Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1 Характеристика исследуемой территории – уфимского промышленного центра 11.
1.1 Физико-географическое положение г. Уфа 11.
1.1.1 Геологическое строение и рельеф .11.
1.1.2 Климат .13.
1.1.3 Почвы .17.
1.1.4 Растительность 19.
1.2 Социально-экономическая характеристика г. Уфа .21.
ГЛАВА 2 Влияние экологических факторов на древесно-кустарниковые растения (обзор литературы).. 26.
2.1 Влияние естественных условий на жизнедеятельность древесной растительности 26.
2.2 Влияние загрязнений антропогенного происхождения на древесную растительность .33.
ГЛАВА 3 Материалы и методы исследований 46.
3.1 Фенологические наблюдения и объекты данного исследования 46.
3.1.1 Тополь бальзамический (Populus balsamifera L.) .46.
3.1.2 Дуб черешчатый (Quercus robur L.) .50.
3.1.3 Липа мелколистная (Tilia cordata Mill.) .53.
3.1.4 Береза повислая (Betula pendula Roth) 55.
3.2 Методы фенологических исследований древесных растений .59.
3.3 Выбор пробных площадей для проведения исследований .70.
3.4 Статистическая обработка данных .73.
ГЛАВА 4 Результаты исследований и их анализ 74.
4.1 Характеристика протекания вегетационного сезона липы мелколистной (Tilia cordata Mill.) 74.
4.2 Характеристика протекания вегетационного сезона тополя бальзамического (Populus balsamifera L.) 79.
4.3 Характеристика протекания вегетационного сезона дуба черешчатого (Quercus robur L.) 85.
4.4 Характеристика протекания вегетационного сезона березы повислой (Betula pendula Roth) 89.
ГЛАВА 5 Сравнительная характеристика протекания критических фенологических фаз древесных пород .94.
Выводы .118.
Список использованной литературы
- Геологическое строение и рельеф
- Влияние загрязнений антропогенного происхождения на древесную растительность
- Береза повислая (Betula pendula Roth)
- Характеристика протекания вегетационного сезона тополя бальзамического (Populus balsamifera L.)
Введение к работе
Актуальность темы. Город Уфа – крупнейший промышленный центр
Республики Башкортостан. На его территории расположено свыше 700
предприятий различных отраслей промышленности, загрязняющее влияние
которых приводит к формированию сложного многокомпонентного состава
окружающей природной среды (Тарчевский, 1964; Кулагин, 2015). Кроме того,
территория города характеризуется различными формами рельефа.
Немаловажную роль в миллионном городе имеет и рекреационная нагрузка (Репшас, 1981; Маогус, 1983; Природные аспекты, 1987; Карташова. 2012; Григорьев, 2013; Реуцкая, 2015; Hill, 1975; Liddle, 1975). Комплекс экологических факторов, включая антропогенные, оказывает особое влияние на древесную растительность, произрастающую на территории города. Это влияние на физиологическое и эколого-биологическое состояние растительности на территории как Урала в целом, так и города Уфа изучалось ранее (Гиниятуллин, 1995; Уразгильдин, 1998; Кулагин, 2002; Бойко, 2005; Гатин, 2006; Кулагин, Зайцев, 2008; Тагирова, 2012).
Флористический состав биоценозов города Уфа представлен
аборигенными (дуб черешчатый (Quercus robur L.), береза повислая (Betula
pendula Roth), липа мелколистная (Tilia cordata Mill.)) и интродуцированными
видами (тополь бальзамический (Populus balsamifera L.)), широко
распространёнными на всей территории. Вышеуказанные виды древесных растений суммарно занимают более 70% лесопокрытой площади Уфимского промышленного центра (Исяньюлова, 2011; Тагирова, 2012).
Растительность является объектом мониторинговых исследований,
которые постоянно проводятся на территории города Уфа. При этом систематических фенологических наблюдений за ценопопуляциями широко распространенных и произрастающих в условиях техногенеза Уфимского промышленного центра аборигенных и интродуцированных видов древесных пород не проводилось. На фоне роста числа предприятий и увеличения количества автотранспорта, выделяющих поллютанты в окружающую среду, фитомониторинговые исследования представляются наиболее актуальными при оценке качества окружающей среды.
Цель исследования - анализ жизненных циклов древесных растений, произрастающих на территории Уфимского промышленного центра и выявление особенностей влияния комплекса экологических факторов, в том числе антропогенной нагрузки, на протекание фенологических фаз.
Задачи исследования:
1. Провести исследования сроков наступления, продолжительности и интенсивности протекания фенологических фаз четырех видов древесных пород (тополь бальзамический (Populus balsamifera L.), дуб черешчатый (Quercus robur
L.), береза повислая (Betula pendula Roth) и липа мелколистная (Tilia cordata Mill.)) – основных лесообразующих пород г. Уфа;
2. Изучить особенности развития древесных растений в г. Уфа при
различных уровнях аэротехногенного загрязнения на основании фенологических
данных;
-
Определить количественную характеристику силы влияния комплекса экологических факторов, в том числе антропогенных, на сроки, продолжительность и интенсивность наступления фенологических фаз;
-
Разработать систему фитомониторинга состояния окружающей среды с использованием экофенологической специфичности древесных растений.
Научная новизна. В работе впервые приведены результаты комплексных
исследований ценопопуляций аборигенных и интродуцированных видов
лиственных древесных пород, с учетом деления города Уфа на зоны
аэротехногенного загрязнения. Представлена количественная оценка сил влияния
экологических факторов, как естественного, так и антропогенного
происхождения на критические фенологические фазы древесных растений с учетом их экологической видоспецифичности.
Практическая значимость работы. Результаты исследований могут быть использованы для проведения фитоиндикационных работ по определению степени загрязнения промышленных центров с использованием древесных растений в качестве тест-объектов. Данные также могут служить основой для разработки ассортимента древесных растений при проведении озеленения территорий промышленных предприятий и городских агломераций. Кроме того, полученные результаты могут быть использованы в учебном процессе ССУЗов и ВУЗов биологического и лесохозяйственного профилей.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы
докладывались и обсуждались на 15 конференциях Международного,
Всероссийского и Регионального уровней, в том числе: научно-практическая
конференция «Биологическая наука в решении проблем естествознания»
(Чебоксары, 2013), Ш Региональная научно-практическая конференция
студентов, аспирантов и молодых ученых «Экология и природопользование:
прикладные аспекты» (Уфа, 2013), II всероссийская (ХVII) молодежная научная
конференция (с элементами научной школы) «Молодежь и наука на Севере»
(Сыктывкар, 2013), 64-ая научно-практическая конференция студентов,
аспирантов и молодых ученых УГНТУ (Уфа, 2013), VI Международная научно-
практическая конференция «Современная наука: тенденции развития»
(Краснодар, 2013), IV Региональная научно-практическая конференция студентов,
аспирантов и молодых ученых «Экология и природопользование: прикладные
аспекты» (Уфа, 2014), Международная научно-практическая конференция «III
Манякинские чтения. Зеленая экономика: Риски, выгоды и перспективы с точки
зрения устойчивого развития» (Омск, 2014), Международная конференция
«Инновационные подходы к обеспечению социо-эколого-экономических систем»
(Самара, Тольятти, 2014), 65-ая научно-практическая конференция студентов,
аспирантов и молодых ученых УГНТУ (Уфа, 2014), Всероссийская конференция
с международным участием «Биотехнология – от науки к практике» (Уфа, 2014),
III Международная научно-практическая конференция «Актуальные направления
научных исследований: от теории к практике» (Чебоксары, 2015),
Международная научно-практическая конференция «Результаты научных
исследований и разработок» (Стерлитамак, 2015), IV Международная научно-практическая конференция «Индикация состояния окружающей среды: теория, практика, образование» (Москва. 2015), 66-ая научно-практическая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых УГНТУ (Уфа, 2015), VII Всероссийская научно-исследовательская конференция «Устойчивое развитие территорий: теория и практика» (Сибай, 2015).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 20 работ, в том числе 3 статьи в журналах, рекомендованных ВАК МОН РФ.
Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 141 странице, состоит из введения, 5 глав и выводов, включает 8 таблиц, 21 рисунок, 8 приложений. Список литературы включает 209 наименований, из них 30 на иностранных языках и 3 ссылки на Интернет-источники.
Во введении обоснована актуальность исследования; сформулированы цель и задачи исследования, представлена практическая значимость работы, а также положения, выносимые на защиту.
ГЛАВА 1 ХАРАКТЕРИСТИКА ИССЛЕДУЕМОЙ ТЕРРИТОРИИ-УФИМСКОГО ПРОМЫШЛЕННОГО ЦЕНТРА
В главе 1 дана характеристика территории, на которой расположены объекты исследования, - Уфимскому промышленному центру, с точки зрения его физико-географической и социально-экономической составляющих. Отмечено, что город Уфа относится к умеренной зоне с атлантико– континентальным климатом (Климат Уфы, 1987; Агроклиматические ресурсы, 1976; Хромов, 2006; Исяньюлова, 2011; Кашапов, 2013)
В Уфе расположено свыше 700 предприятий, выбрасывающих
загрязняющие вещества в атмосферу. Наибольший вклад в загрязнение
атмосферного воздуха города вносят предприятия топливно-энергетического
комплекса, который включает в себя такие крупные отрасли промышленности,
как нефтеперерабатывающая, нефтехимическая, химическая и
электроэнергетическая. Распределение предприятий и организаций, являющихся источниками загрязнения атмосферы, в районах города, неравномерно. Большая их часть расположена в северной части города (Иванов, 2005; Государственный доклад, 2014).
ГЛАВА 2 ВЛИЯНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ НА ДРЕВЕСНО-КУСТАРНИКОВЫЕ РАСТЕНИЯ (ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ)
В главе 2 проведен обзор литературы российских и зарубежных авторов о влиянии экологических факторов как естественного, так и антропогенного происхождения на состояние древесной растительности (Кожевников, 1950; Альтергот, 1968; Кулагин, 1974; Тарабрин, 1974; Горышина, 1979; Гудериан, 1979; Шульц, 1981; Кулагин, 1985; Гетко, 1989;
Алексеев, 1990; Ушаков, 1997; Уразгильдин, 1998; Николаевский, 2002; Исаев, 2003; Бойко, 2005; Зайцев, 2005; Сейдафаров, 2007; Гиниятуллин, 2010; Самусь, 2012; Bowen, 1966; Lux, 1970; Vogl, 1972; Jordan, 1975; Abrahamsen, 1976; Galloway, 1976; Grenfelt, 1976; Clarens. 1977; Feller, 1977; Grassblatt, 1977; Weinstein, 1977; Yang, 2000).
Геологическое строение и рельеф
В тектоническом отношении территория принадлежит к Бирской впадине, в которой располагается долина реки Белой. Согласно схеме геоморфологического районирования, изучаемая территория расположена на юго-востоке Камско-Бельского понижения. Территория неоднократно испытывала дифференцированные прогибания. Конечным итогом этих прогибаний является Бельская депрессия, в пределах которой расположена территория зеленой зоны г. Уфа. Бельская депрессия формировалась в новейшее время и заполнена мощной толщей неоген-четвертичных отложений (Курнаев, 1973). В геологическом строении поверхности принимают участие осадочные породы разного возраста – пермской, третичной и четвертичной систем (Абдрахманов, 1985).
С особенностями геологического строения, а также историческими условиями формирования города связаны положение города, характер его застройки, литологии пород, рельефа. Основная часть города расположена на Бельско-Уфимском водоразделе, имеющим вид плато, сильно расчлененного, в долине притоков рек Белой и Уфы с многочисленными оврагами. Плато значительно приподнято над окружающими его с трех сторон речными поймами и долинами, вытянуто с юго-запада на северо-восток (Курнаев, 1973). По очертаниям и характеру поверхности плато может быть разделено в наиболее узкой части на южный и северный участки. Южная часть наиболее высокая, прорезана в субмеридианальном направлении долиной реки Сутолоки, которая делит эту часть на два увала. Склоны увалов пологи и изрезаны многочисленными разветвленными оврагами и балками. Долина реки широкая, к ней приурочена значительная часть города (Курнаев, 1973).
Формирование современного рельефа происходило в сложных геологических, тектонических и климатических условиях под воздействием эндогенных и экзогенных процессов. Сформировавшийся эрозионно-аккумулятивный рельеф представлен, с одной стороны, выровненной поверхностью с развитой речной сетью с наличием озер и болот, с другой – преобладанием крутых и обрывистых склонов, где активно развиваются карстовые процессы. Абсолютные отметки этой поверхности могут достигать 140-180 м (Мукатанов, 1992). В пределах северо-западной части зеленой зоны г. Уфа долина реки Белой достигает ширины 10-12 километров, в ней выделяется пойма, имеющая высоту 5-7 м и достигающая ширины 5 км. К пойме приурочены береговые валы, озера-старицы, заболоченные карстовые и суффозионные понижения. Часть их заполнена водой и представляет временные и постоянные озерки различной глубины (Кадильников, 1970). Участки низкой поймы характеризуются логово-гривистым рельефом. Левобережная водораздельная равнина представляет собой плиоценовую поверхность выравнивания абсолютной высотой 140-200 метров. Местами она имеет холмисто-увалистый рельеф и расчленена оврагами и балками, характеризуется широким развитием карста (Кадильников, 1970).
Климат г. Уфа, определяется взаимодействием трех основных факторов: солнечной радиацией, воздушными массами и характером поверхности территории. Значительная удаленность города Уфа от океанов и его положение на самом востоке Европы обусловливают континентальность климата. По классификации Алисова Б.П. (Хромов, 2006) г. Уфа относится к умеренной климатической зоне с атлантико-континентальным климатом.
Континентальный климат зеленой зоны города Уфа (Климат Уфы, 1987) характеризуется продолжительной зимой с устойчивыми низкими температурами воздуха и сравнительно жарким летом. Основными факторами формирования микроклимата являются загрязнения атмосферы, искусственный нагрев ее городскими тепловыбросами, застройка и благоустройство территории, а также орография. В формировании климата г. Уфа большую роль играют сибирские антициклоны и циклоническая деятельность на арктических фронтах (Исяньюлова, 2011). Среднегодовая температура воздуха в городе Уфа составляет 2,5С. Самая низкая среднемесячная температура приходится на январь: температура воздуха наиболее холодных суток - 39С. Температура воздуха наиболее холодной пятидневки -35С (обеспеченностью 0,92). Абсолютный минимум составляет -49С. Температура воздуха обеспеченностью 0,94 составляет -20С. Среднесуточная амплитуда температуры воздуха наиболее холодного месяца составляет 8,3С. Продолжительность периода со средней суточной температурой меньше 0С – 158 суток, средняя температура при этом – -9,4С. Продолжительность периода со средней суточной температурой меньше 8С – 213 суток, средняя температура при этом – -5,9С (Строительная климатология, 2003; Исяньюлова, 2011). Средняя продолжительность безморозного периода составляет 137 дней, но в отдельные годы она может колебаться от 98 до 176 дней. Устойчивый снежный покров образуется в среднем 10 ноября. Сроки появления первого снежного покрова колеблются от 14 сентября до 19 ноября (http://trishurupa.ru, 10.03.2013). Число дней с оттепелью: в ноябре – 12; в декабре – 4; в январе и феврале – по 2; в марте – 13. Число периодов с оттепелью в январе-марте продолжительностью 1-3 дня – 4,7; 4-6 дней – 1,1; 7-9 дней – 0,2; 10-20 дней – 0,5. Средняя продолжительность снеготаяния – 32 дня (Гареев, 2012). В Башкортостане настоящая фенологическая весна наступает только в конце марта. Средняя температура воздуха - 7-11С ниже нуля. Минимальная температура обычно бывает минус 11-15С (Кучеров, 2001).
Апрель – время бурного пробуждения природы. Среднемесячная температура по Башкортостану в ночные часы обычно опускается до минус 2-6С, днем поднимается до плюс 6-9С (Кучеров, 2001). Май считается теплым месяцем. Его средняя температура - 12,8С. Бывают жаркие дни – до 25С (Кучеров, 2001). В начале июня чаще бывает прохладно. Неустойчивая погода в первой декаде почти всегда связана с прохождением циклонов. С третьей пятидневки начинается настоящее лето, когда температура воздуха днем достигает 36С (Кучеров, 2001). Июль – самый жаркий месяц. В ночные часы температура обычно бывает 9-14С, а днем - 21-26С (Кучеров, 2001). Средняя температура июля равна 19,7С, а абсолютный максимум достигает 39С (http://trishurupa.ru, 10.03.2013). Среднемесячная температура воздуха в августе – от 13 до 17С. В последние дни месяца могут быть холодные утренники и даже заморозки (Кучеров, 2001).
Влияние загрязнений антропогенного происхождения на древесную растительность
Важно подчеркнуть, что морозостойкость одного и того же вида довольно сильно меняется в течение года: летом она минимальна, осенью усиливается, а в конце зимы и начале весны – снова снижается. Стойкость растений к низким или высоким температурам без проявления необратимых повреждений по самой сути можно разделить на устойчивость (выносливость, толерантность), которая проявляется в жаро- или морозоустойчивости цитоплазмы как таковой, и «избегание», т.е. наличие у растения определенных механизмов. В.Ф. Альтергот с соавторами доказали, что формирование жароустойчивости растений протекает при чередовании процессов нарушения обмена и деструкции структур под влиянием экстремальных температур и последующего «ростового обращения» этих нарушений, приводящего к перестройке и повышению устойчивости (Альтергот, 1968).
Для развития растений большое значение имеет длительность вегетационного периода, т. е. периода с температурами, при которых возможно прохождение полного цикла развития растений. Вид хорошо акклиматизируется в данном местообитании, если полностью использует вегетационный период и не рискует получить повреждения при последующем наступлении неблагоприятного сезона. Обычно фазы развития растений совпадают со сроками перехода температур через определенный уровень (Горышина, 1979).
Для умеренных широт, где и находится Уфимский промышленный центр, вегетационным обычно считается период, когда ежедневные средние температуры превышают 10С. Наступление любой фенофазы, особенно в первой половине вегетационного периода, связано с переходом через определенный температурный порог; т. е. наступление ее возможно тогда, когда температура воздуха и почвы регулярно не опускается ниже определенного уровня (Культиасов, 1982). Действие температуры сильно проявляется в начале вегетационного сезона. В связи с глубоким промерзанием и медленным оттаиванием почвы на 2-14 дней может задерживаться начало сокодвижения у берез, на 1-3 дня позднее наступает фаза развертывания листьев, причем у некоторых видов (рябина обыкновенная и др.) листовые пластинки в течение всего вегетативного цикла могут так и не достигнуть нормальных размеров (Шульц, 1981). Температурный фон влияет не только на срок наступления, но и на продолжительность фенологической фазы (Горышина, 1979). Удлинение периода созревания плодов происходит за счет низких температур, задерживающих созревание. И, наоборот, повышенные температуры периода ускоряют фенологические процессы и приближают сроки полного созревания. Это может означать то, что даже экстремальные погодные условия, предшествовавшие соответствующему периоду, не оказывают влияния на продолжительность периода созревания (Улитин, 2005).
Температурный фактор является ведущим для развития дуба черешчатого в весенне-летний период. После того, как корнеобитаемый слой почвы прогревается до 5-60С, у растения активируются ростовые процессы и его дальнейшее развитие зависит, главным образом, от температуры воздуха (Деменчук, 1988). Более раннее начало вегетации дуба черешчатого, как и ее конец, находятся в прямой зависимости от суммы положительных температур (Самусь, 2012). Важно отметить, что условия города характеризуются дневным нагреванием асфальта и каменных стен домов и ночным усиленным излучением от них. Это делает город более теплым местообитанием для растений по сравнению с естественным зональным фоном, а в отдельные периоды вегетационного сезона нагревание растений может достигать опасных пределов (Горышина, 1979). Вода. Растение на 50–90% состоит из воды. Особенно богата водой цитоплазма (85–90%), много ее и в органеллах клетки. Водный режим растений в городах характеризуется ограниченным поступлением воды в почву из-за асфальтовых покрытий (хотя нередко в городах осадков выпадает больше, чем в пригороде). Большая часть влаги из атмосферных осадков теряется для растений, поступая в канализационную систему. Частично поступление воды восполняется путем регулированных поливов (Горышина, 1979).
По оценке некоторых авторов, климатические факторы в городах нередко приближаются к условиям пустынь и полупустынь. Влажность воздуха в жаркие летние дни доходит до 20–22%, т. е. создаются условия атмосферной засухи (Горышина, 1979).
По Е.А. Цубербиллер, даже слабая атмосферная засуха и суховеи вызывают снижение тургора листьев, т. е. создают нарушение водного баланса растений, приводящее к остановкам процесса ассимиляции и роста растений (Цубербиллер, 1959).
В умеренной (в которой находится Уфимский промышленный центр) и холодной зонах огромное косвенное влияние на растения оказывает вода в твердой фазе. Снег помимо большого его значения для теплового режима местообитания играет немалую роль в весенний период, когда осадков обычно мало и тающий снег пополняет водные запасы почвы как раз тогда, когда растениям требуется повышенное количество влаги.
Сильного увеличения влажности почвы за счет тумана в умеренной зоне не происходит, если только туман не переходит в дождь. Роса в умеренной зоне имеет, вероятно, большое значение, особенно в том случае, если температура почвы значительно ниже температуры воздуха. Некоторое значение имеет восприятие росы непосредственно самим листом (Культиасов, 1982).
Береза повислая (Betula pendula Roth)
Тополь бальзамический наряду с белым тополем устойчив к хлористым соединениям (Николаевский, 1979; Литвинова, 1986). Во время исследований, проводимых в городе Ижевск, где уровень загрязнения атмосферы соответствует среднестатистическим показателям городов Урала и основным источником загрязнения является автотранспорт (Ковальчук, 2014), у тополя бальзамического наблюдалось сокращение сроков цветения и увеличение периода вегетации (Эколого-биологические особенности, 2009). Цветение тополя в городе Красноярск, уровень загрязнения приземного слоя воздуха в котором очень высокий (Государственный доклад, 2002), оценивалось от 0 до 4 балов (Нургалиев, 2010). По методике Н.А. Кохно (Кохно, 1980) рост тополя бальзамического - оценка 5 (отличный как в ареале), генеративное размножение - 5 (размножение самосевом), зимостойкость - 5 (вполне зимостойкие), 100% полная адаптация, период вегетации тополя от 145 до 157 дней (Крылышкина, 2011).
В Российской Федерации дуб черешчатый растет на большой территории – от Санкт-Петербурга на севере почти до Одессы на юге и от государственной границы на западе до Урала. Область его естественного распространения имеет форму широкого клина, направленного с запада на восток. Тупой конец этого клина упирается в Урал, в районе Уфы (Петров, 1987). Ареал распространения видов дубов представлен на рисунке 3.2.
Дуб занимает промежуточное положение: его нельзя отнести ни к типично светолюбивым, ни к типично теневыносливым древесным породам (Петров, 1987; Деменчук, 1988). Дуб черешчатый требователен к богатству почвы. Теневынослив, засухоустойчив (Засоба, 2011). Зимостоек (Чуваев, 1973). Дубы (вероятно, около 450 видов) являются важнейшими
Ареалы распространения видов дуба. лесообразующими древесными породами умеренных широт и горных поясов северного полушария, а также компонентами тропического и субтропического (дождевого и сухого) леса Юго-Восточной Азии. Виды, растущие в тропиках и являющиеся компонентами тропического и субтропического горного дождевого леса, обычно имеют тонкие, мягкие листья. Виды муссонного климата, способные переносить длительную зимнюю засуху, имеют толстые жесткие листья, иногда с трабекуловидно- выступающими снизу жилками, обычно густо опушенные.
Некоторые индокитайские виды даже сбрасывают в сухой период листья. Наиболее богаты видами дубов Северная и Центральная Америка, где они распространены от юго-востока Канады до Колумбийских Анд. Европа, Северная Африка и Юго-Западная Азия бедны видами этого рода. Сибирь и Центральная Азия вообще не имеют аборигенных видов. И только Восточная и Юго-Восточная Азия представляют сравнимый по видовому богатству с американским центр разнообразия рода. Большинство видов не поднимается в горы выше 2000 м, и лишь немногие виды в Гималаях, в Китае и во Вьетнаме растут в зоне умеренного климата выше 2000 м над уровнем моря. Северная граница ареала дуба в Евразии находится на широте около 63 градусов в Скандинавии, южная уходит, как и в Южной Америке, на несколько градусов за экватор (острова Суматра, Ява) (Жизнь растений, 1981).
Большинство дубов – высокие деревья (25-30 метров) – на равнинах обычно выше, чем в горах. Отдельные экземпляры достигают громадной высоты (до 55 метров) и имеют в возрасте 700-900 лет толстые (до нескольких метров) стволы. Немногие виды являются низкими кустарниками и даже кустарничками, покрывающими почву ковром высотой около 0,5 м и в самых благоприятных условиях редко достигающими в высоту 2-3 метра (дуб кустарниковый – Q. fruticosa - в Испании). Многие виды, обычно являющиеся большими деревьями, в высокогорьях, в сухих местах, при частых рубках и травле скотом не вырастают выше кустарника (Жизнь растений, 1981).
При изучении сезонного развития дуба черешчатого ранней фазы, произрастающего в Беловежской пуще, было обнаружено, что после того, как корнеобитаемый слой прогреется до 5-6, у растения активизируются ростовые процессы и его дальнейшее развитие зависит, главным образом, от температуры воздуха (Деменчук, 1988). Протекание фенологических фаз может быть ускорено, заторможено или даже прервано повышением или понижением температур поздней весной и ранней осенью. В летний период на темп прохождения фенологических фаз оказывает влияние объем доступной для растения влаги (Самусь, 2012). В условиях города Свердловск у дуба черешчатого обнаружены пылезащитные свойства. Вся нижняя сторона его листьев покрывается черным слоем сажи и пыли, в то время как на листьях других растений имеется незначительное количество сажи и пыли (Тарчевский, 1959). В последние десятилетия доля дубовых насаждений в лесах Российской Федерации неуклонно снижается. Так, анализ данных 1993 и 1998 годов показывает, что за этот короткий промежуток времени площадь дубрав сократилась на 195,1 тыс. га (Калиниченко, 2000), а оставшиеся насаждения деградируют. Этому процессу способствуют многочисленные факторы: аномальные метеорологические условия; ухудшение почвенных условий; вспышки массового размножения насекомых; грибные, бактериальные, вирусные инфекции; пожары; антропогенный фактор и многое другое (Крюкова, 2012).
Распространена в северной части лесной, лесостепной и степной зонах европейской части России, на Кавказе и в Западной Сибири. На севере европейской части России доходит в Карелии до 62 с.ш. и до 60 на Урале. Еще дальше к северу липа встречается в культурах, вплоть до Архангельска (Шиманюк, 1967). Ареал распространения липы мелколистной и других видов лип представлен на рисунке 3.3. Наиболее известным родом в Российской Федерации является липа. Он насчитывает около 50 видов, распространенных в северном полушарии. Основное морфологическое отличие его от других – наличие прицветного листа у соцветия (соплодия). По большей части липа – крупное листопадное дерево, достигающее в высоту 15-20 метров (иногда до 40 м) и в диаметре до 2 метров (встречены экземпляры около 5 м).
Характеристика протекания вегетационного сезона тополя бальзамического (Populus balsamifera L.)
Фенологические фазы вегетационного сезона липы мелколистной представлены на рисунке 4.1 и в приложении З. Характеризуя весенние фенологические фазы 2014 года, важно обратить внимание на то, что набухание почек липы мелколистной во всех районах города произошло одновременно (с 30 апреля по 3 мая). В эти дни температура воздуха стала выше порогового значения для расчета суммы эффективных температур – 100С. В 2013 году деревья, находящиеся в зонах с различным уровнем загрязнения, отреагировали на переход через пороговое значение по-разному. После данного перехода через порог в 100С, набухание почек началось лишь в Советском, Октябрьском, Ленинском, и Демском районах (20, 18, 22 и 24 апреля соответственно). Это явление объясняется не только близким географическим расположением вышеуказанных районов, но и влиянием на данную фазу липы мелколистной концентрации загрязнителей в атмосфере. Так, Советский район с севера граничит с Октябрьским районом. Ленинский район с востока граничит с Октябрьским и Советским районами, а с юга – с Демским районом. В Калининском, Орджоникидзевском и Кировском районах набухание почек началось в среднем на неделю позже. Это явление объясняется преобладающими направлениями ветров и высокой концентрацией промышленных предприятий в Орджоникидзевском и Калининском районах (кроме Кировского). В 2015 году набухание почек произошло рано – в период с 5 по 10 апреля. Это было обусловлено достижением температуры 100С уже в первые дни апреля.
Соответственно, при расчете СЭТ, достигнутой к дате набухания почек, выяснено, что в 2014 году в разных районах города ее значение находилось в Рис. 4.1. Фенологические фазы липы мелколистной (Tilia cordata Mill.) в 2013-2015 гг. небольшом интервале - 130-1600С. В 2013 году значение в этом же пределе было достигнуто только в зоне относительного контроля и граничащим с ним Кировским районом (104-1460С). В Орджоникидзевском и Калининском районах к дате набухания почек была достигнута СЭТ, которая значительно превышала 1500С и составляла 2350С. В 2015 году СЭТ, достигнутая к дате набухания почек имеет низкое значение. Явлением, послужившим причиной раннего набухания почек, стали ясные солнечные дни (без осадков) в конце марта – начале апреля. Следует отметить, что в 2015 году процесс набухания почек был длительным – продолжался в течение двух недель. Причиной данного являения заключается в том, что температура атмосферного воздуха, достигшая в начале апреля отметки 100С, не поднималась выше, в отдельные дни даже опускаясь ниже порогового значения.
Для дат распускания листовых почек наблюдаются некоторые схожие закономерности, как и для дат их набухания. Наблюдалось одновременное раннее их наступление в Советском, Октябрьском и Ленинском районах (22, 24 и 26 апреля соответственно) в 2013 году, за исключением Демского. В эти дни температура воздуха также была выше 100С, в отдельные дни - выше 200С. В Демском районе процесс набухания почек протекал долго и распускание почек настало лишь 6 мая 2013 года. Также 6 мая и одновременно наступило распускание листовых почек в Орджоникидзевском и Калининском районах. Даты распускания листовых почек в 2014 и в 2015 годах во всех районах также совпадают (6-11 мая и 27 апреля -4 мая соответственно).
Процесс распускания листовых почек во всех районах города затягивается, и значительная разница в датах фазы зеленения отсутствует (в 2013 году – 6 и 7 мая; в 2014 году – 9-15 мая, в 2015 году – 6-12 мая), за исключением быстрого протекания процесса распускания листовых почек в Советском районе 2013 года – с 22 по 26 апреля). Следующая фаза распускания листьев начинается во всех районах лишь в середине мая (7-10 мая в 2013 году, 13-19 мая в 2014 году, 11-18 мая в 2015 году), за исключением также Советского района, в котором распускание листьев в 2013 году началось 28 апреля. В третьей декаде мая процесс распускания листьев завершается.
Характеризуя фазу цветения важно отметить отсутствие существенных различий в датах наступления и окончания фазы во всех районах. Фаза цветения начиналась в период с 24 по 28 июня – в 2013 году, в период с 19 по 24 июня в 2014 году и с 18 по 22 июня - в 2015 году. Заканчивалось цветение в период со 2 по 9 июля в 2013 году, со 2 по 5 июля в 2014 году и 3 – 4 июля в 2015 году. В связи с тем, что цветение - одна из критических фаз в вегетационном периоде растения, факт совпадения фенодат цветения особенно важен и свидетельствует об устойчивости данной древесной породы к действию факторов, как естественного, так и антропогенного происхождения.
В 2014 и в 2015 годах наблюдалось заметное удлинение срока образования и формирования плодов. Так, в 2013 году этот процесс продолжался в среднем со 2 по 13 июля. В 2014 году этот же процесс продолжался в среднем со 2 июля по 13 августа, в 2015 году – с 4 июля по 1 августа. Это явление наблюдалось во всех районах города, вне зависимости от уровня аэротехногенного загрязнения в них. По этой причине был проведен расчет абиотических факторов – СЭТ и количества света.
Пониженное количество ясных и малооблачных дней так же, как и снижение длины светового дня, приводит к одному физическому эффекту. Этот эффект заключается в снижении количества световой энергии, потребляемой растениями – единственными автотрофами. При анализе абиотических факторов среды - количества ясных и пасмурных дней и СЭТ -обнаружено, что ключевым фактором удлинения периода созревания плодов в 2014 и в 2015 гг. стало количество ясных и малооблачных дней в период от окончания цветения до начала созревания плодов. Для созревания плодов было недостаточно света, что подтверждается и законом минимума Ю. Либиха. Значения абиотических факторов в период между окончанием цветения и началом плодоношения представлены на рисунке 4.2.
Известно, что снижение длины светового дня служит для растения сигналом к прекращению ростовых процессов и к началу отложения запасных питательных веществ. Этот абиотический фактор послужил причиной более раннего осеннего окрашивания листьев и листопада в 2014 и в 2015 годах. В 2013 году осеннее окрашивание листьев в разных районах города начиналось с 13 по 28 августа, а в 2014 году - в интервале с 4 по 7 августа, в 2015 году – 23 – 29 июля. Обращаясь к прогнозу погоды, необходимо отметить, что в 2014 году этому предшествовал длительный период (с 18 июля по 3 августа), в течение которого температура воздуха в дневные часы не превышала 200С (за исключением 30 и 31 июля), преобладала облачная и пасмурная погода. В 2015 году пасмурная погода преобладала в течение июля, что и привело к осеннему окрашиванию листьев уже в конце месяца.