Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Состояние вопроса 9
1.1. Изученность структуры лесопарковых фитоценозов России 9
1.2. Выводы по главе 1 21
Глава 2. Природные и экологические условия Санкт-Петербурга 23
2.1. Климатические условия Санкт-Петербурга 23
2.2. Экологическая ситуация Санкт-Петербурга 30
2.3. Выводы по главе 38
Глава 3. Объекты и методика исследований 41
3.1. Объекты исследований 41
3.2. Методика исследований 48
3.3. Выводы по главе 55
Глава 4. Вертикальная и горизонтальная структура фитоценозов курортного лесопарка Санкт-Петербурга 57
4.1. Вертикальная структура фитоценозов Курортного лесопарка Санкт-Петербурга 57
4.2. Горизонтальная структура фитоценозов Курортного лесопарка Санкт-Петербурга 71
4.3 Выводы по главе 85
Глава 5. Антропогенное воздействие на фитоценозы курортного лесопарка Санкт-Петербурга 88
5.1. Рекреационная роль Курортного лесопарка Санкт-Петербурга 88
5.2. Рекреационные фазы дигрессии фитоценозов Курортного лесопарка 92
5.3. Влияние стадий рекреационной дигрессии на состояние компонентов фитоценоза 98
5.4. Мероприятия по повышению устойчивости ландшафтов к антропогенному и техногенному воздействию 107
5.5. Выводы по главе 110
Заключение 113
Библиографический список 118
Приложение 134
- Изученность структуры лесопарковых фитоценозов России
- Вертикальная структура фитоценозов Курортного лесопарка Санкт-Петербурга
- Рекреационная роль Курортного лесопарка Санкт-Петербурга
- Мероприятия по повышению устойчивости ландшафтов к антропогенному и техногенному воздействию
Изученность структуры лесопарковых фитоценозов России
Особенности продукционного процесса в различных горизонтах фитоценоза ориентируются пространственной и функциональной структурой биогеоценоза. Ученые [30, 32] различают вертикальную и горизонтальную структуры. Вертикальная структура - строение сообщества, когда различные ассоциации растений образуют по высоте разные слои, так называемые ярусы. Характеристика горизонтальных структур сформировалась по составу, густоте, накапливаемой массе и интенсивной плоскости [51, 120, 136, 55]. В различие от пространственной структуры, функциональный элемент фитоценоза отображает формы организации биоценоза с отношением его компонентов [26, 48, 62, 63].
В базе дифференциации биогеоценоза лежит разнородность строения его автотрофной части. Тем более свойственна разнородность этой части для разновозрастных древостоев, которые выделяются разнообразием элементарных единиц вертикального и горизонтального строения [106]. Пространственная структура фитоценозов отличается своей структурой по составу, строению и совокупность связей характеризуется важную роль в природной экосистеме. В структуре фитоценозов является вертикальная и горизонтальная тесно связана по видимому растение форм жизни [75, 81]. Рассматривая структуру фитоценоза как синоним состава, необходимо помнить об экологических критериях местообитаний растений, которые характеризуются большим видовым составом в подходящих критериях произрастания, а в экстремальных - флористическое многообразие растений миниатюризируется [18, 21].
Уровень модификации характеристик локального климата ориентируется массой фотосинтезирующих органов в любом горизонте вертикального профиля и суммарной поверхностью листьев [44, 132]. Установлено [44, 132], что вертикальная структура фитоценозов тесно связана со стратификацией фитомассы лесных насаждений в дифференциации микроклиматических условий. Доказано [30, 86], что горизонтальные структуры фитоценозов с максимальным содержанием ассимилирующих органов растений имеют самые большие амплитуды колебаний показателей микроклимата. В лесоводственной науке в течение нескольких веков утвердились такие понятия как «полог», « ярус», «поколение» и «элемент леса». Эти понятия можно отнести к прооблику морфологической структуры вертикального профиля фитоценоза. Расчленение насаждений в лесной таксации приостановилось на составляющей леса, теоретическую основу и практическое использование которой разработали данные лесоводы [56, 131, 19, 89]. Структура фитоценозов надземных органов (толщина) разделяется на яруса, которые являются главной категорий вертикального их расчленения. По В.Д. Александрову [2] ярусная структура фитоценозов обособлена от других элементов биогеоценоза и является морфологически, экологически и в фитоценотическом отношении различной.
Любые яруса есть взаимоотношения между растениями с компонентами леса и частью среды распространения фитоценозов, в которой они существуют [48, 125, 57]. Ярус по Бузыкину [18] это часть структуры фитоценоза, между слоями которой больше или же наименее внятно приурочены ассимилирующие листьями и стебельками растения, или абсорбирующие и запасающие корни, корневища, клубни, луковицы и другие органы. Древесный ярус называют главным, а остальные яруса - второстепенным. В главном ярусе выделяют древесный слой [32, 72]. Дело в том, что именно в данных понятиях есть неопределенные и расплывчатые определения, они практически исключат внедрение каких-либо формальных количественных подходов к описанию и анализу конкретных природных явлений [131, 117].
Беклемишев В.Н. в своей работе [10] приводит графики вертикального рассредоточения лесоводственных характеристик различных фитоценозов. Данные о вертикальной структуре фитоценозов постепенно учеными накапливаются и позволяют в дальнейшем ориентироваться в их растущем многообразии. В связи с этим Василевич В.И. [22] предложил новый способ количественного выражения вертикальной структуры фитоценозов, который позволяет после обработки и обобщения данных пробных площадей отобразить связь между высотой растений, протяженностью их крон и другими лесоводственных характеристик, которые связаны с дифференциацией растительного сообщества по вертикали.
По В.Н. Сукачеву [96] структура фитоценозов разделяется по вертикальной 2 - 3 яруса с древостоями и подлесоками, травяно-кустарничковыми покровами. Для выделения ярусов в таежных лесах нужно принимать во внимание связи между морфологическими и экологическими и фитоценотическими. Это метод является основным базовым, которым много авторов использующих для определения составляющих компонентов леса [68, 94, 21, 139]. Ярусы - главные большие единицы вертикальной структуры фитоценозов, которые резко отграничиваются друг от друга габитусами (размерами) растений. Кроме того, ярусная структура фитоценозов выделяется экологически и соответственно выполнять различную роль в лесной экосистеме [5, 8]. Latham P.A. [131] предложил интересный подход для оценки вертикальной структуры древесного полога. При исследовании структурной организации полога по вертикали ученый рекомендует спользовать «коэффициент заполнения», под которым он понимает количество особей вида на единице площади, владеющих исследуемым функциям фитоценоза. Эти функции могут выполнять растения различных семейств, но со схожими морфометрическими характеристиками: присутствие здоровых побегов конкретного возраста, количество сучьев в мутовке и максимальный возраст хвои.
Сложность горизонтальной структуры лесопарковых фитоценозов в значимой степени определяют факторы: микрорельеф территории, разновозрастность древостоя и неравномерное распределение растений по площади. Горизонтальная структура травяно - кустарничкового и мохово лишайникового ярусов усложняется от низкопродуктивных - к высокопроизводительным типам местопроизрастаний. Границы парцеллярных структур чаще всего проявляются во всех лесорастительных условиях [96].
Дылис Н.В. при исследованиях [32, 33] заключает, что различия между парцеллами одного фитоценоза с наружными признаками и характеристиками оказываются нередко основными при материально - энергетических обменных процессах. Мозаичность фитоценозов в условиях интенсивной рекреации часто нарушается наличием кострищ, стихийными местами отдыха и скоплениями несанкционированных свалок и мусора от отдыхающих. В этих условиях в горизонтальной структуре фитоценоза появляются производные парцеллы локальные очаги особых экологических условий [36, 86, 114, 29]. Парцеллярная структура в лесных биогеоценозах, в первую очередь, формируется в зависимости от светового режима под пологом насаждения и средопреобразующего влияния пород древесного яруса [85]. Парцеллярная структура проявляется в консортивных связях в биогеоценозе. Важное внимание представляют консорции, в которых детерминантами выступают ель европейская (Picea abies L.) и сосна обыкновенная (Pinus sylvestris L.), несмотря на произрастание их в различных лесорастительных условиях. Если детерминанты подвергаются влиянию отрицательных факторов, например, рекреация, вредители и болезни, то консортивные связи ослабляются и часто нарушаются [85].
Между отдельными парцеллами имеется различие в освещенности и в водном режиме условий местопроизрастания [50, 51, 94]. Атмосферные осадки, проникающие через полог хвойных пород на почву, имеют больше кислую реакцию, чем в лиственных древостоях. Биогеоценотические парцеллы различаются также по запасу лесной подстилки, величине опада и его фракционному составу. Обстоятельства разложения лесной подстилки в различных по составу парцеллах неоднородны [20, 26, 133]. Повторяющиеся пятна в горизонтальной структуре растительного покрова, выделяются различным видовым составом растений и их количественным соотношением, вызванного фитоценотическими причинами [114].
По предложению Банникова И. А. [9] одним из перспективных аспектов в развитии теории горизонтальной структуры фитоценозов считается концепция фитагенного поля. Автор показывает, что сферы влияния каждой особи в пространстве определяются их плотность (густотой), типом распространения деревьев по территории и теснотой связи между видами растений и их жизненными формами. Возрастная структура древостоя не только определяет характеристику горизонтальной структуры фитоценозов, но и детерминирует ярусную структуру всей растительности. Геометрическая форма парцеллы, затеняемой пологом древостоя, очень условна и меняется со временем [9, 13, 118]. В связи с целями и задачами изучения структуры фитоценозов учеными [33, 96] предложено выделять разные единицы пространственной структуры. Такими единицами являются: биогруппы, микрогруппировки, ценоячейки и элементарные группы деревьев, последние - используют более широко. Любая из перечисленных единиц пространственной структуры довольно широко используется в лесоводственной и геоботанической литературе. Замечены лесоводами особенности формирования и функционирования пространственной структуры, которая свидетельствует о сложной организации фитоценозов [87, 122].
Вертикальная структура фитоценозов Курортного лесопарка Санкт-Петербурга
Вертикальная структура фитоценозов обусловлена тем, что произрастающие в нем растения имеют неодинаковую высоту, а их корневые системы проникают в почву на разную глубину. В результате фитоценоз расчленяется в вертикальном направлении на отдельные более или менее отграниченные друг от друга слои – ярусы, что приводит к более полному использованию растениями ресурсов местообитания [96, 22].
В лесопарке преобладают хвойные средневозрастные древостои естественного происхождения. Почти половина площади лесопарка занята сосновыми, треть – еловыми, а остальная часть – березовыми фитоценозами и водной поверхностью. Вертикальная структура фитоценозов Курортного лесопарка образована отдельными его элементами, особыми слоями, которые в лесоведении называются ярусами, что приводит к более полному использованию растениями условий местообитания. Автор в своих исследованиях выделил в Курортном лесопарке следующую вертикальную структуру фитоценозов:
1) древостой, или древесный ярус;
2) подлесок, или кустарниковый ярус;
3) живой напочвенный покров, разделенный на 2 яруса: травяно кустарничковый и мохово-лишайниковый (рисунок 4.1).
Древостой – это совокупность деревьев, являющихся основным компонентом лесного фитоценоза. Он характеризуется рядом признаков. Форма древостоя характеризует вертикальную структуру. Она бывает простой, когда древостой представлен одним ярусом, и сложной, состоящей из двух и более ярусов. Как правило, простые древостои формируются на бедных почвах, а сложные – на богатых, которые отвечают требованиям многих древесных пород [33]. В Курортном лесопарке преобладают простые древостоя, в составе которых встречаются следующие древесные растения (табл. 4.1).
Лесообразующими породами в лесопарке являются: сосна обыкновенная (Pinus sylvestris L.), ель европейская (Picea abies L.), берёза пушистая (Betula pubescens Ehrh.) и осина (тополь дрожащий) (Populus tremula L.), которые занимают соответствующую долю покрытых лесом земель: 46,6%; 14,5%; 31,1 %; 4,7% (рис. 4.2).
Такие породы, как ольха чёрная (Alnus glutinosa (L.)Gaertn) и серая (Alnus incana (L.) Moench), занимают 2,4% площади лесопарка. На другие породы: лиственницу европейскую (Larix decidua Mill), липу крупнолистную (Tilia platyphyllos Scop), ясень обыкновенный (Fraxinus excelsior L.), дуб черешчатый (Quercus robur L.) и клён остролистный (Acer platanoides L.) приходится 1% покрытых растительностью лесных земель Курортного лесопарка. Это породы искусственного происхождения, которые вводились в посадки лесопарков Санкт-Петербурга с момента создания лесопарковой зоны Ленинграда [10]. Древостои второго класса бонитета преобладают по площади и занимают 49.3% (табл. 4.2, рис. 4.3). Насаждения III класса возраста занимают 31% лесопокрытой площади, IV класса – 16% и V класса возраста 23%. Такая возрастная структура древостоев, позволяет сделать заключение, что насаждения III-V классов возраста, занимающие 70% лесопокрытой площади Курортного лесопарка, появились в послевоенный период на местах вырубок и гарях периода Великой Отечественной войны [11]. Молодняки составляют 6%, спелые и перестойные –24% покрытой лесом площади. Средний возраст древесных растений Курортного лесопарка приведен на рис 4.4.
Наибольший запас древесины характерен для преобладающих пород: сосна обыкновенная (Pinus silvestris L.), Ель европейская Picea abies L., Берёза пушистая Betula pubescens Ehrh., осина Populus tremula L. (табл 4.3). Малый запас древесины имеют породы, введенные человеком искусственно для декоративных целей: ясень обыкновенный (Fraxinus excelsior L.), клён остролистный (Acer platanoides L.), липа мелколистная (Tilia cordata Mill). Распределение средних запасов фитоценозов по возрастным группам древесных растений за последние 10 лет существенно не менялось. По приведенным данным можно отметить, что лучшими показателями по соотношению занимаемой площади и среднему запасу, обладают хвойные и лиственные породы естественных мест обитания (рис. 4.6). Породы, искусственно введенные в посадки человеком, занимают малые площади и, соответственно, запас древесины.
Коренными фитоценозами в Курортном лесопарке являются древостои с преобладанием сосны и ели. Лиственные насаждения появились в результате смены пород после сплошной рубки хвойных пород до существования лесопарковой зоны Ленинграда [14]. Древесный ярус фитоценозов района исследований представлен следующими древесными растениями в следуюом рисунке.
Рекреационная роль Курортного лесопарка Санкт-Петербурга
Лесопарк являются категорией лесов рекреационного назначения, которые используются для различных видов кратковременного отдыха: прогулочного, спорта, отдыха у водомов, рыбной ловли, сбора грибов и ягод. Курортный лесопарк занимает центральную часть Карельского перешейка. Лесопарк отличается от леса по использованию, структурному построению и хозяйственной деятельности. Все лесоводственные мероприятия в лесопарке направлены на повышение санитарно-гигиенических, рекреационных и эстетических достоинств фитоценозов, а получение древесины не имеет значения. В лесопарке проводятся следующие лесоводственные мероприятия: рубки формирования ландшафтов (ландшафтные рубки), санитарно-выборочные рубки, лесопарковые посадки различных типов, охрана и защита леса. Лесопарк отличается от парка большей площадью по сравнению с территорией городского объекта озеленения. В лесопарке специалисту оперировать приходится не с отдельными деревьями или группами деревьев, а с большими площадями, покрытыми древесной растительностью. При оценке лесопарковых древостоев необходимо учитывать их таксационные показатели, ибо в одних случаях они могут быть измененными в процессе строительства лесопарка, в других случаях это сделать будет невозможно. Лесоводственные мероприятия можно изменить структурный облик молодых и средневозрастных древостоев, в меньшей степени поддаются изменениям приспевающие древостои и совсем не поддаются спелые. Поэтому в каждом конкретном случае следует находить наиболее приемлемое композиционное решение, отвечающее биологическим особенностям древесных пород и в то же время необходимо сохранить естественный характер лесопаркового ландшафта. К лесопаркам относят насаждения, которые используют для отдыха, туризма, выполняют оздоровительные, познавательные, санитарные и биосферные функции. Это рекреационные леса, сосредоточенные вокруг мегаполисов, населенных пунктов, промышленных центров и служащие местом отдыха для жителей.
В лесопарке выделять зоны: активного отдыха, прогулочно оздоровительную, мемориальную, административно-хозяйственную. Зона активного (массового) отдыха предусматривает лесную рекреацию (без ночлега) и включает: 1) массовый пляж (береговая полоса шириной не менее 30 м, не обрывистая, песчаная или с легкими почвами), площадь которого определяется из расчета 20 м2 на 1 человека, автостоянку, камеры хранения, пункты выдачи инвентаря, буфеты, медицинские посты, навесы от дождя. При планировке учитывают, что расстояние между входами в лесопарк и пляжем должно быть кратчайшим; 2) базу отдыха с павильоном легкого типа, где имеется необходимый инвентарь, буфет, медицинский пункт, телефон; 3) авто-, мото- и велостанцию; 4) спортивные и игровые площадки; 5) пункты рыбной ловли; 6) дорожно-тропиночную сеть [3]. Виды пользования лесными участками могут быть изменены принимаемыми нормативными правовыми актами Правительством Санкт-Петербурга, в связи с разрабатываемыми положениями об особо охраняемых природных территориях, расположенных на землях городских лесов Санкт-Петербурга. Для лесопользования Курортный лесопарк разделен на различные рекреационные зоны (табл. 5.1).
Парки занимают лишь 3.2%, а лесопарки составляют 45% от общей площади Курортного лесопарка, а остальное - зоны интенсивного и умеренного посещения. Распределение отдыхающих по территории лесопарка неравномерное, в результате и рекреационные нагрузки различные, которые колеблются от 1 до 60 чел./га. Наиболее интенсивно посещаются горожане лесопарки, расположенные вблизи путей транспорта: Осиновая роща, Юкки, Разлив. Пригодная для отдыха площадь составляет 63% , а остальная - не пригодна для рекреации из-за заболоченности территории, отсутствия дорожно-тропиночной сети и благоустройства (рис.5.1)
Насаждения Курортного лесопарка используются для различных видов кратковременного отдыха: прогулка по лесу, занятие спортом, отдых у водоёма, рыбная ловля, сбор грибов, ягод и лекарственных растений. В зимнее время лесопарковые массивы используются для лыжных прогулок. Особенно благоприятным местом для этого вида отдыха является парк «Осиновая роща», где имеется сильно пересечённый рельеф, который способствует развитию лыжного спорта. Озёра служат местом активного отдыха, купания, рыбной ловли. Общая посещаемость древесных массивов Курортного лесопарка достигает в летние выходные дни 45-50 тыс. человек [71], поскольку хорошо развита инфраструктура лесного фонда, которая приведена в таблице 5.4.
Инфраструктура Курортного лесопарка соответствует нормативу, за исключением мелиоративной сети и противопожарных разрывов. Поскольку эти элементы инфраструктуры снижают развитию туризма поэтому они не развиваются. В Курортном лесопарке из объектов, не связанных с созданием лесной инфраструктуры имеются: трассы линий электропередачи протяженностью 145,6 км, телефонная линия – длиной 4,7 км, трасса газопровода – 53,6 км и прочие трассы – 130,3 км
Мероприятия по повышению устойчивости ландшафтов к антропогенному и техногенному воздействию
Система мероприятий, проводимых в лесопарках, определяется целями и задачами формирования ландшафта лесопарка, а также спецификой ведения хозяйства, заключающейся в благоустройстве территории при одновременном сохранении природных ландшафтов и лесной среды объекта. Как правило, мероприятия, направленные на формирование ландшафта лесопарка в целом, его функциональных зон и составляющих зоны насаждений, проводят в течение длительного периода, практически на протяжении всего времени существования лесопарка. Все разнообразие мероприятий можно объединить в две группы: организационные мероприятия и хозяйственные мероприятия на лесных землях и в древостоях.
Организационные мероприятия. Основной задачей ведения лесного хозяйства в рекреационных лесах, кроме проведения лесоводческих мероприятий, являются меры по строительству подъездных путей, прокладке пешеходных троп и туристских маршрутов, обустройство мест отдыха, спортивных площадок, стоянок для автомашин и другие. Для снижения предельных норм нагрузок необходимо регламентировать посещаемость фитоценозов населением, разъяснять правила поведения в лесопарке, вводить ответственность за их нарушение. Организационная группа мероприятий включает: выделение функциональных зон в лесопарке, составление локальных проектов благоустройства, планирование мест отдыха и другие. В Курортном лесопарке минимальное число зон отдыха должно быть не менее двух. Это зона ограниченного движения рекреантов в лесопарке, в которую должны быть включены биогеоценозы трех последних фаз дигрессии и участки, расположенные вдоль прогулочных троп и дорог. Вторая зона свободного пользования. При детальном зонировании территории лесопарка количество функциональных зон может доходить до д пяти: 1) санитарно – гигиеническая зона, в которой допускаются ландшафтные рубки; 2) парковая с особым режимом ведения хозяйства; 3)зона активного отдыха 4)мемориальная зона отдыха с познавательными целями; 5) резерваты (заказники) с охранной зоной вокруг их.
Основу организационной группы мероприятий составляет воспитательно профилактическая работа среди населения. Решающим в сохранении и повышении устойчивости лесных биогеоценозов является качественное и своевременное проведение организационных мероприятий. Для этого надо постоянно изучать рекреационные потребности петербужцев, чтобы не допускать стихийного скопления отдыхающих на интересных с точки зрения биогеоценоза местах. Это достигается в первую очередь правильным размещением автостоянок. Места для них выбираются на возвышенных элементах рельефа, с легкими глубокими почвами среди лиственных насаждений. При вытоптанной площади более 5%, надо создавать регулярную дорожно- тропиночную сеть, которая должна учитывать направление стихийных троп. Тропиночная сеть – главное средство рассредоточения отдыхающих в комфортные участки лесопарка.
Тропы следует направлять в места с наиболее выраженным рельефом, чтобы они уводили отдыхающих на холмы, в средневозрастные сосновые древостои и в разные типы леса. Прогулочные тропы должны создавать непрерывные кольцевые маршруты различной протяженности, чтобы отдыхающие возвращались к одному и тому же месту и без боязни заблудиться. В топких местах, трясинах и в фитоценозах с сырыми почвами необходимо провести лесоосушительные работы. При этом мелиоративную сеть каналов, по возможности, надо направлять вдоль будущих маршрутов отдыхающих. В интересных местах следует создавать смотровые площадки через 0,5-1,0 км, устраивать временные мусорные ямы. В пляжной зоне, на видовых точках, у дорог и троп необходимо устанавливать декоративные беседки и лесную мебель. Опыт показывает, что отдыхающие запоминают эти места и возвращаются к ним довольно часто.
Лесоводственные мероприятия. Система хозяйственных мероприятий должна обеспечить охраны и защиту лесопарковых фитоценозов и соблюдение правил лесопользования в культурно-оздоровительных целях, улучшение их биологического и лесоводственного состояния, создание условий, обеспечивающих существование и нормальное развитие максимального числа видов растений и животных, свойственных данному району исследований. Чем больше количество видов представлено лесопарковом насаждении или на его отдельных участках, свойственных биогеоценозам лесопарка, тем выше устойчивость его к отрицательным воздействиям. Основными по сохранению и поддержанию устойчивости насаждений в лесопарках являются мероприятия, позволяющие сохранить природные свойства лесопарка. Путем мер содействия естественному лесовозобновлению, а если это не удается, то искусственным методом создавать насаждения из долговечных видов, которые в отдельных случаях в молодняках могут быть представлены в виде примеси среди быстрорастущих декоративных пород (например, сосна среди березы). Введение экзотов должно быть ограничено, чтобы не разрушались черты местной природы. Формирование состава древостоя путем ландшафтных рубок должно быть основным мероприятием в Курортном лесопарке. Важной по значимости мерой должно быть создание II яруса и уплотнение подлеска для создания куртинно-группового характера насаждений. В рекреационных лесах возрастает роль противопожарных и биотехнических мероприятий. В молодняках практиковать развеску искусственных гнездовий. Поскольку большинство птиц гнездятся на земле или в низких кустарниках, необходимо оставлять дуплистные деревья, древостои формировать с плотнокуртинным расположением деревьев, сохранять подрост, подлесок, живой напочвенный покрова. Вокруг подроста и наиболее декоративных жизнеспособных групп деревьев не ближе 2м от крайних стволов высаживаются в три ряда на расстоянии 0,5-0,8м друг от друга плотные кустарники, что будет способствовать гнездованию мелких насекомоядных птиц. На участках с IV-V фазами дигрессии рыхлить почву на глубину 8-15 см, а корни растений засыпать слоем лесной почвы или привезенным торфом толщиной 5-10 см, вносить минеральные удобрения.