Содержание к диссертации
Введение
1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 7
1.1. Значение леса для человека 7
1.2. Санитарно-гигиеническое значение древесных растений 16
1.3. Экологическая роль лесной подстилки 29
1.4 .Роль городских лесов в регул ировании температуры, влажности воздуха и ветрового режима 32
1.5.Уменьшение насаждениями уровня акустического загрязнения 36
1,6. Рекреационное лесопользование 40
2. РАЙОН, ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ 47
2 1. Природно-климатические условия района исследований 47
2.1.1. Климат 47
2.1.2. Водные и земельные ресурсы
2.1.3. Растительность 9
2.2. Демографическое состояние и состояние здоровья населения
2.3. Объекты и методы исследований
3. ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ ГОРОДСКИХ НАСАЖДЕНИЙ 74
3.1. Эколого-лесоводственная характеристика насаждений 74
3-2, Акустическое загрязнение территории парков 81
3.3. Оценка фильтрующей способности древесных растений S3
3 4. Роль лесной подстилки в условиях городской среды 88
3.5, Влияние городских насаждений на микроклимат 90
4.ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ГОРОДСКИХ НАСАЖДЕНИЙ 97
97 4.1. Рекреационная емкость парков
4.2 .Оценка экологической «продуктивности» городских насаждений
4.3. Классификация городских насаждений по экологической эффективности 118
4.4.Рекомендации для повышения экологической эффективности городских насаждений 123
ВЫВОДЫ 126
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 128
ПРИЛОЖЕНИЯ 154
- Природно-климатические условия района исследований
- Эколого-лесоводственная характеристика насаждений
- Классификация городских насаждений по экологической эффективности
Введение к работе
Значение леса как важнейшей составной части биосферы, благотворного и необходимого элемента окружающей среды стало наиболее ощутимым в последние десятилетия в связи с усилившимся влиянием человека на природу (Уильям X. Смит, 1985; Печаткин и др., 2005;). Особенно острой является проблема оптимизации условий окружающей среды в городах, где обитает большая часть населения страны (Кулагин, 19S5; Тарабрин, 1971, 1984; Илькун, 1978; Николаевский, 1979, 1998, 2002; Ситникова, 1990; Бухарина и др., 2007) за счет их озеленения. Влияние техногенного заі-рязнения в населенных пунктах на отдельные шды древесных растений, их биоэкологическис реакции на воздействие промышленных поллютантов к настоящему времени изучено достаточно детально (Кулагин, 1974), в том числе в условиях нефтехимических производств (Гатин, 2006; Бойко, 2005; Скотников, Зайцев, 2006 и др.)- Однако. в системном плане, роль лесов зеленых зон в улучшении урбаносреды исследована недостаточно (Кулагин А,А., 2005). По этой причине актуальным является приложение концепции экологической продуктивности леса (Мелехов, 1989), определяющей оценку его средообразующей роли, защитных, возможностей компенсирования техногенных, рекреационных и других нагрузок (Луганский, Залесов, ІДавровский, 1996; Габдрахимов, 2000; Рысин, 2004 и др,), к лесам зеленых зон городов. Экологическая продуктивность, как отмечена в терминологическом словаре на сайте Федерального агентства лесного хозяйства РФ и в кратком словаре лесоводственно-экономических терминов Острошенко В.В. (2005), определяется эффективностью выполнения-участком леса экологических функиий в определенный период.
Такие исследования представляются важными в промышленных центрах, где сложилась неблагоприятная экологическая обстановка (Кулагин, 1965; .Николаевские 1999: Состояние зеленых..,. 2003: Неверова. Колмогдоова. 2003: Сарбаева, 2005), приводящая к ухудшению качества жизни и здоровья населения. К их числу относится г- Уфа, являющийся крупным промышленным
5 центром, где наряду с обычными ксенобиотиками существенным является нефтехимическое загрязнение (Государственный доклад..,, 2002, 2008).
Традиционные меры озеленения населенного пункта, как и в других больших городах (Авдеева и др., 2008), не обеспечивают достаточную экологическую комфортность урбаносреды.
Актуальность изучения экологического значения лесов отдельных регионов обусловлена всевозрастающей средообразугощей ролью насаждений зеленых зон в условиях обострения экологической ситуации.
Цель работы: комплексная оценка экологического состояния городских насаждений (на примере г. Уфы) как основы для оптимизации городских ландшафтов и оздоровления урбаносреды.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
1. Определить показатели экологического состояния насаждений.
1, Провести классификацию городских лесов по вкладу в оздоровление окружающей среды.
3. Разработать рекомендации по повышению экологической «продуктивности» насаждений зеленых зон,
Научная новіші а работы заключается в проведении оценки структуры, состояния городских насаждений г. Уфы и их потенциала в оздоровлении урбаносреды. В соответствии с современными представлениями об устойчивом развитии лесных экосистем, системного подхода к проблемам непрерывного и сбалансированного лесопользования, применительно к лесам зеленых зон г. Уфы произведена оценка компонентов и показателей экологической «продуктивности» насаждений зеленых зон. Предложены практические меры повышения экологической комфортности городов за счет оптимизации озеленения в условиях комплексного загрязнения окружающей среды.
Теоретическое значение результатов - повышение экологической эффективности насаждений как основы оптимизации лесохозяйственных мероприятий и развитие теории комплексной продуктивности насаждений.
Практическая значимость результатов заключается в разработке классификации экологической состояния насаждений зеленых зон и системы мероприятий по ее повышению. Результаты исследований послужат объективной основой для экологической оптимизации городских ландшафтов и повышения рекреационной емкости зеленых зон. Полученные данные легли в основу раздела «Городские леса» Лесного плана Республики Башкортостан на 2009-2018 гг. Материалы исследований используются при преподавании дисциплины «Лесоводство» по специальности «Лесное хозяйство» ФГОУ ВПО «Башкирский государственный аграрный университет» и рекомендуются в аналогичных целях в высших и средних специальных учебных заведениях по специальностям биологического и лесохозяиственного профилей-
Выражаю глубокую благодарность своему научному руководителю, д, с.-х. н,, проф. К. М, Габдрахимову и д. б. н,, проф. Ю. А, Янбаеву за оказанную помошъ в анализе материалов диссертационной работы, а также сотрудникам Института биологии УНЦ РАН и коллегам из БашГАУ за практические советы и помошь в освоении методик исследования.
Природно-климатические условия района исследований
Город Уфа расположен в центре евроазиатского континент, в пределах Прибельской равнины в 100 км к западу от западного макросклона хребтов Южного Урала. Природные условия г. Уфы характеризуются всем комплексом экологических условий, характерных для Предуральской лесостепи.
От специфики природных условий в немалой степени зависит также и то5 будут ли попавшие в естественные ландшафты, загрязняющие вещества аккумулироваться здесь же, частично нейтрализоваться или же будут вынесены за пределы данной территории. В этом процессе большую роль играют характер рельефа, направления и скорость ветров, почвенный покров, особенности гидрологической сети (Кашапов, 1992_. 1996),
Зеленая зона г. Уфы была выделена рядом распоряжений правительства в 1945, 1959, 1960 годах и обосновывалась проектными институтами. Общая площадь лесов, включаемых в состав зеленой зоны, составляет 218,4 тыс. га, в том числе защитные леса 140,2 тыс. га, эксплуатационные леса 78,2 тыс, га. Площади, занятые зелеными насаждениями составляют 38% территории города. В пределах городской черты они занимают 33 тыс. га., из которых 22,5 тыс. га — территория городских лесов, 9,2 тыс. га — лесопарков, 1,3 тыс. га - парков, скверов, садов (Гатин, 2006).
Природные ресурсы Уфимского района разнообразны. Особое место здесь занимает зеленая зона, расположенная в радиусе до 40 км на площади 68,2 тыс. га вокруг города. По лесорастительным особенностям зеленая зона входит в Западную Пред уральскую лесостепь, согласно дробного лесорастительного районирования (С.Ф.Курнаева, 1968) - к зоне широколиственных лесов лесной и лесостепной подзон в пределах Русской равнины; по лесорастителькому районированию (Рябчинский, 1961) - к левобережной лесостепи и Предуральскому правобережному лесостепное району равнинных широколиственных лесов.
Древесные растения и почвенный покров формируются в конкретной эколого-географической обстановке, поэтому рассмотрим ее более подробно.
Климат в зеленой зоне резко континентальный (Очерки..., 1970; Климат Уфы..., 1987), характеризующийся продолжительной суровой зимой с устойчивыми низкими температурами воздуха и сравнительно жарким летом. Основными факторами формирования микроклимата являются загрязнение атмосферы, искусственный нагрев ее городскими тепловыбросами, застройка и блату стройство территории, а также орография, В формировании климата г. Уфы большую роль играют сибирские антициклоны и циклоническая деятельность на арктических фронтах.
Осенью и в первую полонину зимы отмечается активность атлантических циклонов. Резкие изменения в погоде обычно обуславливаются вторжением арктических масс воздуха в тылу циклонических серий. Нередко на погоду г, Уфы влияют южные циклоны, перемещающиеся со Средиземного Чёрного и Каспийского морей, а также циклоны с северо-западных районов Европейской части России.
Ветровой режим приземного слоя в районе г. Уфы в значительной степени зависит от рельефа местности. Основная часть города расположена на Бельско-уфимском водоразделе, имеющем вид плато с многочисленными оврагами. Кроме того, вблизи города происходит слияние трёх крупных рек — Белой, Уфы и Дёмы (Носков, 1931). Их долины ориентированы с юго-востока на северо-запад и с юго-запада на северо-восток. Поэтому в Уфе в течение всего года наиболее ярко выражены ветры северных и южных направлений. Повторяемость южных ветров составляет 34%, юго-западных — 18%, северных и северо-западных-соответственно 10 и 13%. Наиболее отчётливо преобладание южных и юго-западных ветров проявляется в зимнее время. Среднегодовая скорость ветра в г, Уфе равна 3,3 м/с. Наибольшее количество штилей в зимнее время — 27%. Повторяемость штилей в год составляет 20%. Термический режим воздуха обуславливается, в основном, радиационным балансом и адвекцией тепла и холода. Средняя месячная температура самого холодного месяца н г. Уфе — января - 14,6С, Абсолютный минимум температуры воздуха -501С. Среднемесячная температура самого теплого месяца года - июля + 1930С, абсолютный максимум - +39С (Агроклиматические ресурсы,,., 1976; Климат Уфы..,, 1987). Амплитуда средних месячных температур достигает 34СЭ абсолютных — 89С, В зимний период бывают оттепели, продолжительность безморозного периода составляет около 4-х месяцев (Таичинов, 1975). Наибольшее отрипательное влияние на рост и развитие древесных растений оказывают резкие перепады от тепла к холоду (поздние весенние заморозки продолжаются до 10 июня, а ранние осенние начинаются с 10 сентября). Поздневесенние заморозки, приходящиеся на первую декаду июня, оказывают отрицательное влияние на рост и состояние ряда лесных видов, примером является повреждение листьев дубовых и образовавшихся бутонов липовых насаждений. Повреждая ассимиляционный аппарат и вегетативные органы, они снижают прирост древесины и ослабляют плодоношение. Зимостойкость древесных видов тесно связана с их водным режимом н холодное время года (Кулагин, 1973) и зависит от степени влагозарядки и осенний период. Средняя многолетняя сумма осадков за год вполне достаточна для произрастания основных лесообразующих видов, но в отдельные годы отмечаются резкие засуди, что приводит к значительному снижению прирост насаждений.
Среднегодовое количество осадков — 559 мм. Минимальное количество осадков выпадает в марте (38 мм), максимальное — в июле и октябре — 52-65 мм. Около 65% осадков выпадает летом. Большая часть осадков выпадает в виде слабых н незначительных по величине дождей и снега. Повторяемость дождей с интенсивностью 5-7 мм/мин. не превышает 5%. Продолжительность вегетационного периода составляет в среднем 170 дней, приходящихся на конец апреля - сентября.
Образование снежного покрова происходит обычно в первой половине ноября, разрушение - в середине апреля. Продолжительность периода с устойчивым снелшым покровом в среднем составляет 5,5 месяцев, средняя высота снежного покрова — 0,5 м. Почва промерзает до глубины 94 см.
Общее количество тепла позволяет выращивать широкий ассортимент древесно-кустарниковых видов. Однако абсолютный минимум температуры служит барьером для выращивания высокопродуктивных насаждений видов родов Quercus, Acer и многих интродуциронаниых видов, вымерзающих в особо суровые зимы, какими они были в 1940, 1968, 1978 годы (Агроклиматические... 1978; Конашова, 2000; Габдрахимои, 2002).
На формирование погоды определенный отпечаток накладывает барьерная роль Уральских гор и значительная меридиальность территории се расчленения. Природно-климатические условия вполне благоприятны для произрастания хвойных и мягко лиственных древесных пород. Твердо лиственные породы, несмотря на относительно богатые лесные почвы, не имеют хороших условий для успешнот произрастания, так как сумма положительных температур вегетационного периода для них недостаточна. Кроме того, периодические засухи, сильные морозы в сочетании с другими неблагоприятными факторами оказывают отрицательное влияние на рост и состояние твердолиственных пород.
На состояние воздушного бассейна г, Уфы значительное влияние оказывают предприятия, выбрасывающие загрязняющие вещества в атмосферу. Таких промышленных объектов на территории города насчитывается более 500 (Государственный доклад..,, 2008). Поскольку промышленный комплекс Уфы имеет многоотраслевую производственную структуру? выбросы в атмосферный воздух имеют довольно сложный многокомпонентный состав.
Эколого-лесоводственная характеристика насаждений
В лесопарке преобладают насаждения III класса бонитета. Средняя полнота насаждений составляет 0,6. Все хвойные насаждения характеризуются высокими полнотами. Мягко лиственные и тверд о лиственные насаждения имеют среднюю полноту. Доля низкоиолнотных насаждений (0,4 и ниже) составляет 54,8% от лесопокрытых земель. Общий запас древесины - 20 тыс. м3, средний возраст - 77 лет, а средний прирост на 1 га покрытых лесом земель 3,2 м\
Средний состав насаждений на территории лесопарка сводится к формуле: 5Дн4Лп1С + В, Ил, Яс, Т, ед. Е, Л, Кл, Оле, Ос. Наиболее высокопродуктивные древостой представлены видами родов Pinus, Larix, Fraximts, Quercus; среднепродуктивные насаждения - Tifia, Acer, Ulmus\ низкопродуктивные - Quercus.
Общая площадь насаждений составляет 321,1 га, из них мягколиственные породы занимают 195,9 га, тверд о лиственные — 97,4 га и хноиные - у ота.Тірегйлвдщющим 75,8%, приспевающие составляют 13,0%, средневозрастные - 11,0%, молодняки отсутствуют. . Культуры Firms sylvestris и Tilia cordata в парке им. М. Гафури
В парке преобладают насаждения П класса бонитета. Высокопроизводительные древостой I и 1а классов представлены P. sylvestris и L sukaczewii, средний возраст составляет 60 лет, средняя полнота - 0,7. Все хвойные насаждения характеризуются высокими полнотами, средний запас на 1 га составляет 148 м3, прирост покрытых лесом земель - 2,8 м3/га в год. Искусственные насаждения L. sukaczewii и Т. cordata имеют высокую продуктивность.
Общая площадь насаждений составляет 152,9 га. Средняя полнота насаждений — 0,9, доля низкополнотных насаждений (0,4 и ниже) составляет 54,8 % от лесопокрытых земель. Все хвойные насаждения характеризуются высокими, а большая часть твердо лиственных низкими полнотами. Мягколиственныс насаждения также представлены низкими и средними полнотами. В парке преобладают насаждения III класса бонитета, средний возраст достигает 53 лет, общий запас древостоя составляет 30368 м3, средний запас на 1 га — 154 м га, а средний прирост на 1 га покрытых лесом земель — 2,9 м3. Средний состав насаждений парка сводится к формуле: 4Б4Т1Яс1Лп-М1, С, Д, В, Ос, Кл, Ив/к/.Наиболее высокопродуктивными являютс 1 насаждения В, репаша (рис. 3.3), P. nigra, F. pennsyhanica, P. syhestf среднепродуктивными -насаждения с преобладанием L sukaczewii, V. glabra. Низкопродуктивные насаждения представлены Т. cordala. Рис. 3.4. Высокопродуктивные насаждения в парке «Победы» Общая площадь парка им. И.С. Якутова составляет 12,8 га, из них деревьями и кустарниками занято 8,5 га. Результаты проведенной подеревиой инвентаризации и полученных таксационных показателей насаждений
Классификация городских насаждений по экологической эффективности
Рекомендуются мероприятия для повышения комплексной продуктивности насаждений с учетом существенных различий по характеристике. В предлагаемой нами классификации все насаждения по их экологической эффективности объединены в 5 хозяйственно-значимых групп. При этом близость средообразующих, водоохранно-почвозащитных, санитарно-гигиенических, рекреационных составляющих экологической продуктивности достигается объединением в одну группу насаждений со сходными лесорастительными условиями, лесоводстве ни но-таксационными показателями, биологической продуктивностью и устойчивостью в пределах одной категории защити ости. Однородность экологического эффекта насаждений обеспечивается объединением насаждений с одинаковым или близким составом, производительностью, стабильностью и устойчивостью против неблагоприятных внешних факторов.
В первую группу объединены насаждения, имеющие максимальные оценочные баллы (81-100). С некоторой условностью оптимальную экологическую «продуктивность» могут иметь целевые насаждения, имеющие максимальную биологическую продуктивность и являющихся эталоном выполнения экологических функций. Таких насаждений немного. Однако созданием целевых насаждений можно достичь идеальной экологической «продуктивности» (1а группа с оценочным баллом 91-100). Эти насаждения, независимо от места их расположения, должны быть включены в состав особо охраняемых природных территории. При этом статус этих уникальных насаждений должен быть на самой высокой ступени в иерархической системе охраняемых территорий. Ведение рационального пользования в лесах 16 группы с высокой экологической «продуктивностью» (81-90 баллов), обеспечивающие близкие к максимуму экологический эффект, позволит и в дальнейшем обеспечивать здоровую обстановку для человека, полное равновесие между ним и природой.
Значительное улучшение в состояние окружающей среды вносят насаждения второй группы (высокой) продуктивности. Диапазон оценочного балла изменяется в пределах от 61 до 80, Проведение мероприятий по улучшению породного состава насаждений и условий их местопроизрастания позволят повысить биологическую продуктивность насаждений и улучшить их эстетические качества.
К средней качегории продуктивности относятся насаждения, вносящие определенное улучшение в состояние окружающей среды. Насаждения с нормальной экологической «продуктивностью» (Ша) оцениваются от 51 до 60 баллов. Слабо улучшают состояние окружающей среды насаждения с оценочным баллом 41-50 и нуждаются в улучшении состава лесов путем, замены малоценных, введения устойчивых к техногенным воздействиям видов с целью улучшения санитарно-гигиенических свойств, проведении рубок ухода,
Снижение экологической эффективности насаждений указывает на их ослабленность или нерациональное ведение лесного хозяйства. В этих насаждениях необходимо вести самый строгий режим лесопользования и вводить в состав устойчивые, высокопродуктивные, генетически ценные виды. Все лесохозяйственные мероприятия должны быть направлены на повышение комплексной продуктивности. Четвертая группа экологической «продуктивности» (21-40 баллов) включает насаждения, имеющие незначительную продуктивность, но поддерживающие определенное экологическое равновесие ландшафтов (IVa группа оценивается в 31-40 балл, IV6 относится к кризисной категории - отмирающие насаждения с минимальным экологическим эффектом).
Насаждения, входящие в V іруппу продуктивности, названную нулевой, не оказывают заметного положительного влияния на окружающую среду и нуждаются в срочном проведении сплошных санитарных рубок с последующим определением возможности выращивания на их месте насаждений с повышенной экологической, оценкой,
Использование человеком экологической продукции насаждений намного больше, чем мы предполагаем, поскольку потребляется не сам лес, а лишь его «невидимые» продукты. Человек является основным потребителем производимой насаждениями экологической продукции и, кроме того, компенсирует постоянный отток из экосистемы элементов питания вложениями энергии в форме внесения органических и минеральных удобрений, обработки и мелиорации почв.
Оценка и постоянное слежение экологической «продуктивности» насаждений станет основой для разработки мероприятий по существенному и стабильному улучшению отдыха населения в парках, лесопарках и лесах.
