Зеленые Насаждения в мониторинге окружающей среды крупного промышленного города (на примере г. Красноярска) >03. 00. 16 экология - davaiknam.ru o_O
Главная
Поиск по ключевым словам:
Похожие работы
Название работы Кол-во страниц Размер
Влияние крупного промышленного города на здоровье человека 1 128.09kb.
Программа для поступающих в магистратуру по специальности 1 101.53kb.
Решение задачи снижения влияния автомобильного транспорта на уровень... 1 55.54kb.
Экология и лесное хозяйство Обеспечение защитных функций городских... 1 94.98kb.
Схема одномандатных избирательных округов города Красноярска для... 1 306.07kb.
Уведомление №53 1 63.83kb.
Семинар "Источники загрязнения окружающей среды. Геоэкологические... 1 131.17kb.
Информация отдела по охране окружающей среды департамента муниципальной... 1 65.08kb.
Объектов туристского показа Хабаровского муниципального района 1 122.93kb.
Байков Вениамин, Ващенко Татьяна, Лаковникова Александра Возможности... 1 19.91kb.
М. П. Драгоманова 020303 Филология 1 63.06kb.
«Изучение почвенных беспозвоночных города Брянска: состав, распространение... 1 237.89kb.
Направления изучения представлений о справедливости 1 202.17kb.

Зеленые Насаждения в мониторинге окружающей среды крупного промышленного города (на - страница №1/3


На правах рукописи

Авдеева Елена Владимировна

зеленые Насаждения

в мониторинге окружающей среды

крупного промышленного города

(на примере г. Красноярска)

03.00.16 – экология

Автореферат


диссертации на соискание ученой степени


доктора сельскохозяйственных наук

Красноярск - 2008


Работа выполнена в ГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет»



Научный консультант

доктор биологических наук, профессор Валерий Васильевич Кузьмичев

Официальные оппоненты

доктор биологических наук, профессор Людмила Степановна Шугалей

доктор сельскохозяйственных наук, профессор Роза Михайловна Бабинцева

доктор сельскохозяйственных наук, профессор Сергей Кимович Фарбер


Ведущая организация ФГОУ ВПО «Сибирский федеральный университет»


Защита состоится _____________года в____ часов на заседании диссертационного совета Д 220.037.01 при ФГОУ ВПО «Красноярский государственный аграрный университет»

Отзывы на автореферат в двух экземплярах с заверенными подписями просим направлять по адресу 660049, г. Красноярск, пр. Мира, 90.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Красноярского государственного аграрного университета

Автореферат разослан ____ ________ 2008 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Д.Е. Полонская



Актуальность проблемы определяется неблагоприятной экологической ситуацией в крупных промышленных центрах Сибири, сложившейся под воздействием техногенных нагрузок, определяющих модификацию окружающей среды. Это приводит к изменениям свойств отдельных биотических компонентов и в итоге - качества жизни населения. Важным элементом природного каркаса урбоэкосистем и средством улучшения его градостроительных качеств выступает система озеленения. В настоящее время сложившиеся приемы создания системы озеленения города Красноярска и других городов Сибири, ландшафтно-эстетические принципы ее формирования, а также нормативно-техническая база проектирования не обеспечивают комфортность городской среды. Основой разработки направлений и принципов реконструкции системы озеленения должны служить результаты экологических исследований ландшафтных процессов, выявлений основных источников экологических напряжений, изучения интегрированного воздействия техногенных стрессоров.

Создание и сохранение оптимальных условий для проживания человека возможно только при обеспечении необходимого экологического баланса для всех живых организмов и биосферы в целом, в связи с чем оценку качества среды необходимо проводить по реакциям растительных организмов на условия произрастания. Необходимы учет и анализ свойств древесных растений, таких, как устойчивость (способность к саморегуляции), стабильность, способствующая сопротивляемости экосистем различным видам воздействия, динамичность, функциональность, эстетичность, индикаторная способность, которые позволяют оценить состояние экосистемы. Взамен существующей глазомерной оценки зеленых насаждений необходима разработка точных критериев и аналитических методов. Требуется обоснование показателей, позволяющих установить закономерности формирования зеленых насаждений и выполнения экологических функций в процессе их жизнедеятельности, а также степень эмоционального восприятия древесных растений в условиях города и оценки состояния окружающей среды.



Цель - изучение закономерностей развития и индикаторной роли древесных растений, обоснование методов мониторинга и структуры зеленых насаждений, позволяющие повысить уровень экологической комфортности окружающей среды крупного промышленного города.

Основные задачи. Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1. Изучить соответствие насаждений городских объектов озеленения дендроклиматическим ресурсам, ландшафтным и экологическим особенностям территорий.

2. Исследовать динамику формирования техногенных воздействий и их влияние на микроклиматические условия городской среды, разработать методику и классификацию городских территорий с обоснованием типов градорастительных условий.

3. Выявить особенности роста и реакции отдельных видов древесных растений на техногенные воздействия различного уровня. Обосновать выбор вида древесного растения как индикатора состояния городской среды. Оценить функциональную эффективность зеленых насаждений в урбосреде.

4. Обосновать систему аналитических методов оценки экологического и эстетического состояния древесных растений, позволяющие определить уровень экологической комфортности городских территорий по показателям индивидуального роста дендроиндикатора, разработать методику определения уровня качества объектов озеленения.

Научная новизна

1. Установлено, что в условиях сибирских городов многообразие сочетаний ландшафтных и градостроительных условий, осложненное различными комбинациями техногенных загрязнений, приводит к формированию большого числа локальных условий произрастания, оценить и сгруппировать которые возможно с использованием дендроиндикационных методов.

2. Разработана методика оценки экологического состояния городских территорий и проведена их классификация по типам градорастительных условий.

3. В результате исследований закономерностей роста древесных растений в урбанизированной среде установлено, что реакции древесных растений на стрессовые воздействия имеют видовые особенности, которые проявляются в изменениях формы, размеров, фитонасыщенности крон.

4. Обоснован вид-индикатор для оценки качества городской среды. Установлено, что параметры роста и степень заполнения крон фитомассой лиственницы сибирской отражают уровень стрессовых воздействий и экологического риска территорий.

5. На базе аналитических методов разработана методика оценки экологического и эстетического состояния зеленых насаждений. Основой методики является положение о том, что соответствие основных биометрических параметров древесных растений инвариантам устойчивости отражает уровень экологического состояния территорий.



Защищаемые положения

  1. Условия произрастания древесных растений в урбанизированной среде классифицируются как типы градорастительных условий, которые определяются комплексом взаимосвязанных природно-климатических, ценотических, градостроительных и техногенных факторов.

  2. Лиственница сибирская, обладая наибольшей пластичностью, отражает стрессовые воздействия городской среды и является эффективным видом-индикатором. Динамика роста деревьев и степень фитонасыщенности крон выступают основными признаками-маркерами уровня экологической комфортности городских территорий.

  3. Оценка эстетического и экологического состояния зеленых насаждений более объективно проводится на основе аналитических методов (золотые пропорции, ритм, симметрия, фрактальность). При этом степень соответствия основных параметров древесных растений инвариантам устойчивости может служить как характеристикой их индивидуального роста, так и уровня загрязнения городской среды.

Практическая и социальная значимость работы заключается в том, что:

  • установленные связи параметров экологических ниш древесных растений и дендроклиматических ресурсов среды позволяют использовать в городском зеленом строительстве виды, наиболее приспособленные к местным условиям;

  • методика диагностики градорастительных условий является новым инструментом оценки качества среды и может служить основой мониторинга;

  • методы усиления экологических функций, выполняемых зелеными насаждениями с учетом условий произрастания и плотности их создания, способствуют повышению комфортности городской среды;

  • методика количественной оценки уровня качества объектов озеленения базируется на научно обоснованном подходе к проектированию этих объектов и их реконструкции, выборе ассортимента растений для различных функциональных категорий системы озеленения крупных промышленных центров Сибири;

  • направления реконструкции системы озеленения городских территорий обоснованы в соответствии с типами градорастительных условий, рекомендациями по выбору видового состава и структуры насаждений.

Апробация. По теме диссертации опубликовано 58 статей, три монографии, 8 работ в изданиях, рекомендованных ВАК РФ. Основные результаты и положения работы были представлены и обсуждались на международных и всероссийских научно-практических конференциях: «Лесной и химический комплексы: проблемы и решения» (Красноярск, 1994-2004), «Химико-лесной комплекс: научное и кадровое обеспечение в 21 веке» (Красноярск, 2000), «Непрерывное экологическое образование и экологические проблемы» (Красноярск, 1995-2004), «Экология большого города» (Москва, 2004), «Природообустройство и рациональное природопользование – необходимые условия социально-экономического развития России» (Москва, 2005), «Проблемы озеленения городов» (Москва, 2006, 2007, 2008).

Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 382 страницах, состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы (из 358 наименований), иллюстрирована 84 рисунками, содержит 97 таблиц.

Личный вклад автора. Представленная работа является результатом многолетних исследований автора, который разрабатывал программы, методики, проводил натурные обследования, экспериментальные исследования, анализ, обобщение и интерпретацию полученных результатов.

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы цель и задачи работы.

Глава I.

Анализ исследований роста и индикаторной роли древесных растений в урбанизированной среде

Ландшафт современного города отражает все разнообразие и противоречивость происходящих в нем процессов. Анализ исследований экологии городов показывает, что расширение городских территорий и современные технологические возможности их преобразования свели до минимума индивидуальный облик природной среды, на которой размещен город [Чистякова, 1988; Владимиров, 1999; Природный …, 2000; Большаков, 2000; Маслов, 2000]. Системный подход к исследованию зеленых насаждений, которые являются основным звеном экологического каркаса города, позволит выявить особенности их функционирования в условиях техногенных процессов и динамики ландшафтов, оценить продуктивность, классифицировать и моделировать изменение качества жизни в городской среде.



Морфометрия урбофитоценозов. Для оценки процессов роста древесных растений используется ряд биометрических параметров, описывающих размеры стволов и крон деревьев. При этом разработано значительное количество аналитических моделей для изучения динамики биометрических параметров древесных растений в естественных условиях произрастания [Кузьмичев, 1977; Кофман, 1986]. Для оптимизации структуры и видового состава городских насаждений необходимо адаптировать методы исследований хода роста как отдельных деревьев, так и их совокупностей для условий урбанизированной среды. Анализ изменения процессов роста и скорости развития позволит прогнозировать динамику состояния древесных растений, произрастающих в городской среде.

Биологическая продуктивность насаждений. В настоящее время накоплены материалы, дающие представление о характере и направленности энергетических процессов, протекающих в лесных сообществах, и о трансформации ими факторов среды. Анализ исследований показывает, что влияние фитоценозов на основные факторы среды в значительной степени определяется количеством сконцентрированной в них фитомассы и характером ее пространственного размещения [Протопопов, 1975; Загреев, 1978; Молчанов, 1973, 1983; Уткин, 1984, 1997, 2000; Усольцев, 1985, 1988, 1995, 2001, 2005]. Роль зеленых насаждений и доля их участия в повышении качества урбанизированной среды определяются их биологической продуктивностью, которая зависит от количества фитомассы зеленых насаждений и общей первичной продукции. Наиболее полно процесс биопродуктивности может быть описан тремя группами параметров: качественными, количественными и морфометрическими [Усольцев, 1995]. Они и положены нами в основу исследований фитомассы городских насаждений.

Функционально-экологическая эффективность зеленых насаждений. В настоящее время оценка санитарного и эстетического состояния древесных растений проводится глазомерно по состоянию крон деревьев, что приводит к субъективности результатов, либо по площади горизонтального сечения или объема крон, определяемых методами эвклидовой геометрии [Колесников, 1974; Полякова, 2004 и др.]. Данные показатели не отражают долю участия незанятых пространств в объеме дерева, которые изменяются в зависимости от уровня техногенных воздействий. Это значит, что теряется физический смысл оценки и возникает необходимость использования других подходов к их измерению. Решение данной задачи возможно с использованием методов фрактальной геометрии (Федер, 1991; Пайтген, Рихтер, 1993; Zeide, 1998; Баранцев, 2004; Трубецков, 2004).

Преобразование среды древесной растительностью определяется биологией основных видов древесных растений, их морфологическими и физиологическими особенностями [Молчанов, 1983; Цыганов, 1983; Kohyama, 1997; Заугольнова, Смирнова, 2000; Носова, Тихонова, Леонова, 2005]. Структура живой системы создается для выполнения определенных функций, которые являются целью и критериями процесса ее жизнедеятельности. Анализ работ, изучающих выполнение функциональной роли зелеными насаждениями с учетом условий их произрастания, позволил обосновать методы оценки полезных свойств древесных растений для условий городской среды [Белов,1964; Ву, 1971; Протопопов, 1975; Протопопова, 1982; Мальков, 1985;Полевой, 1989; Бурков, 1990; Якушина, 1990; Цельникер и др., 1993; Александров, 2001; Исаенко, Денискин, 2003].

В исследованиях В.А.Филина [2001] в области видеоэкологии среды установлено, что визуальная среда, ее насыщенность зрительными элементами постоянно оказывают сильное воздействие на общее психическое состояние человека, и в особенности - на орган зрения, т.е. действует как любой другой экологический фактор, составляющий среду обитания человека. Показателями оценки визуальной среды выступают эстетические параметры ее объектов, в частности, зеленых насаждений города.

Основы биоиндикационных исследований. Химические соединения техногенного происхождения, попадая в городскую среду, модифицируются биотическими и абиотическими составляющими, поэтому их окончательное воздействие на компоненты окружающей среды сложно прогнозировать. Методы биологической индикации позволяют оценить состояние среды по реакциям живых организмов-биоиндикаторов в показателях, имеющих биологический смысл [Биоиндикация…, 1988; Мэннинг, Федер, 1988; Ярмишко, 1997]. Анализ литературных источников позволил составить относительную (так как число экологических факторов и процессов, вызывающих у древесных растений способность к защите, потенциально не ограничено) классификацию процессов, факторов, видов, обусловливающих стабильность озелененных территорий в урбанизированной среде, и на основе экологического подхода определить алгоритм дендроиндикационных исследований методами биоиндикации [Морозов, 1962; Риклефс, 1979; Удовенко, 1979; Илькун, 1982; Матюк, 1983; Гродзинский, 1983; Полевой, 1989; Реймерс, 1990; Рожков, 2003; Николаевский, 2002; Лищинская, 2003; Башкин, 2005].

Морфологические особенности древесных растений являются достаточно информативными для определения стабильности их роста и степени изменения условий их произрастания [Николаевский, 1979, 1998, 2001; Цыганов, 1983; Мэннинг, Федер, 1988; Соловьев и др., 1989; Воронин, 1989; Ярмишко, 1997; Заугольнова, Смирнова, 2000; Шелухо, 2001; Носова и др., 2005]. Поэтому актуально проведение диагностики экологической комфортности среды по реакции признаков–маркеров древесных растений [Шемберг, Жарко, 1984]. На основании этого, нами определены методы исследования и система параметров, характеризующие динамику процессов жизнедеятельности древесных растений в условиях урбосреды. Они позволяют установить закономерности роста, выполнение экологических функций, эстетическое восприятие древесных растений, оценить состояние экологического риска городских территорий. Анализ индикаторной роли древесных растений позволил составить классификацию процессов и факторов, определяющих стабильность роста древесных растений в урбанизированной среде.



Основные направления реконструкции озеленения городов. Усложнение негативной техногенной ситуации в городе, снижение экологического качества жизни населения обусловливают основные направления архитектурно-ландшафтной реконструкции, представляющей собой целенаправленное изменение качества городской среды за счет достижения баланса и скоординированного последовательного преобразования природных и антропогенных компонентов [Нефедов, 2002, 2006; Морозова, 2003].

В процессе функционирования городских зеленых насаждений под воздействием факторов урбанизированной среды постоянно изменяются их состояние, эффективность выполнения заданных функций и, следовательно, качество объектов озеленения. В настоящее время отсутствует единая нормативная и методическая основа проведения оценки качества городских зеленых насаждений. Технология оценки на базе методов прикладной квалиметрии позволяет оценить состояние объектов озеленения и наметить основные направления повышения их экологической эффективности и эстетической значимости [Азгальдов, Райхман, 1972; Гличев, 1977, 1992; Репях, Левшина, Ковалев, 1999]. Анализ опубликованных работ показал актуальность исследований процессов роста и практической роли древесных растений в условиях сибирских городов, результаты которых могут быть использованы в качестве одного из базовых инструментов решения проблемы повышения качества жизни в городской среде и научного обоснования региональных концепций в области ландшафтного озеленения.



Глава II.

Научно-методические основы исследований

Объекты исследований. Выбор объектов исследований предопредели изучение экологической обстановки, природно-климатического фона и натурное обследование объектов озеленения г. Красноярска. В процессе экспериментальных исследований изучались биометрические параметры деревьев, параметры структуры насаждений и конкретные градорастительные условия.

Биометрические параметры деревьев (размеры стволов и крон) изучались для четырех видов древесных растений: лиственницы сибирской (Larix sibirica Ledeb.), березы повислой (Betula pendula Roth), ели сибирской (Picea obovata Ledeb.), липы мелколистной (Tilia cordata Mill.), в возрасте от 8 до 50 лет.

Объем экспериментальных данных представлен 120 объектами озеленения города Красноярска, на которых обследовано около трех тысяч деревьев в 2002 – 2003 годах. При этом 260 деревьев на 23 объектах обмерены повторно. Первичные исследования проводились в 1991-92 гг. Исследуемые насаждения принадлежат к различным категориям озеленения: 38 участков заложены в насаждениях общего пользования (скверы, парки, озеленение набережных и площадей), 82 – в посадках улиц и магистралей. При исследовании степени фитонасыщенности крон с использованием специально разработанных программ обработано более 350 цифровых фотографий и видеозаписей. Необходимое и достаточное количество повторностей опытов определялось известными методами. На каждом участке выполнены обмеры не менее 10 деревьев, в результате которых получены следующие биометрические параметры: высота дерева, высота до максимального диаметра кроны, высота до начала кроны, диаметр дерева на высоте 1.3 м, диаметры кроны, обмеренные в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Полученные параметры позволили вычислить длину кроны и ее освещенную поверхность, объем ствола и кроны.

Параметры структуры насаждений. Городские объекты озеленения, в отличие от естественных насаждений, формируются с учетом норм, разработанных для зеленых насаждений различного функционального назначения, которые не всегда адаптированы к местным природным условиям и техногенным нагрузкам, что усложняет рост растений в городской среде и не дает ожидаемых санитарного и эстетического эффектов.

Анализ пространственной структуры городских объектов озеленения и закономерных различий изменения габитуса деревьев в них показал, что все разнообразие насаждений можно разделить на два типа. Первый тип пространственной структуры объединяет насаждения, деревья в которых растут и развиваются в сообществе, – это групповой тип произрастания, второй тип – насаждения, состоящие из свободно растущих деревьев – свободный тип произрастания, т.е. растения в них не вступают в фазу роста в сообществе.

Градорастительные условия, являющиеся сочетанием природно-климатических, техногенных и социальных условий города, определялись с использованием разработанной нами методики.



Оценка техногенных воздействий. Методика определения техногенного воздействия автотранспорта на примагистральные пространства основана на поэтапном определении эмиссии отработанных газов, уровня загрязнения на различном удалении от магистрали и сравнении полученных результатов с предельно допустимыми концентрациями вредных веществ в воздушной среде для различных элементов урбоэкосистемы [Оценка…, 2002; Николаевский, 2002]. При расчете рассеивания выбросов от автотранспорта и определении концентрации токсичных веществ на различном удалении от магистралей использовалась модель Гаусса распределения примесей в атмосфере [Оценка…, 2002; Степень, 2002, 2003, Лобанов, 2002, 2003].

Классификация насаждений. Для решения данной задачи был использован кластерный анализ. Определение значимости показателей и их отбор по целесообразности использования для проведения классификации насаждений выполнены в следующем порядке: I этап – агломеративным методом проверялась достоверность показателей; на II этапе число выделенных групп закладывалось в кластер-анализ k-средних. Принадлежность к кластеру определялась в многомерном анализе наибольшим числом общих значений признаков [Факторный…, 1989; Боровиков, Боровиков, 1997].

Методы изучения роста, биопродуктивности и эффективности функционирования городских насаждений. Построение рядов роста деревьев в высоту проведено статистическим методом [Кузьмичев, 1977; Анучин, 1982, 2004]. Для выравнивания взаимосвязи средних значений высот деревьев с возрастом в пределах рядов роста по высоте использовалось уравнение Мичерлиха.

Крона дерева является фрактальной структурой, а плотность ее заполнения характеризуется фрактальной размерностью массы (Федер, 1991; Пайтген, Рихтер, 1993; Zeide, 1998; Баранцев, 2004; Трубецков, 2004). Поэтому для объективной характеристики состояния зеленых насаждений использовались аналитические методы фрактальной геометрии [Баранцев 1988, 2003; Zeide, 1998; Синергетика…, 1998; Исаева, 2002; Евин, 2004]. Описание процесса изменения степени фитонасыщенности крон лиственницы было выражено в дробных «решетчатых» единицах, а их расчет проведен с применением специально разработанных программ на основе цифровых фото- и видеозаписей. В программе для определения фрактальной размерности фитонасыщенности крон заложен метод подсчета квадратов (box counting).

Для количественной оценки биологической продуктивности зеленых насаждений использовался регрессионный метод, в основе которого лежит использование зависимостей фракционного состава фитомассы дерева от таксационных показателей [Яблоков, 1934; Уткин и др., 1970; Аткин, 1984; Усольцев, 1984, 1988, 1995; Бабич и др., 2004]. Количественные значения запаса фитомассы и годичной продукции аппроксимированы аллометрической зависимостью (в качестве независимого аргумента принято произведение d2h): , где Y – показатели продуктивности (запас фитомассы, т/га, общая первичная продукция, т/га в год); а, в – коэффициенты уравнений; dдиаметр ствола, см; h – высота дерева, м (Уткин, 1984; Усольцев, 2005). Полученная модель для исследуемых видов позволяет определять показатели фитомассы в различных условиях городской среды.

В основе методики определения кислородопроизводящей и поглотительной способности насаждений, обоснованной рядом авторов, лежит расчет, характеризующий процесс фотосинтеза растений и баланс элементов C, O, H в сухом органическом веществе [Протопопов, 1978; Молчанов, 1978]. Исследования, проведенные Ю.Г. Мальковым [1985] в различных насаждениях Красноярска, показали способность насаждений трансформировать среду. Степень ее изменения зависит от конструкции зеленых насаждений. Установленные им зависимости использовались для расчета относительной влажности воздуха и пылепоглотительной способности насаждений Красноярска.



Методические основы оценки уровня качества городских объектов озеленения. Для проведения целенаправленной работы по управлению качеством объектов озеленения необходима периодическая оценка их соответствия градостроительным и социальным требованиям. В этом случае, объекты озеленения выступают предметами прикладной квалиметрии, основная задача которой состоит в измерении степени соответствия качества объекта требованиям потребителей методами количественной оценки [Азгальдов, Райхман, 1972; Гличев, 1977, 1992; Репях, Левшина, Ковалев, 1999]. На основании этого разработана классификационная система показателей качества с иерархической многоуровневой структурой, адаптированы методики прикладной квалиметрии для расчета параметров весомости единичных показателей и оценки уровня качества объекта озеленения. Алгоритм исследований представлен в таблице 1.


следующая страница >>



Если первый брак мужчины оказался ошибкой, за нее расплачивается вторая жена.
ещё >>