Содержание к диссертации
Введение
1 Современное состояние вопроса 10
1.1 История и проблемы озеленения г. Воронежа 10
1.2 Состояние древесных растений в условиях городской среды и наиболее значимые патологии 15
2 Оценка природных условий района исследования для целей озеленения 30
2.1 Климатические ресурсы 30
2.2 Рельеф и почвы 34
2.3 Гидрография и гидрология 37
2.4 Урбаноэкологические условия г. Воронежа 39
3 Программа, объекты и методика исследований 42
3.1 Программа работ 42
3.2 Объекты и объем исследований 44
3.3 Методика исследований 47
3.4 Усовершенствование методики оценки состояния дерева по внешним патологическим признакам 54
4 Сравнительная оценка состояния интродуцированных и аборигенных древесных видов в зеленых насаждениях 62
4.1 Характеристика основных интродуцированных и аборигенных видов деревьев в городских посадках 62
4.2 Патологическое состояние аборигенных и интродуцированных древесных видов в разных типах посадок 76
4.3 Степень дигрессии и устойчивость городских насаждений 90
5 Особенности патологического состояния насаждений г. Воронежа 95
5.1 Сравнительная оценка состояния внутригородских насаждений и пригородных зеленых зон с участием аборигенных видов деревьев 95
5.2 Патологическое состояние городских посадок по административным районам 99
6 Влияние лимитирующих факторов на городские насаждения с участием интродуцированных и аборигенных видов 107
6.1 Влияние биотических факторов 107
6.2 Влияние абиотических факторов 112
6.3 Влияние антропогенных факторов 119
6.4 Содержание тяжелых металлов в различных видах деревьев в городских посадках, их патологическое значение 127
7 Перспективность интродуцированных древесных видов для городских посадок 136
7.1 Перспективность интродуцентов в городских посадках 136
7.1.1 Экологическая продуктивность 136
7.1.2 Перспективность древесных видов 138
7.1.3 Характеристика перспективности отдельных видов 140
7.2 Экономическая оценка предлагаемых мероприятий 152
Выводы и рекомендации 160
Заключение 164
Список литературы 165
- Состояние древесных растений в условиях городской среды и наиболее значимые патологии
- Урбаноэкологические условия г. Воронежа
- Усовершенствование методики оценки состояния дерева по внешним патологическим признакам
- Патологическое состояние аборигенных и интродуцированных древесных видов в разных типах посадок
Состояние древесных растений в условиях городской среды и наиболее значимые патологии
В 1786 году в Воронеже был построен очередной мост через реку, а через пойму устроена высокая дамба длиной в семьсот сажень (1400 м), которая с двух сторон была обсажена ивами [1].
В 1800 году была опубликована книга первого историка Воронежского края Е. Болховитина «Историческое, географическое и экономическое описание Воронежской губернии», в которой он свидетельствует о том, что к концу XVIII века Воронеж простирался на четыре версты вдоль правого берега одноименной реки, в нем было более 15000 жителей и 3200 домов, которые «стояли не вплотную друг к другу, а перемежались купами деревьев». К тому времени фруктовые сады занимали в городе целые кварталы. Много фруктовых деревьев росло на склонах, а внизу, вдоль реки, росли ивы [28, 59].
Озеленение города играло важную роль на протяжении всей истории существования города, т.к. зеленые насаждения выполняют средообразующие, средозащитные, архитектурно-планировочные и санитарно-гигиенические функции [50].
Памятники архитектуры культового характера дают неисчерпаемый материал для работы архитекторов и ландшафтных дизайнеров. Установившийся канон, архитектурный стиль оказывали влияние на планировочное решение территории, запроектированной в соответствии с законом гармоничной уравновешенности архитектурных форм. Геометрическая пропорциональность частей и общего православных храмов, ясность, простота влияли на методы и способы озеленения [25, 66].
Непрерывное преобразование стало естественной формой существования и развития центра Воронежа. Текущее строительство должно вестись с учетом сложившейся планировочной структурой старой части города, формирующей вместе с памятниками архитектуры неповторимый облик Воронежа. Характерный ландшафт формируется исторически сложившимися пространственными связями композиционных акцентов, сохраненных, восстановленных и объединенных зелеными массивами. Лучшее использование старых зданий, как известно, -использование в соответствии с первоначальным назначением [25].
Сады и парки Воронежа имеют свою долгую историю развития. Парковый массив непрерывно проходил через весь город. В городские парки естественным образом входили сады. Знаменит был сад казенной женской Мариинской гимназии (парк Дома офицеров), женской прогимназии (сейчас на этом месте врачебно-физкультурный диспансер по ул. Фридриха Энгельса), сад Семейного собрания, сад Путевого дворца, сад губернатора, сад за гостиницей «Бристоль», сад Эрмитаж [49, 116].
Самым крупным садом внутри города был Городской сад (Первомайский сад). Между проспектом Революции, улицами Фридриха Энгельса и Феоктистова расположен Первомайский сад, устроенный в конце 1840-х г. как городской сад. В саду было много небольших построек: ресторан, летний театр, кегельбаны и бильярдный зал, ротонда для духового оркестра и кумысное заведение [48, 59].
Один из самых старых парков – нынешний район стадиона «Динамо». В 1844 году был заложен в нем питомник, в котором выращивались саженцы для всех садов и парков города. Сегодня он носит название Центрального парка г. Воронежа. Парк представлял собой своеобразный лесной массив с сочетанием участков естественной растительности и интродуцентов. Во время Великой Отечественной войны он сильно пострадал, но некоторые древесно-кустарниковые породы сохранились. На территории объекта проводились различные праздничные мероприятия, устраивались городские выставки. На сегодняшний день Центральный парк города нуждается в реконструкции [28].
Существовали в старом Воронеже и сохранились несколько видоизмененными центральные скверы - Петровский и Кольцовский [41]. Петровский сквер занимает небольшой участок на пересечении проспекта Революции и улицы Степана Разина. В 1860 году на площади, носившей имя великого российского императора Петра I, был воздвигнут памятник и вокруг него разбит небольшой сквер. В 1868 году произошло открытие памятника поэту А. Кольцову, созданного архитектором А. Трискорни. С тех пор безымянный сквер получил название Кольцовского. Во время Великой Отечественной войны сквер, как и весь город, сильно пострадал, но со временем был восстановлен и снова стал излюбленным местом отдыха горожан. Кольцовский сквер является памятником природы. В Воронеже существовал уникальный сад – сад легендарного циркового клоуна – А. Дурова. Его называли садом «чудес», т.к. среди диковинных растений была организованна уникальная, сказочная жизнь, напоминающая чем-то Диснейленд [66]. Фруктовые сады чаще всего располагались в отдалении от центра города, в его слободах и по берегам реки. Во второй половине XX века были созданы парки «Танаис», «Дельфин», «Алые паруса», парк «Патриотов», парк «Авиастроителей» [68].
С развитием строительства в Воронеже зеленые насаждения мозаично распределяются среди городской застройки, а исторические парки и скверы нуждаются в реконструкции [70].
В настоящее время темпы проектирования и реконструкции зеленых зон Воронежа значительно отстают от темпов жилищного строительства. Наблюдается значительная нехватка благоустроенных и озелененных мест отдыха населения города. В последнее десятилетие фигурирует тот факт, что, к примеру, площадь внутригородских зеленых насаждений в центральной части города по приблизительным подсчетам уменьшилась в 6 раз. Проблему нехватки обеспечения зелеными массивами решили с помощью присоединения к черте города окрестных массивов, которые непосредственно граничат с близлежащими городскими микрорайонами, за счет чего обеспеченность на одного жителя площадью зеленых насаждений повысилась с 5.2 до 10.0 м2 [95, 112].
Урбаноэкологические условия г. Воронежа
Конечным результатом обдира (площадью более 1/3) и ошмыга (площадью более 1/3 диаметра ствола) могут быть: заражение грибными инфекциями, в скрытой или открытой форме, образование комлевого дупла, при которых потребуется комлекс санитарно-защитных и при фатальности реконструктивных мероприятий. Ошмыги и обдиры на стволе площадью 1-3 дм также могут подвергаться заражению грибными инфекциями, но при этом требуется проведение мелиоративных мероприятий.
Произведенную дифференциацию патологических признаков можно использовать при планировании санитарно-защитных, мелиоративных и реконструктивных мероприятий. Характеристика основных интродуцированных и аборигенных видов деревьев в городских посадках
Исторически сложившаяся система озеленения Воронежа представляет собой в основном бедные по видовому составу насаждения с преобладанием приспевающих и спелых древостоев (Таблица 4.1).
Основные таксационные показатели наиболее распространенных видов деревьев в городских посадках г. Воронежа Порода Среднийдиаметрствола на 1.3 Возрастнаягруппа,лет Диапазон высот, м Числодеревьев,шт.
На основании данных таблицы 4.4 можно сделать вывод, что наиболее насыщенным озелененными территориями является Центральный район. (186,7 га). Исходя из исторически сложившейся планировки города, площади зеленых насаждений в других районах имеют ощутимо меньшие размеры.
Обеспеченность зелеными насаждениями общего пользования районов города Воронежа [46] Из данных рисунка 4.2 видно, что наиболее обеспеченным в зеленых насаждениях общего пользования является Центральный район Воронежа (20,5 м2/чел). Наименее озелененным является Коминтерновский район (1,9 м2/чел).
На объектах исследования представлено восемь видов деревьев (в уличных и парковых посадках), из которых шесть видов являются аборигенными (тополь белый, липа мелколистная, клен остролистный, ясень обыкновенный, вяз гладкий и береза повислая) и два вида - интродуцентами (каштан обыкновенный конский, тополь пирамидальный) [155].
При анализе устойчивости, долголетия и жизнеспособности интродуцентов мы изучили биологические особенности каждого вида [18, 47, 73, 77, 101, 166]. Характеристика интродуцентов представлена в таблице 4.5. Таблица 4.5 – Характеристика интродуцентов на исследуемых маршрутах Вид растения Категория посадок Родина Биологические особенности Каштан конский обыкновенный Aesculus hippocastanum L. Уличные посадки Парковые посадки Балканы Морозостоек, требователен к плодородию почвы, теневынослив, требователен к влажности почв и воздуха, дымогазоустойчив
Вяз приземистый Ulmus pumila L. Уличные посадки Парковые посадки Забайкалье Северная Монголия Корея Светолюбив, нетребователен к богатству почвы и содержанию влаги в ней, засухоустойчив, быстрорастущий, газоустойчив
Клен ясенелистный Acer negundo L. Парковые посадки Северная Америка Морозостоек, быстрорастущий, светолюбив, не требователен к почвам, влаголюбив, недолговечен, дымогазоустойчив
Тополь пирамидальный Рopulus pyramidalis Borkh. Уличные посадки Парковые посадки Афганистан Малая Азия Зимостоек, быстрорастущий, почвам не требователен, газоустойчив
Ива плакучая вавилонская Salix babilonica L. Уличные посадки Центральн ый и Северный Китай Быстрорастущая, светолюбива, требовательна к почвам – предпочитает свежие и достаточно влажные, влаголюбива, ветронеустойчива, дымогазоустойчива
Интродуценты используются большей частью в уличном озеленении, в парковом озеленении доминируют местные виды. Процентное соотношение видового состава древесных видов Центрального района представлено на рисунке 4.3.–Разнообразие видов деревьев в Центральном районе города (%) Анализ полученных данных по обследованию улиц Коминтерновского и Советского административных районов города показал, что максимально задействованными в озеленении являются клен остролистный (Acer platanoides L.) (37%) и тополь пирамидальный (Рopulus pyramidalis Borkh.) (38%) (Рисунок 4.4). В Коминтерновском районе исследуемыми маршрутами стали улица Солнечная и проспект Труда. На этих маршрутах был выявлен состав интродуцентов (тополь пирамидальный) и местных видов (4 вида – тополь белый, береза повислая, клен остролистный, липа мелколистная). Максимально задействованным видом местного происхождения в озеленении на данных маршрутах является клен остролистный (37,4%), интродуцированного – тополь пирамидальный (38,2%).
Усовершенствование методики оценки состояния дерева по внешним патологическим признакам
Нормирование тяжелых металлов в древесных насаждениях города является одним из неотъемлимых показателей экологической оценки состояния крупного промышленного города. Древесные виды в данной обстановке выступают как биоиндикаторы окружающей среды. Превышение предельно допустимых концентраций тяжелых металлов в тканях дерева ведет к его угнетению, утрате декоративных качеств, и как следствие, к отмиранию растения [110, 179].
К «тяжелым металлам» относят химические элементы, обладающие свойствами металлов. Медь, цинк, марганец, никель и др. физиологи позиционируют их как «микроэлементы» [65], поэтому понятия «тяжелые металлы» и «микроэлементы» одинаково употребимы.
В ходе различного рода исследований нужно учитывать и обязательно разделять источники поступления тяжелых металлов в окружающую среду. Все источники тяжелых металлов разделяют на две большие группы: естественные (природные) и техногенные [69]. В условиях городской среды на первое место выходят именно техногенные источники загрязнения тяжелыми металлами. Относя Воронеж к городам с сильным загрязнением атмосферного воздуха, основными источниками атмосферного загрязнения мы определяем тепловые электростанции (27%), выхлопы автотранспорта (13,1%), а также предприятия по добыче и изготовлению строительных материалов (8,1%) [99, 110, 183].
Почвы в Воронеже поглощают большие дозы загрязняющих веществ: соли в зимнее время для ускорения снеготаяния, тяжелых металлов и т.д. К числу малоизученных относится вопрос о распределении тяжелых металлов в почвенном покрове и об аккумуляции их растениями в зависимости от различных экологических факторов [165, 186].
Загрязнение тяжелыми металлами почвы наиболее опасно, так как накопление тяжелых металлов происходит быстро, а выводятся они из почвы крайне медленно [45]. Например, период полуудаления цинка составляет несколько сот лет, кадмия - до тысячи, меди – полтора века, а свинца -несколько тысячелетий [148, 169].
Среди химических веществ, попадающих в почву из выбросов, сбросов, отходов (Таблица 6.8) имеются тяжелые металлы, которые относят к 1,2 или 3 классам опасности [171].
Ухудшение качества водной среды напрямую связано с деятельностью человека. Тяжелые металлы, содержащиеся в промышленных и бытовых сточных водах, поступают в реки, озера, водохранилища [187]. Несомненно, на качество поверхностных вод оказывает прямое воздействие и рост населения крупных городов. Воронежское водохранилище среди поверхностных водных объектов Воронежской области является одним из самых загрязненных. Удаление вредных примесей из водного и воздушного бассейнов происходит в результате самоочищения. Нарушение экологического равновесия вследствие первичного загрязнения влечет усугубление неблагоприятной ситуации [11, 184]. Исследования ученых разных стран, проведенные на древесных растениях, показали, что тяжелые металлы накапливаются в органах растений и по их содержанию можно оценить экологическую обстановку городов. Накопление тяжелых металлов в органах растений происходит как за счет диффузии, так и за счет связывания тяжелых металлов или их растворимых солей в менее подвижные комплексы с белками, дубильными веществами и др. [157, 180]. По процентному содержанию золы, в состав которой входят тяжелые металлы, можно судить об экологическом неблагополучии той или иной территории. При этом ответственным моментом является выбор растений – биомониторов. Эти растения должны быть достаточно устойчивыми к загрязнителям атмосферы, накапливая их в своих органах, видовой состав растений должен быть широко распространенным [12].
Объектами наших исследований стали прибрежные насаждения Воронежского водохранилища. При обследовании древесной и кустарниковой растительности приакваториальной части Воронежского водохранилища мы определили основные её виды. Это ивы вавилонская, ломкая, остролистная, тополя белый, пирамидальный, береза повислая, ольха черная. Роль древесных видов важна в формировании мест отдыха населения.
В качестве растений-биомониторов по исследуемой тематике выбраны ольха черная и ива ломкая, распространенные повсеместно.
Для определения содержания тяжелых металлов (Pb, Cd, Cu, Zn) в фитомассе (листьях) ольхи черной (Аlnus glutinosa L.) и ивы ломкой (Salix fragilis L.) выборка производилась как в экологически благоприятных, так и более загрязненных районах города. Отбор фитомасссы проводился в трехкратной повторности в сентябре 2008-2010 годов методом средней пробы с 10 деревьев разного возраста в каждой зоне загрязнения (на контрольном участке). С каждого дерева отбиралось не менее 10 побегов из кроны на разной высоте. При отборе фитомассы учитывалось распространение указанных выше видов на прибрежной территории водохранилища: по Salix fragilis L. определены 11 контрольных участков, Аlnus glutinosa L) - 9.
Следует учитывать, что в районах ул. Солодовникова (правый берег) и ул. Саврасова-Новикова (левый берег) отсутствует необходимое для достоверности данных количество ольхи черной, поэтому исследования проведены только в отношении ивы ломкой. Контрольные участки находятся на левом и правом берегах водохранилища (Таблица 6.9-6.10) [99].
Патологическое состояние аборигенных и интродуцированных древесных видов в разных типах посадок
Тополь белый имеет поверхностную корневую систему глубиной 90-100см. Корни от ствола распространяются в радиусе порядка 5-6 м.
Возраста спелости тополь белый достигает в 50-60 лет. В городских условиях начинает проявлять признаки сильного ослабления к 50 годам с появлением многочисленных усыхающих скелетных ветвей и поражением морозобойными трещинами.
Возрастная структура посадок тополя белого представлена молодняками – 3%, средневозрастными – 43% , спелыми и приспевающими, - 31%, перестойными – 23%.
Возраст реконструкции тополя белого в условиях города колеблется в пределах 35-50 лет. При равных возрастных параметрах тополь белый имеет среднюю категорию состояния в групповых парковых посадках - 2,49, в линейных уличных – 2,13, что говорит о его сильной ослабленности и незамедлительному проведению активных санитарно-оздоровительных мероприятий.
В городе на тополь белый оказывают воздействия антропогенные (обдиры, ошмыги, обломы, комлевые дупла) и биотические факторы (летные отверстия стволовых вредителей, повреждения энтомовредителями).
По своим породным особенностям тополь белый имеет высокие параметры экологической продуктивности: коэффициент кислорода продуктивности – в уличных посадках составляет 0,717 т, в парковых – 0,862 т, углерода депонирования – в уличных составляет 1,127 т, в парковых – 0,937 т.
Коэффициент экологической продуктивности составляет 1,654 в уличных линейных и 1,989 - в групповых парковых посадках, вследствие чего перспективность тополя белого оценивается коэффициентом 32,6 - в уличных и 33,2 - в парковых.
Перспективность березы повислой Вetula pendula Roth. В ЕЧР береза повислая считается типичным аборигенным видом. Предельный возраст березы в естественных условиях произрастания обычно не превышает 200 лет. В городских условиях срок существования условиях образует чистые насаждения либо сопутствует в смеси с дубом, липой, вязом, кленом и т.д.
В г. Воронеже посадки березы повислой составляют 3,5%, из которых групповые парковые занимают 2,0%, уличные линейные - 1,5%.
Береза повислая имеет неглубокую мочковатую корневую систему, как правило, глубиной не более 80-100 см. Корни от ствола распространяются в радиусе 2,5-3 м. Нетребовательна к плодородности почвы.
В свою очередь береза повислая является быстрорастущим, светолюбивым и засухоустойчивым видом.
Возраста спелости достигает к 50 годам. В городских условиях береза повислая проявляет признаки сильного ослабления с признаками усыхания и обломов скелетных ветвей и вершин, поражения энтомовредитями и морозобойными трещинами. Чувствительна к механическим повреждениям.
В городской среде возраста реконструкции достигает в 40-50 лет. Береза повислая в парковых групповых посадках (2,35) чувствует себя значительно лучше, чем в уличных линейных (2,5). На основании вышесказанного исследуемые насаждения березы повислой приурочены к категории сильно ослабленных деревьев им требуется активная санация.
В городе к лимитирующим факторам, влияющим на состояние и долголетие березы повислой, относятся абиотические (усыхание скелетных ветвей, незаросшие сучья, патологии формы ствола) и антропогенные (обломы, обдиры).
Данный вид имеет сравнительно низкие показатели экологической продуктивности: коэффициент кислорода продуктивности – 0,299 - в парковых групповых и 0,493 - в уличных линейных посадках, углерода депонирования – 0,391 - в парковых и 0,644 - в уличных посадках. Имеет слабую конкурентоспособность.
Коэффициент экологической продуктивности у березы повислой составляет в парковых посадках – 0,690 и в уличных - 1,137, что сводит ее перспективность к 14,6 - в групповых парковых и 18,1 - в линейных уличных посадках.
При сравнении по наличию патологических признаков в одной посадке липы мелколистной и каштана конского обыкновенного в одной возрастной категории и при одинаковых условиях произрастания можно выявить очевидную ситуацию: патологии у местного лесного вида носят более фатальный характер, чем у интродуцента, что объясняется различием в отношении к стрессовым ситуациям. У интродуцентов процесс реабилитации более скоротечен. Долговечность интродуцентов при проведении своевременных уходов можно оценивать десятками лет. Как ранее было отмечено, фатальность патологии у местных лесных пород намного выше из-за синергизма комплекса патологий, встречающихся на одном дереве. У интродуцентов наличие патологических процессов абиотического характера минимально. Интродуценты более декоративны, эстетичны и устойчивы к лимитирующим факторам, произрастая в аллейной уличной посадке. Замена местного видового состава на интродуценты в уличных посадках позволит существенно увеличить долголетие и декоративность древесных видов при условии проведения своевременных уходов.
Что касается парковых групповых посадок, основные патологии - это повреждение листьев энтомовредителями, различные болезни, усыхание скелетных ветвей, различные виды патологий формы ствола, опухоли и наличие плодовых тел. Данные патологии характерны для местных видов. На интродуцентах фиксируются существенно меньше. При проведении систематических наблюдений за состоянием каждого дерева в уличных посадках и проведении своевременной их санации можно избежать необходимости проведения сплошной реконструкции посадок до возраста их физиологической спелости.
