Наконец, стоит упомянуть о том, что из-за уменьшения прозрачности воздуха в городах меняется и качество света, т. е. его спектральный состав. С точки зрения человека существенно то, что свет содержит меньше ультрафиолетовых лучей (например, даже в относительно чистом юго-западном районе Москвы на 13% меньше, чем в сельской местности). Для растений же имеет значение обеднение света лучами, наиболее ценными для фотосинтеза, — "фотосинтетически активной радиацией" (ФАР). Таким образом, городские растения получают свет, не только ослабленный по интенсивности, но и ухудшенный по качеству.
Если световой режим в городах гораздо больше влияет на растения, чем на человека, то особенности другого важнейшего экологического фактора — тепла — хорошо знакомы нам по собственным ощущениям и впечатлениям. Все мы знаем, как трудно переносить в городе жаркое лето. И в художественной литературе обычны картины раскаленного асфальта, пышущих зноем каменных громад и т. д. Вот одна из зарисовок лета о Петербурге, сделанная в начале прошлого века:
Все камни... Камни стен и камни мостовых!
В домах защиты нет от духоты и жара!
Деревья чахлые бульвара
Стоят, как вечный фрунт! Под мертвой пылью их
Не видно зелени, нет свежести — и это,
Столица бедная, ты называешь лето!
В крупных городах тепловой режим складывается под влиянием многих факторов. Рассматривая город как поверхность, воспринимающую солнечное тепло (есть и такой "угол зрения"!), географы характеризуют его как "поверхность скального типа", имеющую большую теплопроводность (это строительные материалы) и "повышенную шероховатость" или даже ребристую структуру (это наши многоэтажные дома). Она работает как своего рода калорифер, способствуя эффективному использованию солнечной радиации для нагревания больших объемов воздуха. Если добавить еще к этому, что города производят и собственное тепло (работа промышленных предприятий, электростанций, отопление) и что ночному излучению тепла препятствует "пылевая шапка", то станет понятно: города в целом — более теплые местообитания по сравнению с зональным фоном (т. е. климатическими показателями данной географической зоны). В климатологической литературе их называют "островами тепла".
Чугунную решетку дереву не сдвинуть, не обойти; пришлось расти, частично 'проглотив' ее
Постепенное "потепление" городов хорошо заметно в тех случаях, когда есть возможность проследить изменение климатических показателей за длительные сроки. Так, в центре Парижа за последние 100 лет минимальная температура поднялась на 4°С, а средняя — на 1,9°; в Ленинграде за 230 лет средняя температура возросла на 2,1°С в холодный период года и на 0,05° — в теплый. В городах Северной Америки, как показывают данные по 34 метеостанциям, за последние 40 лет идет потепление со средней скоростью 0,012° в год. Скорость потепления прямо связана с темпами урбанизации. В одном из самых быстро растущих городов США — Фениксе, где за послевоенные годы население увеличилось более чем в 10 раз, средняя температура летних месяцев повысилась на 4,4°С.
В настоящее время разница летних температур "центр города — пригород" в крупных городах достигает нескольких градусов, например в Москве 2-5, в Лондоне 4-6, в Париже 5-7, в Дели 4-6, в Сеуле 3-7. И даже в небольшом и малоэтажном Владимире она составляет 0,5-2°С. Это вызывает иногда своеобразный "городской бриз", дующий от центра к окраинам. Зимой различие температур еще больше, до 10-14°С, причем, как правило, безморозный период в городах длиннее на несколько дней. И лишь в отдельных случаях, в городах с особыми условиями, этот тепловой эффект не выражен. Так, в Архангельске, расположенном в дельте Северной Двины, на ее берегах и островах, летом даже холоднее на 0,2-0,4°, чем в окрестностях; в городе-оазисе Ашхабаде с обилием воды и зелени температура в центре на 2,5°С ниже, чем в окружающей пустыне. Но это лишь редкие исключения, обычно же над городами располагается слой теплого воздуха куполообразной формы, высотой до 200 м, названный в литературе "тепловой шапкой". Городские "острова тепла" оказывают влияние и на пригородные зоны (например, в Париже в радиусе 30-40 км), но, как считают климатологи, не вносят существенного вклада в глобальное потепление климата.
Если с точки зрения человека особенности теплового режима городов этим и исчерпываются, то для растений существует еще одна немаловажная его сторона — это тепловой режим почвы, достаточно необычный в городах для жизни растений. В жаркие летние дни асфальтовые покрытия, нагреваясь, отдают тепло не только приземному слою воздуха, но и поверхностным слоям почвы. Например, в Минске в дни с температурой воздуха 26-27°С температура почвы под асфальтом на глубине 20 см достигала 34-37°, а на глубине 40 см — 29-32°. Эти в полном смысле слова горячие горизонты — как раз те, в которых обычно сосредоточены живые окончания корней древесных пород. Особенно горячим бывает слой почвы под самым асфальтом (температура его поверхности доходит до 50-55°С) и в пристволовых лунках, покрытых чугунными решетками — декоративными и защищающими от вытаптывания. Недаром самые верхние слои городских почв практически не содержат живых корней. При раскопках на улицах Минска было обнаружено "опускание" основной массы корней деревьев на теневой стороне улицы до глубины 30-60 см, а на более прогреваемой солнечной стороне — еще глубже, до 40-80 см.
Пейзаж Петербурга-Петрограда-Ленинграда. В прошлом веке были лишь редкие дымы печных труб да речных пароходиков (как экзотическая деталь того времени, этот дым специально акцентирован в картине). А. Дюран. Демидовский дом призрения. 1843 г.
Таким образом, для уличных растений создается необычная тепловая ситуация: температура подземных органов у них нередко выше, чем надземных. В природных же условиях, напротив, естественно существование растений при гораздо более низких температурах почвы, чем воздуха; именно к такому распределению температур приспособлены жизненные процессы большинства наземных растений умеренных широт (за исключением разве что растений пустынь).
Пейзаж Петербурга-Петрограда-Ленинграда. В прошлом веке были лишь редкие дымы печных труб да речных пароходиков (как экзотическая деталь того времени, этот дым специально акцентирован в картине). П. Васильев. Вид Петербургских островов и Невы с одним из первых русских пароходов. 1820 г.
Зимой температурный режим почвы в городах также достаточно суров. В естественном растительном покрове зимнее охлаждение почвы смягчается слоем растительных остатков и снежной "шубой", поэтому даже в холодные зимы почва далеко не везде промерзает (например, в лиственных лесах под пышной подстилкой из опавших листьев). На улицах городов, где снег убирают, а слой асфальта имеет большую теплопроводность (т. е. способствует потере тепла), почвы охлаждаются до -10°... -13°, что может привести к опасному промерзанию корней. Таким образом, годовой перепад температур в городских, почвах (точнее, их корнеобитаемых слоях) составляет 40-50°, в то время как в естественных условиях (для средних широт) он не превышает 20-25°С.
Пейзаж Петербурга-Петрограда-Ленинграда. В наши дни все гуще становятся индустриальные дымовые шлейфы. А. Остроумова-Лебедева. Выборгская сторона. 1930 г.
Важнейший экологический фактор в жизни растений — влага (вода). Основной источник ее поступления к наземной растительности — атмосферные осадки. Над городами, по наблюдениям климатологов, нередко выпадает примерно на 10-15% больше осадков, чем над окружающими территориями. Однако даже в условиях обилия осадков городские растения часто испытывают недостаток в почвенной влаге (или, по крайней мере, получают ее меньше, чем загородная естественная растительность). Это касается в первую очередь уличных насаждений. С водонепроницаемого асфальта дождевые воды стекают в канализационную сеть, и значительная часть влаги атмосферных осадков теряется для растений. Даже в городах со сравнительно влажным климатом городские растения, особенно деревья с их огромной массой испаряющей листвы, могут оказаться в условиях почвенной засухи. Минские ботаники обнаружили, что влажность почвы под уличными посадками в сухую погоду нередко падает до "мертвого запаса", недоступного для корней растений. Вместе с тем при дождях или обильном поливе возможно другое нежелательное явление — застаивание воды и прекращение доступа воздуха к корням.
Пейзаж Петербурга-Петрограда-Ленинграда. В наши дни все гуще становятся индустриальные дымовые шлейфы. А. Ушин. Кировский завод. 1970 г.
Отекание дождевых вод "мимо почвы" означает также уменьшение количества влаги, испаряющейся с поверхности, а это влечет за собой изменения в городском микроклимате, и среди них — уменьшение влажности воздуха. В летние месяцы она на 5-6% ниже, чем на окружающих территориях, а в жаркие летние дни даже в средних широтах относительная влажность воздуха в городе может снижаться до 20-22%. По шкалам же, принятым в климатологии, это уже величина, характерная для "атмосферной засухи".
Обратимся теперь к почвенно-грунтовым условиям в городах как фактору среды обитания растений. В естественных экосистемах почвенный слой — это особый, сложно организованный мир, со своей структурой и химическим составом, водно-воздушным и тепловым режимом, живым населением (бактерии, грибы, водоросли, почвенные животные), сложными и разнообразными биохимическими процессами. Под влиянием материнской породы, климата, растительности и других естественноисторических факторов веками создавались почвенные горизонты, откладывался гумус, составляющий основу почвенного плодородия, формировались связи между компонентами почвы. А что представляют собой почвы в городах?
Начнем с того, что во многих случаях естественные почвы здесь просто отсутствуют. При подготовке территории для застройки нередко производится выравнивание, при котором на одних участках почвенный покров (точнее, верхние слои почвогрунта) снимается, на других же понижения заполняются излишками грунта, а естественная почва оказывается погребенной. Довольно распространены в городах перемешанные и насыпные почвы, в том числе с применением строительного мусора. Такие субстраты обычно имеют повышенную щелочность, мы же нередко заставляем на них расти древесные породы и кустарники, для которых привычны лесные почвы с более или менее кислой реакцией. Встречаются в городах и намывные почвы. Таким способом создаются целые новые участки, когда не хватает территории для застройки (например, район Гавани в Ленинграде, микрорайон Марьино в Москве).