Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Современное состояние проблемы и степень ее изученности 6
Глава 2. Природные условия региона 19
Глава 3. Программа и методика исследований 39
Глава 4. Оценка шумогасящей функции лесных насаждений Нижнего Поволжья 50
4.1. Шумогасащая функция лесных насаждений в полупустынной зоне Нижнего Поволжья 50
4.2. Шумогасящая функция лесных насаждений в степной зоне Нижнего Поволжья 63
4.3. Анализ результатов 74
4.4. Выводы 87
Глава 5. Шумо формирующая функция лесных насаждений Нижнего Поволжья 89
5.1. Шумовой паспорт березы повислой 91
5.2. Шумовой паспорт дуба черешчатого 99
5.3. Шумовой паспорт лиственницы сибирской 107
5.4. Шумовой паспорт сосны обыкновенной 115
5.5. Анализ шумовых паспортов 122
5.6. Выводы 130
Заключение 131
Библиографический список 134
Приложения
- Современное состояние проблемы и степень ее изученности
- Шумогасащая функция лесных насаждений в полупустынной зоне Нижнего Поволжья
- Шумогасящая функция лесных насаждений в степной зоне Нижнего Поволжья
- Шумовой паспорт дуба черешчатого
Введение к работе
С ростом населения, промышленного производства, количества транспорта, значительно ухудшилось состояние окружающей среды. Одним из важнейших факторов в создании благоприятных санитарно-гигиенических и микроклиматических условий являются лесные насаждения, и здоровье населения во многом зависит от них.
Практически все лесные насаждения выполняют многофункциональную роль. Они обогащают воздух кислородом, очищают его от загрязнений, снижают уровень шума, служат для отдыха и рекреации и т.д.
Вместе с тем, анализом функциональности лесных насаждений в Нижнем Поволжье занимались недостаточно. Особенно малоизученной является шумогасящая и шумоформирующая функции лесных насаждений.
Целью работы было провести анализ функциональности лесных насаждений и выработать предложения по совершенствованию проектирования насаждений в различных зонах Нижнего Поволжья. Для достижения этой цели в процессе работы решались следующие задачи:
• изучение и анализ ранее проведенных исследований, литературных и фондовых источников;
• изучение шумогасящей функции различных видов лесных насаждений на существующих объектах в разных природных зонах;
• исследование шумоформирующей функции лесных насаждений и составление шумовых паспортов насаждений из наиболее распространенных в Нижнем Поволжье пород деревьев.
1. изучены параметры влияния лесных насаждений на снижение уровня шума;
2. получены шумовые паспорта основных древесных видов Нижнего Поволжья. На защиту выносятся:
1. Шумогасящая способность лесных насаждений в Нижнем Поволжье;
2. Шумоформирующие характеристики лесных насаждений.
Практическая значимость и реализация результатов исследования.
1. Показатели шумогасящей способности лесных насаждений могут быть использованы при проектировании фитомелиоративных мероприятий;
2. Шумовые паспорта могут быть использованы при проектировании оздоровительных учреждений;
Обоснованность и достоверность результатов подтверждается применением современных методов теоретических исследований, большим объемом опытно-полевых исследований, математической обработкой результатов.
Работа основана на обобщении литературных источников, результатах исследований автора по проблеме шумогашения, с использованием теоретических разработок. Исследования проводились в течение 2002-2005 г во время обучения в аспирантуре. Все эксперименты по изучению шумогасящей способности лесных насаждений и составлению шумовых паспортов произведены лично автором.
Основные положения и отдельные результаты работы докладывались и были представлены на конференциях: «Проблемы опустынивания и защита биологического разнообразия природохозяйственных комплексов аридных регионов России» (Москва, 2003), «Оптимизация агролаидшаф-тов, проблемы и перспективы развития агромелиорации и защитного земледелия» (Волгоград, 2004), «Актуальные инновационные разработки по оптимизации агроландшафтов в условиях рыночных отношений» (Волгоград, 2004), на экологических чтениях Волгоградского отделения Российской экологической академии (Волгоград, 2003).
Основные результаты диссертации опубликованы в 4 печатных работах.
Структура и объем работы: Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, общим объемом 144 страницы, включает 18 таблиц, 82 рисунка и список использованной литературы из 110 наименований.
Современное состояние проблемы и степень ее изученности
Лесные насаждения неотъемлемы от природной среды, они - элемент ландшафта. Лесные насаждения занимают территорию со свойственными ей определенными внешними условиями - особенностями климата, почвы, рельефа и т.д. Среда отражает в интегральном виде многообразие экологических факторов, их совокупное влияние, определяет характер леса. Одновременно каждый из элементов среды, обуславливающей жизнь леса, а также и влияние леса на них, проявляется по-своему в зависимости от условий местопроизростания.
Еще в XVIII столетии И.И. Лепехин изложил некоторые мысли о географической зональности лесов. Общепризнанный вклад в учение о географических зонах внес А. Гумбольдт в начале XIX в. В 70-х годах того же столетия Г. Гринзебах разделил земной шар на основе климатических различий на 24 ботанико-географические области.
Известна классификация климатических поясов, разработанная русским климатологом В.П. Кеппеном (1901), на основании которой М. Рикли (Ильинский, 1937) установил шесть зон растительности земного шара, четыре из которых представлены лесами.
В конце XIX - начале XX вв. В.В. Докучаев разработал учение о природных зонах, установив географичность почв, связь их с климатом и другими факторами почвообразования. Морозов Г.Ф. (1931), развивая идеи В.В. Докучаева, пришел к пониманию леса как явления географического: «Лес и его территория должны слиться для нас в единое целое, в географический индивидуум, или ландшафт. Не только, конечно, лес без территории не мыслим в чисто внешнем смысле этого слова, но действительно, не зная свойств территории, совершенно немыслимо хоть сколько-нибудь понять причины того или иного состава леса, многоликих его морфологических особенностей и образа жизни». Указывая, что разнообразные формы леса могут быть поняты только в связи с внешней средой, Г.Ф. Морозов вкладывал в понятие этой среды не только климат, но и почву, и ряд других экологических факторов.
Идеи географичности лесных насаждений оказались жизненными, они широко используются теорией и практикой современной науки. Сегодня, в век урбанизации и индустриализации, роль леса как физико-географического фактора стала особенно ощутимой. Рассмотрение леса как явления географического входит важной составной частью в экологию природной среды.
В учение о лесе как явлении географическом большой вклад внесли Морозов Г.Ф., Танфильев Г.И., Кузнецов Н.И., Сукачев В.Н, за рубежем -А. Шимпер, Г. Майр, К. Рубнер, Г. Вальтер и др. Начиная с 20-х гг. XX столетия природные аспекты стали все более учитываться при изучении лесных насаждений. Во второй половине XX в. в этом направлении проводили исследования многие ученые, в том числе: Гулисашвили В.З. (1956), Жуков А.Б. (1966), Колесников БЛ. (1967), Коновалов Н.А.(1969), Крылов Г.В. (1962), Лавренко Е.М. (1959), Лосицкий К.Б. (1962), Мелехов И.С. (1980), Молчанов А.А. (1961), Сочава В.Б. (1967) и др.
Лесные насаждения, произрастая в разных природных зонах, отличаются разным составом, ростом, строением, продуктивностью, различным назначением. Без учета естественных ареалов древесных пород, природной зональности лесов немыслимо научное решение важнейших вопросов. Эти стороны наиболее хорошо изучены, так как давно являются объектом научных интересов лесоводов, ботаников, климатологов.
Механизм воздействия насаждений на окружающую среду достаточно хорошо изучен. Он заключается в поглощении зелеными растениями углекислого газа и токсичных ингредиентов воздуха, аккумуляции пыли и других содержащихся в ней твердых частиц, выделении кислорода, фитонцидов, отрицательно заряженных ионов, а также в образовании насаждениями из деревьев и кустарников на пути водных и ветровых потоков биохимических барьеров, обуславливающих их трансформацию. Это приводит к улучшению химического состава воздуха, изменению микроклимата, почв, режима и качества поверхностных и подземных вод, видового состава и продуктивности флоры и фауны.
Практически все зеленые насаждения играют многофункциональную роль. Каждый элемент системы в той или иной степени выполняет следующие функции: - принимает участие в организации территории и формировании ее архитектурно-художественного облика; - повышает рекреационные возможности территории; - снижает транспортный и другие виды шума; - уменьшает воздействие на население поллютантов; - регулируют ветровой, радиационный и температурный режимы; - создает условия, способствующие продлению времени функционирования самого насаждения. Качественные показатели оценки воздействия лесных насаждений на окружающую среду можно свести к следующим основным функциям: а) функция поглощения шума; б) антисмоговая функция. Площадь шероховатой поверхности листвы одного гектара леса, через которую проходит воздух, составляет в среднем 10 га. Один гектар букового леса может задержать 68 тонн пыли., хвойного леса — 35 тонн. В целом загрязненность воздуха в крупном горо де выше, чем над океаном в 150 раз, в небольшом городе - в 35 раз, в селе - в 10 раз; в) кислородопроизводительная функция. Гектар лесонасаждений выделяет в год от 2 до 5 тонн кислорода, достаточного для дыхания 14 че ловек. Максимальной кислородогенерирующей способностью обладает средневозрастные насаждения. Если коэффициент продуцирования кисло 9 рода ели принять за 1, у лиственницы он будет равен 1,2; у сосны - 1,6; у липы-2,5; у дуба-4,5; тополя-7,0; г) фитонцидная функция состоит в обогащении воздуха летучими веществами, губительными для микробов и вредителей. Атмосферный воздух в парке содержит в 200 раз меньше бактерий по сравнению с близ лежащими улицами. Фитонциды лавровишни способны убивать насеко мых и даже мелких грызунов; д) ионизационная функция проявляется в насыщении воздушной среды электричеством отрицательного заряда. В результате улучшаются окислительно-восстановительные процессы в тканях человека, полнее ис пользуется кислород, интенсифицируется обмен веществ. Наличие отрица тельно заряженных ионов благотворно влияет на лечение начальной ста дии гипертонии, бронхиальной астмы, катары верхних дыхательных путей, трудно заживающих ран, ожогов, трофических язв; е) фотоактиническая функция обуславливается положительным воздействием богатства красок, световых контрастов и т.д.; ж) психологическая функция состоит в снятии стрессов. Одним из проявлений многофункциональности лесных насаждений являются их шумогасящие свойства, и этот аспект изучен пока недостаточно.
Человек как вид возник в сильно зашумленной среде. Разнообразные природные звуки окружали его с первых шагов. Это были шелест листьев и журчание воды, грохот камнепада и удары грома, пение птиц и крики зверей. Все они сигнализировали об экологически важных событиях, и поэтому слух человека всегда был настроен на эти звуки. Они стали необходимой частью человеческой среды, А когда надобность в таких сигналах отпала (или уменьшилась), они сохранили свое благотворное влияние на человека и его психику.
Шумогасащая функция лесных насаждений в полупустынной зоне Нижнего Поволжья
Лесополоса продуваемой конструкции, расположенная в Кировском районе г. Волгограда, трехрядная, состоящая из тополя пирамидального. Она располагается вдоль Второй Продольной улицы, которая является основной транспортной магистралью города. Расстояние между магистралью и лесополосой составляет 7,5 м, между рядами - 7,5 м.
График зависимости между снижением общего уровня шума и расстоянием для лесополосы приведен на рис. 6. Графики зависимости между снижением уровня шума на основных частотах и расстоянием находятся в приложении 3. Уравнения регрессии заданы в виде степенных функций, как наиболее отвечающих характеру звуковыделения.
В уравнениях регрессии: у - уровень шума, дБ; х расстояние от источника шума, м. Объем выборки п = 120. Проверка значимости корреляционных отношений для уровня значимости а = 0,05 и числа степеней свободы к = 120 - 2 проведена по критерию Стьгодента. Все наблюдаемые значения Тна5з больше критического txptfity поэтому корреляционные отношения ц значимы. 4.1.2. Лиственный массив
Лиственный массив представляет собой лесное насаждение, расположенное в Кировском районе г. Волгограда, в так называемой балке Гри-горова. Он располагается вдоль Второй Продольной улицы, которая является основной транспортной магистралью города. Массив состоит из лиственных пород деревьев, таких как береза повислая, клен ясенелистный, клен татарский, тополь черный, робиния лжеакация.
График зависимости между снижением общего уровня шума и расстоянием для лиственного массива приведены на рис.7. Графики зависимости между снижением уровня шума на основных частотах и расстоянием находятся в приложении 3. Уравнения регрессии заданы в виде степенных функций, как наиболее отвечающих характеру звуковыделения.
В уравнениях регрессии: у - уровень шума, дБ; х — расстояние от источника шума, м. Объем выборки п = 180. Проверка значимости корреляционных отношений для уровня значимости а = 0,05 и числа степеней свободы к = 180 - 2 проведена по критерию Стыодента. Все наблюдаемые значения Тиабл больше критического tKp(i20) поэтому корреляционные отношения г} значимы. 4.1.3. Сквер
Сквер располагается в Советском районе г. Волгограда, напротив здания ВНИАЛМИ, вдоль Второй Продольной улипы, которая является основной транспортной магистралью города. Первый ряд насаждений представляет собой бордюр из кизильника, который расположен на расстояние З м от источника шума. Далее идет кулиса из сирени обыкновенной, шириной 4 м, высотой 2 м, расположенная на расстоянии 30 м от источника шума. Далее следуют насаждения из лиственных пород деревьев, расположенных на расстоянии 40-60 м от источника шума.
График зависимости между снижением общего уровня шума и расстоянием для сквера приведены на рис. 8. Графики зависимости между снижением уровня шума на основных частотах и расстоянием находятся в приложении 3. Уравнения регрессии заданы в виде степенных функций, как наиболее отвечающих характеру звуковыделения. Уравнения регрессии, коэффициенты детерминации R2, теоретические корреляционные отношения (индекс корреляции) г], наблюдаемые значение ГНЙЙТ критерия Стьюдента приведены в табл. 8.
Шумогасящая функция лесных насаждений в степной зоне Нижнего Поволжья
Лесополоса представляет собой лесное насаждение плотной конструкции, состоящее из березы повислой, расположенное на 726 км автодороги Москва-Волгоград. Лесополоса трехрядная, шириной 6 м, по 2 м между рядами. Расстояние между автодорогой и лесополосой составляет 20 м. График зависимости между снижением общего уровня шума и расстоянием для лесополосы приведены на рис. 10. Графики зависимости между снижением уровня шума на основных частотах и расстоянием находятся в приложении 3. Уравнения регрессии заданы в виде степенных функций, как наиболее отвечающих характеру звуковыделения. Исследуемая частота (Гц) Уравнения регрессии R2 Л 1 пабл кр(60) Общий уровень шума у = 116,16 -01239 0,586 0,7655 11,1604 16 y = M,J6\x- am 0,2304 0,48 5,1327 31,5 у = 81,629х от 0,2046 0,4523 4,7574 63 у = 97А97х-0ШЗ 0,5388 0,734 10,1385 125 у = 91,№х-00 0,5585 0,7473 10,5499 250 у=П4,56х 0]т 0,7759 0,8809 17,4594 2,00 500 у = 120,14 -1947 0,8007 0,8948 18,8008 1000 у = 121,14х-т 0,6521 0,8075 12,8419 2000 = 115,72х 01921 0,8033 0,8963 18,9606 4000 у = \26,95х ш 0,8736 0,9347 24,6689 8000 y = Wl,53x m2 0,8147 0,9026 19,6691 В уравнениях регрессии: у — уровень шума, дБ; х — расстояние от источника шума, м. Объем выборки п = 90. Проверка значимости корреляционных отношений для уровня значимости а = 0,05 и числа степеней свободы к - 90 - 2 проведена по критерию Стьюдента. Все наблюдаемые значения ТНабз больше критического tKP(6ty поэтому корреляционные отношения Ц значимы. 4.2.2. Лиственный массив
Лиственный массив расположен на 719 км автодороги Москва-Волгоград. Представляет собой естественное насаждение, произрастающее в пойме р. Бузулук. Массив состоит из следующих пород деревьев: клен ясенелистный, дуб черешчатый, клен татарский, вяз приземистый, и др.
График зависимости между снижением общего уровня шума и расстоянием для лиственного массива приведены на рис. 11. Графики зависимости между снижением уровня шума на основных частотах и расстоянием находятся в приложении 3. Уравнения регрессии заданы в виде степенных функций, как наиболее отвечающих характеру звуковыделения.
В уравнениях регрессии: у - уровень шума, дБ; х - расстояние от источника шума, м. Объем выборки п — 60. Проверка значимости корреляционных отношений для уровня значимости а = 0,05 и числа степеней свободы к = 60 - 2 проведена по критерию Стьюдента. Все наблюдаемые значения Тцабл больше критического tKp(6Q) поэтому корреляционные отношения ц значимы. 4.2.3. Хвойный массив Хвойный массив находится на 717 км автодороги Москва-Волгоград. Он представляет собой искусственное насаждение, состоящее из сосны обыкновенной, посаженное сеткой 5x5 м. График зависимости между снижением общего уровня шума и расстоянием для хвойного массива приведены на рис. 12. Графики зависимости между снижением уровня шума на основных частотах и расстоянием находятся в приложении 3. Уравнения регрессии заданы в виде степенных функций, как наиболее отвечающих характеру звуковыделения.
В уравнениях регрессии: у — уровень шума, дБ; х — расстояние от источника шума, м. Объем выборки п = 170. Проверка значимости корреляционных отношений для уровня значимости а — 0,05 и числа степеней свободы к= 170-2 проведена по критерию Стьгодента. Все наблюдаемые значения Тиа6л больше критического tKP(i20) поэтому корреляционные отношения ц значимы. 4.2.4 Контроль В качестве контроля выступила открытая местность, расположенная вдоль автодороги Москва-Волгоград на 722 км. График зависимости между снижением общего уровня шума и расстоянием для контроля приведены на рис. 13. Графики зависимости между снижением уровня шума на основных частотах и расстоянием находятся в приложении 3. Уравнения регрессии заданы в виде степенных функций, как наиболее отвечающих характеру звуковыделения. Уравнения регрессии, коэффициенты детерминации R2, теоретические корреляционные отношения (индекс корреляции) ц, наблюдаемые значение Тна5я критерия Стьюдента приведены в табл. 13. Теоретические значения снижения уровня шума над поверхностью земли приводятся Прутковым Б.И. (1967) и представлены в графическом виде на рис. 13.
Шумовой паспорт дуба черешчатого
Графики зависимостей между уровнем звука на различных частотах и скоростью ветра для дуба черешчатого приведены на рис. 37 - 47. Уравнения регрессии заданы в виде степенной функции, как наиболее отвечающей специфике экспериментов.
Уравнения регрессии, коэффициенты детерминации R2, теоретические корреляционные отношения (индекс корреляции) г}, наблюдаемые значение Тнабл критерия Стьюдента приведены в табл. 15.
В уравнениях регрессии: х - скорость ветра, м/с; у — уровень шума, дБ, Объем выборки п = 50. Проверка значимости корреляционных отношений для уровня значимости а = 0,05 и числа степеней свободы к = 50 - 2 проведена по критерию Стьюдента. Все наблюдаемые значения Тнабл больше критического ікр(щ поэтому корреляционные отношения ц значимы.
Пение птиц и стрекотание насекомых, шум листвы, журчание ручья — все эти звуки слышали наши предки, и своего рода предрасположенность к ним унаследовала наша психика как нормальное и нужное для нас явление. И поэтому такие звуки не оказывают на нас неблагоприятного воздействия, а иногда даже лечат. Уже накоплен медицинский опыт по лечению некоторых душевных расстройств пением птиц. Существуют санатории и пансионаты, врачебный персонал которых пользуется этим положительным фактором, регулируя настроение и общее самочувствие своих пациентов (Ильичев В.Д., 1998).
В психотерапевтической практике природные шумы используются при лечении различных заболеваний в качестве вспомогательного средства. Психотерапевты применяют и так называемый «белый шум». Это своеобразное шипение, усиливающееся и ослабляющееся строго ритмично. Отдаленно он напоминает накатывающийся шум волн без плеска воды. Он успокаивает и убаюкивает (Агафонова Н., 2004).
Одним из рекреационных свойств зеленых насаждений является благотворное влияние на психику человека. В лесных массивах строятся больницы и санатории, чтобы окружающая природа способствовала выздоровлению больных. Шелест листьев обладает успокаивающим действием, способствует релаксации, улучшению настроения.
Замечено, что при ветре различные породы деревьев издают разный звук. Так, например, нельзя не заметить разницы между нежным шелестом листьев березы на ветру и низким гулом и поскрипыванием, издаваемым сосновым бором, резким шелестом листьев дуба.
Мы определили эти различия экспериментально. Изучены зависимости уровня звукового давления на различных частотах, излучаемого деревьями, от скорости ветра. Объектами исследования были лесные массивы из сосны обыкновенной, березы повислой, дуба черешчатого, лиственницы сибирской. Массивы выбирались таким образом, чтобы максимально уменьшить влияние на чистоту эксперимента других источников шума: автомобилей, поездов, аэропортов и др. Такие массивы нашлись в окрестностях х.х. Марчуковского и Растригинского Киквидзенского района Волгоградской области. Там находятся искусственные массивы сосны обыкновенной, березы повислой и лиственницы сибирской, а также естественные массивы дуба черешчатого, произрастающего вдоль р. Бузулук.
Замеры проводились в диапазоне скорости ветра от 0 до 10 м/с, как оказывающем наиболее благотворное рекреационное действие на человека.
Опыты по изучению зависимости уровня звука, излучаемого деревьями от скорости ветра и составлению шумовых паспортов перечисленных пород деревьев, проводились в летние периоды 2003-2004 гг.
По результатам исследований построены графики зависимости уровня звука на различных частотах от скорости ветра, получены уравнения регрессии, коэффициенты детерминации, теоретические корреляционные отношения.
