Microclimatic influence and water state characteristics of introduced tree species in urban park stands

Abstract

The article presented the results of research on the potential ability of introduced tree species to develop microclimatic conditions of urban green spaces in the Steppe zone (using the example of park plantings in Dnipro city). The goal of the work was to determine the role of introduced tree species in optimizing the air and soil temperature and humidity, taking into account the species-specific features of leaf water state. The research was conducted in Taras Shevchenko Central Culture and Leisure Park and Ivan Starov Square during the growing season, 2023. Temperature and humidity measurements in atmospheric air and soil, and measurements of leaf physiological traits were taken using modern devices and classical techniques. The objects of research were 12 introduced tree species aged 40–50 years: Acer negundo L., Acer saccharum Marshall, Aesculus hippocastanum L., Ailanthus altissima (Mill.) Swingle, Celtis occidentalis L., Fraxinus pennsylvanica Marshall, Gleditsia triacanthos L., Gymnocladus dioica (L.) K. Koch, Robinia pseudoacacia L., Ulmus pumila L., Quercus rubra L., Styphnolobium japonicum (L.) Schott. The research outputs showed that during daylight hours air temperature decreased by an average of 1–2 °C, and relative humidity increased by 3–5% beneath the tree crowns compared to open sites. The soil temperature within the crown projection area was 2–4 °C lower, while the humidity almost doubled. Indicators of the leaf water state (Relative Water Content and Water Deficit) revealed significant interspecific differences. So, S. japonicum, and A. altissima were characterized by a high relative water content, whereas A. hippocastanum and Q. rubra showed lower values and a greater lack of moisture. The outputs of cluster analysis allowed the groups of tree species to be distinguished based on their sustainability and phytoclimatic effects. This indicates the feasibility of combined use of different tree species in formation of urban plantings having significant regulatory functions. У статті представлено результати дослідження потенційної здатності інтродукованих деревних видів формувати мікрокліматичні умови міських зелених насаджень у степовій зоні (на прикладі паркових насаджень міста Дніпро). Метою роботи було визначити роль інтродукованих деревних видів в оптимізації температури та вологості повітря та ґрунту з урахуванням видоспецифічних особливостей стану листової води. Дослідження проводилося в Центральному парку культури та відпочинку імені Тараса Шевченка та на площі Івана Старова протягом вегетаційного періоду 2023 року. Вимірювання температури та вологості атмосферного повітря та ґрунту, а також вимірювання фізіологічних характеристик листя проводилися за допомогою сучасних приладів та класичних методик. Об'єктами дослідження були 12 інтродукованих видів дерев віком 40–50 років: Acer negundo L., Acer saccharum Marshall, Aesculus hippocastanum L., Ailanthus altissima (Mill.) Swingle, Celtis occidentalis L., Fraxinus pennsylvanica Marshall, Gleditsia triacanthos L., Gymnocladus dioica (L.) K. Koch, Robinia pseudoacacia L., Ulmus pumila L., Quercus rubra L., Styphnolobium japonicum (L.) Schott. Результати дослідження показали, що протягом світлового дня температура повітря під кронами дерев знижувалася в середньому на 1–2 °C, а відносна вологість підвищувалася на 3–5% порівняно з відкритими ділянками. Температура ґрунту в зоні проекції крони була на 2–4 °C нижчою, а вологість зросла майже вдвічі. Показники стану вологості листя (відносний вміст води та дефіцит води) виявили значні міжвидові відмінності. Так, S. japonicum та A. altissima характеризувалися високим відносним вмістом води, тоді як A. hippocastanum та Q. rubra показували нижчі значення та більший дефіцит вологи. Результати кластерного аналізу дозволили виділити групи деревних видів на основі їхньої стійкості та фітокліматичного впливу. Це вказує на доцільність спільного використання різних деревних видів у формуванні міських насаджень, що мають значні регуляторні функції.