ЛЕСОВЕДЕНИЕ, 2015, № 5, с. 346-355
_ ОРИГИНАЛЬНЫЕ _
СТАТЬИ
УДК 630*18 : 630*524.34 : 582.475 (1-21)
ФАКТОРЫ ТРАНСФОРМАЦИИ СОСНОВЫХ НАСАЖДЕНИЙ В РАЙОНЕ ГОРОДА ЕКАТЕРИНБУРГА*
© 2015 г. С. А. Шавнин1, Д. В. Веселкин2, Е. Л. Воробейчик2, В. А. Галако1, В. Э. Власенко1
1 Ботанический сад УрО РАН 620144 Екатеринбург, ул. 8 Марта, 202а 2 Институт экологии растений и животных УрО РАН 620144 Екатеринбург, ул. 8 Марта, 202 E-mail: denis_v@ipae.uran.ru Поступила в редакцию 02.12.2014 г.
На примере сосновых насаждений естественного происхождения, произрастающих на территории Екатеринбурга и за его пределами (48 пробных площадей, расположенных на разном удалении до центра города), изучена связь состояния деревьев и древостоев Pinus sylvestris с уровнем антропогенной нагрузки и степенью фрагментации местообитаний. Для характеристики уровня антропогенной нагрузки использовали расстояния от центра города и границы застройки до пробной площади и плотность населения вблизи пробной площади. Для характеристики степени фрагментации местообитаний использовали площадь и периметр лесного участка, расстояние от границы пробной площади до границы участка и изрезанность границ участка. Установлено, что в условиях урбанизации средние морфометрические характеристики деревьев изменяются слабо, а признаки жизненного состояния деревьев - сильно. Общая производительность древостоя в градиенте урбанизации снижается на 22-35%. Состояние древостоя сильнее всего детерминировано размером участка. Плотность населения вблизи участков и их удаленность от центра мегаполиса определяют состояние деревьев и древостоев в меньшей степени. Фрагментация лесных насаждений в городе, ведущая к уменьшению размеров участков, сопровождается снижением запаса древесины, диаметра и высоты деревьев, ухудшением их жизненного состояния. Пороговая величина размера насаждения, еще обеспечивающая возможность его относительно устойчивого функционирования в условиях города, составляет около 30 га. Пороговое расстояние от границы лесного участка до его мало трансформированной внутренней части составляет около 70 м.
Сосна обыкновенная, урбанизация, рекреация, городские леса, продуктивность, фрагментация местообитаний, краевой эффект.
Леса и древесные насаждения в городе - важный компонент городской среды. Возрастающее внимание к их изучению, в том числе в России (Бурова, Феклистова, 2007; Шергина, Михайлова, 2007; Экологическое состояние ..., 2009; Рысин, Рысин, 2012), обусловлено тем, что знание механизмов трансформации и устойчивости городских лесов служит основой для управления их экологическими и социальными функциями. О важности задачи изучения городских насаждений свидетельствует появление отдельного направления
* Работа выполнена при поддержке Программы фундаментальных исследований УрО РАН (проекты 12-И-4-2057 и 15-12-4-32).
лесоведения - "урболесоведения", или "urban forestry" (Konijnendijk et al., 2006; McPherson, 2006; Рысин, Рысин, 2012).
Из основных составляющих комплексного фактора урбанизации, влияющих на растения, наиболее изучены последствия разнообразных форм химического загрязнения (Черненькова, 2002; Шергина, Михайлова, 2007; и др.) и рекреации, особенно в отношении подчиненных ярусов растительности (Malmivaara et al., 2002; Бурова, Феклистова, 2007; и др.), санитарного состояния деревьев и их возобновления (Лебедев, 1998; Селочник, 2008; Экологическое состояние ..., 2009; Толкач, Добротворская, 2011; Веселкин и др., 2013). Другой важный аспект урбанизации -
фрагментация местообитаний - в отношении растительности исследован менее детально.
Фрагментацию естественных ландшафтов считают важным негативным результатом человеческой деятельности и учитывают как при анализе ее последствий, так и при планировании природоохранных мероприятий (Murcia, 1995; Harper et al., 2005; Загурная, 2008; Морозова, Царевская, 2010). Одно из основных следствий фрагментации - увеличение протяженности границ между разными типами сообществ и, соответственно, площади экотонов (Harper et al., 2005), в которых существенно трансформирован микроклимат, изменено разнообразие и функционирование биоты (Saunders et al., 1991; Murcia, 1995; Laurance et al., 1997, 1998; Harper et al., 2005).
Для леса, по сравнению с другими типами растительности, фрагментация наиболее критична, поскольку ведет к сильным изменениям микроклимата и внутри- и межвидовой конкуренции. Признание важности учета краевого эффекта для лесных сообществ нашло отражение в том, что среди критериев леса как типа растительности часто указывают абсолютную величину площади насаждения (Белов, 1983; Vidal et al., 2008). Чаще всего фрагментацию леса анализируют как фактор, влияющий на другие объекты, - травянистые растения, лишайники, беспозвоночных и позвоночных животных. Оценки последствий фрагментации для состояния самих деревьев и древостоев не столь многочисленны, но не единичны. Так, в обзоре 1995 г. (Murcia, 1995) проанализированы результаты 24 работ по этой проблеме, в обзоре 2005 г. (Harper et al., 2005) - 44 работы; эффекты фрагментации примерно с равной полнотой изучали в лесах разных природных зон, а из показателей чаще всего рассматривали плотность древостоя, сомкнутость крон и обилие растений подчиненных ярусов.
В условиях урбанизации изучение фрагментации особенно важно, поскольку городские леса окружены не безлесными пространствами естественного генезиса, а искусственной городской средой. Кроме того, фрагментация в условиях города представляет не просто дробление сплошного массива на фрагменты, а чаще всего сочетается со значительным уменьшением среднего размера фрагментов, что резко усиливает выраженность краевого эффекта. Признано, что амплитуда краевого эффекта для биоты напрямую зависит от амплитуды абиотических факторов, в первую очередь, солнечного излучения, температуры, а также потока аэрозолей, в том числе поллютан-тов (Harper et al., 2005; Weathers et al., 2001). Поэтому можно предположить, что фрагментация насаждений в городе усиливает негативное влия-
ние на древостой прямых эффектов урбанизации (т.е. разных форм загрязнения и рекреации). Между тем, в городских условиях последствия фрагментации лесных насаждений для древесной растительности, насколько нам известно, специально не изучали. Это определило цель нашей работы: на примере крупного промышленного города (Екатеринбург) выполнить анализ состояния деревьев и насаждений сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L.) в зависимости от их положения в градиентах урбанизации и фрагментации. Прежде всего, мы предполагали найти информативные предикторы, т.е. такие характеристики участков, которые бы лучше всего индицировали состояние лесных насаждений в городской среде. Кроме того, нас интересовала оценка взаимодействия между урбанизацией и фрагментацией.
ОБЪЕКТЫ И МЕТОДИКА
Район исследований. Екатеринбург - крупный промышленный город на Среднем Урале площадью 49.8 тыс. га с населением около 1.4 млн. жителей, расположен в южно-таежном округе Зауральской холмисто-предгорной провинции (Колесников, 1973). На окружающих территориях преобладают сосновые леса естественного происхождения на дерново-подзолистых почвах и буроземах.
Территорию Екатеринбурга считают сильно загрязненной (Стурман, 2008) как из-за наличия большого числа промышленных предприятий, так и воздействия высокой плотности автотранспортной сети. В 2010-2012 гг. атмосферные выбросы (соединения серы, углерода и азота, минеральная пыль, тяжелые металлы) составляли 190-215 тыс. т год-1, из которых около 10 тыс. т приходилось на соединения азота. Наибольший вклад в загрязнение атмосферы (до 85%) вносит городской автотранспорт (Стурман, 2008; Государственный доклад..., 2011, 2013). Средние суточные концентрации NO2 в центре города составляют до 20-30 мкг м-3, в периферийных жилых районах - 15-20 мкг м-3 (Антропов, Вараксин, 2011); максимальные концентрации Cu в почве превышают фоновые значения в 58 раз, Ni - в 20, Pb - в 18, Cr - в 8, Zn - в 6, Cd и Mn - в 3 раза (Государственный доклад., 2011).
Исторически Екатеринбург возник возле металлургического завода около 300 лет назад (в 1723 г.) и далее расширялся от центра к периферии. Поэтому общая конфигурация города близка к ради-ально-симметричной (Емлин, 2006); соответственно, наиболее преобразованы центральные районы и меньше - периферийные. Почти треть (15.3 тыс. га) площади Екатеринбурга занимают лесопарки и городские леса, большинство из ко-
торых естественного происхождения. Лесопарки расположены, в основном, на периферии города и обычно граничат с прилегающими лесами или сельскохозяйственными угодьями.
Размещение пробных площадей. Работа основана на материалах, полученных в 20092012 гг. при обследовании 48 пробных площадей, которые размещали в трех вариантах насаждений (рис. 1): 1) в зоне городской застройки (судя по истории городского строительства участки были изолированы от основного лесопаркового кольца города в 1970-1980-х годах); 2) в городских лесопарках (Юго-Западный, им. Лесоводов России, Калиновский, на территории дендрария Ботанического сада УрО РАН); 3) в пригородных лесах, удаленных от границы города на 8-10 км. Таким образом, сравниваются три группы насаждений, которые обозначены далее как "внутригородские" (п = 18; пр. пл. 41-49, 51-56, 57-59), "лесопарковые" (п = 23; пр. пл. 1-6, 13-18, 21-31) и "пригородные" (п = 7; пр. пл. 7-12, 60).
Все пробные площади подобраны с учетом следующих критериев: 1) естественное происхождение древостоя; 2) доля сосны в древостое по запасу составляет более 70%; 3) средний возраст - не менее 90 лет (в основном, 6-8 классы возраста); 4) насаждения приурочены к транзитным элементам рельефа (диапазон высот составил 265-325 м над ур. моря); 5) тип лесорастительных условий соответствует разнотравной группе типов леса; 6) отсутствуют свежие, и/или масштабные, и/или целенаправленные антропогенные нарушения почвенного покрова (дороги, раскопы), древостоя (пожары, рубки) и живого напочвенного покрова (покосы). В остальном при закладке пробных площадей стремились обеспечить максимальный диапазо
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.