Современное состояние городских лесов и их использование
(на примере г. Томска)
А.М. Данченко, М.А. Данченко, А.Г. Мясников
Биологический институт Томского государственного университета
(г. Томск)
Изучено современное состояние лесов г. Томска - крупного промышленного центра. Полученные результаты могут быть использованы для разработки концепции озеленения городских территорий, создания базы данных и организации постоянного мониторинга насаждений и городских лесов и состояния почв рекреационных зон, а также для обоснования и внедрения нормативов предельно-допустимого воздействия загрязнителей воздуха на насаждения и почвенный покров города. В работе подробно рассмотрены вопросы, касающиеся современного состояния, структуры и использования городских лесов, рекреационной оценки лесных ландшафтов, санитарно-гигиенического состояния и рекреационной дигрессии городских лесов.
Ключевые слова: урбоэкосистема; древесные насаждения; напочвенный покров; лесопарковый ландшафт; санитарно-гигиеническая оценка насаждений; рекреационная дигрессия насаждений.
The studies performed in a particular metropolitan area and the approaches used can be applied in assessing the ecological status of other cities. In practical terms, the results can be used to develop the concept of greening urban areas, creating databases and organizing continuous monitoring of plantations and soils of recreational areas as well as to study and implement standards of maximally allowable air pollutants influence on the plantation and soil of a city.
Urban growth and an increase in areas of urbanized territories, observed in recent decades, create many crisis environmental problems. Within cities we have an integral effect of a large number of negative factors leading to significant deterioration of living conditions. First of all, modern urboekosistema is characterized by high levels of pollution, connected with intensive development of industry and transport. Within a city and its surroundings also a number of climatic characteristics change, the transformation of vegetation and other processes take place. The study of the ecological situation in cities is one of the priorities in environmental research. In the process of city formation its natural ecosystem gradually degrades and its place is occupied by a completely new man-made system (urboekosistema), which is characterized by specific features. The main negative impact on the city ecosystem is made by such factors pollution, industrial emissions, exhaust fumes, noise and thermal pollution and an increase in recreational load. городской лес рекреационный
Natural ecosystems, including those located within a city, are endowed with the possibility of self-organization, which gives them the opportunity to consistently and efficiently operate in the prevailing circumstances. Any changes of these terms and conditions may be considered as external loads on biogeocoenosis and its components. If the load exceeds the range of stability of the system defined by the internal mechanisms of self-organization, irreversible changes take place up to complete destruction. Thus, the solution to the problem of stability of a city ecosystem requires, on the one hand, the study of natural laws governing its operation, and on the other - the identification and valuation of external loads, destabilizing its status.
To increase the comfort of living conditions in the world of building cities greenery is widely used. In the cities of Siberia with its harsh and acutely continental climate and a significant discomfort of living, the importance of forests and green areas as positive environmental factors is particularly high.
Key words: urboekosistema; trees; ground cover; lesoparkovy landscape; sanitaryhygienic evaluation of plantings; recreational digression plantations.
Рост городов, а следовательно, и площадей урбанизированных территорий создает кризисные экологические проблемы. В пределах городов имеет место интегральное воздействие большого числа негативных факторов, приводящее к значительному ухудшению условий жизни населения. Современная урбоэкосистема характеризуется высоким уровнем загрязнения вследствие интенсивного развития промышленности и транспорта. В пределах города и в его окрестностях изменяется также ряд климатических характеристик, происходит трансформация растительности.
Изучение экологической ситуации в городах является одним из приоритетных направлений в исследованиях окружающей среды. В процессе становления города постепенно происходит деградация его природной экосистемы и на ее месте формируется совершенно новая антропогенная система (урбоэкосистема), для которой характерны специфические черты. Напряженность экологических проблем определяется масштабами города, природными условиями территории, характером промышленного производства, особенностями застройки, уровнем культуры горожан и их отношением к городскому хозяйству [1].
Современный город выступает в роли источника кризисных экологических проблем, вызывающих изменения показателей состояния здоровья населения. Антропогенные потоки вещества, образующиеся в ходе производственно-бытовой деятельности горожан, чрезвычайно многообразны и в большинстве случаев характеризуются высокими концентрациями химических элементов, в том числе и токсичных. Включаясь в природные циклы миграции, антропогенные потоки приводят к быстрому распространению загрязняющих веществ в компонентах городского ландшафта, где неизбежно их взаимодействие с человеком. Анализ путей миграции антропогенных потоков и выявление векторов их взаимодействия с окружающей средой - необходимое звено в цепи многофакторной оценки экологической обстановки в городах [2].
Для многих сибирских городов, в том числе и Томска, характерны проблемы, связанные со слабым потенциалом самоочищения атмосферного воздуха, скоплением большого числа автотранспорта, размещением в городской черте крупных промышленных предприятий, применением производственных технологий с недостаточной экологической защитой. Для улучшения экологической обстановки городов необходимо выявление уровней техногенного загрязнения основных депонирующих сред городской территории - воздушного бассейна, почвенного покрова, зеленых насаждений, водных объектов. Большое значение для экологической оценки имеют также данные о микроклиматических особенностях города, ландшафтном строении территории, плотности и качестве застройки, распределении зеленых зон [3].
В г. Томске процесс техногенного загрязнения компонентов городской среды протекает интенсивно, захватывая все большую территорию, поэтому настоятельной необходимостью становится проведение мероприятий по оптимизации их состояния. Улучшение условий жизни населения г. Томска во многом связано с сохранением и развитием городских и пригородных зон
массового отдыха. В городе вообще не проводилось комплексных исследований состояния рекреационных зон, их соответствия санитарногигиеническим, экологическим и эстетическим требованиям. Нет ясности в вопросе о том, в какой степени размеры и функции сложившихся зон отвечают потребностям жителей г. Томска, если учитывать общую численность населения и загрязнение городской среды.
Природные экосистемы, в том числе расположенные в пределах города, наделены свойством самоорганизации, которое дает им возможность стабильно и продуктивно функционировать в сложившихся условиях. Любые изменения этих условий могут рассматриваться как внешние нагрузки на биогеоценоз и его компоненты. В случае, если нагрузка превышает диапазон устойчивости системы, определяемый внутренними механизмами самоорганизации, происходят необратимые изменения вплоть до полного разрушения. Таким образом, для решения проблемы устойчивости экосистемы города необходимо исследовать природные закономерности ее функционирования и выявить и нормировать внешние нагрузки, дестабилизирующие ее состояние.
Материалы и методы исследования. Объектами наших исследований послужили естественные ненарушенные и естественные нарушенные серые лесные почвы и древесные породы: сосна обыкновенная (Pinus sylvestris L.), лиственница сибирская (Larix, sibirica Ledeb.), ель сибирская (Picea obovata Ledeb.), пихта сибирская (Abies sibirica Ledeb.), береза повислая (Betula pendula Roth). Оценка состояния почвенного покрова производилась по почвенным параметрам лесной подстилки и верхних горизонтов. При обследовании состояния древесных пород особое внимание уделялось сосне обыкновенной, имеющей индикационное значение. Известно, что сосна обладает высокой чувствительностью к атмосферному загрязнению и в отличие от других хвойных степень внешнего повреждения у этой породы соответствует ее физиологическому состоянию и накоплению токсикантов в тканях.
Томская агломерация расположена в бассейне р. Томи, в южной части Томской области. В ее состав, кроме г. Томска, входят: г. Северск, поселки Лоскутово, Тимирязево, Коларово, Богашево и др. Характерными особенностями территории являются ее неоднородность в геоморфологическом отношении, что предопределяет разнообразие почв и растительности, а также замедленный поверхностный сток и слабый дренаж грунтовых вод [4]. По природному районированию Западной Сибири г. Томск расположен в подзоне южной тайги. По санитарно-климатическому районированию Сибири южная тайга относится к зоне умеренно дискомфортного климата. К абиотическим факторам, оказывающим неблагоприятное воздействие на организм человека, относятся переохлаждение зимой и перегрев летом, быстрая смена погоды, резкие суточные перепады температуры, неустойчивый ветровой режим, снежные заносы и др.
Результаты исследования и обсуждение. Природное окружение г. Томска богато и разнообразно. Непосредственно в районе города в природной флоре встречается 90 видов древесных растений, причем значительная часть их представлена полукустарниками и кустарниками, не имеющими большого значения для лесного хозяйства и зеленого строительства. Наибольшее хозяйственное значение имеет семейство сосновых, представленное пятью лесообразующими породами - сосной обыкновенной, кедром сибирским, елью сибирской, пихтой сибирской и лиственницей сибирской. Березовые леса представлены березой повислой и берёзой пушистой (Bйtula pubйscens). Произрастают в основном на месте хвойных лесов. Из других лесообразующих пород следует отметить осину, тополь, древовидные ивы и кустарники. Всего в арборифлоре г. Томска в ходе наших исследований было обнаружено: 18 видов деревьев, 39 видов кустарников, 10 видов кустарничков и 23 вида полукустарничков.
В травяном покрове обнаружено: 30 видов лесных, 10 лесостепных, 20 луговых, 12 рудеральных и придорожных - всего 72 вида. Видовая насыщенность напочвенного покрова в основном удовлетворительная. Определенную тревогу вызывает интенсивное проникновение сорных для леса травянистых растений - пырея ползучего (Elytrнgia rйpens), подорожника большого (Plantбgo mбjor), полыни горькой (Artemisia absinthium), крапивы двудомной (Urtнca diуica), лопуха войлочного (Arctium tomentosum), что свидетельствует об интенсивном антропогенном давлении на насаждения, ослаблении процессов возобновления подроста и подлеска. Это явление предопределило необходимость более детального изучения устойчивости насаждений городских лесов и разработки мероприятий по их восстановлению и рациональному использованию.
Леса г. Томска (далее - городские леса) занимают площадь 8 293 га, в том числе покрытую лесом - 8 243 га, из которых 61 га составляют искусственные насаждения. Не покрытые лесом земли представлены несомкнувшимися лесными культурами и бывшими площадями лесных питомников - 33 га, вырубками, гарями, пустырями и прогалинами - на площади 17 га. Располагаясь в непосредственной близости от гг. Томска и Северска, городские леса полностью испытывают высокие антропогенные и техногенные нагрузки и в настоящее время представлены производными лиственными насаждениями, сформировавшимися на месте коренных темнохвойных лесов.
Основными лесообразующими породами городских лесов являются: береза повислая, занимающая площадь 2733 га, осина обыкновенная (Pуpulus trйmula) - 2042 га, сосна обыкновенная - 1821 га, пихта сибирская представлена на площади 508 га, ель сибирская - 346 га. На переувлажненных понижениях распространены: древовидные ивы - 666 га и тополь серебристый (Pуpulus бlba) - 53 га. Незначительно представлены кедр сибирский - 32 га, лиственница сибирская - 40 га, а также клен ясеневидный (Acer Negundo Flamingo) - 2 га. В подлеске широко представлены: рябина сибирская (Sorbus sibirica), черемуха обыкновенная (Prъnus pбdus), смородина черная (Rнмbes nнмgrum), смородина красная (Ribes rubrum), калина обыкновенная (Viburnum opulus), реже встречаются - акация желтая (Caragбna arborйscens), боярышник кроваво-красный (Crataйgus sanguнnea), малина обыкновенная (Rubus idaeus), спирея дубравколистная (Spiraea chamaedry-folia) и шиповник майский (Rosa majalis).
В большинстве насаждений подлесок густой и средней густоты, формируется несколькими видами кустарников. Напочвенный покров густой, представлен злаками, разнотравными широкотравными группировками. В городских лесах преобладают насаждения, смешанные по составу и сложные по строению. В составе хвойных насаждений 19% представляют лиственные породы, участие хвойных в лиственных лесах составляет около 7%. В примеси отмечено присутствие интродуцентов - вяза малого (Ulmus minor), дуба черешчатого (Quercus robur L.), сердцелистной липы (Tнlia cordбta) и яблони сибирской (Malus Baccata).
Состояние и структура насаждений городских лесов. Возрастная структура и строение городских лесов существенно отличаются от аналогичных показателей лесов Федерального лесного фонда. Абсолютно доминируют средневозрастные насаждения, которые составляют 51% покрытой лесом площади, спелые и перестойные составляют 32%, приспевающие - 11% и молодняки - 6%. При этом 83% хвойных насаждений отнесены к средневозрастным, 6% - к приспевающим, 5% - к молоднякам и 6% - к спелым. В то же время 45% лиственных древостоев являются спелыми и перестойными, 35% - средневозрастными, 14% - приспевающими и 6% - молодняками. Запасы древесины в городских лесах составляют 1466,4 тыс. м3, в том числе хвойной - 666,2 тыс. м3 и лиственной - 800,2 тыс. м3.
Лесорастительные условия земель, занятых городскими лесами, благоприятны для произрастания всех видов сибирской арборифлоры. Средняя производительность лесорастительных условий оценивается II классом бонитета. Высшие классы бонитета - у сосновых (Iа, 9) и лиственных (Iа, 2) насаждений. В хвойном хозяйстве производительность всех пород выше III класса бонитета. Средний класс бонитета хвойных насаждений - I, 4, а мягколиственных - II, 4. Насаждения II класса бонитета занимают 58,6% покрытой лесом площади. В хвойном хозяйстве присутствуют насаждения сосны и лиственницы Iб класса бонитета (0,5%), а в мягколиственном - IV (древовидные ивы) - V класса бонитета. Насаждения пихты, произрастая на несвойственных им серых лесных и дерново-глеевых почвах, имеют производительность преимущественно II класса бонитета. Древовидные ивы занимают небольшие переувлажненные западины, где формируют древовидные заросли IV-V классов бонитета.
В целом насаждения Iб-III классов бонитета представляют 90,2% земель лесного фонда. Насаждения с полнотами 0,6-0,7 занимают 62,3% покрытых лесом земель, с полнотами 0,3-0,5 - 26,7% и с полнотами 0,8-1,0 - только 11%. Средняя полнота городских лесов 0,61. Средняя полнота насаждений хвойных пород 0,65, а лиственных - 0,59. По породам средняя полнота у хвойных изменяется от 0,52 у кедра до 0,81 у лиственницы. Средняя полнота березовых насаждений 0,58 и осиновых 0,61, что объясняется способностью осины возобновляться корневыми отпрысками. Средний возраст городских лесов 70 лет, что свидетельствует об относительной молодости насаждений. При этом средний возраст сосны 77 лет, ели - 99 лет, пихты - 81 год, лиственницы - 47 лет и кедра 115 лет, а в среднем хвойных пород - 80 лет. Средний возраст березняков 78 лет, осинников - 58, а в среднем лиственных - 65 лет. Средний запас древесины 178 м3/га, в том числе хвойных - 243 и лиственных - 145 м3/га. Максимальный запас отмечен в насаждениях кедра - 301 м3/га и сосны - 249 м3/га. Средний запас березовых насаждений 149 м3/га, осиновых - 167 м3/га. Относительная молодость и высокая продуктивность насаждений определяют высокие показатели ежегодного прироста, который по городским лесам равен 2,3 м3/га, а по хвойным - 3 м3/га [6].