Способ экологической эндореставрации искусственных лесопосадок урбанизированных территорий, видоизменённых антропогенными просеками
METHOD FOR ECOLOGICAL ENDO RESTORATION OF ARTIFICIAL FOREST PLANTATIONS OF URBANIZED TERRITORIES MODIFIED BY ANTHROPOGENIC PATCHES

Предлагаемый способ экологической эндореставрации искусственных лесопосадок урбанизированных территорий, видоизмененных антропогенными просеками, представляет собою комплекс мероприятий, направленных на лесовосстановление в искусственных городских лесопосадках в условиях техногенного воздействия на них урбанизированной среды. Как и в сельском хозяйстве, в мелиорации, так и в современном градостроительстве используются искусственные лесонасаждения, часто осуществляемые в виде защитных лесополос, лесопарковых зон. Это леса 2 класса, согласно ГОСТ 18486-87, "Лес - элемент географического ландшафта, состоящий из совокупности деревьев, занимающих доминирующее положение, кустарников, надпочвенного покрова, животных, микроорганизмов, в своем положении взаимосвязанных, влияющих друг на друга и окружающую среду". Лесовосстановительные мероприятия в городской среде с техногенной нагрузкой должны проводиться по нижеследующим причинам.
В связи с развитием техногенеза, транспортной и бытовой деятельности человека, окружающая среда городов, в том числе флора, оказалась значительно угнетена, а это, в том числе, влияет конечно и на физиологию человека. Особенно значимо пагубное влияние углеводородов, диоксинов, радиоактивных изотопов, техногенных тяжелых металлов, оказываемое на водную среду, на почву, на животных (1). Биохимией детально проанализирован путь прохождения тяжелых металлов по пищевой цепи до человека и разобрано негативное воздействие тяжелых металлов на живой организм, а т.к. окружающая среда сильно загрязнена солями тяжелых металлов, которые в результате антропогенной деятельности в больших количествах накапливаются в различных сферах окружающей среды, то это приводит к тому, что способность окружающей среды стимулировать жизнедеятельность растений, грибов, животных - уменьшается (2, 3, 4). Рост числа городского населения, и как следствие развитие промышленности, приводят к разрушению экосистем населенных пунктов (5). А засорение, загрязнение естественных и искусственных водных объектов и развитие в них патогенных организмов приводит к истощению и деградации гидросферы (6). В результате антропогенной деятельности человека в городах, в том числе  от выхлопов двигателей внутреннего сгорания автомобильного транспорта, тяжелые металлы, в том числе тетраэтилсвинец, попадают в окружающую среду, вследствие чего развиваются патологические состояния биологических объектов (7). Имеющиеся защитные лесопосадки принимают на себя кумуляционный удар, снижая концентрацию, например меди, свинца, ртути в атмосферном воздухе, но при этом в них самих начинают происходить интенсивные фитопатологические состояния, что требует повышенного внимания экологов (8). Тяжелые металлы уменьшают и количество активности почвенных микроорганизмов, в том числе микоризы. Поглощение тяжелых металлов растениями и последующее накопление их вдоль пищевой цепи является потенциальной угрозой для здоровья животных и человека, т.к. зачастую садоводческие, огороднические массивы, фермерские хозяйства и структуры АПХ находятся рядом с городом (9). Многие твердые бытовые отходы, образующиеся в городе, утилизируются через компост, при компостировании происходит обработка органических отходов анаэробными микроорганизмами в 3 этапа. Мезофильный этап (с наличием патогенов); Термофильный этап (выделяется тепло, которое способствует уничтожению патогенных микроорганизмов и разложению большого количества опасных органических загрязнителей); Стабилизация (охлаждение). Конечный продукт в дальнейшем используют и в качестве удобрения для почвы, при этом объем твердых отходов может уменьшиться на 40-50%, но загрязнение влияет на активность микробного вещества, качество урожайности, цвет, количество и размер растений. Токсическое действие таких металлов, как Cu, Ni, Cd, Zn, Cr, Pb оказывает воздействие и на ферментативную активность почвы:
- оказание токсичного воздействия на биоту;
- уменьшения количества и активности почвенных организмов;
- уменьшение богатства видов растений, бактериальных сообществ и биомассы;
- длительное воздействие тяжелых металлов может развить толерантность бактериальных сообществ.
Т.к. Cd, Hg, Pb или Se не являются необходимыми для роста растений, а другие элементы - Со, Cu, Fe, Mn, Mo, Ni и Zn необходимы для нормального роста и метаболизма растений, но могут и легко привести к отравлению, когда их концентрация превышает оптимальные значения, то риск переноса тяжелых металлов по пищевой цепочке очень велик (10). Растения поглощают питательные вещества из почвы корнями, а накопление в ней тяжелых металлов зависит от различных факторов, таких как: температура, влажность, органические вещества, рН среды, биодоступность питательных веществ. Накопление в растениях ТМ зависит и от видов растений, активности поглощения растениями тяжелых металлов или скорости переноса их почвой. Повышенный уровень свинца в почве может снизить продуктивность почвы, а очень низкая концентрация свинца может ингибировать некоторые жизненно важные процессы растений, такие как фотосинтез, митоз и поглощение воды с токсическими симптомами темно-зеленых листьев, увяданием более старых листьев, задержкой роста в росте и коричневыми короткими корнями (11).
Т.к. тяжелые металлы в окружающей среде устойчивы и токсичны, они могут вызывать сильный окислительный стресс и у водных организмов. Загрязнение водных сред города тяжелыми металлами может привести к разрушительным последствиям для экологического баланса водной среды, и разнообразие водных организмов становится ограниченным по степени загрязнения. Частицы тяжелых металлов в водной среде оседают на дне и поглощаются макрофитами и другими водными организмами. Поскольку большая часть микроэлементов, попадающих в водную среду, в конечном итоге становится связанной с донными отложениями, деградация окружающей среды металлами может происходить, если критерии качества воды не превышаются, однако организмы вблизи отложений подвергаются неблагоприятному воздействию. Как только тяжелые металлы накапливаются в водоеме, они могут переноситься через все классы пищевой цепи (продуценты, редуценты, консументы). Плотоядные животные на вершине пищевой цепи кумулируют в организмах тяжелые металлы в виде их солей, если в их рационе присутствует рыба, моллюски, раки, водная растительность.
Также следует учитывать и нахождение среди техногенных загрязнителей радиоактивных изотопов. Так как находящееся в литосфере любое минеральное сырье (уголь, газ, сланцы, нефть) содержат примеси естественных радионуклидов, то они попадают и на поверхность, это, например Торий 232, Уран 238. Городская теплоэнергетика при сжигании угля дает загрязнение 40К. Разные отходы нефтепродуктов дают загрязнение радиобаритами (Na, K, Ra, Cz, Rb). Дислоцированная в городах и окрестностях металлургическая промышленность выбрасывает в атмосферу, литосферу, гидросферу твердые отходы металлоплавления в виде шлака, шлама, мышьяк, цинк, ртуть, свинец, кобальт, хром, никель, молибден, ванадий, марганец, оксиды азота, диоксид серы и многие другие элементы. Таким образом, в силу означенных причин, при наличии в урбанизированной среде имеющихся лесозащитных полос возрастом от 30 лет, они подлежат "Экологической эндореставрации" \термин автора\, т.е. внешнему восстановлению прежних функций биоценоза. Предлагаемое решение, осуществляемое в виде способа, состоит из санитарной расчистки нижнего яруса, подсадок новых саженцев определенным формулой способом в сложногеометрической форме для формирования горизонтальных парцелл, способствующих дендрологическому разнообразию в данном экобиоценозе (Фиг. 1). Поскольку искусственные лесопосадки используются городскими жителями в рекреационных целях, они должны соответствовать кретериям разнообразности и эстетичности, а стандартная монотипность в синузии древостоя лесопосадок (сосна, лиственница) не отвечает данным кретериям, поэтому принято решение добавить в существующую доминанту новые виды олиготрофных и мезатрофных деревьев. Так, для данного способа, для посадки были автором выбраны такие виды деревьев, как Гинкго билоба, достигает высоты 40 метров с продолжительностью жизни до 2500 лет, сосна сибирская, высотою около 50 метров и продолжительностью жизни около 800 лет, береза повислая, высота около 30 метров, продолжительность жизни 120 лет, лиственница сибирская, высота до 80 метров и продолжительность жизни 400 лет, каштан конский, высотою до 50 метров и продолжительностью жизни 2000 лет, дуб черешчатый, высотою 40 метров и продолжительностью жизни 400 лет. Все перечисленные деревья произрастают на территории Российской Федерации, почти во всех климатических зонах, т.е. являются стабилизированными по климату. Примером и аналогом лесовосстановления является способы, описанные в патентах РФ №2618698 С1, 2093011 С1, 2409935 С1, где в разных модификациях произведены способы рубки, подсадки, удобрения саженцев в лесопосадках. Однако заявляемая автором методика существенно отлична от них полиморфностью, имеет мировую новизну, в силу совокупности подходов к восстановлению леса, а также промышленно применима в неограниченных масштабах. В силу того, что имеющиеся защитные лесополосы имеют антропогенные просеки, а с развитием градостроительства через них прокладываются автомобильные дороги с соответствующим техническим обеспечением сетью электропередачи, водоотводящими каналами, данные коммуникации существенно влияют на зооценоз лесополос. В заявленном способе предложено минимализировать негативное воздействие путем коммутирования пространства между разрозненными частями лесопосадок в части ширины просек путем соединения деревьев верхнего яруса канатными переходами, несущими функцию безопасного пересечения просек представителями фауны. Известно, что в большинстве нижний ярус искусственных лесопосадок образуется кустарниковыми, такими, как Euonymus europaeus бересклет, Aronia melanocarpa арония черноплодная, Viburnum opulus калина, Sambucus racemosa бузина, Syringa vulgaris сирень, Rubus idaeus малина, Crataegus laevigata боярышник, Sorbus aucuparia красная рябина, Prunus padus черемуха, Rosa majalis шиповник, Berberis vulgaris барбарис, Prunus spinosa терн, Frangula alnus крушина, Juniperus communus L можжевельник. Co временем он сильно разрастается, затрудняя уход за посадкой и ее эстетическо-рекреационные функции. Поэтому при лесовосстановительных мероприятиях рубкой желательно ликвидировать кустарники, поврежденные и больные деревья, а их корневую систему уничтожить путем выкорчевки. Полученные лесоотходы являются годными к использованию в качестве щепы, содержащей целлюлозу, лигнин для формирования в почвенном слое микоризы, местообитания насекомых и простейших, дальнейшего образования гумуса при ее разложении микроорганизмами. Поскольку почвенный покров состоит из органогенного, элювиальных, иллювиальных, метаморфических, гидрогенно-аккумулятивных, коровых, глеевых, подпочвенных горизонтов, в совокупности определяющих ее плодородие, важен состав населяющей их микобиоты, при внесении в поверхностные слои дополнительной органики это поспособствует росту ксилотрофных макромицетов, агарикоидных грибов, а также насекомых сапротропов, растений эвритрофов. Экологическая эндореставрация лесопосадок подразумевает их дополнение новыми видами долгоживущих адаптированных по климатическим особенностям, в том числе солнечной радиации, по составу атмосферного воздуха и почвы деревьев, формирующих ячейки горизонтального фиторазнообразия, в виде парцел. При постепенном старении сосново-лиственничного, например, древостоя лесопосадок они заменят в течение 50-100 лет собою имеющиеся деревья. При посадке саженцев в ботанике большое внимание уделяется их корневой системе, ее вегетационной способности. Из уровня техники известны стимуляторы роста, производные индола, это 3-(3-индолил)пропионовая, индолил-3-маслянная, 4-хлориндолил-3-уксусная и 3-индолилуксусная кислоты, обладающие высокой физиологической активностью по стимуляции побегов, гравитропизму корней, росту камбия, фототропии. Они влияют на дифференцировку клеток, их рост в фазе растяжения, коррелятивный рост и широко применяются в растениеводстве. Науке известны также гибереллины, фитогормоны дитерпеновой природы, например, GA (Giberellic acid) 1, GA3, GA4 и GA7, способные активно действовать на процессы удлинения гипокотиля, прорастания, цветения, ингибирующие цитокинины и абсцизовую кислоту. Адаптирующими свойствами на растения, особенно при неблагоприятных условиях и загрязнении окружающей среды, обладают и брассиностероиды, в том числе брассинолид, который был выделен в 1979 г. американскими ботаниками из рапсовой пыльцы и стал успешно применяться, как и катастерон, теастерон, тифастерол, кастастерон, получаемые также из растительных субстратов. В ботанике в качестве адаптогенов применяются и другие виды веществ, например, стриголактон, жасмонаты, крезацин (оксиэтиламмония метилфеноксиацетат), получаемые синтетически, поэтому в заявленном способе принято решение их не применять, а использовать при посадке саженцев однократно природные биогенные стимуляторы на водном растворе с минеральными удобрениями в их стандартной дозировке, согласно методических инструкций к применению. Из уровня техники известно, что легкая, т.н. протиевая, с формулой 1Н2 160 вода, получаемая, например, из льда, в специальных колоннах (патенты РФ №2295493, 2270590) и имеющая сниженное количество изотопа водорода - дейтерия (Фиг. 2), благоприятно действует при поливе на растения, в отличие от обычной воды (14). Следовательно, приготовление вышеназванного раствора на ней способствует лучшей приживаемости корневой системы в силу стимулирующего действия на саженцы. Из гелиобиологии известно, что фотосинтетическая активность солнечной радиации лежит в пределах 380-740НМ, однако помимо спектра электромагнитных волн, излучаемых светилом, на планету Земля, ее хромосферу, электромагнитное поле, влияют и вспышки на Солнце, генерирующие солнечный ветер, достигающий нашей планеты и вызывающий возбуждения магнитосферы, приносящий ионизирующие частицы, а также текущее состояние и количество пятен, флокул на Солнце (12). Круглосуточный мониторинг светила ведется в России спутниками Лабораторией рентгеновской астрономии Солнца Физического института РАН (13) и может использоваться онлайн для вычисления благоприятных\неблагоприятных условий для посадки растений, поэтому в методе принято решение использовать данные о текущей активности светила (Фигура 3), производя посадки только при благоприятных факторах (15). Способ экологической эндореставрации искусственных лесопосадок урбанизированных территорий, видоизмененных антропогенными просеками, состоит из:
- санации путем санитарного удаления нижнего яруса экобиоморфа и фаутного древостоя,
- подсадок саженцев молодых деревьев,
- формирования технических коммутационных переходов верхнего яруса эдификаторов длиною в ширину образованных искусственных просек из полимерных канатов, на которых закреплены поперечно планки твердого материала размером не менее 50 сантиметров, позволяющие представителям зооценоза – мелким животным, птицам, насекомым безопасно пересекать образованные человеком просеки с автотранспортным движением. Технические коммутационные переходы из полимерного каната и закрепленных на них поперечных планок из твердого материала длиною в просеки крепятся на верхних ярусах деревьев путем обвязки вокруг стволов, без повреждения древесины и применения инвазивных методов фиксации. Коммутационные переходы прокладываются не менее 2-х на 50 метров длины просеки и располагаются выше линий энергоснабжения, светофорной сигнализации, телекоммуникационных линий и техногенных сооружений, расположенных в просеках. Санация лесопосадок путем санитарного удаления нижнего яруса экобиоморфа и фаутного древостоя производится путем их рубки, распиловки, корчевки в почвенной части с техническим размельчением до степени щепы с её внесением в почву для создания в микробиоценозе условий к формированию микоризы. Подсадка саженцев молодых деревьев, формирующих парцеллы, производится по площади лесопосадок ячейками в форме сот из геометрических гексагонов, расстоянием в 3 метра между их углами и в 3 метра между фигурами, каждая из которых засаживается одним видом саженцев – сосна сибирская кедровая Pinus sibirica, береза повислая Betula pendula, гинкго двулопастный Ginkgo biloba, каштан Aesculus hippocastanum, лиственница Larix sibirica, дуб черешчатый Qvercus robur, в равной пропорции. Время посадки саженцев вычисляется с учетом текущей солнечной электромагнитной активности. Во время посадки саженцев производится обработка выкопанных земляных лунок водным раствором композиции из ауксинов, гиббереллинов, эпибрассинолида и минеральных удобрений для лучшей вегетации. Водный раствор для композиции стимуляторов роста и минеральных удобрений является легкой водой с преобладанием протия и готовиться из льда.
ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ СПОСОБА
Пример 1
По описанному методу, на опытном участке в условиях стандартной сосново-лиственничной защитной лесополосы в апреле 2020 г., произведена посадка 6 видов саженцев следующих растений - Pinus sibrica Сосна сибирская кедровая, Aesculus hippocastanum Каштан конский, Qvercus robur Дуб черешчатый, Betula pendula Береза повислая, Larix sibirica Лиственница сибирская, Ginkgo biloba Гинкго двулопастный, в форме гексагональных фигур по 6 однородных деревьев, на площади 100 кв.м, с внесением в почву щепы, при посадке использовался раствор ауксинов, гибереллинов, эпибрассинолида, минерального удобрения на легкой (талой) воде. Через 1 год проверена приживаемость саженцев, которая составила 90%.
Пример 2
На искусственной просеке шириною 20 метров в лесопосадке шириною 120 метров и длиною несколько километров в городской черте осуществлено коммутирование верхнего яруса древостоя канатным соединением, согласно описания, для облегчения передвижения через просеку мелким животным. Соединение закреплено внахлест, без травмирования тканей ствола сосен, длина составила 20 метров, провис минимальный. Выполненное сооружение показало техническую надежность, ветровлагоустойчивость, может исполнять коммуникацию между двумя частями лесопосадки. Таким образом, заявляемый способ представляет собою новую в науке методику экологической эндореставрации защитных лесопосадок, проверен на практике и может применяться в конгломератах для восстановления измененной флоры и фауны.
СПИСОК ЦИТИРОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ:
1
1
1. УДК502/504 ВЛИЯНИЕ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ, Иванов Н.Э., Недорезова А.А.
2. Суздалева А.Л. Природно-технические системы: авторский сайт [Электронный ресурс]: http: www.ntsyst.ru (дата обращения 16.12.2020).
3. Суздалева А.Л., С.В. Горюнова Техногенез и деградация поверхностных водных обьектов М.: ИД Энергия, 2014. 456 с.
4. Masindi V., Muedi Kh.L. Environmental contamination by heavy metals [Электронный ресурс]: https://www.intechopen.com/books/heavy-metals/environmentalcontamination-by-heavy-metals (дата обращения 25.12.2020).
5. Hazrat A., Ezzat Kh., Ikram I.Environmental chemistry and ecotoxicology of hazardous heavy metals: Environmental Persistence, Toxicity and bioaccumulation. [Электронный ресурс]: https://www.hindawi.com/journals/jchem/2019/6730305 (дата обращения 25.12.2020).
6. Гусакова Н.В. Техносферная безопасность: физико-химические процессы в техносфере. Москва: ИНФРА-М, 2015.184 с.
7. Дайнеко Н.М. Накопление тяжелых металлов прибрежно-водной растительностью Гомельского региона Чернигов. М., 2014. 207 с.
8. Другов Ю.С. Мониторинг органических загрязнений природной среды: 500 методик: практическое руководство. Москва: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2013. 893 с.
9. Мотузова Г.В. Химическое загрязнение биосферы и его экологические последствия Москва: Изд-во Московского ун-та, 2013. 302 с.
10. Накопление загрязняющих веществ - тяжелых металлов в живых организмах [Электронный ресурс]: https://prezentacii.org/prezentacii/prezentacii-pobiologii/139327-zagrjaznenie-vody-v-zabajkale.html (дата обращения 19.02.2020)
11. Цветков В.Ф. Лесной биогеоценоз. Архангельск. 2003. 2-е изд. 267 с.
12. Земное эхо солнечных бурь. Чижевский А.Л., М. Мысль 1976 - 376 с.
13. Агаджанян Н.А. Биологические ритмы. Медицина 1967 - 120 с.
14. Биофизика и медицина. №2 2008. УДК 541.2:543.3:546.79:546.212.02. Бердышев Г.Д. Гальперин Я.Г. Киевский национальный университет, с. 57-64.
15. https://teams.lebedev.ru/ сайт лаборатории рентгеновской астрономии Солнца физического института Российской Академии Наук.