Table of Contents

Растущая потребность в дождевых садах в загрязненных городских ландшафтах

Городской стоок ливневых вод является ведущим источником загрязнения воды в реках, озерах и прибрежных водах. Поскольку дождь течет по крышам, дорогам, парковкам и газонам, он собирает коктейль из загрязняющих веществ: масла и смазки от транспортных средств, тяжелых металлов от тормозных колодок и промышленных осадков, дорожной соли, пестицидов, удобрений и патогенных бактерий. Традиционная дренажная инфраструктура отправляет эту загрязненную воду непосредственно в водные пути, минуя естественную фильтрацию. Дождевые сады - небольшие, растительностные бассейны, предназначенные для захвата и инфильтрации стока - предлагают децентрализованное, экономически эффективное решение этой проблемы. Они используют растения, почву и микробную активность для фильтрации загрязняющих веществ, снижения пикового потока и подзарядки грунтовых вод. Однако успех дождевого сада в загрязненной области зависит от одного критического фактора: сами растения. Выбор видов, которые могут выжить, процветать и даже очищать загрязненную почву и воду - это разница между садом, который просто выглядит красиво и функционирует как настоящий зеленый актив инфраструктуры.

Это руководство обеспечивает комплексный, научно обоснованный подход к выбору лучших растений для дождевых садов, расположенных в загрязненных районах. Мы рассмотрим типы загрязнения, с которыми вы можете столкнуться, механизмы, используемые растениями для борьбы с токсинами, подробные рекомендации по растениям, соображения по максимизации удаления загрязняющих веществ и долгосрочные стратегии обслуживания. Независимо от того, являетесь ли вы ландшафтным архитектором, муниципальным менеджером по ливневым водам или домовладельцем, желающим внести свой вклад, информация здесь поможет вам построить устойчивый, высокоэффективный дождевой сад, который превращает проблему загрязнения в экологический актив.

Понимание загрязняющих веществ, распространенных в загрязненном стоке

Перед выбором растений важно знать, с чем они будут сталкиваться.Загрязненный городской сток обычно содержит смесь следующих загрязняющих веществ:

  • Тяжелые металлы: Цинк, медь, свинец, кадмий, никель и хром часто происходят из-за износа транспортных средств (тормозные колодки, шины), промышленных выбросов и строительных материалов (оцинкованные крыши, медные желоба). Эти металлы могут накапливаться в почве и растительных тканях, создавая риск для дикой природы и людей, если их мобилизовать.
  • Углеводороды и нефтепродукты: Масло, смазка, полициклические ароматические углеводороды (ПАУ) и бензол распространены во стоках на стоянках и вблизи дорог с высоким трафиком. Многие из них токсичны при низких концентрациях и могут сохраняться в окружающей среде.
  • Питательные вещества: Избыток азота и фосфора из газонных удобрений, отходов домашних животных и атмосферных осаждений вызывает эвтрофикацию в приемных водах. В то время как растения нуждаются в этих питательных веществах, слишком много может привести к цветению водорослей и мертвым зонам.
  • Дорожная соль: Хлорид натрия, хлорид кальция и хлорид магния, используемые для обезлеживания, повышают соленость почвы, что вызывает стресс у большинства пресноводных растений и может повредить структуру почвы.
  • Патогены: Бактерии фекальной колиформы и другие микробы из отходов домашних животных и протекающих канализационных систем могут загрязнять стоки. В то время как дождевые сады помогают ловить и лечить эти патогены, выбор растений может влиять на судьбу и транспорт.
  • Гербициды и пестициды:] Жилые и коммерческие применения часто смываются после дождя, неся активные ингредиенты, которые могут нанести вред полезным почвенным организмам и нецелевые растения.

Концентрация и смесь этих загрязнителей сильно различаются по месту. Дождевой сад, прилегающий к оживленной автомагистрали, столкнется с различными проблемами, чем в жилом подразделении или в районе промышленной реконструкции. Тестирование почвы в предлагаемом месте сада является первым шагом к пониманию конкретного профиля загрязняющих веществ и выбору растений соответственно. Многие университетские службы расширения и экологические консалтинговые фирмы предлагают тесты почвы для металлов и органических загрязнителей. Знание базовых уровней помогает вам выбирать виды с соответствующими допусками, а также обеспечивает ориентир для измерения эффективности восстановления сада с течением времени.

Как растения очищают загрязненную воду: роль фиторемедиации

Растения, выращивающие дождевые сады, не просто впитывают воду, они активно участвуют в ее очистке с помощью нескольких механизмов фиторемедиации:

  • Фитоэкстракция: Растения поглощают загрязняющие вещества, особенно тяжелые металлы, через их корни и перемещают их в надземные ткани (стволы, листья).Загрязнители затем собирают и удаляют, когда растительный материал разрезают и утилизируют должным образом. Некоторые виды, известные как гипераккумуляторы, могут хранить металлы в очень высоких концентрациях, не будучи отравленными.
  • Ризодеградация: Корни растений выделяют экссудаты — сахар, кислоты и ферменты — которые стимулируют почвенные микробы, способные разрушать органические загрязнители, такие как углеводороды и ПАУ. Плотные корневые системы растений в дождевом саду создают «эффект ризосферы», который ускоряет деградацию микроорганизмов.
  • Фитостабилизация: Растения обездвиживают загрязняющие вещества в почве, связывая их с корневыми тканями и корневыми микоризными грибами. Это предотвращает вымывание металлов и других загрязняющих веществ в грунтовые воды или транспортировку во стоки. Многие водно-болотные угодья и прибрежные виды превосходят по фитостабилизации.
  • Фитоволатилизация:] Некоторые растения могут поглощать летучие органические соединения (ЛОС) и тяжелые металлы, такие как селен и ртуть, превращать их в менее токсичные газообразные формы и выпускать их в атмосферу посредством транспирации. Это менее распространено в дождевых садах, но может быть актуально для конкретных промышленных соединений.
  • Фильтрация и осаждение:] Структурные части растений — стебли, листья и корневые коврики — физически улавливают взвешенные твердые вещества и связанные с частицами загрязнители. Плотные осадки и приливы особенно эффективны для замедления воды и позволяют осадкам оседать.

При выборе растений для загрязненных дождевых садов вы ищете виды, которые эффективно используют эти механизмы, а также переносят местный климат и чередующиеся влажные сухие циклы, типичные для ливневых бассейнов. Местные растения часто являются лучшим выбором, потому что они адаптированы к местным условиям и поддерживают полезные микробные сообщества. Однако некоторые неместные, но неинвазивные виды продемонстрировали исключительную толерантность к загрязняющим веществам и могут использоваться разумно.

Ключевые критерии выбора растений

Выбор растений для сада в загрязненной зоне требует балансирования нескольких факторов. Вот не подлежащие обсуждению критерии:

1.Толерантность к конкретным загрязнителям

Ни одно растение не может справиться с каждым загрязнителем. Исследования, опубликованные в журналах, таких как Экологические науки и методы и Исследования воды , выявили набор видов, которые особенно устойчивы к тяжелым металлам, углеводородам и дорожной соли. [[FLT]] ] Важно связать результаты почвенных испытаний вашего сайта с опубликованными данными о переносимости. Хорошим исходным ресурсом является EPA, которые включают руководство по выбору

2. Адаптация к мокрым сухим циклам

Дождевые сады предназначены для слива в течение 24-48 часов после шторма. Это означает, что растения должны переносить как кратковременное затопление, так и сухие периоды между событиями осадков. Виды, которые естественным образом растут в поймах, весенних бассейнах или вдоль берегов рек, идеальны. Они имеют специализированные корневые структуры - ткань аэронхимы, которая транспортирует кислород к погруженным корням - и могут выживать при колебаниях влажности почвы. Избегайте растений, которые требуют последовательно влажных или сухих условий; они будут бороться в динамичной среде дождевого сада.

3. Низкое содержание и самоподдержка

В загрязненных районах, особенно в средних автомагистралях или на промышленных объектах, регулярный уход может быть ограничен сезонным стрижкой или сорняком. Выберите многолетники, которые быстро устанавливаются, конкурируют сорняками и требуют минимального орошения после установления (обычно после первого вегетационного периода). Избегайте декоративных украшений с высоким содержанием, которые нуждаются в заглушении или оплодотворении. Цель - самоподдерживающееся сообщество растений, которое обеспечивает долгосрочную обработку ливневых вод с небольшим вмешательством.

4. Благоприятные условия для коренных народов

Коренные растения являются предпочтительными по нескольким причинам: они поддерживают местные популяции опылителей, требуют меньше воды и удобрений и совместно эволюционировали с региональными почвенными микробами, которые помогают фиторемедиации. В Соединенных Штатах такие организации, как , Национальный исследовательский центр дикой природы , могут помочь вам определить подходящие виды для вашего экорегиона. Однако, если неместные, неинвазивные виды демонстрируют превосходную толерантность к загрязнителям (например, Juncus effusus для дорожной соли), он может быть включен в низкие пропорции, не нанося ущерба биоразнообразию.

5 Глубина корня и архитектура

Глубоководные растения (2-3 фута и более) более эффективны при проникновении в воду и разрушении уплотненных почв, что распространено в городских районах. Они также получают доступ к более глубоким слоям почвы для поглощения и стабилизации питательных веществ. Сочетание мелкокорневых грунтовых покрытий, форбов средней высоты и более глубококорневых трав или кустарников создает слоистую корневую зону, которая максимизирует удаление загрязняющих веществ из всего профиля почвы.

Подробные рекомендации по растениям для загрязненных дождевых садов

Ниже приведен список растений, которые оказались успешными в дождевых садах, подверженных городскому и промышленному загрязнению.Сгруппированные по типу растений, каждая запись включает заметки о переносимости загрязняющих веществ, условиях выращивания и преимуществах восстановления.

Травы и травоподобные растения (Седж, Русхес)

  • Carex stricta — Отлично подходит для тяжёлых глинистых почв и загрязненного стока. Образует плотные клыки, которые улавливают осадок и обеспечивают среду обитания. Толерантно относится к меди и цинку. Растёт на полном солнце, чтобы частично оттенить; влажная зона: мокрая для мезика.
  • Juncus effusus — Толерант дорожной соли и углеводородов. Часто используется в дорожных стоках. Его круглые стебли создают вертикальные зоны фильтрации. Плотная корневая система способствует фитостабилизации металлов.
  • Panicum virgatum (Switchgrass) — глубоко укоренившийся (до 6 футов) хорошо обрабатывает сухие заклинания. Известный для ризодеградации нефтяных углеводородов. Культивары, такие как «Шенандоа», являются декоративными и с низким содержанием.
  • Spartina pectinata (Prairie Cordgrass) — Исключительно для фиторемедиации тяжёлых металлов, включая свинец и кадмий. Толерантность высокой солёности и периодические наводнения. Лучше всего для больших дождевых садов с полным солнцем.

Многолетние форбы и дикие цветы

  • Asclepias incarnata — поддерживает бабочек-монархов и других опылителей. Толерантно переносит богатый питательными веществами стоок и умеренные нагрузки тяжёлых металлов. Предпочитает влажные, глинистые почвы.
  • Eutrochium fistulosum (Joe-Pye Weed) — высокий, прочный многолетник, который обрабатывает плохую почву и высокую влажность.Эффективный при фитоэкстракции свинца и цинка. Цветы привлекают полезных насекомых.
  • Ирисовый високосный — произрастает в мелководной стоячей воде. Толерантны к медным, цинковым и масляно-загрязненным почвам. Его волокнистые корни удерживают почву и медленный поток воды.
  • Любелия кардиналис — Процветает в постоянно влажных районах. Чувствительна к засухе, но демонстрирует умеренную толерантность к металлам. Ярко-красные цветы обеспечивают нектар для колибри.
  • Monarda fistulosa — Толерантная глиняная почва и периодические наводнения. Ароматическая листва, магнит опылителя. Исследования показывают, что она может помочь разлагать органические загрязнители в корневой зоне.
  • Rudbeckia hirta — Толерантность к бедным почвам и дорожной соли. Его волокнистые корни хороши для контроля эрозии. Не так терпимы к длительному затоплению, поэтому растения в более высоких зонах сада.
  • Solidago canadensis (Канада Голденрод) — Высоко адаптируется к богатому питательными веществами стоку и умеренному загрязнению металлами. Глубокие корнеплоды помогают разбивать уплотненные почвы. Важный источник пыльцы позднего сезона.
  • Вербена хастата — Растёт во влажных нарушенных областях. Толеранты глинистых и тяжёлых металлических почв. Высокие цветочные шипы привлекают пчел и бабочек.

Растения с формирующимися и водяными краями (для влажных зон)

  • Pontederia cordata — Процветает на мелководье и насыщенной почве. Прекрасно убирает питательные вещества и улавливает твердые металлы. Обеспечивает яйцекладку подложки для стрекоз.
  • Sagittaria latifolia (Broadleaf Arrowhead) — производит крахмалистые клубни, которые съедаются водоплавающей птицей. Толерантны к меди и свинцу. Требует полного солнца и постоянной влаги.
  • Scirpus atrovirens (Зеленая каша) — образует плотные колонии, которые фильтруют стоки и поглощают тяжёлые металлы.Хорошо подходит для дождевых садов с расширенными зонами для прудов.

Крубы для дождевых садовых границ

  • Cephalanthus occidentalis (Buttonbush) – Excellent shrub for saturated soils. Its root zone supports microbial degradation of carbamates and other organic pollutants. Toleratesflooding. Attracts bees and butterflies.
  • Cornus sericea — Растёт во влажных почвах и переносит дорожную соль. Корни помогают стабилизировать берега ручьев и края дождевого сада. Ярко-красные стебли добавляют зимний интерес.
  • Ilex verticillata (Winterberry Holly) — родом из водно-болотных угодий, обрабатывает колеблющиеся уровни воды. Не тяжелый аккумулятор металлов, но обеспечивает структуру и корм для дикой природы (ягоды).
  • Sambucus canadensis (Американская бузина) — быстрорастущий, глубоко укоренившийся кустарник. Толерантно относится к широкому спектру почв, включая богатые питательными веществами, загрязненные участки. Ягоды используются птицами и людьми (приготовлены).

Проектирование сада дождя для оптимального удаления загрязняющих веществ

Plant selection is only one part of the equation. The physical design of the rain garden dramatically influences how well plants can perform their cleaning function. Follow these design principles for contaminated sites:

Зона: три глубинные зоны

Разделите дождевой сад на три горизонтальные зоны на основе ожидаемой глубины прудирования:

  • Зона 1 — Внутренний край (0-3 дюйма глубины пруда): Используйте влаголюбивые травы, такие как Carex lupulina (hop sedge) и эмердженты, такие как Pontederia cordata. Эта зона захватывает первый сток стока, который часто несет самые высокие нагрузки загрязняющих веществ.
  • Зона 2 — Нижний склон (3-6 дюймов) прудирования: Прочные многолетники растений, такие как Iris versicolor, Juncus effusus и Eutrochium spp. Эти растения могут переносить кратковременное погружение и помогать фильтровать умеренные потоки.
  • Зона 3 — Верхний Склон и Буфер (0—3 дюйма, редко обдуманный): Используйте растения, которые предпочитают более сухие условия, но переносят случайную смачивание: Rudbeckia hirta, Monarda fistulosa, Solidago canadensis и родные кустарники, такие как Cornus sericea. Эта зона также действует как ловушка для осадка листового потока.

Поправка к почве и поддержание инфильтрации

Компактные городские почвы могут снизить скорость инфильтрации, что приводит к застою и разведению комаров. Перед посадкой изменение почвы с органическим веществом (компост) улучшает структуру, водосберегающую способность и микробную активность. Для сильно загрязненных участков, особенно с высокими концентрациями металлов, рассмотрите вопрос о добавлении 4-6-дюймового слоя инженерной смеси почв биоудержания (песок, верхний слой почвы и органическое вещество), предназначенной для сорбции загрязнителей. Рутгерс Кооперативное расширение руководящие принципы биоудержания Предлагают подробные спецификации для соотношений почвенной смеси.

Мульчирование с осторожностью

Измельченная мульча из лиственных пород является стандартной для дождевых садов, но на загрязненных участках избегайте использования мульчи, которая может вводить дополнительные загрязнители (например, обработанные древесные отходы). 2-дюймовый слой чистой измельченной коры помогает удерживать влагу, подавлять сорняки и защищать почву от эрозии плесени. Со временем мульча разрушает и питает микробное сообщество, которое разрушает органические загрязнители. Не используйте резиновую мульчу или ландшафтную ткань, поскольку они препятствуют развитию корней растений и проникновению почвы.

Плотность и разнообразие посадки

Плотная посадка (18-24 дюйма на центре для пробок) оттеняет сорняки и быстрее покрывает почву, уменьшая эрозию и конкуренцию за ресурсы. Цель по крайней мере 10 различных видов, смешивая травы, форбы и несколько кустарников. Разнообразие создает избыточность - если один вид страдает от похолодания, засухи или вспышки болезни, другие могут компенсировать. Он также поддерживает более богатый микробиом почвы, который усиливает общую деградацию загрязняющих веществ. Избегать посадки инвазивных видов, таких как Phragmites australis (неродной генотип) или Lythrum salicaria (фиолетовый рыхлый полосатый), который может убежать в естественные водно-болотные угодья.

Долгосрочное обслуживание в загрязненной среде

Дождевые сады на загрязненных территориях требуют более тщательного режима обслуживания, чем те, которые находятся в чистых условиях. Вот график обслуживания, адаптированный к загрязненным участкам:

  • Первый вегетационный сезон: Вода глубоко раз в неделю (если нет дождя) для установления корней. Быстро удаляйте сорняки, особенно инвазивные виды, такие как Lespedeza cuneata (sericea lespedeza) или Alliaria petiolata (горчица чеснока).
  • После каждого крупного шторма (≥1 дюйма): Осмотрите точку притока и выход. Удалите мусор, накопление осадков и мусор, которые могут засорить систему. Проверьте наличие признаков стоячей воды более 48 часов, что указывает на плохой дренаж.
  • Весна и осень: Отрежьте мертвый растительный материал до земли. Это удаляет надземные ткани, которые могли накопить металлы и органические загрязнители. Утилизируйте черенки на свалке или компостировании, которые принимают загрязненные зеленые отходы — не компостируйте их в вашей домашней куче. Оставьте несколько головок семян для птиц, если это необходимо.
  • Ежегодный тест почвы: Мониторинг изменений уровня загрязняющих веществ, особенно тяжелых металлов. Если концентрации металлов превышают безопасные уровни, рассмотрите возможность замены некоторых почв или сборочных установок чаще. Некоторые муниципалитеты классифицируют отработанный растительный материал из фиторемедиации как опасные отходы; проверьте местные правила.
  • Каждые 3-5 лет:] Пересаживаются участки, где растения отмерли или где давление сорняков изменило видовой состав. Вводят новые виды, если изменились профили загрязняющих веществ.

Тематическое исследование: сад дождя на участке Браунфилд в Милуоки

Долина реки Меномоне в Милуоки, штат Висконсин, когда-то была промышленным центром, заваленным каменноугольной смолой, тяжелыми металлами и нефтяными отходами. В 2016 году группа сообщества в партнерстве с Университетом Висконсина-Милуоки установила дождевой сад на жилой улице справа от дороги, который собирал сток из асфальтированной аллеи. Почвенные испытания показали повышенный свинец (350 ppm) и цинк (500 ppm.]] Команда выбрала палитру растений, ориентированную на Carex vulpinoidea (лисица), Verbena hastata , Panicum virgatum и Eutrochium maculatum (пятнистый сорняк из

Обычные ошибки и как их избежать

  • Ошибка: выбор растений строго для эстетики. Красивые цветы сами по себе не означают, что растение может обрабатывать тяжелые металлы или соль. Всегда перекрестно ссылаясь на эстетику с данными о переносимости.
  • Ошибка: Смотря соляной толерантности. В северном климате дорожная соль является основным стрессором. Многие традиционные садовые растения (например, Lobelia cardinalis) чувствительны к соли и погибнут после одной зимы, если их поместить рядом с соленой дорогой. Используйте солеустойчивые виды, такие как Juncus effusus, Spartina pectinata, или Carex muskingumensis.
  • Ошибка: Посадка в уплотненную глину без внесения изменений. Если вода не может проникнуть, сад становится прудом, который топит растения. Разбейте глину гравием или смесью почвы с биоудерживающим материалом и убедитесь, что существует переливной выход.
  • Ошибка: Игнорирование важности микробного здоровья. Ризодеградация зависит от почвенных бактерий и грибов. Избегайте применения гербицидов широкого спектра или фунгицидов вблизи сада. Вместо этого используйте органическую мульчу и введите микоризные инокулянты во время посадки.
  • Ошибка: слишком мало растений на квадратный фут. Разреженная посадка способствует сорнякам и снижает эффективность обработки. Расчет количества пробок основан на интервале между растениями от 12 до 18 дюймов для большинства видов.

Вывод: живая инфраструктура для чистой воды

Дождевые сады в загрязненных районах - это не просто тенденция к озеленению - они являются важной частью городской водной инфраструктуры. Выбирая растения, которые научно доказано переносят, накапливают или разрушают загрязняющие вещества, вы можете превратить участок земли в биологический фильтр, который защищает водоемы ниже по течению и повышает городское биоразнообразие. Ключ заключается в том, чтобы основывать свой выбор на местных условиях участка, использовать разнообразную палитру местных и надежных неместных видов и соблюдать график обслуживания, который удаляет накопленные токсины. При тщательном планировании и правильных партнерах по растениям дождевые сады могут процветать даже в самых сложных городских условиях, доказывая, что собственные технологии природы могут устранить проблемы промышленности и повседневной жизни. Начните с почвенного теста, проконсультируйтесь с региональными рекомендациями и растением с целью - ваш местный водораздел будет вам благодарен.