ДОСЛІДЖЕННЯ ВПЛИВУ РОСЛИН НА ФУНКЦІОНАЛЬНУ ЕФЕКТИВНІСТЬ КОНСТРУКЦІЙ ДОЩОВИХ САДІВ: АНАЛІЗ РЕКОМЕНДАЦІЙ ТА НАУКОВИХ РЕЗУЛЬТАТІВ

Автор(и)

  • Марина Кравченко Київський національний університет будівництва і архітектури, Україна https://orcid.org/0000-0003-0428-6440
  • Тетяна Ткаченко Київський національний університет будівництва і архітектури, Україна https://orcid.org/0000-0003-2105-5951
  • Андрій Щербак Київський національний університет будівництва і архітектури, Україна https://orcid.org/0009-0000-4594-6412

Ключові слова:

дощовий сад, зелена інфраструктура, рослинність, зливові води, якість дощової води, функціональні ознаки, ризосфера, різноманітність рослин

Анотація

Дощові сади є поширеною практикою управління зливовими водами, включаючи їх якість, у міських районах багатьох країн світу. Рослини відіграють важливу роль у системах дощових садів, а рекомендації з їх проєктування, поширені у всьому світі, містять розширені вказівки та поради щодо ролі вибору рослин для підвищення ефективності та стійкості системи.

На основі дослідження рекомендацій щодо проєктування дощових садів було визначено чотири основні гіпотези, що стосуються ролі рослин: 1) системи з рослинністю є більш ефективними, ніж без них; 2) види рослин відрізняються своєю ефективністю; 3) місцеві види є ефективнішими, ніж інтродуковані; 4) конструкції дощових садів з різноманітним видовим складом є ефективнішими, ніж з монокультурами.

У дослідженні було розглянуто ефективність систем дощових садів з точки зору гідравлічних і гідрологічних властивостей, а також з точки зору видалення забруднюючих речовин.  У роботі проаналізовано відповідність визначених гіпотез результатам наукових досліджень, що надає значне наукове підґрунтя для розробки відповідних нормативних документів, стандартів та рекомендацій в Україні, які на сьогоднішній день відсутні. Вид рослинності безпосередньо впливає на гідравлічну продуктивність і процес видалення азоту, причому характеристики коріння є важливим фактором, який впливає на ці процеси. Обґрунтовано, що кореневі системи рослин сприяють підтримці гідравлічної провідності та зменшенню рівня забруднення. Наукових результатів, які б підтвердили гіпотезу, що місцеві рослини або дощові сади з високою видовою різноманітністю мають вищу продуктивність порівняно з системами з меншою кількістю видів або з інтродукованими видами знайдено не було.

Залишаються мало дослідженими питання щодо взаємодії рослин і мікробоценозу у системі дощового саду, ролі макропор у міграції забруднюючих речовин або диференційованого впливу вибору рослин на продуктивність системи.

Посилання

  1. Zanin, G.; Bortolini, L.; Borin, M. (2018). Assessing Stormwater Nutrient and Heavy Metal Plant Uptake in an Experimental Bioretention Pond. Land, 7, 150. 10.3390/land7040150.
  2. Kozak, C.; Fernandes, C.V.S.; Braga, S.M.; Do Prado, L.L.; Froehner, S.; Hilgert, S. (2019). Water quality dynamic during rainfall episodes: integrated approach to assess diffuse pollution using automatic sampling. Environ Monit Assess, 191, 402. 10.1007/s10661-019-7537-6.
  3. Chen, J.; Theller, L.; Gitau, M.W.; Engel, B.A.; Harbor, J.M. (2017). Urbanization impacts on surface runoff of the contiguous United States. Journal of Environmental Management, 187, 470–481. 10.1016/j.jenvman.2016.11.017.
  4. Apel, H.; Martínez Trepat, O.; Hung, N.N.; Chinh, D.T.; Merz, B.; Dung, N.V. (2016). Combined fluvial and pluvial urban flood hazard analysis: concept development and application to Can Tho city, Mekong Delta, Vietnam. Nat. Hazards Earth Syst. Sci., 16, 941–961. 10.5194/nhess-16-941-2016.
  5. Ahmed, W.; Hamilton, K.; Toze, S.; Cook, S.; Page, D. (2019). A review on microbial contaminants in stormwater runoff and outfalls: Potential health risks and mitigation strategies. Science of The Total Environment, 692, 1304–1321. 10.1016/j.scitotenv.2019.07.055.
  6. Guptha, G.C.; Swain, S.; Al-Ansari, N.; Taloor, A.K.; Dayal, D. (2022). Assessing the role of SuDS in resilience enhancement of urban drainage system: A case study of Gurugram City, India. Urban Climate, 41, 101075. 10.1016/j.uclim.2021.101075.
  7. Hager, J.K.; Mian, H.R.; Hu, G.; Hewage, K.; Sadiq, R. (2023). Integrated planning framework for urban stormwater management: one water approach. Sustainable and Resilient Infrastructure, 8, 48–69. 10.1080/23789689.2020.1871542.
  8. Horvath, I.R.; Zhang, K.; Mayer, B.K.; Parolari, A.J. (2023). Effects of Regional Climate and BMP Type on Stormwater Nutrient Concentrations in BMPs: A Meta-Analysis. Environ. Sci. Technol., 57, 5079–5088. 10.1021/acs.est.2c05942.
  9. Liu, T.; Lawluvy, Y.; Shi, Y.; Yap, P.-S. (2021). Low Impact Development (LID) Practices: A Review on Recent Developments, Challenges and Prospects. Water Air Soil Pollut, 232, 344. 10.1007/s11270-021-05262-5.
  10. Wang, H.; Mei, C.; Liu, J.; Shao, W. (2018). A new strategy for integrated urban water management in China: Sponge city. Sci. China Technol. Sci., 61, 317–329. 10.1007/s11431-017-9170-5.
  11. Li, C.; Peng, C.; Chiang, P.-C.; Cai, Y.; Wang, X.; Yang, Z. (2019). Mechanisms and applications of green infrastructure practices for stormwater control: A review. Journal of Hydrology, 568, 626–637. 10.1016/j.jhydrol.2018.10.074.
  12. Sharma, R.; Malaviya, P. (2021). Management of stormwater pollution using green infrastructure: The role of rain gardens. WIREs Water, 8, e1507. 10.1002/wat2.1507.
  13. Kravchenko, М.V.; Tkachenko, T.M. (2023). Problems of improving the terminology and modern classification of “green” constructions for the creation of ukrainian “green” standards. Collection of Scientific Publications NUS, 493, 194–204. 10.15589/znp2023.4(493).26.
  14. Bąk, J.; Barjenbruch, M. (2022). Benefits, Inconveniences, and Facilities of the Application of Rain Gardens in Urban Spaces from the Perspective of Climate Change—A Review. Water, 14, 1153. 10.3390/w14071153.
  15. Kravchenko, М.V.; Tkachenko, T.M.; Mileikovskyi, V.О. (2024). Study of the influence of the main parameters of the rain garden on its hydrological parameters by modeling. Collection of Scientific Publications NUS, 166–176. 10.15589/znp2024.1(494).23.
  16. Dagenais, D.; Brisson, J.; Fletcher, T.D. (2018). The role of plants in bioretention systems; does the science underpin current guidance? Ecological Engineering, 120, 532–545. 10.1016/j.ecoleng.2018.07.007.
  17. Kyiv plans to create 10 rain gardens as part of an experiment. Available online: https://life.liga.net/all/news/v-kieve-planiruyut-obustroit-10-dojdevyh-sadov-v-ramkah-eksperimenta (accessed on May 11, 2024).
  18. Gagnon, V.; Chazarenc, F.; Kõiv, M.; Brisson, J. (2012). Effect of plant species on water quality at the outlet of a sludge treatment wetland. Water Research, 46, 5305–5315. 10.1016/j.watres.2012.07.007.
  19. Payne, E.G.I.; Fletcher, T.D.; Cook, P.L.M.; Deletic, A.; Hatt, B.E. (2014). Processes and Drivers of Nitrogen Removal in Stormwater Biofiltration. Critical Reviews in Environmental Science and Technology, 44, 796–846. 10.1080/10643389.2012.741310.
  20. Muerdter, C.P.; Wong, C.K.; LeFevre, G.H. (2018). Emerging investigator series: the role of vegetation in bioretention for stormwater treatment in the built environment: pollutant removal, hydrologic function, and ancillary benefits. Environ. Sci.: Water Res. Technol., 4, 592–612. 10.1039/C7EW00511C.
  21. Payne, E.G.I.; Pham, T.; Deletic, A.; Hatt, B.E.; Cook, P.L.M.; Fletcher, T.D. (2018). Which species? A decision-support tool to guide plant selection in stormwater biofilters. Advances in Water Resources, 113, 86–99. 10.1016/j.advwatres.2017.12.022.
  22. Davis, A.P.; Traver, R.G.; Hunt, W.F.; Lee, R.; Brown, R.A.; Olszewski, J.M. (2012). Hydrologic Performance of Bioretention Storm-Water Control Measures. J. Hydrol. Eng., 17, 604–614. 10.1061/(ASCE)HE.1943-5584.0000467.
  23. Water Sensitive Cities Australia Available online: https://wscaustralia.org.au/ (accessed on Apr 18, 2024).
  24. Hamel, P.; Mchugh, I.; Coutts, A.; Daly, E.; Beringer, J.; Fletcher, T.D. (2015). Automated Chamber System to Measure Field Evapotranspiration Rates. J. Hydrol. Eng., 20, 04014037. 10.1061/(ASCE)HE.1943-5584.0001006.
  25. Denich, C.; Bradford, A. (2010). Estimation of Evapotranspiration from Bioretention Areas Using Weighing Lysimeters. J. Hydrol. Eng., 15, 522–530. 10.1061/(ASCE)HE.1943-5584.0000134.
  26. Bratieres, K.; Fletcher, T.D.; Deletic, A.; Zinger, Y. (2008). Nutrient and sediment removal by stormwater biofilters: A large-scale design optimisation study. Water Research, 42, 3930–3940. 10.1016/j.watres.2008.06.009.
  27. Gonzalez-Merchan, C.; Barraud, S.; Bedell, J.-P. (2014). Influence of spontaneous vegetation in stormwater infiltration system clogging. Environ Sci Pollut Res, 21, 5419–5426. 10.1007/s11356-013-2398-y.
  28. Virahsawmy, H.K.; Stewardson, M.J.; Vietz, G.; Fletcher, T.D. (2014). Factors that affect the hydraulic performance of raingardens: implications for design and maintenance. Water Science and Technology, 69, 982–988. 10.2166/wst.2013.809.
  29. Nagase, A.; Dunnett, N. (2012). Amount of water runoff from different vegetation types on extensive green roofs: Effects of plant species, diversity and plant structure. Landscape and Urban Planning, 104, 356–363. 10.1016/j.landurbplan.2011.11.001.
  30. Lundholm, J.; MacIvor, J.S.; MacDougall, Z.; Ranalli, M. (2010). Plant Species and Functional Group Combinations Affect Green Roof Ecosystem Functions. PLoS ONE, 5, e9677. 10.1371/journal.pone.0009677.
  31. Lucas, W.C.; Greenway, M. (2008). Nutrient Retention in Mature Vegetated Bioretention Systems under Elevated Nutrient Loads. In Proceedings of the World Environmental and Water Resources Congress 2008; American Society of Civil Engineers: Honolulu, Hawaii, United States, pp. 1–10. 10.1061/40976(316)4.
  32. The influence of vegetation in stormwater biofilters on infiltration and nitrogen removal: preliminary findings — Monash University Available online: https://research.monash.edu/en/publications/the-influence-of-vegetation-in-stormwater-biofilters-on-infiltrat (accessed on May 11, 2024).
  33. Vijayaraghavan, K.; Biswal, B.K.; Adam, M.G.; Soh, S.H.; Tsen-Tieng, D.L.; Davis, A.P.; Chew, S.H.; Tan, P.Y.; Babovic, V.; Balasubramanian, R. (2021). Bioretention systems for stormwater management: Recent advances and future prospects. Journal of Environmental Management, 292, 112766. 10.1016/j.jenvman.2021.112766.
  34. Gülbaz, S.; Kazezyılmaz-Alhan, C.M.; Copty, N.K. (2015). Evaluation of Heavy Metal Removal Capacity of Bioretention Systems. Water Air Soil Pollut, 226, 376. 10.1007/s11270-015-2640-y.
  35. Wang, J.; Zhao, Y.; Yang, L.; Tu, N.; Xi, G.; Fang, X. (2017). Removal of Heavy Metals from Urban Stormwater Runoff Using Bioretention Media Mix. Water, 9, 854. 10.3390/w9110854.
  36. Glick, B.R. (2003). Phytoremediation: synergistic use of plants and bacteria to clean up the environment. Biotechnology Advances, 21, 383–393. 10.1016/S0734-9750(03)00055-7.
  37. Sarwar, N.; Imran, M.; Shaheen, M.R.; Ishaque, W.; Kamran, M.A.; Matloob, A.; Rehim, A.; Hussain, S. (2017). Phytoremediation strategies for soils contaminated with heavy metals: Modifications and future perspectives. Chemosphere, 171, 710–721. 10.1016/j.chemosphere.2016.12.116.
  38. Vijayaraghavan, K.; Praveen, R.S. (2016). Dracaena marginata biofilter: design of growth substrate and treatment of stormwater runoff. Environmental Technology, 37, 1101–1109. 10.1080/09593330.2015.1102330.
  39. Fan, G.; Li, Z.; Wang, S.; Huang, K.; Luo, J. (2019). Migration and transformation of nitrogen in bioretention system during rainfall runoff. Chemosphere, 232, 54–62. 10.1016/j.chemosphere.2019.05.177.
  40. Chen, X.C.; Huang, L.; Chang, T.H.A.; Ong, B.L.; Ong, S.L.; Hu, J. (2019). Plant Traits for Phytoremediation in the Tropics. Engineering, 5, 841–848. 10.1016/j.eng.2019.07.019.
  41. Dagenais, D.; Brisson, J.; Fletcher, T.D. (2018). The role of plants in bioretention systems; does the science underpin current guidance? Ecological Engineering, 120, 532–545. 10.1016/j.ecoleng.2018.07.007.
  42. Read, J.; Wevill, T.; Fletcher, T.; Deletic, A. (2008). Variation among plant species in pollutant removal from stormwater in biofiltration systems. Water Research, 42, 893–902. 10.1016/j.watres.2007.08.036.
  43. Read, J.; Fletcher, T.D.; Wevill, T.; Deletic, A. (2009). Plant Traits that Enhance Pollutant Removal from Stormwater in Biofiltration Systems. International Journal of Phytoremediation, 12, 34–53. 10.1080/15226510902767114.
  44. Liu, J.; Davis, A.P. (2014). Phosphorus Speciation and Treatment Using Enhanced Phosphorus Removal Bioretention. Environ. Sci. Technol., 48, 607–614. 10.1021/es404022b.
  45. Feng, N.-X.; Yu, J.; Zhao, H.-M.; Cheng, Y.-T.; Mo, C.-H.; Cai, Q.-Y.; Li, Y.-W.; Li, H.; Wong, M.-H. (2017). Efficient phytoremediation of organic contaminants in soils using plant–endophyte partnerships. Science of The Total Environment, 583, 352–368. 10.1016/j.scitotenv.2017.01.075.
  46. Pritchard, J.; Cho, Y.-M.; Ashoori, N.; Wolfand, J.; Sutton, J.; Carolan, M.; Gamez, E.; Doan, K.; Wiley, J.; Luthy, R. (2018). Benzotriazole Uptake and Removal in Vegetated Biofilter Mesocosms Planted with Carex praegracilis. Water, 10, 1605. 10.3390/w10111605.
  47. LeFevre, G.H.; Novak, P.J.; Hozalski, R.M. (2012). Fate of Naphthalene in Laboratory-Scale Bioretention Cells: Implications for Sustainable Stormwater Management. Environ. Sci. Technol., 46, 995–1002. 10.1021/es202266z.
  48. Van Dijk, C.N.; Lim, L.S.L.; Bossuyt, P.M.M.; Marti, R.K. (1996). Physical examination is sufficient for the diagnosis of sprained ankles. The Journal of Bone and Joint Surgery. British volume, 78-B, 958–962. 10.1302/0301-620X.78B6.0780958.
  49. Dudrick, R.; Hoffman, M.; Antoine, J.; Austin, K.; Bedoya, L.; Clark, S.; Dean, H.; Medina, A.; Gotsch, S.G. (2024). Do plants matter?: Determining what drives variation in urban rain garden performance. Ecological Engineering, 201, 107208. 10.1016/j.ecoleng.2024.107208.
  50. Boldrin, D.; Knappett, J.A.; Leung, A.K.; Brown, J.L.; Loades, K.W.; Bengough, A.G. (2022). Modifying soil properties with herbaceous plants for natural flood risk-reduction. Ecological Engineering, 180, 106668. 10.1016/j.ecoleng.2022.106668.
  51. Bodner, G.; Leitner, D.; Kaul, H.-P. (2014). Coarse and fine root plants affect pore size distributions differently. Plant Soil, 380, 133–151. 10.1007/s11104-014-2079-8.
  52. Bioretention Technical Design Guidelines - Water by Design Available online: https://waterbydesign.com.au/download/bioretention-technical-design-guidelines (accessed on May 12, 2024).
  53. Biofilter vegetation guidelines for southwest. Available online: https://watersensitivecities.org.au/wp-content/uploads/2016/07/381_Biofilter_vegetation_guidelines_for_southwestWA.pdf
  54. Le Coustumer, S.; Fletcher, T.D.; Deletic, A.; Barraud, S.; Poelsma, P. (2012). The influence of design parameters on clogging of stormwater biofilters: A large-scale column study. Water Research, 46, 6743–6752. 10.1016/j.watres.2012.01.026.
  55. Goh, H.W.; Zakaria, N.A.; Lau, T.L.; Foo, K.Y.; Chang, C.K.; Leow, C.S. (2017). Mesocosm study of enhanced bioretention media in treating nutrient rich stormwater for mixed development area. Urban Water Journal, 14, 134–142. 10.1080/1573062X.2015.1076861.
  56. Kim, M.H.; Sung, C.Y.; Li, M.-H.; Chu, K.-H. (2012). Bioretention for stormwater quality improvement in Texas: Removal effectiveness of Escherichia coli. Separation and Purification Technology, 84, 120–124. 10.1016/j.seppur.2011.04.025.
  57. Chandrasena, G.I.; Pham, T.; Payne, E.G.; Deletic, A.; McCarthy, D.T. (2014). E. coli removal in laboratory scale stormwater biofilters: Influence of vegetation and submerged zone. Journal of Hydrology, 519, 814–822. 10.1016/j.jhydrol.2014.08.015.
  58. American Society of Landscape Architects Available online: https://www.asla.org/ (accessed on May 13, 2024).
  59. Water and Science Available online: https://mde.maryland.gov/programs/Water/Pages/index.aspx (accessed on May 13, 2024).
  60. Plants for Stormwater Design: Species Selection for the Upper Midwest — Urban Forestry South Available online: https://urbanforestrysouth.org/resources/library/ttresources/plants-for-stormwater-design-species-selection-for-the-upper-midwest (accessed on May 13, 2024).
  61. Zinger, Y.; Blecken, G.-T.; Fletcher, T.D.; Viklander, M.; Deletić, A. (2013). Optimising nitrogen removal in existing stormwater biofilters: Benefits and tradeoffs of a retrofitted saturated zone. Ecological Engineering, 51, 75–82. 10.1016/j.ecoleng.2012.12.007.
  62. Houdeshel, C.D.; Hultine, K.R.; Johnson, N.C.; Pomeroy, C.A. (2015). Evaluation of three vegetation treatments in bioretention gardens in a semi-arid climate. Landscape and Urban Planning, 135, 62–72. 10.1016/j.landurbplan.2014.11.008.
  63. Lucas, W.C.; Greenway, M. (2008). A Study of Nutrient Retention Dynamics in Vegetated and Non-Vegetated Bioretention Mesocosms. In Proceedings of the Low Impact Development; American Society of Civil Engineers: Wilmington, North Carolina, United States, pp. 140–158. 10.1061/41007(331)13.
  64. Kendle, A.D.; Rose, J.E. (2000). The aliens have landed! What are the justifications for ‘native only’ policies in landscape plantings? Landscape and Urban Planning, 47, 19–31. 10.1016/S0169-2046(99)00070-5.
  65. Butler, C.; Butler, E.; Orians, C.M. (2012). Native plant enthusiasm reaches new heights: Perceptions, evidence, and the future of green roofs. Urban Forestry & Urban Greening, 11, 1–10. 10.1016/j.ufug.2011.11.002.
  66. LID-SWM-Guide-v1.0_2010_3. Available online: https://trcaca.s3.ca-central-1.amazonaws.com/app/uploads/2021/10/20091521/LID-SWM-Guide-v1.0_2010_1_no-appendices.pdf
  67. MD: Prince George’s County: Bioretention Manual. Available online: https://www.slideshare.net/Sotirakou964/md-prince-georges-county-bioretention-manual (accessed on Apr 18, 2024).
  68. Hechmi, N.; Aissa, N.B.; Abdenaceur, H.; Jedidi, N. (2014). Phytoremediation Efficiency of a PCP-Contaminated Soil using Four Plant Species as Mono- and Mixed Cultures. International Journal of Phytoremediation, 16, 1241–1256. 10.1080/15226514.2013.828009.
  69. Zhu, S.-X.; Ge, H.-L.; Ge, Y.; Cao, H.-Q.; Liu, D.; Chang, J.; Zhang, C.-B.; Gu, B.-J.; Chang, S.-X. (2010). Effects of plant diversity on biomass production and substrate nitrogen in a subsurface vertical flow constructed wetland. Ecological Engineering, 36, 1307–1313. 10.1016/j.ecoleng.2010.06.007.
  70. Tedoldi, D.; Chebbo, G.; Pierlot, D.; Branchu, P.; Kovacs, Y.; Gromaire, M.-C. (2017). Spatial distribution of heavy metals in the surface soil of source-control stormwater infiltration devices – Inter-site comparison. Science of The Total Environment, 579, 881–892. 10.1016/j.scitotenv.2016.10.226.
  71. Mixed plantings of Carex appressa and Lomandra longifolia improve pollutant removal over a monoculture of “L. longifolia” in stormwater biofilters. Available online: https://search.informit.org/doi/abs/10.3316/informit.827759356913626 (accessed on May 13, 2024).
  72. Liang, M.-Q.; Zhang, C.-F.; Peng, C.-L.; Lai, Z.-L.; Chen, D.-F.; Chen, Z.-H. (2011). Plant growth, community structure, and nutrient removal in monoculture and mixed constructed wetlands. Ecological Engineering, 37, 309–316. 10.1016/j.ecoleng.2010.11.018.
  73. Picard, C.R.; Fraser, L.H.; Steer, D. (2005). The interacting effects of temperature and plant community type on nutrient removal in wetland microcosms. Bioresource Technology, 96, 1039–1047. 10.1016/j.biortech.2004.09.007.

##submission.downloads##

Опубліковано

2025-06-07

Як цитувати

Кравченко, М., Ткаченко, Т., & Щербак, А. (2025). ДОСЛІДЖЕННЯ ВПЛИВУ РОСЛИН НА ФУНКЦІОНАЛЬНУ ЕФЕКТИВНІСТЬ КОНСТРУКЦІЙ ДОЩОВИХ САДІВ: АНАЛІЗ РЕКОМЕНДАЦІЙ ТА НАУКОВИХ РЕЗУЛЬТАТІВ. Техніка будівництва, (42), 170–185. вилучено із http://tehbud.knuba.edu.ua/article/view/332091

Номер

№ 42 (2025)

Розділ

Технологія захисту навколишнього середовища