Применение современных IoT технологий для мониторинга состояния зелёных насаждений в условиях антропогенного засоления почв.
Применение современных IoT технологий для мониторинга состояния зелёных насаждений в условиях антропогенного засоления почв
Н.П. Шабанова 1,2, А.М. Ярославцев 2,3, И. Серегин2,3, О. Фареева2
1 – ФГБУН Институт лесоведения РАН, п/о успенское, shabanova_nata@mail.ru
2 – РУДН, г. Москва
3 – РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева, г. Москва
Ключевые слова: противогололедные реагенты, некроз листьев, хлорид натрия, интернет вещей
Противогололедные реагенты (ПГР) являются одним из главных антропогенных факторов, отрицательно влияющих на окружающую среду. Самыми уязвимыми компонентами природной среды в мегаполисах являются почвы и зеленые насаждения. Дорожные соли ухудшают химические, физические и биологические свойства почв, негативно сказываются на зеленых насаждениях, растущих вдоль дорог. Ранние исследования по воздействию противогололедных реагентов на компоненты окружающей среды были сосредоточены на изучении краткосрочного воздействия солей на придорожные участки. Однако в последнее время накапливаются данные, свидетельствующие что использование солей оказывает значительное воздействие на обширные территории, имеет более длительные временные рамки и влияет на целый ряд экологических процессов. Хлорид натрия, по-видимому подвержен удержанию в наземных и водных экосистемах, что продлевает его фактическую продолжительность воздействия и приводит к повышенным концентрациям в теплый сезон.
Применение технологий интернета вещей (устройство Tree Talker) в системе мониторинга экологического состояния зеленых насаждений города позволяет расширить временной и пространственный масштаб наблюдений, получать высокочастотные количественные данные о физиологическом состоянии деревьев в режиме реального времени.
Для оценки влияния ПГР на деревья и почвы на территории кампуса РУДН было выбрано два участка, различающихся уровнем антропогенной нагрузки. Первый участок находится у проезжей части и подвержен многолетнему влиянию противогололедных средств, пылевому загрязнению, а также воздействию продуктов автотранспорта. Второй участок (контроль) находится внутри кампуса вдали от проезжей части и предположительно не загрязнен противогололедными реагентами. На опытных участках было выбрано по три дерева липы сердцелистной (Tilia cordata) возрастом 60-65 лет.
Для мониторинга за физиологическими параметрами состояния деревьев на каждом дереве устанавливался датчик ТТ+, обеспечивающий непрерывные наблюдения в течение всего периода исследований. Параллельно непрерывным наблюдениям за физиологическими параметрами деревьев на каждом участке несколько раз за сезон проводилась визуальная оценка состояния деревьев, оценка степени некроза кроны, лабораторный анализ почв, листьев, а также снега. Для оценки степени некроза кроны с каждого дерева было собрано 50 типичных листьев на высоте 1,5-2,5 м из средней и нижней части кроны от шести до восьми ветвей деревьев с помощью телескопических ножниц. Затем отсканированные изображения листьев обрабатывались с помощью программы ImageJ, в которой производился подсчет общей площади листа и некрозированной ткани. Расчет доли некроза выполнен путем отношения площади некрозированной ткани к общей площади листа. В дальнейшем в этих же листьях был проведен химический анализ на определение содержания ионов легкорастворимых солей. Оценку засоления почв проводили кондуктометрическим методом путем измерения удельной электропроводности (УЭП) в водной вытяжке с соотношением почва – вода = 1:5, определение содержания отдельных ионов выполнено методом водных вытяжек. Реакция рН почвенного раствора проводилась в образцах с соотношением почва – вода =1:2,5.
Показано значительное изменение характеристик состояния деревьев и почв с увеличением антропогенной нагрузки (Рис. 1). Выявлено, что у дороги деревья более уязвимы, чем на территории кампуса: вместе с увеличением содержания ионов хлора и натрия в листьях повышается и площадь их некроза, отмечается уменьшение площади листовой поверхности, усыхание, преждевременное пожелтение и дефолиация листьев. Почвы у дороги подвержены большему засолению – удельная электропроводность для них в 2 раза выше, чем таковая на территории кампуса. При этом скорость сокотечения деревьев у дороги в 3.3 раза ниже, чем на территории кампуса. Это указывает на ухудшение физиологического состояния деревьев и деградацию почв в условиях длительного применения противогололедных реагентов.
