Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

жизненное состояние зелёных насаждений в урбанизированной среде

ВАК РФ 03.02.08, Экология (по отраслям)

Автореферат диссертации по теме "жизненное состояние зелёных насаждений в урбанизированной среде"

005012070

На правах рукописи

МИНГАЛЕВА Нина Анатольевна

ЖИЗНЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ЗЕЛЁНЫХ НАСАЖДЕНИЙ В УРБАНИЗИРОВАННОЙ СРЕДЕ (НА ПРИМЕРЕ Г. СЫКТЫВКАР)

03.02.08 — экология

12 мдр т

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Сыктывкар - 2012

005012070

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования "Сыктывкарский государственный университет"

Научный руководитель: Загирова Светлана Витальевна

доктор биологических наук, старший научный сотрудник, ФГБУН Институт биологии Коми НЦ УрО РАН, зав. отделом лесобиологи-ческих проблем Севера

Официальные оппоненты: Юркина Елена Вениаминовна

доктор биологических наук, доцент, Сыктывкарский лесной институт, зав. кафедрой воспроизводства лесных ресурсов

Феклистов Павел Александрович

доктор сельско-хозяйственных наук, профессор, Северный (Арктический) федеральный университет, зав. кафедрой экологии и защиты леса

Ведущая организация: > Федеральное государственное бюджетное

образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный университет леса"

Защита состоится 28 марта 2012 г. в 15.00 часов на заседании диссертационного совета Д.004.007.01 в Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Институте биологии Коми научного центра УрО РАН по адресу: 167982, ГСП-2, Республика Коми, г. Сыктывкар, ул. Коммунистическая, 28.

Факс: (8212) 24-01-63; e-mail: dissovet@ib.komisc.ru. Адрес сайта Института: http: // www.ib.komisc.ru.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Коми научного центра УрО РАН по адресу: 167982, г. Сыктывкар, Республика Коми, ул. Коммунистическая, 24.

Автореферат разослан февраля 2012 года.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор биологических наук А.Г. Кудяшева

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Город — это природно-антропогенная система, основными системообразующими факторами которого являются человек и природная среда. Зелёные насаждения как центральное звено городской экосистемы выполняют санитарно-гигиеническую, архитектурно-эстетическую, эмоционально-психологическую и другие функции. Их устойчивость к действию антропогенных факторов зависит от погодно-климатических условий, степени загрязнения среды, возраста насаждений, распространения вредителей и болезней, способов ведения хозяйства в системе озеленения городов. При комплексном экологическом обследовании городских ландшафтов важными показателями являются пространственное размещение зелёных насаждений, их жизненное состояние, типы повреждений, вызванные разными видами вредителей и болезней. Подобные работы проведены во многих крупных городах России (Итоги..., 1998,2000; Рысин и др., 1999; Феклистов, 2004; Уфимцева, Тере-хина, 2005; Шихова, Полякова, 2006; Сродных, 2008; Попова, 2009) и зарубежных стран (Iida, Nakashizuka, 1995; Understanding Urban Ecosystems, 2001; Hall et all., 2002; Quigley, 2004; Husak, Grado, 2005; Urban Forests and Trees, 2005; Mariona, 2007; Nagendra, 2010). В них были использованы различные методологические подходы, оценивались параметры с разной степенью детальности. Основным объектом экологических исследований зелёных насаждений городов является древесная растительность — важнейший и наиболее стабильный компонент урбоэкосистем. Данные мониторинга состояния древесной растительности используются при разработке практических рекомендаций по реконструкции зелёных насаждений, компенсационному озеленению, системе содержания и защиты озеленённых территорий.

В г. Сыктывкаре и других городах Республики Коми комплексные экологические обследования зелёных насаждений ранее не проводились. Имеются лишь общие сведения о структуре озеленения (Природа Сыктывкара..., 1972; Государственный доклад.... 2009) и видовом составе древесных растений г. Сыктывкар (Мартынов, 1987; Шушпанникова и др., 2007; Мартыненко, Груздев, 2009; Martynov, 2011).

Цели и задачи исследований. Цель представленной работы состояла в оценке видового разнообразия, структуры размещения и жизненного состояния древесных растений в зелёных насаждениях г. Сыктывкара.

Для достижения цели поставлены следующие задачи:

1. Выполнить анализ видового состава, дендрометрических характеристик и структуры размещения древесных растений в центральной части г. Сыктывкара;

2. Определить жизненное состояние древесных растений;

3. Оценить степень повреждения листьев древесных растений вредителями и болезнями;

4. Разработать предложения по оптимизации структуры зелёных насаждений и дать практические рекомендации по системе их содержания и защиты на территории г. Сыктывкара.

Научная новизна. Впервые проведены комплексные исследования видового разнообразия, структуры размещения и жизненного состояния древесных растений в зелёных насаждениях центральной части г. Сыктывкара. Дана оценка устойчивости разных видов древесных растений к действию вредителей и болезней. Выделены три группы древесных растений: устойчивые — сирень, берёза и черёмуха, среднеустойчивые — боярышник, рябина, карагана и ива и слабоустойчивые к биоповреждениям — ольха, тополь, осина и липа. Выявлены закономерности пространственно-временных изменений степени повреждения листьев вредителями и болезнями. На примере РориШ ЬаЬапи/ега показано возрастание при увеличении антропогенной нагрузки повреждаемости листьев сосущими насекомыми и амплитуды межгодовых колебаний встречаемости разных типов повреждений. Определен видовой состав членистоногих-филлофагов (70 видов) и фитопатогенных грибов (10 видов), повреждающих листья древесных растений. У наиболее распространённых видов растений выявлены разные типы повреждений. У тополя и осины отмечена высокая степень повреждения листовых пластинок скелетированием, у берёзы, рябины, ивы и ольхи — тлями и листогрызущими насекомыми.

Практическое значение. Результаты работы были использованы при разработке муниципальной целевой программы по озеленению МО ГО «Сыктывкар» на 2012-2014 гг., плана работ по посадкам, обновлению и содержанию зелёных насаждений на 2009 — 2010 гг. на территории МО ГО «Сыктывкар». Предложены рекомендации по оптимизации структуры зелёных насаждений, разработана схема организации работ по их содержанию и защите на территории г. Сыктывкара. Материалы диссертации легли в основу технического задания на оказание услуг по инвентаризации объектов древесно-ку-старниковой растительности на территории МО ГО «Сыктывкар» (заказчик администрация МО ГО «Сыктывкар»), решения Совета МО ГО «Сыктывкар» от 16.11.2010 № 35/11-600 «Правила создания, охраны и содержания зелёных насаждений на территории МО ГО «Сыктывкар» и «Методика оценки компенсационных выплат за вырубку (повреждение) зелёных насаждений на территории МО ГО «Сыктывкар». Данные диссертационной работы также были использованы в процессе преподавания дисциплины «ГИС-технологии» студентам I курса по специальности «экология» Сыктывкарского государственного университета.

Апробация работы. Материалы диссертации были представлены на российских и международных конференциях: молодежной конференции Института биологии Коми НЦ «Актуальные проблемы биологии и экологии» (Сыктывкар, 2009, 2011), научно-практической конференции «Февральские чтения по итогам научно-исследовательской работы профессорско-преподавательского состава Сыктывкарского лесного института в 2010 г.» (Сыктывкар, 2011), Всероссийской научно-практической конференции «Проблемы региональной экологии в условиях устойчивого развития» (Киров, 2008, 2009), И Международном экологическом конгрессе ЕЬР1Т-2009 (IV Международной научно-технической конференции) «Экология и безопасность жизнедеятельности промыш-ленно-транспортных комплексов» (Тольятти, 2009).

Личный вклад автора. Автор принимал личное участие в сборе и камеральной обработке полевого материала, анализе результатов, подготовке материалов к публикации, написании диссертации.

Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 8 печатных работ, в том числе 2 статьи в рецензируемых научных журналах, рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объем работы. Диссертация изложена на 145 машинописных страницах, включает 54 таблицы, 22 рисунка и состоит из введения, шести глав, выводов, одного приложения. Список цитируемой литературы включает 154 источника, в том числе 32 на иностранных языках.

ГЛАВА 1. ХАРАКТЕРИСТИКА ЗЕЛЁНЫХ НАСАЖДЕНИЙ В ГОРОДСКОЙ СРЕДЕ

1.1. Зелёные насаждения, их классификация и экологические функции в урбанизированной среде

Исключительная сложность города, как явления, не позволяет сформулировать для него лаконичное и в тоже время ёмкое определение. В главе описываются критерии отнесения населённых пунктов к городам (Niemela, 1999), даются характеристики урбоэкосистем (Тарасова и др., 2004, Гераськина, 2006, Клауснитцер, 1990, Гурьева, 2008).

Зелёные насаждения являются одним из наиболее эффективных и экономичных средств повышения комфортности и качества среды жизни горожан. В главе описывается роль зелёных насаждений в оптимизации условий урбанизированных территорий (Сергейчик, 1984; Юскевич, Лунц, 1986; Гетко, 1989; Защита зелёных насаждений..., 1990; Теодоронский, 2000; Мозолевская, 2002; Экология города, 2004; Гераськина, 2006; Кругляк, 2006; Шихова, Полякова, 2006; Буха-ринаи др., 2007; Ежов, 2008; Кузнецова, 2009; Бухарина, 2009; Husak, Grado, 2005; Akbari, Taha, 1992; Donovan, Butry 2009 и др.).

1.2. Состояние зелёных насаждений в городах России и за рубежом

В главе излагаются методические подходы и результаты изучения состояния зелёных насаждений в городах России (Теодоронский, 2000; Феклистов, 2004; Уфимцева, Терехина, 2005; Шихова, Полякова, 2006; Еглачева, 2007; Корсуно-ва, Котляр, 2008; Парахина, 2007; Сродных, 2008а; Бухарина, 2009; Ведерников, 2008; Гневнов, 2009; Попова и др., 2009; Сунцова и др., 2010; Кононюк, 2001; Мощенкова, 2011; Федорова, 2011) и странах Европы и Северной Америки (Quigley, 2002; Zipperer, 2003; Urban Forests and Trees, 2005; Bell et all., 2007; Conway, Urbani, 2007; Gunderse et all., 2008,2009; Getter, 2009; Randrup, Persson, 2009; Bentsen et all., 2010; LaPaix, Freedman, 2010; Quigley, 2004; Sjurnan, Nielsen, 2010; Peters, McFadden, 2010; Mann et all., 2010; Sander et all., 2010; Urban Forest Strategy, 2010).

1.3. Влияние вредителей и болезней на состояние зелёных насаждений городов

Во многом жизненное состояние зелёных насаждений зависит от степени их повреждения вредителями и болезнями. В градиенте возрастания загрязнения природной среды происходит качественная перестройка структуры комплексов

фитопатогенных грибов и членистоногих, поражающих листья древесных растений (Голутвин, Селиховкин, 1984; Шиленская, Беднова, 1998; Тарасова, 2004).

На европейском Севере России видовой состав и экология вредителей и болезней деревьев и кустарников детально изучены в Архангельской области (Ежов, 2008; Бурак, Ежов, 2009), Санкт-Петербурге (Голутвин, Селиховкин, 1984; Басова, Минкевич, 1984; Мусолин, 1989), Красноярске (Тарасова и др., 2004). Из зарубежных стран исследования, посвященные выявлению видового состава вредителей зелёных насаждений и их контролю в условиях городской среды, проведены в Словакии (Hrubik, 1988; Kollör at. all. 2009; КоНбг, Hrubik, 2009), Германии (Клауснитцер, 1990; Denys, Schmidt. 1998), Италии (Fattorini, 2011) и странах Северной Америки (Frankie, Ehler, 1978; McGeoch, Chown, 1997; Shapiro, 2002).

В Республике Коми комплексные исследования зелёных насаждений городов ранее не проводили. Имеются лишь отдельные публикации о видовом составе деревьев и кустарников и филлофагов в г. Сыктывкаре и его окрестностях.

ГЛАВА 2. ФИЗИКО-ГЕОГРАФИЧЕСКАЯ И ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАЙОНА ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1. Физико-географическая характеристика г. Сыктывкара

Сыктывкар является административным центром Республики Коми, расположен в устье реки Сысола при впадении ее в реку Вычегду. Численность населения города составляет 251,1 тыс. человек (Статистический ежегодник, 2010). Общая площадь городских земель в пределах городской черты равна 161,59 км2.

Климат г. Сыктывкара характеризуется как умеренно континентальный, с продолжительной холодной зимой и коротким умеренно теплым влажным летом.

Почвенный покров окрестностей г. Сыктывкара имеет черты, характерные для подзоны типичных подзолистых почв средней тайги (Забоева, 1975). На территории города формируются почвы различной степени трансформации. Физико-химические свойства почв г. Сыктывкара существенно отличаются от природных аналогов, для них характерно уменьшение кислотности, возрастание содержания органического вещества (Митюшов и др., 2008).

2.2. История развития и современное состояние зелёных насаждений г. Сыктывкара

В первой четверти XX в. г. Усть-Сысольск (ныне Сыктывкар) отличался крайне низким уровнем благоустройства (Природа Сыктывкара..., 1972). Интенсивное озеленение начинается в 1930-е годы XX века. В прошлом город застраивался без учета перспектив дальнейшего его развития, что повлияло на организацию его озеленения.

Согласно данным Администрации МО ГО «Сыктывкар», площадь зелёных насаждений города составляет 5500 га (примерно третья часть города), древес-но-кустарниковая растительность располагается крайне неравномерно. Средняя обеспеченность горожан зелёными насаждениями общего пользования составляет около 17 м2 на 1 человека (www.syktyvkar.korni.com). при норме для

городов Российской Федерации — 16 м2 на 1 человека. Площадь городских лесов в пределах МО ГО «Сыктывкар», согласно данным лесоустройства 2003— 2004 гг., составляет 2887,0 га.

2.3. Загрязнение атмосферного воздуха и почв на территории г. Сыктывкара

Основными источниками загрязнения воздуха МО ГО «Сыктывкар» являются предприятия теплоэнергетики, стройиндустрии, целлюлозно-бумажной промышленности. От стационарных источников города за первое полугодие 2009 г. в атмосферный воздух выброшено 12196 т загрязняющих веществ, из них 10824 т — газообразных и жидких, 1372 т — твердых. Значительную долю выбросов в атмосферу города вносит автомобильный транспорт. Остается высокой концентрация в них специфических примесей, таких как формальдегид и бенз(а)пирен (Государственный доклад..., 2009).

Анализ распределения полициклических ароматических углеводородов (ПАУ) в снежном покрове различных территорий города показал, что значительную их часть составляют низкомолекулярные полиарены, такие как нафталин, фенантрен, флуорантен, пирен, хризен. Уровень поступления ПАУ в окружающую среду центральной части города превышает фоновые значения в 56 раз. Эмиссия ПАУ транспортом выше, чем целлюлозно-бумажным комбинатом ОАО «Монди Сыктывкарский ЛПК» (Габов и др., 2009).

ГЛАВА 3. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Материал был собран в 2007 -2010 гг. в центральной части г. Сыктывкара, который характеризуется наиболее высоким уровнем загрязнения выбросами автотранспорта и включает районы застроек и транспортные зоны. Территория условно разделена на 15 учётных секторов, отмеченных на карте римскими цифрами I—XV (рис. 1). Границы секторов проведены по улицам с наиболее высокой автотранспортной нагрузкой.

При обследовании зелёных насаждений использовали общепринятую методику сплошного перечёта деревьев и кустарников (Теодоронский, 2000). Одновременно проводили дендрометрическую и биоэкологическую оценку. Дендрометрическая оценка включала в себя фиксацию следующих параметров: порядковый номер растения в соответствии со схемой инвентаризации; видовое название; диаметр ствола; высота растения. Для определения видовой принадлежности древесных растений использованы работы Е.Т. Валягиной-Ма-лютиной (1998) и В.А. Мартыненко, Б.И. Груздева (2009).

Биоэкологическая оценка включала описание категории жизненного состояния деревьев и кустарников. Категорию жизненного состояния зелёных насаждений можно определять с использованием разных методик, в зависимости от объекта наблюдения, целей исследований и степени детальности. При описании древесных насаждений в естественной и урбанизированной среде разные авторы выделяют от 3 до 7 категорий состояния растений (Методика..., 1997; Итоги, 1998, 2000). Нами жизненное состояние деревьев и кустарников в центральной части г. Сыктывкара оценивалось по трёхбалльной шкале, реко-

Рис. 1. Картосхема района исследований (римскими цифрами обозначены сектора, в которых проводилась оценка жизненного состояния древесных растений, арабскими — участки отбора проб для оценки биоповреждения листьев)

I

I мендованной Академией коммунального хозяйства им. К.Д. Памфилова (Ме-

тодика..., 1997). Согласно этой методике, выделяются следующие категории состояния деревьев: «хорошее» (балл 1) — растения здоровые с правильной, хорошо развитой кроной, без существенных повреждений; «удовлетворительное» (балл 2) — деревья здоровые, но с неправильно развитой кроной, со значительными, но не угрожающими их жизни ранениями или повреждениями, с дуплами и др., кустарники с наличием поросли; «неудовлетворительное» (балл 3) — деревья с неправильно и слабо развитой кроной, со значительными повреждениями и ранениями, зараженные болезнями или вредителями, угрожа-, ющими их жизни; кустарники с наличием поросли и отмерших частей. Отме-

чали также особенности их роста и развития (раздвоённость стволов, дупла, различные механические повреждения, в том числе обрезка). Средний балл состояния отдельных видов (Кр и зелёных насаждений в целом (К) был вычислен по формулам (Экология родного края, 1996):

Есм^о 1

К3= N 'где:

К^- — коэффициент состояния; Ь; — баллы состояния отдельных деревьев; п^ — общее число деревьев каждого балла состояния; — общее число учтённых деревьев.

к =

К, +K2 + Kj

, где:

К-1, К2, К3 — коэффициенты состояния отдельных видов древесных растений, Я — число видов древесных растений в насаждении.

Относительное обилие видов древесных растений определяли как отношение особей вида в секторе к числу особей всех видов древесных растений в секторе. Встречаемость видов древесных растений определяли как отношение числа секторов, в которых встречается вид, к общему числу секторов, выраженное в процентах. Классификация насаждений на основе показателей относительного обилия проведена с помощью кластерного анализа. Относительное обилие видов оценивали с помощью индекса Шеннона по формуле:

Р{ — относительное обилие, выраженное в доле от единицы.

Определение биоповреждений листьев проводили согласно методике (Пестов, 2008). Было выделено 17 участков внутри секторов, которые отмечены на карте арабскими цифрами (рис. 1). Вдоль девяти городских улиц с наиболее интенсивным движением автотранспорта дополнительно выбрано 9 участков для сбора листьев тополя. При описании биоповреждений на каждом участке производили предварительный осмотр деревьев и кустарников, отбирали по 10 листьев 10 особей растений в нижней части кроны. Для видовой диагностики вредителей использовали руководства (Гусев, Римский-Корсаков, 1951; Гусев, 1984, 1990;3ероваидр., 1988, 1991; Коломоеци др., 1989; Соколова, Галасьева, 2005). Степень поражения листьев выражали в процентах.

Степень повреждения листьев деревьев и кустарников оценивали по числу повреждений на лист (Мингалева, Пестов, 2009 а,б; Пестов и др., 2008; Пестов, 2009; Пестов, Мингалева, 2009):

nj — число листьев в выборке, повреждённых i-типом повреждения, N — общее число листьев в выборке.

Для определения пространственно-временной неоднородности повреждений был использован двухфакторный дисперсионный анализ (Коросов, Горбач, 2007). В качестве зависимых переменных использовали долю листьев, повреждённых различными группами вредителей. В качестве факторов рассматривали «Год наблюдений» и «Участок пробоотбора». Классификация насаждений по структуре повреждения листьев проводилась с помощью кластерного анализа, где мерой различия служило евклидово расстояние.

Определение видов беспозвоночных вредителей листьев было проведено С. В. Пестовым, К.6.Н., научным сотрудником отдела экологии животных Института биологии КомиНЦ УрО РАН. При анализе материалов использовали программы Microsoft® Excel 2002, Statistica 6.0, программный пакет Arc View GIS 3.2a.

H = Pj log Pi, где:

ГЛАВА 4. ВИДОВОЕ РАЗНООБРАЗИЕ И ЖИЗНЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ДРЕВЕСНЫХ РАСТЕНИЙ В ЗЕЛЁНЫХ НАСАЖДЕНИЯХ Г. СЫКТЫВКАРА 4.1. Видовой состав древесных растений

Важнейшим и наиболее стабильным компонентом городской среды являются древесные растения. По данным Г. С. Шушпанниковой с соавторами (2007) в озеленении г. Сыктывкара в настоящее время используют 103 вида древесных растений. На основе имеющихся данных и результатов исследований составлен список видов древесных растений, произрастающих в центральной части города, который включает 70 видов из 18 семейств.

Анализ дендрофлоры в исследованном районе показал преобладание в ней видов и родов семейства Rosaceae (23 вида или 32,9 %). Далее по видовому богатству следуют Salicaceae, Pinaceae и Betulaceae (табл. 1). Богатство семейства розоцветных по числу видов характерно для дендрофлоры многих городов бореальной зоны России. Например, в г. Пскове они составляют в дендрофлоре 29,7% (Соколова, 2003), в городах Карелии — 37,7% (Ег-лачева, 2007), в Владивостоке — 22,6% (Шихова, Полякова, 2006). Древесные растения центральной части г. Сыктывкара принадлежат к 36 родам. Ведущее положение в родовом спектре занимают р. Salix (6 видов) и р. Picea и р. Malus (по 4 вида).

Таблица 1

Список семейств древесных растений центральной части г. Сыктывкара

№ п/п Семейство Число видов Число родов

n % n %

I Rosaceae 23 32,9 12 33,3

2 Salicaceae 9 12,9 2 5,6

3 Pinaceae 8 11,4 4 ИЛ

4 Betulaceae 5 7,1 2 5,6

5 Grossulariaceae 4 5,7 2 5,6

6 Aceraceae 3 4,3 1 2,8

7 Caprifoliaceae 3 4,3 1 2,8

8 Oleraceae 3 4,3 5,6

9 Ulmaceae 2 2,9 1 2,8

10 Sambucaceae 2 2,9 1 2,8

11 Vitaceae 1 1,4 1 2,8

12 Fabaceae 1 1,4 1 2,8

13 Cupressaceae 1 1,4 1 2,8

14 Berberidaceae 1 1,4 1 2,8

15 Fagaceae 1 1,4 1 2,8

16 Tiliaceae 1 1,4 1 2,8

17 Cornac eae 1 1,4 1 2,8

18 Vibumaceae 1 1,4 1 2,8

Итого: 70 100,0 36 100,0

При классификации географических элементов флоры мы использовали хориономический подход (Юрцев, Камелин, 1991; Глазкова, 2001). В ареалоги-ческой структуре дендрофлоры г. Сыктывкара отмечено преобладание растений европейского географического элемента (табл. 2).

Таблица 2

Характеристика распространения деревьев и кустарников центральной части г. Сыктывкара

Деревья Кустарники

Географический элемент число доля, число доля,

видов % видов %

Дальневосточный 4 10,3 2 6,9

Евразиатский 5 12,8 6 20,7

Европейский 12 30,8 8 27,6

Евро-сибирский 7 17,9 3 10,3

СЬверо-китайский 1 2,6 - -

Североамериканский 6 15,4 4 13,8

Сибиро-дальневосточный 2 5Д 1 3,4

Сибирский - - 1 3,4

Си бир ско-среднеазиатский - - 1 3,4

Голарктический - - 3 10,3

Только в культуре 2 5,1 - -

Итог: 39 100 29 100

4.2. Структура размещения древесных растений

В результате анализа размещения древесной растительности в 15 выделенных секторах на территории г. Сыктывкара установлена пространственная вариабельность их относительного обилия и встречаемости. В зависимости от этих показателей древесные растения можно разделить условно на пять групп. В первую входят береза и тополь, которые составляют облик озеленения города. Они встречены во всех секторах и среднее обилие их выше 20 %. Во вторую группу объединены три повсеместно встречающихся растения: карагана, рябина и ива, среднее обилие которых составило 2,7—8%, а в отдельных секторах возрастало до 15,5, редко доходила до 40% (рябина). К третьей группе отнесены ель, арония, боярышник, ольха, осина, сирень, которые встречаются на большинстве секторов и составляют в среднем 1—3% всех учтённых растений. Четвёртая группа объединяет растения, которые встречаются очень часто (более 50% случаев), но имеют низкое обилие (менее 1%): липа, смородина, черёмуха, шиповник, яблоня. Остальные редкие виды с низким обилием отнесены к пятой группе.

По результатам кластерного анализа обследованные сектора разделяются на две группы (рис. 2). Выделенные кластеры отличаются по видовому составу древесной растительности, структуре относительного обилия и параметрам биологического разнообразия. Сектора, выделенные в первый кластер (II, III,

w

VIII+1X

хш

XI

XII

xiv' xv n

MI «i V X

IV

O 10 23 30 40 50 60

Евклидово рэссотжие

Рис. 2. Диаграмма сходства секторов по показателю относительного обилия древесных растений. По оси ординат римскими цифрами указаны номера секторов

IV, V, VII, X), характеризуются низким видовым разнообразием (Н<1,6). Преобладающей породой в них является береза, за исключением сектора IV, где

преобладает рябина (41%), Второй кластер объединяет сектора с высоким видовым разнообразием (Н> 1,9), где преобладающей породой является береза (I,

VI, VIII+IX, XI, XII, XIII) или тополь (XIV, XV).

Во всех секторах преобладающей жизненной формой растений, использованной в озеленении, являются деревья. Наиболее многочисленны две древесные породы: береза и тополь. Вклад кустарников в структуру озеленения изменяется в широком диапазоне - от 5 до 30%, из них наиболее высокая густота отмечена для караганы и боярышника. Максимальная доля кустарников отмечена в секторах I, VI и VII+IX и XIII. В секторах IV, V, X и XII значение этой жизненной формы минимально.

Средняя густота насаждений в центральной части г. Сыктывкара составила 91,20 экз.-га"1. Максимальная густота насаждений отмечена в секторе XIV (220,9 экз.-га'1), минимальная — IV, VI, X (40-45 экз.-га'1).

4.3. Дендрометрическая характеристика и жизненное состояние древесных растений

Жизненное состояние растения отражает степень его приспособленности к условиям урбанизированной среды. Нами была произведена оценка жизненного состояния 26 пород наиболее распространённых деревьев и кустарников.

Исследованные древесные растения можно условно отнести к трём категориям жизненного состояния. К первой группе относятся растения с высоким

виталитетом: берёза, вишня, ива, калина, клён, осина, пузыреплодник, рябина, сирень, смородина, яблоня, ясень (К^<1,3), Большинство из них являются местными или происходят из бореальной зоны Северной Америки. Они зимостойки и устойчивы к загрязнению воздуха, мало требовательны к почвенному плодородию. Во вторую группу включены виды со сниженным жизненным состоянием (К^=1,4—1,5): арония, ольха, шиповник, лиственница, сосна, ель, тополь. Для них характерны значительные различия этого показателя между отдельными секторами. В большинстве случаев эти растения хорошо адаптированы к местным условиям, однако могут поражаться вредителями и болезнями. В третьей группе растения характеризуются ослабленным состоянием, к ним относятся липа, карагана, черёмуха, малина, ирга, боярышник, жимолость, пихта (К|>1,5). Они часто повреждаются болезнями и вредителями и чувствительны к загрязнению воздуха.

Нами было рассчитано соотношение растений разных групп жизненного состояния в учётных секторах (рис. 3).

Сектор, № □ Группа I ШГруппа II Ш Группа II

Рис. 3. Соотношение числа растений, относящихся к разным группам жизненного состояния, в зелёных насаждениях г.Сыктывкара

Высокая доля особей третьей группы оказалась в тех секторах (XI, XII, XIII), которые совпали с территориями наибольшего содержания ПАУ в снежном покрове (Габов и др., 2009). Это указывает на несоответствие ассортимента аре-весных растений экологической обстановке на этих участках, несмотря на сравнительно высокую густоту насаждений.

Берёза применяется во всех типах зелёных насаждений г. Сыктывкара. Ведущее значение она имеет при озеленении внутриквартальных территорий и вдоль автомобильных дорог. Средняя густота - 38,19 экзта"1. В условиях селитебной зоны г. Сыктывкара по нашим данным средняя высота берёзы составляет 14,4 м, диаметр ствола — 14,7 см. На большинстве секторов более 80% растений берёзы имеют хорошее состояние.

Боярышник используется преимущественно для создания живых изгородей вдоль фасадов зданий. Размещение боярышника на исследованной территории неравномерно, средняя густота — 3,63 экз.та"1. Для формирования кроны 42,4% растений подвергали регулярной обрезке. Высота необрезанных растений варьирует от 1,2 до 8 м, а обрезанных — не превышает 2 м, диаметр ствола — 7,1 см.

Ива используется преимущественно при внутриквартальном озеленении, средняя густота — 2,46 экз.та"1, средняя высота — 8,0 м, диаметр ствола — 8,9 см.

Карагана используется для создания живых изгородей в оформлении ландшафтных композиций городских площадей и улиц. Средняя густота — 4,55 экз.-га"1. Обрезке подвергали около 40 % растений. Доля обрезанных растений в секторах XII и XIII превышает 80 %. Средняя высота составляет 3,6 м, диаметр ствола — 3,4 см. Жизненное состояние караганы варьирует в широких пределах. В хорошем состоянии находятся более 50% растений в секторах I, II, IV, VIII+IX и X. В секторах III, VI, XI, XII, XIII, XIV и XV состояние большинства растений удовлетворительное.

Липа встречается преимущественно в четырёх секторах исторически старой части города. На остальной территории отмечают единичные её экземпляры. Средняя густота — 0,59 экз.та"1, средняя высота - 14,6 м, диаметр ствола — 14,5 см. Жизненное состояние липы на территории города оценивается как удовлетворительное.

В зелёных насаждениях г. Сыктывкара ольха распространена достаточно равномерно, встречается на территориях различного пользования. Средняя густота — 2,22 экз.га"1. Средняя высота ольхи составляет 10,5 м, диаметр ствола — 12,0 см. Жизненное состояние растений в секторах I, II, IV, VIII+IX, X и XII хорошее.

Осина на территории города распределена достаточно равномерно, средняя густота — 2,64 экз.та"1, средняя высота — 9,6 м, диаметр ствола — 8,5 см. В исторически новой части города (сектора I, II, III и IV) более 90% растений осины находятся в хорошем состоянии. В исторически старой части города (сектора VI, X, XI, XIV, XV) их жизненное состояние значимо снижается. В неудовлетворительном состоянии находятся осиновые насаждения в секторе XV.

Рябина чаше всего встречается в рядовых посадках. Средняя высота растений составляет 7,2 м, диаметр ствола — 8,0 см. Эти показатели практически не связаны друг с другом, поскольку зависят от условий произрастания и жизненной формы. Средняя густота - 7,62 экз.та"1. Жизненное состояние рябины варьирует. Относительно лучше состояние растений, произрастающих в исторически новой части города в секторах I, II, III и V. Высокая доля рябины в удовлетворительном состоянии отмечена в секторах XIII и XV. В секторах VI, VIII+IX и XIII состояние более 5% неудовлетворительное.

Одной из распространённых в озеленении древесных пород является тополь. Средняя густота — 23,36 экз-га"1, средняя высота - 22 м, диаметр ствола — 32 см. Относительно хорошее состояние тополевых насаждений отмечено в секторах I, II, III, V, VII, X, XIV, в удовлетворительном состоянии — в секторах VI, VIII+IX, XI, XII, XIII, XV. Наибольшая доля деревьев в неудовлетворительном состоянии выявлена в секторах XII, XIII, XV. Около 30 % деревьев подвержены обрезке «омолаживающим» способом.

В насаждениях города встречаются отдельно стоящие деревья или небольшие группы черёмухи. Средняя густота — 0,56 экз.-га"1, средняя высота — 8,45 м, диаметр ствола — 7,95 см. Лучшее состояние черёмухи отмечено в секторах II и X, их доля составляет около 90%. В удовлетворительном состоянии черемуха в секторах VI, XI и XIII,

Глава 5. ПОВРЕЖДЕНИЯ ЛИСТЬЕВ ДРЕВЕСНЫХ РАСТЕНИЙ ВРЕДИТЕЛЯМИ И БОЛЕЗНЯМИ В ЗЕЛЁНЫХ НАСАЖДЕНИЯХ Г. СЫКТЫВКАРА

В настоящей главе представлены результаты оценки повреждений листьев берёзы, боярышника, ивы, караганы, липы, ольхи, осины, рябины, сирени, тополя, черёмухи, которые являются наиболее распространенными древесными растениями на территории г. Сыктывкара. По данным литературы (Шути-кова, Юркина, 1996; Евтушенко, 2001; Пестов, 2009, 2011; Мингалева и др., 2011) и неопубликованным материалам, полученным в ходе нашего исследования, в селитебной зоне г. Сыктывкара обнаружено 70 видов членистоногих и 10 видов фитопатогенных грибов, повреждающих листья древесных растений. Видовое разнообразие филлофагов, встречающихся на разных видах растений, распределяется следующим образом: на берёзе отмечено 20 видов и осине — 18, на иве и ольхе — 13, на рябине — 11, на черёмухе и тополе по 5, на липе, карага-не и боярышнике по 4, на сирени — 3 вида. В главе даётся характеристика типов повреждений листьев этих растений вредителями и болезнями. В автореферате представлены результаты анализа повреждений двух самых распространенных пород - берёзы и тополя.

Наиболее сильно листья берёзы повреждаются тлями НататеШеь ЬеШИпих и С1урк'та ЬеШИпае (табл. 3). Часто встречались краевые и дырчатые погрызы, вызванные долгоносиком РкуИоЬ'ш а^еШаШв и гусеницами пядениц. В 2008 и

2009 гг. краевые погрызы составляли в среднем 22—23%, дырчатые 16-18 %, а в

2010 г. произошло существенное снижение их встречаемости. В 2009-2010 гг. произошло увеличение, по сравнению с 2008 г., повреждений листьев берёзы пятнистостями. Максимальное поражение ржавчинными грибами отмечалось в 2009 г. По показателю числа повреждений на лист меньше всего листья берёзы были повреждены в 2010 г.

Отмечается значительное различие структуры повреждений листьев берёзы между участками (рис. 4). По результатам кластерного анализа выделяются три кластера. Участки 1, 3, 7,10 характеризуются высокой долей листьев, повреждённых тлями (от 30 до 40%), однако дырчатых погрызов на листьях значимо ниже (10—15%), чем на участках 2 и 8 (около 20 %). Кластер, объединяющий участки 5, 11 и 12, отличает высокая доля краевых погрызов (>20%) и отсутствие или слабая повреждаемость ржавчинами. Участки 2 и 4 характеризуются высокой степенью повреждения пятнистостями и, наряду с участком 8, максимальными значениями числа повреждений на лист.

Оценка повреждений листьев тополя в г. Сыктывкаре была осуществлена в 2009 и 2010 гг. Повреждения, отмеченные на листьях тополя, относятся к 13 типам, среди них наиболее значимыми были скелетирование, пятнистости и ржав-

Доля поврежденных листьев (%) берёзы в 2008—2010 гг.

Группа повреждений 2008 г 2009 г 2010 г Среднее

Повреждения насекомыми

Гаплообразование 9,4 11,4 9,6 10,2

Минирование 1,0 0,4 1,3 0,9

Грубое объедание 4,9 2,6 3,7 3,7

Краевые погрызы 22,7 23,1 16,8 20,9

Скелетирование 2,7 4,0 4,0 3,6

Дырчатые погрызы 16,5 17,9 10,8 15,1

Паутинные гнезда 0,2 - - 0,1

Свертывание листьев 1,4 0,3 0,6 0,8

Сосущими насекомыми 44,3 27,4 24,2 32,0

Повреждения грибами

Пятнистости 4,7 15,2 13,2 11,0

Ржавчины 3,0 5,7 0,5 3,0

Прочие повреждения

Хлорозы 3,2 4,6 9,3 5,7

Некрозы 1,6 3,2 3,2 2,7

Число повреждений на лист 1,16 1,16 0,97 1,1

№1

№3

№10 --

Nc5 -

№12 - -

№11 -

№9 -

UsS -

№2 -

№4 -

5 10 15 2D 25 30 35 4 0 4 5 50

Евклидово рэсстание

Рис. 4. Кластерная диаграмма различия обследованных участков по повреждению листьев берёзы. По оси ординат арабскими цифрами указаны номера участков

чины (табл. 4). Среди листогрызущих насекомых наиболее обычными были гусеницы совки Acronicta megacephala.

На рис. 5 представлены результаты кластерного анализа структуры повреждений листьев тополя на участках, расположенных во внутрикварталь-

-16-

Доля поврежденных листьев (%) тополя в 2009—2010 гг.

Внутриквартальное Озеленение улиц

Группа повреждений озеленение

2009 г 2010 г 2009 г 2010 г

Повреждения насекомыми

Галловыми клещиками 0,4 0,6 - -

Галловыми тлями 5,1 0,4 16,6 0,6

Чешуекрылыми минерами 0,3 1,8 3,3 4,3

Грубое объедание 1,9 2,2 10,9 0,9

Краевые погрызы 18,5 13,2 18,9 7,7

Скелет ирование 51,5 35,9 45,6 13,7

Дырчатые погрызы 13,2 4,9 16,9 2,7

Свертывание л истьев 0,1 1,0 - 0,3

Сосущими насекомыми 7,6 16,2 27,0 8,7

Повреждения п эибами

Пятнистости 62,1 5,9 32,4 8,6

Ржавчины 36,5 25,0 35,1 9,4

Прочие повреждения

Хлорозы 0,8 11,1 - 22,6

Некрозы 6,9 19,2 47,2 45,2

Число повреждений на лист 2,0 1,4 2,5 1,2

№1 -

№2 -

№14 ---

№16 -

№10 -

№12 - -

№6 -;-

№7 -

№3 -

№5 -

№8 -

№15 --- •

№9 -

№13 -Г

0 20 40 60 80 100 120

Евклидово расстояше

Рис. 5. Кластерная диаграмма различия участков, расположенных во внутриквартальной застройке по повреждению листьев тополя

ной застройке. Выделяются два кластера, в первый из них входят участки 1, 2, 3, 6, 7, 10, 12, 14, 16, во второй - 5, 8, 9, 13, 15. Структура повреждений листьев тополя, входящих в первый кластер, отличается повышенной долей скелетирования и пятнистостей. На участках второго кластера чаще встречаются ржавчины.

Результаты дисперсионного анализа показали (табл. 5), что большинство групп повреждений зависит от погодных условий в год проведения наблюдений. Особенно это проявляется на участках, расположенных вдоль автомагистралей.

Структура повреждения листьев разных пород существенно различается (рис. 6). Достаточно близки оказались тополь и осина, относящиеся к одному роду, хотя осина — из местной флоры, а тополь интродуцирован. Эти породы характеризуются сильным повреждением листьев скелетированием. В отдельный кластер выделяется группа из берёзы, рябины, ивы и ольхи. Ведущими группами вредителей для них являются тли и листогрызущие насекомые. Последние часто являются полифагами и могут повреждать все эти породы.

Береза Рябина Ива Ольха Боярышник Черемуха Сирень Карагана Липа Осина Тополь

0 20 40 60 80 100 120

Евклидово расстояние

Рис. 6. Дендрограмма сходства структуры повреждений листьев древесных растений

в г. Сыктывкаре

Устойчивость древесных пород можно сравнить по такому показателю, как число повреждений на лист. К первой группе достаточно устойчивых пород относятся сирень, берёза и черёмуха (число повреждений на лист от 0,5 до 1,25). К группе среднеустойчивых пород могут быть отнесены боярышник, рябина, карагана и ива (число повреждений на лист от 1,3 до 1,8). Слабо устойчивыми к повреждениям являются ольха, тополь, осина и липа (число повреждений на лист более 1,8).

Таблица 5

Оценка пространственно-временных изменений повреждения листьев тополя в г. Сыктывкаре

методом дисперсионного анализа

Внутриквартальное озеленение Озеленение улиц

Группа повреждений год участок год участок

Р р о Б Р о Р Р О Р Р й

Галловыми клещиками

Галловыми тлями Минирование Грубое объедание Краевые погрызы Скелетирование Дырчатые погрызы

Свертывание листьев

Сосущими

насекомыми

Пятнистости Ржавчины

Хлорозы Некрозы

0,06 26,0 1

9,00 0,77 2,27 6,29 5,09 10,9 2

2,56

31,5 6

4,69

7,93 3,75

0,806 0,3

сЮ"4 49,5

0,012 31,9

0,398 2,8

0,160 6,5

0,029 12,0

0,045 25,6

0,007 33,2

0,138 8,1

сЮ"4 59,4

0,053 8,4

0,017 26,7

0,079 15,9

Повреждения насекомыми

0,80

1,41 0,74 1,43 1,97 3,20 0,35

1,00

0,643

0,288 0,683 0,281 0,138 0,033 0,954

0,500

44,2

29,6

29.1

57.2 62,0 67,1 19,1

33,4

1,63 0,215 56,9 Повреждения грибами

0,97 3,65

0,523 0,021

20,0 71,9

Прочие повреждения

0,98 0,81

0,516 0,634

36,2 37,6

146,55 0,31 159,65 34,79 54,77 87,94

2,00

31,34

66,45 15,93

26,85

0,05

<10"5 0,591 <10 5 <10^ <10"3 <10'5

0,195

0,001

<10* 0,004

0,001

0,833

90.3

I,9

92.4

63.7

73.8 88,3

II,1 51,0

70,3 44,1

62,7

0,3

0,97 1,00 0,64 1,48 1,42 0,45

1,00

2,77

2,52 1,52

1,00 1,34

0,515 0,500 0,728 0,297 0,314 0,857

0,500

0,085

0,107 0,283

0,500 0,345

4,8 49,0 3,0 21,6 15,4 3,7

44,4

36,0

21,3 33,7

18,7 57,1

Примечание. Г — критерий Фишера том выделены значения Р < 0,05.

р — значимость различия дисперсий, О — интенсивность влияния фактора в %, жирным шриф-

Глава 6. ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА СОСТОЯНИЯ ЗЕЛЁНЫХ НАСАЖДЕНИЙ И ПУТИ ИХ ОПТИМИЗАЦИИ

По времени застройки и антропогенной нагрузке исследованная территория г. Сыктывкара может быть разделена условно на две части, которые отличаются по нашим данным по видовому составу древесных растений, структуре доминирования, параметрам их биологического разнообразия и жизненного состояния. К исторически старой части города относятся сектора VIII+IX, X, XI, XII, XIII, XIV и XV. Сумма ПАУ здесь превышает фоновый уровень в 100 раз (Габов и др., 2009). Исторически новая часть города включает сектора I, II, III, IV, V, VI и VII. Сумма ПАУ в этой части, обозначенной авторами как «зелёная зона», превышает фоновый в 30 раз. В исторически старой части города насаждения более разнообразны (Н>=2). Доля берёзы в озеленении большинства секторов ниже 40%. Общее состояние деревьев и кустарников снижено (Kj>l,3). В исторически новой части города видовое разнообразие насаждений ниже, чем в старой (Н<2). Доля берёзы превышает 40 %, за исключением сектора IV, в котором преобладает рябина. Насаждения находятся в хорошем состоянии (K¡=<1,3).

На основании густоты насаждений и индекса Шеннона нами проведена классификация насаждений центральной части г. Сыктывкара (рис. 7). В квадрате «А» густота насаждений выше средних значений, но снижено видовое разнообразие. На этой территории можно рекомендовать замену особей с низкими показателями жизненного состояния наиболее распрпостранённых видов

250,0

200,0

2 150,0 О

cí ь о

I>. 100,0

50,0

0,0

♦ XIV

* II ♦ XIII ♦I «XI « XII

♦ V ♦ VII * III « VII+IX ♦ XV

♦ X IV» ♦ VI

0,00

0,40

2,00

0,80 1,20 1,60 Индекс Шеннона Рис. 7. Классификация зелёных насаждений г. Сыктывкара по признакам разнообразия и густоты насаждений (I—XV— номер сектора)

2,40

на породы более устойчивые, но более редкие. В квадрате «В» насаждения с высокой густотой и разнообразием древесных растений. В них необходимо проводить мероприятия, направленные на увеличение жизненного состояния растений. Насаждения в квадрате «С» характеризуются высоким разнообразием, однако густота их снижена. В квадрате «D» отмечены низкая густота и разнообразие деревьев и кустарников. На этих территориях можно рекомендовать проведение работ по компенсационному озеленению с использованием различных пород.

В целях эффективного управления количеством и качеством зелёного фонда г. Сыктывкара разработана схема организации работ по содержанию и защите зелёных насаждений (рис. 8). В главе приводится рекомендуемая пошаговая инструкция по выполнению различных мероприятий на территориях, закрепленных за балансосодержателями.

Выводы

1. В центральной части г. Сыктывкара произрастает 70 видов древесных растений, из них 30 видов являются представителями местной флоры и 40 видов — интродуцентами. В зелёных насаждениях относительное обилие Betula pendula и В. pubescens составило 41,9%, Populus balsamifera — 26 %. Густота древесных растений в насаждениях варьирует от 46 до 221 экз.та"1.

2. В условиях города хорошее жизненное состояние (Kj<l,3) сохраняют берёза, вишня, ива, калина, клён, осина, пузыреплодник, рябина, сирень, смородина, яблоня, ясень. Сниженное жизненное состояние (К~1,4—1,5) имеют арония, ольха, шиповник, лиственница, сосна, ель, тополь. Ослабленным состоянием (Kj>l,5) характеризуются липа, карагана, черёмуха, малина, ирга, боярышник, жимолость, пихта.

3. В районе исследований обнаружено 70 видов членистоногих и 10 видов фитопатогенных грибов, повреждающих листья древесных растений. У наиболее распространённых видов растений выявлены разные типы повреждений. У тополя и осины отмечена высокая степень повреждения листовых пластинок скелетированием, у берёзы, рябины, ивы и ольхи - тлями и листогрызущими насекомыми. На примере Populus balsamifera показано возрастание при увеличении антропогенной нагрузки повреждаемости листьев сосущими насекомыми и амплитуды межгодовых колебаний встречаемости разных типов повреждений.

4. По устойчивости к повреждениям вредителями и болезнями древесные растения разделены на три группы: устойчивые — сирень, берёза и черёмуха, среднеустойчивые — боярышник, рябина, карагана, ива, и слабоустойчивые к биоповреждениям — ольха, тополь, осина, липа.

5. Предложено проведение зонирования территории города с учётом видового состава древесных растений, структуре их обилия, показателям жизненного состояния. Разработана схема организации мероприятий по содержанию и защите озеленённых территорий г. Сыктывкара.

Зеленые насаждения МО ГО "Сыктывкар*

Типы насаждений

Бапамсосодержатепь

Этапы па бот по озеленению

Рис. 8. Блок-схема организации работ по содержанию зелёных насаждений

Список работ, опубликованных по теме диссертации

в изданиях, рекомендованных ВАК:

Мингалева H.A., Пестов C.B., Оценка состояния тополевых насаждений города Сыктывкара // Теоретическая и прикладная экология, 2011. № 1. С. 38-44.

Мингалева H.A., Пестов C.B., Загирова C.B. Жизненное состояние и биоповреждение листьев деревьев в зелёных насаждениях города Сыктывкара // Сибирский экологический журнал, 2011. Т. 18. №. 3. С. 415—425.

в прочих изданиях:

Мингалева H.A., Пестов C.B. Биоповреждения листьев осины (Populus trémula L.) и ивы (Salix sp.) в зелёных насаждениях города Сыктывкара // Актуальные проблемы биологии и экологии: Материалы XVI молодежной научной конф. Института биологии Коми НЦ УрО РАН, Сыктывкар, 2009, С.131—132.

Мингалева H.A., Пестов C.B. Жизненное состояние и биоповреждения листьев тополя в зелёных насаждениях города Сыктывкара // Проблемы региональной экологии в условиях устойчивого развития. Материалы всероссийский научно-практический конференции с международным участием. Киров, 2009. Вып VII, Ч. 1. С.113-116.

Мингалева H.A., Пестов C.B. Биоповреждения листьев осины (Populus trémula L.) и ивы (Salix sp.) в зелёных насаждениях города Сыктывкара // Актуальные проблемы биологии и экологии: Материалы XVI молодежной научной конф. Института биологии Коми НЦ УрО РАН, Сыктывкар, 2009, С. 131—132.

Пестов C.B., Мингалева H.A. Жизненное состояние и биоповреждения листьев интродуцированных деревьев и кустарников в зелёных насаждениях города Сыктывкара // Экология и безопасность жизнедеятельности промышленно-транспор-тных комплексов, Т. 3. Тольятти, ТГУ, 2009, С. 334—340.

Пестов C.B., Мингалева H.A., Загирова C.B. Биоповреждения листьев березы (Betula sp.) в зелёных насаждениях города Сыктывкара // Проблемы региональной экологии в условиях устойчивого развития. Материалы всероссийский научно-практический конференции с международным участием. Киров, 2008, Вып VI, Ч. 2. С. 132-135.

Тимушев А.О, Мингалева H.A., Пестов C.B. Пространственно-временные изменения повреждения листьев тополя в зелёных насаждениях города Сыктывкара // Актуальные проблемы биологии и экологии: Материалы XVII молодежной научной конференции Института биологии Коми НЦ УрО РАН, Сыктывкар, 2011. С. 208—210.

Мингалева H.A. Структура, размещение и жизненное состояние зелёных насаждений г. Сыктывкара // Актуальные проблемы биологии и экологии: Материалы XVII молодежной научной конференции Института биологии Коми НЦ УрО РАН, Сыктывкар, 2011. С. 38—40.

Тираж 100_Заказ 856

Издательско-информационный отдел Института геологии Коми НЦ УрО РАН 167982, г. Сыктывкар, ул. Первомайская, 54. E-mail: geoprint@geo.komisc.ru

Текст научной работыДиссертация по биологии, кандидата биологических наук, Мингалева, Нина Анатольевна, Сыктывкар

61 12-3/715

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ

ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «СЫКТЫВКАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

МИНГАЛЕВА НИНА АНАТОЛЬЕВОЙ

ЖИЗНЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ЗЕЛЁНЫХ НАСАЖДЕНИЙ В УРБАНИЗИРОВАННОЙ СРЕДЕ (НА ПРИМЕРЕ Г. СЫКТЫВКАР)

03.02.08-экология

ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата биологических наук

На правах рукописи

Научный руководитель доктор биологических наук С. В. Загирова

Сыктывкар - 2012

СОДЕРЖАНИЕ стр.

ВВЕДЕНИЕ........................................................................................................... 3

1. ХАРАКТЕРИСТИКА ЗЕЛЁНЫХ НАСАЖДЕНИЙ В ГОРОДСКОЙ

СРЕДЕ.......................................................................................... 6

1.1. Зелёные насаждения, их классификация и экологические функции в

урбанизированной среде.................................................................. 6

1.2. Состояние зелёных насаждений в городах России и за рубежом............ 14

1.3. Влияние вредителей и болезней на состояние зелёных насаждений

городов.................................................................................................................

2. ФИЗИКО-ГЕОГРАФИЧЕСКАЯ И ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАЙОНА ИССЛЕДОВАНИЙ..................................... 28

2.1 Физико-географическая характеристика г. Сыктывкара....................... 28

2.2. История развития и современное состояние зелёных насаждений

34

г. Сыктывкара................................................................................

2.3. Загрязнение атмосферного воздуха и почв на территории

39

г. Сыктывкара...............................................................................

3. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ...................................... 41

4. ВИДОВОЕ РАЗНООБРАЗИЕ И ЖИЗНЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ДРЕВЕСНЫХ РАСТЕНИЙ В ЗЕЛЁНЫХ НАСАЖДЕНИЯХ

Г. СЫКТЫВКАРА............................................................................................. 49

4Л. Видовой состав древесных растений............................................. 49

4.2. Структура размещения древесных растений.:.................................. 58

4.3. Жизненное состояние и дендрометрическая характеристика древесных

64

растении.....................................................................................

5. ПОВРЕЖДЕНИЯ ЛИСТЬЕВ ДРЕВЕСНЫХ РАСТЕНИЙ ВРЕДИТЕЛЯМИ И БОЛЕЗНЯМИ В ЗЕЛЁНЫХ НАСАЖДЕНИЯХ

Г. СЫКТЫВКАРА................................................................................... 78

6. ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА СОСТОЯНИЯ ЗЕЛЁНЫХ

НАСАЖДЕНИЙ И ПУТИ ИХ ОПТИМИЗАЦИИ................................. 114

ВЫВОДЫ............................................................................................................... 124

ЛИТЕРАТУРА....................................................................................................... 125

ПРИЛОЖЕНИЕ............................................................................ 141

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Город - это природно-антропогенная система, основными системообразующими факторами которого являются человек и природная среда. Центральным звеном городской экосистемы являются зелёные насаждения, которые выполняют санитарно-гигиеническую, архитектурно-эстетическую, эмоционально-психологическую и другие функции. Их устойчивость к действию антропогенных факторов зависит от погодно-климатических условий, степени загрязнения среды, возраста насаждений, распространения вредителей и болезней, способов ведения хозяйства в системе озеленения городов. При комплексном экологическом обследовании городов важными показателями являются пространственное размещение зелёных насаждений в городском ландшафте, их жизненное состояние, типы повреждений, вызванные разными видами вредителей и болезней. Подобные работы проведены во многих крупных городах России (Итоги..., 1998, 2000; Рысин и др., 1999; Феклистов, 2004; Уфимцева, Терехина, 2005; Шихова, Полякова, 2006; Сродных, 2008; Попова, 2009) и зарубежных стран (Iida, Nakashizuka, 1995; Understanding Urban Ecosystems, 2001; Hall et all., 2002; Quigley, 2004; Husak, Grado, 2005; Urban Forests and Trees, 2005; Mariona, 2007; Nagendra, 2010). В них были использованы различные методологические подходы, оценивались параметры с разной степенью детальности. Основным объектом экологических исследований зелёных насаждений городов является древесная растительность -важнейший и наиболее стабильный компонент урбоэкосистем. Данные мониторинга состояния древесной растительности используются при разработке практических рекомендаций по реконструкции зелёных насаждений городов, компенсационному озеленению, системе содержания и защиты озеленённых территорий.

В г. Сыктывкаре и других городах Республики Коми комплексные экологические обследования зелёных насаждений ранее не проводились. Имеются лишь общие сведения о структуре озеленения (Природа Сыктывкара..., 1972; Государственный доклад.... 2009) и видовом составе древесных растений г. Сыктывкар (Мартынов, 1987; Шушпанникова и др., 2007; Мартыненко, Груздев, 2009; Martynov, 2011).

В связи с этим цель представленной работы состоит в оценке видового разнообразия, структуры размещения и жизненного состояния древесных растений в зелёных насаждениях на территории г. Сыктывкара. Для достижения цели поставлены следующие задачи:

1. выполнить анализ видового состава, дендрометрических характеристик и структуры размещения древесных растений в центральной части г. Сыктывкара;

2. определить жизненное состояние древесных растений;

3. оценить степень повреждения листьев древесных растений вредителями и болезнями;

4. разработать предложения по оптимизации структуры зелёных насаждений и дать практические рекомендации по системе их содержания и защиты на территории г. Сыктывкара.

Научная новизна. Впервые произведена комплексная оценка видового разнообразия, структуры размещения и жизненного состояния древесных растений в зелёных насаждениях центральной части г. Сыктывкара. Дана оценка устойчивости разных видов древесных растений к действию вредителей и болезней. Выделены три группы древесных растений: устойчивые - сирень, берёза и черёмуха, среднеустойчивые - боярышник, рябина, карагана и ива, слабоустойчивые к биоповреждениям - ольха, тополь, осина и липа. Выявлены закономерности пространственно-временных изменений степени феждения листьев вредителями и болезнями. На примере Рори\т ЪаЬатг/ега показано возрастание при увеличении антропогенной нагрузки повреждаемости листьев сосущими насекомыми и амплитуды межгодовых колебаний встречаемости разных типов повреждений. Определен видовой состав членистоногих-филлофагов (70 видов) и фитопатогенных грибов (10 видов), повреждающих листья древесных растений. У наиболее распространённых видов растений выявлены разные типы повреждений. У тополя и осины отмечена высокая степень повреждения листовых пластинок скелетированием, у берёзы, рябины, ивы и ольхи - тлями и листогрызущими насекомыми. Предложены рекомендации по оптимизации структуры зелёных насаждений, разработана схема организации работ по их содержанию и защите на территории г. Сыктывкара.

Практическое значение. Результаты работы были использованы при разработке муниципальной целевой программы по озеленению МО ГО «Сыктывкар» на 2012-2014 гг., плана работ по посадкам, обновлению и содержанию зелёных насаждений на 2009 - 2010 гг. на территории МО ГО «Сыктывкар». Материалы диссертации легли в основу технического задания на оказание услуг по инвентаризации объектов древесно-кустарниковой растительности на территории МО ГО «Сыктывкар» (заказчик администрация МО ГО «Сыктывкар»), решения Совета МО ГО «Сыктывкар» от 16.11.2010 № 35/11-600 «Правила создания, охраны и содержания зелёных насаждений на территории МО ГО «Сыктывкар» и «Методика оценки компенсационных выплат за вырубку (повреждение) зелёных насаждений на территории МО ГО «Сыктывкар». Данные, полученные в ходе выполнения диссертационной работы, также были использованы в процессе преподавания дисциплины «ГИС-технологии» студентам I курса по специальности «экология» Сыктывкарского государственного университета.

Апробация работы. Материалы диссертации были представлены на российских и международных конференциях: молодежной конференции Института биологии Коми НЦ «Актуальные проблемы биологии и экологии» (Сыктывкар, 2009, 2011), научно-практической конференции «Февральские чтения по итогам научно-исследовательской работы профессорско-преподавательского состава Сыктывкарского лесного института в 2010 г.» (Сыктывкар, 2011), Всероссийской научно-практической конференции «Проблемы региональной экологии в условиях устойчивого развития» (Киров, 2008, 2009), II Международном экологическом конгрессе ЕЬР1Т-2009 (IV Международная научно-техническая конференция) «Экология и безопасность жизнедеятельности промышленно-транспортных комплексов» (Тольятти, 2009).

Личный вклад автора. Автор принимал личное участие в сборе и камеральной обработке полевого материала, анализе результатов, подготовке материалов к публикации, написании диссертации.

Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 8 печатных работ, в том числе 2 статьи - в рецензируемых научных журналах, рекомендованных ВАК РФ.

Глава 1. ХАРАКТЕРИСТИКА ЗЕЛЁНЫХ НАСАЖДЕНИЙ

В ГОРОДСКОЙ СРЕДЕ

1.1. Зелёные насаждения, их классификация и экологические функции в

урбанизированной среде

Исключительная сложность города, как явления, не позволяет сформулировать для него лаконичное и в тоже время ёмкое определение. Внешними чертами города служат высокая концентрация населения и промышленного производства, хотя бы частичная многоэтажность застройки, широкое развитие общественного транспорта и каналов связи, превышение застроенной и замощенной части территории над садово-парковыми пространствами, концентрация стоков и различных загрязнителей. Город - это природно-антропогенная система, основными системообразующими факторами которого являются человек (он сам и все виды его деятельности, осуществляемые в пределах городской территории) и природная среда (Экология города, 2004). Наиболее распространены два критерия отнесения населённых пунктов к городам (Niemela, 1999):

1) к городам относятся довольно крупные населённые пункты, большинство жителей в которых занято в промышленном производстве,

2) к городским относятся те территории, плотность населения которых превышает 150 человек/км .

Первый критерий акцентирует внимание на экономической, второй -на демографической стороне урабанизационного процесса. Использование того или иного определения сильно меняет оценку урбанизированное™. Если придерживаться первого подхода, то на территории Финляндии 80% населения проживает в городах, если второго - то только 20 % (Niemela, 1999).

Город - эволюционно сравнительно новая среда обитания для растений и животных, весьма специфическая по многим параметрам, таким как микроклимат, световой и ветровой режимы, газовый состав воздуха и т.д. Так, среднегодовая температура и продолжительность периода с положительными

температурами в городах заметно выше, чем за их пределами. Снижена интенсивность ультрафиолетовой радиации (в среднем на 20%), относительная влажность воздуха (на 8%), увеличено число дней с туманами. В городах больше безветренных дней, ниже атмосферное давление и скорость ветра, что ведет к застойным явлениям и сильному загрязнению воздуха (Тарасова и др., 2004). В атмосферном воздухе городов обнаружено более 200 различных компонентов-загрязнителей, в том числе сернистый газ, оксиды азота, угарный газ, озон, соединения фтора, углеводороды, фенолы, пары серной, сернистой, азотной и соляной кислот, а также твердые частицы сажи, золы, пыли, в свою очередь содержащие высокотоксичные оксиды свинца, селена, цинка. В развитых странах около 20% газообразных выбросов в атмосферу принадлежит промышленным предприятиям (электроэнергетике, нефтеперерабатывающей, целлюлозно-бумажной промышленности, химической промышленности, чёрной и цветной металлургия), столько же - отопительным системам, около 10% - переработке и уничтожению отходов, и более 50% -автотранспорту (Гераськина, 2006).

Город нельзя рассматривать как единую экосистему, в большинстве случаев речь идет о мозаике различных биотопов. Экологическое своеобразие отдельных городских местообитаний зависит, прежде всего, от форм их использования. Предложены различные схемы деления территории городов. Например, в монографии Б. Клауснитцера (1990) городские местообитания подразделены на две большие группы: «строения» и «прочие наземные местообитания». В зависимости от использования выделяются различные типы строений: жилые дома, служебные здания, складские помещения, производственные строения и др. К прочим наземным местообитаниям относятся «внешняя» оболочка зданий, различные озеленённые и не озеленённые городские территории. Застроенные территории подразделяют на городские центры, районы старой и новой застроек. Транспортные зоны включают улицы, площади, мосты, железнодорожные сооружения (Клауснитцер, 1990). Наиболее насыщены в транспортном отношении магистральные улицы, ко-

торые в обычных городах составляют в среднем 20-30 % общей протяженности всех улиц и проездов. На них концентрируется до 60-80 % всего автомобильного движения, т.е. они загружены в 10-15 раз больше, чем остальные улицы (Гурьева, 2008).

Зелёные насаждения являются центральным звеном структуры городской экосистемы. Они представляют совокупность древесных, кустарниковых и травянистых растений на определенной территории (ГОСТ 28329-89). В зависимости от функционального назначения выделяют следующие типы зелёных насаждений (Гостев, Юскевич, 1991):

1. Озеленённая территория общего пользования (лесопарки, парки, сады, скверы, бульвары, городские леса);

2. Озеленённая территория ограниченного пользования (территория лечебных, детских учебных и научных учреждений, промышленных предприятий, спортивных комплексов, жилых кварталов);

3. Озеленённая территория специального назначения (территория сани-тарно-защитных, водоохранных, защитно-мелиоративных, противопожарных зон, кладбищ, насаждения вдоль автомобильных и железных дорог, ботанические, зоологические и плодовые сады, питомники, цветочно-оранжерейные хозяйства).

С учётом используемой жизненной формы растений и типа расположений эти же авторы выделяют типы посадок: I. Древесно-кустарниковые растения:

1. Компактное расположение (садово-парковый массив, роща, садово-парковая группа, солитер);

2. Линейное расположение (аллея, живая изгородь, бордюр); II. Травянистые растения и лианы:

1. Вертикальное расположение (вертикальное озеленение, шпалера);

2. Горизонтальное расположение (газон, цветник, клумба, ковровые растения, почвопокровные растения).

Разнообразие древесных растений в урбоэкосистемах определяется человеком, поэтому видовой состав растений богаче по сравнению с естественными экосистемами данной природной зоны. Помимо аборигенных видов, значительную долю в составе городских насаждений составляют растения-интродуценты.

Зелёные насаждения в условиях города - это естественный круглогодичный биологический фильтр, который поглощает из воздуха различные химические соединения и задерживает на поверхности ассимилирующих органов значительное количество пыли (Шихова, Полякова, 2006). Они являются одним из наиболее эффективных и экономичных средств повышения комфортности и качества среды жизни горожан. Роль зелёных насаждений в оптимизации условий урбанизированных территорий заключается в их способности снижать неблагоприятное действие факторов природного и техногенного происхождения на человека. Зелёные насаждения в городской среде выполняют различные функции, среди которых наиболее важны санитарно-гигиеническая, архитектурно-эстетическая, эмоционально-психологическая и

др.

Запыленность воздуха в зелёных насаждениях в 2-3 раза меньше, чем на открытых городских территориях. Пылезащитные свойства различных пород деревьев и кустарников неодинаковы: опушенные или клейкие листья задерживают до шести раз больше пыли, чем гладкие (Экология города, 2004). Древесные и травянистые растения улавливают из воздуха в среднем до 50 % пыли летом и 37 % зимой. При этом хвойные породы, по сравнению с лиственными, осаждают в 1,5 раза больше пыли в расчёте на единицу массы листвы (Защита зелёных насаждений..., 1990).

Вредные газы поглощаются растениями, а твердые частицы аэрозолей оседают на листьях, стволах и ветвях растений. Посадки, расположенные поперек основного потока загрязненного воздуха, разбивают его на разнонаправленные потоки. Таким образом, вредные выбросы разбавляются чистым воздухом и их концентрация в воздухе уменьшается (Экология города, 2004).

В среднем каждое взрослое дерево поглощает и запасает в корнях, стволе и ветвях до 6 кг-га"1 углерода в год, а городские лесные сообщества могут запасать до 6,4 т-га"1 углерода в год. Общая поглотительная способность городских сообществ древесных растений в США составляет 6,5 млн. т в год, что в денежном эквиваленте оценивается в 22 млн. долларов США (Husak, Grado, 2005).

Защитная роль зелёных насаждений во многом зависит от степени устойчивости пород к действию загрязнителей. Для листьев берёзы характерно повышенное накопление наиболее токсичных тяжёлых металлов -кад�