Оптимизация структуры городских зеленых насаждений

Химия растительного сырья. 1998. №2. С.83-86

УДК 630.11

ОПТИМИЗАЦИЯ СТРУКТУРЫ ГОРОДСКИХ ЗЕЛЕНЫХ НАСАЖДЕНИЙ

© Е.В. Авдеева

Сибирский государственный технологический университет, г. Красноярск (Россия) E-mail repyakh@sibstu.kts.ru

Неудовлетворительное эколого-гигиеническое состояние Красноярска обусловлено рядом причин: неблагоприятное сочетание природно-климатических и антропогенных условий, повышенные техногенные нагрузки, недостаточное и неудовлетворительное состояние городских зеленых насаждений.

В процессе экспериментальных исследований в Красноярске были собраны биометрические показатели деревьев березы повислой и лиственницы сибирской, в насаждениях с различной величиной шага посадки, расстоянием между рядами и возрастом насаждений. Это позволило разработать математические модели рациональной структуры городских насаждений путем обработки данных методами планирования экстремальных полнофакторных экспериментов. Полученные данные позволяют рассчитать степень выполнения защитных функций насаждениями различной плотности, а при проектировании обосновать работы по созданию и реконструкции городских зеленых насаждений.

Введение

Городская система озеленения в целом и отдельные ее элементы при рациональной организации оказывают существенное влияние на важнейшие показатели качества городской среды. Основной задачей озелененных территорий является создание комфортных условий среды городов.

Создание градостроительного комфорта — это не пассивное приспособление к местным условиям, а разработка эффективных мероприятий, компенсирующих или устраняющих недостатки естественных условий среды при максимальном использовании ее полезных качеств. Одним из путей решения данной проблемы является создание и сохранение зеленых насаждений из местных пород деревьев, рациональное размещение и выбор оптимальной структуры городских насаждений, что позволит повысить эффективность озелененных территорий в оздоровлении окружающей среды: улучшение микроклимата регулированием

температурного, влажностного и ветрового режимов, поглощение углекислого газа, пыли и копоти, обогащение воздуха кислородом, фитонцидами, снижение шума, улучшение декоративно-эстетических качеств городских ландшафтов.

Создание комфортных условий в городах невозможно без учета эстетических и психологических аспектов застройки и ее озеленения. Горные условия сибирского рельефа, его пойменные территории, а также наличие местных высокодекоративных пород деревьев требуют проведения исследований по состоянию городских объектов озеленения из местных пород, что даст возможность прогнозировать и регулировать состояние зеленых насаждений во времени.

Методика и объекты исследований

Условия внешней среды оказывают существенное влияние на рост и развитие зеленых насаждений в городе, поэтому деревья одной и той же породы в одинаковом возрасте могут иметь раз-

личные биометрические показатели, которые зависят от: размещения зеленых насаждений на территориях с различной степенью антропогенного загрязнения; влияния типа, способа и густоты посадок; площади и благоустройства озелененных территорий; состава насаждений и ухода за ними.

Для определения влияния этих факторов на состояние зеленых насаждений в городе Красноярске были собраны и проанализированы биометрические показатели двух местных пород деревьев

— березы повислой и лиственницы сибирской, в возрасте от 15 до 37 лет. На каждом участке обмерено не менее 10 деревьев и 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 перпендикулярных направлениях - необходимые для вычисления характеристик дерева, таких как длина освещенной поверхности кроны и ее протяженности, объем ствола и кроны.

В процессе экспериментальных исследований получены значения биометрических показателей деревьев рассматриваемых пород с различной величиной шага посадки, расстояния между рядами, возраста насаждений. Что позволило на данном этапе исследований разработать математические регрессионные модели рациональной структуры городских насаждений путем обработки полученных данных методами планирования экстремальных полнофакторных экспериментов типа 2m, где 2 — количество уровней варьирования факторов (min и max); m — число варьируемых факторов. В качестве варьируемых факторов приняты: шаг посадки деревьев в рядах, расстояние между рядами, возраст посадок. В качестве критерия оценки насаждений принят объем кроны дерева, позволяющий количественно оценить влияние факторов, и который имеет вполне определенный физический смысл, что соответствует требованиям данных методов [1, 2].

Обработка информации проводилась в соответствии с нижеприведенным алгоритмом:

1. Систематизация опытных данных, составление матриц планирования полнофакторных экспериментов типа 23 (трехфакторный эксперимент).

2. Выбор типа уравнений регрессии, вычисление коэффициентов уравнений, в том числе учитывающих парные взаимодействия факторов.

3. Регрессионный анализ моделей:

— проверка значимости коэффициентов по критерию Стьюдента;

— проверка адекватности моделей по критерию Фишера;

— проверка однородности дисперсий (воспроизводимости опытов)по критерию Кохрена;

— определение точности и остаточной дисперсии опытов.

4. Выполнение программы крутого восхождения по поверхности отклика.

5. Анализ полученных результатов.

Обработка результатов и построение математических моделей выполнены в соответствии со следующими матрицами планирования: матрица 1

— исследование влияния факторов на рост березы повислой; матрица 2 — исследование влияния факторов на рост лиственницы сибирской.

Обработка результатов опытов по матрицам планирования позволила рассчитать уравнение регрессии вида

Y = b0 +ЬХ1 +Ь2Х2 +ЬзХз +Ь12ХХ2 + Ь1зХХз +Ь2зХХз,

где Ь1, Ь2, Ь3 — коэффициенты регрессии, отражающие влияние каждого фактора на оценочный критерий — объем кроны дерева;

Ъо — остаточный член в уравнении регрессии, характеризующий средний уровень критерия;

Ъ12, Ъ13, Ъ23 — коэффициенты регрессии, учитывающие эффекты парных взаимодействий факторов;

х1, х2, х3 — кодированные значения уровней факторов.

Программа крутого восхождения выполнялась в соответствии с алгоритмом [2, 3]:

1. Определение исходного уровня (фона) для варьируемых факторов и пределов их изменения.

2. Выбор базового фактора.

3. Выбор шагов крутого восхождения по поверхности отклика.

4. Линеаризация математических моделей на уровне фона.

5. Пошаговое движение по поверхности отклика.

Исходя из физического смысла и априорных данных об их изменениях с течением времени принимаем за исходный уровень (фон) состояние

объектов при минимальных значениях факторов. Пределы изменения факторов принимаем от Х1 тш до Х1 тах. В качестве базового фактора принимаем возраст деревьев; шаг основного фактора 83 = 1.5.

Используя полученные модели, проведены многовариантные расчеты объемов кроны при следующих значениях факторов

2 < X1 < 6, ДХ1 = 1

2 < X2 < 6, ДХ2 = 1

15 < X 3 < 33, Д X 3 = 2 Фрагменты результатов приведены в таблице.

2.

Таблица 2

Объем кроны деревьев при переменных значениях факторов

Хі,Х2, М х м Породы деревьев и возраст, лет

Береза повислая Лиственница сибирская

15 25 33 45 51 55 15 25 33 45 51 55

2 х 2 4.6 42 71.9 116.7 139 154 6.2 71.7 124.1 202 242 268

3 х 3 4.6 45 76.5 124.5 148 164 9.7 76.8 130.5 221 251 278

4 х 4 4.6 47 81.2 132.2 158 175 13 82.1 137 219 260 288

5 х 5 4.6 50 86 140.2 167 185 17 87.3 143 228 270 298

6 х 6 4.6 52 91 148.2 177 196 21 92.7 150 236 279 308

Выводы

Анализ обработки данных в соответствии с планом 23 показал:

1. Уравнение регрессии с учетом парных взаимодействий факторов адекватно отражает изменения объемного показателя кроны с течением времени при варьировании расстояний между деревьями и рядами.

2. Наибольшее влияние на увеличение объема кроны оказывает фактор Х3 — возраст дерева (1р = 26.63). Влияние факторов Х1 и Х2 так же существенно (1р =1,66...2,19),однако ниже фактора Х3.

3. В пределах интервалов варьирования факторов функции У=1(ХЬХ2,Х3) монотонно возрастают, точки экстремума отсутствуют, что не противоречит существу изучаемых объектов.

4. Значения таблицы 2 позволяют рассчитать и уточнить степень выполнения защитных функций насаждениями различной плотности. Полученные в процессе исследований данные позволят обосновать при проектировании работы по созданию и реконструкции городских зеленых насаждений.

Литература

1. Налимов В.В., Чернова Н.А. Статистиче-

ские методы планирования экстремальных экспериментов. М., 1965. 340 с.

2. Скокан А.И. и др. Планирование экспериментальных исследований в дорожном и строи тельном машиностроении. М., 1974. 75 с.

3. Мельников С.В., Алешкин В.Р., Ро-

щин П.Н. Планирование эксперимента в исследованиях сельскохозяйственных процессов. М., 1980. 168 с.

Поступило в редакцию 25.05.98