Scientific journal

Advances in current natural sciences

ISSN 1681-7494

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 0,775

На сегодняшний день в России много объектов озеленения населённых пунктов, созданных в XVIII–XX веках. Большая часть таких объектов находятся в запущенном состоянии и требуют неотложных восстановительных работ [10]. В связи с этим актуальность темы определена тем, что при существующем недостатке озеленённых территорий необходимо создавать новые пространства для рекреации населения или проводить восстановительные мероприятия существующих объектов садово-паркового наследия.

Необходимо в этой связи учитывать тот фактор, что атмосферный воздух является средой для жизни зелёных насаждений и одним из источников их питания, уменьшает амплитуду колебаний температуры и предохраняет лесной биогеоценоз и людей от отрицательного воздействия ультрафиолетового излучения. Воздух служит источником снабжения растений углекислотой для фотосинтеза и кислородом для дыхания, а также средой для распространения пыльцы, спор семян и плодов. Воздух как экологический фактор обусловливает физиологические и биологические процессы, а при движении действует как физический фактор. Известно, что атмосферный воздух содержит около 78 % азота, 21 % кислорода, 0,03 % углекислого газа и др. компонентов [4]. Содержание кислорода в воздухе не является лимитирующим (ограничивающим) фактором, а наличие СО2 находится в минимуме, поэтому даже незначительные его колебания существенно влияют на жизнь, продуктивность растений и т.п. Значительную роль в газообмене по высоте зелёных насаждений играет ветер, в частности при перемещении СО2 от поверхности почвы вверх увеличивает его содержание в кроне, что положительно отражается на фотосинтезе растений.

Материалы и методы исследования

Цель исследований – выявить воздействие обрезки нижних сучьев деревьев на динамику содержания углекислого газа по высоте зелёных насаждений.

Объектами исследований послужили зелёные насаждения садово-паркового наследия, расположенные в с. Студенка Белинского района Пензенской области (дендропарк им. Г.Ф. Морозова, созданный по его инициативе в 1918 г., – площадь 14 га) и с. Пады Балашовского района Саратовской области (садово-парковый ансамбль князей Нарышкиных, созданный в XVIII веке, – площадь 8 га).

Методика исследований базировалась на рекомендациях ведущих НИИ и вузов РФ и учёных [1, 2, 3]. Состав воздуха определялся портативным газоанализатором, а скорость ветра – анемометром МС-13.

Обрезка стволов от сучьев, особенно с низкой кроной (теневыносливые породы – ель колючая (Picea pungens Engelm), туя западная (Thúja occidentális) и др.), приводит к увеличению ветропроницаемости зелёных насаждений объектов садово-паркового строительства. Прежде всего, это связано с проникновением ветрового потока с открытой местности, скорость которого увеличивается под пологом зелёного насаждения, благодаря подчистке сучьев. Ветер усиливает транспирацию растений (древесных, кустарниковых, травянистых) и ускоряет восходящий поток влаги от корней к листьям. Для нормального хода транспирации необходимо движение воздуха, чтобы вблизи листьев насыщенный водяными парами воздух постоянно сменялся более сухим из атмосферы. Ветер силой более 2–3 м/с считают переходящим за оптимум, и транспирация становится чрезмерной, а фотосинтез угнетается. Для фотосинтеза имеет важное значение замена использованного воздуха, обеднённого углекислым газом, на воздух с нормальным (фоновым) содержанием СО2 [4]. Ветер содействует лучшему опылению цветков и распространению семян древесных и кустарниковых пород: сосны обыкновенной, ели колючей, лиственницы сибирской, тополевых, ольховых, березы повислая, дуба черешчатого, ясеня обыкновенного, ильмовых, лещины обыкновенной и др. [10].

Сильный ветер > 5 м/с приносит ущерб лесопаркам, садам и паркам, вызывает дефицит влагообеспеченности листьев и побегов из-за уноса полезного избытка СО2 из зоны, где воздух обогащён им в результате жизнедеятельности почвенной микрофлоры [4].

Результаты исследования и их обсуждение

Нами предлагается ограничить буферную зону садово-паркового наследия защитными двухрядными полосами из Pōpulus pyramidālis и одного ряда кустарника Ribes aureum или красивоцветущей с ажурной листвой породы (например, Caragána arboréscens), а также двухрядной посадкой защитных насаждений из Pínus sylvéstris и Ribes aureum (или Caragána arboréscens). Располагаются защитные полосы по границе и внутри вдоль главных дорог садово-паркового наследия, а также в буферной зоне [1, 5].

Воздух в приземном слое атмосферы вблизи изучаемых объектов садово-паркового наследия (дендрарий лесничества им. Г.Ф. Морозова, с. Студенка Белинского района Пензенской области и садово-паркового ансамбля князей Нарышкиных в с. Пады Балашовского района Саратовской области) содержит в среднем 77,0 % азота, 21,0 % кислорода, 1,0 % благородных газов, 1,0 % водяных паров, 0,03 % углекислого газа (СО2), 0,01 % водорода и 0,01 % минеральных солей и летучих органических веществ. Среднее количество СО2, 0,03 %, недостаточно для оптимальной производительности растений [4]. Углекислота выделяется при дыхании растений, животных, человека, при сжигании. Наибольшее количество CO2 поступает в воздух из почвы – результат жизнедеятельности бактерий, грибов, актиномицетов и др., принимающих участие в разложении подстилки, гумуса и пр. [4].

Наши исследования показали, что наибольшее содержание CO2, до 0,07 %, свойственно для зелёных насаждений, приземного слоя воздуха, заключённого в пределах высоты 0–2,0 м. Теневыносливость подроста преувеличивают, недоучитывая, что он пользуется повышенным количеством CO2 из почвы [4]. От приземного слоя к вершинам кронам содержание CO2 уменьшается от 0,07 до 0,02 %, что является результатом потребления его листвой и свидетельствует о слабой диффузии углекислого газа в направлении снизу вверх. Диффузия указывает на ветрозащитную функцию лесопарков, не допускающих внутри себя турбулентных воздухосмесительных потоков, способных быстро выравнивать количество углекислоты по вертикальному профилю. Регулирование количества углекислого газа вполне доступно историческому садово-парковому хозяйству, заключающемуся в обеспечении быстрого разложения органического опада путём улучшения его состава и создания благоприятных условий для жизнедеятельности микрофлоры.

Вышеизложенное повествует о том, что наилучшими условиями для снабжения углекислотой нижних ярусов зелёных насаждений, особенно подроста кустарника, травянистого покрова, являются безветрие, штиль (скорость ветра до 1 м/с), а для верхнего яруса – ветер со скоростью, достаточной для устранения дефицита CO2. Так, например, для турбулентного горизонтально-вертикального воздухообмена (обмена углекислоты) были заложены опыты в селе Студенка Белинского района Пензенской области и в селе Пады Балашовского района Саратовской области, заключающиеся в рубках ухода в зелёных насаждениях [5, 6, 8, 9]. Произведена обрезка сучьев теневыносливых пород деревьев ели колючей, туи западной, липы мелколистной в возрасте 47–50 лет на высоте 0,5; 1,0; 1,5; 2,0 м, а также частично удалён кустарник и подрост неценных пород. Цель – увеличить ветропроницаемость зеленого насаждения для создания турбулентных потоков воздуха внутри насаждения и обеспечения поступления углекислого газа к верхним ярусам крон.

Определение состава воздуха проводилось газоанализатором, в частности CO2 на поверхности почвы и на высоте 0,5; 1,0; 2,0; 5,0; 10,0; 15,0 м и насколько позволяла высота древостоя (табл. 1 и рисунок).

Таблица 1

Содержание CO2 (%) в зависимости от высоты ели колючей, туи западной и подчистки их стволов от сучьев (дендрарий лесничества им. Г.Ф. Морозова – с. Студенка Белинского района Пензенской области), средние показатели за период с июля 2012 г. по июль 2015 г.

Y = 0,023 + 0,066∙X + 0,895∙X2 – 1,034∙X3,

где Х – высота обрезки на уровне 0,5 м; Х2 – высота обрезки на уровне 1,0 м; Х3 – высота обрезки на уровне 1,5 м.

R2 = 0,98.

Изменение СО2 в воздухе в зависимости от высоты деревьев и обрезки их стволов от сучьев в зеленых насаждениях (дендрарий лесничества им. Г.Ф. Морозова, с. Студенка Белинского района Пензенской области [10]

Колебание содержания CO2 в воздухе открытых мест невелико, от 0,029 до 0,035 %. Ночью количество углекислоты в воздухе больше, чем днём, летом меньше, чем осенью [4]. Эти колебания регулируются потреблением CO2 растениями и поступлением его из почвы.

Исследования содержания углекислого газа в воздухе зелёных насаждений показали, что наибольшее его количество содержится в слое 0–2,0 м – 0,042–0,063 %. C увеличением высоты обрезки стволов от сучьев содержание CO2 по высоте повышается.

Рост содержания CO2 по высоте древостоя обусловлен увеличением ветропроницаемости и, как следствие, повышением турбулентности ветрового потока горизонтально-вертикального перемещения воздуха (табл. 2).

Таблица 2

Ветропроницаемость зелёного насаждения в зависимости от высоты обрезки стволов ели колючей (Pīcea pūngens) и туи западной (Thúja occidentális) [9]

Ветропроницаемость (отношение скорости ветра на заветренной опушке зелёного насаждения шириной 40 м к скорости ветра в открытой местности на расстоянии 30 высот от насаждения – 600 м) изменялась от 0 % на поверхности подстилки зелёного насаждения до 58 % при высоте обрезки стволов деревьев от сучьев 1,5 м. Скорость ветра в открытой местности достигала 4 м/с. В это время происходит замена использованного воздуха, обеднённого СО2, порциями со средним (0,03 %) или несколько большим его содержанием.

Регулирование содержания углекислого газа в зелёных насаждениях путём подчистки нижних сучьев стволов деревьев с низкой кроной (как правило, теневыносливых пород), частичного удаления в первую очередь нежелательных пород кустарника, а также сухостоя приводит к лучшему формированию кроны, повышению продуктивности деревьев [5, 6, 7, 8, 9, 10]. Лучшими для снабжения углекислотой и её продуктивного использования являются смешанные, сложные и разновозрастные зелёные насаждения со ступенчатым строением полога, что наблюдается во многих объектах садово-паркового наследия [1, 4, 8, 9, 10].

Обрезка стволов от сучьев до 1,5–2,0 м влияет на увеличение продуктивности подпологовой травянистой растительности (сныти обыкновенной и др.) и вечнозелёного кустарничка – падуба, что наблюдается в дендрарии лесничества им. Г.Ф. Морозова с. Студенка Белинского района Пензенской области. Закладку дендрария произвёл профессор Г.Ф. Морозов в 1918 г. Повышение продуктивности падуба связано с увеличением высоты растений на 0,1–0,3 м за счёт улучшения освещённости в результате обрезки сучьев до 1,5–2,0 м, удаления нежелательных видов кустарников, сухостоя.

Заключение

Таким образом, наши исследования показали, что:

– содержание СО2 в зелёных насаждениях закономерно снижается от поверхности почвы к вершинам крон от 0,063 до 0,022 %;

– с увеличением высоты обрезки сучьев до 1,5–2,0 м повышается ветропроницаемость и усиливается горизонтально-вертикальное (турбулентное) перемещение воздуха, заставляющее подниматься углекислоту к вершинам крон;

– обрезка нижних сучьев ели колючей (Pīcea pūngen) и туи западной (Thúja occidentális) увеличивает содержание СО2 в верхних частях кроны до 0,04–0,05 % за счёт повышения ветропроницаемости от 2 до 58 % и турбулентного перемещения воздуха, что положительно сказывается на продуктивности зелёных насаждений. Разработана регрессионная математическая модель динамики содержания СО2 в зависимости от высоты обрезки с коэффициентом детерминации R2 = 0,98;

– следует применять технологические приёмы: посадку крупномеров, рубки ухода: обрезку сучьев у Thúja occidentális до 1,0 м, у Pīcea pūngens до 1,5 м, обрезать нижние сучья деревьев высотой до 1,5–2,0 м;

– следует удалять неценный подрост и сухостой в зелёных насаждениях;

– необходимо производить подсев сныти обыкновенной (Aegopodium podagraria) и посадку кустарничка падуба под полог зелёных насаждений.

В итоге технологические приёмы рубок ухода в зеленых насаждениях на территориях садово-паркового наследия Поволжья не только повысят санитарно-гигиенические условия территорий, но и придадут им эстетизм и тем самым усилят рекреационный поток к объектам ландшафтной архитектуры в целом.