мозаичная макроструктура создается при слиянии близких сельских поселений с городом, росте промышленных пригородов.
Мезоструктура – расположение скверов, садов по отношению к улицам и постройкам в пределах отдельных микрорайонов города.
В старых частях города «зеленая мезоструктура» делится на два типа межквартальный – озеленены улицы, перекрестки; внутриквартальный – основная масса растений растет в огородах, садах, за домами внутри кварталов.
Экологически эти типы различаются очень резко даже при одинаковой плотности застройки: в первом случае флора находится под постоянным «антропогенным прессом», во втором случае иногда создаются условия для спокойного развития, возобновления и обогащения флоры и фауны.
В новых районах озеленение по составу и мезоструктуре довольно бедное и практически не выполняет свои средоохранные и экосистемные функции.
Микроструктура – расположение отдельных элементов озеленения: газонов, цветников, кустарников, деревьев. Ценность отдельных элементов микроструктуры не совпадает с точки зрения экономики, экологии и эстетики. Дорогие и эстетически ценные элементы озеленения – цветники и газоны – имеют не большую экологическую ценность. Высокоэффективными являются густые живые изгороди, пруды с богатой растительностью, сомкнутые группы деревьев.
Процесс городского флорогенеза происходит преимущественно стихийно. В составе городской флоры (урбанофлоры) можно выделить несколько групп:
Первая группа – виды растений, существующие только в окультуренном состоянии и используемые человеком для удовлетворения его жизненных потребностей.
Вторая группа – экзотические растения, в естественных условиях обитающие в иных природно-климатических зонах, в условиях же городской среды обитающие только в жилищах человека или в специальных сооружениях (оранжереи, теплицы).
Третья группа – неокультуренные растения, которые человек преднамеренно расселяет или выращивает в городах, но уже в природно-антропогенных или антропогенных местообитаниях. В данной группе можно выделить две подгруппы: интродуцированные виды и аборигенные (автохтонные) виды, обитающие в новых или измененных условиях среды.
Четвертая группа – это непреднамеренных интродуценты, «виды пришельцы», появление которых в данном регионе или городе не предусматривалось человеком, но которые распространились благодаря хозяйственной деятельности человека, в результате антропогенных преобразований ландшафтов, сопутствующих урбанизации.
Пятая группа – синантропные, т.е. виды, живущие в селитебном ландшафте, в непосредственном соседстве с человеком: в жилищах и других сооружениях, вблизи жилья и временных построек и распространяющиеся по мере распространения ландшафта данного класса. К синантропной растительности относятся следующие растительные сообщества:
Пасквильная растительность (от лат. «pascularis» — пастбище) — растительность пастбищ и интенсивно вытаптываемых участков.
Сегетальная растительность (от лат. «segetalis» — растущий среди хлебов) — совокупность популяций видов сегетальных сорняков. В условиях города эти растения являются обычными обитателями цветочных клумб, палисадников и других участков, занятых зелеными насаждениями.
•Рудералъная растительность (от лат. «rudus» — щебень, растительный мусор) — сообщества регулярно или периодически нарушаемых местообитаний, как правило, антропического происхождения (свалки, городские пустыри, заброшенные строительные площадки и т. д.). Традиционно к рудеральной растительности относят сообщества первых стадий сукцессии с доминированием представителей сем. Маревые, Сложноцветные, Крестоцветные, некоторых злаков. Для рудеральной растительности характерно преобладание видов с широкими экологическими амплитудами (эвритопы) и большими ареалами, охватывающими несколько континентов (виды-космополиты, или убиквисты). В современном городском ландшафте рудеральная растительность играет немаловажную роль, открывая процессы самовосстановления растительности, предотвращая развитие эрозии. В составе рудеральной растительности немало ценных лекарственных растений и медоносов, а также видов, обеспечивающих высокую численность насекомых-энтомофагов.
Шестая группа – дикорастущие растения, живущие в городах в различных местообитаниях – от слабонарушенных и трансформированных природных до антропогенных.
Важной чертой флоры городской территории является увеличение флористического богатства, по сравнению с естественными экосистемами. Такой рост имеет несколько причин:
1) Положение старинных городов по отношению к физико-географическим районам, как правило, оказывается пограничным (т. е. на стыке 2, 3, а иногда и большего числа растительных, почвенных, климатических и других зон). Это объективно определялось необходимостью удобного расположения городов для осуществления двух важнейших функций — оборонной и торгово-ремесленной. Эта пограничная область, называемая экотоном, представляет собой мозаику условий, соответствующих контактирующим зонам, поэтому биоразнообразие здесь будет значительно выше, чем в каждой отдельной зоне.
2) Важное значение в формировании флоры урбанизированных территорий имеет деятельность человека, которая приводит не только к разрушению естественных экосистем, но и к созданию новых типов местообитаний, ранее в данной местности не встречавшихся.
3) Процессы вымирания некоторых таксонов, связанные с антропическим нарушением их мест обитаний, компенсируются иммиграцией. Среди адвентивных растений наших городов преобладают виды американского происхождения (около трети видов), значительная часть видов происходит из Средиземноморья, Южной Европы, Малой Азии, Ирана, Индии. Доля растений-иммигрантов в составе урбанофлоры постоянно растет и может достигать нескольких десятков процентов, а темпы и масштабы адвентизации нередко значительно превышают скорость исчезновения местных видов.
4) Важным фактором повышения богатства городских и в целом антропогенезированных флор являются микро- и макроэволюционные изменения. В техногенных ландшафтах, характеризующихся загрязнением воздуха, аномальным составом почв и другими признаками, идет сильное прямое воздействие на генетический аппарат растений, что приводит к появлению многочисленных терат (морфологических уклонений). Современная эволюционная теория рассматривает тераты как перспективные макромутации, основанные на аномальном росте, агрегациях и срастаниях органов.
5) Мощным фактором «городского» флорогенеза в настоящее время является интродукция.
В целом в формировании флоры в условиях городской среды можно выделить следующие основные закономерности:
1. Мозаичный характер зеленых насаждений и наличие различных по своим условиям биотопов, например: плотная и разреженная застройка, садово-парковые зоны, свалки и пустыри, пригороды с индивидуальными постройками и садами. Такое разнообразие биотопов поражает и большое разнообразие экологических ниш, влияя на видовой состав растительности.
2. В отличие от естественной, городская флора более динамична и непостоянна. Она довольно быстро реагирует на изменения в деятельности местных промышленных предприятий. Например, с ввозом шерстяного сырья ввозятся «шерстяные виды»: степные и пустынные растения.
3. Городская флора по мере своего преобразования приобретает все более выраженные термоксерические черты в ущерб своим зональным особенностям. Флора городов насыщенна видами более южных регионов, что соответствует перемещению по широте на 5—10 градусов в южном направлении (на 50—100 км).
4. Возрастает число видов цветковых растений, падает - споровых и голосеменных. Увеличивается число видов в термоксерофильных семействах (Бобовые, Маревые, Гречишные) и уменьшается в термофобных (Осоковые, Гвоздичные, Норичниковые, Лютиковые, Розовые, Ивовые).
5. Увеличивается значение в составе флоры 10 наиболее богатых видами семейств: большая часть видов городской флоры относится к меньшему числу семейств, чем зональная. Эта особенность является показателем ухудшения качества среды.
6. Возрастание роли адвентивных растений происходит в основном за счет выходцев с американского континента, Восточной Азии, Средиземноморья, континентальных районов Евразии, значительно меньше доля растений космополитных и европейских ареалов.
7. Происходит уменьшение позиций гемикриптофитов, хамефитов и гигрофитов, а усиление - терофитов и фанерофитов. Энтомофильные виды уменьшают свою роль за счет усиления позиций авто- и анемофильных видов.
Суммарным результатом всех флорогенетических процессов, происходящих в составе городской флоры, является возникновение на месте аборигенных флористических комплексов совершенно новых образований, включающих остатки трансформированных аборигенных флор, мигрантов из других флористических областей, виды антропогенного происхождения. В своем крайнем выражении эти образования получили название антропогенных растительных комплексов.
В условиях города растительность подвергается значительной техногенной нагрузке. Можно выделить следующие основные факторы, оказывающие влияние на состояние городских насаждений:
1. Загрязнение окружающей среды.
2. Изменение микроклиматических процессов.
3. Нарушение технологии посадки.
4. Неудовлетворительное состояние почвы.
5. Повреждение вредителями и болезнями.
6. Случайные факторы (вандализм, механические повреждения).
Ослабленные городские растения сильно отличаются от лесных по своему физиологическому состоянию и морфологии: по характеру кроны, строению корневой системы, листьев и даже по морфологии клеток и пластидного аппарата. У городских деревьев снижена фотосинтетическая активность (примерно в 2 раза), поэтому они имеют более редкую крону, мелкие листья, короче побеги, наблюдается изменение цвета ткани растения на желтый, охристый, растение поражает хлороз, некроз.
Газообмен у городских растений имеет повышенную интенсивность, особенно ночное дыхание у деревьев вблизи каменных стен, нагретых за день. Энергетическая эффективность такого дыхания не велика, однако при этом идет расход веществ на дыхание.
Растения города обитают в условиях недостатка почвенной влаги, повышенной сухости воздуха, нагревание запыленных листьев, все это нарушает водный режим. Наблюдается значительное падение влаги в тканях листьев: у липы в лесу листья содержат 70-80% воды, на улицах города в жаркое время 50-52%. Нарушение водного режима обусловлено и тем, что из-за сильного загрязнения воздуха нарушается целостность устьичных клеток: устьица постоянно широко открыты, что увеличивает расход воды на транспирацию.
Минеральное питание растений в городе затруднено тем, что в почвах городов ощущается недостаток фосфора, калия, кальция, микроэлементов. Токсические вещества, поступающие в растения снижают содержание нуклеиновых кислот, белков, клетчатки, слабеет способность к образованию фитонцидов.
Общая продолжительность жизни городских растений существенно меньше, чем естественных. Городские деревья значительно ослаблены, поэтому они представляют собой места для развития вредителей и болезней.
Помимо традиционных функций, выполняемых растительным блоком в любой экосистеме (производство первичной продукции в результате фотосинтеза, потребляемой затем консументами и редуцентами, средообразующая функция), - в урбоэкосистеме существенное значение приобретают такие функции растительности, как:
рекреационная,
структурно-планировочная,
декоративно-художественная,
санитарно-гигиеническая: очищение городского воздуха от пыли и газа, ветрозащитная роль, фитонцидное действие, теплорегулирующий фактор, влияние на влажность воздуха, шумозащитная роль.
Разберем подробнее основные функции урбофлоры, обеспечивающие оптимизацию городской среды.
Зеленые насаждения в городе улучшают микроклимат городской территории: охлаждение городского «острова тепла» за счет увеличения альбедо поверхности и транспирации; стабилизация ветрового режима, увеличение относительной влажности воздуха и «сглаживание» ее суточных и сезонных колебаний; задержание части осадков и уменьшение поверхностного стока; задержание снегового потока и талых вод. С 1 м2 газона испаряется до 200 г/ч воды, что значительно увлажняет воздух. В жаркие летние дни на дорожке у газона температура воздуха на высоте роста человека почти на 2,5 градусов Цельсия ниже, чем на асфальтированной мостовой.
Велика роль зеленых насаждений в очистке воздуха городов, поглощении пыли и токсических веществ. Дерево средней величины за 24 часа восстанавливает столько кислорода, сколько необходимо для дыхания троих человек. За один теплый солнечный день 1 гектар леса поглощает из воздуха 220-280 кг углекислого газа и выделяет 180-200 кг кислорода. Газон задерживает заносимую ветром пыль и обладает фитонцидным действием. В жаркий летний день над нагретым асфальтом и раскаленными железными крышами домов образуются восходящие потоки теплого воздуха, поднимающие мельчайшие частицы пыли, которые долго держатся в воздухе. А над старым парком, разбитым в центре города, возникают нисходящие потоки воздуха, потому что поверхность листьев значительно прохладнее асфальта и железа. Пыль, увлекаемая нисходящими потоками воздуха, оседает на листьях. Один гектар деревьев хвойных пород задерживает за год до 40 тонн пыли, а лиственных - около 100 тонн. Крупные лесопарковые клинья могут быть активными проводниками чистого воздуха в центральные районы города. Качество воздушных масс значительно улучшается, если они проходят над лесопарками и парками, площадь которых составляет 600-1000 га. При этом количество взвешенных примесей снижается на 10 - 40 % , что приводит к повышению интенсивности ультрафиолетовой радиации на 15 - 25 %. В зависимости от величины города, его народнохозяйственного профиля, плотности застройки, природно-климатических особенностей, породный состав насаждений будет различным.
Газозащитная роль зеленых насаждений во многом зависит от степени газоустойчивости пород, характера и структуры посадок. В таблице 13 отражен уровень снижения степени загрязнения воздушного бассейна в зависимости от характера зеленых насаждений.
Таблица 13