Экологическая оценка последствий верховых пожаров в сосновых насаждениях зеленой зоны г. Воронежа

В статье приведены таксационные показатели уничтоженных пожаром в 2010 году сосновых древостоев Пригородного лесничества Воронежской области и рассчитаны основные экологические функции, которые они выполняли до гибели. Установлена взаимосвязь между увеличением уровня атмосферного загрязнения на исследуемых территориях и ростом сердечной и легочной заболеваемости населения.

The article demonstrates the taxation parameters of the pine plantations that was damaged by fire in 2010 in Suburban forestry of the Voronezh region and was calculated the basic ecological functions they performed before death. The intercommunication was found between increasing level of air pollution in the study areas and growing of heart and pulmonary morbidity of population.

Ключевые слова: СОСНОВЫЙ ЛЕС, ПОЖАР, ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА НАСАЖДЕНИЙ, АТМОСФЕРНОЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ, ЗАБОЛЕВАЕМОСТЬ НАСЕЛЕНИЯ.

Keywords: PINE FOREST, FIRE, ECOLOGICAL ASSESSMENT OF PLANTING, AIR POLLUTION, INCIDENCE OF THE POPULATION.

За последние десятилетия вопросы охраны окружающей среды и ее влияния на здоровье населения приобрели приоритетное значение. Здоровье человека определяется сложным воздействием целого ряда факторов — наследственности, образа жизни, уровня развития здравоохранения, а также качеством окружающей среды. По оценкам Всемирной организации здравоохранения, 24% всех болезней и 23% случаев смерти в мире являются следствием воздействия неблагоприятных факторов окружающей среды. При этом установлено, что факторы экологического риска вносят свой вклад в общую заболеваемость по 85 из 105 наиболее распространенных заболеваний [1].

В этой связи особую актуальность приобретают вопросы оценки экологических последствий сокращения пригородных зеленых зон, поскольку именно они позволяют сохранять чистоту приземных слоев атмосферы и делают комфортными условия проживания населения в мегаполисах.

Показательным примером снижения экологических функций лесов вследствие сокращения их территории служат искусственные сосновые насаждения Пригородного лесничества Воронежской области, что и определило цель настоящего исследования, заключающегося в оценке экологических последствий уменьшения площади культур сосны на пригородных территориях г. Воронежа и их влияния на уровень загрязнения воздушного бассейна.

Характерной особенностью сосны обыкновенной является высокая устойчивость к низкой относительной влажности воздуха, о чем свидетельствует успешное ее произрастание в степных районах, проникая иногда до границы с полупустыней. Даже в засушливые годы сосновые леса повреждаются в значительно меньшей степени, чем леса, состоящие из других пород [2]. В то же время, несмотря на достаточно высокую устойчивость древостоев сосны к недостатку влаги и высокой температуре воздуха, длительные периоды засухи переносятся ею тяжело.

Подтверждаются данные наблюдения и в период аномально жаркого лета 2010 года, когда в Воронежской области было объявлено чрезвычайное положение в связи с сильной жарой и высокой степенью пожарной опасности. По данным областного гидрометеорологического центра в течение более 2-х месяцев при полном отсутствии осадков сохранялась предельно высокая для региона температура воздуха, достигая +40,5°С 02 августа 2010 года, что явилось абсолютными максимумами температуры за весь период наблюдений с 1918 года [3].

Аномально высокие температуры стали одной из причин крупных лесных пожаров на территории Пригородного лесничества, произошедших в конце июля — начале августа 2010 года, от которых в Левобережном участковом лесничестве пострадало преимущественно сосняков на площади 3137 га, в том числе полностью уничтожено огнем 1016 га. И если древостои сосны, пройденные низовыми пожарами, частично сохранили свою жизнеспособность с отрицательной динамикой санитарного состояния, то под действием верховых пожаров — погибли практически моментально.

Исходным материалом для исследования являются культуры сосны обыкновенной Левобережного участкового лесничества, пройденные верховым пожаром в 2010 году. Проведение исследования полностью уничтоженных сосновых древостоев в 4, 5, 17, 18, 19, 27 и 53 кварталах лесничества (общей площадью 240,4 га) выбрано в связи с их высокой биологической продуктивностью до пожара и непосредственной близостью расположения к городской черте г. Воронежа, что оказывало существенное влияние на состояние приземных слоев атмосферы. Обследование в указанных кварталах было выполнено в период с 10 по 25 июня 2012 года.

В связи со значительной площадью обследуемых древостоев в условиях отсутствия густого подроста и подлеска, препятствующих применению полнотомеров, определение их лесоводственно-таксационных показателей производилось выборочно-измерительным методом путем закладки круговых реласкопических площадок.

Перед проведением исследования в зависимости от площади квартала, степени однородности древостоя и его полноты устанавливалось количество круговых реласкопических площадок и намечалась схема их размещения. Среднее расстояние между центрами площадок определялось по абрису делением длины граничных линий и внутренних визиров (за исключением длины неэксплуатационных участков) на число приходящихся на них круговых площадок с округлением до 10 м. Затем на абрисе показывались места будущих площадок, которые на местности отмечались колышками 6−8 см шириной и высотой 0,5−0,7 м в надземной части. На верхней части колышка, повернутого лицевой стороной против хода движения, делалась метка, фиксировался номер реласкопической площадки. Кроме того, на каждой круговой площадке измерялся диаметр на высоте 1,3 м и высота одного среднего дерева с целью последующего определения среднего диаметра и средней высоты элемента леса [4].

Результаты измерений, выполненных в ходе полевых работ, приведены в таблице 1 отдельно для каждого таксационного выдела с указанием их площади, среднего возраста древостоя, а также основных таксационных показателей. Всего было заложено более 300 круговых реласкопических площадок с определением средних таксационных показателей каждого выдела.

Исследования показали, что изучаемые насаждения произрастали в типе леса — сосняк сложный разнотравный, бонитет I-II, возраст — от 65 до 150 лет, высота — от 16,8 м до 29,3 м, диаметр — от 20,1 см до 43,6 см, запас стволовой древесины — от 37 м3/га до 386 м3/га, селекционная оценка — хорошие.

Как мы видим, данные древостои, являясь высокопродуктивными, выполняя важнейшие экологические функции на пригородных территориях, влили и на состояние среды непосредственно в пределах г. Воронежа.

Таблица 1 — Таксационные показатели насаждений до пожара.

На основе установленных таксационных показателей была выполнена оценка фитомассы изучаемых древостоев. Для этого использовался метод конверсионных коэффициентов, отражающих для каждой фракции фитомассы (стволы, хвоя, ветви, пни, корни) определенную ее долю в 1 м³ запаса стволовой древесины. Умножением полученных коэффициентов на запас древесины изучаемых сосновых древостоев были определены искомые значения фитомассы каждой фракции накануне пожара, произошедшего в конце июля — начале августа 2010 г.

В качестве исходных данных для расчетов были взяты показатели оценки фитомассы модальных сосняков Центрально-Черноземного региона, полученные профессором В. В. Успенским [5]. На их основе для каждой фракции были рассчитаны конверсионные коэффициенты, значения которых приведены в таблице 2.

Таблица 2 — Значения конверсионных коэффициентов для модальных сосновых древостоев Центрально-Черноземного региона, ц/м3*га.

В таблице 3 приведены полученные с использованием конверсионных коэффициентов значения фитомассы по фракциям покрытой лесной растительностью площади исследуемых сосновых древостоев Левобережного участкового лесничества до пожара.

Таблица 3 — Фитомасса сосновых насаждений (до пожара) по фракциям в абсолютно сухом состоянии, ц.

Выполнив количественную оценку фитомассы уничтоженных верховым пожаром сосновых насаждений, можно определить экологические последствия сокращения лесных площадей. С этой целью необходимо рассчитать объемы санитарно-гигиенических функций, выполняемых культурами сосны до пожара.

К основным санитарно-гигиеническим функциям леса относятся: способность к поглощению углекислого газа, выделению кислорода и биологически активных веществ (БАВ), задержанию (осаждению) пыли [6].

Культуры сосны на протяжении всей жизни выполняют очень важную функцию — поглощение из атмосферного воздуха углекислого газа и обогащение его кислородом.

Анализируя эту функцию леса, было установлено, что на образование одной тонны органического вещества необходимо поглотить из воздуха 1820 кг углекислого газа и выделить в атмосферу 1390 кг кислорода [6]. Зная ежегодную продуктивность лесного фитоценоза в абсолютно сухом состоянии, можно оценить массу поглощенной углекислоты и выделенного кислорода. Для сосновых лесов эти показатели приведены в таблице 4.

Таблица 4 — Показатели санитарно-гигиенических функций 1 га модальных сосняков в год (на примере Центрально-Черноземного региона).

Наибольшей способностью к поглощению углекислого газа и выделению кислорода сосновые древостои обладают в возрасте пятидесяти лет, когда 1 га леса в течение года может поглотить до 9,2 т СО2 и выделить до 7,0 т О2 [6]. В дальнейшем эти способности постепенно снижаются, несмотря на увеличение фитомассы древостоев.

Очень важной санитарно-гигиенической функцией леса является способность обезвреживать и поглощать вредные промышленные выбросы, газы и промышленную пыль.

Задержание и фильтрация пыли непосредственно зависят от величины поверхности листьев. Поэтому для получения данных о пылезадержательной способности исследуемых насаждений необходимо величину листового индекса умножить на показатель задержания пыли 1 м² поверхности листьев. Подобным образом рассчитанные показатели характеризуют пылезадержательную способность в одном цикле, количество которых определяется осадками интенсивностью более 10 мм.

В Воронежской области таких осадков, влияющих на объем пылезадержания, в среднем выпадает 360 мм, то есть можно считать, что в за сезон происходит около 36 пылезадержательных циклов. Как и по остальным санитарно-гигиеническим функциям, наибольшей способностью к пылезадержанию сосновые леса обладают в возрасте пятидесяти лет [6].

Помимо кислорода, лесные массивы выделяют в атмосферу биологически активные вещества и фитонциды. Выделение сосновыми насаждениями фитонцидов и других биологически активных веществ осуществляется преимущественно в вегетационный период при среднесуточной температуре выше +5°С.

Интенсивность выделения биологически активных веществ зависит от массы хвои в древостое в абсолютно сухом состоянии, на 100 грамм ее выделяется минимум 4 мкг/час [6].

Произведение суточной продуктивности биологически активных веществ на число дней активного фотосинтеза (в год около 140 таких дней) составит годовой объем продуктивности сосновых лесов.

Далее, используя рассмотренные выше методики расчетов и данные таблицы 4, можно определить (за год) объем санитарно-гигиенических функций, выполняемых сосновыми насаждениями 4, 5, 17, 18, 19, 27 и 53 кварталов Левобережного участкового лесничества до пожара.

Общий объем санитарно-гигиенических функций, выполняемых сосновыми насаждениями в каждом лесотаксационном выделе, представлен в таблице 5. Здесь следует отметить, что наиболее молодые сосновые насаждения в возрасте 65 лет имеют максимальные значения основных показателей санитарно-гигиенических функций.

Таблица 5 — Общий объем санитарно-гигиенических функций, ежегодно выполняемых сосновыми насаждениями до пожара.

Проведенные расчеты показали, что в целом исследуемые сосновые древостои суммарно в течение года поглощали 101 373,9 т углекислого газа, выделяли 76 876 т кислорода и 110 276,9 кг биологически активных веществ, осаждали на земную поверхность 2610,53 т пыли.

Таким образом, уничтоженные в 2010 году пожарами сосновые леса Левобережного участкового лесничества выполняли достаточно большой объем санитарно-гигиенических функций. Об этом свидетельствуют показатели загрязнения приземных слоев атмосферы Левобережного и Железнодорожного административных районов г. Воронежа, рост которых имеет отчетливую тенденцию к увеличению с августа 2010 года по настоящее время. В 2011 году в мониторинговых точках левобережной части города максимальные разовые концентрации достигали по пыли — 2,8 ПДК, оксиду углерода — 2,0 ПДК, оксиду азота — 1,8 ПДК [7].

Это объясняется сосредоточением в указанных административных районах г. Воронежа большого количества стационарных источников загрязнения атмосферы (ТЭЦ-1, ОАО «Воронежсинтезкаучук», ООО «Воронежский шинный завод») и крупных автомагистралей, которые образуют достаточно обширную зону дисперсного загрязнения с «очагами» высоких концентраций пыли, углеводородов и тяжелых металлов в окружающей среде. В ходе предшествующих исследований по оценке риска здоровья населения установлено, что «очаги» атмосферного загрязнения активизируются в теплый период года, причем в формировании зон техногенного загрязнения определенную «корректирующую роль» играют аэрационные факторы в условиях комбинированной городской застройки. В сезонном аспекте пик загрязнения атмосферы приходится на лето, а минимум загрязнения отмечается зимой [8].

Рассматривая все виды загрязнения окружающей среды (атмосферы, почвы, воды и т. д.), следует отметить, что наиболее выраженное влияние на здоровье имела именно чистота воздушного бассейна. В качестве примера, приведенного в таблице 6, можно отметить высокую корреляционную связь между загрязнением атмосферного воздуха и такими показателями репродуктивного здоровья населения, как частота осложнения родов и младенческая заболеваемость [9].

Таблица 6 — Оценка взаимосвязи репродуктивного здоровья населения с гигиеническими показателями территории проживания.

Уровень «ответной реакции» населения на техногенное загрязнение городской среды проявляется в увеличении заболеваемости взрослого и особенно детского населения в наиболее загрязненных районах индустриального сектора г. Воронежа.