Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Особенности развития городских и пригородных фитопедоценозов

ВАК РФ 11.00.11, Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

Текст научной работыДиссертация по географии, кандидата сельскохозяйственных наук, Татаринова, Ирина Вячеславовна, Курск

КУРСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ

ИМ. ПРОФ. И. И. ИВАНОВА

На правах рукописи

ТАТАРИНОВА Ирина Вячеславовна

ОСОБЕННОСТИ РАЗВИТИЯ ГОРОДСКИХ И ПРИГОРОДНЫХ ФИТОПЕДОЦЕНОЗОВ (на примере г. Курска)

11.00.11 - охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Научный руководитель: заслуженный деятель науки РФ, доктор сельскохозяйственных наук, профессор В. Д. Муха

Курск-1999

СОДЕРЖАНИЕ

Введение................................................................................. 4

Глава I. Особенности формирования городских и пригородных экосистем.................................................................. 7

Глава И. Методика и объекты исследований..................................... 18

2.1. Объекты исследований................................................. 20

2. 2. Методы исследований................................................. 21

Глава III. Экологическая структура города Курска и его пригорода; особенности формирования и трансформации фитопедоценозов................................................................. 33

3.1. Формирование исторического центра города

Курска и трансформация фитопедоценозов............................. 37

3.2. Формирование промышленного центра города Курска и трансформация фитопедоценозов......................... 40

3.3. Формирование пригородной зоны города

Курска и трансформация фитопедоценозов............................. 46

3.4. Формирование рекреационных зон пригорода ................................................................................ 52

3.5. Классификация и районирование рекреационных зон города Курска и пригорода.................................... 53

Глава IV. Антропогенное загрязнение городских и пригородных фитопедоценозов г. Курска............................................. 61

4.1. Морфологическая характеристика почв исследуемых участков.......................................................... 61

4.2. Водно-физические и физико-химические характеристики почв............................................................ 65

4.3. Растительный покров экотопов..............................................................................71

4.4. Биологические характеристики почв...................................................84

4.5 Загрязнение исследуемой территории тяжелыми металлами..............................................................................................................................87

4.6 Особенности антропогенного загрязнения вновь формирующейся рекреационной зоны промышленного центра (территория, примыкающая к кожзаводу)............................................................................................................90

Глава V. Эколого-экономическая оценка..................................................................................103

Выводы....................................................................................................................................................................113

Предложения производству..................................................................................................................118

Список литературы........................................................................................................................................119

Приложения..........................................................................................................................................................125

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Рост городов за последние пятьдесят лет изменил биогеоценоз Земли сильнее, чем все другие виды человеческой деятельности за всю историю цивилизации (Одум, 1987). Городские агломерации, являясь крупнейшими центрами потребления всех природных ресурсов, обуславливают всё возрастающий дефицит энергии, природного сырья, качественной воды и других жизненно важных природных компонентов биогеоценоза.

Разрастание городов и усиливающееся влияние общества на окружающую среду обычно приводит к уничтожению или коренному изменению почвенного и растительного покровов, трансформации фитопедоценозов, природных ландшафтов в целом.

Данная проблема, типичная для всех городов, в том числе и для г. Курска, требует беспромедлительного и эффективного решения. Сконцентрированный на территории г. Курска мощный промышленный потенциал является, прежде всего, источником техногенного загрязнения окружающей среды и приводит к существенному и необратимому её изменению. Подобные изменения распространяются и на прилегающие к городу территории - пригородную зону, потенциально экологически наиболее опасную, в связи с расположением по поймам рек Тускари и Сейма, т.е. на пониженных элементах рельефа, где аккумулируются загрязняющие вещества. Особо следует отметить, что данные территории заняты под огороды, овощные и кормовые культуры.

Поэтому исследования особенностей трансформации городских и пригородных фитопедоценозов, специфики их загрязнения и возможностей рационального использования приобретает исключительную социально-экологическую значимость и актуальность.

Цель и задачи исследований. Целью данной работы является экологическая оценка городских и пригородных фитопедоценозов как основа рационального использования природных ресурсов территорий г. Курска. Для достижения цели были поставлены следующие задачи:

1. Изучить специфику формирования фитопедоценозов г. Курска и его пригорода в соответствии с антропогенными и природными условиями.

2. Определить современное состояние почвенного и растительного покровов рекреационных зон г. Курска и его пригорода.

3. Изучить особенности антропогенного загрязнения пойменных участков пригородной зоны г. Курска.

4. Определить степень экологической пригодности городских и пригородных фитопедоценозов.

5. Провести эколого-геохимическое районирование города и пригорода как основу ландшафтно-геохимических и санитарно-гигиенических критериев.

Научная новизна работы. Впервые были проведены комплексные исследования почвенного и растительного покровов (фитопедоценозов) рекреационных зон г. Курска и его пригорода.

Выявлены закономерности формирования фитопедоценозов рекреационных зон г. Курска и его пригорода в историческом аспекте.

Разработана оценочная шкала экологической пригодности городских и пригородных фитопедоценозов.

Положения, выносимые на защиту: - закономерности формирования фитопедоценозов рекреационных зон г. Курска;

- экологическая оценка рекреационных территорий г. Курска и его пригорода по состоянию фитопедоценозов.

Практическая значимость. Практическая значимость работы заключается в том, что ее результаты могут быть использованы при выделении рекреационных территорий по степени экологической безопасности и для рационального использования их природных ресурсов.

Результаты диссертационной работы используются в учебном процессе Курской государственной сельскохозяйственной академии, Курского государственного педагогического университета, Курского естественно-гуманитарного института при чтении курса экологии и охраны природы, почвоведения, экономики природопользования, а также при проведении изыскательных работ аналитической лабораторией по контролю областного комитета экологии и природных ресурсов.

Апробация работы. Диссертационная работа выполнена в соответствии с планом научных исследований КГСХА им. проф. И. И. Иванова, её результаты включены в научные отчёты по программе НИР (№ государственной регистрации 01.9.70000668).

Основные положения диссертационной работы докладывались на научных конференциях в КГСХА и получили положительную оценку. По теме диссертации опубликовано 3 работы и одна находится в печати.

ГЛАВА I. ОСОБЕННОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ ГОРОДСКИХ И ПРИГОРОДНЫХ ЭКОСИСТЕМ

Развитие современного социального общества связано с обострением эколого-демографического кризиса на селитебных и сопряженных с ними территориях. Хотя на современном этапе истории урбанизация охватила всего 1,5 % площади земного шара (Будыко 1977), влияние ее на развитие социально-экологических систем (СЭС) исключительно велико.

Поэтому экологические проблемы города и пригородной зоны являются весьма острыми и актуальными для любого региона Земли, для каждого технологически и социально развитого человеческого общества.

В городе в единый узел переплетаются проблемы строительства, водоснабжения, энергетики, транспорта и, как результат, уровень чистоты атмосферного воздуха, водных источников, почвенного покрова, а значит, и условия выживания растений, животных, человека (Давыдов 1991).

С экологических позиций занятую городов территорию приходится рассматривать как «рукотворную» экосистему, существующую за счет постоянного внешнего воздействия человека. Сила и сложность этого воздействия подчас превышает способность и темпы адаптации природной среды к новым условиям. Еще недавно речь шла об охране природы, сейчас уже вопрос стоит об экологической безопасности. В большей степени экологическая проблема определяется отрицательным воздействием техногенной системы городов на природную среду.

Интенсивная и многофакторная деятельность человека в пределах городов приводит к существенному и часто необратимому изменению окружающей среды: претерпевает изменение рельеф и гидрографическая сеть, естественная растительность сменяется сформированными человеком урбанофито-ценозами, становится азональным ряд климатических характеристик, за счет

увеличения застройки и площади искусственных покрытий уничтожается или сильно преобразуется почвенный покров (Загладин, Фролов 1981).

Вот почему многообразная деятельность человека, связанная с преобразованием природы, далеко выходит за пределы территории непосредственной застройки и оказывает влияние на все компоненты природный среды. Физико-геологические изменения почв, подземных вод и других компонентов лито-генной основы ощущаются в зависимости от конкретных условий в радиусе 25-30 км, биогеохимические изменения среды на еще больших расстояниях.

Исследования показывают, что крупные города, а тем более городские агломерации, оказывают влияние на окружающую среду в радиусе в 50 раз большем, чем их собственный радиус. Особенно сильно влияет урбанизированная среда на почвы, водоемы, воздушный бассейн и растительный покров (ВладимировД 982).

Урбанистические образования выступают как исключительно мощные очаги возмущения и деградации природы растрачивания, уничтожения природных ресурсов. Вследствие огромной концентрации техногенных нагрузок в крупных городах и городских агломерациях, необратимого нарушения в них водно-земельного режима, примитивности и низкой биологической продуктивности фитопедоценозов, скорость антропогенных воздействий всегда будет превышать темпы адаптации к этим воздействиям природной среды (Рей-мерс, Штильмах ^1978).

Для более полного изучения экологических проблем городских агломераций необходимо рассматривать город с прилегающей к нем пригородной зоной как экологическую систему, характеризующуюся многообразными внутренними и внешними связями.

Город с пригородной зоной - система социально-экологическая, поскольку ее на данной территории формируют, как и в природных условиях, биос (растения - продуценты, животные, человек - консументы, грибы и микроор-

ганизмы - деструкторы) вместе со средой их существования. При этом системообразующим являются антропогенный поток энергии и круговорот веществ (Новиков,1975).

Человек искусственно создает и регулирует потоки вещества и энергии, формируя новые трофические цепи, основываясь на логике социального поведения.

Таким образом, коренные изменения, происходящие при функционировании социально-экологической системы, город-пригородная зона следует рассматривать и оценивать по следующим критериям:

- количественные изменения в системе;

- качественные изменения в системе;

- процессные изменения в системе.

В социально-экологической системе город-пригородная зона изменяются и климатические, и погодные характеристики (Дубинский, Филоненко 1978, Муравьева 1978). Количественные изменения метеоэлементов, как правило, равнозначны передвижению на 200-300 км южнее.

Азональность климата выражается в том, что зимой наблюдается вдвое больше туманов, выпадает на 5-10 % больше осадков, уровень солнечной радиации, достигающей земли, на 15-30 % меньше, среднегодовая температура на 0,5-1° выше, средняя скорость ветра на 20-30 % ниже (Химия и жизнь, 1977, № 6). Качественные изменения климата заключается в аридизации обширных территорий: город-пригородная зона.

Причинами «перегрева» города является мгла, ослабляющая инсоляцию днем, но еще больше препятствующая земному излучению ночью, а также энергия, выделяющаяся при сжигании топлива на производстве и в быту. Из-реженная растительность и обилие асфальтовых и других гладких покрытий, не способных поглощать и удерживать воду, обеспечивают большую сухость воздуха. Подобно лесу, город задерживает движение воздушных потоков.

Процессные изменения в системе затрагивают, прежде всего, суточный ход погод. Суточный ход температуры в городе выражен не так резко, как в окрестностях, и его амплитуда зависит от времени года и состояния облачности.

Кратцер (1958) считает, что все это значительно усиливает сходство городского климата с морским и лесным; сходство проявляется в уменьшении и запаздывании экстремальных величин, т.е. в смягчении климата.

Все эти факторы имеются в любом большом городе, однако действие их возрастает с увеличением размеров агломерации и накладывает свой отпечаток на природные экосистемы, являющиеся «экологическим скелетом» урбанизированной территории.

В социально-экологической системе город-пригородная зона частично изменяется рельеф и почти полностью ландшафт урбанизированной территории.

Количественные изменения сопряжены с уменьшением доли микрорельефа и выполаживанием элементов нанорельефа.

Качественные изменения рельефа обусловлены, с одной стороны, за счет укладки мелких речек в трубы и подземные коммуникации, засыпки пойм и оврагов и др., происходит нивелирование рельефа и, с другой стороны, в направлении от периферии к центру города рельеф приподнят за счет накопления культурного слоя - насыпного или искусственно-измененного (Котлов ^ ь 1962).

В пригородной зоне качественные изменения рельефа связаны с формированием так называемого «лунного ландшафта» - это прежде всего психологическое загрязнение, т.е. прогрессирующее снижение эстетических качеств пригородных территорий вследствие их безликой структуры или засорения строительным, бытовым мусором, отводом под складские помещения, базы, \ коммуникации и пр. (Вергунов/1982).

Процессные изменения ландшафта определяются все усиливающейся антропогенной нагрузкой на рекреационную территорию, т.е. пригород. По данным В. В. Владимирова (1996) скорость этого процесса такова, что за 10-20 лет около 15% наиболее активно посещаемых рекреантами территории пригорода превратится в «лунный ландшафт».

Более того, формирование нового рельефа на селитебной и пригородной территориях сопряжено с гидрологическими процессами, присущими погребенному рельефу. Наличие водоупорных глинистых горизонтов, песчаных линз, известковых пород в погребенном почвогрунте приводит к неожиданному выклиновавыванию грунтовых вод, подтоплению зданий, просадочным и оползневым явлениям.

В социально-экологической системе город-пригородная зона изменяются природные фитоценозы и условия почвообразования. Количественные изменения связаны с уменьшением площади фитоценозов на селитебной территории. В пригородной зоне количественные изменения менее ярко выражены: здесь доминирующее значение приобретают качественная трансформация фитоценозов.

Качественные изменения связаны с перестройкой растительных формаций в направлении развития азональной флоры (Котлов^ 1978, Бикорр с соавторами 1 979) указывают, что большой город характеризуется по сравнению с окружающей его местностью существенно более высокой численностью растительных видов не аборигенного происхождения, преимущественно выходцев из южных регионов, которые извлекают выгоду из существования «теплового острова - большого города» и зависят от него. Одновременно создаются совершенно новые по породному составу, структуре и функциональным особенностям культурные растительные сообщества (Кучерявый 1979). Естественно, должен измениться и почвенный покров.

Кавтарадзе, Игнатьева (1986) предлагают классификацию городских растительных сообществ, используя термин «урбанофитоценозы» (УФЦ). По характеру растительности они делятся на:

- древесные и кустарниковые сообщества: леса, лесополосы, сады, живые изгороди;

- травянистые сообщества: луга, цветники, газоны, пустыри;

- садово-парковые комплексы: парки, скверы, бульвары, селитебные участки.

Экологические особенности данных природных комплексов различны. Полнее всего свойства природных экосистем представлены в лесопарках и старых парках, в которых сохраняется естественный биологический круговорот, хотя он и управляется человеком (Степанова 1973; Белозерский983; Ку- 1 черявый,1983; Денисов 1986). Остальные типы урбофитоценозов характеризуются, как правило, искусственно созданными почвами и растительностью; экологическое функционирование их в большой