Жизнеустойчивость лесных экосистем урбанизированной территории г. Екатеринбурга

Жизнеустойчивость лесных экосистем урбанизированной территории г. Екатеринбурга

С.А. Шавнин, д.б.н., профессор, В.А. Галако, к.с.-х.н., С.Л. Менщиков, д.с.-х.н, В.Э. Власенко, к.б.н, В.Н. Ма-рущак, к.с.-х.н., Екатеринбургский Ботанический сад УрО РАН

Проблема загрязнения окружающей среды человеком в последнее время стала одной из наиболее острых и актуальных. Бурное развитие энергетики, промышленности, градостроитель-

ства, автотранспорта и связанное с этим всё возрастающее потребление сырья и топлива с повышенным содержанием вредных веществ резко усиливают загрязнение окружающей среды. Прогрессируют загрязнение водоёмов, деградация почв, учащаются случаи массовой гибели лесов под влиянием вредных промышленных эмиссий и рекреационных нагрузок. В настоящее время до конца не определена роль загрязнения

и других видов антропогенных нагрузок в функционировании природных экосистем.

Целью данной работы послужила необходимость разработки критериев оценки жизне-устойчивости древостоев на основе обоснования экологического состояния лесов в техногенных зонах с лесоводственно-таксационной точки зрения и с учётом полученных данных на базе методов математического моделирования определения закономерностей деградации насаждений под воздействием промышленных и рекреационных нагрузок.

В качестве объектов исследований выбраны лесные экосистемы в зонах повышенной рекреации и промышленных загрязнений, для которых были установлены методы количественной и качественной оценки жизнеустойчивости. Для оценки состояния спектра абиотических и биотических компонентов лесных экосистем урбанизированной территории на примере г. Екатеринбурга было заложено 12 постоянных пробных площадей (ППП) по четырём альтернативным вариантам развития. Пробные площади № 1—3 представляют насаждения Юго-Западного лесопарка с набором абиотических и антропогенных факторов (загрязнение, рекреационная нагрузка). На территории Ботанического сада УрО РАН насаждения ППП № 4—6 отличаются отсутствием рекреационной нагрузки, но имеют признаки загрязнения. ППП № 10—12, заложенные в районе оз. Чусовского, характеризуются полным набором рекреационной нагрузки и отсутствием признаков техногенного загрязнения. В качестве «полного контроля» (отсутствие рекреационной нагрузки и загрязнения) были выбраны лесные участки, представленные ППП № 7—9.

Выбор участков для закладки пробных площадей предусматривал сопоставимость по основным таксационным и типологическим показателям лесных сообществ, находящихся под влиянием различного уровня техногенного загрязнения и рекреационной нагрузки.

Оценка степени повреждения древостоев от воздействия экзогенных факторов — рекреации, аэротехногенного загрязнения и др. — проводилась с использованием российских и зарубежных методик [1, 2]. Для каждого учётного дерева определялись класс повреждения по шестибалльной шкале, дефолиация и дехромация кроны, срок жизни хвои.

Степень повреждения древостоев аэротехно-генным загрязнением характеризуется средним индексом повреждения, вычисленным как средневзвешенное из классов (баллов) повреждения деревьев, учтённых на пробной площади. С учётом особенностей фонового содержания загрязняющих веществ на территории Свердловской области была разработана региональная шкала оценки жизненного состояния сосны [3] ,

согласно которой каждому учётному дереву присваивалась одна из категорий состояния с учётом степени дефолиации кроны по международной методике (шкала ЕЭК), шкалы «Санитарных правил в лесах РФ», срока жизни хвои. Степень повреждения древостоя в целом определялась с учётом фонового уровня загрязнения атмосферного воздуха на Среднем Урале (табл. 1).

1. Региональная шкала оценки жизненного состояния сосны в очагах повреждения

Категория состояния древостоя Средний индекс повреждения для категории состояния древостоя

Условно не повреждённые, 1,0-2,0

фоновые

Слабо повреждённые 2,1-2,7

Средне поврежденные 2,8-3,5

Сильно повреждённые 3,6-4,5

Погибшие >4,5

Сильно повреждённых древостоев на изученных ППП нет; средне поврежденные — ППП 1 (лесопарк), слабо повреждённые — все остальные ППП 2—12 (табл. 1). Лучше состояние древостоя по визуальным признакам на ППП 5 в дендрарии — средний индекс повреждения — 2,3 и ППП 8 — средний индекс повреждения — 2,1. Здесь состояние деревьев близко к фоновому (неповреждённые), которое характеризуется средним индексом — до 2,0.

Изучение состояния древостоев и распределение деревьев по категориям повреждения в 2009 г показало, что максимальное число здоровых деревьев находится на ППП 8 (табл. 2). Здесь деревья сосны 1-й категории составляют 21%, 2-й — 61%. В большей степени сосна повреждена на ППП 1,2,4: здоровых деревьев — 0,0—1,0%, а сильно повреждённых (3—4 категории) — 49—69% (табл. 3).

Изучение состояния древостоев по степени дехромации показывает, что на всех ППП количество деревьев с пожелтевшей хвоей менее 10%, т.е. по данному показателю древостои относятся к классу неповреждённых.

Таким образом, изучение степени повреждения ценопопуляций высоковозрастных сосновых древостоев на объектах исследований (г. Екатеринбург и прилегающие территории) показало, что ППП 2—12 относятся к категории слабо повреждённых, ППП 1 — средне повреждённых. С учётом воздействующих на древостои таких антропогенных факторов, как рекреация и техногенное загрязнение, можно сделать вывод о том, что в данных условиях на объектах исследований более негативные последствия вызывает сопряженное воздействие данных двух факторов, на втором месте — рекреация, на третьем — техногенное загрязнение.

2. Состояние древостоя на ППП

№ ППП 1 2 з 4 5 б 7 8 9 10 11 12

Индекс повреждения древостоя 3,0 2,б 2,4 2,7 2,3 2,5 2,4 2,1 2,4 2,б 2,5 2,б

Дефолиация 44±0,85 35±0,59 43±1,14 37±1,0б 28±0,бб 41±0,92 34±0,97 25±1,22 35±1,08 3б±1,11 43±1,28 51±1,47

Срок жизни хвои 2± 0,02 ±4 in, о, (N ©° 2,2± 0,03 2,5± 0,0б ±9 ЧО О, (N ©° ±2 со О, (N ©° 2,7± 0,05 2,5± 0,05 2,7± 0,05 ±5 О, <N ©° ±3 О, о, (N ©° 2,0± 0,02

3. Соотношение деревьев в древостоях по категориям состояния, %

№ Категории состояния

ШШ 1 2 з 4 5 б

1 1 25 б1 б о 7

2 1 48 48 1 о з

з о б4 31 з о 2

4 о 47 44 б о з

5 7 74 13 1 о б

б 2 58 з5 1 о 4

7 5 бо 29 1 о 4

8 21 б1 13 2 о з

9 8 б2 23 з 1 4

10 2 з7 б1 о о о

11 1 45 5з 1 о о

12 1 4о 54 5 о о

Более чёткую картину по определению степени влияния нагрузок рекреационного и техногенного характера даёт фактор конкуренции крон [4]. Он основывается на понятии перекрывающих друг друга круговых зон влияния.

Радиус R зоны влияния любого дерева должен составлять

R = Hr/h, где H — высота дерева (м);

r — средний радиус кроны (м); h — средняя протяженность кроны (м). Сосновые древостои, находящиеся в зоне сильных рекреационных нагрузок (ППП 12), имеют резкие отличительные особенности в отношении взаимосвязи d^/d^ и d ствола, где d^. — диаметр крон, d^ — диаметр ствола на 1,3 м.

Литература

1. Manual on methodologies and criteria for harmonized sampling, assessment, monitoring and analisys of the effects of air pollution on forests. Hamburg / Prague: Programme Co-ordinating Centers / UN-ECE, 1994. 177 p.

2. Санитарные правила в лесах России. М., 1998. 16 с.

3. Менщиков С.Л. Методические аспекты оценки ущерба лесов, поврежденных промышленными выбросами на среднем Урале // Леса Урала и хозяйство в них: сборник научных трудов. Вып. 21 / Министерство образования РФ; Уральский государственный лесотехнический университет. Екатеринбург, 2001. С. 243-251.

4. Keister T.D., Titwell G.R. Compelition ratio dynamies forimproved mortality estimates in simulated grooth of fortst stands / T.D. Keister, G.R. Titwell // Forest sc., N21. B., 1975. P. 46-51.