Содержание к диссертации
Введение
1. Экологические требования к освоению лесов 9
2. Естественно-исторические условия района исследований 13
2.1 Зеленая зона города Воронежа и ее границы 13
2.2 Местоположение, рельеф, ландшафты почвы 20
2.3 Гидрология и гидрография 28
2.4 Климатические условия 31
2.5 Растительный и животный мир 34
3. Градостроительные аспекты условий произрастания насаждений зеленой зоны города Воронежа 40
3.1 Функции лесных насаждений 40
3.2 Рекреационное воздействие на состояние насаждений 44
3.3 Влияние загрязнения воздуха на лесные насаждения и экологическая ситуация в обследуемой зоне 50
3.4 Устойчивость лесных насаждений 66
4. Методика и объем исследований 77
4.1 Ландшафтное редуцирование лесов зеленой зоны города Воронежа 77
4.2 Методика определения состояния сосновых насаждений в зонах антропогенного воздействия 78
4.2.1 Методика определения стадий рекреационной дигрессии и рекреационной экологической емкости участков леса 78
4.2.2 Методика определения воздействия на сосновые насаждения транспорта и промышленности 86
5. Рекреационное использование боров в условиях комплексного антропогенного воздействия 108
5.1 Эквивалентная оценка воздействия различных антропогенных факторов 108
5.2 Нормативы рекреационной нагрузки для сосновых насаждений в условиях техногенного загрязнения воздуха 130
6. Функциональное зонирование 146
7. Экономическая эффективность внедрения разработанных нормативов регулирования рекреационной нагрузки 154
Выводы 157
Библиографический список 161
- Экологические требования к освоению лесов
- Зеленая зона города Воронежа и ее границы
- Функции лесных насаждений
Введение к работе
Актуальность исследований. В настоящее время одним из необходимых аспектов антропогенной деятельности является сохранение окружающей природной среды, которая деградирует под действием человеческой цивилизации. Это воздействие в современных условиях ликвидировать невозможно. Необходимо регулирование антропогенного влияния, в том числе при использовании лесов, с учетом экологических возможностей природных комплексов. Эта задача актуальна как на глобальном, так и местном уровнях ее решения.
В связи с этим освоение лесов необходимо проектировать и осуществлять на основе экосистемных принципов, то есть с учетом экологической емкости лесных экосистем. Для этого нужны методики и нормативы, позволяющие оп^ ределять границы устойчивости лесных насаждений к воздействию различных антропогенных факторов при одиночном и комплексном влияниях, а также осуществлять качественную и количественную оценку этих воздействий. Особенно актуален этот вопрос для насаждений городов и их зеленых зон, на которые действует, как правило, комплекс антропогенных факторов, большинство из которых связано с их рекреационным использованием. Сочетание действующих факторов обусловливает темпы роста, развития и изменение устойчивости зеленых насаждений. Поэтому наиболее актуальны результаты исследований, применение которых позволяет эффективно регулировать рекреационное использование лесов при наличии синергетического эффекта от воздействия техногенных факторов.
Цель и задачи исследований. Целью исследований является разработка нормативов рекреационных нагрузок и алгоритма количественного определения величин техногенного воздействия для сосновых насаждений зеленой зоны города Воронежа, позволяющих осуществлять проектирование допустимых размеров рекреационного использования лесов с учетом экологической емкости
природно-территориальных комплексов (ПТК) в условиях многофакторного антропогенного влияния и различного их функционального назначения. Задачи исследований:
- осуществить ландшафтное редуцирование ПТК зеленой зоны города
Воронежа для определения модальных характерастик первичных единиц
выборки и обеспечения достоверности научного эксперимента, проводимого
в сосновых насаждениях;
выявить наиболее значимые факторы, влияющие на состояние сосновых насаждений в пределах зеленой зоны города Воронежа;
определить пределы устойчивости лесных насаждений боровых условий зеленой зоны города Воронежа к воздействию выявленных антропогенных факторов;
разработать алгоритм количественной оценки антропогенного влияния на состояние сосновых насаждений как при воздействии какого-либо одного из антропогенных факторов, так и при комплексном антропогенном воздействии;
на основе полученного алгоритма оценить состояние сосняков зеленой зоны города Воронежа при однофакторном и комплексном антропогенном воздействии;
разработать научно обоснованные нормативы рекреационного использования боров зеленой зоны города Воронежа с учетом соблюдения экологической емкости этих природных комплексов в условиях многофакторного антропогенного воздействия;
разработать функциональное зонирование территории сосняков зеленой зоны города Воронежа с учетом полученных нормативов;
определить экономическую эффективность внедрения установленных норм рекреационного использования лесов.
Научная новизна результатов исследований состоит в том, что впервые:
получена расширенная шкала стадий дигрессии сосновых насаждений под действием техногенного загрязнения воздуха;
разработан алгоритм количественной эквивалентной оценки комплексного антропогенного воздействия при различных стадиях состояния сосновых насаждений, дополняющий концептуально предложенный М. Т. Сериковым метод эквивалентной оценки;
получены нормативы предельно допустимых и оптимальных величин рекреационных нагрузок в условиях комплексного антропогенного воздействия, что позволяет проектировать и осуществлять рекреационное использование насаждений сосны в рамках их экологической рекреационной емкости, обеспечивая устойчивое состояние этих экосистем;
разработана схема функционального зонирования территории боров зеленой зоны города Воронежа на ландшафтно-экологической основе с учетом применения установленных норм рекреационного использования
Практическая значимость. Применение полученных результатов функционального зонирования и нормативов рекреационных нагрузок в условиях комплексного антропогенного воздействия будет способствовать обеспечению актуализированной новым лесным законодательством эколо-гичности рекреационной деятельности, связанной с увеличением числа рекреационных хозяйств, объектов, а также повышению качества социальных функций сосновых лесов зелёной зоны. Они позволяют повысить эффективность и достоверность результатов проектирования, экологических экспертиз проектов, текущего контроля за использованием рекреационных лесов.
Внедрение результатов исследований в лесоустроительное и градостроительное проектирование будет способствовать сохранению устойчивости насаждений и повышению качества выполняемых ими социальных и экологических функций, то есть создает предпосылки регулирования рекреационного использования боров зеленой зоны города Воронежа на экоси-стемных принципах.
Предлагаемый алгоритм эквивалентной оценки антропогенного воздействия на состояние насаждений может распространяться на любые его виды, а оценочные нормативы рекреационных нагрузок при этом являются базовыми для унификации определения степени такого влияния. Следовательно, он может служить методической основой для комплексного экологического мониторинга лесных НТК рекреационного функционального назначения.
Достоверность результатов исследования обеспечивается достаточным количеством наблюдений, а так же статистической обработкой полученных материалов с соблюдением необходимой точности исследований.
Личный вклад автора. Все этапы выполнения диссертационной работы - постановка цели и задач исследований, составление методики и программы работ, сбор материалов, проведение экспериментов, обработка результатов и формулировка выводов выполнены автором.
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на межвузовских и международных научных конференциях, а также на ежегодных конференциях молодых ученых ВГЛТА в период с 2001 по 2005 год. Полученные методики и нормативы предоставлены специалистам ФГУП «Воронежлеспроект» и применяются ими при проектировании организации использования участков лесного фонда, переданных в аренду для культурно-оздоровительных, туристических и спортивных целей.
Публикации. По результатам диссертации опубликовано 8 работ, в том числе -1 в реферируемом издании.
Положения, выносимые на защиту.
Новый норматив оценки состояния сосновых насаждений, произрастающих в условиях техногенного загрязнения воздуха, в виде расширенной шкалы техногенной трансформации сосняков.
Алгоритм количественной эквивалентной оценки комплексного (рекреация и техногенное загрязнение атмосферы) антропогенного воздействия на состояние сосновых насаждений зеленой зоны города Воронежа.
Нормативы рекреационной нагрузки для сосняков зеленой зоны города Воронежа, произрастающих в условиях техногенного загрязнения атмосферы.
Схема функционального ландшафтно-рекреационного зонирования при-родно-территориальных комплексов сосновых насаждений зеленой зоны города Воронежа с учетом наличия дополнительного к рекреации техногенного загрязнения атмосферы.
Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, семи глав основного текста и выводов. Общий объём работы составляет 173 страницы с 22 таблицами и 17 рисунками. Список использованной литературы включает 128 наименование, в том числе 5- на иностранном языке.
Экологические требования к освоению лесов
"Концепция перехода Российской Федерации к устойчивому развитию" (1996) устанавливает, что, наряду с экономическими и социальными показателями устойчивого развития, в качестве основных параметров необходимо использовать такие экологические критерии, как характеристика состояния окружающей среды, а именно: качество воздуха и воды, состояние лесов, биоразнообразие организмов и так далее. Ущерб природной среде должен быть на таком низком уровне, какой только возможен с учетом новейших научных разработок и технологий.
Вышеназванная концепция нашла отражение в законах, регламентирующих деятельность лесохозяйственной отрасли. "Лесной кодекс Российской Федерации" (2006) требует сохранения средообразующих, водоохранных, защитных, санитарно-гигиенических, оздоровительных и иных полезных функции леса в интересах обеспечения права каждого на благоприятную окружающую среду, а также использования лесов способами, не наносящими вреда окружающей среде и здоровью человека.
Таким образом, вопросы экологизации природопользования напрямую затрагивают необходимый элемент лесоуправления - лесоустройство, которое на проектном этапе должно обеспечить реализацию новой политики за счёт внедрения передовых идей, новых принципов освоения лесов.
Одной из важнейших задач лесоустройства должно стать определение границ устойчивости лесных экосистем, то есть их экологической емкости. Нормативной базы для решения этой проблемы пока недостаточно. Необходима разработка нормативов и методик, дающих возможность на научной основе определить, и обосновать тот оптимальный объём пользования любым видом лесных ресурсов или их совокупностью, который, с одной стороны, не выходил бы за границы устойчивости экосистемы, а с другой, - давал бы максимальный экономический эффект, что является одним из главных требований к освоению лесов в условиях рыночной экономики.
Экосистемный подход к этим вопросам даёт возможность соблюдения изложенных выше требований. В основу лесоустроительного проектирования и ведения лесного хозяйства должны быть заложены принципы экосистемного пользования, обеспечивающие уравновешивание возможностей леса с запросами потребителей и прогнозными расчетами будущих возможных его состояний при сохранении биологического разнообразия в природе региона (Тепляков, 1994; Сериков, 1999). То есть размеры использования лесов и воздействия на лесные экосистемы не должны выходить за границы экологической устойчивости лесных экосистем и вызывать деградацию последних, утрату или снижение их полезных, главным образом защитных и регулирующих функций.
Место такого типа использования лесов находится между многоцелевым, когда из леса берется всё, что можно и природоохранным, когда пользование как таковое прекращается и экосистемы остаются в своём естественном состоянии без вмешательства человека. Задача лесоустройства при этом - обеспечить всестороннюю оценку природно-территориалъных комплексов: ландшафтную, лесоводственно-экологическую, фаунисти-ческую, рекреационную с учётом их социально-экономической значимости (Сериков, 1999). Для этого необходимо создание банка экологических данных, а также системы моделей взаимодействия различных природных компонентов и машинной экспертной системы, связывающей природу и общество, то есть пирамиды управления.
Для обеспечения органов лесоуправления необходимыми материалами при переходе на экосистемные принципы освоения лесов предлагается выделить соответствующее научное направление - экологическую таксацию, которую можно было бы определить как науку об оценке в количественных и качественных показателях всех совместно функционирующих на какой-либо территории организмов и среды их обитания, а также имеющихся биотических ресурсов в их функционально-структурной связи, формах и возможных путях их изъятия без подрыва ресурсного потенциала экосистем (Бугаев, 2000).
Для ее осуществления необходима разработка критериев и методов количественной и качественной оценки всех компонентов и функций экосистем; построение математических моделей функционирования биогеоценозов; учет всех видов ресурсов; промышленная таксация лесов и количественная оценка влияния на экосистемы антропогенных факторов. Что касается последнего требования, то возможно установление в количественных величинах, в первую очередь, экологической рекреационной емкости (Бугаев, 1997).
Грамотное лесоуправление невозможно без оценки ресурсного потенциала лесных насаждений. Причем эти ресурсы содержит не только извлекаемая из леса продукция, но и результаты экологических функций, выполняемых лесными экосистемами.
Для комплексной оценки экологической эффективности чистого или смешанного насаждения определенного возраста, произрастающего в определенных условиях, предлагается перейти на относительные величины (Куце-валов, 2000). Экологическая роль леса может определяться в зависимости от присвоенного данной экосистеме коэффициента экологической эффективности (К). Индексы при коэффициенте К (Кб, Кб) указывают на число учитываемых экологических показателей (выделение кислорода и фитонцидов, пылепоглощение, снижение шума и др.).
Зеленая зона города Воронежа и ее границы
Число ясных дней в году - 132. Годовая суммарная солнечная радиация составляет 90,3 ккал/см2, а радиационный баланс - 37,2 ккал/см2.
Весенний период характеризуется резким подъемом температуры. Дата схода снежного покрова колеблется в пределах 23.03 - 04.04. Переход среднесуточной температуры весной через 0С - 25 марта по 5 апреля в среднем 30 марта (38), через +10 с 25 апреля по 4 мая. Последние заморозки наблюдаются обычно в конце апреля, но возможны и в конце мая. Начало рекреационного сезона определяется переходом среднесуточной температуры через +5: это отмечается 15-20 апреля.
Осенью переход среднесуточной температуры через +10С в меньшую сторону наблюдается в середине сентября - начале октября, через 0С - 1-Ю ноября, а через +5С - 15-20 октября. Промежуток времени со среднесуточной температурой воздуха более +5С составляет вегетационный сезон, а кроме того и рекреационный сезон. В данном районе он составляет 183-185 дней.
Первые осенние заморозки обычно наблюдаются в конце сентября - начале октября. Продолжительность безморозного периода - 158 дней.
Устойчивый снежный покров образуется в первой половине декабря, в наиболее раннем варианте - в конце октября, в позднем - в начале января. Мозг розная погода зимой часто сменяется оттепелями, что вызывает уплотнение снега или даже его таяние.
Толщина снежного покрова составляет около 20 см, с возможными колебаниями в отдельные годы от 0 до 30-40 см. Количество дней со снежным покровом 110-130. Глубина промерзания почвы колеблется в пределах 20-60 см, редко 89 см. Преобладают ветры юго-восточного направления 5-6 м/с.
Кроме всего выше сказанного необходимо отметить особенности микроклимата на разных участках местности зеленой зоны г.Воронежа. В зависимости от рельефа, экспозиции склонов, почвенно-грунтовых условий, характера растительного покрова в отдельных местах климатические условия будут несколько отличаться от общих. В долинах днем могут наблюдаться более высокие, а ночью более низкие температуры, чем на возвышенностях. Заморозки в долинах бывают более частыми и интенсивными. Ночью в пониженных местах часто образуются роса, иней, туман. На южных склонах, получающих наибольшее количество тепла, наблюдается повышенная температура и пониженная влажность почвы.
Под пологом леса так же создается особый микроклимат, отличающийся от климата поля. Причем влияние леса сказывает и на микроклимате прилегающих к нему территорий. Леса, занимающие островное положение, понижают температуру воздуха. Таким образом, в районе Усманского бора температура несколько ниже, а кол-во выпадающих осадков больше на 12% и превышает 550 мм, когда на остальной территории оно находится в пределах 500-550 мм/год.
Особые микроклиматические условия создаются так же и в поймах рек, особенно крупных, например в районе Дона. Здесь наблюдается пониженная температура и повышенная влажность воздуха, что делает микроклиматические условия поймы сходными с более северными районами, поэтому в поймах рек обитают часто растения, характерные для более северных регионов. Кроме того, на климатические особенности долины Дона определенное влияние оказывают географические условия. Бе положение на стыке восточной окраины Среднерусской возвышенности и Окско-Донской равнины, находящемся в зоне так называемого фенового эффекта (дождевой тени), а так же пониженное положение в рельефе, вызывает более слабое увлажнение, чем на смежных водоразделах. В долине Дона, особенно вблизи ее правого коренного склона, являющегося восточным подветренным склоном Среднерусской возвышенности, осадков выпадает на 23% меньше, по сравнению с их максимальным количеством на возвышенности. (Климатические ресурсы центрально-черноземных, Брянской и Орловской областей, 1978).
В городе так же создаются иные микроклиматические условия, чем в поле. Средняя температура в городе выше, а относительная влажность ниже на 1-3%. Осадков в Воронеже вьшадает больше в среднем на 97 мм/год. Число дней с осадками за год больше в городе, чем в его окрестностях на 14 дней, а заморозки в городе наблюдаются реже.
С учетом всего выше сказанного можно сказать, что в целом климатические условия вполне благоприятны для произрастания растительности, что подтверждается наличием высокобонитетных насаждений сосны, дуба и других пород.
Из отрицательных климатических факторов следует отметить:
- поздние весенние и ранние осенние заморозки, повреждающие всходы и неодревесневевшие побеги;
- суховеи и низкий процент влажности воздуха в период наибольшей вегетации растений;
- зимние оттепели, вызывающие гололед, уплотнение снега и, как следствие, обламывание веток, и вершин, искривление стволов, ухудшение дыхания растений.
Функции лесных насаждений
Лес издавна является неотъемлемой составной частью жизни человеческого общества. В основном он был источником строительной древесины и дров, в результате чего облесенные площади значительно сократились. В настоящее время, в условиях антропогенного воздействия на окружающую среду, приводящего в большинстве случаев к нарушению экологического равновесия, защитные, санитарно-гигиенические и средообразующие функции леса, особенно в малолесных районах, выходят на первый план и становятся приоритетными.
Средообразующая роль леса в жизни человека и всего живого на планете выступает одним из определяющих факторов. Она, проявляясь в формировании климата, водного баланса, почвообразования, круговорота веществ в биосфере, создает в целом благоприятные комфортные условия для жизни и деятельности населения.
Насаждения зеленых зон городов, как защитные леса, должны в первую очередь, наряду с рекреационными функциями, обеспечивать защитные экологические функции, создавая необходимые условия для укрепления здоровья человека.
Леса зеленых зон выполняют санитарно-гигиенические функции, нормализуют газовый режим, улучшают химический состав атмосферы, снижая концентрацию углекислоты в воздухе и обогащая его кислородом. При средних условиях роста 1 га лесных экосистем ассимилирует за сутки около 300 кг С02, при этом отфильтровывая через листья (хвою) более 500 тыс. мЗ атмосферного воздуха (Тарасенко, 1991). Количественно кислородопроизводительная способность в зависимости от породного состава характеризуется следующими показателями: сосновые - от 4 до 11 т/га в год, еловые - от 5 до 13, дубовые - от 6 до 14 т/га в год. В атмосферном воздухе безлесных участков содержание С02 достигает 0,42 мг/мЗ, а в воздухе лесных насаждений его только 0,17-0,04 мг/мЗ, то есть в 2-Ю раз меньше (Белов, 1983).
Способность леса усваивать углекислоты зависит также и от возраста насаждений. Гектар 20-летнего сосняка поглощает 9 тонн углекислого газа в год, а 60-летнего - 13 тонн (Хайретдинов, 2002). В старшем возрасте поглотительная способность снижается. Самыми производительными в данном отношении являются средневозрастные леса.
Пылеосаждающая способность лесных насаждений количественно оценивается в 20-70 т/га в год пыли, в том числе с преобладанием в составе ели - 30 т/га в год, сосны - 37, дуба - 54 т/га в год (Временные нормативы..., 1984).
Наряду с углекислотой зеленые насаждения поглощают из воздуха и загрязняющие вещества, отфильтровывая и очищая тем самым воздушный бассейн. Газопоглотительная способность лесных экосистем количественно составляет до 10 т/га в год техногенных атмосферных загрязнителей, в том числе только серы - 1,2-1,5 т/га за вегетационный период (Тарасенко, 1991). Вблизи автомагистралей при удалении от них на 8,16 и 32 м концентрация металлов в верхнем горизонте почвы под травяным покровом составляет соответственно: кадмия - 0,93; 0,73 и 0,50 мг/кг почвы; никеля - 5,0; 3,8 и 2,8; свинца - 68,2; 47,5 и 26,3 мг/кг почвы (Бочкарева, 1988).
Газопоглотительная способность леса зависит от степени соответствия реальной лесистости конкретного региона его оптимальной лесистости и проявляется в зависимости от территориального размещения лесных насаждений, породного состава, продуктивности и состояния лесов. Отмечена довольно тесная связь между лесистостью и среднегодовой концентрацией SO2 в воздухе (Таран, 1977). При лесистости региона в 5; 10; 15; 25; 35; 45; 55; 65 % концентрация сернистого ангидрида в среднем за год составляла соответственно: 1,105 мг/м3; 0,367; 0,195; 0,085; 0,050; 0,038; 0,028; 0,018 мг/м3. В соответствии с ПДК-С SO2, установленной в 0,05 мг/м3, оптимальной можно считать лесистость в 35 %. Но защитные функции лесных насаждений этим не ограничиваются. Очень многогранна санитарно-гигиеническая роль леса. Составной ее частью является ионизация и снижение коэффициента униполярности атмосферного воздуха. Степень ионизации кислорода воздуха определяется количеством отрицательно заряженных легких ионов в 1 см3 воздуха. Их наличие - один из важнейших показателей чистоты воздуха.
В воздухе лесных массивов, как и в горном воздухе, количество легких отрицательных ионов достигает 2000-3000 шт. на 1 см3, что в 2-4 раза выше, чем в воздухе безлесных участков (800-1000 шт./см ), и в 5-10 раз выше, чем на тер-ритории промышленных районов (200-250 шт./см). В закрытых многолюдных помещениях их количество незначительно - 25-100 шт./см . Предельно допустимая минимальная степень ионизации кислорода воздуха для человека составляет 25-50 ионов на см3 воздуха (Белов, 1983).
Оздоровительно-озонирующая роль леса проявляется, наряду с повышением степени ионизации, в значительном снижении коэффициента униполярности воздуха, который определяется отношением тяжелых ионов с положительным зарядом к легким отрицательным. В природных условиях этот коэффициент колеблется в пределах 1,1-1,2. Чем выше степень ионизации воздуха и меньше коэффициент униполярности, тем воздух более чистый и благоприятный для здоровья человека. Коэффициент униполярности воздуха в насаждениях с преобладанием сосны составляет 0,9-1,0, лиственных пород - 1,0-1,6, а на безлесных участках -1,6-4,0.
Похожие диссертации на Оптимизация рекреационного использования боров зеленой зоны г. Воронежа
