ВведениеСозданию пригородных лесов вокруг столицы Казахстана уделяется большое внимание. Первые посадки крупномерных саженцев в зеленой зоне г. Нур-Султан на площади 22 га были сделаны в 1997 году. С 1998 года практически ежегодно посадку искусственных насаждений начали проводить на площади 2,5 тыс. га. С 2006 года лесоразведение проводится с ежегодным объемом посадки 5,0 тыс. га. Лесные угодья в зеленой зоне составляют 45 %, из них покрытые лесом площади занимают 3,9 %. Большую часть площади лесных угодий занимают несомкнувшиеся лесные культуры (86,6 %). Нелесные угодья состоят в основном из пахотных угодий и залежей, прочие земли занимают не более 15 %. По мере ускорения урбанизации антропогенная деятельность вносит большие объемы загрязняющих веществ в пригородную зеленую зону, вызывая сильное загрязнение атмосферного воздуха и почв тяжелыми металлами [1,2]. В настоящее время тяжелые металлы (ТМ), т.е. химические элементы с атомной массой больше 50, рассматриваются с медицинской и природоохранной стороны, т.к. изучаются не только их химические свойства, но и степень влияния на здоровье человечества и окружающую среду. Наиболее вредными и опасными для человека с медицинской точки зрения являются ртуть (Hg), таллий (Tl), кадмий (Cd), свинец (Pb) и мышьяк (As) – превышение их допустимых норм способствует психофизиологическим нарушениям и даже летальному исходу. Но некоторые виды тяжелых металлов присутствуют в человеческом организме, участвуют в его жизнедеятельности и являются необходимыми микроэлементами (железо (Fe), цинк (Zn), медь (Cu) и др.). Недавние успехи были достигнуты в понимании загрязнения почвы тяжелыми металлами, а также годовых колебаний как промышленных, так и городских почв [3, 4, 5, 6]. В связи с постоянным технологическим прогрессом в процессе индустриализации и урбанизации выброс токсичных загрязнителей, таких как тяжелые металлы, в природные ресурсы стал серьезной проблемой во всем мире. Древесные растения имеют более глубокие корни, большую биомассу и характеристики более длительного цикла роста, что, таким образом, может иметь более долгосрочное положительное влияние на восстановление после загрязнения тяжелыми металлами. Недавнее исследование показало, что реакция городских древесных растений на тяжелые металлы играет важную роль в развитии городского озеленения и восстановлении тяжелых металлов в городских почвах и зеленых насаждениях [7, 8].  Насаждения теряют устойчивость, деревья суховершинят и отмирают, изменяется окраска и густота ассимиляционного аппарата, рост древесных растений замедляется [9]. Многие авторы указывают на способность древесных растений аккумулировать ТМ в  листьях, хвое и коре, в меньшей степени в почках, репродуктивных органах и древесине. [10, 11, 12, 13, 14,15].  На степень поглощения растениями ТМ влияет расстояния от источника загрязнения. При близком расположении зеленых насаждений к автостраде в листьях и хвое древесных растений наблюдается повышенное содержание ТМ, причем наиболее выраженной способностью к их поглощению характеризуются тополя [16, 17, 18]. Кроме того, высказано предположение об увеличении концентрации ТМ с возрастом дерева, в зависимости от видовой принадлежности и высоты местопроизрастания [19]. Самые высокие концентрации железа были для Pinus nigra, цинка в Picea pungens, свинца в Pinus sylvestris и для всех других тяжелых металлов в Abies bornmülleriana [20].Экологическую составляющую зеленой зоны вокруг города в степи трудно переоценить. Но почвенно-климатические условия создают определенные трудности для сохранности зеленых насаждений. Большая пятнистость и засоление почв, резко-континентальный климат негативно влияют на рост древесных и кустарниковых растений. Поэтому был заложен опыт по введению в зеленую зону хвойных интродуцентов. Это оправданно, т.к. деревья рода Ель (Picea) имеют поверхностную корневую систему и на их росте сильно не отражается карбонатный слой в почве и засоление. Целью исследований являлось проведение сравнительного анализа накопления тяжелых металлов в хвое интродуцентов в зеленой зоне г. Нур-Султана.МетодыОбъектами исследований являлись 10-летние лесные культуры, созданные из интродуцированных хвойных пород в зеленой зоне г. Нур-Султана. Ряд интродуцентов был высажен в межкулисное пространство между рядами взрослых лесных культур березы повислой. Пробная площадь располагалась на равноудаленном расстоянии от оживленной автомагистрали и городской черты и составляла около 5 км. Для сравнения динамики накопления химических элементов был заложен опыт на пробной площади,  расположенной рядом с автострадой только для ели сибирской (Picea obovata Ledeb.), т.к. аналогичных одновозрастных лесных культур других видов хвойных растений больше нет. Пробная площадь вдали от источника загрязнения считалась фоновым (Сфон), а пробная площадь рядом с автрострадой, – фактической (Сфакт).Отбор растительного материала, его обработка и переработка выполнялась в соответствии существующими методиками [21].Образцы отбирались на нижних ветках деревьев с указанием места отбора, расстояния от транспортных магистралей, вида, высоты растения, высоты взятия пробы. Отбиралась смешанная проба с деревьев одного вида. Отбор проводился в сухую погоду, как минимум после 3-х дней без осадков (для исключения занижения результатов за счет фиксируемого вымывания элементов). Для исследований брались пробы с тем условием, чтобы средняя проба составляла не менее 0,3 кг сырой массы. Хвоя собиралась со многих деревьев, в дальнейшем отбирался средний образец. Ассимиляционный аппарат помещался в холщовые мешочки, далее хвоя промывалась дистиллированной водой, подсушивалась и фиксировалась в сушильном шкафу при температуре 1050С в течение 15 минут, с последующим досушиванием при температуре +650С в течение 2 часов. Затем пробы отправлялись для проведения анализов в специализированную лабораторию Казахстанско-японского инновационного центра. Полученные результаты были обработаны методами статистического анализа. Коэффициент концентрации вычислялся как отношение фактического содержания определяемого вещества в хвое на пробе, расположенной ближе к автодороге, к его содержанию в аналогичной природной среде на фоновом участке [12]:  Кк=СфактСфон                    (1)Где Сфакт - содержания определяемого вещества в точке опробования,        Сфон – содержание определяемого вещества на фоновом участке.РезультатыИнтродуцированные хвойные породы рода Ель (Picea) больше всего аккумулировали в хвое цинк и марганец, причем наиболее активно – ель сибирская (Picea obovata Ledeb.). Содержание в ассимиляционном аппарате ели колючей (Picea pungens Engelm.) указанных тяжелых металлов было наименьшим. В целом, лучше всего очищает городской воздух от загрязнения ель сибирская, затем по значимости идет ель Энгельмана (Picea engelmannii Parry ex Engelm.), ель колючая и ель черная (Picea mariana Mill.) (рис. 1).  Следует отметить, что имеются различия в скорости накопления тяжелых металлов. Так, ель сибирская слабее аккумулирует железо (9,45 мг/кг), тогда как на 1 кг сухого вещества хвоя ели черной содержит 14,95 мг/кг железа, а ель Энгельмана активнее аккумулирует кобальт и кадмий. Рисунок 1. Содержание тяжелых металлов (мг/кг)в хвое рода Ель (Picea)Figure 1. The content of heavy metals (mg / kg) in the needles of the genus Spruce (Picea) Другие хвойные породы рода Пихта (Abies) и Лиственница (Larix) рассмотрены нами отдельно. Наиболее активно они накапливают в ассимиляционном аппарате цинк, железо, марганец и кобальт. По сравнению с родом Ель (Picea) данные интродуценты аккумулируют кадмий в несколько большем количестве, причем у пихты сибирской (Abies sibirica Ledeb.) и лиственницы сибирской содержание металла наблюдается в пределах нормы, но следует отметить, что у лиственницы (Larix sibirica Ledeb.) - в самом верхнем ее пределе (рис. 2). Сравнение распределения тяжелых металлов в видах растений выявило наличие ряда закономерностей: наибольшей способностью к поглощению элементов, следовательно, к очищению атмосферы от тяжелых металлов обладает ель сибирская, далее в порядке уменьшения: ель черная, ель Энгельмана, пихта сибирская, лиственница сибирская, наименьшей способностью обладает ель колючая (рис. 3). Рисунок 2. Содержание тяжелых металлову интродуцентов родов Пихта (Abies)и Лиственница (Larix)Figure 2. The content of heavy metals in introduced species of the genera Fir (Abies) and Larch (Larix) Рисунок 3. Суммарное содержание тяжелыхметаллов в хвое древесных растенийFigure 3. The total content of heavy metalsin the needles of woody plants По полученным данным можно сделать предварительные выводы о наиболее экологически оправданных древесных породах для очищения городского воздуха от примеси тяжелых металлов. Наиболее газоустойчивыми показали себя хвойные породы – ель сибирская и ель черная.Внушает опасение значительное превышение ПДК в листьях растений опасного тяжелого металла кобальта и свинца. Но в то же время можно сказать, что из-за депонирования вредных веществ в ассимиляционном аппарате деревьев, содержания данных металлов в воздухе значительно снижается.Для сравнения быстроты накапливания тяжелых металлов в местах возле автодороги и в более удаленном, были выбраны идентичные одновозрастные культуры ели сибирской (табл. 1).Таблица 1 Содержание тяжелых металлов у ели сибирской (Picea obovata Ledeb.)  на двух фонахTable 1 The content of heavy metals in Siberian spruce(Picea obovata Ledeb.) On two backgroundsЭлементный состав, мг/кг | Elemental composition, mg/kgСодержание тяжелых металлов | Heavy metal compositionПревышение Сфак/Сфон, % | Increase Cfac/Cbg, %Коэффициент концентрации | Concentration coefficientПДК(по Прохоровой)| MPC (Prokhorova)Сфак|CfacСфон|  CbgЦинк (Zn) 1,4143,6928,861,41150Медь(Cu)5,282,9943,371,7715Железо (Fe)13,999,4632,381,4820Марганец (Mn)35,3127,3922,431,2925Никель (Ni)15,9711,1929,931,4320Кобальт (Co)1,320,5756,972,321Свинец(Pb)2,081,051,922,080,5Кадмий (Cd)0,220,1247,2610,900,5 135,5896,40   Из таблицы видно, что в более удаленном от автомагистрали месте накопление тяжелых металлов ниже на 22,4-56,9%, предельно-допустимую концентрацию тяжелых металлов в хвое растений превышали марганец и свинец на обеих пробных площадях. Содержание кобальта и свинца в хвое ели сибирской имело значительное различие между пробными площадями, коэффициент концентрации составил соответственно 2,32 и 2,08.Отдельно рассмотрим отношение растений к железу и марганцу. Марганец принимает активное участие в обмене веществ растений, улучшает их естественные физиологические процессы и необходим для жизнедеятельности деревьев. Марганец накапливается в листьях в течение всего вегетационного периода и участвует в выделении кислорода. Среднее его содержание в листьях составляет 1 мг/кг сухой массы. В ходе проведения исследований выявлено, что в ассимиляционном аппарате всех без исключения растений наблюдается значительное превышение данного элемента. Избыток марганца неблагоприятно сказывается на росте и состоянии растений. Из литературных данных [6] известно, что некоторые древесные породы являются манганофиллами, т.к. «любителями» марганца - это березы и сосна. У изученных хвойных пород магний аккумулировался в пределах нормы или превышал его, но не в критических размерах. Высокая концентрация марганца приводит к понижению концентрации активного железа, что мы и видим на нашем примере. Оптимальное соотношение железа и марганца должно находиться в соотношении 2:1, но нами отмечено значительное превышение содержания марганца – у деревьев рода Ель (Picea) – 1,6-2,9 раз. Содержание данного элемента у лиственницы сибирской было наибольшим (34,9 мг/кг), но и железо присутствовало тоже в достаточно большом количестве (19,7 мг/кг), поэтому соотношение марганец-железо составило 1,8 раз. Следовательно, при таком соотношении указанных элементов растения могут быть ослаблены и у них может наступить хлороз.Следует учесть, что не только газоустойчивость и способность аккумулировать тяжелые металлы должна присутствовать у древесных пород, рекомендуемых к посадке в зеленой зоне. Немаловажный фактор для озеленения - декоративность деревьев, а особенно важным моментом является приживаемость и сохранность культур в зеленой зоне, состояние и рост деревьев. Поэтому рассмотрим все указанные признаки в совокупности (табл. 2).Таблица 2Основные биометрические показателихвойных интродуцентов и сумма накопленныхтяжелых металловTable 2 Main biometric indicators of coniferous introduced species and the amount of accumulated heavy metalsПорода| SpeciesСохранность, %| Preservation, %Высота, см| Height, cmДиаметр, см| Dia-meter, cmСумма аккумул. ТМ, мг/кг| Accumulation sum of HM, mg/kgЕль Энгельмана| Picea engelmannii Parry ex Engelm.47,9±0,4143,4±0,12,1±0,290,1Ель колючая| Picea pungens Engelm.57,5±0,2155,8±0,23,2±0,384,2Ель черная| Picea mariana Mill.29,0±0,1184,1±0,22,3±0,194,0Ель сибирская| Picea obovata Ledeb.76,8±0,5211,6±0,13,3±0,196,4Пихта сибирская| Abies sibirica Ledeb.16,4±0,195,9±0,21,9±0,190,1Лиственница сибирская| Larix sibirica Ledeb.29,7±0,2317,1±0,44,5±0,288,7 Из табл. 2 видно, что наибольшей аккумулятивной способностью деревьев рода Ель (Picea) отличается ель сибирская, причем основные таксационные показатели и сохранность также превышают количественные признаки других видов ели. При низкой сохранности (29,0 %) ель черная имеет значительную накопительную способность тяжелых металлов, а сохранившиеся деревья декоративны и в возрасте 8 лет данный вид ели начал плодоносить, причем шишки у нее очень красивые, красно-кирпичного или лилового цвета. Также следует отметить ель Энгельмана, хотя таксационные показатели значительно отстают от других видов ели, данный вид имеет наиболее декоративный вид. Лиственница сибирская имеет наибольшие показатели по всем наблюдаемым признакам, а следовательно, и фитомассу, что соответствует ее биологическим особенностям, но по количеству аккумулированного количества тяжелых металлов находится на 5 месте.ЗаключениеПроведенные опыты еще раз доказывают вредное влияние урбанизации и индустриализации на экологию городов, в результате чего большое количество тяжелых металлов содержится в воздухе населенных пунктов. Часть поллютантов оседает в почве, древесине, коре и ассимиляционном аппарате древесных растений. В зеленой зоне г. Нур-Султана были созданы лесные культуры из хвойных интродуцентов, на примере которых было изучено содержание тяжелых металлов в хвое.Наибольшей способностью к поглощению элементов, следовательно, к очищению атмосферы от тяжелых металлов, обладает ель сибирская (суммарно накопленные тяжелые металлы составили 96,4 мг/кг), далее в порядке уменьшения: ель черная (94,0 мг/кг), ель Энгельмана (90,1 мг/кг), пихта сибирская (90,1 мг/кг), лиственница сибирская (88,7 мг/кг), ель колючая (84,2 мг/кг). В хвое интродуцентов наблюдалось превышение ПДК свинца, кобальта и марганца, остальные химические элементы присутствовали в хвое в допустимых пределах.Вызывает тревогу содержание марганца и железа в хвое интродуцентов, т.к. у всех изученных пород высокая концентрация марганца привела к понижению концентрации активного железа, соотношение марганец-железо у деревьев рода Ель отмечено 1,6-2,9 : 1. Содержание данного элемента у лиственницы сибирской было наибольшим (34,9 мг/кг), но и железо присутствовало тоже в достаточно большом количестве (19,7 мг/кг), поэтому соотношение марганец-железо составило 1,8 : 1. При таком соотношении указанных элементов растения ослаблены и у них может наступить хлороз.Поскольку для получения устойчивых и красивых насаждений зеленой зоны столицы Казахстана необходимы древесные растения не только газоустойчивые, но и декоративные, можно рекомендовать для посадки в культуры ель сибирскую, ель черную и ель Энгельмана. Данные хвойные породы в значительной мере аккумулируют тяжелые металлы в ассимиляционном аппарате и являются наиболее декоративными. Аккумуляционная способность и сохранность лиственницы сибирской, как и пихты сибирской очень низкая, поэтому для условий зеленой зоны г. Нур-Султана эти породы рекомендовать не представляется возможным. This research is funded by the Ministry of Ecology, Geology and Natural Resources of the Republic of Kazakhstan (No. BR10263776) Данное исследование финансируется Министерством экологии, геологии и природных ресурсов Республики Казахстан (No. BR10263776)