биогеохимические, связанные с воздействием загрязняющих веществ, поступающих от автотранспорта, а также с обработкой дорог противогололедными реагентами.
о
§1 И!
Е а.
о Р л т
о к ки эн
т че
О §
Ботанический сад расположен между Аптекарской набережной, набережной Карповки, Аптекарским проспектом и улицей Профессора Попова; занимает территорию 16,5 га. Состояние атмосферного воздуха района, оцениваемое по результатам наблюдений Станции автоматизированной системы мониторинга, расположенной на ул. Профессора Попова, 48, за последние семь лет оценивается как неблагоприятное: наблюдается стабильное превышение ПДК по таким загрязнителям, как оксид азота, оксид углерода, мелкодисперсные взвешенные частицы РМ25 [Доклад об экологической ситуации..., 2011-2017]. Помимо собственных промышленных предприятий, территория района находится под влиянием выбросов вредных веществ в атмосферу от соседних районов. Кроме того, в районе имеются магистрали городского значения с интенсивным движением транспорта и частым возникновением пробок. Здесь отмечается стабильно высокое превышение предельно допустимых концентраций по целому ряду атмосферных загрязнителей.
Проведенные ранее исследования Ботанического сада [Почвы парка БИН, 1981; Раппопорт, 2004] показали, что абсолютные высоты территории сада 2-5 м над уровнем моря, коренными породами являются аллювиальные отложения, преимущественно мелкозернистый песок, местами встречались торфяные залежи; почвы в саду образовались в результате постоянной подсыпки грунта; имеют мощный гумусовый горизонт (больше 20-30 см). Подстилка практически отсутствует в результате сезонного сбора опада листьев. По дренированности и увлажнению почвы в большинстве относятся к категории дренированных нормального увлажнения. Исключение представляют юго-восточный угол сада с самыми низкими отметками; эти почвы переувлажнены и оглеены. Большинство почв парка являются дерновыми антропогенными суглинистыми, в юго-восточном углу - дерново-перегнойными глееватыми антропогенными суглинистыми. Почвы Сада имеют близкую к нейтральной реакцию среды, не свойственную зональным почвам. Низкие значения кислотности (5,9-6,6) наблюдаются лишь в восточной части парка. В городских почвах высокие значения о о. рН связаны с попаданием на поверхность почвы строительно-бытовоЕ а.
о Р ^
о к
ъс ^
т л
к Ф
О §
36
го мусора, антигололедных реагентов - хлоридов натрия, калия. Чем продолжительнее антропогенное воздействие, тем на большей глубине находится максимум величины рН, который приурочен к погребенным гумусовым горизонтам и нижним частям урбиковых горизонтов.
По количеству подвижного калия почвы парка могут быть охарактеризованы как обеспеченные: всюду содержание калия превышает 10 мг на 100 г почвы. В западной части парка отмечается исключительно
высокое количество калия в гумусовых горизонтах почв: 34 мг на 100 г почвы. Содержание фосфора в почвах сада крайне неравномерно. Оно колеблется от 5 до 70 мг на 100 г почвы. Такой разброс может быть связан с неравномерным внесением фосфорных удобрений (если таковые вносились), а также с бедностью фосфором недавно подсыпанных почв. Каких-либо пространственных закономерностей в распределении почв с различным количеством подвижного фосфора проследить не удалось. По степени обеспеченности подвижными формами фосфора и калия исследованные почвы приближаются к дерново-подзолистым средней степени окультуренности.
Содержание гумуса в почвах Сада довольно пестрое: встречаются участки как с высоким содержанием гумуса в почве, так и со средним, и с низким. На большей территории величина отношения углерода к азоту имеет довольно узкие пределы, что свидетельствует о высоком потенциальном плодородии почв. Содержание серы в почвах Сада очень велико, что свидетельствует о сильном загрязнении почв в условиях современного города. Отношение азота к сере в почвах колеблется около единицы, тогда как в чистых условиях оно составляет 5-10. Сам по себе избыток серы в почве при близких к нейтральным значениях pH и высоком содержании гумуса не является токсичным. Но избыток серы может увеличивать дефицит азота, который является лимитирующим фактором в лесных почвах.
В поверхностных современных гумусовых горизонтах наблюдается большое число копролитов. Это отличает почвы садов от большинства городских почв, для которых характерно пониженная активность мезо-фауны, особенно из группы сапрофагов.
Таким образом, судя по литературным данным, почвы Ботанического сада Петра Великого находятся почти в оптимальных условиях.
Фитопатологическое обследование территории Сада показало наличие почвообитающих фитофтор. Выявлен ряд деревьев и кустарников с признаками фитофтороза, некоторые деревья погибли из-за выпрева-ния шейки корня или усыхают. Авторы предполагают, что возрастающие утраты ценных растений зависят от наличия в почве этих опасных о о. почвообитающих патогенов [Новые данные о распространении видов рода Phytophthora..., 2016].
Методы исследования
На территории Ботанического сада нами исследовались деревья вида Acer platanoides L. (клен остролистный) и рода Tilia (преимущественно Tilia cordata Mill. липа сердцевидная) на 16 пробных площадях,
с е
1 ^
Е о.
о р л т
О к ки эн
O S
37
заложенных вдоль ограды и в центре Сада (рис. 1). В качестве условного фона были взяты 3 пробных площади в парке Сергиевка (г. Петергоф) и 4 - в парке Дубки (г. Сестрорецк). Экологическое состояние деревьев определялось по физиономическим признакам (биогеохимический и паразитарный хлороз, некроз, суховетвистость и др.); кроме того, с деревьев отбирались образцы корки и листьев для дальнейших биогеохимических анализов [Уфимцева, Терехина, 2005]. Помимо деревьев, исследовался верхний горизонт почв в непосредственной близости от них (пробы взяты методом конверта с глубины 0-10 см).
5В
Набережная р. Карповки
4В
Рис. 1. Схема расположения пробных площадей на территории Ботанического сада БИН РАН
Fig. 1. Scheme of the location of the trial areas in the Botanical Garden of the Komarov Botanical Institute RAS
о
gl
E a.
о P л т
о к ки эн
т че с ^
О §
Для оценки визуально определяемого состояния деревьев был вычислен взвешенный нормированный средний балл жизненности по формуле:
Q = Q (q; w) = q (qP
, w ) = У q.w.
m' ^ j
где q - нормированные значения показателей; V - весовые коэффициенты: 0,5 - для биогеохимических некрозов, 0,25 - для класса сквози-стости и биогеохимических хлорозов для деревьев в разреженных насаждениях, 0,1 - для класса сквозистости деревьев в плотных посадках и рощах, 0,4 - для хлорозов для деревьев в плотных посадках и рощах
q ; w.
[Хованов, 1996]. Чем выше значение показателя, тем хуже состояние деревьев по визуально определяемым признакам.
Обработка проб проводилась в Лаборатории геоэкологического мониторинга Института наук о Земле СПбГУ. Определение концентрации ионов № + и С1- в почвенных растворах проводилось на ионометре с ионо-селективным электродом. Анализ аммонийно-ацетатной буферной вытяжки (рН 4,8) проб почв и озоленных проб растений (сухое озо-ление) на содержание микроэлементов проводился на атомно-абсорбци-онном спектрометре с пламенной атомизацией [Опекунова и др., 2002]. По результатам анализа были вычислены следующие показатели.
1. Коэффициент концентрации (Кк), рассчитывается как отношение содержания элемента в загрязненной пробе к фоновым показателям [Геохимия..., 1990]. Фоновые показатели по Ленинградской области были взяты из литературных источников: для почв - данные И.В. Дроздовой с соавторами (2015), для растений - данные М.Д. Уфимцевой, Н.В. Терехиной (2005).
2. Нормированный суммарный показатель загрязнения (2сп), рассчитывается по формуле:
гсп = х Кк w - (п - 1), где Кк - коэффициент концентрации больше 1; V - весовые коэффициенты: 1,5 для РЬ, Cd, 2п; 0,5 для Fe, Мп; 1 для №, Си, Сг, Со; п - число элементов, у которых Кк > 1 [Геохимия., 1990; Водяницкий, 2010].
Обсуждение результатов
Результаты исследования физиономических признаков состояния деревьев показали, что самые низкие показатели отмечены для насаждений вдоль набережной р. Карповки (0 = 1,37). Пробные площади, непосредственно не примыкающие к границам сада, характеризуются лучшим состоянием древесных пород (0 = 0,12), также как и деревья в парке Дубки (0 = 0,06), хотя в парке Сергиевка деревья в целом находятся в более угнетенном состоянии (0 = 0,29), чем в центре Сада.
Важный биогеохимический параметр - зольность - имеет наименьшее значение для корки клена и липы в центре Ботанического сада, чего нельзя сказать о зольности листьев: для них такая закономерность не была выявлена (табл. 1). Зольность листьев и корки деревьев в загородных парках ниже по сравнению с Ботаническим садом БИН. о ^
Результаты анализов на содержание ионов № + и С1- в почве пока- ™ 5 зали максимальные значения вдоль Аптекарской набережной (табл. 2). £ > В целом наблюдается увеличение засоления почв от центра сада к про езжей части. 39
Е а.
о 2
Таблица 1
Зольность корки и листьев деревьев и ее превышение над фоновыми показателями
Пробная площадь Показатель зольности / Превышение над фоном, в разы
Корка клена Корка липы Листья клена Листья липы
ПП 3 9,54% / 2,2 6,08% / 1,31 10,23% / 1,18 -
ПП 4 А 12,36% / 2,66 - 9,26% / 1,07 -
ПП 4 В - 7,29 / 1,56 - -
ПП 5 9,45% / 2,03 - 8,20% / 0,95 -
ПП 6 - 12,71% / 2,73 - 13,79% / 1,59
ПП 7 - 10,68/2,3 - 9,90% / 1,14
ПП 9 5,89% / 2,37 - 10,81% / 1,25 -
ПП 10 - 6,87% / 1,48 - 10,03% / 1,16
ПП 11 10,98% / 2,36 - 13,19% / 1,52 -
ПП 13 10,32% / 2,21 - 11,04% / 1,27 -
С 6,32% / 1,36 6,49% / 1,39 9,43% / 1,09 7,56% / 0,87
Д 6,69% / 1,44 5,40% / 1,16 7,59% / 0,87 9,64% / 1,11
Фоновые данные по: [Уфимцева, Терехина, 2005]
Таблица 2
Содержание ионов и С1-в почве, корке клена и корке липы (мг/кг)
о
ai
Е а.
о Ф л т
о к ки эн
т че
СП
о
Участок Почва Корка клена Корка липы
Na+ Cl- Na+ Cl- Na+ Cl-
Аптекарская наб. 39,46 69,58 221,50 201,23 276,36 174,98
Набережная р. Карповки 31,84 63,47 95,66 115,07 226,24 105,85
Аптекарский пр. 29,37 40,79 109,12 193,58 - -
Центр Ботанического сада 23,97 38,27 45,21 81,23 114,03 76,32
Среднее по Ботаническому саду 32,76 56,78 122,08 150,60 232,60 135,49
Парк Сергиевка 30,89 55,38 64,89 142,11 80,14 105,45
Парк Дубки 22,96 46,88 56,84 93,69 46,04 120,64
Содержание ионов № + и С1- в корке клена демонстрирует более контрастную картину: максимальные концентрации отмечены на пробных площадях вдоль Аптекарской наб. и вдоль Аптекарского пр., а минимальные - в центре сада (там они ниже показателей в загородных парках). Для корки липы концентрации ионов № + и С1- выше, чем в корке клена, но закономерности пространственного распределения те же, только в центре сада содержание натрия выше, чем в загородных парках.
В целом, у окраин сада наблюдаются повышенные концентрации обоих элементов во всех типах проб, что можно объяснить поступлением в почвы солей при использовании противогололедных реагентов в зимнее время. Засоление почв, в свою очередь, приводит к повышенным концентрациям ионов № + и С1- в корке деревьев. При этом на содержание солей в почвах также влияет их вымывание в нижележащие горизонты. Выявлена зависимость между показателями жизненности древесных растений и концентрациям ионов в почве: состояние деревьев ухудшается при увеличении засоления почв. Таким образом, засоление несомненно оказывает влияние на состояние деревьев, высаженных близко к ограде, где они в условиях солевого стресса сильнее подвержены воздействию других факторов.
Содержание подвижных форм микроэлементов в почвах ботанического сада почти на всех пробных площадях не превышает эти показатели для загородных парков (табл. 3), лишь 1111 7 отличается высокими концентрациями всех исследованных элементов, кроме Fe и Со.
Загрязнение почти всех образцов почв по суммарному показателю загрязнения относятся к допустимому уровню, и только на ПП 7 почва характеризуется умеренно опасным уровнем загрязнения. Довольно высокий показатель 2сп для почвы в Сергиевке, вероятно, обусловлен значительными концентрациями марганца, не превышающими, однако, ПДК.
Надо отметить, что распределение тяжелых металлов в почвах не связано с интенсивностью автотранспортной нагрузки и распределено случайным образом. В Ботаническом саду БИН такую ситуацию можно объяснить периодической подсыпкой нового слоя почв. Очень высокий уровень загрязнения на ПП 7, которая расположена на небольшом участке между оградой и зданием, связан с тем, что здесь, по-видимому, вообще не проводились какие-либо мелиоративные мероприятия.
Содержания тяжелых металлов в листьях клена и липы не показали высоких значений. При сравнении их с фоновыми данными [Уфимце-ва, Терехина, 2005] только РЬ продемонстрировал превышение концентрации в 2-4 раза и, местами, Си, Сг, Со - в 1,5-2 раза (табл. 4).
Е а.
о Р л т
о к ки эн
О §
41
Опыт экологического ^ изучения территорий
Таблица 3
Содержание подвижных форм тяжелых металлов в почвах (мг/кг) и нормированный суммарный показатель загрязнения
№ ПП Ре Мп Та РЬ Си № Сг Со С(1 Теп
ппз 23,30 67,55 20,650 14,550 0,487 0,5650 0,3840 0,4900 0,1480 9,59
ПП 4 31,15 82,80 20,550 23,750 1,350 1,0410 0,3170 0,9800 0,1330 13,08
ПП 5 80,55 67,15 19,550 17,900 4,455 1,3200 0,5240 0,0430 0,0693 7,62
ПП 6 51,45 69,30 24,250 14,450 3,250 0,7625 0,9010 0,5985 0,2280 12,65
ПП 7 54,50 158,00 642,000 230,000 9,910 2,2300 1,8650 0,0769 0,3120 225,78
ПП 9 23,95 46,60 22,800 18,000 1,025 1,9850 0,4550 0,9600 0,3320 14,07
ПП 10 156,00 14,25 6,775 7,880 3,905 0,8010 0,9465 0,0000 0,1535 4,41
ПП 11 88,80 29,40 14,100 12,800 5,080 0,6680 0,9540 0,0960 0,0563 4,36
ПП 13 53,80 13,10 18,100 5,855 1,305 0,5460 0,2150 0,7700 0,0850 6,91
Сергиевка 37,70 383,00 10,350 16,250 5,270 0,7605 1,2600 2,2050 0,0698 16,86
Дубки 224,50 103,00 35,500 15,650 6,770 1,4900 1,5000 0,2280 0,0905 15,12
Фон 1444,00 20,30 5,050 14,200 3,520 1,4200 1,0200 0,4500 0,0700
Фоновые данные по: [Дроздова и др., 2015].
Таблица 4
Коэффициент концентрации, нормированный суммарный показатель загрязнения, соотношение Ре и Мп для образцов корки и листьев деревьев
№ ПП Ре Мп Та РЬ Си N1 Сг Со С(1 Теп Ре/Мп
В листьяхЛсег р1аТапо1с1е$
ППЗ 0,39 0,05 0,55 2,69 0,63 0,23 0,88 1,57 0,80 4,60 10,13
ПП 4 0,34 0,24 0,49 2,27 0,56 0,25 1,02 2,08 0,90 4,51 1,78
ПП 5 0,46 0,05 0,83 2,87 1,83 0,36 1,07 2,18 0,00 6,38 11,35
ПП 9 0,30 0,20 0,95 2,30 0,77 0,55 1,47 0,92 1,29 4,84 1,93
ПП 11 0,43 0,61 1,59 3,89 1,47 0,80 2,87 1Д1 0,59 9,67 0,90
ПП 13 0,61 0,15 0,97 2,81 1,05 0,57 1,33 1,73 1,10 5,98 5,19
Сергиевка 0,19 2,01 2,40 0,52 1,57 0,00 1,37 0 1,05 5,13 0,12
Дубки 0,11 0,44 0,93 3,04 1,66 0,21 1,61 1,16 0,00 5,99 0,30
В листьях ТШа сог<1ша и Т. еигораеа
ПП 6 0,47 0,07 1,04 3,73 2,86 1,09 2,09 3,48 0 11,67 8,76
ПП 7 0,51 0,07 1Д4 4,24 1,73 1,09 2,09 1,74 0,67 9,73 9,62
ПП 10 0,21 0,93 0,82 3,15 1,83 2,74 2,52 2,54 1,49 11,58 0,29
Сергиевка 0,12 0,35 0,54 4,38 1,80 0,46 0,50 1,12 0,00 7,50 0,44
Дубки 0,24 2,02 1,58 3,74 2,26 1,89 1,01 1,73 0,21 9,87 0,15
-ч
Опыт экологического ^ изучения территорий
Опыт экологического изучения территорий
Окончание таблицы 4
№ ПП Fe Мп Zn Pb Си Ni Cr Со Cd Zen Fe/Mn
В корке Acer platanoides
ППЗ 3,19 1,53 1,60 16,00 9,52 10,38 1,73 0,39 1,82 46,12 16,78
ПП 4 0,13 0,87 1,69 9,19 11,24 7,36 1,95 0,35 1,73 34,45 1,17
ПП 5 3,96 0,79 2,36 16,28 15,63 12,93 6,65 0,18 0,97 60,14 40,27
ПП 9 2,39 0,70 0,76 11,38 6,80 9,75 1,75 0,24 1,29 33,50 27,31
ПП 11 1,45 0,73 2,16 5,84 7,59 7,36 3,88 0,14 1,26 27,43 15,91
ПП 13 3,64 0,55 2,53 4,98 39,24 13,22 2,05 0,46 3,06 66,19 53,03
Сергиевка 0,17 2,34 0,69 0,72 2,71 0,83 0,39 0,15 0,43 2,88 0,59
Дубки 0,07 1,96 0,68 0,70 2,86 0,61 0,48 0,12 1,37 3,89 0,27
В корке Tilia cordata и Т. еигораеа
ППЗ 2,76 0,24 1,10 4,06 8,64 10,70 1,94 0,36 1,15 26,12 93,93
ПП 4 4,42 0,40 1Д9 8,40 12,09 7,55 2,26 0,34 1,21 34,31 87,71
ПП 6 1,03 0,37 3,55 6,32 14,36 12,10 4,43 0,69 1,13 41,92 22,44
ПП 7 7,07 0,24 2,30 10,54 17,05 13,47 9,25 0,16 0,63 57,56 233,86
ПП 10 5,92 0,17 0,72 12,48 16,12 19,17 10,27 0,09 1,48 64,47 275,96
Сергиевка 0,15 1,79 0,67 0,91 2,95 1Д9 0,45 0,08 0,43 3,04 0,66
Дубки 0,32 3,64 0,54 1,26 2,91 1,31 0,63 0,15 0,56 4,92 93,93
Полужирным выделены значения Кк> 1.
Нормированный суммарный показатель загрязнения для листьев клена варьирует в пределах 4,51-9,67; для листьев липы - 7,5-11,67.
Иная картина наблюдается для корки деревьев. Здесь превышения над фоном существенное практически для всех исследованных элементов, кроме Мп и Со, как для клена, так и для липы. Особо высокие значения Кк в Ботаническом саду отмечены для Си (6,8-39,24), РЬ (4,06-16,28), № (7,36-13,47), Сг (1,73-10,27), Fe (1,03-5,92), что свидетельствует о многолетнем накоплении веществ-загрязнителей в корке деревьев. Нормированный суммарный показатель загрязнения для корки клена варьирует в пределах 27,43-66,19, для корки липы - 26,12-64,47. В загородных парках содержание марганца в корке деревьев выше фоновых значений, что говорит скорее не о загрязнении, а о нормальных концентрациях биофильного элемента; по большинству же элементов превышения фоновых значений не наблюдается.
Основываясь на уровнях загрязнения почв по 2сп [Гигиеническая оценка качества почвы, 1999], можно сказать, что для листьев уровень загрязнения низкий, а для корки - средний и высокий. По пространственному распределению 2сп трудно сделать выводы о закономерностях накопления металлов в ботаническом саду. На 1111 10, находящейся в центре Ботанического сада, отмечено высокое значение данного показателя для корки липы. Минимальные значения соответствуют 1111 3 и 4 с не самым благоприятным состоянием деревьев. Для загородных парков показатели 2сп для листьев мало отличаются от городских, а для корки они существенно ниже, что говорит о незначительной антропогенной нагрузке.
Стабильность отношения Fe/Mn имеет большое индикационное значение, нарушение которого приводит к различного рода биологическим реакциям и указывает на трансформацию урбогеосистем. В фоновых условиях отношение Fe/Mn варьирует в пределах 0,4-8,3, достигая 80-120 в зонах чрезвычайной экологической ситуации [Виноградов, 1935; Терехина, Уфимцева, 2016]. В нашем случае отношение Fe/Mn для листьев деревьев в ряде пробных площадей Ботанического сада превышает 8, в загородных парках оно меньше 1. Для корки деревьев, на абсолютном большинстве пробных площадей в Ботаническом саду это отношение существенно выше 8, а на 1111 7 и 10 превышают 200, что Е £
объясняется чрезвычайно высокой концентрацией Fe. § £
ки
Содержание всех изученных элементов в листьях деревьев распре- £ ^ делено случайно, оно отражает главным образом текущий уровень е= ^ загрязнения за вегетационный период. Большая разница между городом и пригородными парками не выявляется. Что касается корки, 45
а.
о
с
отображающей поступление элементов за многолетний период, то концентрации всех изученных элементов в Сергиевке и Дубках ниже, чем в городе; для РЬ, №, Сг, Fe эта разница особо велика. Такие результаты демонстрируют повышенный уровень загрязнения городской среды. Ни по одному элементу, кроме 2п, содержание которого значительно меньше в корке деревьев, высаженных в центре Сада, не наблюдается никакой приуроченности их содержания в корке к состоянию растений или уровню автотранспортной нагрузки. Таким образом, усиленное поступление тяжелых металлов в растения в городских условиях примерно одинаково влияет на всю древесную растительность Ботанического сада в связи с его небольшой территорией.
Заключение
По физиономическим признакам наихудшим состоянием характеризуются деревья, высаженные у границ Ботанического сада БИН, что обусловлено близостью к проезжей части. При этом значения выраженности экологического состояния древесных пород варьируют и не очень сильно отличаются от показателей, вычисленных для условного фона (Сергиевка, Дубки).
Корка деревьев краевых посадок, принимающих на себя пылевидные частицы, характеризуются повышенной зольностью, которая в 2-2,6 раз превышает условный фон. Зольность листьев в загородных парках немного ниже, чем в городе. В Ботаническом саду вблизи проезжей части в почвах наблюдаются повышенные концентрации ионов №а + и С1-, откуда они поступают в ткани растений. Концентрации ионов №а+, С1- в почвах загородных парков схожи с их концентрацией в почве центра Ботанического сада. В корке деревьев содержание этих ионов выше, чем в почвах, что связано с меньшей вымываемостью их из корки, но пространственное распределение то же. Для клена наивысшие значения содержания этих загрязнителей в корке по сравнению с почвой отмечены на 1111 5А и 11, для липы - на 1111 4В, 2, 3, где деревья характеризуются неудовлетворительным физиономическим состоя-о о. нием, что позволяет считать засоление его причиной. ф | Тяжелыми металлами загрязнены почвы в восточной части Сада, где Е & отмечены высокие концентрации Мп, 2п, РЬ и Cd. Содержание тяжелых § £ металлов в листьях деревьев незначительно превышает фоновые значе-т ^ ния по РЬ, Си, Сг, Со. Содержание тяжелых металлов в корке деревьев
о
е
с ^ превышает фоновые значения по всем исследованным элементам, кроме
° ы Мп и Со; основными элементами-загрязнителями выступают РЬ, Си,
46 №, для которых средние значения Кк составляют 9-14; вторую группу
элементов-загрязнителей представляют Fe, 2п, Сг, для которых Кк равен 1,8-4,2. Высокий суммарный показатель загрязнения корки деревьев отмечен как на периферии Сада, так и в его центре, что говорит о невозможности дифференцировать территорию сада по уровню загрязнения тяжелыми металлами; только концентрация 2п в корке деревьев ниже в центральной части Сада.
Сравнение уровня загрязнения почв и растений Ботанического сада и парков Сергиевка и Дубки показало незначительные отличия по содержанию элементов-загрязнителей в почвах и существенные различия для растений, причиной чего могут служить регулярные работы по обновлению почв в Ботаническом саду. Загрязнение среды солями у границы Сада проявляется сильнее, оказывая стрессовое воздействия на древесную растительность, однако в каждом конкретном случае угнетение деревьев может быть усилено воздействием дополнительных факторов. Так, в почвах Ботанического сада БИН выявлены почвообитающие виды фитофтор [Почвообитающие виды рода Phythophtora..., 2014], вызывающих болезни растений. Кроме того, на территории парка присутствуют участки переувлажнения почв.
С целью сохранения коллекционных деревьев рекомендуется провести дополнительное фитопатологическое обследование территории Ботанического сада Петра Великого, промывать корни деревьев специальными питательными смесями [Гусев, 2004], а также улучшить дренаж на проблемных участках.
Библиографический список / References
1. Виноградов А.П. Химический элементарный состав организмов и периодическая система Д.И. Менделеева // Тр. биогеохим. лаб. АН СССР. М., 1935. Т. 3. С. 5-30. [Vinogradov A.P. Chemical elemental composition of organisms and the periodic system of D.I. Mendeleev. Proc. of biogeochem. lab. USSR Academy of Sciences. M., 1935. Vol. 3. Рр. 5-30.]
2. Водяницкий Ю.Н. Формулы оценки суммарного загрязнения почв тяжелыми металлами и металлоидами // Почвоведение. 2010. № 10. С. 1276-1280. [Vodianitskiy Y.N. The formulas for assessing the total pollution of soils with heavy
metals and metalloid. Soil science. 2010. № 10. Рр. 1276-1280.] g о
% ^
ï Œ E о.
ое
1990.] § £
4. Гигиеническая оценка качества почвы населенных мест. МУ 2.1.7.730-99. ^ 1 [Gigienicheskaya otsenka kachestva pochvy naselennykh mest [Hygienic assessment ь ¥ of soil quality in residential areas]. State standard 2.1.7.730-99.] q g
5. Гусев А.П. Фитоиндикация процессов подтопления в городском ландшафте // Природные ресурсы. 2004. № 3. С. 72-76. [Gusev A.P. Phytoindication
3. Геохимия окружающей среды / Отв. ред. Ю.Е. Сает. М., 1990. [Geokhimiya okruzhayushchei sredy [Geochemistry of the environment]. Y.E. Saet (ed.). Moscow,
Œ
of flooding processes in the urban landscape. Natural resources. 2004. № 3. Pp. 72-76.]
6. Доклад об экологической ситуации в Санкт-Петербурге / Комитет по природопользованию, охране окружающей среды и обеспечению экологической безопасности г. Санкт-Петербурга. СПб., 2011-2017. [Doklad ob ekologicheskoi situatsii v Sankt-Peterburge [The report on the environmental situation in St. Petersburg]. Committee for Nature Use Environmental Protection and Ecological Safety of St. Petersburg (ed.). St. Petersburg, 2011-2017.]
7. Дроздова И.В., Алексеева-Попова Н.В., Беляева А.И. Уровень содержания тяжелых металлов в системе почва - растение некоторых особо охраняемых природных территорий г. Санкт-Петербурга и Ленинградской области // Экологические проблемы промышленных городов: Сб. науч. тр. по материалам 7-й Всероссийской научно-практич. конференции с международным участием / Под ред. проф. Е.И. Тихомировой. Ч. 1. Саратов, 2015. С. 251-254. [Drozdova I.V., Alekseeva-Popova N.V., Belyaeva A.I. Levels of heavy metals in the system soil-plant in some especially protected natural territories of St. Petersburg and Leningrad region. Ekologicheskie problemy promyshlennykh gorodov. Proc. of 7-th Russian scientific-practical conf. with international participation. E.I. Tikhomirova (ed.). Part 1. Saratov, 2015. Pр. 251-254.]
8. Липский В.И. Исторический очерк Императорскаго С.-Петербургска-го Ботаническаго Сада // Императорский С.-Петербургский Ботанический Сад за 200 лет его существования (1713-1913). Ч. 1. СПб., 1913. [Lipsky V.I. Historical essay of the Imperial St. Petersburg Botanical Garden. Imperatorskii S.-Peterburgskii Botanicheskii Sad za 200 let ego sushchestvovaniya (1713-1913). Part 1. St. Petersburg, 1913.]
9. Новые данные о распространении видов рода Phytophthora и их влиянии на состояние древесных растений в Ботаническом саду Петра Великого (БИН РАН, Санкт-Петербург) / Фирсов Г.А., Малышева В.Ф., Малышева Е.Ф. и др. // Микология и фитопатология. 2016. Т. 50. Вып. 6. С. 401-414. [Firsov G.A., Malysheva V.F., Malysheva E.F. et al. New data on the distribution of species of the genus Phytophthora and their impact on the condition of woody plants in the Botanical garden of Peter the Great (BIN RAS, St. Petersburg). Mycology and Phytopathology. 2016. Vol. 50. Ed. 6. Pр. 401-414.]
10. Опекунова М.Г., Арестова И.Ю., Елсукова Е.Ю. Методы физико-химического анализа почв и растений: Методические указания. СПб., 2002. [Opekunova M.H., Arestova I.Y., Elsukova E.Y. Metody fiziko-khimicheskogo analiza pochv i rastenii [Methods of physico-chemical analysis of soils and plants]. Guidelines. St. Petersburg, 2002.]
11. Почвообитающие виды рода Phytophthora в Ботаническом саду БИН РАН. 5 ¡2 II. Результаты двухлетнего мониторинга / Веденяпина Е.Г., Фирсов Г.А., Вол-
^ чанская А.В., Воробьев Н.И. // Микология и фитопатология. 2014. Т. 48. Вып. 5. С. 322-332. [Venediapina E.G., Firsov G.A., Volchanskaia A.V., Vorobiev N.I. § g Soil-inhabiting species of Phytophtora genera in the Botanical Garden BIN RAS. II. m ^ The results of two years monitoring. Mycology and Phytopathology. 2014. Vol. 48. | ^ Ed. 5. Гр. 322-332.]
О s 12. Почвы парка БИН. Результаты почвенно-агрохимического обследова-
о
ния парка БИН: Отчет / Почвенно-экологическая группа отдела геоботаники;
Рук. О.Г. Чертов. 1981. [Pochvy parka BIN. Rezul'taty pochvenno-agrokhimicheskogo obsledovaniya parka BIN [The soil of the Park Komarov Botanical Institute. The results of soil and agrochemical survey of the Park BIN]. Report. Soil-ecological group of the geobotany division; head O.G. Chertov. Leningrad, 1981.]
13. Раппопорт А.В. Антропогенные почвы городских ботанических садов (на примере Москвы и Санкт-Петербурга): Дис. ... канд. биол. наук. М., 2004. [Rappoport A.V. Antropogennye pochvy gorodskikh botanicheskikh sadov (na primere Moskvy i Sankt-Peterburga) [Anthropogenic soils in urban Botanical gardens (on example of Moscow and St. Petersburg)]. PhD Diss. Moscow, 2004.]
14. Сает Ю.Е., Ревич Б.А., Янин Е.П. Геохимия окружающей среды. М., 1990. [Saet Ju.E., Revich B.A., Yanin E.P. Geokhimiya okruzhayushchei sredy [Environmental Geochemistry]. Moscow, 1990.]
15. Терехина Н.В., Уфимцева М.Д. Критерии оценки деструкции урбогео-систем на основе интегральной экофитоиндикации (на примере Санкт-Петербурга) // Современные тенденции развития биогеохимии / Отв. ред. В.В. Ермаков. М., 2016. С. 446-453. [Terekhina N.V., Ufimtseva M.D. Evaluation criteria of destruction of urban geosystems based on the integral of ecophytoindication (on example of St. Petersburg). Sovremennye tendentsii razvitiya biogeokhimii. V.V. Ermakov (ed.). Moscow, 2016. Pр. 446-453.]
16. Уфимцева М.Д., Терехина Н.В. Фитоиндикация экологического состояния урбогеосистем Санкт-Петербурга. СПб., 2005. [Ufimtseva M.D., Terekhina N.V. Fitoindikatsiya ekologicheskogo sostoyaniya urbogeosistem Sankt-Peterburga [Phytoindication of ecological state of urban geosystems of St. Petersburg]. St. Petersburg, 2005.]
17. Фирсов Г.А. Древесные растения Ботанического сада Петра Великого (XVIII-XXI вв.) и климат Санкт-Петербурга // Ботаника: история, теория, практика (к 300-летию основания Бот. ин-та им. В.Л. Комарова Российской академии наук): Тр. международной научной конференции. СПб., 2014. C. 208-215. [Firsov G.A. Woody plants of the Botanical garden of Peter the Great (XVIII-XXI centuries) and climate of St. Petersburg. Botanika: istoriya, teori-ya, praktika (k 300-letiyu osnovaniya Botanicheskogo instituta im. V.L. Komarova Rossiiskoi akademii nauk). Proc. of international scientific conference. St. Petersburg, 2014. C. 208-215.]
18. Фирсов Г.А., Фадеева И.В. Критические зимы в Санкт-Петербурге и их влияние на интродуцированную и местную дендрофлору // Известия Санкт-Петербургской лесотехнической академии. Вып. 188. СПб., 2009. С. 100-110. [Firsov G.A., Fadeeva I.V. Critical winters in Saint-Petersburg and its influence on introduced and local dendroflora. Izvestia Sankt-Peterburgskoj Lesotehniceskoj Akademii. Vol. 188. St. Petersburg, 2009. Pр. 100-110.]
19. Хованов Н.В. Анализ и синтез показателей при информационном дефи- 5 ¡2
ците. СПб., 1996. [Hovanov N. V. Analiz i sintez pokazatelei pri informatsionnom g q.
defitsite [Analysis and synthesis of parameters under information deficiency]. о p
ло к
эн
CP
St. Petersburg, 1996.] § <x
Статья поступила в редакцию 14.05.2017. О
The article was received on 14.05.2017.
Терехина Наталия Владимировна - кандидат географических наук; доцент кафедры биогеографии и охраны природы Института наук о Земле, Санкт-Петербургский государственный университет
Terekhina Nataliya V. - PhD in Geography; Associate Professor of Department of Biogeography and Nature Protection of Institute of Earth Sciences, Saint Petersburg State University
E-mail: n.terehina@spbu.ru
Семёнов Олег Михайлович - магистрант кафедры цитологии и гистологии биологического факультета, Санкт-Петербургский государственный университет
Semenov Oleg M. - Graduate student of Department Cytology and Histology of Biological Faculty, Saint Petersburg State University
E-mail: semyonov.somspb@yandex.ru
Фирсов Геннадий Афанасьевич - кандидат биологических наук; старший научный сотрудник, куратор парка-дендрария Ботанического сада, Ботанический институт им. В.Л. Комарова РАН, г. Санкт-Петербург
Firsov Gennadiy A. - PhD in Biology; Senior Reseacher, Curator of Park-Arboretum of Botanical Garden, Komarov Botanical Institute RAS, St.-Petersburg
E-mail: gennady_firsov@mail.ru
о
E a.
о P л т
о к ки эн
т че с ^
СП
о
