Оптимизация геоэкологического мониторинга городских лесов

Краткое описание

Введение...3

Глава 1. Городские леса как элемент урбанизации.

Степень изученности...7

Глава 2. Методика и материал...27

2.1. Полевые и экспериментальные работы...27

2.2. Лабораторные работы...28

2.3. Работа с базой данных...29

2.4. Материалы...31

Глава 3. Физико-географическая характеристика

района сследования...32

3.1 .Степень изученности...32

3.2. Местоположение и история освоения...33

3.3. Геология и рельеф...35

3.4. Климат...38

3.5. Гидрографическая сеть...40

3.6. Почвенный покров...41

3.7. Растительный покров...43

3.8. Ландшафтное строение...59

3.9. Геохимическая характеристика территории...61

3.10. Характеристика загрязнения территории...62

Глава 4. Разработка принципов и сети геоэкологического мониторинга городских лесов...65

4.1. Лесотаксационные параметры как основа

геоэкологического мониторинга...65

4.2. Разработка системы ввода, хранения и обработки информации...66

4.3. База данных «Национальный парк «Лосиный остров»...81

Глава 5. Радиоэкологический мониторинг на основе лесотаксационных параметров...111

5.1. Оптимизация сети опробования...111

5.2. Оценка радиоэкологического состояния экосистем

НП «Лосиный остров»...116

Глава 6. Рекреационный мониторинг в системе управления

природопользованием...165

Практические рекомендации...174

Заключение...174

Литература...176

Введение

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. В современных экологических условиях Москвы особое значение приобретают вопросы содержания зеленых насаждений на городских объектах ландшафтной архитектуры - вдоль улиц и магистралей, на территориях жилой застройки, в скверах, парках, бульварах, лесопарках и городских лесах. Решение этих вопросов невозможно без оценки реального состояния растительности. Растения весьма чувствительно реагируют на изменяющиеся условия, а потому могут служить индикаторами состояния среды.

Экологический риск - вероятность деградации окружающей среды или ее перехода в неустойчивое состояние, наступления негативных последствий для экосистем и здоровья населения в результате существующего или ожидаемого антропогенного воздействия. Одним из таких видов выступает радиационное воздействие, поражающее действие которого на биоту и человека приводит к необратимым последствиям, нарушению усточивого развития и деградации жизни.

Особое место в формировании радиационной ситуации занимают лесные сообщества. С одной стороны, зеленые насаждения благодаря своей способности накапливать вредные вещества и выделять полезные, а также генерировать целебные свойства, спобствуют очищению и оздоровлению окружающей среды, особенно, в городах. А с другой стороны, лесные насаждения, благодаря этой же способности накапливать вредные вещества и длительно их удерживать в своей биомассе и метаболизме, становятся источником загрязнения окружающей среды радионуклидами и дополнительного облучения биоты и населения.

Поэтому лесные насаждения городов должны быть объектом пристального внимания экологического мониторинга, особенно, с позиций радиоэкогоии и геохимии вредных веществ. Лесные насаждения в нашей стране изучаются довольно давно и успешно, благодаря существовавшей столетиями государственной службе лесоустройства. Эти фундаментальные данные используются для оценки состояния лесов, их запасов и проведения лесохозяйственных мероприятий. Однако эти же данные могут быть основой разных видов экологического мониторинга и прогноза развития лесов.

Цель работы - разработать методику геоэкологического мониторинга городских лесов на основе лесотаксационных данных.

Задачи.

1) провести обзор литературы по оценке роли городских лесов в жизни города как урбанизированной геосистемы и среды обитания населения, и на его основе разработать ТЗ на проведение работ в городе по использованию биопотенциала растительности,

2) разработать структуру базы данных (БД) «Лесотаксация» и систему ввода данных,

3) создать БД «Лесотаксация» на примере НП «Лосиный остров»,

.

4

4) разработать алгоритм оптимизации размещения сети радиоэкологического мониторинга на основе лесотаксационных данных на примере НП Лосиный остров,

5) разработать алгоритм экстраполяции данных мониторинга на основе сопряженности лесотаксационных параметров с факторами среды и друг с другом,

6) разработать алгоритм управленческих решений на основе лестоаксацио-оной БД.

Методика. В работе использованы методы: ввода, хранения и обработки информации с применением инструментальных географических информационных систем (ГИС) SPANS GIS, SPANS MAP; ввода, хранения и обработки атрибутивной информации с использованием СУБД Access MS 97. При полевых и лабораторных исследованиях использованы комплексные географические, биогеоценоло-гические, радиоэкологические, биометрические методы. Аналитические измерения выполнены по стандартизованным методикам в аттестованных лабораториях. Информация собиралась в адаптированном и формализованном виде, подготовленном для ввода в компьютерную систему, созданную в Центре эколого-географических разработок ГУЛ МосНПО «Радон». Автор принимал участие в создании базы данных в проектах «Лесотаксация», «Лесотаксация НП «Лосиный остров», «Радиоэкологическая безопасность НП «Лосиный остров».

Фактический материал. В основу положены материалы собственных исследований автора, выполненных в период с 2001 по 2004 гг, а также материалы, предоставленные ГУЛ МосНПО «Радон». Информационную основу по НП «Лосиный остров» составили следующие первичные материалы: 1) карта Москвы масштаба 1:300 000, 2) лесотаксационные карты М 1:25 000 на Яузское и Лосиноостровское лесничества НП «Лосиный остров», 3) тома лесоустройства НП «Лосиный остров», 4) данные радиоэкологических съемок территорий Яузского и Лосиноостровского лесничеств НП «Лосиный остров». Система выбора пробных площадей или опытных полигонов реализована на территории НП «Лосиный остров» в масштабе 1:25 000. В результате полевых исследований отработано 57 пробных площадей, охватывающих все доминирующие типы экосистем территории. Составлены комплексные описания, обследовано более 50 видов растений, отобрано более 1500 проб биоиндикаторов.

Обработка информации проведена с использованием метода информационно - логического анализа. Рассмотрены распределения показателей: радиационного фона, Еа, Eft 90Sr, 137Cs в почве, подстилке, биоиндикаторах по лесотаксационным факторам. Составлены матрицы распределений, в которых разнесены условные частоты встречаемости показателей. Распознавание осуществляется по принципу пороговой логики при суммировании частных мер связи.

Теоретическое значение и научная новизна. В основу работы положены фундаментальные научно-методологические принципы лесоводства, лесотаксации,

5

радиоэкологических исследований, биогеографии, биогеоценологии, заложенные крупными учеными Г.Ф. Морозовым, И.С. Мелеховым, СВ., Беловым, П.С. Погребняком, В.Н. Сукачевым, Н.В. Дылисом, Т.А. Работновым, А.Г. Вороновым, А.В. Хабаровым, P.M. Алексахиным, Д.А. Криволуцким и др. Автор развивает геоэкологические и географические подходы современных исследователей Ю.Г. Симонова, А.В. Маркелова, Е.И. Голубевой, Н.Я. Минеевой, В. И. Кружалина и других. Новизна состоит в том, что разработана многофункциональная система ввода лесотаксационных показателей на основе унифицированных и формализованных справочников, позволяющая работать в режиме реального времени, хранить, обрабатывать информацию и получать отчетные формы. Созданы базы данных радиоэкологического состояния экосистем НП «Лосиный остров». Выявлены биоиндикаторы радиоактивного загрязнения. Теоретическая значимость заключается в разработке и совершенствовании методов исследования объектов геоэкологии и получении новых знаний о содержании радионуклидов в компонентах леса и роли лесотаксационных характеристик в их распределении.

Практическое значение работы. Работа выполнена по заказу ГУП Мое НПО «Радон». Разработана система ввода лесотаксационной информации, позволяющая работать в режиме реального времени, хранить, обрабатывать данные, готовить отчетные формы и выдывать их пользователю. Созданы базы данных состояния фоновых экосистем Яузского и Лосиноостровского лесничеств НП «Лосиный остров», которые представляют банк эталонов и включают: лесотаксацион-ные характеристики, экологические ареалы основных встреченных видов, типовые уровни содержания радионуклидов в биоиндикаторах. Базы данных содержат информацию, строго позиционированную в системе истинных географических координат, что дает возможность провести проверку и повторные исследования другими специалистами. Кроме того, базы данных предоставляют информацию для сертификации качества среды в регионе.

Результаты использованы при выполнении в ГУП МосНПО «Радон» проектов Федеральной Программы "Безопасность населения и народнохозяйственных объектов с оценкой риска от природных и техногенных катастроф", Программы совершенствования средств и методов производства при обезвреживании РАО за 2001 - 2004 гг. Базы данных, алгоритмы и методические разработки внедрены в ГУП МосНПО «Радон» как составные элементы технологий: оперативного картографирования, биомониторинга радиоэкологического состояния, радиоэкологической сертификации качества среды, создания биогеоценотических барьеров для оздоровления окружающей среды, локализации загрязнений и реабилитации загрязненных территорий.

Создана научно-техническая продукция:

1) Методика комплексного геоэкологического мониторинга городских лесов на основе лесотаксационных параметров,

6

2) Типовое Техническое задание (ТЗ) на проведение работ в городе по ис- пользованию биопотенциала,

3) Система ввода данных «Лесотаксационный бланк»: а) как бланк, б) как видеоэкранные формы компьютерной системы, функционирующей в режиме реального времени,

4) БД «Лесотаксация» для НП «Лосиный остров»,

5) Электронный атлас «Лесотаксация» из 26 карт,

6) Карта классификации выделов РП НП Лосиный остров,

7) БД радиоэкологического эталонного состояния,

8) Электронный атлас радиоэкологического состояния НП Лосиный остров на основе лесотаксационных параметров из 43 карт,

9) Методика оценки рекреационной емкости с вариантами принятия решений,

10) Электронные карты целевого зонирования территории. Предмет защиты.

1. Методика геооэкологического мониторинга городских лесов на основе лесотаксационных параметров, обеспечивающая оптимизацию сети мониторинга, оценку связей с факторами среды и экстраполяцию данных.

2. Система ввода БД «Лесотаксация» как методика формализации геоэкологических данных (количественных и качественных) для компьютерной обра- ботки.

3. БД «Лосиный остров»: лесотаксация, классификация, радиоэкологическое состояние, представляющая собой новую сопряженную информацию о типичной геоэкологической структуре территории.

4. Электронный атлас «Радиоэкологический мониторинг НП Лосиный остров», представляющий новую информацию о радиоэкологическом состоянии экосистем городских лесов.

Личный вклад автора. Автор принимал участие на всех стадиях работы, включающих планирование эксперимента, проведение литературных изысканий, выполнение полевых и камеральных работ, проведение компьютерной обработки информации.

Автор выражает огромную благодарность за помощь в работе научному руководителю д.г.н. профессору Бухгалтеру Л.Б., а также сотрудникам Центра эко-лого-географических разработок ГУЛ МосНПО «Радон» за сотрудничество, консультации и предоставление материалов.

7

ГЛАВА 1. ГОРОДСКИЕ ЛЕСА КАК ЭЛЕМЕНТ УРБАНИЗАЦИИ.

СТЕПЕНЬ ИЗУЧЕННОСТИ

Городские леса это составная часть городского ландшафта. Преодоление трудностей, вызванных урбанизацией, заключается в сохранении природного потенциала среды больших городов. Организация слежения за состоянием природных территорий города позволяет дать объективную оценку их изменений, прогнозировать их развитие или деградацию, определить размер экологического, экономического и социального ущерба, оперативно решать вопросы управления, оптимизации финансирования проектных и эксплуатационных мероприятий (Состояние зеленых насаждений в Москве (по данным мониторинга 1998 г.).

В то же время экологический кризис крупных городов обусловил пересмотр традиционных представлений об экосистемах и состоянии основного их компонента - растительности. На поиски путей и средств поддержания жизнедеятельности растительности, устранения происходящих энтропийных процессов в урбанизированной среде направлен мониторинг, проводимый вкупе с общими программами охраны окружающей среды больших городов.

Достаточно давно, в частности, в странах Запада, с установленной периодичностью в автоматическом режиме производится снятие параметров состояния и свойств тех или иных элементов природной среды, в том числе городских экосистем (городские леса, парки). Информация поступает в региональные центры обработки, обслуживающие один или несколько штатов, накапливается в соответствующих банках данных, объединенных в единую информационную систему. В результате в любой момент может быть оперативно получена полная картина состояния среды штата, города, района и выявлены негативные тенденции и процессы, позволяющие четко фиксировать их пространственные ареалы, установить причины, разработать рекомендации по проведению защитных мероприятий. Службы мониторинга США регулярно информируют федеральные и региональные власти о состоянии природной среды подведомственных территорий, которые в случае необходимости применяют санкции к нарушителям правил эксплуатации сооружений, технологии производства, загрязнения городской среды.

Поучителен опыт Японии в организации мониторинга городских озелененных территорий многомиллионного Токио. Еще в 1972 г. администрация Токио наряду с принятием мер по очистке воздушного бассейна, устранению загрязнений автотранспортом, приняла постановление о восстановлении элементов природной среды в черте города. Все озелененные территории были взяты на учет, проинвентаризированы, составлена опись растительности, определены участки для нового озеленения. Кроме того, были выявлены природоохранные зоны, взяты под охрану ценные уголки природы, сельскохозяйственные ландшафты, ведутся мероприятия по защите флоры и фауны. Организована система наблюдений за растительностью в городе, на каждый объект составлен паспорт с подробным описанием объекта,

8

балансом его территории (газон, деревья, кустарники, цветники, фауна) и планом объекта. Большую роль в установлении границ озелененных территорий города и пригородов сыграла космическая съемка, обеспечившая составление подробных планов городской территории с выявлением влияния антропогенных факторов на растительность. В результате проведенных мероприятий к настоящему времени уровень озелененности городской территории находится в пределах рассчитанных экологических нормативов и держится на постоянном уровне. На основании перспективного плана озеленения и с учетом результатов мониторинга территорий специалисты разработали оптимальную структуру растительности на объектах озеленения с позиций экономного и рационального использования городской территории.

В современных экологических условиях Москвы особое значение приобретают вопросы содержания зеленых насаждений на городских объектах ландшафтной архитектуры - вдоль улиц и магистралей, на территориях жилой застройки, в скверах, парках, бульварах, лесопарках и городских лесах. Решение этих вопросов невозможно без оценки реального состояния растительности ( с. 73).

Растения весьма чувствительно реагируют на изменяющиеся условия, а потому могут служить индикаторами состояния среды... (с. 73).

Экологический риск - вероятность деградации окружающей среды или ее перехода в неустойчивое состояние, наступления негативных последствий для экосистем и здоровья населения в результате существующего или ожидаемого антропогенного воздействия.

Согласно классификации функций лесных ресурсов, выделяются следующие категории:

- санитарно-гигиенический подкласс, где в пределах средогенерирующей группы рассматриваются воздухоочищающая (кислородопродуцирующая, фитон-цидонасыщающая, пылеулавливающая), а также водоочищающая и шумопогло-щающая функции лесной растительности;

- экологозащитный подкласс функций с конструкционно-защитной группой функций;

- ландшафтно-стабилизирующий класс функций с атмосфероохранным подклассом функций с ветрорегулирующей, пылеулавливающей, термо- и гигрорегу-лирующей; кислородопродуцирующей, газопоглощающей функциями (Шейнгауз, Сапожников, 1983).

Лесные экосистемы как объект оценки представляют источник различных видов природных благ и материальных ресурсов, развивающийся по определенным законам лесообразовательного процесса с учетом антропогенных факторов.

При этом база данных для комплексной оценки лесных систем состоит из следующих частей: характеристика леса как объекта оценки, совокупностей натуральных показателей всех лесных благ, экономических эквивалентов натуральных

9

показателей и оценок лесных ресурсов и других полезных функций леса. К последним относится, в частности, средоформирующая функция леса, выражающаяся в поддержании состава воздуха атмосферы (поглощения углекислого газа и продуцировании кислорода), средозащитном, ресурсорезервационном и информационном значении.

Натуральные показатели средоформирующих функций лесов характеризуют лес, во-первых, как физическое тело с биометрическими показателями (поверхности стволов и крон деревьев, хвои и листвы, их шероховатость, другие характеристики поверхности лесных массивов; ярусность и полнота древостоев, класс бонитета, тип лесонасаждения, и, во-вторых, как живой организм со своими физиологическими, биохимическими и биофизическими процессами (внутри- и межвидовые отношения, фотосинтез и др.).

Натуральные показатели социальных функций лесов характеризуют конкретно лесные ландшафты; содержат данные в том числе по типам леса и преобладающим породам, ионизирующей способности и фитонцидности лесной растительности и др. (Атанова, Исаева, Лебедев, 1998).

В санитарно-гигиеническом аспекте, насаждения, создавая ежегодно новое органическое вещество, выделяют в атмосферу кислород, фитонциды, ионизируют воздух, поглощают пыль и шум, задерживают радиоактивные частицы.

На каждую тонну прироста сухой фитомассы в атмосферу выделяется 1,42 т кислорода; средний эквивалент (тонн кислорода на тонну общего прироста /абс.сух. вес/) для сосняков - 1,45; для ельников - 1,44; березняков, осинников и дубняков - 1,37; луговых трав - 1,30; сфагновых мхов - 1,26. Эквивалент поглощения СО2 при образовании 1 т древесины и листвы равен 1,72-1,84; хвои сосны и ели -1,89 (Белов 1980,1983).

В аспекте "экологической продуктивности леса" (связанной с биологической и с древесной продуктивностью) рассматривается средообразующая роль лесных экосистем, их защитные свойства в связи с техногенными, рекреационными и другими нагрузками, при этом объективными показателями являются бонитет и тип леса (Мелехов, 1989).

Вопросам использования биопотенциала фитокомпонента в зеленом строительстве и ландшафтной архитектуре посвящен значительный объем литературы Чуваев, Кулагин, Гетко, 1973, Молчанова, Караваева и др. 1982, Любавская, Виноградова, 1883, Оздоровление окружающей среды в городах средствами озеленения, 1988, троительство и реконструкция лесопарковых зон.., 1990 и др.

Разработка вопросов охраны и оздоровления городской среды предусматривает использование зеленых насаждений для создания устойчивых фитоценозов с целью обеспечения комфортных условий проживания и трудовой деятельности, аккумумуляции и детоксикации промышленных аэрозолей различной химической природы.

10

Зеленые насаждения кондиционируют воздух в процессе ионизации и выде- ления фитонцидов; активно очищают атмосферу, поглощая большинство поллю-тантов для построения структурных и функциональных систем организмов; снижают силу ветра и уровень шума; меняют микроклимат территории.

Растительность в городских условиях, выполняет защитно-мелиоративные функции при закреплении откосов, насыпей и т.п., водозащитные и водорегулирующие функции; используется для биологической рекультивации нарушенных территорий.

Фактор зеленых насаждений, оказывающих благоприятное психологическое и эмоциональное воздействие на человека, учитывается в планировочных решениях для улучшения архитектурного облика города.

В то же время, среда крупного города отличается своеобразием основных экологических факторов и специфическим действием техногенных факторов, что не может не сказываться на самых разных сторонах жизнедеятельности растений.

Ослабление и изменение солнечной радиации из-за задымления и загазованности, изменение режима тепла влажности, почвенных факторов в условиях города происходит на фоне загрязнения воздушной и почвенной среды. Поэтому городская растительность развивается в экстремальных условиях, и далеко не все зональные виды растений-аборигенов способны существовать в такой обстановке.

Леса очищают воздух от пыли. Суммарная площадь осаждающей поверхно- сти (листья и хвоя) в лесных экосистемах достигает 50-150 тыс. м3 на 1 га (в 5-15 раз больше площади, занимаемой насаждениями). Эта пространственная система -мощный фильтр, сорбирующий на своей поверхности большое количество пыли и сажи из воздуха. Атмосферными осадками пыль смывается с крон деревьев на землю на 85%, угольно-мазутная копоть - на 62-65%.

Устойчивость растений к токсическим газам различна не только в пределах рода, вида или популяции, но даже у одного и того же растения на разных этапах его роста и развития, при различных почвенно-климатических условиях, обеспеченности элементами питания и т.д.

Гибель деревьев, находящихся в неблагоприятных условиях местопроизрастания и одновременно подверженных воздействию вредных газов, наступает тем быстрее, чем выше концентрация в воздухе токсических веществ и чем сильнее выражены неблагоприятные почвенные условия.

Интродуценты, как правило, отличаются более высокой устойчивостью по сравнению с аборигенами, обладают большими адаптационными возможностями в приспособлении к новым экологическим факторам, в том числе к загрязненному атмосферному воздуху. Причем виды североамериканского и дальневосточного происхождения наиболее выносливы в этих условиях. Применение в озеленении различных интродуцированных пород обеспечивает большую устойчивость ассор-

и

тимента в условиях задымления и позволяет им выполнять роль зеленого фильтра продолжительное время.

По интенсивности фотосинтеза в случае воздействия двуокиси серы выделены три группы видов.

Первая группа - виды, повышающие интенсивность фотосинтеза под влиянием сильных газовых атак в период вегетации (карагана древовидная, клен серебристый, клен явор, липа войлочная, робиния лжеакация).

Вторая группа - виды, снижающие интенсивность фотосинтеза под влиянием сильных газовых атак (береза бородавчатая, дуб черешчатый, жимолость татарская, клен остролистный, липа крупнолистная).

Третья группа - это виды, у которых интенсивность фотосинтеза приходит к норме спустя некоторое время (дерен белый, клен ясенелистный, сирень обыкновенная, снежноягодник белый, тополь канадский).

Наиболее газоустойчивыми при произрастании в условиях газового воздействия оказались растения, отнесенный к третьей группе: они способны переносить значительно более более высокие дозы токсикантов в атмосферном воздухе, чем прочие растения.

У некоторых видов интенсивность фотосинтеза под влиянием газообразного токсиканта повышается. Эти растения (карагана древовидная, клен серебристый, клен явор, липа войлочная, робиния лжеакация) устойчивы и рекомендованы для улучшения окружающей среды в городах и промышленных центрах.

Наибольшей газопоглотительной способностью обладают снежноягодник и карагана древовидная (а также клены ясенелистный, явор, Гиннала), минимальной - липа войлочная и клен серебристый (как и в случае с березой пушистой, вследствие значительной опушенности листьев, препятствующей проникновению двуокиси серы в мезофилл).

Способны интенсивно поглощать двуокись серы: дуб черешчатый, клены остролистный и ясенелистный, березы пушистая и бородавчатая, карагана древовидная, робиния лжеакация, тополь канадский, липа крупнолистная.

Наиболее низкой газопоглотительной интенсивностью газопоглощения обладают сирень обыкновенная, клены Гиннала и серебристый, липа войлочная. Однако, опушенность нижней поверхности листьев у клена серебристого и липы войлочной, раннее завершение вегетации у клена гиннала обеспечивают этим видам высокую выживаемость в условиях загрязненного атмосферного воздуха, задерживают проникновение их в мезофилл листа.

Декоративные качества указанных пород удовлетворяют требованиям промышленной эстетики, что определяет возможность использования видов, - характеризующихся низкой газопоглотительной способностью, но значительной устойчивостью к промышленным газам, - для создания полос, принимающих на себя удары концентрированных газовых потоков.

12

Наибольшее количество серы накапливается в листьях тополя канадского, тополя лавролистного и душистого, ив белой и козьей, а наименьшее - у видов берез. Прочие изученные виды занимают промежуточное положение.

У изученных представителей семейства ив и вне задымления накапливается серы значительно больше, чем у остальных видов. Несмотря на значительное накопление серы листьями, большинство представителей этого семейства очень устойчиво к повреждающему действию токсичных газов, в частности к двуокиси серы.

Дуб черешчатый, клен серебристый, осина в условиях повышенного содержания двуокиси серы в воздухе накапливают серы даже меньше, чем в контроле (в связи с оттоком ассимилятов). Чем энергичнее протекают процессы жизнедеятельности у растений, в том числе и отток ассимилятов, тем меньше вероятность накопления в них фитотоксичных веществ, вызывающих повреждения.

Отмечается, что не всегда высокая газопоглотительная способность вида сочетается с его высокой газовыносливостью в условиях задымления. Идеальными в этом отношении считают виды тополя - канадский, душистый, бальзамический и берлинский; дерен белый, иву белую. Отличаясь наибольшей газоустойчивостью, они являются наиболее эффективными при очистке воздуха от газообразных соединений серы.

Для защиты задымляемых хвойных насаждений целесообразно создавать полосы шириной 50-100 м из наиболее газоустойчивых пород; только в крайнем слу-чае - в условиях сильно задымляемых районов - хвойные насаждения заменяются лиственными.

Насаждения из хвойных пород выполняют заметную функцию по обезвреживанию воздуха от двуокиси серы. Так как наибольшая концентрация двуокиси серы в городах приходится на зимние месяцы, то вечнозеленые хвойные, способные поглощать этот газ из атмосферы даже при температуре - 6 °С, должны принимать большее участие в озеленении. Наиболее пригодны сизые и серебристые формы ели колючей. Наличие сульфатов в хвое, которое ель колючая переносит без заметного нарушения охвоения, составляет примерно 0,5-0,85 % от абс.сух.веса. Было установлено, что вне задымления в хвое Picea obovata и Pinus silvestris за счет поглощения из почвы накапливается 0,05-0,07 % серы. В задымленном воздухе количество серы в хвое возрастает и при концентрации 0,3-0,5 % она начинает отмирать. Эти два вида хвойных могут удовлетворительного расти в слабо задымленных условиях, причем Picea obovata более интенсивно накапливает серу в хвое. Полагают, что в случае необходимости можно высаживать древесные породы (ель) для ограничения области вредного влияния промышленных дымовых газов (Чуваев и др., 1973).

Использование биопотенциала для оздоровления и реабилитации городской среды с помощью зеленых насаждений на основе проведенного литературного обзора подразумевает выполнение следующих мероприятий:

13

выявление общих тенденций динамики естественной и искусственно создан- ной растительности;

всестороннюю оценку и анализ экологической и геохимической обстановки конкретной территории (с использованием аналитических и биоиндикационных методов);

выявление источников вредного воздействия и оценка степени их влияния, подбор соответствующего видового состава растений (прежде всего видов, ассимиляционный аппарат которых устойчив к действию токсикантов);

экспериментальную проверку и классификацию местных и интродуцирован-ных видов по их устойчивости, санитарно-гигиеническому эффекту, эстетической ценности и т.д.;

разработку специальных приемов агротехники возделывания и профилактики повреждения растений в специфических условиях;

разработку и использование методов выявления и очистки от радионуклидов, тяжелых элементов и токсичных легких элементов (бор, бериллий, литий) зараженных участков, почв и воды с помощью растений и других методов;

разработку типов зеленых насаждений разного целевого назначения в зависимости от выполняемых функций, уровня воздействия и т.д. (на основе ланд-шафтно-экологического и функционального зонирования);

организацию мониторинга состояния насаждений, окружающей среды, сдви- гов в структуре популяций с целью внесения необходимых корректив при выполнении дальнейших работ в области фитомелиорации и оптимизации экологической обстановки;

создание специальных фитобарьеров с различной функциональной направленностью (шумопоглощение, пылепоглощение, ветроснижение, фитонцидообога-щение, ионизация воздуха, снижение микрофлоры и т.д.);

фитомелиорацию и рекультивацию территорий.

В плане практического использования биопотенциала фитокомпонента экспериментально установлено, что одиночные посадки деревьев не эффективны для снижения отрицательных факторов; однорядные посадки создают незначительный эффект изоляции: снижение концентрации газов не превышает 20% первоначальной концентрации. Двухрядная же посадка деревьев снижает содержание газов до 35% , пыли - 1%. Еще более эффективны три ряда деревьев: снижение количества пыли возможно до 50%; четыре ряда снижают концентрацию газов до 44%. В первом ряду высаживается основной ассортимент, наиболее устойчивый к отрицательным воздействиям и обладающий необходимым для этих условий габитусом. Во втором ряду возможно использование дополнительного ассортимента. В третьем ряду от проезда может быть использован весь ассортимент, в том числе и ассор- тимент ограниченного использования, для которого необходимы улучшенные ус-

14

ловия, глубокие почвы, защита от воздействия. Посадка деревьев в шахматном порядке создает более плотный экран.

Выделяются "основной", "дополнительный" ассортименты и ассортимент "ограниченного пользования". Основным ассортиментом определяется список видов деревьев, кустарников и лиан, куда включены только те виды, которые длительное время (20-30 лет) произрастают в городских насаждениях и не теряют своих декоративных качеств. В дополнительный ассортимент, кроме упомянутых выше, включаются виды и формы, которые, хотя и редко встречаются в городе, но показали высокую устойчивость и декоративность. Ассортимент ограниченного пользования - это список деревьев и кустарников, которым может быть дополнен как основной, так и дополнительный ассортимент (Любавская, Виноградова, 1883).

В условиях значительных антропогенных нагрузок в городской среде наиболее долговечными являются лиственница, дуб, липа, береза, тополь, ивы и др., а также сирень, боярышник, шиповник.

Древостой на богатых почвах, имеющие большую производительность, меньше страдают от загрязнения воздушных масс; при этом наиболее устойчивы средневозрастные насаждения.

По степени чувствительности к загрязнению воздуха выделены следующие категории древесных пород: очень чуствительные (ясень, пихта, сосна Веймутова); чувствительные (липа, граб, ель) и устойчивые (дуб красный, ильмовые, клен, бук, береза, тополя, ивы, тис, сосна черная, лиственница, кедр).

В городах деревья, применяемые в озеленении, делят на следующие группы: сильно повреждаемые (тополь московский, рябина, липа, клен остролистный, береза, карагана древовидная, ель); среднеповреждаемые - тополь лавролистный, робиния лжеакация, клен ясенелистный, ясень американский); устойчивые (тополь канадский, туя западная, снежник, можжевельник, крушина, бирючина). Некоторые исследователи к устойчивым породам относят айлаит, шелковицу, тис, ели колючую и Энгельмана (Пронин, 1990).

Установлено, что наибольшее количество пыли (на примере угольной), из-за резкого падения скорости ветра внутри ценоза, ведущего к интенсивной седиментации пыли под пологом древостоя, осаждается в приопушечной части; по мере удаления от источника загрязнения количество пыли сокращается; при этом более 50% пыли аккумулирует 15-метровая полоса леса. В целом березовое насаждение шириной 40 м снижает уровень запыленности в шесть раз по сравнению с открытым местом.

Пылеочищающая деятельность березняков разнотравных характеризуется довольно высоким коэффициентом (К = 36-61%) и в значительной степени зависит от биометрических показателей - фитомассы крон и площади листовой поверхности.

15

Для защиты от загрязнений (угольной) пылью рекомендуется создание лесных полос непродуваемой конструкции из сосны и березы: защитная полоса с наветренной стороны должна иметь минимальную ширину 15 м.

Согласно результатам моделирования, эффективность работы лесополос определяется насыщенностью фитомассой, конструкцией, видовым составом и скоростью воздушного потока. В отношении, в частности, цемента и угольной пыли наиболее эффективно работают сосновые лесополосы (Спицына, Скрипалыцикова, 1991).

В работе И.И. Ханбекова и др., (1980) приводятся данные по поглощению углекислоты и выделению кислорода при образовании 1 м3 древесины (табл. 1).

Таблица 1

Поглощение углекислоты и выделение кислорода при образовании 1м3 древесины

Порода Поглощение углекислоты, кг Выделение кислорода, кг

Сосна 750 540

Ель 700 500

Луб 1150 830

Береза 1600 725

Осина 880 575

Установлено количество выделяемого кислорода и поглощаемого углекислого газа лесами зеленых зон (табл. 2).

Таблица 2

Количество выделяемого кислорода и поглощаемого углекислого газа в зависимости от бонитета насаждений

Класс бонитета Количество выделяемого кислорода и поглощаемого углекислого газа, т/га

Кислород Углекислый газ

I 3.5-5.0 4.6-6.5

II 2.7-3.8 3.5-4.9

III 2.0 2.9-4.1

IV 1.8-2.0 2.8-3.4

Больше всего выделяют кислорода и поглощают углекислого газа насаждения I-II классов бонитета. Разновозрастные насаждения выделяют кислород более равномерно, что повышает их санитарно-гигиеническую роль.

Производительность летучих веществ и антимикробный эффект насаждений зависят от состава древесных пород (табл.3).

16

Таблица 3

Масса органических веществ (фитонцидов) в различных типах леса

Возраст, лет Насаждение Масса органических веществ (фитонцидов) за день, кг/га За вег. период, кг/га

70 Сосняк бруснично-разнотрав-ный 3,8 500

65 Березняк разнотравный 3,0 300

Установлено что сильными антимикробными свойствами обладает воздух хвойных насаждений (Артюховский, 1985). Наиболее стерилен воздух сосновых культур в возрасте 15-20 лет (табл. 4). Большое количество бактерий и актиноми-цетов обнаружено в воздухе осиновых, ольховых и черемуховых насаждений.

Таблица 4

Микрофлора воздуха лесных насаждений (Артюховский, 1985)

Условия Зозраст, Пол- Тодлесок Виды Ср. число

произраста- лет нота напочвенного микробных

ния (по По- покрова колоний в

гребняку) и чашке Пет-

формула ш; в скоб-

древостоя ках - коли-

чество бак-

терий

В2; 10 С; 15-20 0,7-0,8 Нет Осока волосистая 84,8

культура (38,3)

С2; 1 ярус: С: 60-70 0,5-0,6 Редкий- Осока волосистая; 87,2

7СЗД+Ос,Б ср.густоты; ле- будра плющевид- (44,7)

2ярусЮД; 0,3-0,5 щина, бересклет ная и др.

с2; Д: 50-60 0,7-0,8 Лещина и др. Осока волосистая, 94,5

8Д1ЯсЮс+Б копытень, сныть (26,3)

2 ярус: Кл

острол., Лп

С2; ЮЛц 25-30 0,8-0,9 Редкий: бузина 98,2

(42,8)

С2;7Д2Яс Д:50-60 0,7 Редкий: лещина Злаки, земляника 100,8

Юс+Б (40,8)

СгСз; 75-80 0,7 Густой: лещина, Осока волосистая, 106,4(82,1)

8Д2Яс+Ос,Л п бересклет сныть, копытень

17

Да; ЮОл+Ильм 60-70 0,6-0,8 Редкий: крушина Крапива, кочедыжник женский 117,0(51,9)

С2; 9Ос1Д+Б 45-50 0,7 Густой: лещина, бересклет Осока волосистая, копытень, сныть 157,0(62,9)

Ц