Введение
Начало ХХI века характеризуются глобальной активизацией воздействия человека на природные ландшафты. Происходит коренное изменение их экологических условий, идут процессы деградации всех компонентов. Осуществляется преобразование естественных ландшафтов в антропогенные. Наиболее интенсивно ухудшаются свойства природной среды на территориях урболандшафтов – ландшафтов, сформировавшихся на урбанизированных территориях в результате социально-экономического, демографического и географического процессов, охватывающих изменения в образе жизни населения, его профессиональной структуре, культуре, характере производственной и рекреационной деятельности [1].
Ускоренное развитие промышленности, автомобильного транспорта, коммунального хозяйства, средств коммуникации, расширение городского влияния на прилегающие территории приводит к системному экологическому кризису, обусловленному массовым загрязнением окружающей среды токсичными отходами, выбросами и стоками [2].
Вследствие чрезвычайной важности и обширности возникшей проблемы, вопросы охраны окружающей среды и обеспечения экологической безопасности находятся в совместном ведении, как целиком России, так и ее субъектов (ст.72 Конституции Российской Федерации) [3].
Сохранение природно-ресурсного и экологического потенциала является долгосрочной целью и задачей устойчивого развития страны [4]. Так, национальный проект «Экология» (период реализации: 2019–2024 гг.) нацелен на эффективное обращение с отходами производства и потребления, включая ликвидацию всех выявленных на 1 января 2018 г. несанкционированных свалок в границах городов; кардинальное снижение уровня загрязнения атмосферного воздуха в крупных промышленных центрах, в том числе уменьшение не менее чем на 20 процентов совокупного объёма выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух в наиболее загрязнённых городах; повышение качества питьевой воды для населения, в том числе для жителей населённых пунктов, не оборудованных современными системами централизованного водоснабжения; экологическое оздоровление водных объектов, включая реку Волгу, и сохранение уникальных водных систем, включая озёра Байкал и Телецкое; сохранение биологического разнообразия, в том числе посредством создания не менее 24 новых особо охраняемых природных территорий; обеспечения баланса выбытия и воспроизводства лесов в соотношении 100% к 2024 году [5].
На юго-востоке европейской части России, в том числе и на юге Окско-Донской низменности в результате техногенной деградации, водной эрозии, дефляции, а также засоления и переувлажнения почв происходит опустынивание земель [6].
В системе мер по предупреждению деградации ландшафтов и восстановлению свойств их нарушенных компонентов ведущая роль принадлежит фитомелиоративным мероприятиям [7]. В то же время в степной зоне Окско-Донской низменности естественные недеградированные природные ландшафты городских и пригородных земель могут в полной мере обеспечить комфортные условия жизни и деятельности горожан и их рекреационные потребности [8].
Наиболее экологичными и экономичными мероприятиями по предотвращению или снижению интенсивности процессов деградации ландшафтов, восстановлению и улучшению их свойств являются методы ландшафтной лесомелиорации [9].
Цель исследования: выявить особенности геоморфологического строения территорий и состава древесной растительности урболандшафтов юга Окско-Донской низменности, обосновать эколого-экономическую эффективность лесомелиоративных мероприятий.
Материал и методы исследования
По климатическому районированию Окско-Донская низменность расположена в восточной части континентальной европейской области с недостаточным увлажнением, годовым притоком прямой и рассеянной солнечной радиации порядка 100 ккал/см2 и годовой амплитудой среднемесячных температур воздуха в 30° [10]. Южная часть Окско-Донской низменности расположена в степной зоне и характеризуется засушливым летом с выраженной континентальностью [11].
Регион исследований входит в Среднерусскую геоморфологическую провинцию Восточно-Европейской равнины и включает геоморфологическую область Волжско-Окско-Донской равнины [12].
Поверхность равнины отличается слабой расчлененностью и мягкостью форм. Абсолютные отметки водосборов колеблются от 120 до 170 м, постоянно снижаясь с севера на юг. Преимущественное распространение имеют обширные плоские междуречья, чередующиеся с широкими и неглубокими долинами рек [13].
Достаточно широко во всем изучаемом регионе распространены антропогенные формы рельефа: карьеры, земляные насыпи и выемки дорог, искусственные водохранилища, пруды и другие сооружения.
По растительному районированию южная часть Окско-Донской низменности входит в разнотравно-типчаково-ковыльные подзоны среднего и южного типа черноземной степной зоны. Их территории в основном совпадают с подзонами:
а) обыкновенных и южных,
б) южных черноземов.
В настоящее время земли региона распаханы или интенсивно используются в качестве пастбищ. Естественная травянистая растительность сохранилась лишь на небольших участках в нижних частях предбалочных склонов, вблизи откосов оврагов.
По лесорастительному районированию территория исследований относится к Волго-Донскому округу разнотравно-злаковых степей [14]. В регионе встречаются байрачные леса, которые занимают нижние части склонов и днища балок.
Наибольшую ценность представляют пойменные леса, имеющие большое рекреационное, санитарно-гигиеническое, климаторегулирующее водоохранное и противоэрозионное значение [15].
В настоящее время на незатопляемых участках с почвами легкого гранулометрического состава широкое распространение получили лесные культуры сосны обыкновенной, отличающиеся хорошими биометрическими показателями и высокой аттрактивностью.
Основными видами древесных растений в зеленых насаждениях населенных пунктов Волгоградской области являются тополи бальзамический (P. balsamifera), черный (P. nigra), пирамидальный (P. piramidalis), гибридные, робиния лжеакация (Robinia pseudoacacia), вязы приземистый (U. pumila) и гладкий (U. laevis), клены ясенелистный (Acer negundo) и татарский (A. tataricum), ясень ланцетный (Fraxinus lanceolata) [16].
Деградированные урбанизированные ландшафты являются наиболее сложными объектами мелиорации. Их преобразование в культурные природные комплексы требуют научно обоснованного творческого подхода, учитывающего особенности хода процессов деградации различных категорий земель [17].
Исследования проводились при строгом соответствии применяемых методик принципам ландшафтного анализа. По В.А. Низовьеву [18], ведущими принципами антропогенного ландшафтогенеза являются сквозное ландшафтно-историческое изучение региона, а также сопряженное исследование природной и антропогенной составляющих ландшафта региона.
Исследования делились на три этапа:
- ландшафтный анализ – изучение свойств ландшафтов, их морфологической структуры и пространственной дифференциации происходящих в нем процессов;
- ландшафтный диагноз – определение соотношения природных и технических системных связей и общественных потребностей, степени выполнения ландшафтом заданных ему социально-экономических функций;
- ландшафтный прогноз – предсказание и оценка возможных изменений в ландшафте, разработка рекомендаций для наиболее полного выполнения заданных ему функций и предложений по оптимальному устройству [19], т. е. управлению ландшафтом.
При комплексном ландшафтном прогнозировании использовались следующие подходы:
а) исторический (временной), основывающийся на выявлении динамики и эволюции геосистем и позволяющий экстраполировать их в будущее;
б) системный, предполагающий рассмотрение объекта исследований как системы, предусматривающий системный характер ландшафтного прогнозирования и обеспечивающий связь общегеографического прогноза с социальным и экономическим прогнозом;
в) деятельный (конструктивный), состоящий в разработке направлений деятельности и мероприятиях, способствующих достижению цели;
г) вероятностный, вытекающий из многомерности характеристик геосистем, разнообразия вариантов начальных состояний входящих элементов [20].
Основным методом исследований являлось сопряженное изучение экологических условий морфологических единиц деградированного ландшафта и лесомелиоративных мероприятий.
Собранные материалы обрабатывались методом математической статистики [21].
Результаты исследования и их обсуждение
Многочисленные литературные данные свидетельствуют о многофункциональной роли зеленых и лесных насаждений и высокой эффективности лесомелиоративных мероприятий. Но в большинстве опубликованных работ оценивается эффективность агролесомелиоративных мероприятий [22, 23, 24, 25, 26, 27]. Однако древесная и другая растительность не меньшую роль играет в очистке городского воздуха и предотвращении общей деградации ландшафтов от воздействия промышленных и транспортных поллютантов и загрязненных стоков, а также влияния других неблагоприятных факторов городской среды.
Природные экосистемы России поглощают всю антропогенную эмиссию страны и еще около 300 МТ эмиссии углерода других стран. «Ценность естественных экосистем превышает ценность минеральных богатств России» [28].
Коэффициент эффективности природоохранных, а, следовательно, и мелиоративных мероприятий может быть вычислен по формуле [29].
,
где Э – эффект природоохранных мероприятий i-го вида от предотвращения потерь на j-м объекте;
с – среднегодовые эксплуатационные расходы на обслуживание основных фондов, вызвавших эффект;
К – капитальные вложения экологического назначения;
n – число мероприятий;
m – число учитываемых видов эффекта.
Так как «целый ряд последствий деградации окружающей среды в принципе не может быть полностью оценен в денежном выражении» [30], нами выполнена приблизительная, несколько заниженная оценка эффективности мероприятий по улучшению состояния урболандшафтов.
Ранее отмечалось, что наиболее экологичными и экономичными методами восстановления и улучшения свойств деградированных урболандшафтов являются методы ландшафтной лесомелиорации. Защитные лесные и зеленые насаждения поглощают углекислый газ и выделяют кислород, обезвреживают поллютанты и стоки, способствуют осаждению пыли, насыщают воздух фитонцидами и легкими отрицательно заряженными ионами, выполняют фотоактиническую и психологическую функции и др.
С.В. Беловым и В.Р. Прохоровым предложен способ расчета эффективности лесонасаждений, основанный на энергетической и экологической оценке их функционирования по поглощению газа и выделению кислорода [31] (метод субституции или замещающих затрат). В основу расчетов закладывается оценка стоимости производства аналогичного количества кислорода из морской воды промышленным способом.
При образовании 1 т древесины выделяется в среднем 1,23 т кислорода. Общее количество выделенного кислорода можно вычислить, умножив площадь насаждений на прирост древесины на 1 га. Площадь лесонасаждений Михайловского лесхоза составляет 20335 га, в т. ч. леса зеленой зоны вокруг г. Михайловки 10228 га, из них лесопарковая часть 5381 га, лесохозяйственная часть 4847 га. Территория г. Михайловки, занятая древесными растениями, складывается из площади малоэтажной застройки, промышленной и коммунально-складской застройки, земель железнодорожного транспорта, земель общего пользования, составляющих 3510 га. Учитывая, что только примерно на половине этой территории произрастает древесная и плодовая породы, площадь насаждений будет равна 1755 га. Прибавив к ней территорию, занятую коллективными индивидуальными садами (547), получаем 2302 га. В итоге общая площадь насаждений города и зеленой зоны вокруг него составляет 12530 га.
Ежегодный прирост древесины насаждений в окрестностях г. Михайловки составляет 2,7 т/га. Расчет показывает, что общее количество кислорода, выделенного древесными насаждениями, составляет
1,23 т × 2,7 т/га × 12530 га = 41,6 тыс. т.
Его энергетический эквивалент равен
239 × 106 КДж × 41,600 т = 99424 ГДж
Однако с учетом расхода кислорода на дыхание растений и разложения отпада (приблизительно 50%) общее количество поступаемого в атмосферу кислорода составляет 20,8 тыс. тонн, его энергетический эквивалент 49712 ГДж.
По данным С. В. Белова и В. П. Прохорова [31], себестоимость производства промышленным способом 1 т кислорода в дореформенных ценах составляла 230 руб. В современных ценах она равна
230 руб. × 120 = 27600 руб.
Величина замещающих затрат всех насаждений в окрестностях г. Михайловки составит 574080 тыс. рублей.
Рассчитанная разными авторами [32, 33, 34] величина экономической эффективности санитарно-гигиенических функций лесонасаждений имеет большой разброс. Но даже при принятии ее минимальной величины (540 руб./га в дореформенных ценах, или 540 × 120 = 64800 руб./га в современных ценах) получаем
64800 руб./га × 12530 га = 811944 тыс. рублей.
Итоговый экономический эффект от улучшения насаждениями экологических условий городской и пригородной среды составляет 1386024 тыс. рублей.
По данным лесоустройства, за период после пуска в г. Михайловка 1 очереди предприятия по производству цемента среднегодовой прирост древесных лесов составил 2,65%, в то время как текущий прирост – т. е. при современном уровне производства (современном объеме выброса поллютантов и современной рекреационной нагрузке 2,11%). При принятии современной величины прироста древесины за 100% исходную величину получаем равной 125,6% или на 25,6% больше.
Следовательно, экономический эффект от доведения состояния насаждений до исходного в результате проведения мелиоративных мероприятий, а также снижения до нормативного для древесной растительности уровня выброса поллютантов и рекреационной нагрузки составляет 26% от общего эффекта от функционирования насаждений в настоящее время или 360366 тыс. руб. в год.
Основные затраты на проведение необходимых мероприятий складываются из стоимости проведения рубок ухода (ландшафтных рубок) и стоимости работ на создание новых высокодекоративных насаждений. (Затраты на доведение уровня выбросов до предельно допустимых концентраций не включены, так как эти работы предприятия обязаны выполнять в соответствии с законодательством и они входят в стоимость выпускаемой ими продукции.)
Поскольку среди насаждений, нуждающихся в рубках ухода, преобладают средневозрастные, основными видами необходимых рубок являются проходные, практически всегда самоокупаемые.
Поэтому основные затраты на создание и содержание высокодекоративных устойчивых к выбросам поллютантов и рекреационной нагрузке пригородных лесонасаждений выпадают на создание лесных культур.
Данные по геоморфологическому строению городских и пригородных территорий юга Окско-Донской низменности свидетельствуют о преобладании на них площадей с равнинным и волнистым рельефом, имеющих крутизну склонов до 12°. В этих условиях основными видами подготовки почв под лесонасаждения являются сплошная обработка и напашное террасирование [35].
Затраты на создание лесонасаждений в дореформенных ценах с этими видами подготовки равны 255,02 руб./га насаждений [36].
Учитывая, что семенные высокоствольные насаждения твердолистных пород имеют высокую декоративность, а, следовательно, и аттрактивность до возраста спелости, равной 100 годам, а также то, что не менее половины пойменных дубов имеют вполне удовлетворительное порослевое возобновление, принимаем необходимую площадь ежегодного создания культур, равную 0,5% от всей площади насаждений лесхоза.
12530 га × 0,5% = 6265 га
В итоге стоимость работ составит
255,02 руб./га × 120 × 6265 га = 191724036 руб.
Ежегодный экономический эффект для территории г. Михайловки и ее окрестностей будет равен
360366000 руб. – 191724036 руб. = 168641964 руб.
Рентабельность проводимых мероприятий составит 88%.
Заключение
Сохранение природно-ресурсного и экологического потенциала, обеспечения баланса выбытия и воспроизводства лесов в соотношении 100% к 2024 году можно достичь методами ландшафтной лесомелиорации. Основными видами подготовки почв под лесонасаждения будут являться сплошная обработка и напашное террасирование, так как геоморфологическое строение городских и пригородных территорий юга Окско-Донской низменности свидетельствуют о преобладании на них площадей с равнинным и волнистым рельефом. Ежегодный экономический эффект от проводимых лесомелиоративных предприятий для территории г. Михайловки и ее окрестностей составит 168641964 руб. Рентабельность проводимых мероприятий – 88%.