Формирование лесных экосистем на техногенных землях южного кузбасса (на примере города новокузнецка) 03. 00. 16 экология

На правах рукописи

НИКОЛАЙЧЕНКО Владимир Павлович

ФОРМИРОВАНИЕ ЛЕСНЫХ ЭКОСИСТЕМ

НА ТЕХНОГЕННЫХ ЗЕМЛЯХ ЮЖНОГО КУЗБАССА
(НА ПРИМЕРЕ ГОРОДА НОВОКУЗНЕЦКА)

03.00.16 – экология

Автореферат
диссертации на соискание ученой степени

кандидата сельскохозяйственных наук

Барнаул 2006

Работа выполнена в Институте геоэкологических и водных проблем СО РАН (г. Кемерово)
Научный руководитель – доктор биологических наук,
старший научный сотрудник
Баранник Леонид Прокофьевич
Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук, старший научный сотрудник
Парамонов Евгений Григорьевич
доктор биологических наук, профессор
Терехина Татьяна Александровна
Ведущая организация: Институт почвоведения и агрохимии СО РАН (г. Новосибирск)
Защита состоится 27 октября 2006 года в 12.00 часов на заседании диссертационного совета Д.220.002.03 при ФГОУ ВПО «Алтайский государственный аграрный университет», 656049, г. Барнаул, пр. Красноармейский 98, факс. 8(385-2) 62-83-96.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО «Алтайский государственный аграрный университет»
Автореферат разослан 26 сентября 2006 года
Ученый секретарь

диссертационного совета С.В. Макарычев

Общая характеристика работы

Актуальность темы исследования обосновывается напряженной, граничащей с кризисной экологической обстановкой, сложившейся в г. Новокузнецке – крупнейшем индустриальном центре Кузбасса. Оптимизация экологических условий осуществляется комплексом биологических и технологических мероприятий. Однако практика показывает, что планируются преимущественно технологические аспекты охраны окружающей среды, а биологические методы используются не в полной мере.

С экологических позиций лес следует оценивать как основной компонент природных комплексов, способствующий сохранению других жизненно важных компонентов биосферы – воды, воздуха и почвы. Количественные возможности трансформации лесом основных абиотических факторов среды и масштабы его средообразующего влияния связаны с размерами занимаемой площади (процентом лесистости территории) и концентрацией в лесных фитоценозах живого органического вещества (продуктивностью лесонасаждений).

Оказывая средопреобразующее влияние на экологические условия территории, леса в тоже время находятся под воздействием техногенных факторов: атмосферного загрязнения промышленными выбросами, нарушения почвенного покрова и гидрологического режима горными работами.

Рассматриваемая в контексте экологической безопасности необходимость оценки продуктивности и устойчивости лесонасаждений в условиях интенсивного техногенного воздействия определила настоящую тему исследований.

Цель и задачи исследований. Целью работы является оценка состояния и фитомелиоративного потенциала, создаваемых лесонасаждений в условиях техногенного воздействия.

Для достижения цели поставлены задачи:

Определить продуктивность лесонасаждений в зонах интенсивных атмосферных промышленных выбросов и на территориях, нарушенных горнодобывающими работами.
Исследовать состояние, устойчивость и природоохранные функции создаваемых лесонасаждений в зеленой зоне.
Учесть изменения основных микроклиматических параметров в лесонасаждениях зеленой зоны.

Научная новизна. Впервые произведена комплексная оценка устойчивости и фитомелиоративных функций лесонасаждений при высокой техногенной нагрузке в условиях индустриального города.

Защищаемые положения.

Созданные лесонасаждения в зеленой зоне, несмотря на угнетающее воздействие техногенных факторов, обладают определенным потенциалом оптимизации экологических условий окружающей среды.
Продуктивность лесных культур на нарушенных горными работами землях и в зонах атмосферного загрязнения в большинстве случаев не снижается до 40-летнего возраста.
Лесоразведение на техногенных территориях по своей экологической значимости соизмеримо с инженерными (техническими) мероприятиями по охране окружающей среды.

Практическая значимость и реализация работы. Выполненные исследования дают основание увеличить масштабы лесоразведения вокруг г. Новокузнецка и других индустриальных городов Кузбасса, обосновывают необходимость включения фитомелиоративных методов в практические проекты повышения экологической безопасности региона.

Всего создано в зеленой зоне г. Новокузнецка 9 тыс. га новых лесонасаждений, что увеличило лесистость территории до 15 %.

Личный вклад. Автор был непосредственным исполнителем и руководителем работ по лесоразведению на послепромышленных территориях г. Новокузнецка. Принимал личное участие во всех полевых и камеральных работах по программе диссертации, анализе полученных результатов, в подготовке публикаций, в разработке и внедрению рекомендаций в производство. В практических работах по лесоразведению в зеленой зоне г. Новокузнецка автор участвовал с 1986 года по 2003 год, научные исследования по проблеме начаты в 2000 году.

Апробация работы. Материалы исследований представлялись и обсуждались на III Международной научно-практической конференции «Защитные лесные насаждения и сельскохозяйственное производство. Проблемы опустынивания» (Барнаул, 2003), на IV научно-практической конференции «Восстановление нарушенных ландшафтов» (Барнаул, 2004) и IV Всероссийской научно-практической конференции «Региональные проблемы устойчивого развития природоресурсных регионов и пути их решения (Кемерово, 2003).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 научных работ, в том числе раздел в коллективной монографии «Экология лесов Кузбасса» и «Рекомендации по лесной рекультивации нарушенных земель в Кузбассе».

Структура и объем работы. Диссертация изложена на 106 стр. машинописного текста и состоит из введения, 6 глав, заключения, выводов, практических рекомендаций, списка литературы. Включает 20 таблиц, 15 рисунков.
Глава 1. Лесонасаждение в условиях техногенеза (обзор проблемы)

Основные положения об экологической оптимизации окружающей среды лесной растительностью сложились под влиянием идей В.В. Докучаева о целостности природных комплексов, учения В.И. Вернадского о взаимосвязи и взаимодействии всех явлений природы и роли живого вещества в биосферных процессах, учения о лесе Г.Ф. Морозова, лесной биогеоценологии В.Н. Сукачева. С получением научных данных о водоохранной, водорегулирующей, противоэрозионной, климатологической, санитарно-гигиенической роли лесов были сформированы общие представления о средозащитных функциях леса. Проблема экологического влияния лесов расширилась и углубилась: были установлены новые формы воздействия леса на формирование химического и бактериального стока, термического режима рек, газового баланса атмосферы, пылеулавливающие, фитонцидные и другие свойства лесных экосистем (Молчанов, 1973; Протопопов, 1975; Поздняков, 1983 и др.).

Экологический эффект лесонасаждений связан с их устойчивостью, стабильностью. Наиболее полное проявление средообразующих функций леса происходит в здоровых насаждениях, с нормальным ростом и развитием (Протопопов, 1982). Однако леса, произрастающие на техногенных и урбанизированных территориях испытывают угнетающее влияние техногенных факторов, приводящее к снижению продуктивности и устойчивости. Следовательно, проблема «лес в техногенных условиях» двуедина: лес оптимизирует экологические условия, ухудшенные техногенными факторами, и в тоже время подвергается негативному воздействию техногенеза. Такой подход соответствует высказыванию И.С. Мелехова (1969), что в экологии леса необходимо рассматривать две стороны: влияние условий внешней среды на жизнь леса и формирование лесом особой, присущей ему лесной среды. В общем плане это созвучно экологическому принципу обратной связи – влияние биосферы на экологические условия среды обитания человека и воздействие техногенных факторов, порождаемых жизнедеятельностью человека, на элементы биосферы (Реймерс, 1990).

Проблемные вопросы о влиянии лесов на окружающую среду и о влиянии внешней среды (в том числе и трансформированной антропогенной деятельностью) на леса являются по существу основным предметом рассмотрения лесоводства. Они детально освещены в работах В.Ф. Морозова (1970), Г.Н. Высоцкого (1952), В.Н. Сукачева (1997), М.Е. Ткаченко (1955), В.Г. Нестерова (1954), С.В. Белова (1983) и других исследователей.

Комплексные исследования функций лесных экосистем в ландшафтах юга Средней Сибири проведены А.И. Грибовым (1996). Устойчивости сосновых лесонасаждений посвящены исследования Л.А. Барахтеновой (1992). Важным выводом является то, что несмотря на отрицательное влияние промышленных выбросов на ферменты фотосинтетического цикла и дыхания, продуктивность насаждений существенно не снижается.

Наиболее исследованным и значимым техногенным фактором воздействия на растительность является атмосферное загрязнение промвыбросами. Большой вклад в разработку теории газоустойчивости внесли Н.П. Красинский (1950), Ю.З. Кулагин (1980), Г.М. Илькун (1978), В.С. Николаевский (1979) и др. Оценивая устойчивость растений к техногенному загрязнению, исследователи отмечают, что у растений нет специфических механизмов или физиологических процессов, определяющих газоустойчивость, поэтому защитные функции этого фактора выполняют другие свойства и качества растений (так называемая преадаптационная теория газоустойчивости).

Относительно газоустойчивости хвойных пород в научной литературе высказаны многочисленные и весьма разноречивые мнения, включающие как полное отрицание целесообразности их использования на задымленных территориях, так и признание определенной газоустойчивости.

В обобщенном виде сочетание деструктивных факторов техногенного воздействия на природную среду и противопоставленных им средообразующих конструктивных проявлений лесонасаждений показано на схеме (рис.).

Техногенное воздействие на окружающую среду		Фитомелиорация техногенных последствий
Сжигание органи-ческого топлива	- связывание атмосферного О₂- выбросы СО₂	- продуцирование О₂ - ассимиляция СО₂	Фотосинтез органики
Атмосферное загрязнение промвыбросами	- эмиссии токсичных газов SО₂, NО_х и др.; - запыление воздуха	- поглощение и нейтра-лизация токсичных газов; - фильтрация воздушных потоков от пыли; - фитонцидность, ионизация воздуха	Физиологичес-кие процессы, образование биомассы
Горнодобы-вающие работы	- разрушение и загрязнение почвенного покрова; - образование техногенных «пустырей»; - иссушение грунтовой толщи, развитие эрозии	- инициирование почво-образования: - восстановление биопро-дуктивности территории; - проявление водоохранных и противоэрозионных свойств растительности	Биологическая рекультивация нарушенных земель
Суммарно: деградация естественных ландшафтов	- потеря санитарно-гигие-нических и рекреационных качеств ландшафта: - ухудшение микроклимати-ческих условий (температур-ного режима, влажности)	- восстановление санитарно-гигиенических и рекреацион-ных функций территории; - оптимизация микрокли-матических условий	Восстановление растительного покрова на техногенных территориях

Рис. Схема взаимосвязей деструктивных техногенных факторов

и фитомелиорации их проявлений

Глава 2. Объекты и методы исследования

Интегральным показателем комплексности и многоплановости воздействия техногенных факторов на лесную растительность, является продуктивность лесонасаждений. Различия между ростом насаждений в аналогичных природно-климатических условиях, но вне зоны выраженного техногенного воздействия, с насаждениями в пределах этой зоны отражает комплексное воздействие техногенных факторов на леса.

Для решения программных вопросовнами были заложены пробные площади в характерных по основным техногенным факторам местоположениях: в местах с повышенным уровнем атмосферного загрязнения, входящих в санитарно-защитные зоны промышленных предприятий, на шахтных землях с выраженными провальными и осадочными нарушениями земной поверхности, на породных отвалах.

При исследовании лесных культур были учтены основные положения и принципы методик, применяемых в лесоводстве, таксации, при изучении лесных культур (Огиевский, Хиров, 1967; Побединский, 1966; Родин, Мерзленко, 1983), а также «Программа и методика изучения техногенных биогеоценозов» (1978). В основу изучения лесных культур положен статико-динамический метод исследования, который позволяет регистрацией статического состояния культур в разных возрастных фазах дать их лесоводственную оценку.

Оценка продуктивности лесонасаждений проводилась на пробных площадях, закладываемых в соответствии с требованиями ОСТ 56-69-83 (1983). Помимо постоянных пробных площадей, для решения отдельных вопросов закладывались временные безразмерные площадки. В качестве контроля рассматривались лесные культуры, созданные за пределами зеленых зон индустриальных городов. Состояние таких лесных культур детально описано в работе В.В.Огиевского «Искусственное лесоразведение в Сибири» (1962) и статьях В.Г. Габеева (1964, 1975).

Для определения средних показателей элементов леса производились сплошные измерения диаметров на высоте 1,3 м и высот у 15–20 деревьев, пропорционально количеству деревьев каждой ступени толщины. Обработку полевых материалов вели общепринятыми в лесной таксации способами: средний диаметр определялся через среднюю площадь поперечного сечения древесных стволов на высоте 1,3 метра, среднюю высоту – по графику высот, относительную полноту – по стандартной таблице (Лесотаксационный справочник…, 1986), класс бонитета – по бонитировочной шкале М.М. Орлова. Запас древесины в культурах определялся по массовым таблицам объемов стволов молодняков (Моисеев, 1971).

Фитомелиоративные функции лесонасаждений оценивались по продуктивности, текущему и среднему приросту. Измерения микроклиматических показателей производились на трех пробных площадях общепринятыми методами.

Жизненное состояние насаждений оценивалось по степени повреждения кроны, согласно методическим указаниям «Санитарных правил в лесах РФ» (М., 1998).

Глава 3. Природные и техногенные условия района исследования

Существенное влияние на природные климатические условия оказывают техногенные факторы. Высокая концентрация энергоёмкой промышленности, сжигающей до 30 млн. тонн угля в год, вызывает образование температурной аномалии. Температура воздуха в городе, как правило, на 2–3°С выше, чем за его пределами (Безуглая и др., 1991). Промышленные выбросы, поступающие в атмосферу, создают своеобразную дымку («смог»), которая поглощает значительную часть солнечной радиации. Максимальная потеря освещённости достигает 40 %, относительная влажность уменьшается на 15–30 %. Задымленность и запылённость атмосферы снижают интенсивность фотосинтеза растений. Разрушение и сход снежного покрова, зачернённого сажей и пылью, в некоторые годы происходит уже в конце марта, а на южных склонах, особенно находящихся под «факелом выбросов», даже в начале марта. Сочетание основных природных факторов – тепла, влаги и света обеспечивают необходимые условия для роста и развития древесной растительности, но в то же время специфические техногенные явления отрицательно влияют на этот процесс.

Новокузнецк – один из самых загрязнённых городов Сибири. В атмосферу ежесуточно выбрасывается свыше 2500 т вредных веществ. В структуре выбросов окись углерода составляет 68 %, двуокись серы – 4 %, углеводороды – около 2 %. С выбросами предприятий черной и цветной металлургии в воздух поступает за год 1330 т сероводорода, около 2 тыс. т аммиака, 1340 т цианидов, 1,6 тыс. т фтористых соединений.

Техногенное воздействие на окружающую среду распространяется на площади более 2,5 тыс. км², сливаясь на севере с зонами загрязнения городов Прокопьевска, Киселевска, на юге – Осинников, Калтана, на востоке – Мысков и Междуреченска. Факелы газопылевых выбросов предприятий города прослеживаются до 80 км. Пылевая нагрузка на площадь города составляет 300–600 кг/км² в сутки.

По данным ПГО «Запсибгеология» в почвах города и пригородной зоне отмечены концентрации выше ПДК железа, никеля, хрома, кобальта, марганца, титана, ванадия, цинка, свинца, стронция, фтора, мышьяка. Тяжелые металлы из почвенного горизонта естественно поглощаются растениями. Их содержание в золе растений, выращенных в районе Новокузнецка, превышает средние зональные показатели в 10–19 раз.

Подобные концентрации тяжелых металлов в почвах и растениях, а из них в продукты питания представляют опасность для здоровья человека. Очевидно, что здесь не следует их выращивать. Приоритет должен быть отдан созданию лесных насаждений, являющихся постоянно действующим фильтром по очистке атмосферы от промвыбросов.
Глава 4. Продуктивность лесных культур в зеленой зоне города

Естественных лесов в пределах 20 км от границ города сохранилось всего около 3,5 тыс. га, или по 0,006 га на каждого жителя города. 30 последних лет Новокузнецкий лесхоз целенаправленно проводит работы по созданию новых лесонасаждений в границах зеленой зоны города. На первом этапе были облесены пустоши вокруг города и в городской черте, которые возникли в результате деградаций пахотных угодий. На втором этапе в состав лесокультурного фонда были включены подработанные шахтами территории. Отработанные подземной угледобычей территории имеют, как правило, своеобразный провальный рельеф («техногенный карст»). В зависимости от геологических условий и технологии угледобычи на поверхности после выемки угля образуются разной формы и величины провалы, воронки, трещины, мульды проседания, занимающие в общей сложности от 10 до 30 % площади шахтного поля. Площади созданных лесных культур на этих категориях земель приведены в табл. 1.

Таблица 1

Лесные культуры в зеленой зоне г. Новокузнецка

Местонахождение	Общая площадь, га	Краткая лесоводственная характеристика
Бывшие сельхозугодья, пустыри
Точилино	250	Сосновые л/к, ср. полнота 0,8, I–II бонитета, 2 класса возраста
Митино – Митин лог (санитарно-за-щитная зона КМК, Цемзавода)	1200	70 % сосны, 10 % лиственницы, 20 – лиственных пород (берёза, тополь)
Телеуты – Бызово (санитарно-защитная зона ЗСМЗ)	450	50 % – чистые тополевые л/к, остальные – сосна, вяз
Маяковая гора – Соколуха	150	Чистые сосновые л/к
Красулинская лесная дача(гослесфонд)	1280	Чистые сосновые л/к, посадка 1955-79гг.
Рассредоточенные небольшие участки (до 30 га) на городских землях	500	В составе культур сосна, вяз перистоветвис-тый, тополь, береза, клен ясенелистный и др. породы в разном сочетании
Итого	3830
Подработанные шахтные земли, породные отвалы
Шахты: Редаково, им. Димитрова, Бунгурская, им. Орджоникидзе, Байдаевская, Зыряновская, Нагорная, Абашевская, Новокузнецкая, Юбилейная, им. Полосухина,	3820	На шахтных землях преобладают сосновые л/к, лиственных пород (вяз, береза, клен) в сумме около 10 %. Возраст культур от 20 до 40 лет. Полнота 0,7–1,0
разрез Листвянский	420	На отвалах разрезов в состав сосновых л/к введена (до 30 %) облепиха
разрез Байдаевский	790
Гравийные карьеры	180	Сосновые л/к с облепихой
Итого	5210
Всего	9040

Для оценки продуктивности и состояния созданных лесных культур заложены пробные площади (ПП) в характерных по техногенному воздействию местоположениях (табл. 2).

ПП 1 заложена на подработанной при подземной угледобыче площади с проявленными просадочными явлениями. За последние 10–15 лет просадок не наблюдалось, что свидетельствует о прекращении геодинамических процессов в грунтовой толще. Площадь лесных культур расположена в 3–4 км от КМК (Кузнецкий металлургический комбинат) с подветренной стороны, поэтому не подвержена прямым «газовым атакам» промвыбросов. Атмосферное загрязнение высокое, определяется высоким «фоновым» загрязнением территорий города. Полнота насаждения по сомкнутости крон – 1,0; по сумме площадей сечения – 1,1. Признаков аэротехногенного воздействия нет; хвоя сохраняется до 4–5 лет.

Таблица 2

Показатели роста лесных культур в зеленой зоне г. Новокузнецка

№№ пр.пл.	Порода, местоположение	Возраст, лет	Ср. высота, м	Ср. диаметр, см	Число деревьев на 1 га	Запас на 1 га, м³	Ср. прирост, м³/га	Класс бони-тета
1	сосна, поле шахты Редаково	28	12,0	11,6	3930	198	7,1	I
2	сосна, санзона КМК	25	9,2	11,5	2570	159	6,4	III
3	сосна, поле шахты им. Димитрова	28	10,8	12,0	2870	187	6,6	II
4	сосна, отвалы угольн. разреза	22	10,0	11,3	1630	98	4,5	III
5	тополь, санзона ЗСМЗ	35	19,5	22,0	880	264	7,5	I
6	тополь, санзона КМК	40	14,2	16,7	1670	179	4,5	III
7	лиственница, санзона Цемзавода	32	15,9	16,8	1720	240	7,5	I
8	береза, санзона КМК	33	14,2	14,5	2090	213	6,5	II
9	сосна, абагурская аглофабрика	24	7,1	8,0	2960	73	3,0	IV

ПП 2 заложена в санитарно-защитной зоне КМК в 1,5 км по направлению господствующих юго-западных ветров от коксохимического цеха, дающего большое количество газовых выбросов. Участок лесных культур расположен на возвышенности с превышением до 50 м над высотой заводских труб. По существу участок находится в «факеле» промвыбросов. Средняя высота культур 9,2 м, средний диаметр – 11,5 см. Отмечается частичное (10–15 %) пожелтение хвои с южной части кроны. Сохранность живой хвои 3–4 года. Несмотря на заметные признаки газовой интоксикации, средний прирост довольно высокий – 6,4 м³/га, что можно объяснить компенсирующим положительным влиянием высокого плодородия почв (выщелоченные черноземы).

Лесные культуры сосны на этом участке находятся в одном из самых экстремальных по загазованности местообитании. Тем не менее, в настоящее время их нельзя отнести к категории деградирующих, усыхающих. По шкале состояния они относятся ко второй категории – ослабленных.

ПП 3 заложена в культурах сосны на горном отводе шахты им. Димитрова. Отличие от ПП 1 заключается в том, что на поверхности более выражены провальные явления. Это связано с меньшей глубиной ведения горных работ (порядка 100 м). Полнота насаждений по сомкнутости крон 1,0; по сумме площадей сечения – 1,1. Симптомов газовых повреждений хвои также не отмечено. Продолжительность жизни хвои в пределах 5 лет.

Наиболее выраженный техногенной территорией являются отвалы вскрышных горных пород угольных разрезов. Общая характеристика культур на породных отвалах представлена ПП 4. Полнота насаждений 0,7. Схема посадки 3,0 x 1,0 м, сохранилось 50 % высаженных сеянцев. По сравнению с шахтными землями продуктивность лесных культур на породных отвалах разрезов несколько ниже, но достаточно высокая для восстановления экологических функций территории.

Лиственные древесные породы в условиях высокого атмосферного загрязнения проявляют более высокую устойчивость, чем хвойные. Тополевые насаждения созданы на площади 550 га в основном в санитарно-защитных зонах промпредприятий.

ПП 5 заложена в культурах тополя в санитарно-защитной зоне ЗСМЗ (Западно-Сибирский металлургический завод). Несмотря на то, что участок расположен в одной из самых загазованных территорий города (ЗСМЗ с одной стороны и КМК и Цементный завод – с другой), тополь не испытывает угнетения; средняя высота – 19,5 м, средний диаметр – 22 см. Полнота насаждений 0,8.

Второй крупный участок тополя расположен в санитарно-защитной зоне КМК, граница посадок проходит в нескольких сотнях метров от доменных печей и заводских труб по направлению господствующих ветров. Здесь очень высокий уровень атмосферного загрязнения, в составе которого кроме газовой составляющей (в основном СО₂) сажа и пылевидные окислы железа, кальция и др. элементов. ПП 6 заложена в средней части участка, на удалении от границы КМК в 1800 м. В отличие от предыдущего участка с посадками тополя, здесь менее благоприятные почвенные условия. Участок расположен на склоне горы, обращенной к КМК; увлажнения корнеобитаемого слоя почвы за счет грунтовых вод не происходит. Явных признаков газовых повреждений листьев, несмотря на близость заводских труб, не отмечено. Под пологом тополевого насаждения сформировался кустарниковый ярус, травянистый покров развит в прогалинах.

ПП 7. Участок лиственницы расположен в санитарно-защитной зоне цементного завода на возвышенности, примыкающий к границам завода. Трубы завода находятся на одном уровне с поверхностью участка. Суммарные пылевые выбросы цемзавода составляют 140 тыс. т/год. Почвенными исследованиями установлено подщелачивание в корнеобитаемом слое (до 40 см) до величины рН 7,7–7,9. На поверхности почвы после схода снега остается слой пыли толщиной до 2 см. Лиственница является кальциефилом, пылевые выбросы цементного завода (СаО) вероятно благоприятно сказываются на ее росте, хотя запыленность поверхности хвои и снижает фотосинтез. Ее преимущество перед сосной в условиях загрязненной атмосферы очевидно.

ПП 8. Участок березовых культур расположен на бывших сельхозугодьях в зоне среднего уровня атмосферного загрязнения (4 км от КМК). Полнота насаждений – 0,9; класс бонитета – II. Береза вполне устойчива в насаждениях зеленой зоны Рационально вводить березу в состав хвойных лесонасаждений для снижения пожароопасности и улучшения ландшафтно-декоративных качеств лесов.

ПП 9. Пример фитомелиорации техногенной территории с экстремальными лесорастительными условиями. Отходы агломерации железной руды представляют собой субстрат, не пригодный для биологической рекультивации. Попытки закрепить поверхность отвалов травянистой растительностью были безуспешными. Также не удались первые опыты по посадке лесных культур сосны. Проблема решалась следующим образом. На отвале установливались щиты для снегозадержания и борьбы с переносом песка. Весной была посажена облепиха, которая успешно прижилась, а через два года в междурядья облепихи была высажена сосна. К настоящему времени облепиха отмерла, а сосна образовала устойчивое насаждение. Несмотря на сравнительно низкую продуктивность насаждения, опыт лесовыращивания в этих эдафических условиях следует считать успешным. Подтвердилась устойчивость сосны не только к атмосферному загрязнению, но и к неблагоприятным почвенным условиям.

В создаваемых лесонасаждениях зеленой зоны широкое применение получила облепиха крушиновидная, как ценный мелиоративный и плодово-ягодный кустарник. На бедных грунтосмесях техногенных земель облепиха является мелиорирующей породой, способной повышать почвенное плодородие, накапливая азот в доступных для других растений формах. Культивирование облепихи на техногенных землях решает одновременно несколько задач: быстрое закрепление поверхностей подверженных эрозии, повышение плодородия грунтов, обеспечение населения ягодами.

Показатели роста лесных культур свидетельствуют, что несмотря на высокий уровень загрязнения атмосферы промышленными выбросами, древесные породы, используемые при лесоразведении в зеленой зоне, проявляют высокую продуктивность. Культуры сосны, созданные в пределах городской черты на пустырях, в санитарно-защитной зоне КМК, на шахтных территориях, пройденных подземной угледобычей, имеют показатели роста, соответствующие I и II классам бонитета. И только в самых экстремальных по загазованности территориях (ПП 2) или по эдафическим условиям (ПП 9) сосна проявляет признаки угнетения – снижение энергии роста до III–IV классов бонитета. Таких участков с выраженными признаками угнетения порядка 15 % от общей площади насаждений.

Лиственные породы (тополь бальзамический, береза повислая, вяз перистоветвистый) благодаря ежегодному опаду листьев не накапливают токсичные вещества, более устойчивы против атмосферных промвыбросов. В то же время они сильнее реагируют на влажность и плодородие почв, чем сосна. Если эдафические условия соответствуют их биологическим требованиям, лиственные породы показывают высокую продуктивность и устойчивость даже в местах высокой концентрации промвыбросов.

Глава 5. Устойчивость лесонасаждений в условиях техногенного воздействия

Состояние деревьев и насаждений, а также степень поврежденности, определяющие их устойчивость и долговечность, оцениваются по экологически обоснованным шкалам, включенным в нормативные документы. В «Санитарных правилах в лесах РФ» принята шкала категорий состояния хвойных деревьев из 6 градаций: здоровые деревья без внешних признаков ослабления; ослабленные деревья со слабоажурной кроной, с усыханием отдельных ветвей; сильно ослабленные деревья с ажурной кроной, с сильно укороченным приростом, суховершинные; усыхающие деревья, которые могут усохнуть в текущем или следующем году; свежий сухостой; старый сухостой.

Если применять эту шкалу состояния, то только деревья на ПП2 можно отнести к категории ослабленных по таким признакам: ажурная крона – хвоя сохраняется до 3-летнего возраста, укороченный прирост по высоте (около 30 см), хвоя с признаками повреждения (желтеющая) до 10–15 %. На остальных пробных площадях, даже с относительно низкой продуктивностью (III–IV классы бонитета), визуальных признаков ослабления не выявлено.

Маршрутным обследованием лесонасаждений в зеленой зоне установлено, что к категории ослабленных относятся участки в основном в санитарно-защитной зоне КМК. На подработанных шахтами землях и отвалах горных пород лесные культуры не имеют признаков ослабления, указанных в шкале категорий состояния, хотя утверждать, что они абсолютно здоровы, будет неверно. Техногенное воздействие на них безусловно сказывается.

Показателем устойчивости лесонасаждений является соотношение среднего и текущего годового прироста древесины. Превышение текущего прироста над средним свидетельствует о высокой энергии роста. Насаждения интенсивно, с превышением последующего года над предыдущим, наращивают биомассу. Текущий прирост в большинстве участков лесных культур составляет 6,1–8,2 м³ на гектар, средний – 4,5–7,1 м³/га (табл. 3).

Таблица 3

Средний и текущий прирост древесины в лесных культурах сосны

№№ пр. пл.	Возраст, лет	Запас, м³/га	Прирост, м³ /га		% текущего прироста к средн.
№№ пр. пл.	Возраст, лет	Запас, м³/га	средний	текущий	% текущего прироста к средн.
1	28	198,7	7,1	8,2	115
2	25	159,3	6,4	7,2	112
3	28	187,2	6,6	8,2	124
4	22	98,5	4,5	6,1	135

Считается, что момент выравнивания величины среднего и текущего приростов является возрастом экологической спелости, который ниже возраста технической спелости. В наших условиях возраст экологической спелости, вероятно, наступит в 70–80 лет.

Показателем устойчивости сосны является возраст хвои, сохраняющейся в кроне. Нормой для сосны на юге Западной Сибири считается наличие 5-летней хвои, а если живая хвоя сохраняется только на одно-, двух- и редко на трехлетних побегах, то это уже симптом воздействия неблагоприятных факторов (техногенных или климатических).

В большинстве насаждений зеленой зоны хвоя сохраняется до 4-летнего возраста.

Исследования по газоустойчивости древесных пород (Николаевский, 2000; и др.,) утверждают о сравнительно низкой устойчивости вечнозеленых хвойных пород. Однако эти выводы базируются на изучении в основном старых деревьев, и, как правило, не связываются с возрастом древостоя. Устойчивость насаждений сосны в условиях зеленой зоны г. Новокузнецка не согласуется с такой оценкой газоустойчивости. Очевидно, молодые деревья проявляют более высокую, нежели взрослые, устойчивость.

Газоустойчивость лесонасаждений повышается при высокой сомкнутости крон, вследствии того, что сокращается проникновение загрязненных воздушных масс под полог леса. Вместе с тем такие высокополнотные насаждения имеют и негативные особенности. Сомкнутые молодняки сосны характеризуются высоким классом пожарной опасности. Рекреационное использование их низкое – они труднопроходимы, мертвый покров из хвои не привлекает отдыхающих. Необходимо изреживание древостоя, но это чревато снижением газоустойчивости.

Следует отметить также аспект, повышающий устойчивость лесонасаждений в зеленой зоне. Это почти полное отсутствие энтомовредителей – ни листогрызущих, ни ксилофагов в заметных количествах не было обнаружено. Исключение составляют сосущие скрытоживущие, в основном тли. Объяснятся это тем, что промвыбросы обладают отпугивающими и ингибирующими свойствами по отношению к насекомым.

Таким образом, по ряду показателей: продуктивности, категориям санитарного состояния, соотношению текущего и среднего прироста, возрасту хвои, можно утверждать, что устойчивость сосновых лесонасаждений в условиях высокой техногенной нагрузки в зеленой зоне г. Новокузнецка достаточно высокая. Это утверждение относится к молодым насаждениям до 40 лет, но наличие вполне жизнеспособных, без явных признаков деградации деревьев естественного происхождения более старших возрастов позволяет предполагать резерв устойчивости созданных лесонасаждений в будущем.

Глава 6. Фитомелиоративные функции лесонасаждений зеленой зоны

Микроклиматические изменения, привносимые лесной растительностью в окружающую среду наблюдались в июне-августе 2003 г. на трех пробных площадях. Результаты измерений приведены в таблице 4.

Краткосрочность наблюдений не дает возможности установления закономерностей изменения микроклимата под воздействием лесной растительности. Но основные данные, а именно: снижение температуры воздуха в подкроновом пространстве и повышение относительной влажности воздуха достоверно подтверждают преобразующее воздействие лесной растительности на окружающую среду.

Таблица 4

Микроклиматические показатели в лесонасаждениях зеленой зоны

Показатели	Дата наблюдений	№№ пробных площадок			Средняя величина	Контроль
Показатели	Дата наблюдений	1	3	6	Средняя величина	Контроль
Освещенность (в тыс. люкс)	20.VI	15	15	20	17	60
	17.VII	17	18	22	19	68
	4.VIII	16	18	18	18	63
Температура воздуха на высоте 1 м, градусы	20.VI	25	25	24	25	28
	17.VII	29	28	26	26	28
	4.VIII	24	24	23	24	25
Температура поверхности почвы, градусы	20.VI	18	19	17	18	21
	17.VII	19	20	20	20	23
	4.VIII	17	18	16	17	21
Относительная влажность, %	20.VI	64	68	68	66	63
	17.VII	73	76	75	74	70
	4.VIII	71	69	68	69	65

В целом под воздействием леса происходит существенное улучшение санитарно-гигиенических условий территории. Леса зеленой зоны интенсивно используются для рекреации. К сожалению, здесь имеет место и побочное пользование – сбор грибов и ягод, что крайне нежелательно, так как вблизи города зона повышенной концентрации промышленных выбросов, многие из которых токсичны для человека.

Суммарная экономическая оценка разноплановых экологических полезностей леса возможна только в денежном эквиваленте. Однако, в настоящее время это весьма трудно, в основном из-за рыночного ценообразования, инфляции, отсутствия нормативов оценки природоохранной деятельности. Тем не менее, мы сделали это в ретроспективном плане – в ценах стабильного 1986 года (табл. 5).

Таблица 5

Экономическая эффективность лесонасаждений в зеленой зоне г. Новокузнецка

Показатели	Единицы измерения	Объем	Стоимость в ценах 1986 года ед.	Сумма (тыс. руб.)
Кислородопродуктивность	т	63500	135	8572,5
Поглощение углекислоты	т	88000	50	4400,0
Поглощение SO₂ и NO_x	т	4680	320	1497,6
Осаждение пыли	т	40000	30	1200,0
Фитонцидность	т	1300	300	390,0
Рекреационное использование	га	6500	50	325,0
Итого:				16385,1

Несмотря на условность и не бесспорность методов оценки природоохранных функций, можно утверждать, что общая величина экологического эффекта лесонасаждений зеленой зоны г. Новокузнецка будет не меньше этой суммы.

Выводы

Устойчивость лесных культур, созданных в зеленой зоне г. Новокузнецка, достаточно высокая, что подтверждается их ходом роста и санитарным состоянием.
Несмотря на интенсивное техногенное воздействие, обусловленное атмосферным загрязнением, нарушением земель горнодобывающими работами, сосна обыкновенная имеет таксационные показатели соизмеримые с таковыми в лесных условиях, что позволяет использовать ее в качестве главной породы при создании лесных культур.
Состояние лиственных древесных пород слабо зависит от уровня атмосферного загрязнения и в большей степени от эдафических условий – плодородия и режима влажности.
Высокополнотные сомкнутые лесные культуры проявляют большую устойчивость против загрязнения атмосферы, нежели изреженные.
Экологическая эффективность лесонасаждений в зеленой зоне г. Новокузнецка в суммарном выражении составляет 16385 тыс. руб. (в ценах 1986 г.), что позволяет считать их природоохранные функции равноценными с инженерно-техническими мерами по улучшению экологических условий окружающей среды.

Рекомендации производству

Необходимо существенно расширить работы по лесоразведению в зеленых зонах промышленных городов Кузбасса с высоким уровнем загрязнения среды.
Лиственные породы следует вводить, как сопутствующие, в состав хвойных культур для повышения устойчивости и ландшафтно-декоративных качеств лесонасаждений. Можно использовать березу повислую, в некоторых случаях – вяз перисто-ветвистый, в местах с избыточным увлажнением – тополь. Из кустарников возможно введение в состав лесных культур практически всех произрастающих в местных условиях видов.
К густоте культур следует подходить избирательно: в санитарно-защитных зонах предприятий с высоким уровнем загрязнения создавать высокополнотные насаждения, в других случаях – в основном ландшафтные лесонасаждения с более низкой полнотой и вводом в состав декоративных кустарников.

Список работ, опубликованных по теме диссертации

Николайченко В.П. Лесоразведение в зеленой зоне г. Новокузнецка // Кулундинская степь: прошлое, настоящее, будущее. Материалы III международной конференции. – Барнаул: Изд-во АТУ, 2003. – С. 346–348.
Николайченко В.П. Лесоразведение в зеленой зоне индустриального города как фактор улучшения экологических условий // Региональные проблемы устойчивого развития природоресурсных регионов и пути их решения. Труды IV Всероссийской научно-практической конференции. – Т. 2. – Кемерово, 2003. – С. 249–252.
Николайченко В.П. Опыт лесной мелиорации антропогенно нарушенных ландшафтов // Восстановление нарушенных ландшафтов. Материалы IV научно-практической конференции. Барнаул: Изд. АГУ, 2004. – С. 302–307.
Николайченко В.П. Лесная мелиорация техногенных земель в зеленой зоне г. Новокузнецка // Экологическое состояние лесов Кузбасса. – Кемерово: КРЭОО «Ирбис», 2005. – С. 56–96.
Баранник Л.П., Шмонов А.М., Николайченко В.П. Рекомендации по лесной рекультивации нарушенных угледобычей земель в Кузбассе. – Кемерово, 2005. – 26 с.
Николайченко В.П. Лесная фитомелиорация техногенных земель в Кузбассе. – Изв. Кузбассого технического ун-та.