Урбанізовані біотопи та фіто меліорація міського середавища

Лекція 11

1. Типологія урбанізованих біотопов

2. Функції рослинного покриву в містах

3. Фітомеліоратівні системи і їх класифікація

4. Властивості рослин, що використовуються у складі міських і приміських насаджень

Підходи до типології урбанізованих біотопів. Пізнання особливостей і закономірностей існування живих організмів, їх популяцій і співтовариств в урбанізованому середовищі, порівняння біотичних комплексів різних міст між собою стає можливим тільки на основі впорядкування різноманітності місцепроживань не стільки окремих видів, скільки співтовариств в цілому, з їх рослинним покривом, тваринним і мікробним населенням. При цьому необхідно постійно враховувати ефекти масштабування, зв'язані, з одного боку, з відмінностями в розмірах особин і фізичних просторових і кормопошукових ніш, і, з другого боку, незалежністю індивідуальних екологічних потреб видів, що входять в співтовариства .

Наприклад, на території кубла пари великих строкатих дятлів (Dendrocopos major L.) в приміському дубовому лісі виростають сотні стовбурів дерев декількох видів, тисячі, якщо не десятки тисяч стебел трав'янистих рослин десятків видів (строго кажучи, на цій території можуть бути виділено одна або декілька рослинних асоціацій); кожний стовбур є місцепроживанням для десятків і сотень особин декількох видів комах-ксилофагів і тисяч особин комах-фітофагів, що живляться зеленою масою, квітами і плодами; трав'янисті рослини формують місцепроживання для десятків тисяч особин комах-фітофагів і тисяч особин їх хижаків; в лісовій підстилці і верхніх горизонтах ґрунту мешкають тисячі і десятки тисяч особин десятків видів комах (хижаків, сапрофагів, копрофагів), багатоніжок, павукоподібних, сухопутних ракоподібних, черв'яків, а чисельність сотень видів мікроорганізмів (бактерії, гриби, найпростіші), що мешкають в грунті, обчислюється десятками, якщо не сотнями мільйонів. Крім того, крім пари дятлів, на даній території можуть кублитися одна — дві пари повзиків (Sitta europaea L.), по декілька пар великих синиць (Parus major L.), малинівок (Erithacus rubecula L.), зябликів (Fringilla соеlebs L.), а для такого хижака, як яструб-тетерев'ятник, ця територія може складати лише малу частину; його гніздової і мисливської території. Тут же розміщені території десятка особин землерийок і мишоподібних гризунів, може прогодуватися одна білка, а для горностая або ласки, так само як і для яструба, ця територія складає приблизно 1/10 — 1/5 частина їх кормопошукової території, не говорячи вже про крупних копитних ссавців, для однієї особини яких необхідна територія в сотні раз більше і які можуть бути також знайдений на даній території, якщо площа лісового масиву достатньо велика або він пов'язаний з сусідніми масивами.

Цей приклад, показує, наскільки непростою є задача розмежування біотопів, наскільки різним можуть бути результати такого розмежування, якщо у фокусі дослідження знаходитимуться, відповідно, тільки рослини, наземні комахи, грунтова мезофауна, один вид або співтовариство птахів або ссавців. Звідси неминучою є множинність типологічних або класифікаційних рішень і відсутність загальноприйнятих схем підрозділу урбанізованих біотопів. Найбільш детально розробленими є схеми, що застосовувалися при вивченні рослинного покриву і населення птахів міст.

Як вже було відзначене вище, виділення біотопів урбанізованих біогеоценозів повинне ґрунтуватися на обліку ландшафтної структури території. В цьому випадку типологічні схеми можуть використовуватися для опису і порівняння рослинності і тваринного населення різних таксономічних груп в різних містах, що знаходяться навіть на різних континентах. Хоча в даний час поки що немає робіт, що узагальнюють досвід типології і класифікації біотопів урбанізованих територій в різних країнах, як головні ознаки, що використовуються для виділення біотопів, можна відзначити:

• наявність водоймищ або водотоків;

• наявність і характер забудови;

• ступінь вираження штучних покриттів;

• вид міської інфраструктури;

• наявність, тип і ступінь вираження рослинного покриву.

Такий підхід дозволяє виділити достатньо крупні біотопічні одиниці (групи макробіотопів), практично співпадаючі з класами антропогенного ландшафту і придатні для самої загальної характеристики рослинного покриву і тваринного населення будь-якого міста:

• водні і болотяні біотопи;

• біотопи забудованих територій;

• біотопи автомобільних, залізничних магістралей, трубопроводів, ліній електропередач з їх смугами відчуження;

• біотопи деревно-чагарникових насаджень;

• відкриті біотопи з переважанням трав'яної рослинності.

Подальший підрозділ всередині виділених груп ґрунтується на використовуванні особливостей землекористування і функціонального зонування території міста, "морфології" і структури природних і техногенних елементів ландшафту, ґрунтового покриву і рельєфу, тобто в кожній групі макробіотопів існують самостійні критерії виділення біотопічних одиниць більш низького рангу, аж до мікробіотопів, наприклад, окремих будівель, споруд, дерев і їх частин. Так, при вивченні фауни і тваринного населення забудованих територій потрібно мати на увазі, що окремі будівлі, як техногенні об'єкти, хоча і не можуть розглядатися як таксономічні ландшафтні одиниці рангу фації, проте є місцепроживаннями співтовариств багатьох видів тваринних (в основному членистоногих), які в містах не зустрічаються зовні споруд людини; для деяких же видів птахів і ссавців (переважно синантропних) будівлі є необхідними елементами місцепроживань, що використовуються для розміщення кубел, укриття і кормодобування.

Наприклад, характеризуючи фауну жител людини, Клаусніцер (1990) виділяє такі мікробіотопи:

· не постійно опалювальні житлові будинки — зовнішня оболонка будівель: зовнішні стіни (озеленюються, не озеленюють), дахи, балкони;

· внутрішні приміщення: горища, поверхи, підвали.

Аналогічним показнику гемеробності для водних екосистем є показник сапробності, пов'язаний з вмістом органічних забруднюючих речовин у воді. Як цілі співтовариства, так і окремі види рослин і тварин можуть розміщуватися по шкалі залежно від їх відношення до ступеня гемеробності або сапробності місцепроживань.

2. Неоднорідність умов зростання, контроль з боку людини обумовлює неоднорідність складу і нерівномірність розміщення рослинності в місті. "Лісистість" міської території на різних ділянках складає від 1 до 98%. На відміну від типового європейського міста епохи Середньовіччя, майже повністю позбавленого рослинного покриву, сучасні міста з їх системою штучних зелених насаджень, приміських лісів, парків і рослинним покривом, що спонтанно формується, на будь-яких ділянках з порушеним грунтовим субстратом, де контроль з боку людини слабшає, вже не є "царством каменя, металу, скла і бетону", символом перемоги Людини над Природою (Ле Корбюзье). І якщо в епоху Відродження, коли людина "розкрила" свої міські поселення для рослин, відвів значні площі під пристрій садів, парків, "італійських двориків", фонтанів, а міста сталі більш світлими, просторими, провітрюваними, зелені насадження розглядалися як свого роду елемента розкоші, що відповідає в першу чергу естетичним запитам людини, то в сучасну епоху, після двох сторіч панування "промислового міста", міські насадження вже не є красивим, але необов'язковим елементом міської структури, далеким від задоволення насущних потреб людини. Саме рослинність робить урбоекосистему повноцінною екосистемою, і наявність сіті зелених насаджень в місті стає вже не символом багатства і розкоші, а умовою виживання людини .

Крім традиційних функцій, виконуваних рослинним блоком в будь-якій екосистемі, а саме — виробництво первинної продукції в результаті фотосинтезу, споживаної потім консументами і редуцентами (після відмирання частин рослин), і формування життєвого простору для консументів і редуцентів (середовищеутворююча функція), — в урбоекосистемі істотне значення придбавають такі функції рослинності, як:

• охолоджування міського "острова тепла" за рахунок збільшення альбедо поверхні і транспірування;

• стабілізація вітрового режиму, "розвантаження" повітряних мас;

• збільшення відносної вогкості повітря і "згладжування" її су точних і сезонних коливань;

• виділення кисню (як побічного продукту фотосинтезу) в атмосферу;

• збільшення концентрації негативно заряджених іонів (позитивно впливаючих на здоров'я людини) в атмосфері над дерево-чагарниковими насадженнями;

• виділення біологічно активних речовин, що пригнічують розвиток патогенних агентів в атмосфері;

• поглинання забруднюючих атмосферне повітря пилу і газів;

• зниження рівня шуму унаслідок поглинання енергії що викликають його механічних коливань;

• затримання частини опадів і зменшення поверхневого стоку;

• у водних і болотяних екосистемах — формування умов аеробного розкладання забруднюючих воду речовин, поглинання біогенних елементів;

• поліпшення структури, збільшення проникності і, у ряді випадків, родючості ґрунтів;

• затримання снігового покриву і талих вод;

• закріплення сипких ґрунтів, зниження рівня ерозії;

• поліпшення візуальних властивостей урбанізованих ландшафтів.

Свідоме використовування людиною перерахованих функцій рослинного покриву у формуванні і оптимізації урбанізованого середовища утілилося в теорії і практиці фітомеліорації.

Фітомеліорація — напрям прикладної екології, що полягає в дослідженні, прогнозуванні і використовуванні рослинних систем для поліпшення геофізичних, геохімічних, біотичних, просторових і естетичних характеристик оточуючого людину середовища, проектуванні і створенні штучних рослинних угрупувань (включаючи цілеспрямоване використовування природних рослинних співтовариств) з високими перетворюючими фізичне середовище властивостями.

Використовування фітомеліоративних систем припускає залучення механізмів зміни середовища незаселеного, заснованих на принципах компенсації (наприклад, заповнення запасів кисню повітря, спожитого населенням, промисловістю і енергетикою), опірності зовнішній дії (наприклад, здатність слабо чутливих до газопилового забруднення рослин поглинати домішки з атмосфери) і посилення (наприклад, виділення фітонцидів).

3. Будь-яке рослинне угруповання природного або штучного походження, що використовується в цілях меліорації оточуючого людину середовища, є фітомеліоративною системою. Для класифікації фітомеліоративних систем використовують різні ознаки.

По-перше, залежно від того, рослини яких життєвих форм переважають у складі фітомеліоративних систем, розрізняють деревно-чагарникові насадження, трав'янисті наземні співтовариства і водно-болотяні співтовариства.

Залежно від приналежності видів рослин до різних екологічних груп по ознаці умов зростання їх підрозділяють на наступні типи:

• з переважанням рослин повітряно-водної групи;

• з переважанням напівзанурених і занурених рослин;

• з переважанням плаваючих рослин;

• комбіновані.

По-друге, за походженням і ступені участі людини в контролі функціонування рослинних систем розрізняють:

• культурні фітоценози — рослинні співтовариства, створені людиною для отримання первинної продукції (поля, сади, газони і т.п.);

• штучні рослинні угрупування, що не володіють фітоценотичною структурою (штучні вуличні або внутрішньоквартальні насаждення, з штучними покриттями між окремими деревами);

• спонтанні фітоценози — порушені природні співтовариства і співтовариства синантропних рослин;

• природні фітоценози.

По-третє, по ознаці цільового використовування фітомеліоративні системи ділять на наступні категорії:

• спеціальні, не використовуються з метою отримання первинної продукції або експлуатовані в певному режимі (паркі, сквери, захисні смуги, насадження територій, що охороняються, в межах зелених зон міст);

• продукційні, фітомеліоративні функції яких використовуються без збитку для виробництва первинної продукції (поля, плодові сади, виноградники, фітоаквакультура і т.д.);

• рудеральні, фітомеліоративні функції якими виконуються спонтанно.

Незалежно від того, в якому напрямі використовуються фітомеліоративні системи, всі згадані групи фітомеліоративних систем знаходять в них своє місце .

В одних і тих же умовах різні фітомеліоративні системи або ж одні і ті ж фітомеліоративні системи в різних умовах володіють різною ефективністю.

Ефективність фітомеліоративної системи визначається як:

• відношення кількості поглиненої забруднюючої речовини до загальної кількості поступає ззовні за певний час (у разі фільтруючої функції по механізму опору зовнішнім діям);

• відношення кількості виділеного рослинами за певний час в певному об'ємі речовини з меліоративними властивостями до кількості речовини в деякий початковий момент часу в тому ж об'ємі до початку роботи фітомеліоративної системи (у разі роботи системи за принципом посилення);

· відношення кількості виділеного рослинами речовини у визначеному об'ємі за певний час до кількості цієї речовини в тому ж об'ємі, спожитого людиною за той же період часу (у випадку компенсуючої дії фітомеліоративної системи).

При визначенні фітомеліоративної ефективності рекультивуючих систем використовуються непрямі показники такі як, наприклад, вміст гумусу в ґрунті до рекультивації і по закінченні визначеною періоду після введення н дія фітомеліоративної системи, тобто швидкість гумусоутворення в нових умовах.

Найбільшою ефективністю відрізняються багатовидові, багатоярусні фітомеліоративні системи дерево-чагарникових насаджень. Трав'янисті рудеральні співтовариства в цілому поступаються по ефективності природним трав'янистим і деревно-чагарниковим, але виконують ряд важливих функцій в урбоекосистемі: закріплюють порушені субстрати, перешкоджаючи запиленню атмосфери, поглинають значну кількість токсичних речовин, що надходять в оточуюче середовище з викидами підприємств і вихлопними газами від автотранспорту.

Різні фітомеліоративні системи функціонально доповнюють одна одну, тому в кожному великому місті доцільно використовувати всі можливі в даних умовах фітомеліоранти в комбінаціях, що дозволяють максимізувати бажаний ефект.

3. Серед різних властивостей видів рослин, що використовуються у фітомеліоративних системах, виділяють наступні характеристики, які мають найбільше значення для досягнення високої ефективності фітомеліоративних заходів:

• здатність виростати в широкому діапазоні умов ґрунтового багатства, визначених механічним складом і запасом поживних речовин;

• широкий діапазон толерантності до умов ґрунтового зволоження;

• у ряді випадків, коли фітомеліоративні системи створюються в специфічних едафічних умовах, для досягнення бажаного ефекту необхідно використовувати рослини, спеціалізовані в виростанні на дуже багатих або, навпаки, дуже бідних місцезростаннях або в умовах одночасного затоплення і засолу; рослини засолених місцезростань проявляють і властивості високої стійкості до газо-аерозольних викидів;

• висока стійкість (відповідно, низька чутливість) до промислового газо-аерозольного забрудненням; як правило, листопадні дерева помірних широт і трав'янисті рослини посушливих місцезростань демонструють більш високу стійкість до цього чинника, ніж, відповідно, хвойні рослини і рослини більш вологих місцезростань;

• здатність поглинати забруднюючі речовини з атмосфери або водного середовища;

• добре виражені фітонцидні властивості;

• добре виражена здібність до іонізації атмосферного повітря;

• гіллясті крони з густим листям або щільною хвоєю, що є необхідною умовою для використовування рослин з метою шумопоглинання;

• високі естетичні якості: рослини з красивими, декоративними кронами, пагонами, квітками, плодами використовуються в архітектурно-планувальній фітомеліорації.

Лекція 12