CC BY
77
УДК 574.5; 572.1/.4
КОМПЛЕКСНАЯ ОЦЕНКА ЭКОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ДРЕВЕСНЫХ РАСТЕНИЙ УРБОЭКОСИСТЕМЫ БРАТСКА ПО ИНТЕГРАЛЬНОМУ ПОКАЗАТЕЛЮ УСТОЙЧИВОСТИ
Е.М. Рунова1, И.И. Гаврилин1, М.К. Гаврилина2
'ФГОУ ВПО «Братский государственный университет»
665709 Братск, ул. Макаренко, 40; e-mail: [email protected]
2 Администрация МО «Братский район»
665717 Братск, ул. Комсомольская, 28A
Представлены результаты исследований экологического состояния различных видов древесных растений в городе Братске. Определен комплексный интегральный показатель устойчивости древесных растений в условиях аэротехноген-ного загрязнения урбоэкосистемы.
Ключевые слова: урбоэкосистема, аэротехногенное загрязнение, древесные растения, устойчивость
The research results of different species woody plants ecological state in Bratsk city were present. A complex integrated indicator of woody plants stability in urban ecosystems air pollution was defined.
Key words: urban ecosystem, air pollution, woody plants, stability
ВВЕДЕНИЕ
Современное состояние городских зеленых насаждений регулируется действием комплекса стрессовых факторов, одним из которых является аэротехногенное загрязнение. Загрязнение окружающей среды в крупных промышленных городах в настоящее время привело к масштабным изменениям экологических условий и ухудшению качества среды обитания живых организмов. Особенно сильно данные преобразования затронули регионы Сибири, где формирование промышленных центров привело к необоснованной концентрации крупных индустриальных комплексов и к осложнению экологической обстановки (Гаврилин, 2010). Зеленые насаждения являются одним из важнейших факторов, способствующих оздоровлению урбанизированных территорий, однако древесные растения в большинстве случаев не выдерживают существующей техногенной нагрузки, происходит ухудшение их состояния, ослабление и гибель.
В последние десятилетия изучение экологического состояния древесных растений в городских условиях имеет практическую ориентированность и становится приоритетным направлением, над которым трудится несколько поколений исследователей (Чернышенко, 2002; Уфимцева, 2005; Trowbridge, 2004 и другие). При этом особенно актуальным становится изучение устойчивости и жизнеспособности древесных растений в условиях урбоэкосистем северных территорий (Гаврилин, 2011).
В связи с этим необходимы комплексные исследования состояния компонентов окружающей среды (атмосферного воздуха, снежного покрова, почвы) и показателей состояния городских древесных растений (определение комплексного интегрального показателя).
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
ИССЛЕДОВАНИЙ
Основной метод исследования состояния древесной растительности заключался в закладке временных (ПП) и постоянных пробных площадей (ППП) для проведения кратковременных и длительных наблюдений, получения различной достоверной информации о состоянии компонентов урбоэкосистемы, сборе экспериментального материала и оценке пространственно-временных изменений (Рунова, 1999). Исследования проводились в зеленых зонах города Братска и прилегающих территориях в 2008-2011 гг.
Объектами исследования выступали шесть основных видов, представленных в зеленых насаждениях Братска: сосна обыкновенная (Pinus silvestris L.), лиственница сибирская (Larix sibirica Lеdеb.), тополь бальзамический (Populus balsamifera L.), береза повислая (Betula pendula КоШ.),береза пушистая (Betula pubescens Ehrh.), осина (Populus tremula L.).
Постоянные пробные площади располагались с учетом природно-климатических условий района исследования в северо-восточном направлении на различном расстоянии от промышленных предприятий (ОАО «Русал Братск»; ОАО «Филиал Группы Илим»; ОАО «Иркутскэнерго»). Закладка и подбор ППП в городских насаждениях производилась по общепринятым методикам (ОСТ 56-69-83, 1984; Анучин, 2004). На каждой пробной площади измерения проводились у всех деревьев разных категорий состояния. Оценка состояния деревьев проводилась по критериям, разработанным Е.Г. Мозолевской (Оценка жизнеспособности, 2007). В ходе перечета с помощью бинокля (БПс 10х40 «Байгыш») проводилась визуальная оценка следующих диагностических признаков:
сквозистость (густота кроны дерева и равномерность ее облиственности по окружности), % сухих ветвей в кроне, уровень дефолиации крон деревьев, фитопатологий инфекционного и неинфекционного происхождения (хлорозы, некрозы, насекомые-вредители, инфекционные и грибные заболевания и другие). Кроме того, на каждой пробной площади проводились измерения влажности прикамбиального слоя у различных пород деревьев на высоте 1,3 м от комля при температуре 25°С и относительной влажности воздуха 65 %. Измерения проводились в летний период при ясной погоде в одно и тоже время (12:00 до 13:00) с помощью электронного влагомера. Для комплексной оценки экологического состояния древесных растений проводилось исследование и отбор проб снежного, почвенного покрова, атмосферного воздуха и ассимиляционных органов деревьев. Определение загрязнения атмосферного воздуха, снежного и почвенного покрова г. Братска проводилось в соответствии с принятыми и подробно описанными методиками. После отбора производилась первичная обработка проб, для последующего анализа в лабораториях. Все анализы выполнялись в аккредитованных в лабораториях. Метрологическая оценка качества анализов осуществлялась в соответствии с требованиями 0СТ-41-08-212-82, 0СТ-41-08-214-82, 0СТ-41-08-262-86. Всего в рамках исследования устойчивости древесных растений были обследованы 3 временные, 33постоянные пробные площади и отобраны 1406 проб почв и 820 проб растений. Полученные данные в ходе проведен-
ных исследований после математической и статистической обработки (Рокитский, 1973; Лакин, 1990; Пу-заченко, 2004) использовались для вычисления сводного интегрального показателя устойчивости древесных растений.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Окончательным этапом работы было вычисление сводного интегрального показателя устойчивости древесных растений, характеризующего и экологическое состояние урбоэкосистемы в целом. За основу при определении устойчивости древесных растений в урбоэкосистеме Братска был взят сводный показатель, разработанный М.Д Уфимцевой и Н.В. Терехиной (Уфимцева, 2005) для оценки экологического состояния городской среды на примере Василеостровского района Санкт-Петербурга. Данными учеными применялся метод сводных показателей в модификации Н.В. Хованова (Хованов, 1996), при этом основное его использование заключалось в выделении участков экологического благополучия и неблагополучия с помощью синтезированной линейной функции.
В настоящей работе данные каждого оцениваемого параметра переводились в баллы (балльную систему) в соответствии с разработанными на основе полученных результатов шкалами экспертной оценки. Сокращенный вариант разработанной шкалы экологического состояния древесных растений в урбоэкосисте-ме представлен в таблице 1.
Таблица 1 - Квалиметрическая шкала нормирования показателей экологического состояния древесных расте-
ний в урбоэкосистеме
Баллы Категория состояния деревьев 7с1 снеговой покров 7с1 почвеный покров 7с1 растительный покров ... Ш,% 2
0 1 0 - 15 0 - 15 0 - 8 ... >66
0,15 2 16 - 31 16 - 31 9 - 15 . 55 - 65
0,30 3 32 - 63 32 - 63 16 - 24 . 46 - 54
0,55 4 64 - 127 64 - 127 25 - 33 . 31 - 45
0,75 5 128 - 159 >128 2 34 - 42 ... 16 - 30
1,00 -П 1 6 >160 >43 ... 0 - 15
Примечание: 1- суммарный показатель загрязнения; 2 - влажность прикамбиального слоя у различных пород деревьев на
высоте 1,3 м от комля при температуре 25 °С и относительной влажности воздуха 65 %.
Каждому из параметров присваивался определенный весовой коэффициент, в зависимости от их вклада в экологическое состояние древесной растительности урбоэкосистемы. При этом было введено условие нормировки весов - у1+_+ ут = 1. Кроме того при использовании квалиметрических шкал проведено более тонкое ранжирование балльных оценок, в зависимости от значимости показателя.
В целом такое шкалирование ориентировано на то, что увеличение балла свидетельствует о снижении устойчивости древесных растений в условиях урбоэкосистемы. Сокращенный вариант разработанной шкалы весовых коэффициентов факторов и показателей, используемых для оценки устойчивости древесных растений урбоэкосистемы, представлен в таблице 2.
Таблица 2 - Весовые коэффициенты факторов и показателей, используемых для оценки устойчивости древесных растений урбоэкосистемы____________________________________________________________________________________
Фактор Вес фактора Показатель Вес показателя
Состояние 0,15 7с 0,1
снежного покрова pH 0,05
Состояние 7с 0,25
почвенного покрова 0,4 Переуплотнение почв 0,15
Состояние Сквозистость кроны 0,1
0,45 0,15
древесных растении 7с 0,2
Использование квалиметрических шкал и знание весовых коэффициентов различных параметров урбоэкосистемы позволили выделить сводный показатель устойчивости древесных растений, который вычисляется по следующей формуле:
U = U <“; ^ = U (ul,..., um ; V1,..., Vm ) =Х UV¡ > (1)
Из рисунка 1 видно, что картирование урбоэко-системы Братска проведено на основе интегрального показателя устойчивости, включающего комплекс количественных и качественных показателей, характеризующих экологическое состояние древесных растений в настоящее время. Распределение деревьев по классам устойчивости наглядно показывает ухудшение экологического состояния растений, как вблизи промышленных предприятий города, так и при удалении от них.
Так, на классы среднего, сильного и очень сильного, и экстремального снижения устойчивости деревьев Братска приходится 77 % от общей исследуемой площади, класс скрытого снижения устойчивости - 23 %, оптимальное значение устойчивости наблюдается лишь в контроле. Это свидетельствует о существенном комплексном воздействии негативных факторов урбоэкосистемы на древесные растения. В среднем для городской территории значения показателя и для класса скрытого снижения устойчивости составляют 0,297, класса среднего снижения устойчивости - 0,548, класса сильного и очень сильного снижения устойчивости - 0,739, класса экстремального снижения устойчи-
где и-нормированные значения показателей; V-весовые коэффициенты.
Величина свободного показателя изменяется от 0 до 1. Чем выше значение показателя И, тем хуже экологическое состояние древесных растений. На основании показателя и выделены 5 классов устойчивости древесных растений (рис. 1).
вости - 0,925. Класс оптимального значения устойчивости в контроле в среднем составил 0,137.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Результаты исследования в соответствии с представленными выше классами устойчивости по величине показателя и показывают, что на территории урбоэкосистемы Братска экологическое состояние древесных растений неудовлетворительное. По результатам исследования будет разработан комплекс мероприятий и рекомендаций по повышению устойчивости городских древесных растений. Проведенная многокритериальная оценка на основе комплексного интегрального показателя устойчивости дает возможность использовать полученную информацию о функциональном состоянии исследуемых объектов с целью принятия мер по улучшению экологической обстановки в урбо-экосистеме. Необходимо отметить, что применение комплексного интегрального показателя возможно и для оценки воздействия негативных факторов на здоровье населения и благополучия городской территории для проживания в целом.
Масштаб 1:25000
т-
ф - Пробная площадь и се номер
Классы устойчивости деревьев:
оптимального значения устойчивости
скрытого снижения устойчивости
среднего снижения устойчивости
- сильного и очень сильного
снижения устойчивости
- гжетри малыюго снижения
устойчивости
Рисунок 1 - Карта-схема распределения древесных растений Братска по показателю устойчивости
Таким образом, использование комплексного интегрального показателя устойчивости позволяет оценить экологическое состояние древесный растений и прогнозировать дальнейшие изменения зеле-нык насаждений в уcловияx урбоэкосистемы.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
Апучип КП. Леспая таксация: учебник для вузов.- б-е изд.-М.: ВHИИЛM, 2QQ4. - 552 Гаврилин И.И. Hекоторые особенности газопоглотительной способности деревьев в урбоэкосистеме г. Братска / И.И. Гаврилин // Вестник КрасГАУ. - 2Q11. -Выпуск 5. - с. 219-224.
Гаврилин И.И. Проблемы состояния древесной растительности в уcловияx г. Братска подверженный аэро-теxпогенному загрязнению / И.И. Гаврилин, Е.М. Рунова // Леса Евразии - Подмосковные вечера: Материалы X Международной конференции молодыи ученыи, посвященной 90-летию со дня основания Московского государственного университета леса и 170-летию со дня рождения профессора М.К. Турского. - М.: ГОУ ВПО МГУЛ, 2Q1Q. - C. 28Q-284. Лакин Г.Ф. Биометрия: Учеб. пособие для биол. спец. вузов 4-е изд., перераб. и доп. . - М.: Высш. шк., 199Q. - 352 с.
Оценка жизнеспособности деревьев и правила их отбора и назначения к рубке и пересадке / под ред. Е.Г. Мо-золевской, и др.- М.: ГОУ ВПО МГУЛ, 2007.- 40 с.
Площади пробные лесоустроительные. Метод закладки.: ОСТ 56-69-83. - Введ. 01.01.84.- Центральное бюро НТИ Гослесхоза СССР. - 1983. - 14 с.
Пузаченко Ю.Г. Математические методы в экологических и географических исследованиях: Учеб. пособие для студ. вузов. - М.: Издательский центр «Академия», 2004. - 416 с.
Рокитский П.Ф. Биологическая статистика.- Минск: Высшая школа, 1973. - 320 с.
Рунова, Е.М. Влияние техногенного загрязнения на леса Приангарья / Е.М. Рунова. - Братск: БрИИ, 1999. -108 с.
Уфимцева М. Д. Фитоиндикация экологического состояния урбогеосистем Санкт-Петербурга / М.Д. Уфим-цева, Н.В. Терехина.- СПб.: Наука, 2005.- 339 с.
Хованов Н.В. Анализ и синтез показателей при информационном дефиците / Н.В. Хованов.- СПб.:1996.-195 с.
Чернышенко О.В. Поглотительная способность и газоус-тойчивость древесных растений в условиях города / О.В. Чернышенко.- М.: МГУЛ, 2002. -120 с.
Trowbridge P. Trees in the Urban Landscape: Site Assessment, Designand Installation / P. Trowbridge, N. Bassuk // New York.- 2004.- 207 p.
Поступила в редакцию 13 января 2Q12 г. Принята к печати 7 сентября 2Q12 г.
