Экологический анализ состояния и перспектив развития природно-исторического заповедника-леспаркхоза «Горки»: Подход к решению природоохранных проблем

Актуальность темы

Природно-исторический заповедник-леспар-кхоз «Горки» (именуемый в дальнейшем сокращенно «заповедник», имея в виду собственно заповедник и его охранную зону) является при-родно-культурным комплексом, на территории которого сосредоточены памятники истории, природы, археологии, архитектуры. Заповедник имеет площадь 2665 га, входит в лесопарковый защитный пояс г. Москвы и имеет большое рекреационное, природоохранное и познавательное значение. Лесные массивы занимают около 94% общей площади, отнесены к лесам I группы и имеют статус особо охраняемых природных территорий. Однако, близость крупной городской агломерации оказывает негативное воздействие на лесные экосистемы, способное вызвать их техногенные трансформации. Кроме возможного загрязнения территории промышленными выбросами, велики и рекреационные нагрузки на лесонасаждения заповедника, являющегося зоной отдыха для жителей Москвы и Московской области.

Для сохранения и развития уникального природно-культурного комплекса в условиях растущих антропогенных нагрузок необходимо проведение комплексных научных исследований по анализу уровней загрязнения окружающей среды на территории заповедника, геоэкологического состояния территории, динамике изменения биогеоценозов под воздействием на них антропогенных факторов. Рекомендации по поддержанию экологического равновесия и сохранению средои природоформирующих функций ландшафтов заповедника, направлениям хозяйственной и природоохранной деятельности определяют актуальность темы настоящего исследования. 5.

Цели и задачи исследований. Основная цель работы — экологическая оценка современного состояния и перспектив развития природ-но-культурных комплексов заповедника-леспаркхоза «Горки». В процессе достижения указанной цели потребовалось решить следующие задачи: рассмотреть и проанализировать историко-географические особенности и историю хозяйственного освоения территории заповедникаопределить интенсивность антропогенных нагрузок, а также геохимическое состояние вод, почвы и биотыопределить экологическое состояние биогеоценозов в условиях воздействия на них загрязняющих и антропогенных факторовпровести оценку геологической опасности для произрастания зональных видов древостоевоценить рекреационную дигрессию территории заповедникапредложить методы уменьшения и предотвращения негативного воздействия антропогенных факторов.

Теоретическая и методологическая основа исследований, информационная база. Теоретической и методологической основой исследований послужили труды специалистов в области охраны природы, геоэкологии, геохимии, ландшафтной экологии, лесоведения институтов Глобального климата и экологии Росгидромета и РАН, Геоэкологии РАН, Лесоведения РАН, ГБС РАН, МГУ, МГУ леса: В. Г. Заиканова, В. А. Низовцева, В. Н. Короткова, Р. Т. Карабань, Н. А. Кренке, В.В."Паниной, Н. С. Казанской и др.

Исследования базируются на системно-структурном подходе к изучаемым процессам и явлениям с использованием картографического, сравнительно-географического, экотоксикологического (определение степени загрязнения промышлеными выбросами) и биоиндикационного (определение состояния биоты) методов. 6.

Информационную базу диссертации составили архивные данные, отчеты полевых наблюдений и другие информационные материалы, перечень которых приведен в списке используемой литературы.

Научная новизна. Проведен комплексный экологический мониторинг территории заповедника-леспаркхоза «Горки» и его охранной зоны, который базируется на исследовании природных и социальных особенностей территории, ее исторического развития и современного функционирования, а также оценке ее геоэкологического состояния. В результате проведенных комплексных исследований установлена интенсивность антропогенных нагрузок и их влияние на состояние биоценозов. Получены данные по накоплению в почвах и содержанию в ассимиляционных органах биоты основных фитотоксикантов, характерных для выбросов предприятий расположенных на границах заповедника. Показана динамика изменения состояния лесных экосистем за 10 лет.

Определены геоэкологические условия оптимального и благоприятного произрастания зональных видов древостоя и критерии оценки геологических и гидрогеологических условий.

На основе изучения динамики состояния биоценоза, подвергающегося рекреационному воздействию, были установлены и охарактеризованы пять стадий рекреационной дигрессии территории заповедника. Составлена карта, отражающая различные стадии рекреационной дигрессии лесонасаждений.

Предложены основные направления рационального природопользования, направленные на сохранение и восстановление утративших, в результате рекреационного использования территории, экосистем, сохранение ландшафтов, памятников истории и культуры.

Практическая значимость. Проведенные исследования дают возможность своевременно наметить первоочередные мероприятия, которые позволяют предупредить и уменьшить воздействие негативных 7 антропогенных факторов на природно-культурные комплексы заповедника и практически реализовать хозяйственные и природоохранные возможности при выполнении задач, поставленных перед заповедником в целом. Практические рекомендации используются в хозяйственной деятельности заповедника «Горки».

Опыт проведения комплексного экологического мониторинга заповедника «Горки» может быть также успешно использован на других особо охраняемых природно-культурных территориях и, в первую очередь, в лесопарковом поясе г. Москвы.

Апробация работы и публикации. Результаты работ докладывались на научно-практических конференциях: в заповеднике Коломенское (апрель 1997 г.), в МГУ леса (ноябрь 1998 г.), в заповеднике Бородино (октябрь 1998 г.), в Российской международной акдемии туризма (февраль 1999 г.), в Совете по лесу РАСХН (апрель 1999 г.), в Доме архитектора (апрель 1999 г.), в Государственном природном заповеднике «Оренбургский» (июнь 1999 г.), на международной конференции «География на рубеже веков» в г. Курске (сентябрь 1999), в ПИЗЛ «Горки» (сентябрь 1999 г.).

Автором опубликованы 23 научных работы, в том числе по теме диссертации — 13.

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы. Общий объем диссертации составляет 196 страниц, в том числе 147 страниц машинописного текста, 38 рисунков и 25 таблиц.

Список литературы

на 12 страницах включает 116 названий.

Основные результаты исследования снежного покрова отражены на картах атмосферных выпадений загрязняющих воздух веществ, приведенных на рис. 2.12.-2.20. Динамика распределения кислотности снежного покрова приведена на рис. 2.14. Интерпретация полученных значений выпадений загрязняющих веществ с точки зрения возможного негативного влияния на состояние лесных экосистем рассматривается в разделе 2.4. Как это принято в мировой практике, выпадения соединений серы и азота представлены в единицах элементарных серы и азота. В качестве единиц измерения использованы значения нагрузок в кг/км2/год и г/км2/год.

Атмосферные выпадения серы и азота и закисление снежного покрова. В табл. 2.3 помещены результаты статистического анализа распределения выпадений загрязняющих веществ на территории заповедника. При рассмотрении таблицы следует иметь в виду, что значения коэффициента вариации до 40% характеризуют равномерное.

70 распределение нагрузок на площадизначения от 40 до 80% — неравномерное, от 80 до 120% — весьма неравномерное, а свыше 120% — спорадическое распределение. Приведенные градации приняты при интерпретации полей распределения содержаний химических элементов в почвах и горных породах по результатам геохимических съемок [96,100].

Сера. Из табл. 2.3 следует, что для нагрузок серы характерно неравномерное распределение на площади (У=50%). Принятая система опробования обеспечила определение средней величины нагрузки (800 кг/км2/год) с удовлетворительной точностью — 18%. Найденая нами средняя нагрузка соответствует значениям для Московской области, опубликованным в обзорах Росгидромета в 1996;1997 гг.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Острота и масштабность экологического кризиса к концу XX века выдвигает проблему охраны окружающей среды, как одну из главных в сохранении среды обитания на нашей планете. В связи с этим огромную роль приобретают особо охраняемые природные территории, имеющие важное значение в поддержании экологического равновесия.

К сожалению, в Москве и ближайшем Подмосковье проявляется устойчивая тенденция все увеличиваюшегося антропогенного воздействия на окружающую среду. Постоянный рост урбанизированных территорий приводит к существенному сокращению площади природных ландшафтов.

Организация комплексного экомониторинга на территории При-родно-исторического заповедника-леспаркхоза «Горки» позволяет своевременно предупредить негативное воздействие на природные компоненты и практически реализовать хозяйственные возможности для выполнения целей и задач поставленных перед заповедником в целом. Поэтому заповедник «Горки», являясь уникальным по сохранности и изученности, может быть представлен как пример практического использования и организации научно обоснованного мониторинга для сохранения природно-культурных комплексов.

Природно-историческийзаповедник-леспаркхоз «Горки» находится в непосредственной близости от мощных источников загрязнения окружающей среды, которыми являются промышленные предприятия, тепловые электростанции, котельные и автотранспорт г. Москвы и пригородов. В загрязнение атмосферного воздуха наибольший вклад вносят предприятия промзоны г. Видное, Южного и Юго-Восточного административных округов г. Москвы. В компонентном составе выб.

179 росов этих предприятий преобладают диоксид серы (серный ангидрид), окислы азота и летучие органические соединения. В выбросах также содержатся свинец, кадмий, кобальт, никель, медь и другие микроэлементы. Эти вещества могут рассматриваться как индикаторы загрязнения территории заповедника, поскольку все они, в той или иной степени, накапливаются в его природных системах.

В результате определения уровней загрязнения снежного покрова (рис. 2.12,2.13,2.15−2.20) установлено, что приоритетными загрязнителями являются соединения серы и азота, нагрузки которых превышают критические значения принятые для лесных и водных экосистем. Обнаружен ряд токсичных металлов 1 и 2 класса опасности — Сс1, РЬ, Со, №, Си. Установлено, что свинец, кобальт и никель образуют зоны с превышением ПДК в воздухе в 2−3 раза (рис. 2.8−2.10), а при суммации с диоксидом серы до 4−6 раз (рис. 2.6, 2.7).

Проведенная оценка потока сухих атмосферных выпадений загрязняющих веществ на планшеты, показала, что выпадений хрома, меди, цинка, никеля и других элементов на открытом пространстве, при прочих равных условиях, в несколько раз больше чем под пологом леса. Это свидетельствует о том, что полог леса играет фильтрующую (задерживающую) роль для загрязняющих веществ.

Оценка состояния лесных экосистем заповедника путем обследования пробных площадей проводилась в 1989, 1994 и 1997 г. г. Обследования показали, что практически на всех площадях наблюдалось некоторое угнетение культур сосны — увеличение потери хвои (опадение), сокращение возраста хвои до 2-х лет, увеличен некроз хвои, большой процент суховершинных и сухостойных деревьев, сквозистость крон, ускоренное отмирание ветвей нижней части ствола и крон. Повторные наблюдения позволили проследить основные тенденции изменения интегральных характеристик состояния древостоев. Так, на расстоянии 3 км от промзоны г. Видное продолжалось ухудшение жиз.

180 ненного состояния древостоев и увеличение степени их поврежденнос-ти.При этом древостой на пробной площади ПП-2 (территория Коро-бовского лесопарка) перешел за 5 лет из категории «здоровый» в категорию «ослабленный». На расстоянии 7−10 км от источника загрязнения жизненное состояние и поврежденность древостоев изменялись слабо, но, как правило, в худшую сторону. В целом можно констатировать, что леса северной части заповедника больше подвержены техногенному воздействию, чем леса его южной части.

В 1989 и 1997 гг. на постоянных пробных площадях были проведены химические анализы почв слоя 0−5 и 5−10 см и лесной подстилки с разделением ее на неминерализованный (верхний) и полуминерализованный (нижний) слои. Был выполнен анализ содержания в них основных загрязнителей (А1, В, Са, Cd, Со, Cr, Си, Fe, К, Mg, Mn, Ni, Pb, Sr, Zn) и определена кислотность отобранных образцов (табл.4.2, 4.3).

Результаты химанализов отобранных в 1989 г. проб показали, что концентрации отдельных элементов (Cr, Си, Pb, А1) превышают фоновые уровни в 2−3 раза. Менее заметно повышение концентраций над фоновым уровнем в 1997 г. Повидимому, это связано с уменьшением объемов промышленных выбросов из-за падения производства продукции, а также ужесточения мер по контролю за промышленными атмосферными выбросами на территории Москвы и Московской облас.

В 1989 и 1997 гг. определялось содержание металлов в листьях и хвое древесных пород (табл.4.5, 4.6). Содержание ряда химических элементов (Cr, Mn, Ni, Zn и др.) в листьях и хвое на пробных площадях заповедника, так же как и в почве, несколько выше их концентраций в Приокскотеррасном биосферном заповеднике, принятых за контрольный уровень. Однако, некоторое повышение содержания отдельных микроэлементов в листьях березы и хвое сосны, как и в верхних.

181 слоях почвы, не должно ухудшить состояние древесных растений, так как, в целом, уровни накопления микроэлементов не достигают тех концентраций, которые отрицательно сказываются на росте и развитии деревьев.

Содержание металлов в листьях и хвое в 1989 г. было в несколько раз выше, чем в контрольных образцах этих же растений, отобранных в 1997 г. Этот факт указывает на то, что в течение последних лет не происходило существенного аэротехногенного поступления в лесные экосистемы загрязнителей, характерных для химсостава выбросов предприятий, расположенных на границе заповедника.

Анализы химического состояния поверхностных вод (р.Пахры) показывают, что их естественные характеристики значительно изменены в результате большой антропогенной нагрузки. Река Пахра, в створе выше г. Подольска, является одним из самых загрязненных водотоков Московской области (6-й класс качества вод — «очень грязные»). Ниже по течению качество вод улучшается и в районе заповедника достигает 4 класса («загрязненные»). Указаны основные источники загрязнения воды в р.Пахре.

По данным химанализов воды р. Пахры, выполненных в районе заповедника в 1998 г., фоновые показатели ее физико-химического состава показывают превышение ПДК по взвешенным веществам в 11 раз, по фенолам и фосфатам — в 8 раз, нитритному азоту, железу общ. и нефтепродуктам — более чем в 3 раза (табл.4.9).

Проведена оценка защищенности подземных вод от загрязнения в районе заповедника. По степени защищенности от загрязнения основных эксплуатируемых водоносных горизонтов каменноугольных отложений, на исследуемой территории выделены четыре области. Установлено, что водоносные горизонты в долине р. Пахры и в большей части ее правобережья практически не защищены из-за отсутствия, или очень тонкого слоя водоупорного горизонта юрских глин (1 и 2 облас.

182 ти). Повидимому, вследствие этого, в водозаборном устройстве г. Домодедово, расположенном на берегу р. Пахры, отмечалось превышение норм по содержанию нефтепродуктов и формальдегида (до 3−4 ПДК), а также нитритов и марганца.

В целом, для береговых водозаборов, расположенных в бассейне р. Пахры, за последнее время наметилась тенденция к улучшению качества воды, что связано с уменьшением ее техногенного загрязнения.

Геологические условия территории заповедника относятся к категории сложных. На этой территории было выделено 11 типов геологических разрезов (рис. 3.1). На основании проведенной геологической типизации территории определены участки, предрасположенные к активизации экзогенных экологических процессов.

Установлено, что на территории заповедника важным геоэкологическим элементом в геологическом строении является наличие достаточно мощных покровных суглинков, являющихся основными аккумуляторами влаги в весенний период. Наличие этого горизонта значительно расширяет площади территорий с благоприятными геоэкологическими условиями для произрастания зональных видов древостоя. Они составляют более 50% от общей площади.

Определены геоэкологические условия оптимального и благоприятного произрастания зональных видов древостоя. Для сосны — это тип разреза 5 и уровень грунтовых вод (УГВ) равный 2,5−5,0 м. Для дуба, ели и липы — это 3, 4 и 7 типы геологических разрезов с УГВ — 2,55,0 м.

На основе проведенных исследований была составлена карта опасности геологических условий для произрастания зональных видов древесной растительности (рис. 4.2).

Предлагается зонирование территории заповедника в зависимости от интенсивности ее рекреационного использования, как метод сохранения наиболее ценных участков леса от широкого и неорганизо.

183 ванного посещения. Территория разделяется на функциональные зоны, в которых осуществляются различные виды мероприятий в зависимости от особенностей и качества лесных участков, их хозяйственно-целевого назначения. При этом учитываются ландшафтно-экологичес-кие условия, природный ресурсный потенциал, ландшафтно-истори-ческая ценность, сохранность историко-культурных и ландшафтно-исторических комплексов, социально-культурные возможности, условия туристско-рекреационного и воспитательного значения.

Рассчитаны предельно-допустимые рекреационные нагрузки для каждого лесопарка заповедника^ учетом предполагаемого функционального зонирования, видов и форм отдыха, организации посещения, его режима, природных условий, типов лесных насаждений (породного состава и воз раста лесов), прогнозируемого количества постоянного и временного населения в зоне тяготения, а также ротации посетителей в течение дня (табл.5.4). Исходя из этих нагрузок, предлагается определять пропускную способность функциональных зон заповедни.

С учетом расчетной рекреационной емкости территории разработана система различных туристских маршрутов, которая позволила существенно уменьшить рекреационные антропогенные нагрузки на территорию заповедника и способствовала сохранению его природно-культурных комплексов.

Проведена оценка состояния динамики лесных биоценозов под воздействием рекреационных нагрузок, путем обследовения пробных площадей в 1981;1983 гг. и в 1997 г. Методика оценки основывалась на данных изучения динамики состояния биоценоза, подвергающегося рекреационному воздействию. Было выделено и охарактеризовано пять стадий рекреационной дигрессии. Составлена карта-схема распределения различных стадий рекреационной дигрессии лесонасаждений заповедника (рис. 5.1).

Показано, что проведение указанных мероприятий в сочетании с природоохранными мероприятиями привело к тому, что общая площадь нарушенных рекреацией лесов уменьшилась за последние пять лет и в настоящее время не превышает 0,5% от общей площади заповедника.

Опыт Природно-исторического заповедника-леспаркхоза «Горки», как особого ландшафтно-экологического района с его природными,-культурными, историческими ценностями, научным потенциалом со службой мониторинга, опытом ведения лесопаркового хозяйства и организации экологического образования и туризма может быть использован для решения общих экологических проблем лесопаркового пояса г. Москвы и особо охраняемых природных территорий.