ФИТОРЕМЕДИАЦИЯ, МЕДИЦИНСКИЙ ФИТОДИЗАЙН И ГАРДЕНОТЕРАПИЯ ДЛЯ УЛУЧШЕНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ СИТУАЦИИ В ГОРОДАХ КАЗАХСТАНА

 Авторы проекта и стартапа:

Cүлеймен Ерлан Мэлсұлы

Исаева Акмарал Умурбековна

Каиргалиев Бекежан Шамшитдинович

Шевцов Сергей Александрович

 

АКТУАЛЬНОСТЬ ПРОБЛЕМЫ

 

Остро стоящая проблема борьбы с загрязнением окружающей среды, рассматриваемая сегодня как практическая задача, требует разработки и внедрения комплексных программ по оздоровлению экологической обстановки, сохранению биологического разнообразия, повышению качества почв и озеленения городов. При этом данные стратегические цели, задачи и принципы государственной политики в области экологии закреплены в Концепции развития экологической сферы Республики Казахстан на 2021-2025 годы (Якимова О. Н., 2021; Исаева А.У., 2023;    Lee B. X. Y., Hadibarata T., Yuniarto A., 2020; James A. et al., 2024).

Развитие научно-технического прогресса человечества привело к формированию техногенного круговорота веществ и загрязнению всех компонентов биосферы. Содержание химических элементов в растениях коррелирует с их содержанием в атмосфере и почве, и поэтому, крайне важно не только определять содержание токсикантов в них, но и изучить механизмы и законы их миграции, что позволит регулировать, контролировать и прогнозировать передвижение тяжелых металлов по трофическим (пищевым) цепям, вплоть до человека. Решение проблемы получения экологически безопасной продукции на загрязненных территориях невозможно без учета миграции и аккумуляции тяжелых металлов в почвенном профиле (Храмова Л. Н., Степень Р. А., Соболев С. В., 2012: Бекузарова С. А. и др., 2020;     Ghosh P. et al., 2023; Nissim W. G. et al., 2023; Mehta J. et al., 2024).

Растения поглощают из воздуха разнообразные вредные и токсичные химические вещества и задерживают большое количество пыли. Кроме того, зеленые насаждения способствуют формированию микроклимата территории города и обеспечивают защиту человека от негативных атмосферных, т.е. климатических воздействий. Древесные растения очищают, увлажняют и обогащают кислородом атмосферу городов, изменяют радиационный и температурный режимы, уменьшают силу ветра и шум. Озеленение города очень важно для поддержания оптимального состояния городской среды за счет поглощения пыли и токсичных газов, образования гумуса и улучшения плодородия почвы, а также положительного влияния на климат [23].

Айбазов Р. А. (2022) пишет, что при формировании объектов озеленения можно дополнительно использовать: восстановленные, нарушенные территории вокруг общественных объектов, жилых зданий, пешеходных маршрутов; намывные территории для городов, расположенных вблизи рек, озер и океанов, где возможно построить парк на массивах. Многообразие используемых систем городского озеленения обусловлены наличием специального государственного градостроительного планирования - расположение общественных объектов, жилых зданий, заводов; архитектурно планировочные решения территорий; план дорог; возможность организация единой системы зеленых насаждений [2].

Жучков Д. В., Фетисов Д. М., Макаренко В. П. (2023) приводят данные, что в зарубежной литературе в исследованиях по устойчивости и планированию городов используются термины «зелёная инфраструктура» (green infrastructure) и, более узкий - «зелёная инфраструктура городов» (urban green infrastructure). Не останавливаясь на подробном анализе, отметим, что наиболее распространённым является использование термина «зелёная инфраструктура» для определения мультифункциональной сети взаимосвязанных природных и природно-антропогенных пространств (систем), которая формируется и управляется для обеспечения экосистемных услуг, сохранения биоразнообразия и других функций. В этом случае зелёная инфраструктура городов определяется как специально создаваемая (организованная) сеть зелёных пространств и систем в пределах и вокруг городской застройки, обеспечивающая поддержание комплекса экологических и культурных функций (экосистемных услуг), в том числе связь городской среды с пригородной сельской местностью [6, 7].

 

ВВЕДЕНИЕ В ФИТОТЕХНОЛОГИИ

 

Казахстан должен стать конкурентоспособной страной в области развития «зелёной экономики», так как это влияет на Глобальный рейтинг конкурентоспособности, где Казахстан должен ориентироваться на 50 позицию, которая без озеленения всей инфраструктуры невозможна (Абдешов Д. Д. и др., 2023; Арланкызы И. А., Самойлов К. И., 2024).

Многие страны, в том числе Республика Казахстан, официально приняли на государственном уровне стратегию устойчивого развития, включая блок политических, социальных, экономических и экологических вопросов. Отдельное внимание уделяется последним, затрагивающим процессы от глобальных климатических изменений до формирования комфортной городской среды. При этом стратегическим направлением устойчивого развития населённых пунктов страны является управление зелёными насаждениями не только в городской черте, но и на окружающих пригородных территориях [1].

Как считают Большакова А. Д., Зазнобина Н. И., Ковалева Т. А. (2023), концепция экосистемных услуг в настоящее время является одним из ключевых понятий, описывающих отношения между природными экосистемами и человечеством в рамках устойчивого развития. При этом особое внимание уделяется экосистемным услугам в крупных мегаполисах как территорий с наибольшей плотностью населения [6].

С помощью правильно выращиваемых растений достижимы три цели для здоровья казахстанцев:

1.      Очистить атмосферу и почву городов от токсикантов

2.      Снизить температуру в городах при жаре

3.      Увеличить фитонциды в специальных местах

Во всём мире, атмосферный воздух в последние десятилетия интенсивно загрязняется путем привнесения в него или образования в нем загрязняющих веществ в концентрациях, превышающих нормативы качества или уровень естественного содержания, оказывающие вредное воздействие на организм [1, 2, 34].

Термином «зеленые насаждения» называется совокупностью древесных, кустарниковых и травянистых растений на определенной территории. В городах они выполняют ряд функций, которые способствуют созданию оптимальных условий для труда и отдыха жителей города, основными из которых являются улучшение воздушного бассейна города и улучшение микроклимата.

По данным, утвержденным ВОЗ (Кайдалова Е. В., 2019), на одного местного жителя в городе должно приходиться 50 м² городских зеленых насаждений (газонов, кустарников, деревьев), а также 300 м² загородных. Согласно данной норме плохими по условиям озеленения можно считать города, в которых зеленый покров занимает менее 10% площади, а для хорошего уровня эта цифра вырастает до 40-60% [2, 22].

Зеленые насаждения выполняют в городе разнообразные функции, которые можно условно разделить на 2 группы:

- санитарно-гигиенические;

- декоративно-планировочные.

Классическими задачами (Попова И. Н., Кирина И. Б., Хорошкова Ю. В., 2021) озеленения городов т.о., является:

1.     Эстетико-психическое воздействие растений на человека посредством красоты формы и цвета.

2.     Улучшение воздушной среды обитания человека (тонизирующие, успокаивающие запахи).

3.     Обеззараживание, оздоровление окружающей среды, в основном за счёт летучих фитонцидов.

4.     Очищение воздуха от газов, пыли, дыма, снижение шума растениями и другие.

5.     Биоиндикация, то есть использование растений как живых индикаторов загрязнения воздуха, почвы и воды.

6.     Изучение состояния самих растений в помещениях и на открытых пространствах с целью подбора наиболее эффективных и хорошо растущих видов.

Санитарно-гигиеническая и микроклиматическая функции зелёных насаждений противостоят негативному антропогенному воздействую на окружающую среду города. Реализация этих функций связана со способностью растений выделять кислород и поглощать углекислый газ, адсорбировать загрязняющие вещества (оксиды углерода, азота, серы и др.), подавлять действие бактерий (фитонцидная роль), регулировать микроклимат. Давно и достоверно известно, что люди, проживающие в пешей доступности от парков, скверов и бульваров, реже страдают заболеваниями дыхательных путей, психическими расстройствами, сокращается риск ожирения и диабета II степени (Жучков Д. В., Фетисов Д. М., Макаренко В. П., 2023).

Экологическая  функция  составляющих  зелёного каркаса городов РК заключается  в поддержании  репродуктивности  природной  или  природно-антропогенной среды в определенных,  приемлемых  для  жизнедеятельности  пределах [9].

Природные  и  искусственно  озелененные  территории  являются средоопределяющей  основой  экологического  каркаса.  Взаимодействие  всех  элементов  экологического  каркаса  позволяет существовать ему как единой системе, а при правильной его организации способствовать успешному функционированию при минимальном участии со  стороны  человека.  В  структуре  экокаркаса,  как  правило,  выделяют следующие  элементы:  основные  ядра  и  узлы,  представляющие природоохранный  каркас;  коммуникативные  и  вспомогательные структуры,  обладающие  свойством  связующих  элементов  выделенных сновных ядер и участков экологического каркаса.  И, как правило, все эти элементы  выполняют  широкий  спектр  функций:  средостабилизирующих, природоохранных, эстетических и рекреационных (Казкенова Г. Т. и др., 2023).

ОСНОВНЫЕ МЕХАНИЗМЫ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОЗДОРОВИТЕЛЬНЫХ ФИТОТЕХНОЛОГИЙ В ГОРОДАХ

 

Широко известно (Прокопенко В. В., 2023), что зеленые насаждения способствуют возникновению постоянных воздушных течений. В жаркие дни такие воздушные течения идут от насаждений, а вечером и ночью на открытых местах воздух быстрее охлаждается и устремляется к более устойчивому в тепловом отношении зеленому массиву. Теплый городской воздух поднимается вверх, всасывает воздушные массы с окружающих загородных территорий, нередко образуя ветер. Такой ветер возникает  при  разности  температур  5°С  и  разности  давления  0,07 мбар;  чаще всего он наблюдается на окраине города в утренние часы и удерживается до полудня. Подобные воздушные течения улучшают микроклимат города.

Относительная влажность воздуха летом на городских бульварах и скверах на 2-8% выше, чем на открытой площади, а в городских лесопарках на 10-13%. В тени хорошего густого, здорового сада в жаркий день температура воздуха на 7-8^оС, а в лесопарке на 10^оС ниже, чем на открытой местности. Полоса зеленых насаждений в несколько десятков метров шириной и больше 10 м в высоту снижает скорость ветра с 10 до 2 м [13, 23].

Прокопенко В. В. (2023) пишет, что влияние растительности на влажность воздуха проявляется на расстоянии, превышающем высоту растений в 15-20 раз. Даже относительно неширокие (10,5 м) посадки деревьев и кустарников способствуют заметному увеличению относительной влажности воздуха на расстоянии до 100-200 м, на больших расстояниях (до 600 м в окружности) их влияние снижается. За исключением  дней  с  очень  высокой  температурой  повышение  относительной влажности воздуха воспринимается человеком как понижение температуры. Например, повышение относительной влажности воздуха на 15 % воспринимается как понижение температуры на 3,5°С. 

Машинским Л. О. (1973) было выявлено, что в большом парке среднемесячная температура на 0,3-1,1°С ниже, чем среди многоэтажной каменной застройки, а среди насаждений сквера - на 0,4-0,5°С. Относительная среднемесячная влажность воздуха в насаждениях парка выше на 4-9 %, а в насаждениях  сквера  в  подавляющем  большинстве  случаев -  на  3-5 %,  чем среди многоэтажной каменной застройки.  

Эти исследования показали, что различия в температурно-влажностном режиме резко проявляются в наиболее жаркие дни и часы. Разница в температуре  воздуха  на  городских  улицах  и  внутри  жилого  квартала,  имеющего хорошо озелененный внутриквартальный небольшой участок, по сравнению с температурой воздуха в парке составляет 7-11°С, а  относительная влажность городского  воздуха  - 38-46 %,  т. е.  на  городских улицах  возникает своего рода климат пустыни с иссушающей жарой, в то время как среди насаждений создаются условия климатического комфорта [13].

Известно, что в теплый и солнечный день один гектар леса в парке выделяет 100-200 кг кислорода. Один гектар хвойных деревьев задерживает до 40 тонн пыли в год, а лиственных - около 100 тонн. В вегетационный период тополь, растущий около цементного завода, способен осадить 53 кг пыли, ива - 34, клен - 320, вяз с мелкими листьями - 60 кг. В результате запыленность воздуха в городском парке снижается летом на 42% по сравнению с неозелененной территорией, а зимой на 37% (Прокопенко В. В., 2023).

Разность температуры и влажности воздуха в приземном слое на асфальтовой площадке и в  приземном слое густых насаждений составляет  9°С  и 43 % соответственно. Это объясняется тем, что сомкнутый древесный полог задерживает солнечную энергию и препятствует излучению с  поверхности почвы. В насаждениях со сквозистой кроной деревьев колебание значительно меньше - на 3,5°С и на 23% соответственно. Колебания по этим показателям наблюдаются также и на газоне, но в меньшем размере. В жаркие дни (выше 30°С) в крупном парковом массиве на высоте 1,5-2,0 м в результате воздушных течений эти колебания уменьшаются и составляют 0,3-1,2°С и 1-9 % соответственно. В более прохладные дни сильные воздушные течения вообще не образуются, в этом случае температура и влажность воздуха определяются уже местными условиями [13].

Учет этого обстоятельства имеет большое значение при создании условий оптимального проветривания внутри зеленых массивов, подборе ассортимента и установлении оптимальных соотношений между  различными  типами  насаждений  и  открытыми пространствами в парках и садах. Насаждения из деревьев с плотными и густыми кронами (массивы и группы) должны сочетаться с газонами, лужайками, полянами и насаждениями деревьев со сквозистой ажурной кроной, так как в этом случае обеспечивается лучшее проветривание внутри самого зеленого массива. Сочетание различных по плотности и форме крон насаждений с открытыми пространствами газонов, полян и лужаек значительно увеличивает живописность насаждений (Гостев В. Ф., Юскевич Н. Н., 1991).

Также на орошаемом газоне человек получает тепловой радиации на 40% меньше, чем на оголенной поверхности. Особенно ощутимо защитное влияние растений в южных городах, где в летний зной снижение температуры на 2-3°С уже приносит облегчение и улучшение терморегуляции. Кстати, растения в этом отношении и экономически эффективны: в зданиях, стены которых скрыты деревьями и вьющимися лианами и виноградом диким, расходуется меньше электроэнергии на кондиционирование воздуха, т.е. меняется тепловой режим. Кроме защиты от прямых солнечных лучей, зеленые насаждения оказывают большое влияние на улучшение общего радиационного режима в городе [22, 23, 40].

  

СПОСОБЫ ГАРДЕНОТЕРАПИИ И МЕДИЦИНСКОГО ФИТОДИЗАЙНА

 

Медицинский фитодизайн (МФД) - это использование специально подобранного ассортимента разных живых растений, позволяющих оздоровить микроэкологическую обстановку в помещениях и на открытых пространствах, а также достоверно биохимически улучшить атмосферу и здоровье человека [12, 19, 24].

Второе близкое направление - Horticultural therapy (также известная как гарденотерапия или социально-терапевтическое садоводство) определяется, как вовлечение человека в садоводство и деятельность, основанную на растениях, при содействии квалифицированного терапевта для достижения конкретных целей терапевтического лечения. Садоводы-терапевты - это специально образованные и подготовленные члены реабилитационных бригад (с врачами, психиатрами, психологами, трудотерапевтами и другими), которые вовлекают клиента во все этапы садоводства, от размножения до продажи продукции, как средство улучшения его жизни (Lin Li, 2014).

Механизм действия методов медицинского фитодизайна и гарденотерапии (ГТ):

1.     Фитонциды, летучие эфирные масла и т.п. непосредственно лечат болезни верхних дыхательных путей - ОРЗ, ОРВИ, риниты, бронхиты и многие другие

2.     Вредные вещества из воздуха проникают через «дыхание» в растения, затем в почву и там дезактивируются - это называется фиторемедиация

3.     За счёт испарения и диффузии от растений происходит улучшение ионизации, микроклимата и влажности воздуха

4.     Психологически растения оказывают гармонизирующее действие на состояние горожан.

Как пишут Ткаченко К. Г., Казаринова Н. В. (2008), главные действующие факторы МФД - это «летучие фитоорганические вещества» (ЛФОВ), куда входят фитонциды, эфирные масла и другие «летучие выделения растений», которые  в  условиях  естественного  произрастания или в условиях  закрытых пространств выделяют в окружающую атмосферу вещества, оказывающие выраженный санационный эффект, в том числе и на условно-патогенную и патогенную микрофлору».

В выделяемом растениями комплексе ЛФОВ содержаться самые разнообразные соединения: терпены, спирты, альдегиды, кетоны, алкалоиды, эфирные масла, флавоны, органические кислоты и т.д. В нём обнаружены и специфические вещества, такие как флоризин, абсинтин, кумарин, агропирен, эскулин, скополетин [12].

При этом компонентный состав ЛФОВ, испаряемых в атмосферу, отличается от эндогенного - содержащегося в растениях. Одним из самых изученных компонентов ЛФОВ являются эфирные масла. Считается, что на долю эфирных масел приходиться 80-90% от всего объема ЛФОВ [19].

Задачами МФД и ГТ по Быкову В. А., Рабиновичу А. М., Лазаревой К. Х., Жученко А. А., Зайко Л. Н. (2006) является:

1.      Разработка специального ассортимента растений (из числа лекарственных и эфирномасличных) для обеспечения комплексного оздоровления воздуха помещений и улиц различного назначения.

2.      Разработка рекомендаций по целевому использованию конкретных видов растений для озеленения помещений и улиц разного назначения, а также рекомендаций по уходу и содержанию живых растений в этих помещениях.

3.      Разработка принципа создания современных уютных интерьеров с использованием живых здоровых растений, способных снять стрессовое напряжение, улучшить общее психическое самочувствие, нормализовать кровяное давление, нормализовать общее состояние человека и т.д.

4.      Формирование санитарно-защитных насаждений для оздоровления воздушной среды – это создание аэрофитотерапевтических композиций из фитонцидных и ароматических растений, растений-накопителей пыли, газов, токсинов, тяжёлых металлов, выделяющих полезные ионы, причём указанные комплексы выполняют в виде зон реабилитации, парков (аллей), лечебных газонов с фитонцидными травянистыми растениями, причем лечебные газоны формируют в виде композиций из газонных трав с линейным или шахматным размещением в них фитонцидных травянистых растений.

Согласно И.В. Мишуковой (2017), в мировой практике лечебные сады для гарденотерапии условно классифицируются на: 

1.     Сады на территориях медицинских учреждений; 

2.     Сады на территориях хосписов и психиатрических клиник; 

3.     Сады реабилитационных учреждений и курортов; 

4.     Сады для раковых больных, для людей с болезнью альцгеймера и с другими деменциями;

5.     Сады для пожилых людей.

Примерами таких садов выступают: сад  «Ibuski-no-sono» в Осаке, сад больницы им. Гренвиля в Труро, сад «Horatio’s Garden» в госпитале для пациентов с травмой позвоночника в Глазго, сад в Сингапуре на территории Hort Park, направленный на реабилитацию людей пожилого возраста (Simson S. P., 2007; Lin Li, 2014).

Параллельно с понятием «лечебный сад» в ландшафтную архитектуру прочно входит «сад терапевтический». Это сад, предназначенный для использования в качестве компонента лечебной программы, такой как трудотерапия, физиотерапия или садоводческая терапия и рассматриваемый как подкатегория лечебного сада [22, 39].

Зеленые насаждения, благодаря действию биологических механизмов регулирования энерго- и массообмена в ходе вегетации, повышают влажность воздуха и стабилизируют влагообмен между поверхностью земли и атмосферой.  Древесное  сообщество  снижает  изменчивость  осадков  «на  выходе» (в виде испарения) за вегетационный период в 2,5 раза; травяное сообщество - в 1,5 раза, а агроценоз  в 1,2 раза. Искусственные покрытия, напротив, дисбалансируют процессы влагообмена в городе (Гостев В. Ф., Юскевич Н. Н., 1991). 

Прокопенко В. В. (2023) пишет, что листовая поверхность деревьев и кустарников более чем в 20 раз больше площади, занимаемой проекцией  крон. Если  принять относительную влажность на улице за 100 %, то в жилом озелененном квартале она будет 116 %, на бульваре - 204 %, а в парке - 205 %. На испарение влаги зеленые растения затрачивают энергию, поглощая ее из окружающего пространства, и способствуют тем самым (вместе с  повышенной отражательной способностью листьев по сравнению с грунтовыми и асфальтовыми покрытиями) понижению температуры воздуха в районе зеленых насаждений, что особенно важно в жаркое время.

Зеленые насаждения с успехом можно использовать для очищения городской среды от пыли и газа (Мартиросян С. Н., 2018). Установлено, что многие растения задерживают на пластинах большое количество пылевидных частиц (в облиственном состоянии - 42,2%, а при отсутствии листвы - 37,5%). Зеленые насаждения помогают человеку в борьбе с шумом. Проведенные исследования показывают, что даже в безлиственном состоянии зеленые насаждения снижают уровень шума на 2-6 дБА. Зеленые насаждения также поглощают до 24% звуковой энергии, а оставшуюся ее часть отражают, рассеивая ее во всех направлениях [11, 23].

Известно, насколько зеленые насаждения смягчают летнюю жару и сухость, защищают от палящего солнца и сильных ветров (Поршакова А. Н., Акимова М. С., 2016). Например, в крупных городах температура воздуха летом в скверах и на бульварах в среднем на 1,5-3°С ниже, а относительная влажность на 2-8% выше, чем на открытых площадях, а в городских парках эта разница возрастает в 3-4 раза. Заметный микроклиматический эффект дает даже такой простой озеленительный прием, как замена открытого грунта травяным покровом [18, 22].

 

СПОСОБЫ ФИТОРЕМЕДИАЦИИ

 

Фиторемедиация (ФР) - комплекс методов очистки сточных вод, грунтов и атмосферного воздуха городов и всей планеты с использованием живых растений. Это одно из направлений более общего метода - биоремедиации. Первые научные исследования их были проведены в 50-х годах в Израиле, однако активное развитие метод получил только в 80-х годах XX века [8, 14, 17].

Каждое растение вообще автоматически воздействует благоприятно на окружающую среду для людей и биоценозов разными способами, осуществляя ФР. Основные из них (Щур А. В., Валько В. П., Виноградов Д. В., 2015; Сазонова И. А., 2016):

1.     Ризофильтрация - корни всасывают воду и химические элементы, необходимые для жизнедеятельности растений и перерабатывают их;

2.     Фитоэкстракция – это накопление в организме растения опасных загрязнений (например, тяжёлых металлов) и их обезвреживание;

3.     Фитоволатилизация – это испарение воды и летучих химических элементов листьями растений для удаления;

4.     Фитотрансформация бывает:

a.     Фитостабилизация – это перевод внешних химических соединений в менее подвижную и активную форму (что снижает риск распространения токсических загрязнений);

b.     Фитодеградация – это деградация растениями и симбиотическими микроорганизмами органической (полностью) и другой (до 99%) части внешних загрязнений;

c.      Фитостимуляция – это стимуляция растениями развития симбиотических микроорганизмов, принимающих участие в процессе полной очистки от вредных веществ для здоровья людей.

Многие исследования указывают на способность, например, горчицы белой накапливать в себе тяжелые металлы, что делает ее привлекательной культурой для очистки почв от  потенциально токсичных элементов. В частности, W. Yang, L. Luo, B.C. Bostick, E. Wiita, Y. Cheng и Y. Shen отмечают высокую способность горчицы сарептской накапливать в растениях мышьяк (As) и свинец (Pb). А китайские ученые J. Du, Z. Guo, R. Li, А. Ali, D. Guo, A.H. Lahori, Р. Wang, Х. Liu, Х. Wang, Z. Zhang (2020) выделяют горчицу сарептскую (в частности), как наиболее перспективную для фиторемедиации культуру, поскольку она характеризуется высокой переносимостью и способностью накапливать кадмий (Cd) и цинк (Zn).

В своих исследованиях S.S. Dhalіwal, Р.К. Taneja, J. Sіngh, S.S. Bhattі, R. Sіngh отмечают, что из трех видов семейства Brassicaсеа: B. juncea L., B. campestris L. и B. napus L. больше всего Cd из почвы поглощает именно   горчица сарептская. Р. Modlitbova, Р. Porizka, S. Stritezska, S. Zezulka, М. Kummerova, К. Novotny, J. Kaiser сообщают о высокой накопительной способности абсорбции Cd у горчицы белой. Колушпаева А.Т. и Акбасова А.Д. указывают, что при помощи горчицы сарептской возможна очистка почв от загрязнения ртутью (Hg). А исследования Постникова Д.А. и Норова М.С. показывают, что при чередовании горчицы белой и сафлора уже через четыре года можно существенно снизить загрязненность тяжелыми металлами корнеобитаемого слоя почвы [7, 29, 38].

Как доказано во многих ESG-проектах, вредные вещества, выбрасываемые в воздух только одним автомобильным транспортом, составляют миллионы тонн и превышают пределы способности атмосферы к самоочищению и губительно действуют на здоровье людей, а также на физиологию и безопасность пищевых растений на рядом лежащих полях.

Однако известны во всём мире многочисленные практические разработки, патенты и способы очистки воздуха, например, с помощью растений, которые с помощью корневой системы извлекают тяжелые металлы из почвы и надземными органами из воздуха (патент США №7049492 «Thlaspi caerulescens subspecies for cadmium and zinc recovery») и многие другие подобные.

ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ДЛЯ ОЗДОРОВИТЕЛЬНОГО ОЗЕЛЕНЕНИЯ ГОРОДОВ

 

Самыми лучшими патентами для очищения воздуха и почв городов Казахстана и СНГ являются способы использования наборов растений, обладающих гипераккумулирующей способностью сорбировать токсиканты именно из воздуха [1, 17, 20].

Известно, например, изобретение - способ фиторемедиации (Тебиева Д.И., Бекузарова С.А., Бекмурзов А.Д., Кебалова Л.А., 2020), включающий использование растений, аккумулирующих токсические и вредные вещества, в котором растения высеваются вдоль дорог, шириной полосы - 3-4 м (хотя, согласно данным других методик, достаточно и 1-2 м, при правильном применении агротехники), а в качестве растений, аккумулирующих токсические и вредные вещества используется смесь растений различных семейств следующего состава, %:

- пасленовые, 40-50

- крестоцветные, 20-30

- астровые, 20-25

- бобовые, 10-15

- злаковые, 10-15

А в последующие годы, по авторам, используется самосев растений.

Значительным свойством (согласно вышеназванному патенту) адсорбировать соединения, например, кадмия являются растения семейства пасленовых [20]:

- никандра физалисовидная (Nicandra phisaloides L.), высота которой достигает более 1 метра;

- петуния (Petunia Juss);

- физалис (Physalis L);

- паслен (Solarium, L).

Это всё однолетние растения, произрастающие повсеместно вдоль дорог и на пустырях. Посев таких трав значительно очищает воздух не только от соединения кадмия (из воздуха более 30%), но и от других вредных веществ. Учитывая такие возможности пасленовых, их количество превалирует по отношению к другим подобранным видам в этом способе данных авторов для фиторемедиации (около 40-50%).

А из семейства крестоцветных высевают [20]:

- горчицу белую или сарептскую (Sinapis alba L. и Brassica juncea Czern.), в пределах 1,2-1,5 млн шт./га при сплошном способе сева и 0,8-1,0 млн шт./га при широкорядном. Они относятся к культурам длинного дня, характеризуются яровым типом развития. Растения имеют стержневую хорошо разветвленную и глубоко проникающую корневую систему, устойчивы к полеганию, в семенах содержат жирные и эфирные масла, обладают фитосанитарными и мелиоративными свойствами, являются прекрасными медоносами. М. Абрамик и С. Гуринович считают, что оптимальной для горчицы белой является густота продуктивных растений в пределах 100 - 120 растений/м². По данным Занозиной О.Д., Бушнева А.С.и Трубиной В.С. наилучшей нормой высева, обеспечивающей высокий урожай лучшего качества, для горчицы сарептской является 93 шт./м². Вообще, это однолетнее растение имеет высоту 25-100 см, его цветки бледно-жёлтые или белые, собраны в многоцветковое (25-100 цветков) кистевидное соцветие; ноготок в 1½ раза короче отгиба. Цветоножки при плоде горизонтально отклонённые, реже восходящие, 0,8-1,3 см длиной. Растение насекомоопыляемое.

- рыжик озимый (Camelina silvestris Waller), который характеризуется большим количеством листьев при высоте 70 см. Листья и стебли опушенные, за счет чего из воздуха поглощается большее количество вредных веществ, в том числе соединения ртути и мышьяка, что не присуще другим семействам растений, произрастающих на обочинах дорог.

- сурепку обыкновенную (Barbarea vulgaris R.BR.), которая распространена на территории всего СНГ. Встречается на пустырях, садах, вдоль дорог. Стебель - прямой разветвленный, достигает высоты 30 - 80 см.

А также из семейства сложноцветных (Asteraceae) вышеназванные авторы рекомендуют использовать [20]:

- цикорий обыкновенный (Cichorium intubus L.), широко распространенном в естественном фитоценозе придорожных полос, достигая высоты до 1,5 метров. Его корневая система глубоко проникает в почву, листья крупные. Обладает высокими аккумулирующими свойствами, поглощает ряд вред вредных веществ из воздуха (углеводороды, оксиды углерода, соединения хлора, выхлопные газы и др.)

- девясилом высоким (Inula helenium L.) - многолетним травянистым растением высотой до 1,5 метров. Стебель прямостоячий, опушенный, бороздчатый, вверху ветвистый. Листья крупные очередные, цельные, продолговато-эллиптические. Корневище толстое (до 5 см), мясистое, часто многоглавое. От корневища отходят придаточные корни.

По данным Тебиевой Д.И., Бекузаровой С.А., Бекмурзова А.Д. и Кебаловой Л.А. (2020) в качестве бобовых травянистых растений (Trifólium) рекомендуется высевать такие виды, как Trifolium (incarnatum, alexandrinum, resupinatum), которые хорошо облиственны и способны сорбировать значительное количество токсических элементов. Представителей этих видов не скашивают, оставляя их для возобновления роста с помощью семян, осыпающихся в начале июня.

При этом можно использовать любой вид клевера, растения семейства Бобовые (Fabaceae), включающего около 400 видов, которое может быть однолетнее, двулетнее и многолетнее, небольших или средних размеров, корень стержневой, цилиндрический или веретенообразный; ряд видов образует корневища, стебель цилиндрической формы, восходящий или прямой, реже простёртый, иногда древеснеющий в основании.

Корни клевера несут на своих ветвях особого рода вздутия - клубеньки, встречающиеся и у других бобовых. Внутри клубеньков поселяются специальные клубеньковые бактерии (Rhizobium trifolii и т.п.), способные фиксировать азот из воздуха, содержащегося в почве, а затем передавать его растению (и людям для выращивания еды) в удобной для ассимиляции форме. Это объясняет всё накопление азота в почве, где рос клевер или другие бобовые. Опылителями клевера являются преимущественно шмели и пчёлы. Оно, как правило, перекрёстное, а самоопыление происходит редко (Магомедов К., Вологирова Ж., 2021).

Кроме того, из представителей семейства злаковых рекомендуется использовать для фиторемедиации городов ячмень и рожь  другие злаковые следующим образом. Например:

- ячмень (лат. Hordeum) - род растений семейства Злаки (Poaceae), как один из древнейших злаков, возделываемых человеком, используется для гипераккумуляции тяжёлых металлов. Широко распространено для этого возделывание ячменя обыкновенного (Hordeum vulgare), а другие виды возделываются изредка или произрастают в диком виде. Представители рода Ячмень - однолетние, двулетние или многолетние травы, листья в почке свёрнутые, язычок короткий  [39].

- рожь посевная, или рожь культурная (лат. Secale cereale) – это однолетнее или двулетнее травянистое растение, вид рода рожь (Secale) семейства злаки, или мятликовые (Poaceae), используется тоже для аккумуляции тяжёлых металлов. Рожь посевная является культурным растением, выращивают её в основном в Северном полушарии. Существуют озимая и яровая формы ржи. Рожь имеет мочковатую корневую систему, (главный корень не развит сильно), проникающую на глубину до 1-2 м, поэтому она хорошо переносит лёгкие песчаные почвы, а благодаря высокой физиологической активности быстро усваивает из почвы полезные вещества из труднорастворимых соединений.

Узел кущения у ржи формируется на немного меньшей глубине от поверхности почвы (1,7-2 см), чем у пшеницы (2-3 см). Интенсивность кущения у ржи высока - каждое растение формирует 4-8 побегов, а при благоприятных условиях - до 50-90. По наблюдениям Баталина А. Ф. (2010), рожь в южных странах даже после скашивания может давать побеги, то есть оказывается растением многолетним и вечным практически. Такая рожь вполне сходна с диким видом ржи - Secale anatolicum, растущей в диком виде в Туркестанской области Республики Казахстан.

При этом, обоснование посева семян вышеперечисленных растений большой шириной посева, минимум 3-4 метра, доказано в нескольких экспериментах только одной группой авторов. В других исследованиях, конечно, нет такого жёсткого и абсолютного регламента по ширине посадок. Однако, менее 1 метра полосы посадок, несомненно, менее эффективны для абсорбции токсических веществ, чем 3-4 метра. Важно, что, кроме всех ранее указанных токсикантов данного способа, в результате применения этого метода фиторемедиации, в воздухе города снижаются также показатели оксидов углерода, серы, хлорбромидов, оксидов азота, углеводородов топлива [20].

Для начала применения метода, агротехнически, на участке для посева, на обочинах дорог нужно подготовить полосы шириной 3-4 м (можно и 1-2 м, как мы ранее писали, хотя при этом эффект будет только меньше пропорционально). После обработки почвы и прикатывания полос, посеять смесь мелкосемянных трав: никандру в количестве 40% от нормы высева на гектар, то есть 7 кг/га, рыжик озимый 3 кг/га, цикорий 4 кг/га и клевер по 2 кг/га. Высеянные травы оставить в течение 2-3 лет для самообновления (Тебиева Д.И., Бекузарова С.А., Бекмурзов А.Д., Кебалова Л.А., 2020).

Более подробная агротехника всех перечисленных и используемых в практических рекомендациях растений будет описана в дополнительных методических рекомендациях.

 

ИСПОЛЬЗОВАННАЯ И РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА:

 

1.                Абдешов Д. Д. и др. Модель управления городами Казахстана в условиях сопряжения с урбанизацией, социальной сферой и «зеленой» экономикой //Colloquium-journal. – Голопристанський міськрайонний центр зайнятості, 2023. – №. 28 (187). – С. 30-32.

2.                Айбазов Р. А. Позитивность роли зеленых насаждений в оздоровлении городской среды //Международный журнал гуманитарных и естественных наук. – 2022. – №. 5-1. – С. 7-9.

3.                Арланкызы И. А., Самойлов К. И. Региональная архитектурно-пространственная организация городского ландшафта в Южном Казахстане //Проблемы науки. – 2024. – №. 3 (84). – С. 42-48.

4.                Атабаева С. Д. Некоторые механизмы детоксикации тяжелых металлов в растениях //Биотехнология. Теория и практика. – 2006. – №. 2. – С. 32-43.

5.                Бекузарова С. А. и др. Фиторемедиация токсичности воздуха автомобильных дорог //Геология и геофизика Юга России. – 2020. – Т. 10. – №. 2. – С. 127-135.

6.                Большакова А. Д., Зазнобина Н. И., Ковалева Т. А. Роль зелёных насаждений в повышении качества здоровья городского населения (на примере г. Нижнего Новгорода) //Самарский научный вестник. – 2023. – Т. 12. – №. 1. – С. 27-33.

7.                Жучков Д. В., Фетисов Д. М., Макаренко В. П. Функции зелёных насаждений городов в обеспечении целей устойчивого развития //Вестник Приамурского государственного университета им. Шолом-Алейхема. – 2023. – №. 2 (51). – С. 38-60.

8.                Жучков Д. В., Макаренко В. П. Роль зелёных насаждений в формировании комфортной городской среды //Вестник Приамурского государственного университета им. Шолом-Алейхема. – 2023. – №. 3 (52). – С. 28-37.

9.                Казкенова Г. Т. и др. Система зеленых насаждений как составляющая природно-экологического каркаса города Костанай Республики Казахстан //Материалы XIV Международной научно-технической конференции. – УГЛТУ, 2023. – С. 67-73.

10.           Коротченко И. С., Кириенко Н. Н. Детоксикация тяжелых металлов (Pb, Cd, Cu) в системе «почва-растение» в лесостепной зоне Красноярского края. – Scientific magazine. Kontsep. 2012. – С. 67-73.

11.           Неведров Н. П., Проценко Е. П., Кузнецов А. Е. Использование ячменя обыкновенного Hordeum vulgare (L.) в целях фиторемедиации //Естественные и математические науки в современном мире. – 2012. – №. 1. – С. 115-119.

12.           Нейматов Э. М., Миненко И. А., Шевцов С. А. Патентование и внедрение технологий медицинской реабилитации и растениеводства в Москве и Российской Федерации //Междисциплинарность науки как фактор инновационного развития. – 2018. – С. 18.

13.           Прокопенко В. В. Основные теоретические аспекты формирования системы озелененных территорий в городской среде //Вестник Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета. Серия: Строительство и архитектура. – 2023. – №. 1. – С. 224-237.

14.           Пырина И. В. и др. Фиторемедиация нефтезагрязненной почвы с высоким содержанием тяжелых металлов //Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Химическая технология и биотехнология. – 2009. – Т. 10. – С. 72-77.

15.           Самсонова А. Биоремедиация природных и производственных сред //Наука и инновации. – 2011. – Т. 11. – №. 105. – С. 66-70.

16.           Саттарова К. Д., Камилова Х. Х. Экологические факторы устойчивости городских ландшафтов Узбекистана //Analysis of world scientific views International Scientific Journal. – 2024. – Т. 2. – №. 3. – С. 241-251.

17.           Сергазинова З. М., Кукушева А. Н. К вопросу о состоянии озелененных городских территорий и их влияния на качество среды г. Аксу //Вестник КазНУ. Серия биологическая. – 2023. – Т. 97. – №. 4. – С. 61-70.

18.           Скугорева С. Г. Роль металлсвязывающих белков и пептидов в детоксикации тяжелых металлов растениями //Вестник института биологии Коми научного центра Уральского отделения РАН. – 2005. – №. 8. – С. 28-30.

19.           Смекалкина Л. В. и др. Медицинский фитодизайн с использованием растений ботанического сада Первого Московского Государственного Медицинского Университета имени И.М. Сеченова //Современные аспекты использования растительного сырья и сырья природного происхождения в медицине. – 2017. – С. 194-197.

20.           Тебиева Д.И., Бекузарова С.А., Бекмурзов А.Д., Кебалова Л.А. Способ фиторемедиации автомобильных дорог.  – Патент на изобретение RU2728600. – М. – 2020.

21.           Толовёнкова Д. В. Градоэкологический каркас как основа для создания здоровых городов // СоциоДиггер. – 2022. – Т. 3. – №. 9 (21). – С. 20-29.

22.           Толовёнкова Д. Градоэкологический каркас как основа для создания здоровых городов // Оздоровление городской среды. – 2022. – №. 1. – С. 108-117.

23.           Чомаева М. Н. Роль зеленых насаждений для городской среды //Международный журнал гуманитарных и естественных наук. – 2020. – №. 4-3. – С. 12-14.

24.           Шевцов С. А., Цицилин А. Н., Смекалкина Л. В. Информационные технологии для медицинского (экологического) фитодизайна //Молодые ученые и фармация XXI века. – 2016. – С. 118-121.

25.           Якимова О. Н. «Умное озеленение» города (на примере типичного индустриального российского города Челябинска) //Россия и регионы мира: воплощение идей и экономика возможностей. – 2021. – С. 221-222.

26.           Ghosh P. et al. Phytoremediation technology: A review //blood pressure. – 2023. – I. 400. – P. 500.

27.           Guidi Nissim W. et al. Beyond cleansing: ecosystem services related to phytoremediation //Plants. – 2023. – I. 12. – №. 5. – P. 1031.

28.           Guo K. et al. Phytoremediation as a potential technique for vehicle hazardous pollutants around highways //Environmental Pollution. – 2023. – I. 322. – P. 121130.

29.           James A. et al. Advances in amelioration of air pollution using plants and associated microbes: An outlook on phytoremediation and other plant-based technologies //Chemosphere. – 2024. – P. 142182.

30.           James A. Phytoremediation of Urban Air Pollutants: Current Status and Challenges //Urban Ecology and Global Climate Change. – 2022. – P. 140-161.

31.           Khan A. et al. Phytoremediation of Atmospheric Pollutants in the Era of Climate Change //Climate-Resilient Agriculture, Vol 1: Crop Responses and Agroecological Perspectives. – Cham : Springer International Publishing, 2023. – P. 257-272.

32.           Kumar R. et al. A systematic review on mitigation of common indoor air pollutants using plant-based methods: a phytoremediation approach //Air Quality, Atmosphere & Health. – 2023. – I. 16. – №. 8. – P. 1501-1527.

33.           Lee B. X. Y., Hadibarata T., Yuniarto A. Phytoremediation mechanisms in air pollution control: a review //Water, Air, & Soil Pollution. – 2020. – I. 231. – №. 8. – P. 437.

34.           Madhav S. et al. A review on sources identification of heavy metals in soil and remediation measures by phytoremediation-induced methods //International journal of Environmental Science and Technology. – 2024. – I. 21. – №. 1. – P. 1099-1120.

35.           Nakbanpote W. et al. Potential of ornamental plants for phytoremediation and income generation //Bioremediation and bioeconomy. – Elsevier, 2024. – P. 211-256.

36.           Nissim W. G. et al. Beyond Cleansing: Ecosystem Services Related to Phytoremediation //Plants (Basel, Switzerland). – 2023. – I. 12. – №. 5. – P. 1031.

37.           Rathore S. S. et al. Phytoremediation mechanism in Indian mustard (Brassica juncea) and its enhancement through agronomic interventions //Proceedings of the National Academy of Sciences, India Section B: Biological Sciences. – 2019. – I. 89. – P. 419-427.

38.           Song S. et al. Application of Multi-Plant Symbiotic Systems in Phytoremediation: A Bibliometric Review //Sustainability. – 2023. – I. 15. – №. 16. – P. 12252.

39.           Yuan W. et al. The power of green: Harnessing phytoremediation to combat micro/nanoplastics //Eco-Environment & Health. – 2024. – P. 1.

40.           Zamani N., Sabzalian M. R., Afyuni M. Elevated atmospheric CO2 combined with Epichloë endophyte may improve growth and Cd phytoremediation potential of tall fescue (Festuca arundinacea L.) //Environmental Science and Pollution Research. – 2024. – I. 31. – №. 5. – P. 8164-8185.