4.2. Условия жизни и адаптации растений в городе

Для современного мира характерен стремительно идущий процесс урбанизации и нигде изменения естественных условий жизни растений и влияние на них человека не проявляется так ярко, как в городе. Уже сейчас города становятся существенной частью ландшафтов земного шара, в них живет 80% населения развитых стран и более 50% развивающихся стран.

В городах складывается свой, совершенно особый мир урбанизированной природы. Условия жизни растений, состав, богатств, разнообразие видов, особые законы формирования, часто особый внешний вид и физиология существенно отличаются от естественных.

Географическое положение и характер макрорельефа определяют общий климатический фон города. Внутри города складывается особый местный климат, отличный от условий природных зон.

Выделяют 6 факторов формирования климата города:

• строительные материалы

• конфигурация строений и улиц

• искусственные источники тепла

• механическое удаление дождевых вод и снега

• загрязнение атмосферного воздуха

• характер озеленения города

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 2–5^о, в Лондоне 4–6^о, в Париже 5–7^о. Причем зимой различие температур ещё больше, до 10–14^о.

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

Световой режим в 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 –20^оС) 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 50–55^оС – это температура, при которой плавится асфальт. Летом, в городах при дневной температуре воздуха 26–27^оС, прогревание почвы происходит до глубины 40 см и может достигать 35^оС. 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 –13^оС, что может привести к опасному промерзанию корней. Таким образом, годовой перепад температур в корнеобитаемых слоях городских почвах может составлять 40–50^о, в то время как в естественных условиях (для средних широт) он не превышает 20–25^о.

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.