Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Экологическая ситуация в Москве 10
1.1. Рост и развитие города, противоречия и проблемы 10
1.2. Природная характеристика Москвы 11
1.3. Климат Москвы 11
1.4. Загрязнение окружающей среды 13
1.5. Почвы Москвы 15
1.6. Изменение здоровья населения Москвы в 90-е годы XX века 16
1.7. Индикаторы состояния городской среды 18
1.8. Состояние зеленых насаждений города 20
1.9. Причины экологического кризиса в Москве в 90-х годах XX века. Прогноз развития ситуации. 22
Глава 2. Объекты и методы исследования 27
2.1. Площадки наблюдения (точки исследования) 27
2.2. Методика исследования почв на площадках наблюдения 42
2.3. Методика дендрологического обследования городских зеленых насаждений на площадках постоянного наблюдения 54
2.4. Методы оценки состояния атмосферного воздуха и фитоиндикации состояния древесных растений 59
2.5. Использование методов дистанционного зондирования при оценке экологической ситуации в Москве 62
Глава 3. Разработка и совершенствование методов оценки состояния, декоративности и устойчивости зелёных насаждений в городе 67
Глава 4. Разработка и обоснование экологических нормативов допустимого загрязнения воздуха для зелёных насаждений города 82
Глава 5. Состояние окружающей среды в Москве в конце 90-х годов 94
5.1. Атмосферный воздух 94
5.2. Современное геохимическое состояние воздушного бассейна города (по данным исследований снегового покрова) 98
5.3. Характеристика городских почв 110
5.4. Геохимическая оценка почв 112
5.5. Эколого-химическая характеристика почв 114
5.6. Засоление и солонцеватость почв 122
5.7. Агрохимическая характеристика почв 125
5.8. Геохимическая характеристика растений на ППН 129
Глава 6. Результаты мониторинга состояния окружающей среды и зеленых насаждений в Москве. 141
6.1. Задачи экологического мониторинга состояния зелёных насаждений 141
6.2. Состояние зеленых насаждений Москвы за 1997-2002 гг. 144
6.3. Характеристика состояния зеленых насаждений по зонам города 145
6.4. Изменение состояния зеленых насаждений по типам озелененных территорий 146
6.5. Магистрали и улицы 147
6.6. Микрорайоны 149
6.7. Скверы и сады 150
6.8. Результаты мониторинга состоянии зеленых насаждений 151
Глава 7. Экологический мониторинг состояния окружающей среды и зеленых насаждений
Бульварного кольца 156
7.1. Характеристика территории и зеленых насаждений Бульварного кольца 156
7.2. Оценка загрязнения атмосферного воздуха на Бульварном кольце 157
7.3. Агро- и геохимическая характеристика почв Бульварного кольца 164
7.4. Загрязнение почвы тяжелыми металлами 167
7.5. Характеристика состояния зеленых насаждений Бульварного кольца 171
Глава 8. Экологический мониторинг состояния окружающей среды и зеленых насаждений Национального парка «Лосиный остров» 183
8.1. Природная характеристика НП «Лосиный остров» 183
8.2. Промышленные источники загрязнения НП «Лосиный остров»
8.3. Геохимическая оценка современного состояния окружающей среды
8.4. Характеристика почв НП «Лосиный остров» и влияние на нее загрязнителей
8.5. Экологическое состояние поверхности водотоков, водоемов и грунтовых вод на территории НП «Лосиный остров»
5.1. Состояние насаждений НП «Лосиный остров» за период 198 1997-2003 гг.
Глава 9. Экологический мониторинг состояния окружающей среды и зеленых насаждений на территориях, примыкающих к МКАД 205
9.1. Загрязнение окружающей среды вблизи МКАД 205
9.2. Состояние покрова и атмосферного воздуха на территориях, прилегающих к МКАД 207
Заключение 250
Общие выводы 256
Список использованной литературы 259
- Загрязнение окружающей среды
- Площадки наблюдения (точки исследования)
- Разработка и совершенствование методов оценки состояния, декоративности и устойчивости зелёных насаждений в городе
Введение к работе
Цели и задачи исследований. Цель настоящей работы - разработка научных основ системы мониторинга ЗН города, как части общегородской системы экологического мониторинга. В связи с этим решались следующие задачи:
Разработка теоретических основ мониторинга состояния ЗН.
Обоснование выбора постоянных площадок наблюдения (расположение и численность) и методов изучения состояния ЗН.
Создание системы мониторинга состояния ЗН в Москве и создание информационно-слравочно-аналитической системы (ИСАС).
Разработка критериев риска антропогенного воздействия на ЗН и экологических нормативов качества атмосферного воздуха и почв применительно к ЗН.
Разработка и апробация нового метода статистической обработки результатов оценки состояния ЗН и устойчивость видов в городских условиях.
Научная новизна. Впервые в условиях мегаполиса предложен и реализован системный подход к организации государственной службы мониторинга состояния ЗН, который обеспечивает:
- дифференцированный по типам озелененных территорий и зонам города
учёт и оценку степени антропогенного воздействия на ЗН, нарушения их
состояния и декоративности;
- определение уровней опасности и риска различных факторов
воздействия на ЗН;
- возможность оперативного реагирования в кризисных ситуациях и
возможность прогнозирования развития ситуации, а также возможность
разработки долгосрочных программ зеленого строительства в городе.
Впервые создана компьютеризированная справочно-информационно-аналитическая система, содержащая в себе всю систематизированную информацию, накопленную за 7 лет ведения мониторинга по 377 ППН, по
результатам мониторинга крупных озелененных объектов и лесопарков Москвы.
Теоретическая значимость работы. Изучена и выявлена зависимость изменения состояния ЗН от характера, уровней антропогенных нагрузок и комплексного действия факторов городской среды, от типа озелененных территорий, от видового и возрастного состава ЗН. Изучены характер и уровни распределения загрязнителей на разных участках города, степень и характер экологической опасности разных факторов для ЗН, для роста, развития и функциональной роли ЗН в городе. Разработан, обоснован и апробирован новый биогеохимический метод определения дифференцированных экологических нормативов допустимого загрязнения атмосферного воздуха для ЗН Москвы, определены экологические ПДК по 7 ингредиентам. Апробированы и предложены перспективные для применения в других крупных городах методы фитоиндикации загрязнения воздуха и состояния ЗН, методы статистического анализа состояния ЗН.
Практическая значимость. Создана база для получения систематизированной и обобщенной характеристики состояния ЗН на всей территории города, а также по типам озелененных территорий. Разработана система правил, рекомендаций и нормативов, направленных на оптимизацию создания и содержания ЗН в условиях мегаполиса. Материалы мониторинга используются городскими властями для принятия оперативных решений в области содержания и развития зеленого фонда города, для составления среднесрочных и долгосрочных программ озеленения и благоустройства. Результаты мониторинга являются основой для разработки стратегии озеленения города и определения приоритетов в ведении зеленого хозяйства.
Обоснованность и достоверность результатов работы базируется на многолетних полевых и лабораторных исследованиях и данных (377 ППН), полученных с использованием общепринятых современных методов физико-химических, визуальных, метрологических методов исследования состояния
зеленых насаждений, почв, атмосферного воздуха и др., а также анализа фактического материала с помощью современных статистических и математических методов.
На защиту выносятся следующие основные положения:
- научно-теоретические основы мониторинга состояния ЗН;
- методы выбора ППН и изучения состояния ЗН, обработка полевых
данных;
- система мониторинга загрязнения окружающей среды и состояния ЗН;
критерии риска антропогенных воздействий на ЗН и экологические нормативы качества атмосферного воздуха и почв для ЗН;
информационно- справочно-аналитическая система по результатам мониторинга ЗН;
экологические основы новой концепции зеленого строительства в мегаполисе.
Апробация работы. Материалы и результаты работы доложены и обсуждены на международных, всероссийских и городских конференциях и симпозиумах - Международная конференция «Методологические вопросы оценки состояния природной среды» (Таллин, 1990), Международное совещание «Компьютеризация в экологии и здравоохранении» (Донецк, 1990), Международная конференция «Проблемы управления качеством окружающей среды» (Москва, 1997, 1998, 1999, 2000, 2001, 2002), Международный конгресс «Вода: экология и технология» (Москва, 2000), Научно-практическая конференция «Создание и развитие системы социально-гигиенического мониторинга в Москве» (Москва, 1998), 3-й Международный симпозиум «Проблемы экоинформатики» (Москва, 1998), конференция «Зеленое пространство города в XXI веке - озеленение городов как инструмент развития» (СПб, 2001), Международный симпозиум по биоиндикаторам (Сыктывкар, 2001), Конференция «Научно-техническое обеспечение реформы ЖКХ» (Москва, 2002), V съезд Общества физиологов растений (Пенза, 2003),
ежегодные конференции «Проблемы содержания зеленых насаждений в условиях Москвы» (Москва, 1997 - 2004).
Личный вклад автора. Автор на протяжении всех лет реализации мониторинга является руководителем проекта. Им разработана общая концепция экологического мониторинга зеленых насаждений, определены основные исполнители, общая схема методических подходов, концепция справочно-информационно-аналитической системы. Автором разработаны метод и формула расчета индексов состояния растений. Автор принимал непосредственное участие в обработке и анализе результатов полевых, лабораторных статистических данных. Автору принадлежит идея и рабочая концепция издания ежегодного Аналитического доклада «Состояние зеленых насаждений Москвы», он же является постоянным главным редактором этого издания
Публикации. Основные положения доклада опубликованы в 84 работах, в том числе 7 книгах, 11 сборниках и журналах, практических и методических рекомендациях. Всего опубликовано 158 работ (включая статьи по гигиене окружающей среды). Основные положения диссертации изложены в монографии «Экологический мониторинг зелёных насаждений в Москве» (2005)
Объем и структура диссертации. Работа состоит из введения, 10 глав, заключения, списка 282 публикаций, изложена на 285страницах, включающих 82 таблиц и рисунков. Список содержит 26 зарубежных публикаций.
Загрязнение окружающей среды
Суммарный выброс загрязнителей в атмосферу снизился на 18.7%. Вместе с тем изменилась (снизилась до 30...50 см) высота выброса ингредиентов над поверхностью земли и характер их распределения по территории города.
В составе газообразных выбросов в 1985 г. в Москве преобладали: диоксид серы - 234 тыс. т(9.9%), окись углерода - 1767 (75.1%), окислы азота-263 (11.2%), твердые вещества - 88 тыс. т (3.7%). В 2000 г. в выбросах поллютантов сохранилось преобладание окиси углерода, окислов азота и углеводородов (газы автотранспорта).
Загрязнение атмосферного воздуха в Москве изучает ряд организаций (Московский центр гидрометеорологии и мониторинга окружающей среды, ОАО «Прима-М» и др.). Уровни загрязнения воздуха представляются в абсолютных показателях (мг/м) максимально разовые, суточные для отдельных точек (постов) и объектов и среднегодовые для города, а также в единицах гигиенических предельно допустимых концентраций (ПДК). По данным за 1987 г. [24], среднегодовые концентрации по пыли, СО, N02, NH3 и фенолу превышали среднесуточную ПДК (ПДКС.С.)
Среднегодовая концентрация S02 составляла 0.03 мг/м2; пыль -0.2; СО -4.0; NO и N02 - 0.05; NH4 - 0.17; H2S - 0.002 мг/м2. На отдельных постах максимально разовые концентрации пыли достигали 3 ПДК, СО - 4.8...8,8; N02 - 4.9...18.6; СН20 - 3.0...4.5; H2S - 7; NO - 1.8; СН4 - 4...7; бенз(а)пирен - 1.6 ПДК [25].
К 1999 г. под влиянием спада промышленного производства и роста автотранспорта в Москве изменились валовые выбросы ингредиентов (см. табл. il) и снизились среднегодовые концентрации пыли в 2 раза, SO2 - в 100, СО - в 1.33, фенола - в 25, NH3 - в 2,8 раза. В то же время повысились концентрации N02 и N0 в 2 раза, а концентрация СНХ достигла 23.6 мг/м [8]. Индекс загрязнения воздуха в Москве был высоким (10.45). Кислотность атмосферных осадков составляла 4.6...5.2 рН (кислые дожди).
Высокие уровни загрязнения воздуха наблюдались по 5 ингредиентам на автомагистралях (СН20 - 4.3 ПДК, N02 - 2.5, СО и фенол - 1.0..Л.8 ПДК). Особенно высокие уровни загрязнения воздуха автотранспортом установлены на МКАД. Так, превышение экологических ПДК для растительности составило по СО в 1.7 раза, по N02 - в 11.2 раза. Максимально разовые концентрации СО в ряде пунктов города превышали экологические ПДК в 2.2...3.3 раза, а среднесуточные - в 2...20.4 раза, по N02 - в 1.1...7 раз. Изменение состава загрязнителей в воздухе и характера распределения их по высоте, несомненно, сказывается на гигиенической и экологической ситуации в городе, здоровье населения и состоянии зеленых насаждений [124, 127,228, 229, 231, 240].
1.5. Почвы Москвы. Естественный почвенный покров города представлен главным образом дерново-подзолистыми почвами на покровных суглинках тяжелого и среднего механического состава с низким содержанием органических веществ (1...2%), Са (5...10 мг-экв./100 г) и Mg (2...3 мг-экв./100 г), низкой ёмкостью поглощения (10...12 мг-экв./100 г), невысоким содержанием фосфора и калия, рН 4.5...6.5. Этим объясняется их низкое плодородие. В пойме реки Москвы распространены аллювиальные дерновые и луговые почвы, более плодородные, чем подзолистые, так как сформировались они при значительном участии травянистой растительности. В этих почвах больше перегноя (5...9%), гумуса, азота и фосфора, но меньше калия. Естественный почвенный покров сохранился лишь в крупных лесопарках и парках.
В жилых и промышленных зонах города сформировались урбоэкосистемы и специфичные городские почвы антропоземы (глубокопреобразованные почвы) и техноземы (поверхностно-гумусированные искусственные почвы [195, 197, 215]. Антропогенная трансформация почв в Москве вызвана засыпкой многих пониженных мест глинистыми грунтами при строительстве метро, строительными и промышленными отходами и мусором. Естественные почвы оказались погребенными под слоем 8...25 м и замусорены. Поэтому физико-механические, химические и агрохимические свойства городских почв существенно отличаются от естественных зональных почв региона и менее благоприятны для зеленых насаждений.
Плотность городских почв достигает 1.47... 1.85 г/см3 (в лесопарках -0.9... 1.1 г/см3), а степень запечатанности (асфальт, бетон) почв 95...97% в центре и 20...30% на окраинах.
Длительное использование противогололёдных средств в городе привело к существенному засолению почв в примыкающих к полотну дорог зонах на расстоянии 30...50 м и более.
На 40% территории в результате нарушения гидрологического режима при строительстве разных объектов произошло повышение уровня грунтовых вод (подтопление), что также негативно сказывается на состоянии городских зеленых насаждений.
Металлургическая промышленность и автотранспорт города способствовали загрязнению среды рядом токсичных тяжелых металлов (ТМ): Pb, Hg, Cd, V и др. Уровни загрязнения почв по показателю СПК (суммарный показатель концентрации) на значительных территориях достигают опасных для здоровья населения величин: центр города - 68 (10...171), средняя часть -38 (2...202), окраина-22(1...50).
Площадки наблюдения (точки исследования)
Динамичная урбанизация привела к увеличению экологического риска и значительному экономическому ущербу, наносимому окружающей среде. [148, 199, 241]. Очевидно, что в городе сформировалась качественно новая санитарно-экологическая ситуация, определяющей чертой которой является высокая концентрация антропогенных факторов, отрицательно воздействующих, в том числе и на состояние зеленых насаждений [136, 144,188,199].
Тем не менее Москва продолжает оставаться одной из самых озелененных столиц мира - на одного человека здесь приходится около 17 м зеленых насаждений. Общая площадь зеленых насаждений в городе составляет 45 тыс. м2 - почти 30% городской территории.
Понимание актуальности этой проблемы нашло отражение в создании общегородской системе мониторинга зеленых насаждений и состояния почв на территории Москвы.
В августе 1996 г. правительством Москвы было принято постановление № 671 «О мерах по улучшению состояния зеленых насаждений Москвы», где впервые отмечалась необходимость осуществления мониторинга состояния зеленых насаждений. Функции заказчика в создании общегородской системы мониторинга были возложены на ОАО «Прима-М», как организацию, имеющую большой опыт в реализации крупных экологических проектов.
Сложнейшим элементом организации мониторинга традиционно является обоснование адекватного выбора численности объектов наблюдения в (нашем случае это постоянные площадки наблюдения - ППН), их размещения в плане города (поскольку речь идет об общегородской системе мониторинга) и методов контроля. В случае мониторинга городских зеленых насаждений не имеет однозначного ответа и вопрос о размере площадки, так как речь идет о совершенно различных участках территории - в одном случае это посадки вдоль магистрали или дворовые посадки, где площадь обследуемой территории не может быть задана предварительно, в другом - это парки, лесничества на территории города и т.д.
Важнейшей целью выбора площадок было достижение максимальной представительности территорий, в том числе и с общеградостроительных позиций. К числу основных признаков, которые были положены в основу выбора, относятся [12]:
-положение площадки по отношению к укрупненным планировочным зонам города (центральные, средние и периферийные части);
- категории озелененных территорий (зеленые насаждения общего и ограниченного пользования и частично специального назначения);
- положение площадок по отношению к транспортным магистралям;
- представительство объектов озеленения всех административных округов города, включая территории, подведомственные городу, за пределами МКАД.
При отборе площадок было также учтено:
- положение контрольных площадок относительно тепловых аномалий в городе, выявленных дистанционными методами;
- положение площадок в зонах разной степени подтопления, в том числе связанных с утечками из водонесущих коммуникаций;
- положение площадок на участках с разной степенью пылевых нагрузок (пылевое загрязнение снежного покрова) [12].
В настоящее время система мониторинга объединяет 377 площадок постоянного наблюдения, заложенных в различных частях города на территории 23 лесопарков (141 ППН), 16 парков (19), 5 садов (5), 10 скверов (10), 23 бульваров (25), 47 дворов (47), 38 улиц (42) и 26 магистралей (46 ППН) [16].
Комплексное обследование ППН включает дендрологическую, энтомо-фитопатологическую и геохимических оценку растений, а также геохимическую оценку почв.
Разработка и совершенствование методов оценки состояния, декоративности и устойчивости зелёных насаждений в городе
К 1996 г. была разработана и достаточно широко использовалась во многих странах программа Международного экологического мониторинга (ГСМОС). Однако её цели и задачи [96] не в полной мере соответствуют задачам мониторинга зеленых насаждений в мегаполисе. При проведении наших исследований задачей такого мониторинга была оценка состояния и эффективности зеленых насаждений в регуляции микроклимата и качества среды обитания городского населения, а также повышения их архитектурно-эстетических и других функций [12, 51, 100, 179, 209, 262]. В этом заключается особая специфичность экологического мониторинга в мегаполисе, который по своей структуре и нарушенности среды не случайно называют техносферой и урбоэкосистемой. Поэтому здесь наряду с традиционными экологическими методами исследований должны широко использоваться методы классических наук (физиология, биохимия, биофизика, молекулярная биология и др.), так как зеленые насаждения города подвергаются экстремальным воздействиям комплекса неблагоприятных антропогенных и природных факторов одновременно. Также поэтому традиционные и современные методы исследований, используемые в мониторинге, должны вначале апробироваться и совершенствоваться с целью повышения надежности и точности анализов. Механическое перенесение и использование уже известных методов исследований и тем более из других и смежных направлений науки не всегда оправдано и эффективно.
В нашем случае пришлось начинать работы по мониторингу зеленых насаждений города без предварительной апробации и совершенствования методов исследований. Так как используемые в этих целях методы заимствованы из практики лесного хозяйства страны, то многие из них оказались малоэффективными и неинформативными. Это касается в первую очередь метода визуальной оценки состояния деревьев. Последняя была разработана для лесного хозяйства страны [224, 225] и предусматривала определение не жизненного, а санитарного состояния деревьев в насаждениях для планирования специальных санитарных рубок (удаление усыхающих и усохших деревьев). Определение степени ослабления и усыхания деревьев в лесу с использованием классификации их по Крафту не требует больших эколого-биологических знаний и опыта, что позволяет проводить эти работы рядовому составу персонала лесхоза. Вместе с тем Санитарные правила в лесах Российской Федерации предусматривают единую 6-балльную шкалу категорий состояния деревьев для хвойных и лиственных пород.
Некоторые авторы [12...17] предлагают и используют одновременно разные шкалы категорий состояния деревьев в городских насаждениях (3, 5, 6 и 7 уровней состояния), что затрудняет сравнительный анализ его изменения с возрастом, с характером и уровнем антропогенной нагрузки, в зависимости от типа территорий и погодных условий отдельных лет. Материалы таких оценок состояния деревьев не позволяют без специальной математической обработки выйти на обобщенную характеристику состояния отдельных насаждений и сделать прогнозы изменения их в зависимости от изменения антропогенных нагрузок и погодных условий, что крайне важно в условиях мегаполиса.
Так, в публикациях ОАО «Прима-М» [12...16] состояние деревьев в насаждениях города характеризуется количеством или процентом деревьев на ППН по баллам состояния. В этих случаях характеристика состояния деревьев состоит из 12...14 цифр и понять подлинные различия между двумя и более пробными площадями и тем более на почти 400 участках города практически невозможно. В таком виде информация о состоянии насаждений выглядит как простая констатация серий рядов чисел по 3...4-М категориям (шкалам), т.е. как первичный материал полевых исследований. На наш взгляд, такое выражение состояния насаждений затрудняет возможность использования компьютерных программ и технологий для проведения корреляционных, регрессивных и простых статистических расчетов, а также анализа зависимости состояния, устойчивости и степени нарушения экологических функций насаждений от сложного комплекса экстремальных условий города и отдельных изменчивых параметров их.
Так, по данным мониторинга зеленых насаждений Москвы [16] за 1997— 2000 гг., при использовании 7-балльной системы средневзвешенный балл состояния, рассчитанный по предложенной нами методике [183], оказался равен 1.92, а по 4-балльной - 2.85, по данным мониторинга за 2001 г. соответственно 2.13 и 3.12. Следовательно, различия в оценке состояния насаждений достигают 46...48%, т.е. в первом случае насаждения классифицируются как средне-ослабленные, а во втором - сильно ослабленные. Такие две разные оценки состояния зеленых насаждений из-за ошибки использования разных систем снижают значимость всей работы по мониторингу и убеждают в необходимости поиска и разработки новых объективных, инструментальных определений не санитарного, а жизненного или физиологического состояния деревьев и насаждений.
