Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. История создания защитных лесных насаждений вдоль железных дорог 7
1.1. Экологические проблемы железнодорожного транспорта 7-33
1.2. История создания защитных лесных насаждений, в том числе на объектах железнодорожного транспорта 33-49
Глава 2. Физико-географическая характеристика исследуемого объекта 50
2.1. Геолого-геоморфологические и гидрологические условия 51-57
2.2. Климатические условия 57-60
2.3. Характеристика почвенного покрова 60-62
2.4. Характеристика растительного покрова 62-65
Глава 3. Программа и методика исследований защитных лесных насаждений вдоль железных дорог 66
3.1. Методика системных исследований защитных лесных насаждений 66-85
3.2. Методика картографирования с использованием космофотоинформации 85-92
Глава 4. Современное состояние защитных лесных насаждений вдоль железнодорожных пространств (на примере Волгоградской дистанции Приволжской железной дороги) 93
4.1. Компьютерное картографирование состояния защитных лесных насаждений вдоль Приволжской железной дороги 93-100
4.2. Оценка сохранности и жизнеспособности защитных лесных насаждений вдоль Приволжской железной дороги 100-104
Глава 5. Экологическая оценка воздействия железнодорожного транспорта на прилегающие урболандшафты 105
5.1. Экологическая оценка загрязнения почв прижелезнодорожных пространств тяжелыми металлами 105-118
5.2. Экологическая оценка шумового воздействия объектов железнодорожного транспорта 118-125
5.3. Экономический эффект от функционирования защитных лесных насаждений вдоль Приволжской железной дороги 126-128
Выводы 129-130
Предложения производству 131
Список использованной литературы 132-147
Приложения 148
- История создания защитных лесных насаждений, в том числе на объектах железнодорожного транспорта
- Методика системных исследований защитных лесных насаждений
- Компьютерное картографирование состояния защитных лесных насаждений вдоль Приволжской железной дороги
- Экологическая оценка шумового воздействия объектов железнодорожного транспорта
Введение к работе
Актуальность исследований. Защитные лесные насаждения (ЗЛН) вдоль железнодорожных путей, создаваемые для защиты дороги от снежных заносов, продуктов ветровой эрозии и других процессов являются неотъемлемой частью транспортного комплекса. Кроме того, насаждения выполняют важную экологическую роль по охране окружающей среды от загрязнения различными веществами, вносимыми объектами железнодорожного транспорта - тепловозами, железнодорожными вагонами, перевозимыми ими грузами, являясь действенным средством регулирования распределения и перераспределения загрязняющих веществ в пространстве.
По масштабам воздействия на прилегающие к железной дороге территории особое место занимают загрязнения почвенного покрова тяжелыми металлами, различными поллютантами, и шум. производимый от передвижных объектов железнодорожного транспорта.
Таким образом, изучение состояния защитных лесных насаждений, их эффективности, является непременным условием для разработки мероприятий по поддержанию и повышению действенности их функций.
Исследования проводились с использованием компьютерного картографирования на основе современной космической фотоинформации. Применяемые подходы являются уже научно-доказанными и самыми востребованными при исследованиях техногенного воздействия на прилегающие территории со стороны транспортных потоков.
Объектом проводимых исследований являлась антропогенно-
Т-ГЧі-І ItomAM» (МПЛТІОТТТТ "1«Т TaMtMITrtl^Tjn ПТІТЛЛПІІІЛЛПП tp D /ч r» о/чтп плігліш *гшптгґ»т« "\ ттл.
л jjwii vujv»L/ іїіііL/vsuuii її on ituuu іирнл, иши^лш,алол rv xjxjjh ui po^vixwivi V іши^иоиД^І"
венному участку Приволжской железной дороге. Данный участок имеет самую большую протяженность на всей железной дороге (355 км), а в пределах г. Волгограда его протяженность составляет около 35 км, что позволило учесть все негативные последствия воздействия со стороны объектов железнодорожного транспорта
Предмет исследования - современное состояние насаждений и их функции в ограничении негативного влияния железнодорожного транспорта на прилегающие территории.
Целью данной работы являлось изучение состояния защитных насаждений, выявление их роли в снижении техногенного воздействия с использованием полевых1 исследований, камеральных, аналитических методов, картографических и дистанционных методов, а также полустационарных исследований на ключевых участках.
Для достижения поставленной цели решены следующие задачи: 1. Анализ экологических проблем, связанных с воздействием объектов железнодорожного транспорта на прилегающие урболандшафты, а также анализ теоретико-методологических и исторических особенностей создания ЗЛН, в том числе и на объектах железнодорожного транспорта.
Оценка современного состояния ЗЛН в условиях урболандшафта с помощью космической фотоинформации и наземных исследований.
Исследование экологической роли ЗЛН вдоль железных дорог на основе натурных наблюдений и камеральных исследований по оценке шумового воздействия и загрязнения почвенного покрова тяжелыми металлами.
Определение экономического эффекта от функционирования ЗЛН вдоль железных дорог при выполнении ими средозащитной роли.
Научная новизна результатов исследования. Впервые была предложена трехэтапная методика оценки сохранности ЗЛН с учетом особенностей воздействия железнодорожного транспорта. Доказана экологическая эффективность ЗЛН вдоль железных дорог в отношении ограничения шумового загрязнения и загрязнения тяжелыми металлами. Составлены картосхемы, учитывающие распределение общего шумового воздействия в соответствии с категорией насаждения и территории, на которой оно расположено.
Впервые был исследован сам участок (Волгоградский производственный участок Приволжской железной дороги) и оценено современное состояние ЗЛН с использованием методов дистанционной оценки и полевых исследований. Определена эффективность функционирования насаждений в сравнении с открытым пространством.
Основным используемым материалом для проведения исследований являлись результаты натурных наблюдений, полевое и камеральное эталонирование космоснимков, находящихся в свободном доступе в электронном ресурсе
ywuvih . H.VVJJ./ I VI vv vv „t^4iVJi.viliauo.lAJi.LLJ.
На защиту выносятся следующие положения:
защитные лесные насаждения вдоль железных дорог снижают негативное техногенное воздействие на окружающую среду, являясь при этом экологически и экономически эффективным средством;
данные оценки современного состояния защитных лесных насаждений вдоль Приволжской железной дороги Волгоградского производственного участка, полученные на основе дешифрирования космоснимков позволяют экстраполировать эти данные на территорию всей Волгоградской дистанции ЗЛН Приволжской железной дороги;
представленные параметры экологических функций ограничения шумового воздействия, загрязнения почвенного покрова тяжелыми металлами и снежного покрова различными поллютантами на прижелезнодорожных пространствах позволяют оценить защитную роль,ЗЛН.
Практическая значимость работы. Разработанная технология на основе дешифрирования космофотоинформации оценки современного состояния защитных насаждений может быть использована при обновлении таксационных карточек учета насаждений Волгоградского производственного участка Приволжской железной дороги, а также для разработки рекомендаций лесомелиоративных мероприятий.
Достоверность полученных результатов исследований подтверждается экспедиционными и лабораторными исследованиями, выполненные на 0,95 уровне значимости.
Личный вклад соискателя. Автором осуществлены получение, обработка и анализ экспериментального материала, обобщение данных литературных источников, получены основные научные результаты, сформулированы выводы и предложения производству. Для визуализации полученных результатов автором были составлены картосхемы ключевых участков зависимости общего уровня шума от расстояния на направлениях: «им. М. Горького - Канальная» и «Горная поляна - Обувная фабрика» (М: 10000).
Апробация работы. Основные положения работы докладывались и обсуждались на региональных, всероссийских и международных конференциях: в Волгоградском государственном университете (2004, 2005, 2006, 2007, 2008 гг.), Волгоградском педагогическом университете (2005 г.), в Краеведческих чтениях Волгоградской области (2005, 2006 гг.), Волгоградской сельскохозяйственной академии (2006,2008 гг.).
Публикации. Основное содержание и результаты исследований отражены в 17 печатных работах, из которых 2,58 п.л. - авторские, в том числе 2 из них - в изданиях, рецензируемых ВАК, общим объемом 0,16 п.л.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа изложена на 216 страницах, в том числе основного текста 131 страница. Состоит из введения, 5 глав, выводов, предложений производству, библиографический список состоит из І 68 наименований, в том числе 6 иностранных. Работа включает 7 рясунков, 22 таблицы, 1 космоснимок, 2 картосхемы и 60 приложений.
История создания защитных лесных насаждений, в том числе на объектах железнодорожного транспорта
Зарождение научного познания о лесе в России относят ко второй половине XVIII века в связи с успехами естественных наук, особенно географии и накоплением производственного опыта. Оно связанно с именами современников и сподвижников Петра Великого - М. В. Ломоносова, А. Т. Болотова, Ф. Г. Фо-келя, С. П. Крашенинникова, А. А. Нартова, В. Н. Татищева, П. И. Рычкова.
Период становления отечественного лесоустройства самым тесным образом связан с трудами А. Р. Варгаса-де-Бедемара, опубликовавшего в 1850 году «Исследование запаса и прироста лесонасаждений в Санкт-Петербургской губернии произведённое с 1843 по 1848 год». Опытные таблицы роста и прироста насаждений, представленные в этой работе, составили основу последующих таблиц и справочников по таксации леса.
Обобщив труды предшественников, А. Ф. Рудзкий усилил роль лесоустройства в системе управления лесами, разделив задачи лесной таксации и лесоустройства, введя в обучение специалистов лесного хозяйства курсы охотоведения, лесоинженерного дела, и поставив проблему создания лесной типологии. А. Ф. Рудзкий отметил вспомогательное, прикладное значение математических приёмов в таксации и устройстве лесов, усилив экосистемный и рыночный подход к устройству лесов.
Наиболее существенное развитие накопленной суммы знаний о лесах России в конце XIX века дал М. К. Турский. По мнению М. Е. Ткаченко, учебник М. К. Турского «Лесоводство», изданный в 1892 году, был в своё время энцик 34 лопедией по лесному хозяйству, переизданный в последний раз в 1929 году. Работы М. К. Турского, дополненные трудами В. Т. Сабичевского, обосновали значение подсочки хвойных как одного из главных источников лесного дохода по ряду регионов России. Работы В. Т. Сабичевского лежат также в основании развития опытнического дела в лесном хозяйстве России.
В работах Д. М. Кравчинского последовательно проводилась мысль о взаимосвязи научного подхода к управлению лесами и хозяйственной выгоды от лесоэксплуатации. Существенен вклад Д. М. Кравчинского в развитие лесной типологии, поскольку он одним из первых поставил вопрос о лесохозяйст-венном значении выделения типов насаждений. На протяжении 35 лет Д. М. Кравчинский был связан с Лисинским лесничеством.
С именами В. Е. Граффа, Н. С. Нестерова, А. П. Тольского, В. Д. Агиевско-го, А. П. Молчанова, Г. В. Высоцкого связанно создание степного и полезащитного лесоразведения в России, скрупулезные по точности описания конкретных экосистем и водосборов Европейской части России, капитальные лесогидроло-гические и лесоклиматические исследования, изучение взаимосвязи развития крон, корневых систем и водного баланса насаждений, развитие опытнического дела. Фактически, благодаря трудам Г. В. Высоцкого создано новое направление лесного хозяйства — степное лесоводство и получила распространение его теория гидроклиматической роли лесов.
В России зародилось учение о типах леса. В его развитии ещё в прошлом веке не малую роль наряду с Г. Ф. Морозовым и другими видными деятелями русского лесного хозяйства, сыграли и лесоводы севера - И. И. Гуторович и П. П. Серебреников. Е. В. Алексеев, сочетая опыт работы лесоустроителя и лесничего, оказал существенное влияние на развитие отечественной школы лесной типологии, начав с фундаментальной работы по изучению взаимосвязи типов и бонитетов насаждений. Идеи Е. В. Алексеева, изложенные в работе «Об основных понятиях лесоводственной типологии», получили развитие в ра 35 ботах В. Н. Сукачёва и естественным образом вошли в систему знаний о типов лесов в России, созданную трудами многих лесоводов, среди которых непременно надо отметить работы разных лет П. С. Погребняка, Б. В. Гроздова, Д. В. Воробьёва и И. С. Мелехова.
М. Е. Ткаченко был проводником идей русского лесоводства дореволюционного периода. Его фундаментальный труд «Общее лесоводство», изданный первый раз в 1939 году, стал естественным развитием классического русского лесоводства.
Потребность синтеза накопленных знаний о росте и развитии лесных деревьев, о взаимовлиянии леса, почв, влаги на рост и на продуктивность древо-стоев, была реализована в фундаментальных работах Г. Ф. Морозова, объединенных в последствии общим названием «Учение о лесе». Его труды тесно связаны с деятельностью А. Ф. Рудзкова, включившего в редактируемую им «Полную энциклопедию русского сельского хозяйства и соприкасающихся с ним наук» многие составные части «Учения о лесе». Ряд разделов лесоводственной науки разработан целиком русскими учёными или при их участии, например, учение о смене пород.
Труды Г. Ф. Морозова завершили аналитический период русской школы лесоводства и лесоустройства, начатый работами Ф. К. Арнольда, написавшего совместно с В. А. Тихоновым, при частном участии Н. А. Филипова, Л. И. Яш-нова и Н. С. Нестерова, трёхтомный труд «Русский лес». Общеизвестно, что благодаря Г. Ф. Морозову принцип научности изучения лесов развился из понимания единства взаимозависимости леса - почвы - влаги - атмосферы - животного мира («лесная экосистема»). Многочисленные работы российских лесоводов посвящены проблеме рубок и возобновления леса, прежде всего, главнейших пород, распространённых на территории нашей страны - сосны, ели и дуба. Лесоводы России внесли огромный вклад в отечественную и мировую науку своим изучением природы девственных лесов, роли лесов в изменении гидроклиматических и почвенных условий, разработкой оригинальных методов выращивания, воспитания и охраны лесов.
Значительный вклад в лесоводческую науку внёс современник Г. Ф. Морозова - Н. С. Нестеров (1860-1926 гг.), продолживший опыты М. К. Турского и уделявший значительное внимание изучению вопросов лесной гидрологии, а так же интродукции и акклиматизации древесных пород. Хорошим знатоком дубовых лесов и хозяйства в них был первый профессор частного лесоводства в Лесном институте А. Н. Соболев, способствовавший вместе с А. П. Молчановым, Г. А. Корнаковским, В. Д. Огиевским разработке вопросов биологии и возобновления дубовых лесов России.
В. Д. Огиевский - один из пионеров лесного опытного дела в России, возглавивший в 1909 году первую в стране контрольную лесную семенную станцию, созданную в Петербурге. Его работы оказали значительное влияние на развитие лесокультурного дела в нашей стране. В разработке вопросов лесных культур одно из видных мест занимал Н. П. Кобранов (1883-1942 гг.) - один из пионеров отечественной селекции лесных древесных пород.
Ценные научные достижения в области семенного и вегетативного возобновления получены А. Л. Новиковым, Ф. Н. Харитоновичем и О. Г. Каппером. Большой интерес представляют работы А. С. Яблокова по изучению формового разнообразия ряда древесных пород, особенно быстрорастущей формы осины в Костромской области и гибридизации тополей. Обширные экспериментальные и теоретические работы по рубкам ухода проводились В. П. Тимофеевым, Г. Р. Эйтингеном, А. Б. Жуковым, Н. П. Георгиевским и др. Целую эпоху по своей длительности составили исследования А. В. Побединского по рубкам главного пользования и ведению лесного хозяйства.
Большой вклад в развитие лесной науки внесли создатели русской школы лесной энтомологии, в первую очередь пионеры лесозащиты, Н. А. Холодков-ский, И. Я. Шеверев, М. Н. Римский-Корсаков, А. В. Яцентковский, 3. С. Голо 37 вянко, П. А. Положенцев, П. Н. Тальман, Н. Н. Плавильщиков, А. И. Воронцов и многие другие, а так же создатели русской школы лесной фитопатологии — А. А. Ячевский и С. И. Ванин, и продолжателей их дела — И. Г. Бейлин, П. Г. Трошанин и другие. Создание первых систем противопожарных мероприятий в лесу и их экспериментальное изучение связано с именами П. П. Серебренникова, В. В. Матренинского, В. Г. Нестерова, Н. П. Курбатского, И. С. Мелихова.
Пионером лесоэкономических исследований и образования в стране стал Заслуженный деятель науки, профессор М. М. Орлов (1867-1932 гг.). Его продолжателем был профессор В. Д. Переход. Они вместе создали учение о лесном хозяйстве, как теоретической основы лесной экономики. В советское время исследования в области лесной экономики продолжали профессора Т. В. Васильев, В. И. Воронин, Т. С. Лобовиков. Работы многих русских учёных сыграли большую роль в развитии не только лесной науки, но и фундаментальных исследований в области ботаники, почвоведения, зоологии, метеорологии и др., а многие отечественные представители этих наук — Д. И. Менделеев, В. В. Докучаев, К. А. Тимирязев, Ф. П. Кеппен, И. Н. Горожанкин, В. Н. Любименко, В. Н. Бородин, Л. А. Иванов, Г. И. Танфильев и многие другие - не мало способствовали научному прогрессу лесоводства в стране.
Уже в XX веке в России успешно развивались работы по изучению хода роста и прироста насаждений, а так же совершенствовались методические вопросы лесной таксации и лесоустройства. Результативная часть работ основоположников отечественного лесоустройства и таксации леса была фактически увековечена в «Справочнике таксатора» и успешно продолжена трудами Н. А. Анучена, П. В. Воропанова, В. В. Загреева, А. В. Вагина, Н. Н. Полякова, Е. С. Мурахтанова, Ф. В. Кишенкова [24; 77].
Методика системных исследований защитных лесных насаждений
Исследования, проводимые на Волгоградском производственном участке, предполагали анализ современного состояния защитных лесных насаждений на Приволжской железной дороге с выявлением их роли в снижении техногенного воздействия со стороны объектов железнодорожного транспорта. Этот анализ проведен с использованием статистических данных, картографического материала, использованием аэрокосмических снимков и выездных полевых исследований, который позволит определить экономико-географические особенности железнодорожного транспорта с учетом региональной специфики.
Загрязнение почвенного покрова тяжелыми металлами. В современных условиях проблема загрязнения почв тяжелыми металлами становится все более актуальной. Это обусловлено, прежде всего, большей экологической опасностью этого загрязнения почв по сравнению со всеми другими видами разрушения и деградации почв.
Сам термин «тяжелые металлы» появился еще в конце 1960-х годов, который сразу же приобрел негативное звучание [46]. Обычно к тяжелым металлам относят группу химических элементов, имеющих плотность более 5 г/см3. Это определение дано согласно технической литературе, где металлы классифицируются на легкие и тяжелые. Для биологической классификации правильнее руководствоваться не плотностью, а атомной массой, то есть относить к тяжелым металлам все металлы с относительной атомной массой более 80 а.е.м. [4].
В соответствии с ГОСТом токсические химические элементы разделены по классам гигиенической опасности. В основу отечественной классификации загрязняющих веществ, кроме показателей токсичности (они рассчитывались по летальной дозе вещества для организмов), положены также показатели устойчивости химических веществ в почве, растениях, воде. По Н. Г. Зырину (1985) и Ю. В. Алексееву (1987), по отношению к почвам выделяют [4; 60]:
1 класс: мышьяк (As), бериллий (Be), ртуть (Hg), селен (Se), кадмий (Cd), свинец (РЬ), цинк (Zn), фтор (F);
2 класс: хром (Сг), кобальт (Со), бор (В), молибден (Мо), никель (Ni), медь (Си), сурьма (Sb);
3 класс: барий (Ва), ванадий (V), вольфрам (W), марганец (Мп), стронций (Sr).
Однако последствия загрязнения почв тяжелыми металлами трудно устранимы, а мероприятия по их ликвидации в настоящее время очень дороги.
Поступление вредных веществ на единицу поверхности земли и концентрация промышленных выбросов в воздухе зависит не только от их количества, но и от высоты источника выбросов. Чем на большей высоте от поверхности производится выброс, тем меньшее количество вредных веществ поступает на единицу поверхности. Считается, что зона максимального загрязнения находится в пределах расстояния, равного 10-40-кратной высоте трубы при высоком и горячем выбросе, и 5-20-кратной высоте трубы при низких промышленных выбросах. На рассеивание промышленных выбросов сильное влияние оказывают также метеорологические, топографические и геохимические факторы [18].
При этом характер распределения продуктов техногенеза на поверхность почвы зависит от специфических особенностей источников загрязнения. Одним из наиболее существенных источников поступления тяжелых металлов в почвы и растения признан транспортно-дорожный комплекс, в том числе и объекты железнодорожного транспорта. Объекты железнодорожного транспорта являются источником пылевых частиц, сажи, отработавших газов, масел, тяжелых металлов и других веществ, многие из которых являются токсичными.
Установлено, что продолжительность пребывания загрязняющих веществ в почвах гораздо больше, чем в атмосфере и гидросфере, и поэтому загрязнение почв тяжелыми металлами практически необратимо. Накапливающиеся в почве металлы могут быть вынесены из нее при эрозии, дефляции, выщелачивании и усвоении биотой. Так, первый период полуудаления (т.е. сокращения начальной концентрации вдвое) тяжелых металлов сильно варьирует: для меди — от 310 до 1500 лет, для свинца - от 740 до 5900 лет, для цинка - от 70 до 510 лет, для кадмия - от 13 до 1100 лет [18; 46].
Тяжелые металлы антропогенного происхождения попадают в почву из воздуха в виде твердых или жидких осадков. Одним из способов снижения фи-токсичности тяжелых металлов в почве являются защитные лесные насаждения вдоль железных дорог. Лесные массивы с их развитой контактирующей поверхностью особенно интенсивно задерживают тяжелые металлы, при этом в первую очередь удерживают мелкие частицы, то есть выполняют почвозащитные функции. По данным В. М. Ивонина (1996 г.), придорожные лесные насаждения предупреждают активное загрязнение металлами верхних слоев почв приже-лезнодорожных пространств заполосных территорий. При этом происходит незначительное накопление цинка, железа и других металлов в слое почв 0-20 см предполосной территории. На лесополосной территории элементы утилизируются древесными растениями лесного насаждения, способствуя их росту и развитию. Максимальная же концентрация загрязнения верхних слоев почв наблюдается в непосредственной близости от железнодорожных путей. По мере удаления от источника воздействия, как правило, уровень загрязнения постепенно снижается.
Появление же повышенного радиоактивного фона может быть связано с перевозимыми грузами и с отложением зольных выбросов, содержащих радий, уран, торий и другие радионуклиды. Лесные насаждения вблизи железнодорожных магистралей могут накапливать радионуклиды, переносящиеся на пылинках, оседающих в кронах деревьев и накапливающихся в лесной подстилке и верхних слоях почвы при опаде. Однако радиоактивность почв не распространяется от железнодорожных путей далее придорожной лесной полосы.
Фитоксичность металлов и устойчивость к ним растений лесных насаждений зависит также от количества металла, находящегося в почвенном растворе. Устойчивость растений к одному металлу, как правило, не распространяется на другие.
Например, цинк обладает фитоксичностью, которая обнаруживается при существенном увеличении его содержания в почве. Медь, которая для растений является важным элементом, в высоких концентрациях может оказывать токсическое действие, которое вдвое выше, чем у цинка. Повреждения могут проявляться у растений на легких почвах в зависимости от рН. Симптомы избытка меди проявляются в виде хлороза и образования многочисленных окрашенных в коричневый цвет боковых корней. Признаки хлороза проявляются при содержании в почве 0,7-1,1 кг/га меди, экстрагируемой водой [4].
Фитоксичность марганца наблюдается только на сильно кислых почвах или почвах переизвесткованных, со щелочной реакцией.
Токсичность ртути зависит от вида ее химических соединений. Наиболее токсичными являются органоминеральные соединения ртути - метил, деметил и этилртуть
Наименьшую опасность для растений, по сравнению с другими элементами, представляет свинец. Это объясняется наличием хорошо действующей в растении системы инактивации элемента, проникающего в корневую систему. Ионы свинца, поступающие в почву, очень быстро теряют подвижность в результате химических реакций, сопровождающихся образованием труднорастворимых фосфатов, сульфатов, карбонатов, хроматов. Однако очень высокие концентрации свинца в почве могут существенно подавлять рост растений и вызывать хлороз, обусловленный поступлением железа.
Попавшие в почву тяжелые металлы начинают преобразовываться и одним из основных процессов, способствующих этому, служит закрепление гумусовым веществом. Закрепление гумусовым веществом осуществляется в результате образования тяжелыми металлами солей с органическими кислотами, адсорбции ионов на поверхности органических коллоидных систем или закомплексовывания их гумусовыми кислотами. Миграционная способность тяжелых металлов при этом сильно снижается [60].
Таким образом, этим обстоятельством объясняется повышенное содержание тяжелых металлов в верхнем, наиболее гумусированном слое почвы.
Накопление тяжелых металлов растениями лесных насаждений, произрастающими на загрязненных почвах вблизи транспортных магистралей, а именно железнодорожных, в значительной степени зависит от уровня загрязнения последних. Но сильная зависимость между этими явлениями обнаруживается далеко не всегда, так как поток тяжелых металлов из почвы в растения определяется не только валовым содержанием, но и концентрацией в почве их подвижных форм. Это связано с химическим составом техногенных выбросов, защитными способностями почвы [144].
Компьютерное картографирование состояния защитных лесных насаждений вдоль Приволжской железной дороги
При агролесомелиотивном картографировании применяются адаптированные пакеты различных прикладных программ. Наиболее доступными и удобными в применении являются программные комплексы ENVI, Surfer, Photoshop, и др.
В данном случае был использован программный комплекс Photoshop. Для изучения защитных насаждений вдоль Приволжской железной дороги г. Волгограда были взяты цветные цифровые космоснимки 2007 года (масштаб 1:4200) с Интернет-ресурса (сайт: http://www.googlemaps.com).
Одновременно осуществлялся сопряженный анализ картографической и космической информации.
Методы компьютерного картографирования помогли интегрировать данные о составляющих городской среды, полученные из различных фондовых источников, характеризующие самые разные аспекты ее функционирования, позволили оперировать множеством показателей, отражающих состояние городской среды [81; 82].
Наиболее информативными дешифровочными признаками в данном случае являлись форма и рисунок изображения защитных лесных насаждений. Линейная, сильно вытянутая форма лесных полос - наиболее важный дешифро-вочный признак, позволяющий безошибочно определять защитные насаждения на космоснимке [44]. Текстура изображения насаждения характеризуется ок 94 руглой формой крон деревьев, а структура обусловлена очень близким расположением элементов текстуры (крон деревьев) в рамках, ограниченных закрайками защитного насаждения. Эти признаки вместе (текстура и структура, а также прямоугольная форма) образуют неповторимый рисунок изображения защитного насаждения, по которому его безошибочно можно отличить от, например, лесных массивов естественного происхождения.
К тому же насаждения вдоль железных дорог приурочены строго к железнодорожному полотну, в отличие, например, от государственных лесных полос, которые на участке «им. М. Горького - Канальная» идут под углом к железной дороге, как бы пересекая её.
Теперь несколько слов о трудностях, возникающих при определении некоторых параметров защитных насаждений. Породный состав различается очень трудно и его определение достаточно достоверно только при большой опытности дешифровщика и наличии эталонных образцов на полосы различного породного состава, выполненных именно на цветных крупномасштабных космос-нимках, поэтому он уточняется непосредственно на местности. При определении рядности также могут возникнуть трудности, особенно в полосах плотной конструкции с хорошей сомкнутостью крон при сравнении с описанием таксо-нометрических карточек.
Определить высоту насаждения даже по крупномасштабному космосним-ку представляется затруднительным, если не невозможным, без наличия стереопары снимков на данный участок. При определении конструкции лесополосы трудности могут возникнуть при различении продуваемой и плотной конструкции, а также в случае полос небольшой ширины, которые в профиле могут иметь как плотную, так и ажурную конструкцию. В этом случае целесообразно использование других дешифровочных признаков, таких, например, как породный состав (если он известен) или же приуроченность к объектам защиты. Мы придерживаемся того мнения, что чем шире лесополоса, тем плотнее её конст 95 рукция. Если учесть, что полосы на железнодорожной ветке «М. Горького — Канальная» в среднем имеют ширину около 30-60 м, то изначально они создавались как насаждения с плотной конструкцией. В случае с цветным крупномасштабным космоснимком в изображении появляется размытость, которая в некоторых случаях затрудняет четкое различение крон, а цветовое разнообразие, возникающее от смешения пород, различий в освещенности и т.д., иногда представляется затруднительным определить просвет ли это в кроне или другая порода, или же кустарник в нижнем ярусе. По этой причине, а также из-за слабой различимости деревьев второго яруса при хорошей сомкнутости крон деревьев первого яруса, трудности возникают при подсчете такого показателя, как число стволов на 1 га.
В фактическую площадь насаждения входят разрывы, выпады и редины на площади, непосредственно отведенной под насаждение, и этим она будет отличаться от проектной площади. В наших исследованиях определялась доля разрывов и выпадов в насаждении, а величину, характеризующую долю насаждения с наличием древостоя без выпадов мы назвали «сохранностью насаждения». Другими словами, если сохранность насаждения составляет 85%, это означает, что остальные 15% площади, отведенной под насаждение, занимают разрывы и выпады.
Для оценки защитных насаждений целесообразно применять космические снимки в сочетании с первичными проектными документами. Сравнивая кос-моснимки с нормативными документами, можно установить фактическое размещение защитных насаждений, их соответствие проекту, а также оценить динамику изменений, произошедших с насаждением за несколько лет.
Исследования состояли из следующих этапов:
1. Используя проектную документацию учета защитных лесных насаждений (1990 г.) на космоснимке М 1: 4200 проводилось их дешифрирование, да 96 валась привязка к схеме размещения ЗЛН, исходя из километража железной дороги.
2. Производился подсчет протяженности и общей площади насаждения. Расчет площадей объектов осуществлялся с использованием программного комплекса Photoshop посредством подсчета количества пикселей в выделенном участке насаждения.
3. В границах насаждения выделялись участки выпадов и разрывов, т.е. участки внутри насаждения, на которых отсутствовала древесно-кустарниковая растительность. Это могли быть дорожно-тропиночная сеть, места вырубки древостоя, гари и т.д. Определялась площадь этих участков.
4. Посредством вычитания площади разрывов из общей площади насаждения получали площадь посадок.
5. Показатель «сохранность» вычислялся как доля (в %) площади посадок от общей площади насаждения.
Данные исследования позволили увеличить степень достоверности получаемых результатов, ускорив тем самым процесс инвентаризации защитных насаждений.
Площади таксационных выделов, полученные из графиков-проектов защитных лесных насаждений Волгоградского производственного участка Волгоградской дистанции ЗЛН Приволжской железной дороги (1990 г.) [39], принимались за эталон, то есть степень сохранности принималась равной 100% (Приложения 2-12).
Исследования показали, что сохранность в среднем составила 83,1%, при этом на направлении «Морозовская - Волгоград I» степень сохранности ЗЛН составляет минимальный процент - 79%, а максимальное сохранение системы ЗЛН наблюдается на направлении «Волгоград I - Канальная (Сарепта - Чапур-ники)» - 87%. Однако, на направлении «Поворино - Волгоград I (Воссоединение - Волгоград I)» степень сохранности составила 82%, имея по данным на 2007 год самую маленькую протяженность и площадь - 0,56 км и 2,6 га соответственно (Приложения 13-23, таблица 8).
На направлениях «Волгоград I - Тракторная», «Разгуляевка - Трубная (Воссоединение - Волжский)», «Сарепта - Мачтозавод» и «Шпалопропитка -Татьянка Южная (пасс.)» система защитных лесных полос вдоль Приволжской железной дороги не сохранилась.
Но основе полученных натурных данных и данных космофотоинформации для исследования по оценке жизнеспособности ЗЛН вдоль Приволжской железной дороги были оценены следующие направления: «им. М.Горького — Канальная» (82%) и «Волгоград I - Канальная (Волгоград I - Сарепта)» (85,5%). Это было сделано по следующим причинам:
1. На направлении «им. М. Горького - Канальная» источником воздействия являются только грузовые поезда (в отличие от других направлений), вносящие наибольший вклад в техногенное загрязнение прижелезнодорожных пространств.
2. Несмотря на то, что направление «Волгоград I - Канальная (Волгоград I — Сарепта)» по сохранности занимает второе место, здесь наблюдаются все категории железнодорожного транспорта. При этом данное направление, находящееся в городской черте, не испытывает влияния других промышленных объектов.
3. Оба исследуемых таксационных полигона (ключевой участок №1 и ключевой участок №2) могут быть приняты за эталонные.
Рациональное сочетание информации первичных проектных документов, материалов космических съёмок в сочетании с ограниченным объёмом наземных наблюдений - реальный путь усовершенствования методов инвентаризации защитных лесных насаждений. Применение дистанционного метода в отличие от экспедиционного является также и экономически эффективным средством инвентаризации ЗЛН.
Экспедиционные наблюдения оцениваются исходя из следующих затрат (данные представлены в таблице 9).
Экологическая оценка шумового воздействия объектов железнодорожного транспорта
Существенное шумовое загрязнение среды зависит от расстояния до пути, ширины, конструкции и структуры лесной полосы. Для оценки шумогасящей функции лесных полос были использованы санитарные нормы СН 2.2.4/2.1.8.562-96 «Шум на рабочих местах, в помещениях жилых, общественных зданий и на территории жилой застройки» [133, с.2-9]. В качестве линейного источника шума был выбраны транспортные шумы, а именно объекты железнодорожного транспорта.
Натурные акустические измерения проводились в полевых условиях на участке №1 и участке №2 в лесном массиве с помощью измерителя шума и вибрации ВШВ-003 (1985 г.). При этом был определен как общий уровень шума, так и уровни звукового давления со среднегеометрическими частотами: 31,5; 63; 119 125; 500; 1000; 2000; 4000 и 8000 Гц на расстоянии 10, 20, 35, 60, 100, 250, 500 метров от головки крайнего рельса (Приложения 47-60).
Измерение шума не должно проводиться во время выпадения осадков и при скорости ветра не более 5 м/с. Измерительный микрофон должен быть направлен в сторону основного источника шума и удален не менее чем на 0,5 метров от оператора, проводящего измерение. Для получения достоверных результатов в каждой точке исследования делали 3 повторности по 10 замеров в каждой на всех выше перечисленных частотах. Замеры производились через определенный промежуток времени, в зависимости от интенсивности движения источника шума. В качестве контрольной точки на обоих участках выступала территория без лесной полосы.
Источник шума на участке №1 представлен только грузовыми поездами, а на участке №2 - все категории источников шума. Примером зависимости изменения общего уровня шума от расстояния являются направления «им. М. Горького - Горнополянский» (картосхема 1) и «Горная поляна - Обувная фабрика» (картосхема 2). Полученные данные свидетельствуют о том, что интенсивность шумового воздействия снижается в лесополоснои территории по сравнению с необлесенной территорией в среднем на 5-10 дБ (таблица 18).
Натурные наблюдения подтвердили основные теоретические положения, выдвинутые в работе: наибольший шумовой эффект при движении создают грузовые поезда - 97 дБ, а наименьший пригородные электропоезда - 90 дБ. Интенсивность общего уровня шумового воздействия под влиянием ЗЛН при движении грузовых поездов снижается в среднем на 3,9%, а при движении пригородных - на 2,5% (таблица 19).
Итак, проанализированы особенности снижения шумового воздействия защитными насаждениями, эффективность которых составляет 5-12 дБ.
Таким образом, результаты наземных исследований доказали, что территория с ЗЛН по сравнению с необлесенной снижает техногенное воздействие со стороны объектов железнодорожного транспорта. Так, содержание поллютан-тов, в том числе тяжелых металлов, в почвенном и снежном покрове уменьшается в зависимости от расстояния и от наличия системы ЗЛН на 10-60%.
Наибольший шумовой эффект при движении создают грузовые поезда (97 дБ), а наименьший - пригородные электропоезда (90 дБ). Интенсивность шумового воздействия снижается в лесополосной территории (на 2,5-4%) по сравнению с необлесенной территорией.
Если говорить о снижении шумового воздействия акустическими экранами, то они установлены на Юго-Восточной железной дороге, Московской железной дороге и Октябрьской железной дороге.
Исследования, проводимые Балтийским государственным техническим университетом «ВОЕНМЕХ» (г. Санкт-Петербург), показали, что эффективность экрана составляет 11-12 дБ. Измерения проводились на расстоянии 30 метров от экрана, одновременно с этим проведены измерения над экраном в опорной точке для контроля идентичности характеристик источника шума при измерениях «с экраном» и «без экрана» (высота шумозащитного экрана — 3 метра, длина - 500 метров). Данные натурных испытаний приведены в таблице 20.
Исходя из проведенных исследований, можно говорить о сравнении эффективности в снижении шумового воздействия биологического (ЗЛН) и технического барьеров (шумозащитные экраны), которое наибольшее у второго.
