Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 9
1.1. Понятие о культурном ландшафте 9
1.2. Экологические основы устойчивости растений 15
1.3. Санитарно-гигиеническое значение зеленых насаждений в условиях промышленного города 22
1.4. Теоретические основы подбора ассортимента растений для озеленения промышленных городов 29
ГЛАВА 2. УСЛОВИЯ И МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ
2.1. Природные условия г.Омска 33
2.1.1. Географическое положение и рельеф территории 33
2.1.2. Гидрография и влагообеспеченность 34
2.1.3. Климат 35
2.1.4. Почвы 44
2.2. Характер озеленения г.Омска 44
2.3. Краткая эколого-биологическая характеристика объектов исследования 47
2.4. Методы исследования 56
ГЛАВА 3. РЕКРЕАЦИОННАЯ НАГРУЗКА НА ПАРКИ г. ОМСКА 65
3.1. Комфортность культурных ландшафтов 65
3.1.1. Микроклимат парков 65
3.1.2. Улавливание древесными растениями техногенной пыли 66
3.2. Посещаемость городских парков 70
3.3. Изменение плотности почвы под действием рекреационной нагрузки .77
ГЛАВА 4. ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ УСТОЙЧИВОСТИ КУЛЬТУРНЫХ ЛАНДШАФТОВ г. ОМСКА (результаты полевых исследований) 80
4.1. Оценка биоразнообразия 81
4.1.1. Парцеллярная структура фитоценозов в парках 81
4.1.2. Показатели видового разнообразия 83
4.2. Биопродуктивность культурных ландшафтов 88
4.2.1. Морфологические признаки угнетения растений в городской среде 88
4.2.1.1. Изменение размеров листовой пластинки 88
4.2.1.2. Механические повреждения деревьев 92
4.2.1.3. Продуктивность древостоя 99
4.2.2. Оценка состояния растений по физиологическим признакам 105
4.2.2.1 .Активность окислительных ферментов растений 105
ГЛАВА 5. ЭСТЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ УСТОЙЧИВОСТИ КУЛЬТУРНЫХ ЛАНДШАФТОВ г. ОМСКА 109
5.1. Оценка пейзажной ценности парковых ландшафтов 109
ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ 118
ВЫВОДЫ 120
ПРЕДЛОЖЕНИЯ 121
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 122
ПРИЛОЖЕНИЯ 141
Введение к работе
Актуальность исследования. Согласно данным государственных природоохранных органов, при общем снижении производства, в городе Омске сохраняется напряженная экологическая ситуация (Состояние..., 2004).
Одно из решений экологических проблем города - это организация парков, т.е. озелененных территорий общего пользования от 10 га, представляющих собой самостоятельные архитектурно-ландшафтные объекты (ГОСТ 28329-89). Парки создаются в целях обеспечения территориальной целостности природного комплекса, как естественного градостроительного рубежа, создающего психологически и экологически комфортное пространство для жителей прилегающих районов, сбережения и восстановления природных экосистем, растительного и животного мира.
Зеленое строительство является неотъемлемой частью современного градостроительства. Городские парки, скверы, аллеи, бульвары, сады, защитные насаждения, лесопарки, связанные с планировочной структурой города, являются необходимыми элементами ландшафта, составными частями общего комплекса мероприятий по благоустройству населенных мест (Григорьев, Ракиерова, 2001).
Значение культурных ландшафтов (садов, парков, скверов) в пределах города проявляется прежде всего в поддержании благоприятной экологической обстановки для жизнедеятельности населения городов.
Располагаясь в непосредственной близости от жилых массивов, они выполняют рекреационную, защитную, лечебную и эстетическую функции.
Поэтому одним из основных факторов оздоровления экологической обстановки в городах является система озелененных территорий, которые выполняют роль зеленых фильтров в очищении городского воздуха от копоти, пыли, газа, дыма, выбрасываемых в воздух промышленными предприятиями и автомобильным транспортом.
Зеленые насаждения обогащают воздух фитонцидами и кислородом, служат одним из средств борьбы с шумом, регулируют тепловой режим в городе, защищают источники водоснабжения от загрязнения. Озелененные территории оказывают положительное влияние на климат, предохраняют почвенный покров от водной и ветровой эрозии, способствуют переводу поверхностного стока во внутренний.
Роль растений как гарантов экологического благополучия населенных мест разнообразна (Берюшев, 1961; Стойчев, 1962; Ишин, 1965а; Подзоров, 1967; Болычевцева, 1968; Кириллов, Сидоренко, 1972а; Мелехов, 1972; Жирнов, 1977; Рубцов, 1977; Таран, Спиридонов, 1977; Беручашвили, 1986; Иноземцев, Щербаков, 1988; Боговая, 1990; Беляев, 1998; Лепкович, 2004 и
ДР-)-
Растения, в отличие от других природных компонентов городской
среды, способны не только защищать города от загрязнения, но и
значительно улучшить экологическую обстановку при относительно малых
затратах на свое восстановление и уходу за ними. Озелененные территории
могут на 40-50% снизить влияние негативных экологических факторов,
воздействующих на здоровье городского населения. Особенно велика роль
растений в нейтрализации вредных выбросов автотранспорта ввиду их
высадки в придорожной полосе (Ананьев, 1964; Таран, Спиридонов, 1977;
Озеленение..., 1984; Острикова, 1990).
Содержанию зеленых насаждений должно уделяться особое внимание, т.к. воздушная и почвенная среда в городе резко отличаются от естественных условий, в которых формировались наследственные биологические свойства используемых для озеленения растений.
В результате изменения экологии города нарушается стабильность процессов обмена веществ, прекращается рост и снижается адаптационная способность растений, т.е. возможность приспосабливаться к изменяющимся факторам городской среды, что приводит в конечном итоге к более раннему физиологическому старению растительного организма. Согласно ГОСТу
устойчивость зеленых насаждений характеризуется как способность насаждений сохранять характер функционирования в условиях воздействия антропогенных факторов (ГОСТ 28329-89).
Исследования последних лет показали, что рекреация, представляющая собой комплексный, экзогенный по отношению к ландшафту фактор, вызывает множественные и, как правило, отрицательные последствия для целостности и устойчивости сообщества. Изменения, вызванные рекреационным воздействием, затрагивают практически все компоненты ландшафта, как непосредственно, так и опосредованно, через изменения отдельных его элементов (Жигарев, 19936; 1997).
При озеленении городов, в том числе и Омска, нередко создавались растительные сообщества с бессистемным смешением древесных видов, характеризующихся различными и даже несовместимыми экологическими особенностями. У таких сообществ понижены декоративные качества, они лишены устойчивости к повреждающим воздействиям городской среды (Кучерявый, 1981).
Все это определило основную цель исследования: дать оценку экологической устойчивости культурных ландшафтов г. Омска в условиях антропогенной нагрузки и наметить пути ее оптимизации.
Для достижения цели были поставлены следующие задачи:
Изучить особенности проявления рекреационной нагрузки в пределах культурных ландшафтов на примере городских парков.
Дать оценку биопродуктивности и биоразнообразию в пределах парков под влиянием рекреационной нагрузки.
Определить зависимость экологической устойчивости культурных ландшафтов от их эстетических свойств (качеств).
На основе проведенного исследования разработать план мероприятий по повышению экологической устойчивости культурных ландшафтов (парков).
Научная новизна работы: определяется всесторонней и комплексной оценкой состояния растительности городских парков с применением современных методов исследований как для отдельно взятых видов, так и биогрупп.
Впервые в г.Омске изучено влияние рекреационной нагрузки на компоненты ландшафта. Установлена зависимость между экологическим состоянием парков и их пейзажной ценностью.
Разработаны практические рекомендации для повышения экологической устойчивости культурных ландшафтов в условиях антропогенной нагрузки.
Практическое значение: Результаты исследований могут быть использованы для многолетних наблюдений по оценке состояния зеленых насаждений и могут быть использованы как научная основа организации зеленого строительства городов Западной Сибири, при создании пейзажных, комфортных и устойчивых насаждений с повышенной санитарно-гигиенической активностью.
Материалы диссертации используются в учебном процессе при чтении курса лекций по краеведению, ландшафтоведению, проведению полевой практики у студентов 3 курса географического факультета Омского государственного педагогического университета и у студентов 2 курса специальности Инженерная защита окружающей среды Сибирской автомобильно-дорожной академии.
Положения, выносимые на защиту:
Перспективное развитие зеленого строительства и ландшафтного дизайна возможно только на основе учета биологических возможностей древесных растений и их сообществ в виде искусственно созданных рекреационных зон г.Омска - парков, скверов, аллей и т.д.
Природопользование, выраженное в эксплуатации природных ресурсов приводит к истощению и деградации природной среды.
8
Моделирование природных комплексов с учетом показателей
устойчивости, пейзажности, комфортности приведет к гармонизации
природных комплексов в пределах городской среды.
3. Город Омск за последние 150-200 лет становится центром
смешения флор благодаря интродуктивной деятельности людей.
Интродуценты, адвентивные, натурализовавшиеся и
культивируемые виды интенсивно вплетаются в ранее
существующие комплексы. Но не всегда такие вновь образованные комплексы положительны. Так не исключена возможность агрессивного воздействия интродуцентов, натурализовавшихся видов на аборигенные.
Апробация работы: Результаты исследований доложены при участии в региональном научно-художественном проекте «Сибирский сад -территория мечты» (Омск, 2004), на научно-практической конференции «Экология Омской области» (Тара, 2005) и на VII научно-практической конференции «Города России: проблемы строительства, инженерного обеспечения, благоустройства и экологии» (Пенза, 2005).
Публикации: По материалам исследований опубликовано 10 работ.
Структура и объем работы. Диссертация изложена на 120 страницах, включает 18 рисунков и 17 таблиц. Состоит из введения, пяти глав, выводов, библиографического списка, включающего 236 наименований, из них 12 - на иностранных языках, и приложений.
Автор выражает глубокую признательность научному руководителю диссертации доктору сельскохозяйственных наук, профессору Н.А. Калиненко за консультации и замечания при научном исследовании.
Понятие о культурном ландшафте
Основы представлений об антропогенных ландшафтах были заложены еще в начале XX века В.П. Семеновым-Тян-Шанским (Семенов-Тян-Шанский, 1928). В своих работах он вполне определенно связывал тип хозяйствования с особенностями организации ландшафта. Более полно эта связь была рассмотрена в 20-е годы в монографии Л.С. Берга. Л.С. Берг рассматривал сообщества людей и произведения культуры как составные части ландшафтов. Такой же точки зрения придерживался и К.Зауэр (Sauer, 1925). Сходную позицию занимал П.Дансеро (Danserean Р, 1957), понимая под экосистемами социально-экономические комплексы.
Фактически лишь в последние десятилетия исследования антропогенных ландшафтов ведутся более или менее целенаправленно, с системной и эволюционной точек зрения. Зарубежные географы и экологи обращаются к ландшафтной концепции и используют ее, в частности, при оценке последствий деятельности человека. М.С. Гиляров (Гиляров, 1980) отмечал, что агробиогеоценозы (по сути то же, что и антропогенные ландшафты) могут использоваться исследователями в качестве моделей для изучения природных закономерностей.
В американской и европейской географии в 20-30-е годы начало формироваться представление о культурном ландшафте (cultural landscape, paysage humanize, Kulturlandschaft). В первую очередь имелся в виду природный ландшафт, измененный человеком (Sauer, 1925). Другие исследователи использовали термин культурный ландшафт для обозначения геосистем измененных, но, с точки зрения человека, благоустроенных. Однако появление в 20-30-е гг. в географии понятий антропогенный ландшафт или культурный ландшафт скорее было констатацией факта, а не стимулом к исследованию. Это, очевидно, определялось общим уровнем развития науки.
В современной географии термины антропогенный и культурный ландшафты обычно рассматриваются как равнозначные (Ландшафтоведение..., 1982; Николаев, 1986; Беручашвили, 1990). Антропогенный ландшафт - это ландшафт, измененный в результате прямого или косвенного воздействия со стороны человека. Аналогичное понятие используется и в современной зарубежной ландшафтной экологии (human-dominated landscape) (Pickett, 1925), хотя рад исследователей (Naveh, 1954) возвращается к бытовавшей в первой половине XX века трактовке ландшафта как геосистемы, включающей человека и результаты его деятельности.
А.И. Перельман (Перельман, 1987) фактически синонимизирует термины техногенный, культурный и антропогенный ландшафты, хотя очевидно, что не всякая антропогенная геосистема является результатом технического прогресса. В отличие от естественных ландшафтов в антропогенных часто отмечается преобладание положительных обратных связей над отрицательными. Он справедливо отмечает, что среди культурных геосистем есть близкие аналоги природных, но есть и принципиально новые образования, и вводит представление об оптимальном культурном ландшафте, которому присущи положительные геохимические и эстетические свойства разных геосистем.
С точки зрения В.Б. Сочавы (Сочава, 1978), антропогенный ландшафт - это переменное состояние коренных природных геосистем. Он разделяет понятия антропогенный и культурный ландшафт, считая, что последний формируется в результате сотворчества человека и природы.
И.М. Забелин (Забелин, 1978) предлагает также различать два типа антропогенных ландшафтов: природно-антропогенный и культурный. Первый возникает под влиянием человеческой деятельности, но в дальнейшем развивается сам по себе. Второй формируется для удовлетворения конкретных потребностей человека и подвергается антропогенному воздействию более или менее регулярно.
Термин «культурный ландшафт» мы встречаем в трудах классиков ландшафтоведения - Л.С. Берга (1931), Неустроева С.С. (1949), Баранского Н.Н. (1980) и др. Но, несмотря на то, что история этого понятия насчитывает несколько десятилетий, до сих пор оно остается неопределенным. Среди немногочисленных попыток разобраться в сущности культурного ландшафта надо отметить работы Ю.Г. Саушкина (1946,1951). Он определил культурный ландшафт как «всякий природный ландшафт, в котором взаимные связи элементов природной среды изменены человеческой деятельностью» (Саушкин,1946). Такая трактовка культурного ландшафта представляется спорной. По Ю.Г. Саушкину, достаточно любого, даже слабого нарушения естественного ландшафта, чтобы получился ландшафт «культурный». При таком толковании трудно найти грань между этими двумя понятиями и придется признать, что «на земной суше сравнительно мало областей, которые бы не подходили под понятие культурных ландшафтов» (Саушкин, 1946). Здесь не учитывается ни степень человеческого воздействия, ни характер его воздействия (стихийное или целенаправленное).
Впоследствии Ю.Г. Саушкин попытался несколько сузить и уточнить свое определение путем оговорки, что культурный ландшафт приобретает «новые, качественно иные, особенности по сравнению с прежним, естественным своим состоянием» (Саушкин, 1951). Однако эти качественно иные особенности культурного ландшафта остались нераскрытыми.
Ф.Н. Мильков (1973) развивает представление об «антропогенных ландшафтах». Во многом идеи Ф.Н. Милькова повторяют соображения Ю.Г. Саушкина (который также употреблял термин «антропогенный» в качестве синонима «культурного»).
Географическое положение и рельеф территории
Г.Омск находится на 55 с.ш. и 7330 в.д., т.е. в южной части Западно-Сибирской равнины. Его площадь около 460 км2, а численность населения приближается к 1,5 млн. человек.
Особую неповторимость городу придает р.Иртыш. Правый берег высокий, суглинистый, в прошлом здесь простирался ленточный бор. Сейчас правобережье плотно застроено, здесь расположены жилые кварталы и крупные промышленные предприятия. Левый - пологий, постепенно переходящий в левобережную равнину. В настоящее время левобережье активно застраивается высотными зданиями и представляет собой спальный район города.
Г.Омск, расположившись по берегам Иртыша, находится в геоморфологической области речных долин бассейна Иртыша. Современный рельеф города сформирован в результате длительной геологической истории. В основании Западно-Сибирской равнины на глубине до 4 км, лежит фундамент, сложенный древними магматическими (граниты, диабазы) и перекрывающими их метаморфическими толщами (гнейсы, сланцы), смятыми в складки. На этом фундаменте залегает осадочная толща мезо-кайнозойских отложений (глины, пески, алевриты). Поэтому на территории Омска и области преобладает равнинность с гривами и межгривными понижениями, западинами, озерками и болотами, которые частично выровнены и сглажены под воздействием деятельности человека.
По характеру поверхности территория представляет плоскую однообразную равнину с незначительным повышением над уровнем моря (100-120м) и постепенным уклоном к северо-западу и долине Иртыша. В долине р.Иртыш и его притоков широко проявляются процессы оврагообразования. На высоких крутых берегах наблюдаются оползни. Они развиваются там, где встречаются грунтовые воды.
Южная лесостепная зона относится к районам неустойчивого увлажнения (Кувл.=0,5-0,6), она подвержена действию засух, суховеев, пыльных бурь. Лучшая защита от них - озеленение города. Большая часть осадков, около 80%, выпадает в летнее время, преимущественно в виде ливней. Распределение осадков характеризуется резким переходом от малых зимних к значительным летним. Летние осадки несколько сглаживают недостаток их общего количества для растительности города. Протекающие в пределах города реки Иртыш и Омь, имеют смешанное питание с преобладанием талой снеговой воды.
При глубоком стоянии грунтовых вод капиллярное поднятие воды не достигает корневой системы растений. В тех же местах, где она достигает корней, наблюдается постоянное увлажнение и использование грунтовых вод растениями.
Слишком близкое расположение грунтовых вод оказывает вредное влияние на растение. Заполняя промежутки между частицами почвы, она вызывает кислородное голодание растений.
Сложные переплетения коммуникаций водопровода, канализации, кабельные переплетения электрики создают фоновые электромагнитные поля, а при прорыве водопроводов и канализаций переувлажненные и болотно-грязевые участки тяжелых или солонцеватых почв.
Микроклимат парков
Согласно исследованиям ряда авторов, зеленые насаждения положительно влияют на микроклимат города. Особенно большое влияние оказывают крупные массивы насаждений, которые сосредоточены в городских парках.
По нашим данным температура воздуха в парках г.Омска достоверно снижается в среднем на 6,5-8,9С, по сравнению с открытыми площадями (р 0,01). Так, если воздух в жилых кварталах по ул.Масленникова в дневное время в течение июня 2006г. прогревался в среднем до 36,2С, то на территории ПКиО 30-летия ВЛКСМ средняя дневная температура колебалась от 27,3 до 29,7С.
Таким образом, крупные массивы зеленых насаждений оказывают влияние на температуру и относительную влажность воздуха, тем самым способствуют повышению комфортности и улучшению качества городской среды.
Аналогичные результаты были получены еще в 50-70-е годы прошлого столетия (Издебский, 1949; Берюшев, 1961; Ананьев, 1964; Машинский, 1973). Однако, в настоящее время, не смотря на вполне очевидное положительное влияние зеленых насаждений на микроклимат города, а также на здоровье его населения, работы, связанные с улучшением экологического состояния парков проводятся в недостаточном (минимальном) объеме, о чем свидетельствуют результаты исследований, представленные в Главе 4.
Способность различных видов растений отфильтровывать из воздуха пылевидные частицы обычно оценивается по количеству осевшей на листьях пыли. Подобный подход основан на том допущении, что чем большее количество пылевидных частиц накапливается на листьях, тем лучше растение выполняет санитарно-гигиеническую роль по очистке атмосферы. Однако, Г.М. Илькуном (1978) отмечается необоснованность такого утверждения, так как в действительности не существует коррелятивной связи между содержанием пыли на листьях растений в момент учета и суммарным осаждением ее за вегетационный период или более короткое время. Указанное несоответствие обусловлено тем, что пыль опадает при колебании, сдувается ветром или смывается осадками. В связи с этим были проведены исследования по определению количества пыли осевшей на листьях и под кронами деревьев. Оценка пылезадерживающей способности растений проведена суммированием массы твердых частиц на листьях и под кронами деревьев с вычетом пыли, осевшей на открытых участках.
Листья растений на территории парков густо покрыты пылью на тех участках, вблизи которых расположены городские автомагистрали (зона 1). Количество осевшей пыли на листьях растений закономерно снижается по мере продвижения вглубь парка (зона 2,3).
Результаты исследования седиментации пыли на листьях растений показали, бесспорно, наиболее высокую пылеулавливающую эффективность тополя черного, что, очевидно, связано с липкой поверхностью листовой пластинки этого вида. На листьях тополя на территории парка в зоне 1 содержалось пыли в 3 раза больше, чем у березы повислой и яблони ягодной; в 2,4 раза больше, чем у клена ясенелистного и в 1,6 раза больше, чем у ивы белой (Табл.3.1). Количество осевшей пыли на листьях у растений в зоне 2 и зоне 3 уменьшается в среднем в 2-4 раза (Приложение 7).
Аналогичные результаты были получены Е.С.Малаховой (2004) при изучении газоустойчивости и аккумулирующей способности растений в техногенной среде.
Несколько иная картина обнаружена при исследовании количества пыли, осевшей под пологом деревьев (Приложение 8). Наибольшее количество пыли обнаружено под кронами яблони ягодной и ивы белой в зоне 1, наименьшее - под кроной тополя черного (в зоне 2,3). Пыль легче сдувается ветром и опадает при колебании гладких листьев яблони и ивы, у липких листьев (тополь) - задерживается прочно. Листья клена имеют более сложную форму, характеризующуюся высоким значением отношения длины границы листа к его площади, что способствует более длительному задержанию на них пыли.
