Деревья обладают замечательным набором свойств, которые могут помочь уменьшить загрязнение городского воздуха, и города по всему миру стремятся использовать их. В январе 2019 года мэр Лондона объявил, что до конца следующего года будет посажено 7000 деревьев. Тем временем китайская провинция Хэбэй, где находится Пекин, работает над «зеленым ожерельем» из растений, которое могло бы помочь уменьшить загрязнение окружающей среды фабриками. И Париж планирует городской лес, который будет охватывать его наиболее знаковые достопримечательности в целях адаптации к изменению климата, а также улучшить качество воздуха города.

Хотя деревья, как правило, эффективны для снижения загрязнения воздуха, это не так просто: чем больше деревьев у вас в городе, тем лучше будет воздух. Некоторые деревья значительно более эффективно фильтруют загрязнители из воздуха, чем другие. Чтобы улучшить качество воздуха на улице или в городе, это дерево должно быть подходящим для работы. И, конечно же, деревья - это лишь способ отфильтровать загрязнение; «Лучше в первую очередь сократить выбросы загрязняющих веществ», - отмечает Дэвид Новак, старший научный сотрудник Лесной службы США, изучающий вклад растений в качество воздуха в течение 30 лет. «Но деревья могут очень помочь», - говорит он.

Деревья могут прямо и косвенно улучшить качество воздуха. Косвенно они могут помочь, затеняя поверхности и снижая температуру. Если здания затенены деревьями, это снижает потребность в обычном кондиционировании воздуха и снижает связанные с ним выбросы парниковых газов. Кроме того, более низкие температуры снижают риск появления вредных загрязнителей, таких как приземный озон, которые обычно повышаются в жаркие дни в городских районах.

Но деревья также играют жизненно важную роль в прямом удалении загрязняющих веществ из воздуха. «Растения часто рассматриваются как «легкие» экосистемы, потому что они поглощают углекислый газ и выделяют кислород, - говорит Рита Баральди, физиолог растений из Института биоэкономики Итальянского национального исследовательского совета. Но они также действуют как «печень» экосистемы, фильтруя атмосферные загрязнители, такие как диоксид серы и диоксид азота, через свои листья.

Новак добавляет, что деревья особенно эффективно удаляют твердые частицы (ТЧ). ТЧ представляют собой мельчайшие частицы органических химикатов, кислот, металлов и пыли, выбрасываемые автомобилями и заводами, работающими на ископаемом топливе, а также строительными площадками. Самые большие из этих частиц имеют размер до 10 микрометров (известные как PM10), что составляет примерно пятую часть ширины человеческого волоса. Затем есть PM2,5 размером 2,5 микрометра и еще более мелкие наночастицы.

Мелкие твердые частицы могут легко проникать в дыхательную систему человека, вызывая легочные и сердечно-сосудистые заболевания или обостряя респираторные заболевания. Это также было связано с воспалением и сердечными заболеваниями . По одной из оценок, 8,9 миллиона смертей в год во всем мире могут быть связаны с воздействием мелких твердых частиц на открытом воздухе.

Очистить воздух

С точки зрения городского планирования, растения действуют как легкодоступный набор очистителей от ТЧ. «Деревья могут помочь сократить количество твердых частиц двумя основными способами», - говорит Прашант Кумар, директор-основатель Глобального центра исследований чистого воздуха в Университете Суррея.

Хвойные деревья предлагают лучшее снижение содержания твердых частиц, потому что они вечнозеленые виды. Но это не делает их автоматически подходящими для любого контекста - Дэвид Новак

Первый - это рассеяние: при столкновении с деревьями и растениями концентрированные облака мельчайших частиц рассеиваются и растворяются в воздухе, что снижает риск их вдыхания людьми. Второй - осаждение. PM легко может попасть в восковые волосатые листья деревьев и кустарников. Когда идет дождь, большая часть этих частиц смывается водой в канализацию.

«Степень, в которой каждый вид выполняет такую фильтрующую активность, в основном зависит от размера кроны, размера листьев и структуры листьев», - говорит Баральди. Более крупные навесы могут улавливать больше частиц, чем более мелкие, а более крупные листья могут улавливать больше загрязняющих веществ, чем мелкие. Что касается типа листьев, то именно те, которые имеют шероховатую, неровную и волосатую поверхность, действуют как «лучшие фильтры» для PM.

Недавние исследования показывают, что крошечные волоски на листьях растений, в частности, могут играть большую роль в улавливании твердых и жидких частиц, составляющих PM. В одном недавнем исследовании Барбара Махер и ее коллеги из Ланкастерского университета проверили способность девяти видов деревьев улавливать твердые частицы в экспериментах в аэродинамической трубе. Серебряная береза, тис и бузина были наиболее эффективными при улавливании частиц, и именно волоски на их листьях способствовали снижению показателей на 79%, 71% и 70% соответственно. Напротив, крапива оказалась наименее полезной из изученных видов, хотя по-прежнему улавливала респектабельные 32%.

Альпийский воздух

Хвойные деревья, такие как сосны и кипарисы, также являются хорошими натуральными очистителями. В 2015 году Цзюнь Ян, городской эколог из Центра наук о Земле Университета Цинхуа в Пекине, составил рейтинг наиболее часто встречающихся видов в городах на основе их способности абсорбировать PM 2,5. При ранжировании также учитывалась способность видов к выживанию в городских условиях и любое негативное влияние на качество воздуха, такое как производство аллергенов и летучих органических соединений (ЛОС) - набора веществ, которые могут взаимодействовать с газами, выделяемыми транспортные средства, такие как диоксид азота. В присутствии солнечного света эти реакции могут способствовать образованию озона на уровне земли., что вредно для здоровья человека. Эффект может быть значительным; Когда в 2006 году на Берлин обрушилась волна тепла, озон, образовавшийся в результате взаимодействия ЛОС растений и загрязнителей транспортных средств, привел к внезапному снижению качества воздуха.

К удивлению Янга, его система ранжирования показала, что самые распространенные виды деревьев не были лучшими фильтрами загрязнения. «Из 10 наиболее часто встречающихся видов только лондонский самолетик, серебряный клен и медовая саранча были выше среднего», - говорит он. Лучшими фильтрами загрязнения служили хвойные деревья, такие как сосны и кипарисы . Ян пришел к выводу, что сажать хвойные деревья лучше всего в загрязненных городах, таких как Пекин, для снижения содержания PM2,5. Китайская столица регулярно сообщает об уровнях PM выше 125 микрограммов на кубический метр, что более чем в 10 раз превышает рекомендованный Всемирной организацией здравоохранения порог в 10 микрограммов на кубический метр.

Существует множество противоречивых советов и выдвижения желаемого за действительное о преимуществах городских деревьев для уменьшения загрязнения воздуха - Стефани Карлайл.

Причина успеха хвойных в сокращении выбросов ТЧ отчасти кроется в структуре их кроны - плотный покров из игольчатых листьев, типичных для хвойных пород, очень эффективен для улавливания загрязняющих веществ. И их сезонная биология тоже помогает. «Хвойные деревья обеспечивают лучшее сокращение выбросов твердых частиц, потому что они вечнозеленые растения», - говорит Новак. В отличие от лиственных деревьев, которые теряют листья зимой, вечнозеленые виды действуют как круглогодичные фильтры. «Но это не делает их автоматически подходящими для любого контекста».

Проблема с хвойными деревьями, говорит Новак, заключается в том, что многие виды могут быть очень чувствительны к уровню соли в почве , который, как правило, высок в городских районах, особенно там, где соль используется для удаления льда с дорог. Проблема усугубляется тем, что круглогодичный навес хвойных деревьев может блокировать солнечный свет от тающего снега и льда, что может привести к проблемам с дорожным движением в городах с низкими температурами, отмечает Новак. Эти два недостатка хвойных деревьев также были названы Янгом как предостережения, которые следует учитывать в его рекомендациях.

Беспокоящие деревья

Некоторые лиственные виды также могут иметь побочные эффекты, говорит Новак. Например, деревья, которые обычно встречаются в городах северного полушария, такие как тополя или деревья черной резины, могут выделять высокие уровни ЛОС.

«В идеале вы хотите иметь возможность идентифицировать виды, которые могут максимизировать абсорбцию ТЧ, но минимизировать производство прекурсоров озона», - говорит Маргарита Прендес, химик-органик из Чилийского университета, изучавшая, как различные виды влияют на качество воздуха в Сантьяго. Новак приводит хвойные деревья, такие как болиголов, можжевельник, и лиственные деревья, такие как вяз, конский каштан и липа, в качестве примеров растений с низким содержанием ЛОС.

«По данным из Сантьяго и других чилийских городов, местные деревья выделяют меньше летучих органических соединений, чем деревья неместного происхождения», - добавляет Прендес. В Сантьяго неместные виды, такие как Prunus и лондонский платан, могут производить до 30 раз больше ЛОС, чем местные виды.

Но это правило может применяться не везде, и Ян говорит, что нельзя делать обобщения, когда дело доходит до эндемичных и интродуцированных деревьев. «Некоторые из лучших видов для снижения загрязнения воздуха - неместные», - говорит он. «Мы не должны исключать их по идеологическим причинам».

Найти подходящие деревья для города - это хорошо сбалансированный бизнес. Но это только начало, - говорит Новак. Следующий вопрос - куда их сажать.

Многие благонамеренные схемы пострадали из-за плохо спланированной посадки. «В некоторых городах, таких как Пекин и Мехико, деревья сажают довольно далеко от центров», - говорит Роб Макдональд, ведущий научный сотрудник The Nature Conservancy. «Это может быть не так полезно».

Макдональд, который работает с муниципальными властями над управлением городскими лесами, говорит, что, как показывает практика, деревья нужно сажать поблизости от людей и источников загрязнения.

А поскольку направление ветра и структура ландшафта могут влиять на распространение загрязнения, необходимо соответствующим образом сажать деревья, добавляет Новак. На узких улочках, окруженных высокими зданиями, например, в центре Манхэттена, потоки воздуха могут задерживать загрязняющие вещества у земли. Посадка высоких деревьев с большими навесами может усугубить ситуацию, так как загрязнение не рассеется. Недавняя схема планирования деревьев в Пекине привела к улавливанию загрязнения в определенных областях, отчасти по этой причине.

Кумар и его команда недавно выпустили конкретные рекомендации для градостроителей по этому поводу. Живые изгороди или зеленые стены обычно предпочтительнее деревьев на узких улочках, окруженных высокими зданиями. В то время как на широких дорогах, окруженных невысокими зданиями, типичными для американских пригородов, воздух может течь более свободно, что снижает риск улавливания загрязняющих веществ, что делает жизнеспособными и деревья, и живые изгороди. Баральди добавляет, что примеры придорожных изгородей, которые хорошо подходят, включают калину, красноперую фотинию, бирючину и лавровый покров.

Обеспечение биоразнообразия также имеет важное значение, даже если один вид деревьев является безоговорочным победителем с точки зрения его способности улавливать загрязнители. Кумар рекомендует, чтобы не более 5-10% городского леса принадлежали к одному виду или семейству. И последний фактор, который отмечает Новак, заключается в том, что нужно реалистично относиться к обслуживанию и сроку службы - предпочтение следует отдавать растениям, которые не требуют особого внимания и прослужат несколько десятилетий.

Через лабиринт

При таком большом количестве переменных, которые нужно учитывать, может быть сложно понять, какие виды будут работать лучше всего в конкретном месте. «Существует множество противоречивых советов и желаемого за действительное о пользе городских деревьев для уменьшения загрязнения воздуха», - говорит Стефани Карлайл, городской эколог из Пенсильванского университета, изучающая взаимодействие естественной и искусственной среды. «Кроме того, это действительно сложно измерить». Действительно, в некоторых исследованиях сообщается, что растения могут снижать уровень ТЧ, попадающего в помещения, всего на 1%, в то время как другие утверждают, что уровень сокращения составляет 60% .

Но ученые создают инструменты, призванные помочь городским дизайнерам определить наиболее подходящие виды в конкретном месте. Например, бесплатное программное обеспечение iTree sizes, предоставленное Лесной службой США, ранжирует виды на основе набора переменных, включая способность удалять загрязняющие вещества в воздухе, хранение углерода и выбросы ЛОС.

Город Оквилл в Онтарио, Канада, был одним из первых, кто применил iTree, и является хорошим примером того, насколько сложно добиться правильного баланса. Муниципалитет обнаружил, что, по данным iTree, норвежский клен обеспечивает больше преимуществ для качества воздуха, чем любое другое дерево. Но поскольку норвежские клены уже составляют более 10% городского полога, город воздержался от их большего количества, чтобы сохранить биоразнообразие. Однако муниципалитет также прекратил сажать боярышник после того, как iTree обнаружил, что он мало помогает для качества воздуха. На смену боярышнику постепенно пришли вязы американские - но потом они оказались чувствительны к болезни голландского вяза.

Как объясняет Новак, ранжирование видов в инструменте iTree дает общее представление о лучших видах без особого учета местного контекста. «Виды, которые выходят на первое место, могут быть инвазивными или плохо подходящими для этой конкретной экосистемы», - говорит он. «Поэтому всегда лучше проконсультироваться с местными экспертами, чтобы определить, какие виды будут хорошо себя чувствовать в местных условиях». Затем Новак и его команда планируют пойти дальше и изучить, как местные экосистемы влияют на то, насколько дерево подходит для посадки, и как лучше всего использовать его естественные характеристики.

Кумар подчеркивает важность местного контекста. Ранее в этом году он стал соавтором руководства, которое поможет городским планировщикам выбрать виды, которые могут помочь уменьшить загрязнение придорожных территорий . Он перечислил 61 вид, у которых есть 12 признаков, подходящих для уменьшения загрязнения воздуха, например, неровные листья. В руководстве также учитываются «нежелательные» переменные, такие как пыльца, летучие органические соединения и виды, требующие особого ухода. «Вечнозеленые дубы, сосны и тис обыкновенный были выбраны как потенциально наиболее эффективные, - говорит Кумар. «Потому что они относительно устойчивы к загрязнению, вечнозеленые и обладают рядом полезных свойств листьев».

Такой совет не только для градостроителей. Теперь граждане могут рассчитывать на расширяющийся набор инструментов, которые помогут им в выборе посадки. Дженнифер Габрис, социолог из Кембриджского университета, разработала цифровой инструмент, с помощью которого каждый может внести свой вклад в сокращение загрязнения воздуха. Вызываются фито-сенсор , и разработан в то время как Gabrys ранее в Голдсмит университет, списки инструментов растения, которые оказались эффективными при сокращении ПМ, как Wallflowers и плющ, и предоставляют предложения по местам посадки.

Но в конечном итоге именно контекст определяет, является ли вид полезным или вредным. «Даже« самые эффективные деревья »в некоторых случаях могут не работать», - говорит Кумар. «Например, мы не рекомендуем сажать тис возле школьных игровых площадок, потому что он ядовит».

Если все это что-то и доказывает, так это то, что цепляние за одно дерево в качестве универсального решения не приведет вас очень далеко. «Некоторые дизайнеры склонны мыслить объектами, а не сложной экологической системой», - говорит Карлайл. «Но без целостного понимания городских экосистем есть риск принести больше вреда, чем пользы».

В этом смысле посадка деревьев для борьбы с загрязнением подобна многим другим аспектам городского дизайна - ключ к успеху заключается в понимании местных и экологических нюансов. Это то, что определит, будут ли городские деревья глотком свежего воздуха или серьезной головной болью.

Incatalog.kz

Перевод статьи: Султанова Алия