Городская борьба с опавшей листвой: что прячут в полиэтиленовые мешки – мусор или сокровище?

Е.Ф. Малышева, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник Ботанического института им. В.Л. Комарова РАН

В.Ф. Малышева, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник Ботанического института им. В.Л. Комарова РАН

Падайте, падайте, листья осенние, Некогда в теплых лучах зеленевшие, Легкие дети весенние,

Сладко шумевшие!

Д. Мережковский

В современном мире городская среда становится все более доминирующей, и уже сейчас около половины населения планеты проживает в городах. По оценкам ООН к 2050 году 68% населения мира будет жить в городских районах. Современные города привлекают людей широкими возможностями трудоустройства, самореализации, образования, культурного и интеллектуального досуга.

Преимущества благоустроенной городской жизни обширны и очевидны. Однако жизнь в городах состоит не только из преимуществ, а негативные последствия урбанизации отражаются не только на людях, но и на городских экосистемах. Урбанизация вызывает эффект городского «теплового острова», при котором города могут быть на несколько градусов теплее, чем окружающие сельские районы, в результате усиления конвекции и переизлучения тепла за счет замены растительности непроницаемыми поверхностями, такими как бетон, асфальт и кирпич (Pickett et al., 2011). В городских районах также часто наблюдаются деградированные экосистемы с плохим качеством воздуха и другими экологическими проблемами. При этом городские деревья могут значительно улучшить городские экосистемы и качество жизни жителей, снижая температуру и сток дождевой воды, уменьшая загрязнение воздуха твердыми частицами и газами и поглощая углерод (Pataki et al., 2021). Но жизнеспособность городских деревьев напрямую зависит от состояния почвы. Почему же так мало внимания уделяется связям между городскими деревьями и городскими почвами как среди специалистов в комитетах по благоустройству городской среды, так и в образовательной среде экологического просвещения населения города? Так что же важнее для сохранения устойчивости городских экосистем – деревья или почва? Или, может быть, они неразрывно связаны друг с другом и нельзя сохранить одно, разрушая другое? Давайте вместе поразмышляем об этом. Почему в последние годы наблюдается очень быстрое ухудшение состояния древесных растений в городах? Например, в Санкт-Петербурге уже трудно не обратить внимание на суховершинность крон у многих деревьев, в частности лип и кленов, не только вдоль проспектов, но даже в парковых зонах, несмотря на то, что эти породы – самые устойчивые и перспективные для городского озеленения. Виноват климат? Или не только? Чтобы ответить на этот вопрос, нужно найти ответы на другой – что же определяет здоровье деревьев и их способность противостоять негативному воздействию среды, в т. ч. в городах? Здоровое растение (дерево) – это прежде всего его здоровая корневая система. Состояние кроны отражает состояние корней. Однако корневая система дерева – это не только собственные корни растения, это целая живая система (включающая также микоризосферу с микоризными грибами, микробиом и гифосферу), заключенная, в свою очередь, в более обширную живую систему – почву. Самый верхний плодородный слой почвы называется гумусом или перегноем. Это основное органическое вещество почвы, содержащее питательные вещества, необходимые растениям. Гумус составляет 85–90% органического вещества почвы и является важным критерием при оценке её плодородия. Он образуется в почве в результате преобразования растительных и животных органических остатков под воздействием червей, почвенных микроорганизмов и грибов. Микориза (от греческих слов μύκης «микос» – гриб и ῥίζα «риза» – корень) – это симбиотическая ассоциация мицелия гриба с корнями высших растений. Еще в середине XX века было показано, что в природе не существует абсолютно безмикоризных растений (Smith, Read, 1997). Существует множество типов микориз, но в городских условиях преобладающими типами микориз у древесных растений являются эктомикориза и арбускулярная микориза, которые формируются специализированными группами грибов – аскомицетами, базидиомицетами и гломеромицетами. Именно здоровая микориза определяет устойчивость растения к любым видам стресса, особенно в городских условиях:

• к засухе и переувлажнению;
• к засолению почвы и повышенному содержанию тяжелых металлов (гифы грибов аккумулируют их в мицелии, не допуская попадания их в растение в токсичных количествах);
• к экстремальным температурам;
• микориза – естественный агент биоконтроля – обеспечивает снижение поражаемости растений всеми видами инфекций и патогенов, как корневых (например, фитофторы), так и кроновых (например, мучнистая роса), и даже защищает от насекомых-вредителей;
• микориза также значительно улучшает структуру почвы и обогащает ее минеральными и органическими компонентами (Dastogeer et al., 2020; Diagne et al., 2020; Weng et al., 2022).

Мы с полной уверенностью можем рассматривать микоризу в качестве «органа» иммунитета растений. Лишенные этого органа, растения становятся инвалидами, не способными противостоять как абиотическим, так и биотическим стрессам, особенно в условиях городской среды. То есть когда происходит ухудшение микоризации или растение полностью лишается микоризы, все вышеперечисленные факторы выступают как негативные компоненты среды, против которых у растения нет собственного барьера и защиты. Главной же причиной такого ухудшения состояния микоризы является деградация почвы. По заключениям ЮНЕСКО к 2050 году в результате эрозии будет уничтожено 90% всей почвы планеты. Эрозия почвы вызывает деградацию экосистем, нарушает водоснабжение, может стать причиной повреждения городской инфраструктуры. При этом почвы разрушаются в 100 раз быстрее, чем восстанавливаются. Основными причинами эрозии почв в городах является не только изменение климата, но, главным образом, производимые самими людьми необдуманные и необоснованные действия и меры, приводящие к потере плодородного слоя, снижению биоразнообразия и опустыниванию. Одной из таких мер, ежегодно и планомерно вызывающих деградацию гумуса, разрушение микоризных ассоциаций, повреждение верхних слоев корневой системы деревьев, является уборка опавших листьев.

• 

• 

Мы не располагаем информацией по Санкт-Петербургу и другим российским городам, но показано, что в США, например, ежегодно из городских и пригородных ландшафтов удаляется 35 млн т скошенной травы и опавших листьев (по оценкам EPA – Американского агентства по охране окружающей среды, 2020). Полагаем, что у нас в стране в настоящее время масштабы сопоставимы. В городских и пригородных районах уборка листьев регулируется на постоянной основе (дважды, а то и трижды в год) в течение длительного времени – на основе предпочтений домовладельцев,   уставов товариществ собственников жилья или городских правил. Уборка листьев в городах определяется как «важная мера благоустройства, которая решает санитарные, экологические и эстетические задачи, предотвращая скопление грязи, риск травм, подтопления из-за забитой ливневки, а также улучшает внешний вид территории…». Однако в этом определении нет ни единого пункта касательно здоровья растений. И что означают «санитарные и экологические» задачи? Наоборот, во время уборки листвы (особенно методом воздуходувок) происходит активное рассеивание пропагул всех патогенов, которые в ней содержатся, что негативно сказывается не только на здоровье растений, но и на здоровье людей. Оголенная почва с полностью снятым гумусовым горизонтом становится исключительно уязвимой – открытый микоризный мицелий погибает, почва промерзает в зимний период, что механически повреждает оставшиеся здоровые корни, появляются ворота для инфекций в виде корневых патогенов. На почве, лишенной гумуса, не растет трава, и такие участки являются очагами активной эрозии, пересыхания и источником дополнительной пыли в городах. Деревья, у которых убита микориза, имеют уменьшенный объем корневой поверхности, мицелий не склеивает и не агрегирует почву, и такие деревья становятся неминуемо неустойчивыми к ветровалам. Ранее выдвигались аргументы, что изъятие листвы из городских экосистем спасает растения от переизбытка и отравления тяжелыми металлами. Однако недавние исследования, посвященные установлению того факта, является ли опавшая листва «безопасным» компонентом компоста с точки зрения возможности накопления в ее тканях токсичных веществ, показали, что тяжелые металлы (Zn, Cu, Pb, Cd), содержащиеся в опавшей листве, не представляют угрозы для окружающей среды, поскольку их концентрация не превышает допустимый уровень загрязнения (Joner et al., 2000; Parzych, 2022). Это связано с тем, что тяжелые металлы не проникают в растения благодаря тому, что их аккумулирует мицелий грибов, связанный с корнями.

Для биологов и экологов всегда было очевидно, что опавшие листья крайне важны для экосистем, у них много разных названий, включая «опад», «почвенная подстилка», «древесная подстилка», но все это одно и то же. Опавшая листва – это просто отмерший материал, упавший с растения (чаще всего с деревьев и кустарников) на землю. Достаточно просто, не правда ли? Но на самом деле это гораздо важнее и полезнее, чем кажется. Этот субстрат в процессе разложения микроорганизмами и грибами формирует так называемый гумус, называемый в почвоведении горизонтом А, и он обеспечивает множество питательных веществ для растений, животных и микроорганизмов, которые в нем обитают. Этот разлагающийся материал помогает как флоре, так и фауне разными способами. Растительная подстилка служит защитной средой для многих обитателей почвы, таких как наземные моллюски, черви, многоножки и сороконожки. Птицы также получают большую пользу от опавшей листвы, используя её для гнездования и как источник питания слизнями и насекомыми. Даже чисто механически слой опавшей и еще неразложившейся листвы помогает корням деревьев в борьбе с перепадами температур, и в оголенной почве, уходящей в зиму без устойчивого снежного покрова (что часто случается в климате Санкт-Петербурга), корни растений промерзают и отмирают. Промерзает и погибает также мицелий полезных микоризных грибов. Гифы грибов, связанных с растениями симбиотическими взаимоотношениями, локализованы не только в корнях и ризосфере данных растений, но пронизывают своей сетью почву и могут распространяться в радиусе на десятки и даже сотни метров, занимая обширные площади. Многочисленные научные исследования доказали, что подавляющее большинство видов грибов-микоризообразователей обитает именно в подстилке или в самых верхних слоях почвы, т. е. в подстилочно-гумусовом горизонте (Smith, Read, 1997; Bunn et al., 2019). Убирая полностью листву и гумусовый горизонт, мы избавляемся от главных и основных помощников растений в борьбе с негативными факторами среды. Помимо всего вышесказанного, не следует забывать, что опавшая листва – часть круговорота веществ и энергии в природе. Неразорванный круговорот питательных веществ  –  это  важное  условие  стабильности «городского леса». Таким образом, осенний слой «золота и багрянец» на самом деле является сокровищем – жизненно важным для здоровья и формирования почвы (в т. ч. плодородного гумуса), хранения углерода и биоразнообразия. Это не отходы – это топливо, которое поддерживает жизнь экосистем, а в здоровом состоянии растения (и связанные с ними живые компоненты почвы) сами способны справиться с теми проблемами (инфекции, тяжелые металлы, соли, климат и т. п.), с которыми не может справиться человек. Настало время задуматься и внимательно оценить  целесообразность  уборки  листвы и уничтожения почвы в городах. Стоит ли продолжать такие меры? Насколько серьезными, длительными и обратимыми могут быть эти нарушения? В лесных экосистемах, например, учеными         зафиксированы последствия, сохраняющиеся даже после прекращения негативных нарушений, т. н. остаточные эффекты. Известно, что в Средние века в швейцарских лесах опавшие листья собирали на протяжении сотен лет для использования в качестве подстилки для скота. Удаление опавших листьев прекратилось в конце XIX века, однако содержание органических питательных веществ в почве до сих пор на 17% ниже, чем в нетронутых лесах по соседству (Gimmi et al., 2013). Таким образом, понимание биологических законов динамики опавшей листвы имеет критически важное значение для планирования городского озеленения. Правильные стратегии управления, такие как сохранение опавшей листвы под деревьями и компостирование, могут помочь смягчить негативные экологические последствия и способствовать сохранению деревьев, их устойчивости к инвазивным патогенам, поддержанию биоразнообразия в городах, а значит – здоровья человека. В настоящее время очень важно не перейти «точку невозврата» и определить совместными усилиями городских властей, ученых и общественности потенциально важный путь, по которому последовательно городское управление сможет предотвратить начавшиеся стремительные процессы деградации городских экосистем, восстановить правильное их функционирование, сохранить деревья и почву. Тогда и в сознании подрастающего поколения опавшая листва не будет восприниматься как городской «мусор».

Источники

Bunn R.A., Simpson D.T., Bullington L.S., Lekberg Y., Janos D.P. 2019. Revisiting the ‘direct mineral cycling’ hypothesis: arbuscular mycorrhizal fungi colonize leaf

litter, but why? ISME Journal, Vol. 13. P. 1891–1898. https://doi.org/10.1038/s41396-019-0403-2

Dastogeer K.M.G., Zahah Mst. I., Tahjib-Ul-Arif Md., Akter Mst. A., Okazaki S. 2020. Plant Salinity Tolerance Conferred by Arbuscular Mycorrhizal Fungi and Associated Mechanisms: A Meta-Analysis. Frontiers in Plant Science, Vol. 11. P. 588550. https:// doi.org/10.3389/fpls.2020.588550

Diagne N., Ngom M., Djighaly P.I., Fall D., Hocher V., Svistoonoff S. 2020. Roles of Arbuscular Mycorrhizal Fungi on Plant Growth and Performance: Importance in Biotic and Abiotic Stressed Regulation. Diversity, Vol. 12. P. 370. https://doi.org/10.3390/d12100370

Gimmi U., Poulter B., Wolf A., Portner H., Weber P., Bürgi, M., 2013. Soil carbon pools in Swiss forests show legacy effects from historic forest litter raking. Landscape Ecology, Vol. 28, №5. P. 835–846. https:// doi.org/10.1007/s10980-012-9778-4

Joner E.J., Briones R., Leyval C. 2000. Metal-binding capacity of arbuscular mycorrhizal mycelium. Plant and Soil, Vol. 226. P. 227–234.

Parzych A. 2022. Urban leaf litters as a potential compost component. Journal of Ecological Engineering, Vol. 23, №4. P. 250–260. https://doi. org/10.12911/22998993/146327

Pataki D.E., Alberti M., Cadenasso M.L., Felson A.J., McDonnell M.J., Pincetl S., Pouyat R.V., Setälä H., Whitlow T.H. 2021. The benefits and limits of urban tree planting for environmental and human health. Frontiers in Ecology and Evolution, Vol. 9. P. 603757. https://doi.org/10.3389/fevo.2021.603757

Pickett S.T.A., Cadenasso M.L., Grove J.M., Boone C.G., Groffman P.M., Irwin E., Kaushal S.S., Marshall V., McGrath B.P., Nilon C.H., Pouyat R.V., Szlavecz K., Troy A., Warren P. 2011. Urban ecological systems: Scientific foundations and a decade of progress. Journal of Environmental Management, Vol. 92, №3. P. 331–362. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2010.08.022

Smith S.E., Read D.J. 1997. Mycorrhizal symbiosis.

2nd Edn. London, UK: Academic Press, pp. 605 Weng W., Yan J., Zhou M., Yao X., Gao A., Ma C., Cheng J., Ruan J. 2022. Roles of arbuscular mycorrhizal fungi as a biocontrol agent in the control of plant diseases. Microorganisms, Vol. 10. P. 1266. https:// doi.org/10.3390/microorganisms10071266