Условия жизни городских растений

Температурный режим. Рассматривая город как поверхность, воспринимающюю солнечное тепло, географы характеризуют его как «поверхность скального типа», имеющую большую теплопроводность (это строительные материалы) и «повышенную шероховатость» или даже ребристую структуру (это многоэтажные дома). Она работает как своего рода калорифер, способствуя эффективному использованию солнечной радиации для нагревания больших объемов воздуха. Кроме того, город производит и собственное тепло (работа промышленных предприятий, электростанций, отопление). Над городами располагается слой теплого воздуха куполообразной формы, высотой до 200–400 м, названный в литературе «тепловой шапкой». Городские «острова тепла» оказывают влияние и на пригородные зоны (например, в Москве это влияние сказывается в радиусе 30–40 км). Таким образом, города – более теплые место обитания по сравнению с соответствующим зональным фоном.

В настоящее время разница летних температур «центр города – пригород» в крупных городах достигает нескольких градусов, например в Москве 2–5о, в Лондоне 4–6о, в Париже 5–7о. Причем зимой различие температур ещё больше, до 10–14о.

Изучение средних аномалий температур воздуха в Санкт-Петербурге с 1752 по 1983 год позволило оценить скорость его роста. Она составила 0,009одля холодной и 0,0002одля теплой половины года. Было показано, что за период с 1832 по 1980 гг. рост температуры в Санкт-Петербурге на 80% обусловлен антропогенным воздействием.

Световой режимв городах в большой степени от состояния городской атмосферы. Подсчитано, что города в средних широтах в среднем недополучают в год около 15-20% солнечной радиации, полагающейся им по географическому положению. Потеря солнечной радиации зимой в Санкт-Петербурге составляет 50%. Потеря солнечной радиации из-за загрязнения атмосферы и вследствие повышения облачности приводит к потере часов солнечного сияния в городе. Так, в Санкт-Петербурге продолжительность солнечного сияния за год на 120–160 часов меньше, чем в пригороде. Особенно контрастно это зимой. Например, в феврале в Санкт-Петербурге наблюдается 37 часов солнечного сияния, а за городом – 50 часов.

Снижение прихода радиации отражается и на другой характеристике светового режима – освещенности. Средняя дневная освещённость в декабре в пригороде Санкт-Петербурга – Павловске, составляет около 5 тыс. люкс, а в самом Санкт-Петербурге – всего 2 тыс. люкс.

Кроме того, значительно меняется спектральный состав воздуха. Так, например, в Москве свет содержит на 15% меньше ультрафиолетовых лучей, чем в сельской местности. А дополнительная подсветка меняет фотопериодизм у растений.

Осадки. Основной источник поступления воды к наземной растительности – это атмосферные осадки. Над городами нередко выпадает примерно на 10–15% больше осадков, чем над окружающими территориями, что связано с большим количеством точек конденсации (пыль, шероховатость и т.д.) Повторяемость туманов в городах выше, чем в сельской местности.

Однако даже в условиях обилия осадков городские растения часто испытывают недостаток в почвенной влаге. С водонепроницаемых дорожных покрытий (альфальт, брусчатка, плитка и т.д) часть воды стекает в канализационную сеть и теряется для растений. Стекание дождевых вод «мимо почвы» означает также уменьшение количества влаги, испаряющейся с поверхности, а это влечет за собой изменения в городском микроклимате, и среди них – уменьшение влажности воздуха. В летние месяцы она на 5–6% ниже, чем на окружающих территориях, а в жаркие летние дни даже в средних широтах относительная влажность воздуха в городе может снижаться до 20%, а это уже «атмосферная засуха».

Почвы является важным функциональным элементом городской ландшафтно–техногенной системы. Влияние города на физико-механические свойства пород верхнего горизонта литосферы прослеживается на глубину 20–50 м (до 100–300 м), а на подземные воды – на глубину 100–150 м (до 400–800 м). Изменение уровня стояния подземных вод, температурного режима, химических свойств, нарушение равновесного взаимодействия поверхностных и подземных вод ведет к развитию антропогенных геологических процессов: заболочиванию, подтоплению, развитию карстов и т.д.

Скелетный материал почв города заметно отличается от скелета типичных почв: в нем много строительного мусора, содержащего нехарактерные для зональных почв ингредиенты. Физический состав насыпного грунта также разнообразен: чаще всего это битый кирпич с цементом, асфальт, щебень, шлак, остатки древесины. Все это перемешано с суглинками, песком, горизонтами зональных почв. Насыпной грунт по-разному уплотнен, имеет различную структуру, неодинаковый водно–воздушный и тепловой режимы.

В городских условиях резко меняется и сам процесс почвообразования. Гумусовый горизонт в городских почвах не выражен совсем, или выражен слабо, т.к. большая часть листового опада убирается, а оставшиеся растительные остатки, обогащенные токсичными веществами, способствуют гибели естественной микрофлоры, участвующей в процессе гумификации. Вследствие резкого перегрева верхних слоев почвы и преобладания непромывного (испарительного) водного режима некоторые почвообразовательные процессы здесь приближаются к «пустынному» типу, что подтверждается фактами прямого накопления различных солей.

Во многих странах в зимнее время используют поваренную соль или различные смеси с ее участием, а иногда (при температурах до –20оС) и хлористый кальций. Солевой раствор, стекающий в почву, приводит не только к коррозии подземных коммуникаций, но и к искусственному засолению почвенного слоя.

В почвах города формируется и особый гидрологический режим. Так, влажность почвы в сухую погоду нередко падает до «мертвого запаса», недоступного для корней растений. Вместе с тем, при дождях или обильном поливе, возможно и другое нежелательное явление – застаивание воды и прекращение доступа воздуха к корням.

Особым является в городе и тепловой режим почв. Стены зданий, особенно с южной стороны, отражая солнечную радиацию, являются дополнительным источником тепла. Летом температура поверхности почвы в приствольных кругах у этих домов достигает 50–55оС – это температура, при которой плавится асфальт. Летом, в городах при дневной температуре воздуха 26–27оС, прогревание почвы происходит до глубины 40 см и может достигать 35оС. Эти в полном смысле слова «горячие горизонты» – как раз те, в которых обычно сосредоточены живые окончания корней древесных пород. Изменение термической ситуации в почвах урбанизированной среды, так или иначе, ведет к аридизации всего природного комплекса, его определенному опустыниванию.

Зимой температурный режим почвы в городах также достаточно суров. В естественном растительном покрове зимнее охлаждение почвы смягчается слоем растительных остатков и «снежной шубой», поэтому даже в холодные зимы почва далеко не везде промерзает (например, в лиственных лесах под рыхлой подстилкой из опавших листьев). На улицах городов, где снег убирают, а слой асфальта имеет большую теплопроводность, почвы охлаждаются до –13оС, что может привести к опасному промерзанию корней. Таким образом, годовой перепад температур в корнеобитаемых слоях городских почвах может составлять 40–50о, в то время как в естественных условиях (для средних широт) он не превышает 20–25о.

Кислотность городских почв смещается в сторону кислой среды (рН=3,2–4,4) и это связано с выпадением характерных для города кислотных дождей (рН городких осадков составляет 3,9–9,4). Почвы искусственные, или насыпные, на которых располагаются городские сады и скверы, и уличные посадки характеризуются нейтральной и щелочной средой (рН=7,9-8,9). Смена щелочных условий на кислые усиливает подвижность многих химических элементов, в частности тяжелых металлов, токсичных для живых организмов. Смена же кислых условий на щелочные, наоборот, снижает подвижность различных химических элементов и, следовательно, уменьшает их токсичность.

Таким образом, специфика формирования городских почв и особенности их состава, структуры и строения позволила выделить их в особую группу почв, названную урбаноземами.

Загрязнение городской среды

Атмосфера. Подсчитано, что город с населением в 1 млн. человек, занимающий условно 20 000 га и хорошо озелененный, производит меньше 30 000 тонн кислорода, а потребление его должно достигать 10 000 000 тонн. Для ликвидации дисбаланса требуется использовать ресурсы воздушного пространства территории, в 10 раз превышающие по площади город.

Атмосферное загрязнение города оказывает отрицательное влияние на растения, что приводит к сокращению их численности и видового разнообразия, а также воздействует на состояние садово-парковых ансамблей и архитектурных памятников города. Большинство промышленных выбросов в атмосферу сосредоточено на высоте от 8 до 20 м над землей, т.е. на высоте кроны деревьев.

Основными загрязнителями городской атмосферы являются промышленные предприятия (стационарные источники загрязнения) и автомобильный транспорт (подвижные источники). Наиболее крупномасштабными загрязнителями атмосферы, способными переноситься на большие расстояния и выпадать в виде кислотных дождей, являются сернистый ангидрид и окислы азота. Не менее опасны окись углерода и пылевое загрязнение. Содержание сернистого ангидрида может в 1000 раз превышать фоновую, а двуокиси азота и угарного газа – в 500–700 раз. Максимальные же разовые концентрации, действующие сравнительно короткое время, но вызывающие острые повреждения, могут превышать фоновые в десятки тысяч раз.

Наименее управляемым и в то же время самым важным фактором загрязнения атмосферы является автомобильный транспорт. Его доля в суммарных выбросах Санкт-Петербурга составляет более 70%. Улучшение состояния атмосферного воздуха в Санкт-Петербурге в значительной степени зависит от решения проблемы автотранспорта. Несколько облегчают положение климатические условия и географическое расположение Санкт-Петербурга – большое количество ветреных дней и направление ветров способствуют естественному рассеиванию и очищению атмосферы от загрязнений.

Водоемы. Водоемы уменьшают загрязненность воздуха пылью и промышленными газами, влияют на ветровой режим города, повышают влажность и усиливают вертикальную циркуляцию воздуха и т.д.

Основными поставщиками жидних загрязняющих веществ являются промышленные предприятия и автотранспорт. В городе отмечаются различные пути миграции загрязняющих веществ. Основным каналом является сброс сточных вод в реки и связанные с ними озера. Необходимо заметить, что в озера и реки, расположенные у автомагистралей, с поверхностным стоком вод поступают, главным образом, свинец и кадмий.

Почвы. Загрязнение городских почвтяжелыми металлами носит катастрофический характер. Содержание в почве подвижных форм свинца обусловлено прежде всего выбросами автотранспорта и промышленными эмиссиями. Величина накопления свинца в почвах за счет выхлопных газов автомобилей, к тому же с добавлением в форме соединений тетраэтилсвинца и тетраметилсвинца, в три раза превосходит количество элемента, поступающего в почву от промышленных выбросов. В то же время обобщение материалов по 110 городам России показало, что 5–километровая зона вокруг предприятий цветной металлургии характеризуется загрязненными почвами. Практически повсеместно содержание свинца в почвах Санкт-Петербурга превышает ПДК в 2–4 раза, цинка - в 3–7 раз, выявлены многочисленные участки загрязнения почв свыше ПДК кадмием, мышьяком и сурьмой.