УДК 58.006:502.75

DOI: 10.24412/cl-36359-2021-341-343

ОЦЕНКА ЭКОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ КАШТАКСКОГО БОРА НА ОСНОВЕ КОМПЛЕКСНОГО ФИЗИКО-ГЕОГРАФИЧЕСКОГО ОПИСАНИЯ С ПРИМЕНЕНИЕМ ДАННЫХ ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ

ASSESSMENT OF THE ECOLOGICAL STATE OF THE KASHTAK PINE FOREST BASED ON A COMPREHENSIVE PHYSICAL AND GEOGRAPHICAL DESCRIPTION USING REMOTE SENSING DATA

А.И. Ищенко

A.I. Ischenko

Челябинский государственный университет, Челябинск, Россия

Chelyabinsk State University, Chelyabinsk, Russia

E-mail: anna.ishchenko.97@mail.ru

Аннотация. Проведено комплексное изучение состояния Каштакского бора  на основе геоботанических описаний ключевых площадок, анализа почв на тяжелые металлы подвижной формы, жизненности древостоя, рекреационной нагрузки и использования данных дистанционного зондирования.

Ключевые слова: дешифрирование, комплексное физико-географическое описание, антропогенное воздействие, тяжелые металлы, рекреационная дегрессия.

Abstract: A comprehensive study of the state of the Kashtak pine forest was carried out on the basis of geobotanical descriptions of key sites, analysis of soils for heavy metals of a mobile form, the vitality of the stand, recreational load and the use of remote sensing data.

Key words: interpretation, complex physical and geographical description, anthropogenic impact, heavy metals, recreational degression.

В настоящее время во многих регионах мира антропогенное влияние достигло такого уровня, что представляет серьезную опасность для жизни и здоровья человека. Каштакский бор находится в лесостепной зоне Челябинской области, на северо-восточной окраине города Челябинска и в границах Сосновского района, на правом берегу реки Миасс. Памятник природы является уникальным островным бором, реликтом плейстоценовой перигляциальной лесостепи [5]. Существенным фактором для городских лесов является влияние техногенного воздействия с рекреационным использованием. Для его охраны и рационального использования необходима оценка изменения состояния городского бора. Такую оценку можно проводить по комплексным физико-географическим описаниям и данным дистанционного зондирования (ДДЗ) территории [1]. Загрязнение почвы подвижными формами тяжелых металлов является наиболее актуальной проблемой, ввиду важной распределительной роли почв в функционировании биогеосистем. В настоящее время в округе Каштакского бора расположены крупные металлургические комбинаты: «Мечел», «Челябинский металлургический комбинат», но работ по изучению тяжелых металлов в почвах бора не проводились.

Цель работы – оценка экологического состояния Каштакского бора по данным космо- и аэросъемки с последующим комплексным физико-географическим описанием.

Для выполнения работы использовалось несколько методов:

1. Проведен анализ изменения состояния бора на основе дешифрирования ДДЗ. Сравнивались монохромные снимки 1986 года и космоснимки 2017 года из программы Google Earth (Данные Sentinel-2) с применением прикладной ГИС (MapInfo). Проведена точная координатная привязка участка исследования с помощью GPS прибора.

2. Сделаны классические геоботанические описания площадок, двенадцати площадок размером 20x20 м на характерных средах Каштакского бора: сосновый лес, мелколиственный лес, травянистый покров, лесополосы [7]. Обилие растений оценивали по шкале Друде и Брауна-Бланке. Жизненное состояние древостоя определяется по В.А. Алексееву. Для оценки степени рекреационной нагрузки используется шкала стадий рекреационной дигрессии лесов [2]. Для определения уровня загрязнения подвижной формы тяжелых металлов было отобрано 15 проб почвы согласно ГОСТ 17.4.4.02-84 «Методы отбора и подготовки проб для химического, бактериологического, гельминтологического анализа» на ранее выделенных характерхных средах. По методам атомно-абсорбционной спектрофотометрии были проведены измерения содержания 8 тяжёлых металлов: Cu, Pb, Cd, Ni, Zn, Mn, Cr, Co на атомно-абсорбционном спектрометре Кванте 2М. Анализ почвы проводился в лаборатории на базе факультета экологии Челябинского государственного университета [5].

3. Результаты анализа почв размещаются в таблицу. Наглядное представление их в виде картосхем возможно с помощью таких программ как MapInfo, Surfer и других, входящих в систему ГИС. Основной задачей программы Surfer является расчет значений параметра в узлах. Современный инструментарий ГИС позволяет получать доступ к пространственной информации, грамотно ее анализировать, выявлять временной тренд развития того или иного процесса или свойства регулярной сетки (grid) по исходным данным в произвольных точках области и построение карт распределения свойств по площади или в объеме [6].

По результатам дешифрирования аэро- и космоснимков выявлена определенная динамика площадей биоценозов и их состояний. За тридцать лет площадь, занимаемая соснами, примерно на 14% уменьшились, площадь, занимаемая мелколиственными породами, увеличилась на 6%, и на 54% увеличилась площадь пустырей. Изменение и деградация лесных сообществ происходят преимущественно в близи города Челябинска, поселка Каштак и по берегам реки Миасс (в южной и юго-западной части бора).

Для подтверждения выявленных результатов было проведено полевое исследование. Полевое описание дало возможность верифицировать результаты пространственного анализа аэро- и космоснимков и дать полную оценку состояния бора.

Господствующей породой в древостое бора является сосна обыкновенная (Pinus sylvestris), к ней часто примешивается береза бородавчатая (Betula pendula), в понижениях – береза пушистая (Betula pubescens) (единично) и осина (Populus tremula). Искусственные посадки представлены следующими древесными породами: лиственница сибирская (Larix sibirica), дуб черешчатый (Quercus robur), тополь бальзамический (Populus balsamifera), клен ясенелистный (Acer negundo). В подлеске представлены кизильник черноплодный, бузина, жимолость, малина, ракитник, калина, шиповник, боярышник, смородина, акация жёлтая, черёмуха (таблица 1).

Таблица 1. Основные показатели состояния площадок

На пяти из двенадцати пробных площадках сильно поврежденные (сильно ослабленные) деревья, за счет снижение густоты облиствления кроны, наличие 60% мертвых и усыхающих ветвей в верхней половине кроны по В.А. Алексееву жизненность –3 (таблица 1).

Наиболее нарушенные – это площадки вдоль реки Миасс и вблизи жилых массивов, характеризуются наличием бытового мусора, рекреационной дигрессией и следами низового пожара. На этих участках: тропы занимают 10-15% площади, мощность подстилки уменьшена, увеличена освещенность, верхний полог леса изрежен, внедряются синантропные виды. Стадия рекреационной дегрессии, по Н.С. Казанской, – 3. Следы низового пожара встречаются на трети изученных площадках. Лишь на четырех участках, расположенных в центре и на северо-востоке бора, отдаленных от жилых массивов, выявлены здоровые и незначительно ослабленные деревьями [5].

Полученные данные свидетельствуют, что общий уровень загрязнения почвы тяжелыми металлами подвижной формы находиться в допустимой категории загрязнения [3]. Высокие показатели уровня загрязнения выявлены лишь на территории вблизи города и в центре бора возле поселка Каштак.

Однако если смотреть на отдельные показатели, то средние содержание по некоторым металлам превышает ПДК. Так, цинк в 3,5 раза, свинец в 4 раза, марганец в 2 раза. Такое превышения цинка и свинца обуславливается влиянием промышленных комплексов: «Мечел», «Челябинский металлургический комбинат». Свинец и цинк являются метаболическими ядами, действующие на фотосинтез и регуляторные процессы. Наличие такого количества марганца объясняется тем, что он накапливается в верхних слоях почв как составляющая органических веществ, а также из-за промышленного загрязнения.

В ходе проделанной работы были выявлены основные антропогенные факторы, угнетающие природу: загрязнение бытовым мусором, рекреационная нагрузка (вытаптывание, организация тропиночной сети), дорожная инфраструктура и низовые пожара. На их основе можно оценить экологическое состояние Каштакского бора.

Каштакский бор состоит из многолетних культурных и естественных насаждений и является рекреационным объектом. Следовательно, по данным таблицы и полученным результатам, можно сделать вывод, что бор относится к слабоизменённым и преобразованным ландшафтам (по Исаченко), а по Кочерову это нарушенные ландшафты со средней степенью антропогенного воздействия, с оценкой состояния 3 балла (из 6) [3].

Биоценоз бора находится в угнетенном состоянии, и частично нарушена закономерная смена биологических сообществ (сукцессия). Можно сделать вывод, что бор не справляется с антропогенной нагрузкой и нуждается в восстановлении.

Список литературы

1. Гук А.П., Арбузов С.А., Гук А.А. Использование метода независимых компонент при дешифрировании снимков лесных массивов. Новосибирск: Сибирский государственный университет геосистем и технологий, 2014. Т. 1. С. 3-7. 

2. Казанская Н.С., Ланина В.В., Марфенин Н.Н. Рекреационные леса. М.: Лесная промышленность, 1977. С. 96.

3. Кочуров Б.И. Экодиагностика и сбалансированное развитие. Смоленск: «Маджента», 2003. 448 с.  

4. Крайнева С.В., Романова С.В. Памятники природы Челябинска // X Дальневосточная конференция по заповедному делу: материалы конф. / Отв. ред. А.Н. Стрельцов. Благовещенск, 2013. С. 179-182.

5. МУ 2.1.7.730-99 Гигиеническая оценка качества почвы населенных мест. Разработаны: НИИ экологии человека и гигиены окружающей среды им. А.Н. Сысина РАМН (Н.В. Русаков и др.), ИМПИТМ им. Е.И. Марциновского МЗ РФ (Н.А. Романенко и др.), ООО «РАДОН» (В.Д. Симонов), ВНИИ природы (Ю.М. Матвеев).

6. Позднякова А.Д., Поздняков Л.А., Анциферова О.Н. Картирование участков сложной конфигурации в программе Surfer // Бюллетень науки и практики. 2018. Т. 4. № 5. С. 239-247.

7. Шатрова А.И., Андреев Д.Н. Мониторинг особо охраняемых природных территорий в городах РФ // Вопросы степеведения. 2019. № 15. С. 356-359.