Monitoring the state of woody plants in railway impact zone in the Kola Polar region

Full Text

Введение

Территории, прилегающие к железнодорожным вокзалам, являются частью городского озеленения и рассматриваются как единое пространство, которое должно соответствовать высоким стандартам качества городской среды. Эти особые объекты должны выглядеть высоко эстетичными благодаря грамотному благоустройству и озеленению. В оптимизации урбанизированных территорий и способности нивелировать неблагоприятные для человека факторы природного и техногенного происхождения большая роль отводится зеленым насаждениям [1–3].

Для озеленения привокзальных территорий предпочтительны древесные растения. При их использовании для эстетических целей необходимо учитывать, что декоративные качества зависят как от свойств самого растения, так и от условий его произрастания и развития. Декоративные свойства древесных растений необходимо использовать в неразрывной связи с биологическими особенностями растений и условиями внешней среды.

Большой вклад в разработку ассортимента древесных растений для озеленения урбанизированных территорий Кольского Севера вносит Полярно-альпийский ботанический сад-институт (ПАБСИ) им. Н.А. Аврорина [4–9]. В результате исследований, проводимых в ПАБСИ с 1930-х гг., испытано более 20 тысяч образцов древесных растений 944 видов. Наиболее устойчивые виды включены в озеленительный ассортимент, в состав которого в настоящее время входят 44 вида деревьев, 87 видов кустарников и 5 видов древесных лиан, из них 74 % — и нтродуценты [9].

Приоритетной задачей при озеленении урбанизированных территорий ставится полное выявление функций растений, так как ухудшение условий обитания последних приводит к изменению их нормального роста и развития. Несмотря на то, что растения подвергаются комплексному химическому, физическому, биогенному воздействию вследствие загрязнения атмосферы, поверхностных и грунтовых вод, они, тем не менее, остаются основным фактором экологической стабилизации городской среды [10].

Цель исследования — м ониторинг состояния аборигенных и интродуцированных видов древесных растений, произрастающих вдоль путей, на привокзальных территориях городов Кольского Заполярья (Апатиты, Мурманск, Полярные Зори, Оленегорск, Кандалакша) для выявления устойчивых видов при данном типе загрязнения.

Материалы и методы исследования

Провели мониторинговые исследования (2018–2021 гг.) видового разнообразия и состояния древесных насаждений, произрастающих на привокзальных территориях в городах Мурманской области (Мурманск, Оленегорск, Апатиты, Полярные Зори, Кандалакша) на ранее выделенных площадях. Обследуемые территории расположены по правую и левую стороны от вокзала протяженностью до 1 км на расстоянии 5…10 м от железнодорожных путей.

Оценку состояния древесных растений проводили визуальным способом по методике В.С. Николаевского и Х.Г. Якубова [11]. Для каждого растения дали качественную и количественную характеристики. Состояние определяли по 6-балльной шкале. Высоту растений измеряли лазерным высотомером марки Nikon Forestry Pro II. Для повышения экологической значимости и надежности визуальной оценки состояния деревьев рассчитали средневзвешенный балл для наиболее распространенных древесных пород по формуле [12]

${{ Б_{c.c.п.=} =   \frac{\sum (Бс1 * n1 + Бс2 * n2 +... + Бсi * ni +)}{\sum (n1+n2+...+ni)}}}$,

где Б_с.п.п —  средневзвешенный балл состояния породы (вида); n_1…i  —  количество деревьев каждой категории состояния.

В почвах под зелеными насаждениями определили некоторые агрохимические показатели: кислотность, содержание азотного и нитратного азота, обменных форм фосфора и калия [13].

Результаты исследования и обсуждение

Зеленые насаждения на территориях железнодорожных вокзалов в обследованных городах служат преимущественно для эстетического восприятия их пассажирами. Озеленение привокзальных территорий в Мурманской области носило стихийный характер, посадки около вокзалов осуществлялись без озеленительных проектов. Соответственно, интересные с точки зрения ландшафтного дизайна композиции здесь отсутствуют. В посадках доминируют аборигенные древесные виды. Интродуценты, в частности Larix sibirica, вводились по мере эксплуатации железной дороги.

Результаты 3-летнего мониторинга демонстрируют в целом незначительное увеличение видового разнообразия (2018 г. — 22 вида, 2021 г. — 24 вида). Видовой состав древесных растений привокзальных территорий в настоящее время включает 24 вида, из них 12 видов представлены деревьями (аборигенные виды: Sorbus gorodkovii Pojark, Salix caprea L., Picea obovata Ledeb., Populus tremula L., Padus avium Mill., Betula pubescens Ehrh., B. pendula Roth; интродуценты: Larix sibirica Ledeb., Picea pungens, Populus hybrida hort, Malus baccata (L.) Borkh., Tilia cordata Mill.) и 12 —  кустарниками (интродуценты: Syringa josikaea Jacq. fil., Rosa rugosa Thunb., R. pimpinellifolia L., R. sp., Caragana arborescens Lam., Crataegus sanguinea Pall, Spiraea chamaedrifolia L., S. salicifolia L., Sorbaria sorbifolia (L.)A.Br., Lonicera tatarica L.; аборигенные виды: Ribes nigrum L., Ribes rubrum L.). Вышеперечисленные виды относятся к 17 родам (Betula L., Caragana Fabr., Crataegus L., Larix Hill, Lonicera L., Malus Hill, Padus Hill, Picea A. Dietr., Populus L., Ribes L., Rosa L., Salix l., Sorbus L., Sorbaria (Ser.ex DC.) A. Br., Spiraea L., Syringa L., Tilia L.) и 9 семействам (Rosaceae Juss., Pinaceae Lindl., Salicaceae Mirb., Betulaceae S.F. Gray, Caprifoliaceae Juss., Grossulariaceae DC., Oleaceae Hoffmgg ex Link, Fabaceae Lindl., Tiliaceae Juss.).

Наибольшее видовое разнообразие в 2021 г. обнаружено в Оленегорске (12 видов), незначительно меньше в Полярных Зорях (10 видов) и по 11 видов в остальных городах. В некоторых населенных пунктах отмечена тенденция к снижению видового разнообразия. Этому могло способствовать удаление низкодекоративных растений.

По количественному показателю выявлено снижение с 473 (2018 г.) до 362 (2021 г.) экземпляров деревьев и с 172 до 81 кустарника соответственно. Соотношение деревьев и кустарников изменилось незначительно: в 2018 г. 74 % и 26 %, а в 2021 г. — 82 и 18 % соответственно. Доминирующие породы деревьев в 2018 г. (Sorbus gorodkovii (39,1 %), Larix sibirica (13,1 %) и Betula pubescens (12,1 %)) сохранили свое положение в 2021 г.: Sorbus gorodkovii —  39 %, Larix sibirica —  16,9 % и Betula pubescens — 1 3,5 % (табл. 1). Значительные изменения отмечены для кустарников, где доминирующий в 2018 г. вид Rosa rugosa (44 %) заменился в 2021 г. на Caragana arborescens (46,6 %), что связано с удалением Rosa rugosa при реконструкции железнодорожных объектов в г. Полярные Зори и Мурманск. Увеличение количества экземпляров Caragana arborescens вызвано новыми посадками в г. Полярные Зори. Второе место стабильно занимает Syringa josikaea —  18 % в 2018 г., 20 % в 2021 г. (табл. 1).

Таблица 1
Распределение,% от общего числа видов, деревьев и кустарников на привокзальных территориях в 2018 и 2021 гг.

Тип	Вид растения	2018	2021
Деревья	Sorbus gorodkovii	39,1	39,0
	Larix sibirica	13,1	16,9
	Betula pubescens	12,1	13,5
	Populus hybrida	11,1	11,6
	Padus avium	6,1	2,2
	Salix sp.	5,1	5,5
	Betula pendula	4,1	4,1
	Populus tremula	4,1	2,8
	Tilia cordata	4,1	3,6
	Malus baccata	1,1	0,30
	Picea glauca	—	0,30
	Picea obovata	—	0,30
Кустарники	Rosa rugosa	44,0	2,5
	Caragana arborescens	19,0	46,6
	Syringa josikaea	18,0	20,0
	Crataegus sanguinea	7,0	2,5
	Ribes nigrum	5,0	8,6
	Rosa pimpinellifolia	2,0	4,9
	Lonicera tatarica	2,0	1,3
	Spiraea chamaedryfolia	1,0	2,5
	Rosa sp.	0,5	4,9
	Ribes rubra	0,5	2,5
	Sorbaria sorbifolia	0,5	2,5
	Spiraea salicifolia	0,5	1,3

Тable 1
Distribution, %, of trees and shrubs in the railway station areas in 2018 and 2021

Type	Plant species	2018	2021
Trees	Sorbus gorodkovii	39.1	39.0
	Larix sibirica	13.1	16.9
	Betula pubescens	12.1	13.5
	Populus hybrida	11.1	11.6
	Padus avium	6.1	2.2
	Salix sp.	5.1	5.5
	Betula pendula	4.1	4.1
	Populus tremula	4.1	2.8
	Tilia cordata	4.1	3.6
	Malus baccata	1.1	0.30
	Picea glauca	—	0.30
	Picea obovata	—	0.30
Shrubs	Rosa rugosa	44.0	2.5
	Caragana arborescens	19.0	46.6
	Syringa josikaea	18.0	20.0
	Crataegus sanguinea	7.0	2.5
	Ribes nigrum	5.0	8.6
	Rosa pimpinellifolia	2.0	4.9
	Lonicera tatarica	2.0	1.3
	Spiraea chamaedryfolia	1.0	2.5
	Rosa sp.	0.5	4.9
	Ribes rubra	0.5	2.5
	Sorbaria sorbifolia	0.5	2.5
	Spiraea salicifolia	0.5	1.3

Декоративные качества (форма кроны, окраска коры, листвы, цветков и плодов, продолжительность и обильность цветения) максимально проявляются только при хорошем состоянии растений. По мере ухудшения состояния деревьев, а следовательно, и уменьшения их ассимиляционной поверхности снижаются эффективность регуляции микроклимата, чистоты воздуха, продуцирования кислорода и других важнейших функций зеленых насаждений, необходимых для благоприятной экологической обстановки в городах [14].

Изменение состояния зеленых насаждений по результатам трехлетнего мониторинга приведено на рис. 1. Доля древесных растений, не имеющих признаков ослабления, в 2021 г. выросла на 0,7 %. Это произошло за счет посадки новых деревьев или перехода некоторых экземпляров из категории «слабо ослабленные» в более высокую категорию. В то же время у деревьев значительно увеличилась категория «сильно ослабленные» с 31,0 % (2018 г.) до 51,7 % (2021 г.), причиной послужил переход средне ослабленных растений в более низкую категорию из-за отсутствия регулярного ухода. Показатель по категориям «усыхающие» и «сухостой» изменился незначительно. В целом не выявлено значительного ухудшения состояния деревьев за исследуемый период.

Среди кустарников отмечено резкое снижение числа здоровых растений (с 46 до 21 %), при этом существенно увеличилась доля категории «слабо ослабленные» —  56,8 % (рис. 1). Наиболее очевидным критерием ослабленности является наличие сухих ветвей. Выявлено снижение доли сильно ослабленных экземпляров и отсутствие сухостоя, что, связано с проведением своевременных санитарных рубок.

Рис. 1. Распределение категорий состояния обследуемых деревьев и кустарников в 2018–2021 гг.

Fig. 1. State of surveyed trees and shrubs in 2018–2021

Мониторинг состояния древесных растений отдельно по видам выявил наибольший процент растений первой категории (без признаков ослабления) среди аборигенных видов деревьев у Betula pubescens (2018 — 16,0 %, 2021 — 16,3 %), среди интродуцентов — у  Larix sibirica (2018 — 11,0 %, 2021 — 11,5 %) и Malus baccata (2018 — 100 %, 2021 — 100 %). Последний вид представлен в небольшом количестве в Кандалакше. Ослабленные в разной степени экземпляры выявлены у всех видов деревьев, кроме Malus baccata (рис. 2). Сравнительно высок процент категории «усыхающие» у Padus avium (25 %) и Sorbus gorodkovii (14 %). У Salix caprea отмечено резкое снижение растений данной категории с 37 (2018 г.) до 5 % (2021 г.). Основная причина уменьшения данного показателя связана с удалением усыхающих растений.

Мониторинг состояния декоративных кустарников выявил резкое снижение доли растений первой категории у Caragana arborescens с 87 (2018 г.) до 10,8 % (2021 г.), основной причиной является ослабленное состояние молодых посадок в период приживаемости. У Rosa pimpinellifolia и Crataegus sanguinea этот показатель остался практически неизменным (рис. 3). У большинства видов кустарников преобладают ослабленные растения. Отмечено ухудшение состояния у Lonicera tatarica. Несмотря на то, что данный вид относится к устойчивым видам, первостепенной причиной его плохого состояния следует считать старовозрастность посадок и отсутствие целенаправленного ухода.

Мониторинг состояния наиболее распространенных древесных пород в городах выявил, что у Betula pubescens процент здоровых экземпляров сохранился почти на прежнем уровне на железнодорожных вокзалах городов: Апатиты в 2018 и 2021 гг. по 33 %, Оленегорск в 2018 г. — 16 %, в 2021 г. — 20 % и Кандалакша в 2018 г. — 9 %, в 2021 г. — 7 % (рис. 4). В то же время резкие изменения показателей состояния произошли в городах Полярные Зори и Мурманск. В Мурманске отмечен значительный рост здоровых растений, в Полярных Зорях, напротив, выявлено ухудшение состояния данного вида, что связано с санитарным уходом за насаждениями (своевременным в Мурманске и отсутствием в г. Полярные Зори).

В городах Апатиты и Кандалакша по высоте выявлены наиболее крупные экземпляры, которые характеризуются плотными кронами, ровными стволами высотой от 8 до 14 м и диаметром стволов от 15 до 63 см. В других городах у Betula pubescens более низкие показатели: высота от 4 до 12 м, диаметр стволов от 10 до 39 см.

Среди основных аборигенных видов деревьев самое неблагополучное состояние осталось у Sorbus gorodkovii (рис. 4). При этом растения первой категории в 2021 г. появились в Апатитах наряду с Мурманском и Оленегорском (в 2018 г.). Самая распространенная категория состояния у данного вида —  «сильно ослабленные» экземпляры. Во всех городах, за исключением г. Полярные Зори, отмечен высокий процент растений категории «усыхающие» и «сухостой», что свидетельствует о необходимости санитарного ухода в ближайшее время. Снижению декоративности Sorbus gorodkovii способствует ее многоствольность. Высота растений составляет от 3 до 15 м, доминируют экземпляры 5…6 м. Диаметр стволов колеблется от 4 до 22 см. Экземпляры с более крупным диаметром удалены из-за потери декоративности. Основными признаками ослабленности деревьев данного вида являются односторонность и сильная изреженность крон, глубокие трещины на стволах, отлупы коры, сухие ветки, повреждения вредителями и болезнями.

Рис. 2. Состояние интродуцированных и аборигенных видов деревьев

Fig. 2. State of introduced and native tree species

Рис. 3. Состояние кустарников на привокзальных территориях

Fig. 3. State of shrubs in the railway station areas

Рис. 4. Мониторинг состояния наиболее распространенных древесных пород на территории железнодорожных вокзалов

Fig. 4. Monitoring the state of the most common tree species in the railway sta-tion areas

Из дендроинтродуцентов на привокзальных территориях распространена Larix sibirica (см. рис. 4), которая считается одним из устойчивых видов в городах Кольского Севера [15]. Анализ состояния Larix sibirica в 2021 г. показал, что процент здоровых растений остался на прежнем уровне, кроме г. Оленегорск (отсутствует). Экземпляры первой категории отличаются стройными стволами, ажурными кронами, хорошим охвоением и обильным плодоношением. Анализ категорий ослабленных растений выявил, что в Оленегорске и Апатитах значительно вырос процент слабо ослабленных. В Полярных Зорях и Мурманске доминирует категория «сильно ослабленные», к которым отнесены экземпляры с механическим повреждением крон и стволов (удаление вершин и крупных веток при проведении электрокабеля).

Мониторинг состояния кустарников показал, что доминирующим видом, как сказано выше, является Caragana arborescens, у которой изменились количественный и качественный показатели. Первый показатель увеличился в Полярных Зорях, где к молодым растениям (высотой 0,5…1,5 м) были подсажены новые экземпляры (высотой 0,3…0,5 м). Снижение категории состояния (растения из первой категории (2018 г.) перешли во вторую (2021 г.)) могло произойти из-за отсутствия подкормок минеральными или органическими удобрениями, которые необходимы для молодых растений. Недостаток питательных веществ сказался на росте (прироста практически нет) и слабом облиствлении. В других городах особых изменений не выявлено.

Средневзвешенный балл состояния распространенных деревьев и кустарников на привокзальных территориях показал отсутствие существенных изменений состояния видов в целом (табл. 2). Можно отметить, что из всех обследуемых городов ухудшение среди всех доминирующих древесных растений выявлено в г. Полярные Зори.

Таблица 2 Средневзвешенный балл состояния деревьев и кустарников

Города	Larix sibirica	Betula pubescens	Sorbus gorodkovii	Caragana arborescens	Syringa josikaea
Мурманск	3,6 3,8	2,6 2,6	3,2 4,2	2,3 1,7	3,5 3,9
Оленегорск	3,1 2,7	2,4 2,0	3,8 3,8	—	2,0 2,0
Апатиты	2,8 2,4	2,2 3,5	3,7 4,0	1,0 1,0	3,0 3,0
Полярные Зори	2,5 3,0	1,3 3,0	2,5 3,8	1,0 1,9	1,0 2,0
Кандалакша	—	3,5 3,0	3,4 4,7	— 1,0	—

Примечание: значение над чертой 2018 г., под чертой —  2021 г. «—» —  вид отсутствует.

Table 2 Average score of the state of trees and shrubs

City	Larix sibirica	Betula pubescens	Sorbus gorodkovii	Caragana arborescens	Syringa josikaea
Murmansk	3.6 3.8	2.6 2.6	3.2 4.2	2.3 1.7	3.5 3.9
Olenegorsk	3.1 2.7	2.4 2.0	3.8 3.8	—	2.0 2.0
Apatity	2.8 2.4	2.2 3.5	3.7 4.0	1.0 1.0	3.0 3.0
Polyarnye Zori	2.5 3.0	1.3 3.0	2.5 3.8	1.0 1.9	1.0 2.0
Kandalaksha	—	3.5 3.0	3.4 4.7	— 1.0	—

Note: the value above the line is 2018, below the line is 2021. «—» —  not available.

На состояние растений оказывает влияние целый спектр факторов, особая роль принадлежит кислотности почв и наличию доступных форм элементов минерального питания [16]. Проведенное в 2021 г. повторное обследование кислотного и питательного статусов почв привокзальных территорий выявило, что в городах Апатиты, Кандалакша и Полярные Зори наблюдался рост значений рН, в Мурманске он остался без изменений, а в Оленегорске произошло смещение реакции среды в более кислую сторону. Как показало определение аммония и нитратов в образцах почв, количество минеральных форм азотистых соединений во всех образцах осталось на низком уровне обеспеченности (табл. 3). В Мурманске и Оленегорске содержание аммонийного азота в почве достигло нулевых значений, что, безусловно, не благоприятным образом сказывается на росте и развитии растений.

Таблица 3 Агрохимические свойства почвенных субстратов железнодорожных объектов обследуемых городов

Город	pH (KCl)	NO3–, мг/100г	NH4+, мг/100г	P2O5, мг/100г	K2O, мг/100г
Мурманск	6,61 6,76	0,62 0,00	0,51 0,73	152,7 129,5	23,5 —
Оленегорск	5,00 4,35	0,39 0,00	0,84 0,98	132,2 223,2	25,0 —
Апатиты	5,69 6,08	1,47 1,24	1,74 2,04	329,0 387,8	250,0 —
Полярные Зори	5,71 6,42	0,39 1,32	2,18 1,02	199,7 94,0	75,0 —
Кандалакша	6,15 7,09	0,2 1,39	1,60 0,94	135,1 152,7	32,5 —

Примечание. Значение над чертой 2018 г., под чертой — 2021 г. «—» — вид отсутствует.

Table 3 Agrochemical soil properties of railway station areas

City	pH (KCl)	NO3–, мг/100г	NH4+, мг/100г	P2O5, мг/100г	K2O, мг/100г
Murmansk	6.61 6.76	0.62 0.00	0.51 0.73	152.7 129.5	23.5 —
Olenegorsk	5.00 4.35	0.39 0.00	0.84 0.98	132.2 223.2	25.0 —
Apatity	5.69 6.08	1.47 1.24	1.74 2.04	329.0 387.8	250.0 н/д
Polyarnye Zori	5.71 6.42	0.39 1.32	2.18 1.02	199.7 94.0	75.0 —
Kandalaksha	6.15 7.09	0.2 1.39	1.60 0.94	135.1 152.7	32.5 —

Note: the value above the line is 2018, below the line is 2021. «—» —  not available.

Обеспеченность подвижным фосфором почв достаточно высокая (>100 мг/100 г), особенно в Апатитах. Присутствие повышенных концентраций фосфора в почвах может быть вызвано использованием противогололедных материалов на железнодорожных путях, промышленным загрязнением, воздействием бытового мусора и другими причинами.

Заключение

В результате мониторинговых исследований зеленых насаждений на территориях железнодорожных вокзалов городов Мурманской области выявлено незначительное увеличение видового разнообразия (22 вида — 2 018 г., 24 вида — 2 021 г.). Видовой состав древесных растений ограничен и составил 16 % (2018 г.) и 17,5 % (2021 г.) от озеленительного ассортимента (137 видов). Следовательно, имеется большой резерв видов для озеленения объектов, расположенных вдоль железных дорог.

Состояние древесных растений на привокзальных территориях зависит от уровня антропогенных нагрузок, возраста насаждений и регулярности ухода. За период 2018–2021 гг. отмечено несущественное увеличение доли категории растений «без признаков ослабления» при значительном росте категории «сильно ослабленные» (с 31,0 до 51,7 %). Показатель по категориям «усыхающие» и «сухостой» изменился незначительно.

Средневзвешенный балл состояния наиболее распространенных видов деревьев продемонстрировал отсутствие выраженных изменений. Наблюдаются переходы в более низкие категории у Sorbus gorodkovii в Мурманске, Полярных Зорях и Кандалакше, у Betula pubescens —  в Апатитах и Полярных Зорях. Среди кустарников отмечено незначительное ухудшение состояния у Caragana arborescens и Syringa josikaea в г. Полярные Зори.

Проведенный мониторинг не выявил особых изменений состояния как аборигенных, так и интродуцированных видов за исследуемый период. При регулярном уходе растения могут переходить из одной категории в другую. Существующие виды древесных растений устойчивы в данных экологических условиях и могут быть рекомендованы для озеленения объектов такого назначения.

About the authors

Ekaterina A. Sviatkovskaya

Polar-Alpine Botanical Garden-Institute of N.A. Avrorin of the Kola Scientific Center of the Russian Academy of Sciences

Email: sviatkovskaya@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-4069-7020

Researcher, Laboratory of Decorative Floriculture and Landscaping

18a Academgorodok, Apatity, Murmansk Region, 184209, Russian Federation

Natalia V. Saltan

Polar-Alpine Botanical Garden-Institute of N.A. Avrorin of the Kola Scientific Center of the Russian Academy of Sciences

Email: saltan.natalya@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-5905-9774

Candidate of Biological Sciences, Senior Researcher, Laboratory of Decorative Floriculture and Landscaping

18a Academgorodok, Apatity, Murmansk Region, 184209, Russian Federation

Marina S. Umanets

Polar-Alpine Botanical Garden-Institute of N.A. Avrorin of the Kola Scientific Center of the Russian Academy of Sciences

Email: mar.umanets@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-5702-3858

Junior researcher, Laboratory of Decorative Floriculture and Landscaping

18a Academgorodok, Apatity, Murmansk Region, 184209, Russian Federation

Nadezhda N. Trostenyuk

Polar-Alpine Botanical Garden-Institute of N.A. Avrorin of the Kola Scientific Center of the Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: tnn_aprec@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-6574-9624

Researcher, Plant Introduction and Acclimatization Laboratory

18a Academgorodok, Apatity, Murmansk Region, 184209, Russian Federation

References

Supplementary files