CC BY
463
ЭКОЛОГИЯ
ТЕХНОЛОГИЯ НОРМИРОВАНИЯ И ИНДИКАЦИИ СОСТОЯНИЯ ЛЕСНЫХ ЭКОСИСТЕМ В УСЛОВИЯХ ГОРОДСКИХ ОСОБО
охраняемых природных территорий
О.В. БЕДНОВА, доц. каф. экологии и защиты лесаМГУЛ,, канд. биол. наук
oliabednova@rambler.ru ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет леса» 141005, Московская обл., г. Мытищи-5, ул. 1-я Институтская, д. 1, МГУЛ
Рассмотрены основные принципы экологического нормирования и их особенности в приложении к лесным экосистемам на урбанизированных территориях. Обсуждаются подходы к понятию «экологическая норма» и критериям нормальности экосистем. Обосновывается необходимость нормирования состояния лесных экосистем на основе биотических показателей. Особое внимание уделено комплексному характеру антропогенного воздействия на городские леса. Обоснована программа экологического мониторинга состояния лесных экосистем в условиях городских особо охраняемых территорий. В качестве критериев экологической оценки предлагаются состояние древостоя, сохранность структуры ключевых элементов лесных биогеоценозов, загрязнение воздуха, степень акустического комфорта в границах городских лесных массивов. Информация о биотической составляющей экосистем обобщается с помощью двух интегральных показателей. Первый - индекс состояния древостоя. Он отражает жизнеспособность древесного яруса растительности и дает относительное представление о его ассимиляционной способности исследуемого участка леса. Второй - индекс структурного разнообразия. Он показывает, насколько хорошо сохранилась структура ключевых местообитаний лесного биогеоценоза. В качестве индикаторов состояния абиотической среды используются среднесуточная концентрация диоксида азота и величина уровня звукового давления. Значения нормативных показателей обоснованы. Для показателей абиотической среды за основу приняты действующие санитарно-гигиенические и экологические нормативы. Нормирование значений биотических индексов произведено экспертным путем на основе обработки данных многолетнего мониторинга городских лесов. Для оптимизации многокритериальной оценки применен метод функций желательности (функции Харрингтона). На основе шкалы Харрингтона получены диапазоны значений индикаторов, соответствующие разным качественным состояниям экосистем (экологическим модификациям).
Ключевые слова: экологическое нормирование, биоиндикация,лесные экосистемы, городские особо охраняемые природные территории, биоразнообразие, многокритериальная оценка.
«Хотелось бы определить, что понимается под термином «качество окружающей среды», поскольку на практике он имеет столько значений, сколько людей пытаются его определить. Для санитарного работника качество окружающей среды включает контроль за переносчиками заболеваний, гигиену питания и т.д. Для архитектора или специалиста по планировке городов качество окружающей среды означает внешний вид или эстетику зданий и их расположение в пространстве. Для эколога качество окружающей среды может означать сохранение целостности природной экосистемы и так далее. Этот известный термин имеет то универсальное свойство, что трудно заставить политиков, чиновников, ученых или простых людей прийти к единому мнению о том, что он означает и как его измерить».
Элер Ч.Н. [1]
Сохранившиеся фрагменты естественных лесных экосистем формируют природный каркас многих российских городов. В настоящее время все большее число городских лесов получают статус городских особо охраняемых территорий (ООПТ), что свидетельствует о признании важности природных комплексов для жизнедеятельности урбанизированных территорий. Не является исключением и Москва, где все городские леса включены в состав ООПТ, и это, безусловно, позитивный факт.
Но в реальности поддержать устойчивость лесных экосистем, а тем более сохранить в них комплекс зонального биоразнообразия
в урбанизированных условиях - непростая задача. В урбаногенной среде природные и природно-антропогенные участки территории попадают под пресс техногенного влияния со стороны селитебных, промышленных зон города и автомагистралей. Спектр разновидностей техногенного воздействия помимо атмосферного загрязнения и опосредованного им загрязнения почв и водоемов включает и прямое загрязнение почв и гидросферы, техногенные преобразования рельефа. Для городских лесов существенным фактором дестабилизации становится сочетание техногенного воздействия с рекреационным использованием. К тому же состояние лесной растительности, определя-
36
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 6/2014
ЭКОЛОГИЯ
ющей жизнедеятельность всех других биотических компонентов, усугубляется и специфическими условиями городского микроклимата [2]. На этом фоне в урбанизированных условиях создается мощная основа для перестройки видовой структуры и специфической временной и пространственной динамики лесных сообществ.
Система регионального экологического контроля призвана способствовать минимизации негативных экологических последствий техногенного воздействия на территории современного крупного города. И состояние городских лесов в этой связи служит показателем эффективности деятельности городских административных и законодательных органов в сфере обеспечения благоприятной абиотической среды: лесные биоценозы и их отдельные компоненты - лучшие биоиндикаторы техногенного загрязнения [3-6]. Непосредственно в границах городских ООПТ сохранение естественной устойчивости городских лесов в условиях рекреации должно обеспечивать функциональное зонирование. Но фактическая реализация последнего часто порождает конфликты между авторами и исполнителями проектов по благоустройству территорий, с одной стороны, и биоэкологами и населением - с другой [7]. Повысить и поддерживать эффективность комплекса полезных функций ООПТ в урбанизированных условиях можно только на основе продуманной регулярной двухуровневой системы контроля качества природной среды.
Первый уровень - комплексный экологический мониторинг. В урбанизированных условиях ООПТ, с одной стороны, являются средозащитными и природоохранными оазисами, а с другой - выполняют функцию индикаторов здоровья городской среды. Измерить и оценить успешность обеих этих функций можно на основе показателей состояния биоты в наложении на результаты физико-химического мониторинга абиотических сред. Результаты мониторинговых исследований должны дать представление, насколько благополучно состояние экосистемы и ее отдельных компонентов - это этап экологической индикации. Далее следует экологическая диагностика
- выявление и ранжирование факторов нарушения, прогноз состояния экосистемы и принятие решения о необходимости проведения специальных мер по улучшению состояния экосистемы. Второй уровень - собственно действие: разработка и внедрение природоохранных, природовосстановительных мероприятий, если их необходимость обоснована анализом результатов мониторинга. Последующая серия мониторинговых исследований должна дать оценку эффективности реализованных решений и т. д., обеспечивая, таким образом, обратную связь: природная среда информирует об изменении качества (улучшении или ухудшении) в ответ на целенаправленные действия со стороны людей.
Проведение комплексного экологического мониторинга подразумевает получение массива данных о состоянии абиотических и биотических компонентов экосистем. При обработке и анализе полученных результатов становятся актуальными вопросы:
- как оценить полученные значения экологических параметров с позиций отклонения от экологической нормы;
- как получить обобщенную оценку качества экосистемы на основе биотических показателей и параметров абиотической среды.
В поисках ответа на первый вопрос в прикладной экологии оформилась система экологического нормирования [8, 9]. Решить задачу, поставленную в рамках второго вопроса, можно используя методы свертывания разнообразной экологической информации с помощью интегральных показателей [10, 11].
Городские леса в границах ООПТ
- специфичная часть урбанизированной территории, в отношении которой необходим специальный методологический подход к экологическому нормированию и многокритериальной оценке состояния природной среды.
За понятием «экологическое нормирование» (ЭН) в прикладной экологии стоит совокупность задач, связанных с изучением антропогенной трансформации природных экосистем, определением состояния их нормы и нахождением предельных величин антропогенных нагрузок - нормативов. Федеральным законом «Об охране окружающей
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 6/2014
37
ЭКОЛОГИЯ
среды» обосновано и закреплено использование в практике природопользования двух типов нормативов [12]:
- нормативов качества окружающей среды - «устанавливаются для оценки состояния окружающей среды в целях сохранения естественных экологических систем, генетического фонда растений, животных и других организмов»;
- нормативов допустимого воздействия на окружающую среду - устанавливаются «в целях предотвращения негативного воздействия на окружающую среду хозяйственной и иной деятельности для юридических и физических лиц - природопользователей».
Экологический мониторинг как прикладная система соотносится с ЭН в двух аспектах: сначала накопление и анализ результатов мониторинга позволяют установить экологические нормативы, а впоследствии состояние компонентов природной среды оценивается путем сопоставления значения их параметров с установленными нормативами.
Экологическое нормирование применимо к разным видам антропогенных воздействий на природную среду. Хотя еще на рубеже 70-80-х гг. прошлого века - в период зарождения современной системы экологического контроля - под ЭН преимущественно подразумевалось определение экологически обоснованных норм допустимой нагрузки загрязняющих веществ на сообщество, экосистему, регион, а также допустимой интенсивности поступления таких веществ в природную среду [13]. Исторически такая ситуация закономерна не случайно: вопросы регламентации техногенных загрязнений из-за наиболее высокой социально-экономической значимости первыми потребовали наибольшего внимания, при их разработке и были в основном выстроены понятийный аппарат и современные общие подходы в области ЭН. Но и исследования, связанные с нормированием иных (в т.ч. и рекреационных) видов антропогенного воздействия на природные экосистемы, так же целенаправленно развивались. Существующие к настоящему времени виды нормативов можно сгруппировать следующим образом [9].
1. Государственные стандарты в области охраны природы.
2. Санитарно-гигиенические нормативы, регламентирующие содержание токсикантов в воздухе, воде, почве и продуктах питания.
3. Строительные нормы и правила.
4. Нормы воздействия отдельных отраслей хозяйства на природные комплексы, разрабатываемые в отраслевом планировании.
5. Нормы пространственных сочетаний различных видов природопользования.
Управление рекреационным природопользованием в целом связано с применением нормативов всех перечисленных групп. Но что касается вопросов регламентации рекреационного воздействия непосредственно на лесные экосистемы, то ряд методологических аспектов здесь имеет общие основы с методологией ЭН техногенных и, прежде всего, аэрогенных загрязнений. И это закономерно, потому что последействия на лесные сообщества как техногенного загрязнения, так и рекреации развиваются по схеме антропогенных аллогенных сукцессий [14]. Поэтому экологическое нормирование в этой связи надо рассматривать как управление аллогенными сукцессиями, что сводится к регулированию нагрузки того фактора, который вызывает сукцессию, влияя, прежде всего, на фитоценоз.
Установлению границ допустимых антропогенных воздействий предшествует процедура установления границ нормальных состояний природных экосистем. Поэтому центральной методологической проблемой ЭН является комплекс вопросов о норме экосистем (экологической норме), критериях нормальности их состояния. В этой сфере сложились следующие представления.
Способность биологических систем разных уровней к изменению своих параметров при внешних воздействиях ради поддержания системы в условиях оптимума - ключевой механизм экологического равновесия [15, 16]. Следовательно, процессы и механизмы приспособления организмов, популяций, сообществ к неблагоприятным воздействиям (т.е. адаптация) являются необходимым элементом
38
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 6/2014
ЭКОЛОГИЯ
экологической нормы. И, как сформулировано С.С. Шварцем [17], «если биогеоценоз способен в измененной человеком среде поддерживать себя как систему в оптимальном состоянии - это значит, что степень антропогенного воздействия не превышает возможностей биологических систем, не подрывает их способностей к гомеостазу». Соответствующее этим биоэкологическим основам определение экологической нормы можно найти, например, в работе [18]: «экологическая норма - размах стохастических колебаний показателей жизнедеятельности компонентов экосистем, которые не выходят за пределы приспособительных реакций по поддержанию гомеостаза». Такое понимание экологической нормы согласуется с ключевой концепцией экологического нормирования - концепцией предельно допустимой нагрузки на экосистему (ПДЭН). Последняя обоснована еще в известных работах Ю.А. Из-раэля [13], и ее основные положения сводятся к следующему. Любая возникающая за счет какого-либо воздействия нагрузка, способная вывести экосистему из среднего естественного (нормального) состояния, определена как экологическая нагрузка. Допустимой считается такая экологическая нагрузка, под воздействием которой отклонение от нормального состояния системы не превышает естественных изменений и, следовательно, не вызывает нежелательных последствий у живых организмов, не ведет к ухудшению качества природной среды. Тогда предельно допустимую экологическую нагрузку в самом общем виде можно определить как максимальную нагрузку, которая еще не вызывает нежелательных изменений у реципиентов воздействия - популяций, экосистем, населения. Допустимой, таким образом, является любая нагрузка, не превышающая предельной (т. е. нормативной). Предельная же нагрузка, в свою очередь, равна критической нагрузке с поправкой на коэффициент запаса (в зависимости от степени «доверия» и потенциальной возможности кумулятивного действия этот коэффициент обычно варьирует от 0.2 до 0.5) [18]. Это последнее положение обусловлено существованием экологического резерва экосистемы: экосистема устойчива, пока ее состояние находится в пре-
делах гомеостатического плато - за пределами критической нагрузки биологическая система не способна сохранять равновесие и противостоять изменениям. Между критической и предельной нагрузками, таким образом, должен быть «зазор» для того, чтобы экосистема могла использовать гомеостатические механизмы для возвращения в нормальное состояние.
Е.Л. Воробейчиком обосновано [9, 19] функциональное понимание экологической нормы (т.е. способность системы выполнять определенные функции) с позиций антропоцентризма. Оно подразумевает следующее. Состояния экосистемы оценивает человек (понятие нормы «с точки зрения» самой экосистемы бессмысленно) с определенными требованиями к ее характеристикам. Представления о нормальных состояниях экосистемы зависят от цели природопользования соответственно, и цели ЭН могут быть различными (охрана генофонда определенных видов, поддержание оптимальных для человека условий среды, охрана ландшафтного разнообразия, охрана промысловых видов и т. д.). Тогда выбранные субъектом оценки свойства (параметры, инварианты) объекта нормирования, для сохранения которых разрабатываются экологические нормативы, являются целью (критерием) экологического нормирования. Если в качестве объекта нормирования оперировать не качественным состоянием абиотических сред, а состоянием природного биотического сообщества, то для того, чтобы оценить степень отклонения экосистемы от нормального состояния, необходимо задать критерии ее нормальности (т. е. качества) на основе параметров биоты.
В системе регламентации техногенных загрязнений природной среды используется два существенно различающихся подхода. Первый методически основывается на принципах санитарно-гигиенического (токсикологического) нормирования, т. е. предельные нагрузки устанавливаются для отдельных веществ (либо их смесей, но с известным соотношением компонентов) на основе результатов лабораторного биотестирования. Критерием воздействия при этом служит ограниченный набор ответных физиологических и поведенческих реакций
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 6/2014
39
ЭКОЛОГИЯ
подопытных организмов (т.е. используются параметры организменного, а не экосистемного уровня), но с той лишь разницей, что объектом исследования выступает не человек, а другие биологические виды. Из-за такого «лабораторного происхождения» установленные нормативы (предельно-допустимые концентрации - ПДК) оказываются недостаточно экологически эффективными - экстраполяция лабораторных экспериментов на природные объекты некорректна. Так, нормативы определяются для изолированных факторов (а в природных условиях они воздействуют на биоту в сложных комбинациях друг с другом); довольно условен перенос концепции ПДК на нарушающие факторы нехимического происхождения; ПДК универсальны, а не региональны и т.д. [9, 10, 22]. Второй - экологический подход к ЭН, предполагает, что нахождение нормативов возможно только при исследованиях реальных экосистем, находящихся в градиенте нагрузки, на основе учета отклика многовидовых сообществ на многокомпонентное воздействие [6, 8, 9]. На основе этого положения А.П. Левичем была сформулирована биотическая концепция контроля природной среды [22], согласно которой оценки экологического состояния по шкале «норма - нарушение» должны проводиться не по уровням абиотических факторов, как это принято при токсикологическом подходе, предусматривающем расчет ПДК, а по комплексу биотических показателей. При этом важно в пространстве абиотических факторов выявить границы между областями нормального и патологического состояния природных объектов. Эти границы были названы экологически допустимыми уровнями (ЭДУ) нарушающих воздействий и предложены взамен нормативов ПДК.
Определение экологически допустимых уровней предполагает выявление диапазона коллективных откликов биоты, в границах которого экосистема «сохраняет свое лицо», находясь в поле экологически допустимого внешнего воздействия. Т. е. биотическая концепция контроля природной среды выводит на первый план нормирование качественного состояния биосистем надорга-низменного ранга - популяций и сообществ.
Естественно, что такой прием становится возможным только в том случае, когда накоплен достаточный объем данных как о биотических, так и о потенциально опасных для биоты абиотических характеристиках. Собственно, это подтверждает и весь опыт разработки систем биоиндикации уровней техногенного воздействия по состоянию лесных экосистем.
Из техногенных воздействий для лесов, прежде всего, значимо аэрогенное загрязнение. Реакции компонентов лесных экосистем на действия атмосферных поллютантов изучались, главным образом, в связи с промышленным загрязнением. В целях снижения ущерба разработаны методологические основы и технологии нормирования фитотоксичных веществ и их допустимого воздействия на лесную растительность [6, 9, 23-25].
Первые в России ПДК атмосферных загрязнителей для лесообразующих древесных пород [27] были разработаны на основе санитарно-гигиенического подхода, что обеспечило их достаточно хорошее встраивание в систему экологического контроля. В основу определения ПДК была положена регистрация нарушения фотосинтеза как самой чувствительной к воздействию функции, устанавливаемой у наиболее чувствительной породы. Но описанные выше недостатки санитарно-гигиенического подхода стимулировали и стимулируют совершенствование методов экологического нормирования аэротехногенного воздействия на леса. К настоящему времени сформулированы его основные принципы. С общеэкологических позиций наиболее оправдано нормирование по наиболее чувствительным компонентам экосистем с установлением так называемых биосферных нормативов [24]. Но при разнообразии типов аэротехногенного воздействия, многокомпонентности загрязнения, типологической устойчивости, целевого использования экосистем возможно существование нескольких нормативов, установленных на основе разных по чувствительности компонентов (например, древостой - эпифитная ли-хенофлора - наиболее ценный вид - почвенные микроорганизмы и т.п.) [28].
В настоящее время в России представлены некоторые нормативы для лесных экосис-
40
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 6/2014
ЭКОЛОГИЯ
тем по газообразным загрязнителям [27, 29]. Но поскольку выработка экологических нормативов в сравнении с санитарно-гигиеническими является методически более сложной и предполагает длительные наблюдения в природной среде, то, по-видимому, не раз утвержденные нормативные показатели будут уточняться.
Опыт нормирования рекреационных нагрузок на природные комплексы изначально базировался на биотическом подходе. Последствия рекреационного воздействия на наземные экосистемы выявляются исключительно биоиндикационными методами. Причем, это тот случай, когда для определения биологически значимых нагрузок не ограничиваются реакцией отдельных видов-индикаторов - биоиндикация проводится на уровне сообщества [30-32]. Специфика рекреационного воздействия в большинстве случаев не позволяет с точностью, присущей методам физико-химического мониторинга, оценить количественную сторону антропогенной нагрузки на природные экосистемы и, прежде всего, это касается лесных экосистем. Кажущаяся простота традиционного подсчета посетителей рекреационной территории в
единицу времени на единицу площади даже с учетом вида рекреации дает весьма неточные данные. К тому же предугадать стратегии поведения людей порой сложнее, чем спрогнозировать, например, картину физико-химических процессов в загрязненной атмосфере и их последствий для наземных экосистем. В этом случае результаты оценки степени изменения параметров биотической составляющей экосистемы могут оказаться более информативными. По аналогии с методом ЭДУ воздействий, определяемым с помощью интегральных биотических показателей, можно говорить и об ЭДУ изменений в экосистеме. Основное значение при этом приобретают знания о закономерностях естественной динамики экосистем, ее механизмах и моделях [33]. Так, исследования аллогенных сукцессий растительных сообществ дают основания считать предельно допустимой такую нагрузку фактора, при которой состав фитоценоза изменился на один полусмен, т.е. предполагается, если в фитоценозе сохранилась хотя бы половина видов, то после прекращения действия фактора фитоценоз может самовос-становиться - будет иметь место вторичная
Рис. 1. Экологичнские модификации (по Абакумову, 1991) Fig. 1. Ekologichnskie modification (for ABAKUMOV 1991)
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 6/2014
41
ЭКОЛОГИЯ
восстановительная автогенная сукцессия, или демутация [14].
Биотический подход к нормированию качественного состояния природных экосистем сопряжен с необходимостью разработки критериев состояния популяций и биоценозов и соответствующих параметров (индикаторов) качественной оценки, а дифференцированный подход к установлению границ нормы предполагает знание диапазона естественной изменчивости биоценозов. В.А. Абакумовым при разработке системы экологического нормирования пресноводных водоемов [21] предложена система градаций состояния биоценозов в условиях антропогенного воздействия (рис. 1). Выделенные градации состояния природных экосистем обозначаются как экологические модификации.
Безусловно, прием ранжирования состояния природных экосистем в зависимости от антропогенной нагрузки не нов: многие исследования подводили к построению частных систем градаций при построении экспертных систем оценок биотических компонентов для экосистем разных типов при разных видах антропогенных воздействий. Так, Н.Г. Булгаков в известном обзоре [10] приводит ряд примеров ранжирования экосистем на основе сообществ пресноводных и морских гидробион-тов. Они демонстрируют различные способы выявления экологических модификаций: определение изменений интенсивности общего метаболизма биоценоза, оцениваемых через продукционные характеристики фитопланктона, исследования видовой структуры, показателей развития и особенностей распределения организмов разных экологических групп (фитопланктона, зообентоса, перифитона, макрофитов и т.д.). В.Ф. Цветков [34] выделяет в процессе постепенной деградации лесных насаждений в условиях атмосферного загрязнения несколько стадий: фоновая (естественное состояние), преддигрессивная, дигрессивная при сохранении эдификаторной роли древесного яруса, дигрессивная при разрушении древесного яруса, редина, пустошь, техногенная эродированная пустыня. Данные модификации различаются структурой фитомассы видов-эдификаторов, структурой отдельных
элементов фитоценоза. Бурден и Рандерсон [44], пытаясь поставить величину допустимой нагрузки в зависимость от планируемого уровня допустимых изменений в биогеоценозе, применительно к степным и луговым экосистемам выделяли три уровня допустимой нагрузки: низкий - при котором сохраняются редкие, чувствительные к внешнему воздействию виды растений; средний -растительный покров на данном участке сохраняется как таковой; высокий - необходимо искусственное поддержание растительного покрова. Шкалы последовательных изменений в лесном биогеоценозе под воздействием рекреации, независимо от варианта их ступенчатости (трехстадийные, четырехстадийные, пятистадийные [32, 35]), также представляют собой градации экологических модификаций.
Экологические модификации в интерпретации В.А. Абакумова (рис.1), основываясь на общих закономерностях динамики экосистем, претендуют на универсальность - не зависят от типа экосистемы и вида воздействия и позволяют оценить местонахождение экосистемы на траектории ее удаления от природного облика в условиях антропогенного воздействия. Экологические модификации отражают важную экологическую закономерность - возможность существования экосистем в нескольких метастабильных состояниях. Такое положение и допускает подвижность границы между нормальным и патологическим состоянием экосистем, и тогда, как подчеркнуто в работе [9], граница между экологической нормой и патологией представляет собой предмет соглашения между исследователями или лицами, принимающими решение.
Учитывая дифференцированный подход к понятию экологической нормы, следует различать: 1) нормальное состояние экосистемы, которое с заданной вероятностью обеспечивает ее пребывание в границах нормы (инварианта); 2) допустимое состояние, обеспечивающее возвращение к границам нормы;
3) критическое - возвращение в область нормы исключено. Пользуясь описанием градаций экологических модификаций, приведенным выше, можно заключить, что для ООПТ в урбанизированных условиях объективно
42
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 6/2014
ЭКОЛОГИЯ
оптимальным будет состояние антропогенного экологического напряжения, сопряженное с увеличением видового разнообразия биоценозов, усложнением межвидовых отношений, увеличением пространственно-временной гетерогенности, усложнением пищевой цепи. Это соответствует допустимому состоянию экосистемы, обеспечивающему возвращение к границам нормы.
Таким образом, в общем виде решение задачи экологического нормирования сводится к анализу зависимостей в системе «антропогенная нагрузка - состояние биоты - качество экосистемы». Все разнообразие существующих подходов и концепций в этой сфере определяется целевым использованием экосистем и трактовкой понятий «экологическая норма» и «нежелательные изменения» и преломляется через выбор методов определения предельных экологических нагрузок и предельно допустимых экологических изменений; способов измерения антропогенной нагрузки и методов описания состояния биоты.
Современная система экологического менеджмента на промышленных предприятиях и в системе коммунального хозяйства современных крупных городов способна минимизировать последствия аэротехногенного загрязнения. Основной составляющей в загрязнении воздушного бассейна становятся компоненты, связанные с работой автотранспорта. В наиболее благоприятном случае, если отлажена система регионального экологического контроля, городские леса попадают в условия умеренного хронического аэротехногенного загрязнения, не достигающего опасных для лесной растительности в целом (но не отдельных видов!) уровней. Исключением, как правило, являются примагист-ральные участки лесов, что характерно для Москвы [36]. Поэтому ведущим фактором дестабилизации состояния лесных экосистем и соответствующих биоценотических перестроек в черте крупного города является рекреационное воздействие.
Практика рекреационного природопользования свидетельствует, что на испытывающих рекреационное воздействие природных территориях можно значительно
расширить границы нормальных и допустимых состояний благодаря целенаправленной организации территории [35]. В приложении к лесным участкам в границах городских особо охраняемых природных территорий это не совсем совпадает с задачей повышения рекреационного потенциала, традиционно декларируемой в рамках рекреационного лесопользования в системе лесного хозяйства: здесь смещаются акценты: от «максимально приспособить лес под отдых» к «сделать отдых максимально безопасным для леса». В связи с этим и вопросы нормирования рекреационных нагрузок на экосистемы городских лесов требуют переосмысления. Это, прежде всего, касается аспектов параметризации - построения системы критериев экологической оценки и их индикаторов. В случае рекреационного воздействия на лесные экосистемы в условиях ООПТ в основу последних должны быть положены параметры видового разнообразия.
Для свертывания разнообразной экологической информации, получаемой в результате ведения мониторинга, эффективны интегральные показатели, позволяющие оценить состояние биотических и абиотических компонентов экосистем и визуализировать состояние окружающей среды на обследуемых территориях [9, 10, 11].
В работах [37, 38] обоснована система критериев и индикаторов для оценки состояния лесных экосистем на урбанизированных территориях. Здесь целесообразно привести только краткую информацию о показателях.
Состояние биотической составляющей лесных экосистем отражают два интегральных показателя: индекс состояния древостоя и индекс структурного разнообразия лесного биоценоза.
Индекс состояния древостоя (по методике Е.Г. Мозолевской [39] с изменениями) отражает жизнеспособность древесного полога через средневзвешенную степень облис-твенности крон и дает относительное представление о биологической продуктивности и экологической ассимилятивной способности исследуемого участка леса
h = (1)
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 6/2014
43
ЭКОЛОГИЯ
где Qi - доля суммы площадей сечения деревьев /-той категории состояния в общей сумме площадей поперечного сечения всех стволов деревьев; f - коэффициенты облиственности деревьев разных категорий состоянии (1,0 - без признаков ослабления; 0,8
- слабо ослабленные (потеря облиственности до 25 %); 0,6 - ослабленные (потеря облиственности до 50 %); 0,4
- сильно ослабленные (потеря облис-твенности до 75 %); 0,2 - усыхающие (потеря облиственности более 75 %); 0 - сухостой / бурелом текущего года и прошлых лет).
Второй биотический индикатор - индекс структурного разнообразия лесного биоценоза. Он отражает сохранность структуры ключевых элементов лесной среды в обследованных участках леса. И это очень важно. Ведь практически невозможно определить абсолютное разнообразие видов в лесной экосистеме. Но можно прибегнуть к методу относительной оценки. Например, разнообразие ключевых местообитаний в лесных экосистемах косвенно дает представление о степени представленности лесных видов («разнообразие порождает разнообразие»). Индекс структурного разнообразия построен на основе индекса Бриллуэна, который является одним из универсальных показателей разнообразия в теории информации. Он рассчитывается по формуле
где mi - численное значение i-го компонента разнообразия
Для учета и оценки элементов лесного структурного с разнообразия разработана специальная шкала (табл. 1).
Обобщая данные регулярных наблюдений с помощью биотических индексов, можно уловить динамические изменения в биоценозе под действием различных факторов, в том числе и оценить экологическую эффективность проводимых на территории хозяйственных мероприятий по ответным реакциям компонентов лесных экосистем. Но, как указывалось выше, с позиций задач экологического мониторинга необходимо:
- во-первых, обосновать систему ранжирования (градуировки) значений экологических индикаторов в зависимости от степени отклонения состояния биотического компонента экосистемы от экологической нормы;
- во-вторых, получить интегральную оценку состояния природной среды в условиях многофакторного антропогенного воздействия.
В ходе анализа методов свертывания экологической информации и нормирования значений экологических параметров [8, 10, 40] привлек внимание метод построения функций желательности (МФЖ). Его полезные свойства - возможности построения оценочных шкал для отдельных рядов параметров (частных функций желательности) и построения обобщенного показателя качества на основе частных параметров (обобщенные функции желательности). Логически такой подход соответствует и идее экологических модификаций.
МФЖ является одним из подходов к формализации субъективных неопределенностей в многокритериальных задачах. Метод построения обобщенной функции желательности (МФЖ) предложен С. Харрингтоном (1965). Он представляет собой математический инструментарий перевода реальных значений параметров в единую безразмерную числовую шкалу с фиксированными границами от 0 до 1 и последующего отображения частных количественных шкал в обобщенные шкалы критериев качества. Для преобразования частных откликов (рядов наблюдаемых значений параметров) в частные функции желательности используется экспоненциальная зависимость: d = exp(- exp|-y’}), где у’- кодированное значение признака. Она имеет несколько критических точек (ординаты точек перегиба, или базовые точки - в 0,2; 0,37; 0,63; 0,8, что позволяет задавать границы градаций желательности не произвольным, а строгим образом). Это дает возможность не только оценить абсолютные величины показателей, но и выявить, насколько они близки к области ухудшения, руководствуясь строгими интервальными диапазонами: от 0 до 0,20 («очень плохо»); от 0,20 до 0,37 («плохо»); от 0,37 до 0,63 («удовлетворительно»); от 0, 63 до 0,80
44
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 6/2014
ЭКОЛОГИЯ
Таблица 1
Шкала оценки структурного разнообразия лесных биогеоценозов Scale evaluation of the structural diversity of forest ecosystems
Ключевые элементы структурного разнообразия, mi Результаты полевых учетов Численная оценка, баллы
1. Число видов сосудистых растений, шт. до 10 1
11-25 5
более 25 10
2. Общее количество деревьев на ПП, шт. до 15 1
16-30 5
31 и более 10
3. Количество деревьев с диаметром до 15 1
более 10 см, шт. 16-30 5
31 и более 10
4. Количество растений подлесочных Отсутствуют или представлены
пород, шт. только малиной и бузиной 0
до 10 1
11-25 2
26-50 4
51-75 6
76-100 8
более 100. 10
5. Подрост, шт.экз/м2 0-0,1 0
0,1-1 1
1-5 5
5 и более 10
6. Лесные виды в составе травянисто-кус- до 5 0
тарничкового яруса (доля в суммарном 5-25 1
обилии травянисто-кустарничкового 26-50 3
яруса), % 51-75 5
76 и более 10
7. Глубина лесной подстилки, см до 1 1
1-2 2
8. Состав лесной подстилки Хвоя или листва 1
Хвоя и листва 2
9. Пни Число пар на расстоянии друг от друга За каждую пару пней
более 5 м 1
2-5 м 2
менее 2 м 3
10. Валеж разных категорий (более 2 м в длину диаметром от 8 см), шт. Количество экземпляров, шт. 1 (за каждый экземпляр)
11. Расстояние до водоемов или пере- Более 5, но биотического
увлажненных участков (низины, ямы, взаимодействия нет. 0
канавы и т.п., заполняющиеся водой), м Биотическое взаимодействие есть
более 5 1
2-5 5
менее 2 10
12. Старовозрастные деревья, шт. Количество экземпляров 1 (за каждое дерево)
(«хорошо»); от 0,80 до 1,0 («хорошо»). Задача исследователя в этом случае - выбрать из каждого ряда значений наблюдаемых параметров или индикаторных характеристик по два базовых значения и наилучшим образом подобрать
им в соответствие значения из ряда базовых точек функции желательности (желательностей отклика). По этим точкам строятся уравнения частных функций желательности. Затем проводится построение обобщенного отклика,
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 6/2014
45
ЭКОЛОГИЯ
задаваемого как среднее геометрическое частных желательностей d
D= !‘fd~1d2..dh
где d. - частная функция желательности (i =l^n).
Начнем с рекреационного воздействия как наиболее значимого фактора дестабилизации сохранившихся в урбанизированных условиях лесов.
В условиях городского леса ключевые элементы структурного разнообразия постепенно утрачиваются и замещаются другими (нелесными) компонентами, прежде всего, из-за рекреационного воздействия. Между значениями индекса структурного разнообразия, полученными на основе данных полевых учетов, и уровнями рекреационной дигрессии была установлена весьма значимая корреляция [38]. Так, величина значения эмпирического коэффициента детерминации (0,863) указывает на то, что 86,3 % вариаций признака-результата (т.е. значений индекса структурного разнообразия) обусловлены группировкой эмпирических данных по градациям признака-фактора (т.е. по стадиям рекреационной дигрессии). Высокое значение эмпирического корреляционного отношения (0,929) указывает на тесную связь снижения значений индекса структурного разнообразия с усилением рекреационной из-мененности биогеоценоза. Внутригрупповые вариации значений индекса, очевидно, обусловлены индивидуальными особенностями каждого объекта оценки, связанными с лесотипологической принадлежностью, возрастными особенностями сообществ и со своего рода «историей рекреационных нагрузок» на конкретный участок - продолжительностью и характером рекреационного воздействия.
Таким образом, значение индекса структурного разнообразия объективно может отражать степень рекреагенной изменен-ности лесных биогеоценозов. Для получения градуировки его значений в соответствии с рекреационной дигрессией был применен метод МФЖ. За базовую отметку 0,8 (перегиб «хорошо» - «очень хорошо») принято значение индекса в 1,85. Это минимальное значение индекса, соответствующее положе-
нию состояния биоценоза на первой и второй стадиях рекреационной дигрессии. В соответствие базовой точке 0,2 (перегиб «плохо» - «очень плохо») поставили в соответствие значение индекса 1,45 - это максимальное значение индекса, выявленное для лесных биоценозов на четвертой стадии рекреационной дигрессии (Прим.: за основу принята шкала индикации рекреационной дигрессии Г.А.Поляковой [31]).
Построенное по этим точкам уравнение
d = exp[-exp(7,639 - 4,940 y2)].
Полученные на основе уравнения интервальные диапазоны значений индекса позволяют использовать индекс структурного разнообразия в качестве индикатора рекреа-генной нарушенности лесной среды (табл. 2).
При регулярном стационарном мониторинге с помощью индекса можно улавливать динамические изменения в состоянии биогеоценоза, которые могут быть неочевидными при применении традиционных методов оценки. Но учитывая, что в урбанизированных условиях рекреация является одной из составляющих комплекса антропогенных воздействий на природную среду, необходимо, как указывалось выше, продумать, каким образом его интегрировать в состав комплексных показателей экологического состояния территории, т.е. предложить способ многокритериальной экологической оценки.
Аналогичный подход был применен к рядам значений индекса состояния древостоя, и была получена зависимость
d2 = exp[-exp(2,063 - 0,395 yt)].
Для построения использованы базовые точки: 0,8 - соответствует значению индекса 9,0. Это древостой, в составе которого 50 % и более деревьев без признаков ослабления, а мертвые деревья отсутствуют или представлены единичными экземплярами. Базовая точка по шкале МФЖ в 0,2 соответствует значению индекса в 4,0 - древостой с преобладанием сильно ослабленных, усыхающих и сухостойных деревьев.
В многокритериальной оценке индикацию состояния экосистемы по биотическим показателям можно сочетать с характеристи-
46
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 6/2014
ЭКОЛОГИЯ
Таблица 2
Интервальная оценка значений индекса структурного разнообразия Interval estimation of values of the index of structural diversity
Диапазоны значений индекса H Стадии рекреационной дигрессии
1,85 и более II-I
1,70-1,85 Ш
1,55-1,70 Ш—IV (ячеистая структура фитоценоза)
1,45-1,55 IV
до 1,45 V
ками абиотической составляющей природной среды. При этом параметры абиотической среды можно оценивать как с позиций безопасности для лесных биоценозов, так и с позиций санитарно-гигиенического подхода. Последнее для городских лесов значимо с точки зрения пригодности для рекреационного использования.
Наиболее важным экологическим критерием для урбанизированной территории является загрязнение атмосферного воздуха. В условиях московского мегаполиса зоны устойчивого атмосферного неблагополучия приурочены к автомагистралям (в других городах могут быть очерчены и зоны влияния промышленных предприятий, загрязняющих атмосферу) Вопрос в том, как далеко заходит их влияние вглубь лесных массивов. Аналогично, в отношении пригодности для рекреационного использования, складывается ситуация и с акустическим загрязнением природной среды в городе.
На территории Москвы приоритетным загрязнителем атмосферного воздуха является диоксид азота. Можно исследовать и оценить территорию городского лесного массива на предмет устойчивых режимов содержания этого компонента воздуха. Для построения функции желательности по концентрации диоксида азота в атмосферном воздухе приняты следующие условия: базовая точка 0,8 соответствует концентрации 0,02 мг/м3 (среднесуточная предельно допустимая концентрация для хвойных деревьев [29]), 0,2 - 0,085 мг/м3 (до 2006 г. в России это значение соответствовало максимально-разовой концентрации, санитарно-гигиенический норматив). Уравнение частной функции желательности в этом случае имеет вид
d4 = exp[-exp(-2,108 +30,400 y4).
Показателем качества акустической среды является эквивалентный уровень звука. Здесь можно принять следующие исходные условия при оценке качества акустической составляющей экосистем. Базовая точка 0,8 -эквивалентный уровнь звука в 40 дбА (естественный уровень звука в лесном насаждении в фоновых условиях и комфортный уровень звука согласно санитарным нормам [41, 42]), а 0,2 - 80 дбА (длительное нахождение в среде с таким уровнем звука способствует развитию хронической тугоухости [43]). На основе этих значений получена зависимость
d3 = exp[-exp(-3,476+0,049 y3)];
Обобщенная функция желательности в данном случае определится как D = ^d2d,d4.
На основе полученных частных функций желательности, используя шкалу Харрингтона, можно найти интервальные оценки значений индикаторов (табл. 3).
Использование предложенного набора индикаторов позволяет визуализировать состояние отдельных компонентов экосистем и результаты обобщенной многокритериальной экологической оценки. Это упрощает подачу результатов мониторинга состояния лесных экосистем в адрес лиц, принимающих решение. Так, на рис. 2 представлена картина сохранности лесной среды в границах лесного массива «Троекуровский лес» (часть комплексного природного заказника «Долина реки Сетунь»), полученная на основе значений индекса структурного разнообразия, рассчитанных по данным мониторинга 2013 г. Карта-схема (рис. 3) также отображает информацию о сохранности лесной среды, но уже на основе
ЛЕСНОИ ВЕСТНИК 6/2014
47
ЭКОЛОГИЯ
Таблица 3
Оценочные шкалы значений экологических индикаторов городских лесов
Estimates of the scale of values of environmental indicators of urban forests
Количественные отметки на шкале желательности и желательность значения отклика Индекс структурного разнообразия Hstr Индекс состояния древостоя Id Эквивалентный уровень звука, L, дбА Концетрация NO2 C, мг/м3
0,80-1,0: очень хорошо (very good= excellent) 1,85 и более 9,0-10,0 40 и менее 0,02 и менее
0,63-0,80: хорошо (good) 1,70-1,85 7,16-9,0 40-55 0,02-0,044
0,37-0,63: посредственно (mediocre) 1,55-1,70 5,22-7,16 55-70 0,044-0,069
0,20-0,37: плохо (bad= borderline) 1,45-1,55 4,0-5,22 70-80 00,069-0,085
0-0,20: очень плохо (unacceptable = very bad) до 1,45 0-4,0 80 и более 0,085 и более
Рис. 2. Сохранность лесной среды в границах лесного массива «Троекуровский лес»
Fig. 2. Save the forest environment within the boundaries of the forest «Troekurov Forest»
значений индекса структурного разнообразия, нормированных с помощью полученной оценочной шкалы (табл.3). При этом на картину степени сохранности естественной структуры лесных биоценозов в границах территории наложена информация о состоянии акустической среды (белые изолинии), по результатам измерений звукового давления, оцененных на основе значений частных функций желательности. Для визуализации данных использованы возможности геоинформационной системы Golden Software Surfer 11.
Рис. 3. Степень сохранности ключевых элементов структурного разнообразия лесных биогеоценозов и состояние акустической среды в границах лесного массива «Троекуровский лес»
Fig. 3. The degree of preservation of the key elements of the structural diversity of forest ecosystems and the state of the acoustic environment within the boundaries of the forest «Troekurov Forest»
Алгоритм оценки может быть положен в основу компьютерной экспертной системы, позволяющей сохранять, обрабатывать, анализировать большие объемы экологических данных. Необходимость разработки такой информационно-аналитической системы усугубляется и пополнением динамических рядов данных при регулярном мониторинге.
Библиографический список
1. Элер, Ч.Н. Системы управления качеством окружающей среды в региональном масштабе /Ч.Н.
48
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 6/2014
ЭКОЛОГИЯ
Элер // Труды II Советско-американского симпозиума «Всесторонний анализ окружающей природной среды». Л.: Гидрометеоиздат, 1976. - С. 277.
2. Глазунов. В.Г. Метео-климатические особенности мегаполиса и их влияние на биоценозы / В.Г. Глазунов // Экология, мониторинг и рациональное природопользование. Научные тр. Вып.288 (1). М.: МГУЛ, 1997. - С. 135-143.
3. Кулагин, Ю.З. Лесообразующие виды, техногенез, прогнозирование / Ю.З. Кулагин .- М.: Наука, 1980.-116 с.
4. Биоиндикация загрязнения наземных экосистем / под ред.Р Шуберта.- М.: Мир, 1988.-348 с.
5. Цветков, В.Ф. Лес в условиях аэротехногенного загрязнения / В.Ф. Цветков.- Архангельск, 2003354 с.
6. Мартынюк, А.А. Сосновые экосистемы в условиях аэротехногенного загрязнения / А.А. Марты-нюк.-М.: ВНИИЛМ, 2004 - 160 с.
7. Нерешенные проблемы Москвы и Подмосковья. / Материалы научно-практической конференции-М.: Медиа-ПРЕСС, 2012.-400 с.
8. Безель, В.С., Смирнов Н.И. Экологическое нормирование антропогенной нагрузки. Общие подходы. / В.С. Безель, Ф.С. Кряжимский, Л.Ф. Семириков, Н.И. Смирнов // Экология.- 1992.- № 6. - С. 3-10.
9. Воробейчик, Е.Л. Экологическое нормирование техногенных загрязнений / Е.Л. Воробейчик, О.Ф. Садыков, М.Г Фарафонов. - Екатеринбург: Наука, 1994. - 280 с.
10. Левич, А.П. Теоретические и методические основы технологии регионального контроля природной среды по данным экологического мониторинга /А.П Левич, Н.Г. Булгаков, В.Н. Максимов.- М.: НИА-Природа, 2004. - 271 с.
11. Количественные методы в экологии и гидробиологии / под ред. Розенберга Г.С. .- Тольятти: ИЭВБ, 2005.- 404 с.
12. Российская Федерация. Законы Об охране окружающей среды [Текст] федер. закон : [принят Гос.Ду-мой 10 января 2002 г. : одобр. Советом Федерации 26 декабря 2001 г. ] [4_е изд.]. - М.: Ось_89. - 46 с.
13. Израэль, Ю.А. Экология и контроль состояния природной среды / Ю.А. Израэль - М.: Гидрометеоиздат, 1984. - 360 с.
14. Миркин, Б.М. Современная наука о растительности / Б.М. Миркин, Л.Г. Наумова, Ф.Н. Саломещ.-М.: Логос, 2002.- 264 с.
15. Одум, Ю. Основы экологии / Ю. Одум - М.: Мир, 1975. - 740 с.
16. Экосистемы в критических состояниях / под ред. Ю.Г.Пузаченко. - М.: Наука, 1989.- 155 с.
17. Шварц, С.С. Теоретические основы глобального экологического прогнозирования / С.С. Шварц // Всесторонний анализ окружающей природной среды. Труды II советско-американского симпозиума. - Л.: Гидрометеиздат, 1976. - С. 181-191.
18. Шитиков, В.К. Количественная гидроэкология: методы системной идентификации / В.К Шитиков, Г.С., Розенберг, Т.Д. Зинченко. - Тольятти: ИЭВБ РАН, 2003. - 463 с.
19. Воробейчик, Е.Л. Экологическое нормирование токсических нагрузок на наземные экосистемы: автореф. дисс. ... д-ра биол. наук. - Екатеринбург, 2003.- 50 с.
20. Абакумов, В.А., Гидробиологический мониторинг пресноводных экосистем и пути его совершенствования / Л.М. Сущеня // Экологические модификации и критерии экологического нормирования.
- Л.:Гидрометеоиздат, 1991. - C. 41-51.
21. Абакумов, В.А. Экологические модификации и развитие биоценозов В.А Абакумов // Экологические модификации и критерии экологического нормирования/ Тр. междунар. симпозиума.- Л.: Гидрометеоиздат,1991. - С. 18-40.
22. Левич, А.П. Биотическая концепция контроля природной среды / А.П. Левич // Докл. РАН. 1994. 337.
- № 2. - С. 280-282.
23. Николаевский, В.С. Экологическая оценка загрязнения среды и состояния наземных экосистем методами фитоиндикации / В.С. Николаевский. - М.: МГУЛ, 1998.- 192 с.
24. Николаевский, В.С. Биологические основы газоустойчивости растений /. В.С Николаевский. - Новосибирск: Наука, 1979. - 278 с.
25. Алексеев, А.С. Экологическое нормирование атмосферного зпгрязнения SO2 и HF по состоянию древостоев ели европейской / Лесоведение. - 1993.
- № 4. - С. 82-86.
26. Рекомендации по качеству воздуха в Европе/ пер. с англ. - М.: Весь мир, 2004. -312 с.
27. Временные нормативы ПДК загрязняющих в-в в атмосферном воздухе, оказывающих вредное воздействие на лесные насаждения в районе музея-усадьбы «Ясная поляна».- М.: ВНИИЛМ, 1984.- 17 с.
28. Мартынюк, А.А. Сосновые экосистемы в услови-
ях аэротехногенного загрязнения, их сохранение и реабилитация; Автореф. дисс..д-ра с.-х. наук.
- Москва, 2009. - 37 с.
29. Предельно допустимые концентрации загрязняющих веществ в атмосферном воздухе зон произрастания лесообразующих древесных пород (утв. Рослесхозом, Минприроды РФ 10 мая 1995 г.).
30. Жигарев, И.А. Закономерности рекреационных нарушений фитоценозов / И.А. Жигарев // Успехи совр. биологии. - 1993. - Т. 113. - Вып. 5.- С. 564-575.
31. Полякова, Г.А., Малышева Т.В. Индикация антропогенных (главным образом рекреационных) изменений сосняков Подмосковья / Г.А. Полякова Т.В Малышева.// Биоиндикация состояния окружающей среды Москвы и Подмосковья. - М.: Наука, 1982. - С. 66-72.
32. Тарасов, А.И. Рекреационное лесопользование / А.И Тарасов.- М.: Агропромиздат, 1986.- 176 с.
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 6/2014
49
ЭКОЛОГИЯ
33. Разумовский, С.М. Закономерности динамики биогеоценозов.- М.: Наука, 1981.- 224 с.
34. Цветков, В.Ф. Динамика лесных экосистем в зоне аэротехногенного загрязнения / В.Ф. Цветков // Тез. докл. междунар. науч. конф. «Влияние атмосферного загрязнения и других антропогенных и природных факторов на дестабилизацию состояния лесов Центральной и Восточной Европы». Т 1. - М.: МГУЛ. - 1996. - С. 18.
35. Беднова, О.В. Нормирование рекреационных нагрузок на лесные экосистемы городских особо охраняемых природных территорий: традиции и реальность / О.В. Беднова // Использование и охрана природ. ресурсов в России. - 2012. - № 1. - С. 47-51.
36. http://www.mosecom.ru/reports
37. Беднова, О.В. Экологические индикаторы устойчивого развития мегаполиса / О.В. Беднова, В.А. Кузнецов // Вестник МГУЛ-Лесной вестник, 2010, № 7 (75). - С. 20-24.
38. Беднова, О.В. Метод индикации и оценки рекреа-генных изменений в лесных биогеоценозах / О.В. Беднова// Вестник МГУЛ-Лесной вестник,, 2013, № 7 (99).- С. 77-88.
39. Мозолевская, Е.Г. Информационное обеспечение урбомониторинга / Е.Г Мозолевская // Монито-
ринг состояния лесных и городских экосистем. - М.: МГУЛ, 2004. - С. 108-123.
40. Дилигенский, Н.В. Нечеткое моделирование и многокритериальная оптимизация производственных систем в условиях неопределенности: технология, экономика, экология / Н.В Дилигенский, Л.Г. Дымова, П.В. Севастьянов. - М.: Машиностроение, 2004. - 397 с.
41. Балычев, В.Д. Роль защитных лесных насаждений Нижнего Поволжья в регулировании шума: дис. ... канд. с.-х. наук: 06.03.04. - Волгоград, 2005. - 245 с.
42. Строительные нормы и правила СНиП 23-03-2003 «Защита от шума» Приняты и введены в действие постановлением Госстроя России от 30 июня 2003 г. № 136.
43. Письмо Министерства здравоохранения РФ от 6 ноября 2012 г. № 14-1/10/2-3508 О направлении Методических рекомендаций «Диагностика, экспертиза трудо способности и профилактика профессиональной сенсоневральной тугоухости» - http:// www.garant.ru/products/ipo/prime/doc/70169664/
44. Burden R.F., Randerson P.F. Quantitative studies of the effects of human trampling on vegetation as an aid to the management of seminatural areas // J. Appl. Ecol. 1972, 9, № 2. - P. 439-457.
ECOLOGICAL STANDARDIZATION AND INDICATION TECHNOLOGY OF THE FOREST ECOSYSTEMS STATE IN URBAN SPECIALLY PROTECTED NATURAL AREAS
Bednova O.V., assoc. MSFU, cand. biol. sciences
oliabednova@rambler.ru
Moscow State Forest University (MSFU), 1st Institutskaya st., 1, 141005, Mytischi, Moscow reg., Russia
The basic principles of ecological standaptization and their features in the application to forest ecosystems in urban areas are viewed in the article. The approaches to the concept of «ecological norm» and normality criteria of ecosystems are discussed. The necessity ofstandardization the forest ecosystems state on the basis of biotic indicators is substantiated. Particular attention is paid to the integrated human impact on the urban forest. The ecologic monitoring program of forest ecosystems in urban protected natural areas is set out. As criteria of environmental assessment are offered state of the tree stand, the preservation of the structure of the key elements offorest ecosystems, air pollution, and the degree of acoustic comfort within the borders of urban forests. Information about the biotic components is generalized by means of two integrated indicators. The first is the index of the tree stand state. It reflects the vitality of the tree stand through stake trees of different status categories and gives an idea of the biological productivity and environmental assimilative capacity offorest plot. The second is the index of structural diversity. It indicates how well has been preserved the structure of key forest habitats in the surveyed plot. As indicators of abiotic environmental are applied average daily concentration of nitrogen dioxide and sound pressure level. The values of standard indicators are substantiated. For indication of the abiotic environment have been took the approved sanitary and environmental norms as a basis. Standardization of biotic indices values has been produced by experts on the basis of longterm monitoring data of urban forests. For optimization multicriteria assessment has been applied the metod of desirability functions (Harrington's functions). Using a scale Harrington the ranges of ecological indicators values, that correspond to different qualitative ecosystem (environmental modifications), have been derived.
Key words: ecological standardization, bioindication, forest ecosystems, urban specially protected natural areas, biodiversity, multicriteria assessment.
References
1. Eler Ch.N. Sistemy upravleniya kachestvom okruzhayushchey sredy v regional’nom masshtabe [Quality management systems of environment on a regional scale]. Trudy IISovetsko-amerikanskogo simpoziuma «Vsestoronnij analiz okruzhajushhejprirodnoj sredy» [Proceedings of the II Soviet-American Symposium on «A comprehensive analysis of the environment.»]. Leningrad: Gidrometeoizdat Publ., 1976. p. 277.
2. Glazunov VG. Meteo-klimaticheskie osobennosti megapolisa i ikh vliyanie na biotsenozy [Meteo-climatic features of the metropolis and their impact on the biocenosis]. Jekologija, monitoring i racional’noe prirodopol’zovanie. Nauchnju tr MGUL. [Environmental monitoring and environmental management. Proceedings of the MFSU], 1997, no. 288 (1). pp. 135-143.
3. Kulagin Yu.Z. Lesoobrazuyushchie vidy, tekhnogenez, prognozirovanie [Forest-forming species, technogenesis, forecasting]. Moscow: Nauka Publ., 1980.116 p.
50
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 6/2014
ЭКОЛОГИЯ
4. Bioindikatsiya zagryazneniya nazemnykh ekosistem [The bioindication pollution of terrestrial ecosystems]. Moscow: Mir Publ., 1988. 348 p.
5. Tsvetkov V.F. Les v usloviyakh aerotekhnogennogo zagryazneniya [Forest in the conditions of aerotechnogenic pollution]. Arhangel’sk: ASTU Publ., 2003. 354 p.
6. Martynyuk A.A. Sosnovye ekosistemy v usloviyakh aerotekhnogennogo zagryazneniya [Pine ecosystems in conditionals of environmental contamination]. Moscow: VNIILM Publ., 2004.160 p.
7. Nereshennye problemy Moskvy i Podmoskov’ya [Unsolved problems in and around Moscow]. Materialy nauchno-prakticheskoy konferentsii [Proceedings of the Conference]. Moscow: Media-PRESS Publ., 2012.400 p.
8. Bezel’ V.S., Kryazhimskiy F.S., Smirnov N.I., Semirikov L.F., Ekologicheskoe normirovanie antropogennoy nagruzki [Environmental regulation of anthropogenic load. Common approaches]. Jekologija [Ecology], 1992. no. 6, pp. 3-10.
9. 9 Vorobeychik E.L., Sadykov O.F., Farafonov M.G. Ekologicheskoe normirovanie tekhnogennykh zagryazneniy [Ecologocal standardization of terrestrial ecosystems technogenic pollution]. Ekaterinburg: Nauka Publ., 1994. 280 p.
10. Levich A.P., Bulgakov N.G., Maksimov V.N. Teoreticheskie i metodicheskie osnovy tekhnologii regional’nogo kontrolyaprirodnoy sredy po dannym ekologicheskogo monitoringa [Theoretical and methodological foundations of regional environmental control according to environmental monitoring ]. Moscow: NIA-Priroda Publ., 2004. 271p.
11. Kolichestvennye metody v ekologii i gidrobiologii [Quantitative Methods in Ecology and Hydrobiology].Tol’jatti: IEVB Publ., 2005. 404 p.
12. RossiyskayaFederatsiya. Zakony Ob okhrane okruzhayushchey sredy [Federal Law «On Environmental Protection»] Prinyat Gos. Dumoy 10 yanvarya 2002 g.: odobr. Sovetom Federatsii 26 dekabrya 2001 g. [Gos. Dum. adopted January 10, 2002: Approved. Federation Council December 26, 2001]
13. Izrael’ Yu.A. Ekologiya i kontrol’sostoyaniyaprirodnoy sredy [Ecology and environmental control]. Moscow: Gidrometeoizdat Publ., 1984. 360 p.
14. Mirkin B.M., Naumova, L.G., Salomeshh F.N. Sovremennaya nauka o rastitel’nosti [The Modern Science of vegetation].Moscow: Logos Publ., 2002. 264 p.
15. Odum Yu. Osnovy ekologii [Fundamentals of Ecology]. Moscow: Mir, 1975. 740 p.
16. Ekosistemy v kriticheskikh sostoyaniyakh [Ecosystems in critical states]. Moscow: Nauka, 1989. 155 p.
17. Shvarts S.S. Teoreticheskie osnovy global’nogo ekologicheskogo prognozirovaniya [Theoretical foundations ofthe global ecological forecasting]. Vsestoronniy analiz okruzhayushchey prirodnoy sredy. Trudy II sovetsko-amerikanskogo simpoziuma [Proceedings of the II Soviet-American Symposium on «A comprehensive analysis of the environment»]. Leningrad: Gidrometeoizdat Publ., 1976. pp. 181-191.
18. Shitikov V.K., Rozenberg G.S., Zinchenko T.D. Kolichestvennaya gidroekologiya: metody sistemnoy identifikatsii [Quantitative hydroecology: the system identification methods]. Tol’jatti: IEVB Publ., 2003. 463 p.
19. Vorobeychik E.L. Ekologicheskoe normirovanie toksicheskikh nagruzok na nazemnye ekosistemy: Avtoref dis. . d-ra biol. nauk [Environmental regulation of the toxic load on terrestrial ecosystems. Autoabstract of dr. biol. diss.]. Ekaterinburg, 2003. 50 p.
20. Abakumov V.A., Sushchenya L.M. Gidrobiologicheskiy monitoring presnovodnykh ekosistem i puti ego sovershenstvovaniya [Environmental modifications and the criteria of environmental regulation].Gidrobiologicheskiy monitoring presnovodnykh ekosistem i puti ego sovershenstvovaniya [Hydrobiological monitoring of freshwater ecosystems and ways to improve it]. Ltningrad: Gidrometeoizdat Publ., 1991. pp.41-51.
21. Abakumov V.A. Ekologicheskie modifikatsii i razvitie biotsenozov [Environmental modification and development of biocenosis] Ekologicheskie modifikatsii i kriterii ekologicheskogo normirovaniya. L.: Gidrometeoizdat, 1991. pp. 18-40.
22. Levich A.P. Bioticheskaya kontseptsiya kontrolya prirodnoy sredy [Biotic control concept of the natural environment].Dokl. RAN [Reports of the Russian Academy of Sciences]. 1994, no. 337 (2). Pp. 280-282.
23. Nikolaevskiy V.S. Ekologicheskaya otsenka zagryazneniya sredy i sostoyaniya nazemnykh ekosistem metodami fitoindikatsii [Ecological assessment of environmental pollution and terrestrial ecosystems state by phytoindication methods]. Moscow: MSFU Publ., 1998. 192 p.
24. Nikolaevskiy V.S. Biologicheskie osnovy gazoustoychivosti rasteniy [Biological bases gas resistance of plants]. Novosibirsk: Nauka Publ., 1979.278 p.
25. Alekseev A.S. Ekologicheskoe normirovanie atmosfernogo zpgryazneniya SO2 i HFpo sostoyaniyu drevostoev eli evropeyskoy [Environmental regulation of air pollution SO2 and HF on the basis of the Norway spruce stands state]. Lesovedenie [Forestry], 1993, no.4, pp. 82-86.
26. Rekomendatsiipo kachestvu vozdukha v Evrope [Air Quality Guidelines for Europe]. Moscow: Ves’ mir Publ., 2004. 312p.
27. Vremennye normativy PDK zagryaznyayushchikh v-v v atmosfernom vozdukhe, okazyvayushchikh vrednoe vozdeystvie na lesnye nasazhdeniya v rayone muzeya-usad’by [Temporary ecological standards of permissible air pollution adversely affecting the forest stands in the museum district Estate «Yasnaya Polyana»]. Moscow: VNIILM Publ., 1984. 17 p.
28. Martynyuk A.A. Sosnovye ekosistemy v usloviyakh aerotekhnogennogo zagryazneniya, ikh sokhranenie i reabilitatsiya. Dis. . d-ra s-h nauk [Pine ecosystems in terms of environmental contamination and their conservation and rehabilitation. Autoabstract of dr. agrocal. diss.]. Moskow, 2009. 37 p.
29. Predel’no dopustimye kontsentratsii zagryaznyayushchikh veshchestv v atmosfernom vozdukhe zon proizrastaniya lesoobrazuyushchikh drevesnykh porod [Maximum allowable concentrations of pollutants in the atmospheric air of the zones growing forest trees]. Utv. Rosleshozom, Minprirody RF10 maja 1995 g. [Approved by the FFA Ministry of Natural Resources May 10, 1995].
30. Zhigarev I.A. Zakonomernosti rekreatsionnykh narusheniy fitotsenozov [Regularities of the recreational disturbances in natural phytocenoses]. Uspehi sovr. biologii [Advances in modern biology], 1993,Vol.113, no., p.564-575.
31. Polyakova G.A., Malysheva T.V. Indikatsiya antropogennykh (glavnym obrazom rekreatsionnykh) izmeneniy sosnyakov Podmoskov’ya [Indication of anthropogenic (mainly recreational) changes in suburbs pine forests]. Bioindikatsiya sostoyaniya okruzhayushchey sredy Moskvy i Podmoskov’ya [Bioindication the environment in and around Moscow]. Moscow: Nauka Publ., 1982. pp. 66-72.
32. Tarasov A.I. Rekreatsionnoe lesopol’zovanie [Recreational use of forests]. Moscow: Agropromizdat Publ., 1986. 176 p.
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 6/2014
51
ЭКОЛОГИЯ
33. Razumovskiy S.M. Zakonomernosti dinamiki biogeotsenozov [Regularities of biocenosis dynamic]. Moscow: Nauka Publ., 1981. 224 p.
34. Tsvetkov V.F. Dinamika lesnykh ekosistem v zone aerotekhnogennogo zagryazneniya [The dynamics of forest ecosystems in the aerotechnogenic pollution areas]. Tez. dokl. mezhdunar. nauch. konf. «Vliyanie atmosfernogo zagryazneniya i drugikh antropogennykh iprirodnykh faktorov na destabilizatsiyu sostoyaniya lesov Tsentral’noy i Vostochnoy Evropy « T.1. [Proceedings of the intern. scientific. conf. «The influence of air pollution and other anthropogenic and natural factors to destabilize the state of forests in Central and Eastern Europe. Vol. 1.].Moscow: MSFU Publ., 1996. p. 18.
35. Bednova O.V Normirovanie rekreatsionnykh nagruzokna lesnye ekosistemy gorodskikh osobo okhranyaemykhprirodnykh territoriy: traditsii i real’nost’ [Rationing recreational pressure on forest ecosystems of urban protected areas: the tradition and reality]. Ispol’zovanie i ohranaprirod. resursov v Rossii [Use and protection of natural resources in Russia], 2012, no.1. pp. 47-51.
36. Mosekomonitoring. Ofitsial’nyysayt [Mosecomonitoring Official website.] Available at http://www.mosecom.ru/reports (accessed 1 Oktober 2014).
37. Bednova O.V., Kuznecov V.A. Ekologicheskie indikatory ustoychivogo razvitiya megapolisa [Environmental indicators of sustainable development of metropolis]. Moscow state forest university bulletin - Lesnoy vestnik, 2010, no. 7 (75). pp. 20-24.
38. Bednova O.V. Metod indikatsii i otsenki rekreagennykh izmeneniy v lesnykh biogeotsenozakh [The method of changes assessment in recreation forests] Moscow state forest university bulletin - Lesnoy vestnik, 2013, no. 7 (99). pp. 77-88.
39. Mozolevskaya E.G. Informatsionnoe obespechenie urbomonitoringa [Information support of urban ecosystems monitoring]. Monitoring sostoyaniya lesnykh i gorodskikh ekosistem [Monitoring of forest and urban ecosystems]. Moscow: MSFU Publ., 2004. pp. 108-112.
40. Diligenskiy N.V., Dymova, L.G., Sevast’yanov P.V.Nechetkoemodelirovanieimnogokriterial’nayaoptimizatsiyaproizvodstvennykh sistem v usloviyakh neopredelennosti: tekhnologiya, ekonomika, ekologiya [Fuzzy modeling and multi-objective optimization of production systems in the face of uncertainty: technology, economy, ecology]. Moscow: Mashinostroenie Publ., 2004. 397 p.
41. Balychev V.D. Rol ’zashchitnykh lesnykh nasazhdeniy Nizhnego Povolzh ’ya v regulirovanii shuma. Diss. kand. s-kh .nauk. [The role of protective forest plantations in the Lower Volga region for the regulation of noise. Dr. agric. sci. diss]. Volgograd: 2005. 245 p.
42. Stroitel’nye normy i pravila SNiP 23-03-2003 «Zashchita ot shuma» Prinyaty i vvedeny v deystvie postanovleniem Gosstroya Rossii ot 30 iyunya 2О0З g. № 136 [Sanitary norms SN 2.4/2. 2.1.6.1338-03 1.8.562-96 «The noise in the workplace, in residential and public buildings and residential areas].
43. Metodicheskikh rekomendatsiy «Diagnostika, ekspertiza trudosposobnosti i profilaktika professional’noy sensonevral’noy tugoukhosti» [Assessment and prevention of occupational disability sensorineural hearing loss]. Available at: http://www.garant. ru/products/ipo/prime/doc/701696.
44. Burden R.F., Randerson P.F. Quantitative studies of the effects of human trampling on vegetation as an aid to the management of seminatural areas. J. Appl. Ecol., 1972, no. 2. pp. 439-457.
МУРАВЬИ В ЭКОЛОГИЧЕСКОМ МОНИТОРИНГЕ
А.А. ЗАХАРОВ, вед. науч. сотрудник Института проблем экологии и эволюции
им. АН. Северцова РАН
ferda@bk.ru
ФГБУН Институт проблем экологии и эволюции им. А.Н. Северцова РАН Россия, 119071, Москва, Ленинский проспект, д. 33
Рыжие лесные муравьи (группа Formica rufa, Formicidae, Hymenoptera) - удобный объект для проведения экологического мониторинга леса. Для них характерны: а) длительное существование единичных структур (гнезд, колоний); б) многочисленность в контрольных условиях, заметность; в) возможность проведения сопоставимых учетов в различные фенологические сроки; г) доступность для визуальных и инструментальных методов оценки состояния, не нарушающих объект,; д) лабильность поселений и их структуры; е) возможность сопряженных исследований объекта на разных организационных уровнях: гнезда, надсемейных структур, многовидовых сообществ муравьев. Использование муравьев в экологическом мониторинге облегчается разработанностью методов описания, инвентаризации и диагностики состояния поселений муравьев. Свойства гнезд и наземных дорог муравьев таковы, что позволяют производить реконструкцию событий и ситуаций, имевших место в конкретном поселении. Муравьи группы Formica rufa могут быть эффективными элементами как многолетнего мониторинга, так и экспресс-анализа состояния отдельных муравейников, комплексов их гнезд и насаждений, в которых эти муравейники обитают. Сочетание используемых признаков позволяет надежно диагностировать состояние муравейников и с высокой вероятностью оценивать тенденции их развития на последующие 4 - 5 лет.
Ключевые слова: рыжие лесные муравьи, экологический мониторинг леса, методы описания, инвентаризации и диагностики состояния поселений.
Рыжие лесные муравьи (группа Formica rufa) и другие муравьи р. Formica играют важную роль в жизни леса, способствуя повышению продуктивности и биологической устойчивости лесных сообществ. Практическое применение муравьев в биологической защи-
те леса началось как у нас, так и в Западной Европе в конце тридцатых годов XX в., а его пик пришелся на конец 50-х - 70-е годы. При этом внимание специалистов по защите леса было сконцентрировано на роли муравьев как энтомофагов в очагах массового размноже-
52
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 6/2014
