Биологические основы формирования устойчивых экосистем и рационального использования почвенно - растительных ресурсов мегаполисов (на примере Санкт-Петербурга)

Степень пораженности растений инфекционными болезнями листьев (мучнистая роса, пятнистости, ржавчина) зависит от породного состава городских насаждений. Мучнистой росой чаще и сильнее поражены дуб черешчатый, клен остролистный и некоторые виды ив. Пятнистости отмечены на листьях кленов всех видов, а ржавчина обнаружена на всех видах тополей. Болезни растений, как вредоносные объекты, имеют значение в молодых посадках, но в старшем возрасте они снижают декоративные качества городских насаждений, особенно мучнистая роса дуба черешчатого и ржавчина листьев тополей.

Максимальная встречаемость некроза листьев отмечается на селитебных территориях и в линейных насаждениях, вдоль которых проходят автомагистрали. Усыхание ильмовых в садах и парках Санкт-Петербурга связано с поражением их грибными болезнями..

Таблица 5.Фитопатологическое состояние древесных насаждений урбоэкосистем Санкт-Петербурга

Установлено, что в насаждениях городских экосистем Санкт-Петербурга преобладают базидиальные дереворазрушающие грибы, из них широкое распространение имеют 4 вида (Fomes fomentarius, Vauillemina comedens, Laetiporus sulphureus). Распространение заболеваний, вызванных этими видами грибов, в среднем по паркам составляет 45-50%, а в очагах поражения достигает 75-100%. Сумчатые и несовершенные грибы играют менее значительную роль, хотя поражение ими ветвей отрицательно влияет на состояние деревьев. Массовое поражение деревьев отмечается на пониженных заболоченных участках и в местах высоких рекреационных нагрузок. Степень пораженности растений возбудителями инфекционных заболеваний в насаждениях мегаполиса растет с увеличением возраста деревьев.

Установлено, что кроме приведенных выше на состояние линейных насаждений влияют и другие факторы. Так, усыхание кроны лиственницы европейской сильнее проявляется у молодых деревьев. Для 70-летних деревьев характерно появление суховершинности, желваков и сухобокости, морозобоин, явных признаков гнили. Судя по косвенным признакам, возбудителем гнили служит трутовик Швейница, поражающий корни и ядро комлевой части ствола. Сравнивая состояние деревьев на разных аллеях, можно сделать вывод о том, что одной из причин преждевременной гибели деревьев является замедление деятельности корневой системы, которая не может развиваться при достижении асфальтового покрытия. Для подтверждения этого вывода сделаны замеры радиальных приростов древесины на пнях спиленных деревьев лиственницы европейской. Как показано в табл. 6, резкое падение прироста практически у всех деревьев, произрастающих в условиях, ограничивающих развитие корневых систем, наступает через 30 лет и продолжает стабильно уменьшаться до их гибели.

Таблица 6. Ширина годичных колец на пнях лиственниц Софийского бульвара

Проявление усыхания кроны лиственниц различного диаметра и высоты сохраняет ту же закономерность - в лучших условиях развития корневых систем усыхание встречается реже и не зависит от дендрометрических показателей деревьев.

В линейных посадках липы мелколистной выявлены очаги усыхания деревьев из-за терростолоза. Деревья характеризуются сильной степенью поражения кроны, наличием большого количества морозобоин с признаками гнили и наростов. Возбудителем полосатой гнили древесины у липы чаще выступает ложный трутовик. Для деревьев также характерно побурение листвы. На усыхающих побегах обнаружен некроз коры (возбудитель - сумчатый гриб с конидиальной стадией Cytospora carphosperma Fr.) - цитоспороз, появление которого указывает на сильное ослабление деревьев под влиянием абиотических факторов. В очаге поражения усыхают деревья всех ступеней толщины и разных высот, а вне очага отмечено незначительное усыхание кроны у самых толстомерных экземпляров. У вязов обнаружена «голландская» болезнь.

Результаты обследования линейных насаждений указывают на стабильное ухудшение состояние деревьев с возрастом, особенно увеличивается количество деревьев с морозобойными трещинами и гнилью ствола. К 60 годам в насаждениях появляется до 50% растений с признаками гнилей. На состояние деревьев в линейных посадках отрицательно влияет неупорядоченное движение пешеходов, а в некоторых случаях и парковка автотранспорта, вызывающие уплотнение почвы, нарушение функции корневых систем и механическое повреждению стволов.

Состояние кустарников. Декоративное и санитарно-гигиеническое значение кустарниковых посадок зависит от теплового режима воздуха и почвы, длительности вегетационного периода и степени рекреационных нагрузок. В Санкт-Петербурге зарегистрировано 25 видов кустарников, состояние которых зависит от их возраста. Чем моложе растение, тем хуже его состояние. Если кустарнику удается приспособиться к условиям среды в экосистеме, он приобретает декоративную форму.

По результатам исследования устойчивости кустарников в городских условиях можно заключить, что эта жизненная форма растений весьма перспективна, но мало используется при формировании насаждений городских экосистем. Видовой состав кустарников разнообразен, однако преобладают интродуценты: кизильник блестящий, боярышник кроваво-красный, желтая акация, снежноягодник белый и др. Кустарники более устойчивы в городской среде, чем деревья. Самыми устойчивыми породами в Санкт-Петербурге являются сирень обыкновенная и венгерская, роза морщинолистная и иглистая, спирея дубравколистная и иволистная. Относительно устойчивы - акация желтая, арония черноплодная, ирга круглолистная. Другие виды кустарников требуют применения агротехнических приемов формирования насаждений и ухода за ними.

Вредители древесно-кустарниковых растений. В экосистемах Санкт-Петербурга нами зарегистрировано 54 вида насекомых вредителей. Наибольшее число видов насекомых, в том числе с массовым повреждением растений, отмечено в линейных насаждениях. При засушливом лете в зеленых насаждениях города вероятно массовое повреждение листьев черемуховой молью на деревьях черемухи и значительная дефолиация комплексом листогрызущих вредителей на вязах и дубах. Других массовых очагов вредителей в городских насаждениях не найдено.

Глава 6. Формирование устойчивых лесопарковых насаждений

В наших исследованиях основное внимание уделялось макроэкосистеме, поскольку она занимает наибольшую площадь и в ней осуществляются механизированные работы, связанные с проведением различных видов рубок. В мезо- и микроэкосистемах работы ведутся без применения тяжелой техники. Формирование устойчивых насаждений в этих экосистемах осуществляется посредством подбора ассортимента древесно-кустарниковых видов и проведения санитарно-оздоровительных мероприятий.

При формировании устойчивых лесопарковых насаждений, создании архитектурных композиций и кадастровой оценке важны дендрометрические показатели деревьев, которые, в основном, определяются состоянием формой кроны и показателями ствола. Крона играет важную роль в жизни дерева, обеспечивая реализацию его фотосинтетического потенциала, рост и потенциальную продуктивность. Ствол является показателем размера и декоративным признаком дерева.

Важными дендрометрическими показателями, которые должны приниматься во внимание при формировании устойчивых экосистем, являются протяженность бессучковой части ствола, число сучьев на одном погонном метре и их максимальные диаметры. Протяженность бессучковой части ствола в лесопарках определяет эстетичность и декоративность насаждений.

На примере деревьев - лесообразователей, являющихся компонентами урбоэкосистем Санкт-Петербурга, нами впервые исследованы корреляционные связи между перечисленными выше дендрометрическими показателями. Установлено наличие тесной корреляционной между числом сучьев на одном погонном метре и классом бонитета, диаметром и высотой ствола (R2 = 0,94 ... 0,98, ).

Наклон ствола и эксцентричность кроны дерева снижают устойчивость и декоративность насаждений. Установлено, что к возрасту естественной спелости эти пороки имеют до 85% деревьев. Наклон достигает 2-8о, что обусловливает отклонение вершины дерева от оси ствола от 0,5 до 2,0м. Деревья с этими патологиями имеются во всех классах Крафта, но чем ниже класс, тем на 7-10% больше деревьев наклоненных и с эксцентричной кроной. Лиственные породы имеют больший процент наклоненных деревьев, чем хвойные. Почти треть деревьев имеют слабозаметную глазом однобокость кроны, а 10% - флагообразную. После проведения ландшафтной рубки состояние деревьев в лучшую сторону меняется незначительно. При отборе деревьев в рубку эти патологии производственниками не учитываются. Наклон ствола и эксцентричность кроны создают дополнительную опрокидывающую силу, что снижает устойчивость древесных растений к воздействию ветра и способствует ветровалу.

Экологическая оценка результатов применения современных технологий формирования лесопарковых насаждений. При формировании устойчивых фитоценозов проводят ряд механизированных работ (подготовку почвы, корчевку пней, ландшафтные и прочие рубки). В своих исследованиях мы особое внимание уделили экологическим последствиям применения техники в лесопарках, где при формировании ландшафтов ведутся механизированные работы, связанные с проведением различных видов рубок. В мезо- и микроэкосистемах подобные работы выполняются без применения тяжелой техники.

Повреждаемость древостоя при рубках ландшафтных, обновления и переформирования зависит от агротехнических приемов, технологии и сезона работ. Обычно на месте поранения ствола хвойного дерева образуется гниль. Степень поражения, площадь и высота ран зависят от технологии и сезона рубок. По результатам исследования состояния растений нами выведены уравнения связи протяженности гнили по стволу с давностью рубки, технологией и сезоном работ. Установлено, что вероятность повреждения ели составляет 60-92%, а других пород - 8-40%. Большая часть поврежденных деревьев (40-92%) находится на расстоянии менее 5 м от границы волока. При удалении от границы волока на 6-10 м доля поврежденных экземпляров уменьшается до 15-33%. При этом большая часть повреждений ствола наблюдается на высоте до 0,6 м (60-70%). Основным видом повреждения деревьев является обдир коры стволов до древесины, удельный вес которого составляет 80-100% от общего количества повреждений. Средняя площадь повреждений стволов возрастает с увеличением размера дерева и может достигать более 100 см2. Количество поврежденных деревьев ели при рубках весной в 1,5-3,0 раза больше, чем при рубках в зимний период. Степень повреждения корневых систем зависит от типа движителя трактора, механического состава и влажности почвы и ее несущей способности, сезона рубки и количества проходов трактора по волоку. Видимые повреждения толстых корней на волоках составляют 2-10% от общего числа повреждений.

Естественное лесовозобновление. После разреживания древостоя в ельнике кисличном рубками переформирования появляется групповой подрост ели, а в подлеске разрастаются рябина обыкновенная и ольха серая. По мере снижения сомкнутости материнского полога процессы возобновления древесных пород активизируются.

Результаты факторного анализа свидетельствуют о том, что наибольшее влияние на ход естественного возобновления ели оказывают микроповышения: разложившиеся пни, стволы деревьев и кочки. Это объясняется особенностями водного режима и составом почвы. На микроповышениях влага не застаивается, семена не вымокают, их всхожесть возрастает. Под пологом древостоя слаборазложившаяся, достаточно мощная (3-4 см) подстилка препятствует прорастанию семян и появлению всходов.

Следует отметить, что рубки в той или иной мере ускоряют сукцессию лесных фитоценозов. Искусственная реструктуризация древостоя активизирует механизмы восстановительных процессов, направленные на сохранение устойчивости фитоценоза и лесопарковой экосистемы в целом.

Изменение живого напочвенного покрова. Рубки приводят к изменению состава растительности нижних ярусов, стимулируя развитие свето- и влаголюбивых видов (хвоща, вейника лесного, папоротника, сфагнума и др.). Среднее число растений на 1 м2 возрастает с 2,9 до 4,2, а общее проективное покрытие почвы травами с 10 до 30%. Увеличение числа растений происходит за счет их вегетативного и семенного размножения. Моховой покров представлен мезо- и гигрофильными видами и развивается слабее, чем травостой. Мхи имеют мозаичный характер из-за повышенной влажности почвы на разреженном участке лесопарка. После разреживания древостоя биомасса живого напочвенного покрова увеличивается в 3-4 раза.

Влияние различных технологий рубок на почву. Сравнивалась способность почв различного типа сохранять свои свойства при негативном воздействии технических средств в процессе механизированных рубок. Данная способность почв зависит от их толерантности и возможности восстанавливать исходные свойства после изменения.

Разреживание древостоев рубками влияет на динамику опада, который определяет характер биологического круговорота веществ в лесопарковых экосистемах. Масса опада варьирует в зависимости от интенсивности рубки: чем выше интенсивность, тем меньше масса опада. При повышении интенсивности рубки на 1% масса опада снижается примерно на такую же величину. Отсутствие существенных изменений в массе опада после рубки, вероятно, определяется изменением продолжительности жизни листьев на оставленных в насаждении деревьях. Варьирует не только общая масса опада, но и ее фракционный состав (хвоя, листья, шишки, ветви). Содержание каждой фракции зависит от времени года и интенсивности рубки.

При многократном проходе трактора по трелевочному волоку образуется колея. При систематическом воздействии ходовых систем техники на почву происходит накопление остаточной деформации, что приводит к прогрессирующему уплотнению верхнего корнеобитаемого слоя почвы. С увеличением влажности почвы отрицательное воздействие движителей техники усиливается.

Механизированные работы в лесопарках влияют и на водопроницаемость почвы. После сплошной рубки обновления водопроницаемость почвы снижается на волоке (в целом и в колее) по сравнению с пасекой почти в 4 раза. Различия между средними коэффициентами фильтрации на пасеке и собственно волоке (без колеи) также достоверны, что существенно, если учитывать очень большую вариацию коэффициента фильтрации. В целом, на всех участках водопроницаемость почвы на волоке по сравнению с пасекой снижается в 2-3 раза. Имеет место устойчивая тенденция к увеличению плотности твердой фазы почвы на волоке и в колее по сравнению с пасекой. Например, плотность модергумусной слабоподзолистой на двучленном наносе почвы достоверно увеличилась в колеях по сравнению с пасекой на 21-28%, а по сравнению с волоками на 20-39%. По-видимому, во многих случаях такие ухудшения свойств почвы являются результатом не уплотнения минеральной части при проходе техники, а сдирания наименее плотных и насыщенных органикой слоев гумусового горизонта.

В колеях аэрация почвы для нормальной жизнедеятельности корней древесных растений недостаточна. Главным же негативным результатом является развитие процесса обеднения почв: большие рабочие сопротивления, вызывающие буксование движителей, ведут к перетиранию почвенных частиц, что создаёт условия для выноса ветром и водой наиболее ценной гумусовой части. Систематическое уплотнение почвы способствует образованию слоя повышенной плотности, нарушающего нормальный естественный ход обменных процессов.

Техника и технология рубок оказывают влияние на биологическую активность почвы. Интенсивность процессов минерализации органических веществ лесной подстилки может быть оценена ферментативной активностью почвы. Спустя 10 лет после механизированной ландшафтной рубки активность инвертазы в лесной подстилке на волоках, укрепленных порубочными остатками, снижена незначительно по сравнению с пасекой, а в гумусовом горизонте - в 1,5-3,0 раза по сравнению с подстилкой. Если рассмотреть сезонную динамику, то пик активности инвертазы выделяется в июле. В это время происходит активизация разрушения растительного опада, поступившего в почву в предыдущем году. Содержание уреазы в почве волоков и колеи имеет тенденцию к увеличению по сравнению с контролем (без рубки). Максимальное количество уреазы наблюдается также в июле, когда почвенная микрофлора наиболее активна. Динамика протеазной активности почвы по месяцам в колее, на волоке и в пасеке была такой же, как и у других ферментов. Следовательно, в целом биологическая активность почвы на волоках по сравнению с пасекой повышается, хотя и незначительно.

Таким образом, несмотря на укрепление волока порубочными остатками, заметное снижение биологической активности почвы на трелевочных волоках сохраняется, по меньшей мере, в течение 10 лет, то есть до выполнения очередной механизированной рубки.

Глава 7. Разработка кадастра зеленых насаждений мегаполисов

Для обоснования потенциала городской экосистемы, разработки экологического паспорта, рационального использования почвенно-растительных ресурсов мегаполиса и принятия управленческих решений нужна подробная информация об имеющихся природных ресурсах. Решить эти задачи позволяет разработанный нами кадастр зеленых насаждений - систематизированный свод сведений о местоположении, правовом, целевом назначении, стоимости и качественном состоянии рекреационных ресурсов мегаполиса. Кадастр является инструментом государственного управления почвенно-растительными ресурсами городской экосистемы.

Картографический материал, или кадастровый план, включает сведения о земельных участках, территориях, характеризуемых особым режимом использования, и вспомогательную информацию о среде, в которой находится объект.

Для обоснования предлагаемых показателей учета городских насаждений нами был впервые предложен метод экспертных оценок. Всего опрошено 160 специалистов. В соответствии с баллом приоритета каждому фактору присваивался вес. По результатам оценки экспертов самым важным показателем было признано санитарное состояние насаждений, а самым незначительным - объем ствола. Необходимо также учитывать следующие показатели древесно-кустарниковых растений и насаждений: реестровый номер растения; идентификатор породы (биологический вид); возраст; диаметр; высоту; объем древесины; площадь, занятую ценозом; баллы санитарно-гигиенической, эстетической оценки и состояния; класс устойчивости и происхождение. Эти показатели должны определяться для всех типов зеленых насаждений. Учет перечисленных показателей насаждений позволит правильно оценить экологическую обстановку в регионе, целенаправленно распределить финансирование в сфере зеленых насаждений, планировать, осуществлять управление и хозяйственную деятельность, связанную со строительством и реконструкцией городских экосистем.

Для того чтобы проверить наличие или отсутствие корреляции между предложенными экспертами показателями учета зеленых насаждений, был применен регрессионный анализ. В результате с помощью построения линий тренда были определены уравнения зависимости между всеми показателями 2235 деревьев, а также коэффициенты корреляции R и детерминации R2, позволяющие оценить степень соответствия трендовой модели исходным данным, и достоверность их определения для всех полученных уравнений регрессии. Наличие тесной связи установлено между: диаметром и высотой дерева; диаметром, высотой и объемом ствола; устойчивостью и состоянием насаждения. Эти показатели являются приоритетными при формировании устойчивых урбоэкосистем.

Кадастр зеленых насаждений должен также содержать сведения о почвах, плодородие и загрязнение которых определяет состояние растительности городских экосистем. Нами предложены следующие кадастровые показатели почвенных условий земельных участков, необходимые для установления типов местопроизрастания и разработки рекомендаций по рациональному использованию почвенно-растительных ресурсов мегаполисов: механический состав, кислотность, влажность, содержание гумуса и элементов минерального питания (азота, калия, фосфора и натрия).

Городские насаждения и естественная растительность относятся к не вовлеченным в рыночный оборот объектам недвижимости. Поэтому их оценка, как элемента городской недвижимости, проведена затратным методом на основании полного учета всех видов затрат, связанных с созданием и содержанием насаждений или сохранением и поддержанием естественных растительных сообществ в условиях города. Итоговая стоимость зеленых насаждений рассчитана путем применения к кадастровым показателям восстановительной стоимости поправочных коэффициентов, учитывающих влияние различных факторов на ценность растительности. К таким факторам относят экологическую и социально - экологическую значимость, фактическое состояние и декоративность пород, биологические особенности растений, возможность создания на месте утраченных таких же или максимально приближенных к ним насаждений. В качестве показателя восстановительной стоимости зеленых насаждений использованы нормативные значения затрат, необходимые для их создания и содержания. Расчеты проведены по двум методикам: с использованием сборника «Укрупненные показатели восстановительной стоимости …, (УПВС, 1970) и Положения «О размере и порядке оплаты средств…, утвержденного Правительством Санкт-Петербурга от 04.10.2004 № 1641 (табл.7).

Таблица 7. Стоимость городских насаждений общего пользования (числитель - по УПВС, знаменатель-по Положению )

Различие в стоимости объектов связано с несколько отличающимися подходами к оценке городских насаждений по УПВС и Положению и, в первую очередь, с применением разных коэффициентов и базы для расчетов. Выбор способа оценки стоимости зеленых насаждений определяется целью оценки.

Модель информационного обеспечения кадастра насаждений мегаполисов с использованием ГИС-технологий. Геоинформационные технологии позволяют составлять тематические карты для проектирования хозяйственных мероприятий и для управления природными ресурсами и создавать основу для сохранения почвенно-растительных ресурсов, сформировать базу по финансированию лесопаркового и садово-паркового хозяйств, усовершенствовать систему управления зелеными насаждениями, вести учет, инвентаризацию и мониторинг площадей и состояния насаждений городских экосистем.

Для решения задач информационного обеспечения кадастра насаждений мы рекомендуем использовать базы данных (БД), включающих атрибутивные и картографические материалы. В свою очередь, инструментами информационных технологий при работе с базами данных могут служить средства системы управления базами данных (СУБД) и географическая информационная система (ГИС).

Проектирование концептуальной модели БД. Концептуальная модель базы данных «Зеленые насаждения» включает: объекты учета; балансодержатель; земельные участки; категории земель; сведения о древесных породах и кустарниках; их происхождение; физико-химические свойства почвы.

Перед непосредственным проектированием концептуальной модели БД необходимо провести анализ предметной (проблемной) области. Описываемая проблемная область связана с проведением инвентаризации и учета зеленых насаждений Санкт-Петербурга, земельных участков, на которых они располагаются, а также землепользователей (балансодержателей), осуществляющих управление в данной области с точки зрения Управления садово-паркового хозяйства.

Проектирование модели БД. На этапе проектирования необходимо определить, какой программный продукт будет для этого использован. Для составления семантической (атрибутивной) БД за основу был использован продукт Microsoft Access, входящий в пакет программного обеспечения Microsoft Office. При создании геоинформационных баз данных проводится сбор исходных картографических материалов и создаются на их основе тематические карты.

Для каждого тематического слоя карты определена структура базы атрибутивных данных. На её основе сформирован ГИС-проект городских насаждений для каждого объекта, в который входят метрические и семантические данные.

В процессе разработки кадастра насаждений городских экосистем была создана геоинформационная БД «Зеленые насаждения», состоящая из трех частей:

1) атрибутивная база данных (набор взаимосвязанных таблиц в формате Microsoft Access) файл map info.mdb );

2) интерфейсная часть атрибутивной БД «Зеленые насаждения» для формы ввода и редактирования (файл реестр зеленых насаждений.mdb).

3) картографическая база данных визуализации для работы с графическими данными (ГИС Maplnfo Professional v. 6.0).

Разработанная нами база данных позволяет автоматизировать технологию формирования устойчивых экосистем мегаполисов.

Глава 8. Рекомендации по рациональному использованию

почвенно-растительных ресурсов мегаполисов

Для рационального использования почвенно-растительных ресурсов нужно совершенствовать систему их размещения и повысить устойчивость. Формировать устойчивую природную экосистему мегаполиса можно двумя путями: - преобразованием существующих насаждений и почв, либо улучшением состояния городских насаждений и почвы природоохранными и агротехническими приемами. При разработке проекта развития Санкт-Петербурга мы рекомендуем использовать клиновидную схему расположения городских экосистем. В центре мегаполиса следует расположить мезоэкосистемы районного масштаба. Крупные «зеленые» объекты мезоэкосистем должны выходить клином за пределы городских земель, где организуется сеть зеленых массивов крупных размеров (мезоэкосистемы городов-спутников), которые различаются по назначению, размерам и планировке. Город рекомендуется окружить полукольцом лесопарковой макроэкосистемы, включающей пригородные лесопарки и другие категории защитных лесов. Лесопарки площадью не менее 50 га имеют благоприятные природные условия для устойчивого развития биогеоценоза. Между лесопарком и городом должно быть удобное транспортное сообщение. Такая структура природных систем позволит создать благоприятные условия для кратковременного и длительного отдыха горожан, повысит устойчивость всей мегаэкосистемы агломерации. Пути формирования устойчивых экосистем показаны на рис. 3.

Рис. 3. Пути формирования устойчивых экосистем Санкт-Петербурга

Необходимо создать экологический город (экогород), в котором природная среда находилась бы в состоянии экологического равновесия с урбанизированной средой (так называемая устойчивая экосистема). Следует провести экореставрацию, т.е. возвратить компоненты экосистемы в естественное, природное состояние. Эти процессы должны осуществляться системно, иначе будет невозможно одновременно восстановить природную среду, улучшить качество жизни и достичь устойчивого развития мегаполиса. При организации зеленых зон мегаполисов следует учитывать дальнейшее целевое использование территории и естественно-географические особенности местности. При рекреационном использовании природных ресурсов необходимо научно-обоснованно расположить городскую инфраструктуру.

Устойчивость природных экосистем зависит в первую очередь от их качественных показателей - прочности взаимосвязей между компонентами, возраста насаждений и степени устойчивости их составляющих. Кроме того, существенным звеном являются характеристики нагрузок, связанных с типами природопользования и степенью антропогенного воздействия. От характера и типа освоения территории зависит процесс разложения, рассеяния и удаления принесенных в природный комплекс веществ.

Для создания устойчивых городских экосистем необходимо:

Ш выделить в лесопарковой зоне композиционные центры и ядра экологического равновесия;

Ш создать насаждения устойчивой структуры, с расширенным ассортиментом растений;

Ш оставить при формировании городских экосистем древесные породы с высокими декоративными свойствами, разместить растения не равномерно, а группами или куртинами. Группы и куртины обсадить живой изгородью из почвоулучшающих кустарников;

Ш сформировать на почвах среднего и высокого плодородия смешанные древостои;

Ш вести мониторинг и регулярный уход за насаждениями и качеством почвы;

· по мере необходимости вносить в почву известь и минеральные удобрения, что будет способствовать повышению устойчивости, биоразнообразия и усложнению структуры фитоценозов;

· в парках исторического центра для поддержания лесорастительного потенциала нарушенных почв вносить азотные и калийные удобрения на фоне известкования кислых почв;

· для оптимизации состояния почв пригородных парков применять минеральные удобрения и известь;

· садовые почвы нуждаются в систематическом внесении азотных удобрений;

· реабилитировать почвы селитебных территорий, что возможно путем применения органических и минеральных удобрений, а также известкования кислых грунтов;

· для оптимизации почвенной среды линейных насаждений вносить азотные удобрения и проводить орошение.

Предлагаемые мероприятия обеспечат устойчивое функционирование почвенно-растительного комплекса и экосистемы мегаполиса в целом.

ВЫВОДЫ

1. В экосистемах мегаполиса резко обострены экологические проблемы, ухудшено состояние абиотических и биотических компонентов. Классификация городских экосистем, основанная на сходстве морфологических и экологических признаков антропогенного биотопа, учитывает их площадь и расположение, свойства и степень антропогенной нарушенности. Мегаэкосистема города разделена на макроэкосистему (лесопарки), мезоэкосистему (парки и сады) и микроэкосистему (насаждения селитебных территорий и линейные ценозы).

2. Экологическая обстановка и степень антропогенного изменения экосистем мегаполиса могут быть определены по совокупности специально подобранных критериев, характеризующих состояние растений и городской среды. Апробация данных критериев в экосистемах Санкт-Петербурга показала, что при оценке их состояния по ботаническим критериям необходимо учитывать уменьшение индекса разнообразия Симпсона, изменение видового состава насаждений, степень проективного покрытия растительностью, продуктивность фитоценоза и степень озелененности городской территории. Биохимическими показателями состояния экосистемы служат отношение С:N и содержание тяжелых металлов в листьях и растениях. При оценке почвенного покрова городских экосистем следует принимать во внимание содержание гумуса, плодородие почв, площадь засоленных и нарушенных (вытоптанных) земель. Пространственный критерий позволяет учесть степень сокращения площадей зеленых насаждений мегаполиса, а динамический - скорость нарастания экологических нарушений.

3. Концепция формирования устойчивых экосистем мегаполиса основана на теоретическом обосновании и рекомендациях по формированию экосистем, отвечающих потребностям мегаполиса с одной стороны и приспособленных к экологическим условиям, в которых они развиваются, с другой. Исходные положения концепции заключаются в признании древесно-кустарниковой растительности главным компонентом городских экосистем и зависимости свойств их почвенно-растительного комплекса от природных и антропогенных факторов.

4. Характеристики зеленых насаждений, их состава и продуктивности зависят от физико-химических свойств почв городских экосистем. Почвы городских экосистем разного уровня и степени урбанизации - лесопарковых макроэкосистем, мезоэкосистем садов и парков исторической части города, городов-спутников, селитебных территорий и линейных насаждений существенно различаются. В лесопарках свойства почв близки к таковым на территориях, не подверженных значительным антропогенным изменениям. В садах и парках преобладают сильно нарушенные почвы (урбаноземы), в микроэкосистемах - почвы деградированы и насыщены солями. Определяющее влияние на продуктивность насаждений лесопарков и парков оказывают минералогический состав и содержание в почве фосфора и калия, а также влажность и кислотность.

5.Дендрофлора городских экосистем представлена двумястами видами деревьев и кустарников. Видовое разнообразие зеленых насаждений зависит от свойств биотопов мегаэкосистемы и уровня их урбанизации. Видовой состав растений в садах и парках города значительно богаче, чем в умеренно нарушенных лесопарках, и определяется присутствием интродуцентов, степенью загрязнения городской среды, особенностями условий произрастания, включая изменение свойств почв при антропогенной нагрузке.

6.Механические повреждения, болезни и вредители растений являются основными дестабилизирующими факторами городских экосистем. Морозные трещины - наиболее распространенный порок ствола лиственных пород (особенно дуба черешчатого) в условиях мегаполиса. Широко распространены также другие пороки и патологии растений: сухобочины, наклон ствола и гнили. Хвойные породы в городских условиях менее устойчивы, чем лиственные. Санитарное состояние древесных пород в пригородных парках и лесопарках значительно лучше, чем в зеленых насаждениях исторического центра города. В зеленых насаждениях мегаполиса зарегистрировано 47 видов возбудителей болезней древесных пород, наиболее распространены мучнистая роса, голландская болезнь вязов, серно-желтый и ложный дубовый трутовики.

7. При формировании устойчивых лесопарковых насаждений, создании архитектурных композиций и кадастровой оценке должны быть учтены дендрометрические показатели деревьев, которые, в основном, определяются состоянием и формой кроны и показателями ствола. На примере деревьев - лесообразователей, являющихся компонентами урбоэкосистем Санкт-Петербурга, исследованы зависимости между различными дендрометрическими показателями и обнаружена тесная положительная корреляционная связь между числом сучьев на одном погонном метре и классом бонитета, а также диаметром сучьев, наклоном ствола и эксцентричностью кроны.

8. При механизированных работах в лесопарках меняется состав лесного опада, уменьшается мощность лесной подстилки и гумусового горизонта, повышается плотность почвы, снижается, особенно в колеях, ее водопроницаемость и биологическая активность. Проведена экологическая оценка последствий применения современных технологий формирования природных экосистем, предложены агротехнические приемы проведения работ в насаждениях и изучены последствия влияния механизмов и технологий на древостой, подрост, подлесок, живой напочвенный покров и почву.

9.При выполнении кадастровой оценки должны учитываться следующие показатели деревьев: реестровый номер растения; идентификатор породы (биологический вид); возраст; диаметр; высота дерева; объем древесины; площадь, занятая ценозом; баллы оценки санитарно-гигиенического, эстетического состояния; класс устойчивости и происхождение. В кадастр также необходимо включать характеристику почвы, на которой произрастают растения: механический состав, кислотность, содержание гумуса и минеральных элементов (азота, калия, фосфора и натрия). В процессе разработки кадастра насаждений городских экосистем была создана геоинформационная база данных «Зеленые насаждения», состоящая из трех частей: атрибутивной базы данных (набор взаимосвязанных таблиц в формате Microsoft Access), интерфейсной части атрибутивной базы данных для формы ввода и редактирования и картографической базы данных визуализации для работы с графическими данными.

10.Для формирования устойчивых городских экосистем и рационального использования почвенно-растительных ресурсов мегаполисов необходимо усовершенствовать систему размещения зеленых насаждений с учетом информации о микроклимате, состоянии почвы и растительности, степени антропогенного изменения экосистем, улучшить экологическое состояние почвы и растений агротехническими приемами. При разработке проекта развития Санкт-Петербурга внедрить клиновидно-кольцевую схему расположения городских насаждений. При формировании новых и существующих насаждений учитывать весь комплекс мероприятий, предложенных в диссертационной работе.

СПИСОК ОСНОВНЫХ ТРУДОВ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Монографии

1. Ковязин В. Ф., Минкевич И. И., Шабнов В. М. Древесные породы зеленых насаждений Санкт-Петербурга и Пушкина, мониторинг их состояния и способы его улучшения. СПб.: РИО СПбГПУ 2002, 89 с.

2. Ковязин В.Ф. (в соавторстве с Минкевичем И.И, и др.) Состояние зеленых насаждений Василеостровского района Санкт - Петербурга. СПб.: ООО “Лемма”, 2006. 84с.

Статьи в изданиях, рекомендованных экспертным Советом ВАК по агрономии и лесному хозяйству

3. Ковязин В.Ф. (в соавторстве с Сенновым С.Н.) Об отводе лесосек для рубок ухода. //Лесное хозяйство, 1989, №2. С. 20-21.

4. Ковязин В.Ф. (в соавторстве с Варавой В.И., и др.) Лесоводственная оценка машин для рубок ухода, работающих без разрубки волоков. //Лесное хозяйство. 1991. №12. С. 39-41.

5. Ковязин В.Ф. (в соавторстве со Смирновым А.П., и др.) Влияние механизированных рубок ухода на состояние почвы. //Лесоведение. Наука. 1992. №1. С. 31-38

6. Ковязин В.Ф., Беляева Н.В. Устойчивость древесных пород к техногенным нагрузкам. //Известие Санкт-Петербургской лесотехнической академии. СПб.: РИО ЛТА, вып. 182. 2007. С. 15-23.

7. Ковязин В.Ф., Кадастр зеленых насаждений мегаполисов. //Известие Санкт-Петербургской лесотехнической академии. СПб.: РИО ЛТА 2007, вып. 183. С. 69-79.

8. Ковязин В.Ф. Динамика агрохимических свойств почв Санкт-Петербурга.//Плодородие. 2008. № 3. С. 34-36.

9. Ковязин В.Ф. Агрохимические свойства почвы - показатель кадастра городских насаждений. //Плодородие. 2008. №5. С. 11-13.

10. Ковязин В.Ф. Влияние несплошных механизированных рубок в лесопарках на древостой и почву. //Известия Санкт-Петербургской лесотехнической академии. СПб.: СПбГЛТА. вып. 185. 2008. (в печати).

11. Ковязин В.Ф., Усков И.Б., Державин Л.М. Динамика агрохимических свойств почв парковых насаждений Санкт-Петербурга. //Агрохимия. 2008. (в печати).

Прочие публикации

12. Ковязин В.Ф. (в соавторстве с Тихоновым А.С.) Сравнение лесоводственно-таксационных показателей частичных культур ели после кронокошения. //ИВУЗ, Лесной журнал, 1987, №6. С. 112-114.

13. Ковязин В.Ф. Лесоводственно - технологические показатели применения систем машин на проходных рубках. //Лесоводство, лесные культуры и почвоведение. Л.: РИО ЛТА, 1988. С. 82-88.

14. Ковязин В.Ф. (в соавторстве с Меньшиковым В.Н.) Последствия механизированных проходных рубок ухода. //Лесоводство, лесные культуры и почвоведение. Л.: РИО ЛТА, 1989. С. 14-18.

15. Ковязин В.Ф. Степень влияния измененных рубками ухода микроклиматических факторов на рост ели. //Лесная геоботаника и биология древесных растений. Брянск. БИТМ. 1989. С. 48-51.

16. Ковязин В.Ф. (в соавторстве с Мигуновой Е.С.) Зависимость состава и продуктивности насаждений от почвенно-грунтовых условий в лесах южной тайги. //Лесоводство, лесные культуры и почвоведение. Л.: РИО ЛТА. 1990. С. 125-132.

17. Ковязин В.Ф. Влияние механизированного ухода на компоненты лесной экосистемы. //Проблемы лесоведения и лесной экологии. М.: МЛТИ. 1990.С.363-366.

18. Ковязин В.Ф. Естественный наклон стволов и эксцентричность крон деревьев и рубки ухода. //Лесоводство, лесные культуры и почвоведение. Л.: РИО ЛТА. 1991. С. 27-32.

19. Ковязин В.Ф. Математическое моделирование таксационных показателей деревьев, вырубаемых при сплошных рубках. //ИВУЗ. Лесной журнал. 1992. №1. С. 27-32.

20. Ковязин В.Ф. Влияние интенсивности рубки на динамику опада. //Лесная геоботаника и биология древесных растений. Брянск. БИТМ. 1992. С.16-19.

21. Ковязин В.Ф. (в соавторстве с Коваль И.П., и др.) Математическое моделирование рубок ухода за лесом //Лесоводство, лесные культуры и почвоведение. Л.: РИО ЛТА. 1993. С. 10-15.

22. Ковязин В.Ф., Светлаков А. Н. Методология изучения пространственной структуры крон лиственных пород. //Биотическая регуляция окружающей среды. Международный семинар Академия наук. Роль девственной наземной биоты в современных условиях глобальных изменений окружающей среды. Петрозаводск. Карелия. 1998. С. 321-322.

23. Ковязин В.Ф., Федоров Р.Б., Коноваленко В.М. Лесоводственная оценка производственных рубок обновления. //Труды XI съезда русского географического общества. Лесоводство Севера на рубеже столетий. СПб, 2000. С. 219-224.

24. Ковязин В.Ф., (в соаторстве с Булыгиным Н.Е., Мартыновым Е.Н.) Природа Карельского перешейка. Учебное пособие. СПб.: РИО ЛТА, 2000, 120 с.

25. Ковязин В.Ф. Состояние фитоценоза парка “Дубки”. // XXI век. Молодежь, образование, экология, ноосфера. CПб.: Изд-во СПбГУ. 2001. С. 142-144.

26. Ковязин В.Ф. (в соавторстве с Осиповым Г.К., и др.) Оценка рекреационных ресурсов Курортного района. Районная эколого-образовательная программа. Сестрорецк. НМЦ. 2002. 58 с.

27. Ковязин В.Ф. Состояние древесных пород в парках г. Пушкина. Сборник тезисов научных докладов У11 международной конференции «Экология и развитие Северо-Запада России». СПб.: СПбГГИ (ТУ). 2002. с. 109-110.

28. Ковязин В.Ф. Состояние древесных пород г. Пушкина. // Записки горного института. Т. 152. СПб.: СПбГГИ (ТУ). 2002. с. 135-138.

29. Ковязин В.Ф. Учет эколого-экономических последствий механизированных рубок леса при составлении земельного кадастра. //Записки горного института. Т. 156. СПб.: СПбГГИ (ТУ). 2004. С. 265-266.

30. Ковязин В.Ф. Формирование парковых пейзажей лесоводственными методами. //Научно-технический прогресс в лесном хозяйстве и ландшафтном строительстве. СПб.: СПбГЛТА. 2004. С. 69-73.

31. Ковязин В.Ф. Экономическая оценка лесопарковой зоны Санкт-Петербурга. //Записки горного института, Т. 247. СПб.: СПбГГИ (ТУ). 2004. С. 15-17.

32. Ковязин В.Ф., Минкевич И.И., Шабнов В.М. Зеленые насаждения в системе кадастра Санкт-Петербурга. Записки горного института, Т.156. СПб.: СПбГГИ (ТУ). 2004. С. 268-275.

33. Ковязин В.Ф. Экономическая оценка земель при создании кадастра лесопарковой зоны Санкт-Петербурга. Научные труды СПбГЛТА. Юбилейный выпуск. СПб.: СПбГЛТА. 2005. С.52-62.

34. Ковязин В.Ф. Формирование открытых лесопарковых пейзажей лесоводственными приемами. //Вестник МАНЭБ. 2006. Т. 11. №3 СПбГЛТА. С. 56-65.

35. Ковязин В.Ф., Беляева Н.В. Оценка биоразнообразия растений в городских экосистемах Санкт-Петербурга разной степени урбанизации. //Актуальные проблемы лесного комплекса. Брянск. БГИТА. 2008. С. 164-167.

36. Ковязин В.Ф., Скачкова М.Е. Кадастровые показатели реконструкции парка «Сосновка». //Научно-технический прогресс в лесном хозяйстве и ландшафтном строительстве. СПб. СПбГЛТА. 2007. С. 44-51.

37. Ковязин В.Ф. (в соавторстве с Минкевичем И.И. и др.) Альбом болезней, пороков, аномалий развития древесных пород, используемых при озеленении городов и населенных мест Северо-запада России. Учебное пособие. СПб. СПбГПУ. 2007. 58с.

38. Ковязин В.Ф. Беляева Н.В. Санитарное состояние насаждений Санкт-Петербурга и пути повышения их устойчивости //Восстановление эколого-ресурсного потенциала агролесобиоценозов, лесоразведение и рациональное природопользование в Центральной лесостепи и юге России. Воронеж-Сочи. ВГЛТА. 2007. С.73-76

39. Ковязин В.Ф. Кобрин Н.Ю. Лесорастительные свойства почв линейных насаждений Санкт-Петербурга. //Почвенные ресурсы Северо-Запада: их состояние, охрана и рациональное использование. Материалы межрегиональной научно-практической конференции. СПб. СПбГПУ 2008. С. 111-115.

40. Ковязин В.Ф. Концепция и принципы формирования устойчивых экосистем Санкт-Петербурга. // Вестник МАНЭБ, Т. 13. №2, Брянск. БГИТА. 2008. С.213- 216.

41. Ковязин В.Ф. Классификация и свойства экосистем Санкт - Петербурга. //Международные научные чтения «Белые ночи-2008». Материалы научных чтений Международной академии наук экологии и безопасности жизнедеятельности. СПб.: Изд-во МАНЭБ. Часть 2. 2008. С. 43-47.

42. Ковязин В.Ф. Лимитирующие факторы плодородия почв Санкт-Петербурга. //Международные научные чтения «Белые ночи-2008». Материалы научных чтений Международной академии наук экологии и безопасности жизнедеятельности. СПб.: Изд-во МАНЭБ. Часть 2. 2008. С. 114 - 118.

43. Ковязин В.Ф. Биологическое разнообразие и состояние деревьев на территории муниципальных образований Санкт-Петербурга. //Вестник МАНЭБ. Т.13. №2. Брянск. БГИТА. 2008. С. 90-92.

44. Ковязин В.Ф., Беляева Н.В. Оценка растительного биоразнообразия насаждений экосистем мегаполиса. //Биоразнообразие. Проблемы и перспективы сохранения. Пенза. ПГПУ. 2008. С.236-238.

45. Ковязин В.Ф., Рязанов Ю.В. Эколого-хозяйственная оценка земель Карельского перешейка природоохранного и рекреационного назначения. //Вестник Санкт-Петербургского университета. Серия 7. Геология. География. СПб.: СПбГУ. 2008. (в печати).

46. Ковязин В.Ф., Невская М.А. Экономическая оценка зеленых насаждений Санкт-Петербурга. //Записки горного института. Т. 165. СПб.: СПбГГИ (ТУ) 2008. (в печати).

47. Ковязин В.Ф. (в соавторстве с Минкевичем И.И. и др.) Патология древесных пород. Учебное пособие. СПб.: СПбГПУ. 2008. (в печати).

Размещено на Allbest.ru