Основные экологические факторы в городах существенно отличаются от тех, которые влияют на растения в естественной обстановке. Чаще всего обращается внимание на особенности воздушной среды (загрязнение, запыление), наиболее ощутимо воспринимаемые человеком. Однако в городских условиях сильно видоизменены и другие факторы (температура, световой и гидрологический режим, почвенный покров и т.д.), которые зачастую негативно отражаются на жизнедеятельности растительных организмов.
Температурный режим в городской среде необычен для растений и определяется специфическим микроклиматом города: суточный ход температур в городе выражен не так резко, как в окрестностях, наблюдается ослабление заморозков, удлинение периода с положительной температурой воздуха. Зимой на тех участках города, где убирают снег, почвы сильно охлаждаются и промерзают. Весьма существенны такие особенности, как дневное нагревание асфальта и каменных стен домов и усиленное тепловое излучение от них ночью. Городские территории представляют собой своеобразные «острова тепла», которые характеризуются повышенными, по сравнению с фоновыми, температурами; их влияние распространяется и на окружающие территории. Важным для растений фактором, вызванным потеплением воздуха, является удлинение вегетационного периода и более раннее зацветание. В то же время зеленые насаждения значительно понижают тепловую радиацию в городах, поэтому летом в жаркие дни в скверах и на бульварах температура воздуха ниже в среднем на 7-8 С.
Световой режим в городе определяется не только географическим положением местности, которое обусловливает количество поступающей солнечной радиации, но и состоянием атмосферного воздуха. Значительное снижение прихода солнечной радиации происходит из-за запыления и задымленности воздуха. В городах меняется качество света, т.е. его спектральный состав. Свет содержит меньше ультрафиолетовых лучей и фотосинтетически активной радиации (ФАР). Комплекс данных факторов негативно воздействует на интенсивность фотосинтеза растений
Кроме того, возможно, что на фотопериодические процессы у растений в городе оказывает влияние такой фактор, как утреннее, вечернее и ночное освещение фонарями, хотя его интенсивность недостаточна для влияния на процессы фотосинтеза
Гидрологический режим территорий городов характеризуется ограниченным поступлением воды в почву из-за асфальтовых покрытий, хотя зачастую в черте города осадков выпадает больше, чем в пригородах. Большая часть влаги теряется для растений, поступая в канализационную систему. Кроме того, водный режим растений в городе осложняется повышенной сухостью воздуха, перегреванием запыленных листьев и влиянием загрязняющих веществ на целостность устьичного аппарата. Изолированно растущие деревья в городских условиях страдают от перегрева листовой поверхности и потери воды путем транспирации. Таким образом, города представляют собой более «сухие» территории на фоне окружающего природного ландшафта. Можно отметить, что по состоянию физиологических процессов городские растения по сравнению с их «собратьями» из природных растительных сообществ тех же районов часто бывают ослаблены, а по ряду характеристик «чувствуют себя» так, как если бы они росли значительно южнее. Показатели солевого обмена, водного режима и других процессов ближе к величинам, характерным для растений степей и пустынь.
Почвенные факторы в городских условиях весьма своеобразны. Значительные площади современных городов занимают так называемые «экранированные почвы», закрытые асфальтовым или бетонным покрытием. Ухудшается аэрация почвы, изменяется ее водный, газовый и тепловой режим, при этом нормальное развитие корневых систем становится невозможным. В городах ежегодно при уборке и сжигании листвы из круговорота веществ изымаются необходимые питательные вещества, кроме того, это увеличивает глубину промерзания почвы (из-за отсутствия подстилки). В то же время городские почвы загрязняются тяжелыми металлами, солями, нефтепродуктами, пылью, цементной крошкой, органическими веществами и др.. Минеральное питание растений в городе затруднено тем, что часто отмечается недостаток необходимых, жизненно важных элементов (азот, фосфор, калий, кальций и др.).
Антропогенные факторы. Одной из самых сложных форм воздействия городов на природную среду является ее загрязнение. Под загрязнением понимается привнесение в среду или возникновение в ней новых, обычно нехарактерных для нее химических, физических, биологических агентов и энергетических потоков, повышающих их фоновый уровень, приводящих к нарушению функционирования экосистем или их отдельных элементов.
Загрязнения любого масштаба по многочисленным цепям природных связей переходят из одной среды в другую. На этом пути первыми оказываются автотрофные организмы – растения, которые при этом испытывают комплекс неблагоприятных воздействий, снижающих их устойчивость и полезные человеку свойства. Негативное влияние атмосферного загрязнения в наибольшей степени сказывается на хвойных растениях. Из числа признаков повреждений чаще всего отмечают: сокращение продолжительности жизни хвоинок, их массы (опадение, некроз, уменьшение длины) и, как следствие, значительную изреженность крон, падение линейного и радиального прироста.
Основные типы воздействия человека на растительность – это прямое влияние (сбор растений, рубка, вытаптывание, скашивание и др.) и косвенное изменение человеком среды (орошение, загрязнение почвы и воздуха и т.д.). Наиболее ощутимыми являются воздействия человека на растительный покров, связанные с рекреационной нагрузкой, сочетающие в себе прямые и косвенные влияния – это вытаптывание, уплотнение почвы и ее загрязнение, выламывание растений.
В последние десятилетия чрезвычайно действенным фактором изменения среды для растений служат загрязнения почвы, воздуха и воды в результате производственной деятельности человека.
Характер воздействия загрязненного воздуха на растения зависит от специфики физико-химических свойств токсичных компонентов, их концентрации, продолжительности, частоты и его повторяемости, а также от физико-географических и климатических условий района произрастания и физиолого-биохимического состояния самих растений. Совокупность факторов городской среды оказывает влияние на самые разнообразные звенья обмена веществ растений. Меняется кислотность клеточного сока, под влиянием токсичных веществ снижается содержание нуклеиновых кислот, белков, клетчатки, слабеет способность выделять фитонциды.
По состоянию физиологических процессов городские растения, по сравнению с их собратьями из естественного растительного покрова тех же районов, часто бывают ослаблены, а по ряду характеристик «чувствуют себя» так, как если бы они росли значительно южнее. Показатели солевого обмена, водного режима и другие становятся ближе к величинам, характерным для растений степей и пустынь.
Негативное влияние на фотосинтезирующие органы растений оказывают газообразные загрязняющие вещества. Так, собравшаяся на листьях пыль воздействует путем снижения эффективности солнечного излучения и повышения температуры, а попавшая на почву пыль - через изменения водородного показателя почвы и содержания микроэлементов
Деятельность промышленных предприятий сопровождается усилением загрязнения природных сред (атмосферный воздух, почвенный покров, водные объекты, биота) пылью, выбросами и сбросами побочных продуктов и отходов производственной деятельности, тепловым, электромагнитным, шумовым и другими видами загрязнений.
На территории промышленных предприятий и в производственных зонах городов складывается своеобразная экологическая обстановка. По сравнению с естественной природной средой, кроме наличия загрязняющих газообразных веществ, здесь выше максимальные температуры и их суточная изменчивость, ниже интенсивность солнечной радиации и относительная влажность воздуха, выше запыленность.
Значительную роль в нейтрализации и ослаблении негативных воздействий промышленных зон на работников предприятий, жителей близлежащих кварталов и на окружающую живую природу, в целом, играют зеленые насаждения. Особое значение при этом имеют правильный подбор видового состава и грамотная пространственная организация зеленых насаждений, функциями которых являются улавливание, связывание и нейтрализация потенциально опасных физико-химических элементов и соединений, а также существенное ослабление других негативных последствий деятельности предприятий.
Некоторые растения способны к биологическому накоплению (концентрации) ряда химических соединений. Так, выраженной способностью к поглощению и накоплению свинца обладают клен остролистный, тополь пирамидальный, липа крупнолистная, береза пушистая, а из трав – одуванчик лекарственный. Выраженную способность к аккумуляции фенолов имеют бузина красная, сирень обыкновенная и др.; кроме того, некоторые растения способны накапливать радиоактивные вещества (.
Таблица 1 – Основные растения-индикаторы загрязнения атмосферного воздуха
| Компоненты | Важнейшие древесные породы – индикаторы загрязнения |
| Диоксид серы | Ель европейскаяПихта сибирскаяСосна обыкновеннаяЯсень американский |
| Фтористый водород | Ель европейскаяПихта сибирскаяСосна обыкновенная |
| Аммиак | Липа сердцелистная |
| Хлористый водород | Ель европейскаяПихта кавказскаяЛиственница европейскаяОльха клейкаяЛещина обыкновенная |
| Озон | Сосна веймутова |
| Тяжелыеметаллы | Вяз гладкийБоярышник обыкновенный |
Различные виды, представленные в таблице, чувствительны к определенным загрязняющим веществам. Можно отметить, что одним из видов, зачастую повреждающимся различными загрязняющими веществами, является ель европейская.