Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Эколого-биологические особенности нормативно-правового база и состояние зеленых насаждений в урбанизированной среде 8
1.1. Роль зеленых насаждения в оздоровлении урбанизированной среды 8
1.2 . Нормативно - правовые документы и общая структура городских насаждений Санкт-Петербурга 15
1.3. Влияние урбосреды на видовое разнообразие и состояние древесных растений 19
1.4. Выводы по главе 26
ГЛАВА 2. Природные условия и экологическая ситуация в Санкт-Петербурге 28
2.1. Природные условия Санкт-Петербурга 28
2.2. Экологическая ситуация в Санкт-Петербурге 39
2.3. Выводы по главе 49
ГЛАВА 3. Объекты и методика исследований 52
3.1. Объекты исследований 52
3.1.1 Исторические парки и сады Санкт- Петербурга 53
3.1.2. Современные парки и сады Санкт- Петербурга 56
3.2. Методика исследований 60
3.2.1. Методика полевых работ 60
3.2.2 Методика камеральных работ 73
3.3. Выводы по главе 77
ГЛАВА 4. Видовое разнообразие древесных растений и его оценка в садах и парках санкт - петербурга 79
4.1. Видовое разнообразие древесных растений в зеленых насаждениях Санкт- Петербурга 79
4.1.1. Видовое разнообразие древесных растений в исторических з парках и садах Санкт- Петербурга
4.1.2. Видовое разнообразие древесных растений в современных парках и садах Санкт- Петербурга 87
4.2. Оценка видового разнообразия древесных растений в городских насаждениях Санкт-Петербурга 99
4.3. Выводы по главе 107
ГЛАВА 5. Оценка состояния древесных растений в исторических и современных садах и парках санкт петербурга по разным методом 109
5.1 Оценка состояния древесных растений по их морфологическим признакам 109
5.2. Оценка состояния древесных растений в исторических парках и садах по морфологическим признакам
5.3. Оценка состояния древесных растений в современных парках и садах по морфологическим признакам 124
5.4. Зависимость состояния древесных растений от лесоводственно-таксационных показателей 127
5.5. Использование метода газоразрядной визуализации для оценки состояния деревьев 133
5.6. Выводы по главе 139
Практические рекомендации
Лесоводственные мероприятия по сохранению, повышению видового состава и санитарного состояния городских насаждений 142
Заключение 145
Список литературы
- . Нормативно - правовые документы и общая структура городских насаждений Санкт-Петербурга
- Экологическая ситуация в Санкт-Петербурге
- Современные парки и сады Санкт- Петербурга
- Оценка состояния древесных растений в современных парках и садах по морфологическим признакам
Введение к работе
Актуальность темы исследований. Градостроительная, санитарно-гигиеническая, микроклиматическая и рекреационная роли парковых насаждений зависят от индивидуальных особенностей древесных растений, лесоводственно-таксационных показателей и возрастной структуры древостоев. Из-за сложной экологической ситуации в Санкт-Петербурге у древесных растений сокращается продолжительность жизни, теряется устойчивость и ухудшается состояние насаждений, из-за загрязнения атмосферы выбросами автотранспорта и промышленности, углекислоты, пыли, ионизирующей радиации, засоленности почвы противогололедными средствами и загрязнение почвы тяжелыми металлами, радиоактивными и органическими соединениями.
ООН в начале 90 годов прошлого века приняла конвенцию по биоразнообразию и охране окружающей среды. Этим международным соглашением определена перспектива решения основной задачи для стран мира: изучение биологического разнообразия природных экосистем и устойчивости их состояния, а также ведение постоянного мониторинга окружающей среды.
Одним из путей повышения устойчивости насаждений общего пользования, которые составляют 30,3% площади озелененной территории Санкт-Петербурга, является увеличение видового разнообразия и оценка состояния древесных растений в урбанизированной среде. Этой проблеме в последнее время посвящены исследования ученых для различных регионов страны: Иванова А.Я.(1978), Кроул Ф.(1996), Фролов А.К.(1998), Горшков В.Г. (1998), Кочарян К.С.(2000), Горохов В.А. (2005), Ковязин В.Ф.(2004, 2007, 2008, 2010, 2012), Якубов Х.Г. (2005) и др. Для Санкт-Петербурга эта проблема осталась не решенной, поэтому и проведены наши исследования.
Цель исследований. Оценить видовое разнообразие и состояние древесных растений в садах и парках Санкт-Петербурга, созданных в разные столетия, для повышения устойчивости насаждений к городской среде обитания и антропогенным воздействиям.
В ходе исследований решены следующие задачи:
-
изучены природные условия и экологическая ситуация в районе исследований;
-
определен видовой состав древесных растений в садах и парках Санкт-Петербурга;
-
проведена оценка видового разнообразия и сходства древесных растений в городских насаждениях по различным критериям;
-
определены лесоводственно-таксационные показатели городских насаждений;
-
предложена методика оценки состояния древесных растений с применением метода газоразрядной визуализации;
-
проведена оценка состояния древесных растений с применением прибора TRAVEL и разработаны критерии для трех категорий состояния деревьев;
-
даны рекомендации по улучшению состояния и профилактике болезней древесных растений в садах и парках Санкт-Петербурга.
Научная новизна исследований заключается в следующем:
1.выявлена зависимость изменения видового состава древесных
растений в садах и парках Санкт-Петербурга от сроков давности
формирования насаждений;
-
впервые для оценки состояния древесных растений использован метод газоразрядной визуализации и применена для обработки данных компьютерная программа «ГРВ-лаборатория»;
-
впервые разработаны и научно обоснованы критерии разделения результатов газоразрядного изображения прибора TRAVEL на три степени состояния древесных растений.
Теоретическая значимость работы.
Доказана зависимость видового разнообразия древесных растений зеленых насаждений от срока давности формирования объектов озеленения.
Выявлены закономерности изменения видового состава городских насаждений, сформированных в первые годы строительства Санкт-Петербурга и в современный период.
Дано обоснование мер по улучшению состояния и профилактике болезней древесных растений.
Предложены методики оценки видового разнообразия насаждений и состояния древесных растений в городских экосистемах.
Раскрыты возможные пути повышения устойчивости древесных растений к антропогенным воздействиям в мегаполисах.
Получены новые сведения о видовом разнообразии и состоянии древесных растений в зеленых насаждениях Санкт-Петербурга.
Практическая значимость работы. По результатам исследований разработаны рекомендации по практическому использованию при оценке видового разнообразия городских насаждений различных индексов разнообразия и сходства.
Предложена методика оценки состояния древесных растений прибором TRAVEL, которая может служить дополнением в «Правила создания, охраны и содержания зеленых насаждений в городах РФ» (утв. Комитетом по строительству и ЖКХ от 15.12 1999г. №153).
Полученные экспресс-материалы обследования растений методом газоразрядной визуализации позволяют своевременно установить диагноз болезней и патологий растений и принять меры по оздоровлению насаждений.
Научные положения, составляющие предмет защиты.
1. При оценке видового разнообразия древесных растений в городских
насаждениях следует учитывать не только физико-географические
условия их произрастания, но и давность формирования объекта.
2. Видовое разнообразие древесных растений следует оценивать по
различным индексам: разнообразия, сходства и доминирования. Величина
индекса доминирования Бергера-Паркера позволила установить
необходимость проведения мероприятий по обогащению видового состава
насаждений исторических парков Санкт-Петербурга.
3.Состояние древесных растений следует оценивать не только по внешним морфологическим признакам, но и с применением современного прибора TRAVEL с программным обеспечением «ГРВ-лаборатория»
Обоснованность и достоверность полученных результатов
подтверждены большим объемом экспериментального материала,
использованием общепринятых в биологии методов исследований и
современных методов статистического анализа, а также
воспроизводимостью результатов работы.
Апробация результатов. Исследования проводились в рамках научно-исследовательских работ кафедры лесоводства СПбГЛТУ. Результаты исследований представлялись на конференциях различного уровня.
-
На международном уровне, конференции и симпозиумы:XII международный симпозиум имени академика М.А.Усова «Проблемы геологии и освоения недр» (Томск, 2013); V международная конференция «Экологический туризм- инструмент устойчивого развития территорий и защиты окружающей среды» (Санкт-Петербург, 2013); Международная научно-техническая конференция преподавателей, студентов, аспирантов и докторантов «Методология развития региональной системы лесопользования в Республике Коми» (Сыктывкар, 2014); XXII Международная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов» (Москва, 2015), XIX Международном научном Конгрессе «Наука. Информация. Сознание» (Санкт-Петербург, 2015).
-
На всероссийском уровне научно-технические конференции: Информационные технологии в лесном хозяйстве, охране природы и ландшафтном строительстве (Санкт-Петербурга, 2013); Научно-технический прогресс в лесном хозяйстве, охране природы и ландшафтном строительстве (Санкт-Петербурга, 2013); Актуальные проблемы экологии и природопользования (Москва, 2013); Актуальные проблемы лесного комплекса (Брянск, 2013); Экологические проблемы исторических парков Санкт-Петербурга (Санкт-Петербурга, 2014); Биоразнообразие наземных и водных животных. Зооресурсы (Казань, 2015), Актуальные проблемы лесного комплекса (Брянск, 2015).
Личный вклад автора заключается в обосновании темы, определении целей и задач исследований, разработке методики работ, сборе полевого материала, его обработке, анализе и обобщению.
Публикации. Основное содержание работы отражено в 17 работах, из них 3 статьи, в журналах, включенных в перечень ведущих рецензируемых изданий, определяемый ВАК Минобрнауки РФ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения и списка литературы из 219 наименований, из них 42 источника на иностранном языке. Текст диссертации изложен на 172 страницах, включает 40 таблиц и 36 рисунков и приложение.
. Нормативно - правовые документы и общая структура городских насаждений Санкт-Петербурга
Зеленые насаждения являются объектом благоустройства [45]. Контроль за созданием и размещением, содержанием и ремонтом, использованием объекта благоустройства осуществляют отраслевые и территориальные исполнительные органы государственной власти Санкт-Петербурга, уполномоченные Правительством Санкт-Петербурга. На основании закона Санкт-Петербурга от 31 мая 2010 года №273-70 «Об административных правонарушениях в Санкт-Петербурге» (с изменениями на 4 февраля 2015 года) нарушение порядка учета зеленых насаждений влечет наложение административного штрафа на должностных лиц в размере от пяти тысяч до десяти тысяч рублей; на юридических лиц - от двадцати тысяч до пятидесяти тысяч рублей [46].
Объектами учета зеленых насаждений являются [118] :
Зеленые насаждения общего пользования (ЗНОП) - зеленые насаждения на выделенных в установленном порядке земельных участках, предназначенных для рекреационных целей, доступ на которые бесплатен и свободен для неограниченного круга лиц (в том числе зеленые насаждения парков, городских садов, скверов, бульваров, зеленые насаждения озеленения городских улиц)
Зеленые насаждения ограниченного пользования - насаждения на земельных участках, предназначенных для рекреационных целей, доступ на которые осуществляется на платной основе или ограничен особым режимом использования;
Зеленые насаждения внутрикварталъного озеленения - все виды насаждений, находящиеся в границах красных линий кварталов, кроме древостоев, относящихся к другим видам, указанным в настоящей статье;
Зеленые насаждения, выполняющие специальные функции - зеленые насаждения санитарно-защитных, водоохранных, защитно-мелиоративных, противопожарных зон, кладбищ, зон землеотвода магистралей и инженерных сооружений, озеленение крыш жилых и промышленных зданий, а также зеленые насаждения на земельных участках, расположенных за пределами жилых, общественно-деловых и рекреационных зон.
На основании постановления Правительства Санкт-Петербурга от 17 ноября 2005 года N 1779 "О порядке учета зеленых насаждений" [118] учет зеленых насаждений осуществляется в целях обеспечения прав граждан на достоверную информацию о состоянии окружающей среды, эффективного управления зелеными насаждениями, в том числе установления соответствия количества зеленых насаждений действующим строительным и санитарным нормам, определения восстановительной стоимости и размера компенсационного озеленения. Данные учета зеленых насаждений являются общедоступными и ежегодно публикуются Правительством Санкт-Петербурга [45]. Объектами учета являются зеленые насаждения общего пользования, ограниченного пользования, зеленые насаждения, выполняющие специальные функции, и элементы внутриквартального озеленения - деревья, кустарники.
Учет производится специально уполномоченным Правительством Санкт-Петербурга исполнительным органом государственной власти Санкт-Петербурга. Учет зеленых насаждений внутриквартального озеленения организуют органы местного самоуправления в Санкт-Петербурге, в том числе за счет средств, перечисляемых в местные бюджеты.
На основании закона Санкт-Петербурга от 23 июня 2010 года N 396-88 "О зеленых насаждениях в Санкт-Петербурге" [45] учет обеспеченности муниципальных округов в Санкт-Петербурге зелеными насаждениями общего пользования и расчет их доступности проводится в порядке, установленном законом Санкт-Петербурга.
Постановлением Правительства Санкт-Петербурга «О порядке учета зеленых насаждений» № 1779 от 17.11.2005 г. [118] определен порядок учета городских насаждений. Документами, отражающими результаты учета зеленых насаждений, являются районные реестры, муниципальные реестры и сводный реестр зеленых насаждений в городе.
Районные и муниципальные реестры зеленых насаждений ведутся на бумажных носителях. Выписки из районных и муниципальных реестров зеленых насаждений, содержащие сведения об общей площади зеленых насаждений, а также о количестве учетных объектов, в течение десяти дней после утверждения указанных реестров направляются администрациями районов города и органами местного самоуправления муниципальных образований в городе в Комитет по благоустройству.
Ведение сводного реестра осуществляет Комитет по благоустройству на электронном и бумажном носителях. Сводный реестр ежегодно не позднее 1 апреля утверждается председателем Комитета по благоустройству [118].
Парки, сады и скверы испытывают существенную рекреационную нагрузку, что приводит к сильной выбитости травостоя, как правило, имеющего в благоприятных условиях луговой характер, и формированию сообществ однолетников, аналогично наблюдаемым при пасквальной дигрессии [207].
Бульвары и уличные посадки деревьев просты по структуре - это или однорядные линейные посадки из 2-3 видов деревьев, или одновидовые аллеи.
Отдельно следует рассматривать дворовые посадки, не учитываемые садово-парковым хозяйством. Для этого класса насаждений характерно высокое видовое разнообразие, так как посадка растений ведется обычно стихийно. Наряду с обычными для города видами там встречаются также разнообразные плодово-ягодные культуры. Отсутствие контроля за этими посадками приводит к тому, что дворы оказываются сильно затененными, а травяной покров, испытывающий недостаток света и одновременно сильную рекреационную нагрузку, деградирует[207].
Распределение зеленых насаждений по административным районам города очень неравномерное, что обусловлено исторически сложившейся инфраструктурой градостроительства. Наименее обеспеченными являются Центральный, Адмиралтейский и Петроградский районы, на долю которых приходится всего лишь 2.1 % от общей площади зеленых насаждений города. В следующем за ними Василеостровском районе улучшение озеленения территории происходит за счет массивов ведомственных зеленых насаждений (Смоленское и Лютеранское кладбища), занимающих 70.3% всей площади зеленых насаждений в районе. Самыми озелененными районами города являются Красносельский, Калининский и Курортный, большой вклад в структуру озеленения которых вносят парки и сады [20].
Плотность зеленых насаждений, представляющая собой отношение занимаемой зелеными насаждениями площади к общей площади района, в наиболее населенных районах - Центральном и Адмирал-тейском составляет менее 20 %. В Калининском и Красносельском районах плотность озеленения возрастает до 40-50 % [115]. Большинство районов города имеют обеспеченность зелеными насаждениями в диапазоне 40-60 м2 на человека.
Экологическая ситуация в Санкт-Петербурге
Особенности экосистем в Санкт- Петербурге. Промышленность, густая сеть дорог и высокая плотность населения определяют особенности роста и развития растительности городских экосистем. Антропогенное воздействие нарушает физическую и химическую структуру атмосферы; значительный вклад в загрязнение воздушного бассейна мегаполиса вносят транспорт, энергетика, горная металлургия и химическая промышленность.
Степень загрязнения воздушного бассейна зависит и от естественных причин: расположения морских побережий, температурных инверсий, вертикального перемещения воздушных масс. Растения улучшают среду обитания горожан, но сами страдают от антропогенного загрязнения окружающей среды [66].
Для мегаполиса характерны местная и бризовая циркуляция атмосферы. Большая площадь города, его многоэтажные, близко расположенные здания ("дворы-колодцы") препятствуют проветриванию территории, создают "застой" воздушных масс. Город как урбанизированная система создает свой микроклимат, отличный от природного климата. Микроклиматические особенности возникают под влиянием неоднородности подстилающей поверхности на фоне атмосферной циркуляции и общего климата района.
На климат региона влияют также пыль, дым, сажа и другие примеси в воздухе, которые в дневное время уменьшают солнечную радиацию на 25, а в ночное 40 задерживают земное излучение, замедляя охлаждение земной поверхности [68]. Летом каменные здания, мостовые и тротуары городской экосистемы сильно нагреваются и накапливают тепло, а ночью - отдают его в атмосферу. Зимой воздух получает дополнительное тепло от отопления зданий. На изменение температуры воздуха большое влияние оказывают ветер и облачность, которых достаточно в мегаполисе. Развитие промышленности и транспорта, интенсивное строительство приводят к исчезновению природных, естественных систем и замещению их искусственными.
Состояние атмосферы. Санкт-Петербург - крупный промышленный центр, где насчитывается более 500 крупных предприятий и свыше 17 тыс. производственных и торговых фирм [122]. Работу промышленного комплекса города определяют крупные отрасли: машиностроение, металлообработка, пищевая промышленность и электроэнергетика, производящие более 68 % всего объема продукции Санкт-Петербурга. Город сильно страдает от загрязнения атмосферы. Атмосферу загрязняют транспорт, тепловые электростанции, нефтеперерабатывающие предприятия, радиоактивные вещества, электронный смог (концентрация микроволн), кислотные дожди, парниковый эффект, вариация климата и др [73].
Загрязнения автотранспортом составляют 80 % всего городского загрязнения воздуха. Ежегодный прирост автотранспорта в мегаполисе 2-3 %. Санкт-Петербург является крупным транспортным узлом России. Его работа представлена шестью составляющими: морская, речная, железнодорожная, автомобильная, авиационная и трубопроводная, которые осуществляют международные грузовые и пассажирские перевозки. Имеется достаточно густая сеть шоссейных и железных дорог. Эти дороги соединены сетью дорог областного и районного значения, имеющих в большинстве случаев автобусное сообщение [67].
Автомобильные выбросы гораздо опаснее для здоровья людей, нежели выбросы вредных веществ из труб предприятий и ТЭЦ. Последние, поднимаясь вверх, рассеиваются в атмосфере и частично разносятся воздушными потоками на большие расстояния, в то время как автотранспорт выбрасывает выхлопные газы непосредственно на уровне дыхания человека. Главный источник вредных выбросов в воздух дает транспорт с бензиновыми двигателями (до 90 %) [116].
Автотранспорт и промышленность загрязняют воздух города бенз(а)пиреном, годовые концентрации которого превышают допустимые нормативы в 2-3 раза. В атмосферном воздухе мегаполиса встречаются и специфические примеси: этилбензол, хлористый водород, формальдегид, сероводород и тяжелые металлы. Наибольшая степень загрязнения воздуха отмечается в центральных районах, где сосредоточены промышленные предприятия и проходят крупные автомагистрали [67].
Состояние загрязнения воздушного бассейна города зависит не только от количества выбросов загрязняющих веществ и их химического состава, но и от климатических условий, определяющих перенос, рассеивание и превращение выбрасываемых веществ. В целом климатические условия Санкт-Петербурга, влияющие на уровень загрязнения воздуха, несколько более благоприятны, чем в среднем по городам России (морской климат и благоприятные условия для рассеивания выбросов от промышленных предприятий и автотранспорта). Согласно розе ветров за год для Санкт-Петербурга город чаще продувается ветрами юго-западных (21%) и западных направлений (23%). Вследствие этого над западными и юго-западными районами города чаще, чем над северными и восточными, появляется более чистый воздух [218].
В соответствии с санитарно-гигиеническими требованиями разовые и среднесуточные предельно допустимые концентрации (ПДК) являются основными характеристиками токсичности примесей, содержащихся в воздухе. При характеристике загрязненности воздуха средние значения концентраций за месяц и год загрязняющих веществ сравниваются со среднесуточной ПДК, а максимальные - с максимальной разовой ПДК [219].
Наблюдения качества воздуха проводятся на 4 станциях государственной системы наблюдений за состоянием окружающей среды. Ответственным за сеть является Хабаровский ЦМС ФГБУ «Дальневосточное УГМС». Сеть работает в соответствии с требованиями РД 52.04.186-89 [126]. Результаты наблюдений представлены в рисунке 2.6.
Уровень загрязнения воздуха высокий. Средние за год концентрации взвешенных веществ, диоксида азота, формальдегида и бенз(а)пирена превышают допустимый норматив. Концентрации остальных веществ на всех постах, где проводились наблюдения, не превышали санитарных норм.
Выхлопные газы нарушают обмен веществ, уменьшают рост молодых побегов, ускоряют пожелтение и опадение листьев. По наблюдениям профессора Ковязина (2002) в Санкт-Петербурге [65], вдоль магистралей широкое распространение имеет краевой некроз листьев клена остролистного и липы мелколистной, который при сильном поражении приводит к преждевременному листопаду. При движении транспорта в пробках, с малой скоростью, разгоне и торможении автомобиля выбрасывается в атмосферу на расстояние до 30-60 м от дороги повышенное количество загрязняющих веществ, таких, как окись углерода, углеводороды, диоксид серы, соединения свинца. Отчетные данные Комитета по природопользованию [38], свидетельствуют о том, что валовой выброс загрязняющих веществ в атмосферу Санкт-Петербурга от стационарных и передвижных источников достаточно высок.
Антропогенное загрязнение атмосферы, приводящее к возникновению парникового эффекта и частичному разрушению озонового слоя, вызывает изменение климата как во всей городской экосистеме, так и микроклимата внутри природных систем различной степени урбанизации. Приведенные данные о состоянии атмосферного воздуха в Санкт-Петербурге свидетельствуют о высоком уровне его загрязнения, что отражается на росте и развитии растений. Установлено [85], что химические вещества снижают прирост и плодоношение древесных и кустарниковых пород, разрушают покровные ткани листьев и хвои, тормозят фотосинтез, нарушают действие ферментов и водный режим растений [72], вызывают суховершинность у деревьев.
Нельзя обойти вниманием и повышенный уровень радиационного риска. Природные источники ионизирующего излучения создают более 2/3 суммарной дозы облучения населения Санкт-Петербурга. Ионизирующая радиация оказывает биологическое воздействие на растения. Пожелтение хвои и листьев древесных пород при радиации - один из важнейших показателей лучевого поражения растительности, он является симптомом повреждения фотосинтетического аппарата. Вначале хвоя меняет окраску с темно-зеленой до оранжево-желтой, затем дерево усыхает. Поражение хвои начинается с нижних мутовок кроны. Интенсивность смены хвои зависит от величины поглощенной дозы, фенологической фазы развития, микроклимата и расстояния до источника облучения [167].
Современные парки и сады Санкт- Петербурга
Высоковольтный генератор (1) вырабатывает пакет импульсов высокой частоты, длительность одиночного импульса - не более 10 мкс. С периодом следования 1 кГц высоковольтный потенциал подается на токопроводящий электрод (2), отделенный стеклом от титанового «тест-объекта» (3). Между «тест-объектом» и электродом существует емкостная связь, благодаря которой высоковольтный потенциал попадает на «тест-объект». Далее напряжение от «тест-объекта» с помощью проводника-электрода (4) подводится к дереву (5), путем введения в ствол дерева на глубину 35-40 мм на высоте 20 см от поверхности земли. Инициированное от тест-объекта газоразрядное свечение (6) регистрируется оптической системой прибора (7) (встроенной аналоговой камерой) и сохраняется в виде изображений формата .bmp на жестком диске ПК. В действии прибор показан на рисунке. 3.12 [64].
Полученные газоразрядные изображения прибора обрабатывали компьютерной программой «Газоразрядная визуализация - научная лаборатория». Фильтрация шумовой компоненты изображений осуществлялась при настройке 100%. Программой анализировались следующие параметры газоразрядных изображений: площадь свечения (пиксели) и средняя интенсивность свечения (относительные единицы). По ним отображались кривые линии состояния деревьев.
Для оценки видового разнообразия древесных растений в городских экосистемах в лаборатории использованы коэффициенты (индексы) сходства.
При этом списки видов могут быть представлены как конечные множества, элементами которых будут составляющие их виды.
В этом случае возможно использование индексов сходства, основанные на качественных данных (присутствие/отсутствие видов в списках.). Поскольку число видов зависит от площади, то в данном случае (как и при рассмотрении иных индексов и проведения иных исследований) следует придерживаться принципа приблизительного равенства территорий. Большинство индексов сходства учитывает положительные совпадения. Их них наиболее часто в биоценологических, фаунистических и биогеографических работах используются индексы Жаккара, и индекс Съёренсена - Чекановского [63].
Эти коэффициенты равны 1 в случае полного совпадения видов сообществ и равны 0, если выборки совершенно различны и не включают общих видов.
Для оценки видового разнообразия зеленых насаждений разных парков Санкт-Петербурга, нами использовались различные индексы видового разнообразия. Индекс видового разнообразия - показатель, характеризующий соотношение между количеством видов в экосистеме и другой характеристикой сообщества: биомассой, численностью, продуктивностью [121]. В настоящее время предложено множество индексов, которые предназначены для оценки биоразнообразия. Нами выбраны часто используемые в биологии индексы Маргалефа, Симпсона, Шеннона-Уивера...
Индекс разнообразия Маргалефа: предложен автором в 1958г., этот показатель (dm) характеризует видовое богатство или плотность видов и выражает отношение числа видов к занимаемой площади или числа видов к общему числу особей [196] и выражается формулой:
Индекс большее 0,2 указывает на необходимость проведения мероприятий по обогащению видового состава насаждений. Обогащение видового состава сообщества соответственно приводит к улучшению санитарно-гигиенических и эстетических функций.
Для проверки точность результатов исследования по методу ГРВ использовали коэффициент вариации. Следовательно, по степени вариации можно судить о границах вариации признака, однородности совокупности по данному признаку, типичности средней, взаимосвязи факторов, определяющих вариацию. Коэффициент вариации (V) - это отношение среднеквадратического отклонения к среднеарифметическому, рассчитывается в процентах [146]:
Статистическая оценка распределения больных деревьев в пределах однородных групп осуществляется с использованием формулы доверительного интервала данных наблюдений с учётом ошибки при альтернативном распределении признаков [94]. где: Rmax - максимальное значение развития усыхания кроны (балл); Rmin минимальное значение развития усыхания кроны (балл); к - коэффициент, соответствующий данному числу учтённых растений (по таблице 3.5). Степень усыхания кроны (развитие) равна: R = (13) где: R: - степень (развитие) кроны (балл); ab сумма произведений числа больных деревьев на соответствующий балл поражений; п - общее число больных (повреждённых) растений.
Репрезентативность выборочных данных о распространённости и развитии болезней и повреждений определяется в пределах P±SP и, соответственноД± т, что соответствует 70% вероятности события.
Видовое разнообразие древесных растений на объектах исследований оценивалось по известным в экологии коэффициентам сходства (Жаккара и Съёренсена - Чекановского), индексам видового разнообразия (Маргалефа, Симпсона, Шеннона-Уивера, Макинтоша), индексу доминирования Бергера -Паркера.
Обработка полевых результатов исследований проведена с использованием стандартной компьютерной программы «СТАТИСТИКА- 6.0». Состояние древесных растений оценивалось с применением прибора TRAVEL, а результаты обрабатывались по специальной компьютерной программе, разработанной автором прибора - Коротковым К.Г.
Оценка состояния древесных растений в современных парках и садах по морфологическим признакам
Исследование состояния древесных растений проведено в парке Сосновка Санкт - Петербурга, который является уникальным уголком города, остатком естественного соснового леса, находящегося в течение последнего столетия под сильнейшим антропогенным воздействием.
Краткая история метода. Итальянские ученые Колли и Фаччинив 1954 г., применив фотоэлектронные установки, открыли слабое свечение растущих корешков злаковых растений. Ростки развивались из семян в стерильной среде в полной темноте. Корешки этих растений испускали световые кванты спонтанно, без всякого внешнего воздействия. Длины волн квантов лежали в видимой области спектра, максимум соответствовал зеленому свету (0,55 мк). Свет испускали также стебли и семена растений, но наиболее интенсивно светились корни. Кроме злаков были исследованы бобовые: у них тоже была зафиксирована биолюминесценция в видимой области спектра [218].
В дальнейшем эти ученые решили подвергнуть исследованию измельченные ткани растений. Приготовлялся так называемый гомогенат — тщательно растертая эмульсия из ткани. Нормальные процессы жизнедеятельности в ней нарушались. Тем не менее, свечение было обнаружено и в этом случае. Для массы раздавленных семян общая интенсивность излучения составляла около 100 тыс. фотонов в секунду из одного грамма гомогената. Такое сверхслабое свечение при обычных условиях не может быть замечено человеческим глазом, но легко улавливаться приборами [218].
Поиски наиболее вероятного субстрата сверхслабого свечения показали, что таким субстратом в организме в первую очередь являются тканевые липиды. Обнаружено, что сверхслабое излучение в видимой области спектра характерно для всех животных и растительных липидов: свободных и связанных липидов органов и тканей живых организмов. Также отмечен ряд закономерностей [143], которые подтверждают, что: свечение жиров действительно сопровождает их автоокисление. свечение возрастают вдвое с повышением температуры на каждые 10 градусов. свечение усиливается при введении в жир как органических, так и неорганических перекисей. сильные ингибиторы свободно-радикальных процессов бета-полол и альфа-нафтол ослабляют свечение в 2-3 раза. Отклонение от нормального уровня свечения как в сторону повышения, так и в сторону понижения характерно для патологических состояний организма и связано с нарушением метаболизма.
С физической точки зрения метод ГРВ основан на стимулировании эмиссии фотонов и электронов с поверхности объекта при подаче коротких электрических импульсов. Иными словами, при помещении в стволах растения электрода, электромагнитное поле с поверхности объекта «вытягивается». Этот процесс называется «фотоэлектронной эмиссией», и он достаточно хорошо изучен методами физической электроники. Эмитируемые частицы ускоряются в электромагнитном поле, порождая электронные лавины по поверхности диэлектрика (стекла). Этот процесс называется «скользящий газовый разряд» [71], который вызывает явление за счет возбуждения молекул окружающего газа, и это свечение как раз и регистрирует метод ГРВ. Таким образом, импульсы напряжения, с одной стороны, стимулируют оптоэлектронную эмиссию, и с другой - усиливают эту эмиссию в газовом разряде за счет формирующегося электрического ПОЛЯ.
При подаче импульса напряжения на электроде возникает электрическое поле, которое «вытягивает» электроны с поверхности объекта. Попадая в воздух, электроны ускоряются в электрическом поле, набирают энергию, но очень быстро сталкиваются с молекулой воздуха. От удара энергичного электрона молекула испускает несколько фотонов и электронов. Остается ион с положительным зарядом. Этот ион очень тяжелый, и в приложенном электрическом поле он практически не двигается. Образовавшиеся электроны, в свою очередь, ускоряются в поле и, столкнувшись с молекулой воздуха, выбивают новые фотоны и электроны. Таким образом, каждый родившийся электрон дает жизнь еще нескольким. Этот процесс называется «лавинное размножение электронов». Образовавшаяся электронная лавина, распространяется по прямой, по силовой линии электрического поля. По мере удаления от дерева поле ослабевает, и на каком-то расстоянии энергии электрона оказывается уже недостаточно для ионизации. Лавина прекращается. За время развития лавины на поверхности стекла остается канал положительного заряда, и к этому каналу с боков притягиваются новые небольшие электронные лавинки, как ручейки стекают в большую реку. Лавина приобретает характерную «волосатую» структуру. В то же время этот канал положительного заряда тормозит «свои собственные» электроны, способствуя прекращению лавин. Распространение электронной лавины сопровождается свечением, которое регистрируется оптической системой прибора газоразрядной визуализации (ГРВ) [177; 209; 212].
В настоящее время исследованием сверхслабой фотонной эмиссии биологических объектов занимается направление под названием «биофотоника». В большом количестве исследований показано, что фотоны эмитируются любыми биологическими объектами, в том числе древесными растениями[178].
Таким образом, однозначно доказано, что все биологические объекты спонтанно испускают фотоны, и эти фотоны участвуют в процессах физиологического регулирования, в основном, в окислительно-восстановительных цепных реакциях. Данные, получаемые при измерении сверхслабых «биофотонов», являются бесценной научной информацией, и они подчеркивают роль электронно-фотонных процессов в функционировании организма. Эти научные результаты являются одним из научных базисов при обосновании физических процессов ГРВ биоэлектрогафии. Программное обеспечение является неотъемлемой частью ГРВ комплекса и только его использование позволяет в полной мере извлекать информацию о биологическом объекте, переносимую электронами и «биофотонами».