ЛЕКЦИЯ 3
Тема Биоклиматические, оздоровительные,
эстетические свойства лесов рекреационного назначения
План лекции:
1 Биоклиматическая функция насаждений древесных пород в условиях рекреационного пользования
2 Эстетическая функция лесопарков
3 Оздоровительная функция лесопарков
4 Понятие о кислородопроизводительности лесных насаждений
5 Шкала фитонцидности древесных и кустарниковых пород.
1 Показатели выполнения недревесинообразующих функций (по 100-балльной шкале) насаждениями разных пород: для оздоровительной функции – от 64 до 100 баллов, эстетической – от 45 до 100, биоклиматической – от 35 до 100 баллов.
К лесам с преобладанием оздоровительной функции отнесены: городские леса; леса лесопарковых частей зеленых зон; полосы леса вокруг санаториев, домов отдыха, лагерей, туристических баз и др. оздоровительных учреждений.
К лесам с преобладанием санитарно-гигиенической функции отнесены: леса лесохозяйственных частей зеленых зон; леса первого второго поясов зон санитарной охраны источников водоснабжения; леса первой и второй зон округов санитарной охраны курортов.
1 Санитарно-гигиеническая роль леса. В условиях нарастающего техногенеза, ведущего к усилению загрязнения окружающей среды, которое уже достигло угрожающих размеров, особое значение приобретает санитарно-гигиеническая функция леса, которая проявляется в образовании кислорода и поглощении углекислого газа, выделении фитонцидов, ионизации воздуха, очистке атмосферного воздуха от пыли, токсических веществ, защите от техногенного шума. При накоплении в процессе фотосинтеза 1 т древесины насаждениями используется 1,5-1,8 т углекислого газа и выделяется огромное количество кислорода. В условиях Беларуси 1 га сосновых насаждений в среднем ежегодно выделяет 2,7 т кислорода, еловых - 3,9, дубовых - 3,7, ясеневых -3,4, осиновых 3,6, березовых -3,4, черноольховых - 3,0 т. Поступление кислорода из древесного полога составляет 22,5 млн. т, кустарниковым ярусом - 6.7 млн. т и 5,6 млн. т напочвенным покровом, общее выделение составляет около 35 млн. т. Этого вполне достаточно для нормального функционирования человека и др. живых организмов.
2 Зеленые насаждения выполняют эстетическую функцию. Деревья должны иметь эстетически выигрышную, легко контролируемую форму роста, расти быстрее, жить дольше, быть как можно более устойчивыми к болезням, вредителям, загрязнению и физическим повреждениям. Деревья контрастируют своей живостью, пластичностью, способностью к росту, беспрерывным изменением по величине, форме кроны, окраске листвы со статикой архитектурных объектов, забранных в жесткие стандарты. Множество различных деревьев способны создавать настроение. Мрачноватые колонновидные ели, темнохвойные пихты и тисы стимулируют некую суровую бодрость; навевают спокойную печаль и отрешенность никнущие у прудов или среди подстриженных газонов вавилонские ивы и плакучие ясени; увлекая наши взоры и души, гордо устремляются в небеса пирамидальные дубы и тополя; мягкие размытые очертания кленов и старых лип располагают к раздумью, а плотные кроны каштанов и буков будоражат и вызывают активность.
3 Оздоровительная роль леса появляется и в заметном снижении так называемого коэффициента униполярности воздуха (отношение положительных ионов к отрицательным, тяжелых ионов – к легким). В природных условиях наблюдается небольшое преобладание положительных ионов над отрицательными, тяжелых – над легкими (коэффициент униполярности 1,1-1,6). Чем коэффициент униполярности воздуха меньше, тем воздух чище и более благоприятен для здоровья человека. Коэффициент униполярности в сосновом лесу равен 0,9-1,0, лиственном – 1.0-1,6, на безлесных участках –1,6. Стоимостная оценка оздоровительной роли 1 га насаждений по сравнению с ролью леса как ресурса древесины в десятки раз выше.
Лес является мощным фильтром. Так, в течение года 1 га лесных насаждений отфильтровывают из атмосферного воздуха до 20-70 т пыли.
Санитарно-гигиеническая роль леса проявляется также в выделении биологически активных веществ (фитонцидов, эфирных масел и др.). Количество выделяемых летучих веществ за вегетационный период составляет от 200 до 500 кг/га, в т. ч. можжевельником – 400-500, сосной – 400-450 т/га. 1 га леса с преобладанием в составе лиственных пород выделяет в сутки 2 кг летучих органических веществ, с преобладанием хвойных – 5 кг, или в 2.5 раза больше, а 1 га зарослей можжевельника выделяет в сутки до 30 кг фитонцидов.
Корректировка лесом температуры и влажности вдыхаемого воздуха. Насаждения способны регулировать температуру и влажность вдыхаемого воздуха. Лес не повышает и не понижает температуру воздуха, а только регулирует ее. То же следует сказать и о влажности вдыхаемого воздуха. Наиболее благоприятна для человека относительная влажность воздуха 30-60 %. Процесс фотосинтеза у растений протекает наиболее производительно при относительной влажности 60-70 %.
Способность леса побуждать человека к движению. Если принять за исходный момент утро выходного дня – состояния покоя в кровати натощак, то потребление кислорода будет минимальным – около 14,4 л/ч, выделение углекислого газа – 10,5 л/ч. При сидячей работе потребление кислорода увеличится до 18,0 л/ч. Около 80 % времени уровень газообмена человека с лесной средой (пассивный отдых; прогулка, сбор грибов, ягод; спортивные игры, сбор дров; бег) соответствует состоянию легкой физической работы и характеризуется потреблением кислорода 39–72 л/ч, что в 3–4 раза выше исходного. Интенсивное использование лесной благотворной дыхательной среды в основном обусловлено факторами аттракторности.
Микроклиматическая обстановка под пологом леса. Микроклиматические условия отдыха имеют важное значение, поскольку обеспечение постоянной температуры тела человека, физиологического равновесия осуществляется за счет активной деятельности нервной системы и интенсивности биологического обмена как в организме человека, так и между человеческим организмом и средой. Микроклимат оказывает влияние на эстетическое восприятие окружающих красот, поскольку человек, обеспокоенный ощущением холода, старается прежде всего покинуть дискомфортную зону, и только в комфортных условиях эмоциональное восприятие пейзажей может быть полным. Микроклимат изучался с помощью метода эффективных температур, позволяющего оценить комплексное влияние 3 составляющих: температуры воздуха, относительной влажности воздуха и скорости его движения.
Микроклиматические характеристики различных участков леса сравнивались с характеристикой комфортной зоны теплообмена тела человека и среды, разработанной отечественной медициной. Зона комфорта лежит в пределах 17,2-21,7 °С эффективных температур.
Способность леса воздействовать на психическое состояние рекреанта. Площадь отдельных участков в рекреационных лесах, как правило, довольно значительна и позволяет соблюдать требования СН и располагать места для усиления аттракторности на оптимальном расстоянии от источников шума. Расчетный уровень шума не должен превышать 40 дБ. Снижение общего уровня шума ниже 40 дБ обеспечит почти полную изоляцию от шума высокой частоты (свыше 800 Гц), наиболее вредного для человека. Негативное воздействие оказывает на психику людей и шум с частотой до 20 Гц. В лесу человек вместо промышленного, транспортного и прочего шума слышит шум природный, к которому приспособился в процессе эволюции. Такой фон характеризуется частотой от 350 до 800 Гц и состоит из шума листвы, шелеста, пения птиц, плеска воды и т. д. Воздействие на психику тишины усиливается цветовой гаммой и ароматом цветов, листвы и плодов, игрой света и тени в зеленой и желто-зеленой частях спектра.
Вместе со слуховым и обонятельным анализаторами человека в лесу отдыхает также и зрительный анализатор.
Следует подчеркнуть значение такого психологического явления, как внимание. Основное качество внимания отдыха – непроизвольность (свойственно людям уже в грудном возрасте). Качество внимания относится частично к утилитарным видам отдыха (сбору грибов, ягод, лекарственных растений и т. п.) и называется послепроизвольным. В лесу на смену прозводственного внимания (при осуществлении производственной деятельности) происходит смена на непроизводственное – отдых.
Исторические аспекты использования биоклиматического потенциала погодных условий при рекреационной деятельности человека в лесу. Достаточно комфортное пребывание человека в лесу обеспечивается климатическими особенностями лесной среды, исходя из температуры и влажности воздуха, скорости ветра, величины солнечной радиации, состава и чистота воздуха, аромата, фитонцидности, наличия легких атмосферных отрицательно заряженных ионов и др. Это зависит и от декоративно-эстетических достоинств (достаточная степень обозримости, глубина перспективы, цветовая гамма, различная конфигурация опушек, форм рельефа, водоемов и малых архитектурных форм и др.), достаточной жизнеустойчивости в условиях повышенных рекреационных нагрузок.
На практическую деятельность и состояние человека оказывают влияние определенные сочетания метеорологических факторов, объединяемые в понятие погоды момента и погоды суток. Три большие группы: погоды безморозные, погоды с переходом температуры воздуха через 0°С и морозные погоды.
Были выделены еще дополнительно 3 группы погод: с ограничением, без ограничения и с частичным ограничением пребывания на воздухе.
К l гpyппe погод без ограничения отнесены такие, при которых можно проводить экскурсии и различные мероприятия на воздухе неограниченно.
При погодах с частичным ограничением уменьшается возможность проведения мероприятий (экскурсий и продолжительного пребывания на воздухе).
С учетом теплоощущений обнаженного человека предложена классификация погод. Погоды теплого времени года по температуре и влажности воздуха, скорости ветра и нижней облачности разделены на 7 классов, границы которых определяются эквивалентно-эффективной температурой (ЭЭТ) и радиационно-эквивален-тно-эффективной температурой (РЭЭТ). Критерием является изменение средневзвешенной температуры кожи человека или изменение величины потоотделения.
При комфортных условиях терморегуляторная нагрузка отсутствует, а средневзвешенная температура кожи равна 31-33°С.
И. С. Кандрор с соавторами выявил девятиступенчатую шкалу ощущений от:
«крайне холодно» (температура кожи <23°С),
«очень холодно» (23-26,9°С),
«холодно» (27-28,9°С),
«прохладно» (29-30,9°С),
«комфортно» (31-33°С),
«тепло» (33-34°С),
«очень тепло» (34°С, потоотделение 250-400 г/час),
«жарко» (>34°С, потоотделение 400-750 г/час),
«очень жарко» (>34°С, потоотделение > 750 г/час).
Ощущения человека зависят от комплекса метеопоказателей: температуры воздуха, влажности воздуха и скорости ветра (Яковенко В. А.).
ЭЭТ не учитывает действия солнечной радиации на человека, так как оценивают теплоощущение человека, находящегося в тени. Солнечное тепло будет повышать теплоощущение человека в среднем на 5-8 °С по сравнению с ЭЭТ. Поэтому при оценке необходимо использовать метод радиационно-эквивалентно-эффективных температур (РЭЭТ) по Г.В. Шелейховскому, 1948.
В г. Минске среднемесячные ЭЭТ на 14 часов в теплые месяцы имеют следующие значения (°С): V - 9,0; VI - 13,0; VII - 15,0; VIII - 14,0; IX - 8,0. Принимая интервал комфортности ЭЭТ 14-19°С (для района Прибалтики и Беларуси), можно считать, что ЭЭТ в Минске во все летние месяцы, особенно в июле и августе, соответствуют условиям комфортности, а май и сентябрь - условиям охлаждения.
Беларусь расположена в зоне с небольшим числом комфортных по погодным условиям дней для рекреации, в зоне, где аэротерапия ограничена во избежание простудных явлений. Встречаемость погод проанализирована Л. Н. Рожковым за 5-летний период на полевой и двух лесных площадках метеостанции.
II класс погод с теплоощущением "тепло" характеризуется встречаемостью 5,6 % в среднем за год (около 20 дней). Такие погоды отмечены в мае-сентябре при наибольшей встречаемости в августе. Характеризуются: температурой воздуха +23,6°С, относительной влажностью воздуха 53 % и ветром со скоростью до 1 м/с.
Ш класс погод с теплоощущением "комфортно" характеризуется встречаемостью 13.0 % за год (около 47 дней в году). Такие погоды наблюдаются в период с мая по сентябрь при наибольшей встречаемости в июле. Для них характерны: температура воздуха +20,5°С, относительная влажность воздуха 58 % и ветер 1,4 м/с.
IVкласс погод с теплоощущением "прохладно" характеризуется встречаемостью 11,1 % за год (около 40 дней в году). Наблюдаются довольно длительный период времени с марта но октябрь, но наибольшая их встречаемость отмечена в июле. В этом месяце они характеризуются температурой воздуха +20°С, относительной влажностью воздуха 64 % и скоростью ветра 3 м/с.
V класс погод с теплоощущением "холодно" характеризуется встречаемостью 16 % в среднем за год (около 58 дней в году). Наблюдаются в течение 11 месяцев (исключая январь) при наибольшей встречаемости в сентябре и в мае. В эти месяцы такие погоды характеризуются средними показателями: температурой воздуха +11 °С, относительной влажностью воздуха 71 %, скоростью ветра менее 1м/с.
VIкласс погод с теплоощущением "резко холодно" характеризуется наибольшей встречаемостью среди всех классов - 31,5 % в среднем за год (около 115 дней в году). Наблюдаются эти погоды в течение всего года, наибольшая встречаемость в октябре, ноябре и апреле. Характеризуются: температурой воздуха около +5-6°С, относительной влажностью воздуха около 75 %, скоростью ветра 2 м/с.
VII класс погод с теплоощущением "жарко и влажно" отмечен эпизодически в августе, наблюдается в среднем около 3 дней в году.
Погоды (II-VII классов) характеризуются положительными температурами воздуха. Они преобладают (встречаемость 77,3 % (около 283 дней в году).
VIII класс с оценкой суровости погод как "мягкие" характеризуется встречаемостью 8,9 % (около 33 дней в году). Такие погоды наблюдаются в течение 6 месяцев (с октября по март) при наибольшей встречаемости в феврале и декабре.
IX класс с оценкой погод "умеренно мягкие" характеризуется встречаемостью 10,7 % (около 39 дней в году). Эти погоды наблюдаются в течение 7 месяцев в году (с октября по апрель) при наибольшей встречаемости в январе. Характеризуются средними показателями: температурой воздуха -5,3°С, относительной влажностью воздуха 81 % и скоростью ветра выше 3 м/с.
X класс с оценкой погод "суровые" характеризуется встречаемостью 3,1 % (около 11 дней в году). Наблюдаются в течение четырех месяцев (с декабря по март) при наибольшей встречаемости в январе. В этом месяце погоды X класса характеризуются средними показателями: температурой воздуха -14,4 °С, относительной влажностью 77 %, ветром со средней скоростью около 4 м/с.
XI класс погод с оценкой "очень суровые" характеризуется эпизодической встречаемостью (0,1 %, или около 3 дней в году) в январе.
Выделение фотосинтетического кислорода. Воздух под пологом леса имеет более активный изотопный состав кислорода. Наиболее активен легкий изотоп O16. Для поддержания максимальной изотопной активности кислорода лес должен производить кислород постоянно и в максимально возможном количестве. Активной восстанавливающей способностью лес обладает преимущественно в вегетационный период – с 10 мая по 15 сентября. Этот период следует считать периодом интенсивной рекреации. Физиология зимнего отдыха в основном связана с интенсификацией дыхательного процесса в связи с увеличением физической нагрузки.
Если вообще не выбирать органическую массу из леса, то на ее окисление до исходных веществ Н2О, СО2 и элементов почвенного питания будет, согласно закону сохранения вещества и энергии, израсходован весь кислород. Выбирая всю биомассу и нарушая естественный биохимический процесс, мы получим сначала падение бонитета, а затем и снижение плодородия почвы.
Выделяются три метода заготовки фитомассы:
1-й – заготовка без учета последствий (вывозка всей биомассы, включая корни);
2-й – щадящая заготовка (вывозка только наземных частей дерева);
3-й – средозащитная заготовка (вывозка только окоренной стволовой массы, измельчение остальных элементов биомассы и разбрасывание щепы по площади).
В рекреационном лесу допустим средозащитный метод заготовки, тем самым сохраняется природная интенсивность биологического круговорота веществ в биогеоценозе. Периодический отток элементов почвенного питания не превышает 45 %.
Чем выше текущий прирост стволовой древесины, тем выше фактическое выделение насаждением кислорода в атмосферу.
4 Санитарно-гигиеническое значение лесов определяется высокой кислородопродуцирующей способностью, действием лесов в качестве мощного фильтра при осаждении твердых и поглощении газообразных примесей из воздуха, антимикробными, стерилизующими свойствами, ионизирующим воздействием на воздух и общим оздоровляющим эффектом. Наиболее значительной из этих функций является роль леса в регулировании баланса углерода и кислорода. Леса Беларуси ежегодно выделяют более 60 млн. т кислорода. Пользование древесиной в республике составляет около 60 % общего годичного прироста насаждений, на пополнение атмосферных запасов леса республики выделяют около 25 млн. т кислорода ежегодно. Потребление кислорода в г. Минске составляет не менее 15 млн. т ежегодно. В будущем роль лесов как поставщиков кислорода станет одной из первостепенных. Для расчетов кислородопроизводительности (Рожков Л. Н., 2000) были получены взаимосвязи, отражающие связь между количеством выделенного при образовании 1 м3 сырорастущего леса кислорода и возрастом и бонитетом насаждения для основных лесообразующих пород Беларуси.
Таблица – Выделение кислорода сосной за год, г О2 на 1 м3 леса
| Класс бонитет | |||||||||
| 1а | |||||||||
| I | |||||||||
| II |
Зная запас сырорастущего леса той или иной древесной породы (по лесхозу, республике и т.д.) и определив выделение кислорода в расчете на 1 куб. м запаса по бонитету и возрасту данной породы (по таблице, либо уравнениям), можно установить объем ежегодно выделяемого кислорода насаждениями этой древесной породы. Вычтя объем кислорода по размеру ежегодного пользования для данной породы, получим ее ежегодную "чистую" кислородопроизводительностъ. Учет кислородопроизводительных свойств лесов особенно нужен при лесоустроительном проектировании, при экономической оценке лесов, обосновании выбора главных пород в зеленых и курортно-рекреационных зонах и других расчетах.
Данные позволяют также определить размер ежегодного связывания лесами Беларуси избыточного диоксида углерода СО2 в объеме около 15 млн. т (Юшкевич Н. Т., Рожков Л. Н., 1998). Лесная экосистема компенсирует порядка 15 % выбросов парниковых газов по РБ. Это существенный вклад в реализацию мер по снижению воздействия на климат, согласно Рамочной конвенции ООН (1992).
Велика роль лесов в очистке воздуха от пыли. В течение года 1 га леса, например, отфильтровывает до 50 т пыли.
Леса задерживают до 50 % радиоактивной пыли (П. Дурко на V1 Мировом лесном конгрессе). 1 га лесных насаждений в год очищает 18 млн. м3 воздуха (Тарасенко В.П., 1998).
Ионизация атмосферного воздуха оказывает определенное воздействие как на общее самочувствие человека, так и на его нервную и сердечно-сосудистую системы, кроветворную функцию и обмен веществ. Основными источниками атмосферной ионизации являются: радиоактивные вещества в земной коре, воде и воздухе; космические лучи; фотоэлектрический эффект; образование ионов при разбрызгивании воды; при трении воздуха о песок, снег, при бурях; электрические разряды в атмосфере; разнообразные химические реакции и т. д.
В ландшафтах разреженных древостоев содержание легких ионов больше, чем в ландшафтах других типов. Особенности микроклимата в лесу оказывают немаловажное влияние на уровень естественной ионизации в насаждениях различного породного состава. Пониженное содержание легких ионов на вырубке связано с отсутствием леса, с одновременным остыванием почвы в приземном слое.
Увеличение одного показателя микроклимата – влажности воздуха – ведет к снижению естественной ионизации в лесу.
Таким образом, лес косвенно увеличивает содержание легких ионов во вдыхаемом человеком воздухе. Это происходит за счет "пузырьковой" конвекции и воздухопроницаемости лесных почв. Благодаря конвекции почвенный воздух может подниматься и рассеиваться.
Лес сохраняет легкие ионы от потери подвижности или прилипания к большим незаряженным частицам (таким, как пылинки, частицы дыма, капли влаги и даже бактерии). Если в промышленном районе количество пыли равно 1,52 г/м2, то в лесу – только 0,1. Содержание бактерий, которые могут снижать электропроводность воздуха, даже на вырубке, в 3-5 раз больше, чем в лесу [10].
Лесоводственная оптимизация (изменение породного состава, возрастной или пространственной структуры, мелиорации и т. п.) равно как и функционально-организационная оптимизация, повышая природную емкость рекреационного леса, одновременно сохраняет природный уровень ионизированности лесного воздуха.
5 Фитонцидность. Способность растений очищать среду своего произрастания с помощью специфических выделений, являющихся ядами для микроорганизмов, бактерий и грибов, называется фитонцидностью (Б. П. Токин, П. Й. Брынцев и В. Г. Нестеров). Фитонциды – образуемые высшими растениями летучие биологически активные вещества, убивающие или подавляющие рост и развитие микроорганизмов. Фитонциды содержатся в эфирных маслах, смолах, дубильных веществах и др. соединениях. Многие фитонциды образуются в растениях лишь при повреждении тканей, при этом их количество быстро возрастает для защиты открытых тканей. Хвойные деревья выделяют фитонциды в течение всего года, а лиственные, главным образом, летом. Наибольшее количество фитонцидов выделяется с мая по октябрь.
По степени фитонцидности породы подразделяются на:
1) очень сильно фитонцидные – пихта сибирская; дуб черешчатый, клен остролистный;
2) сильно фитонцидные – береза повислая, береза пушистая, сосна обыкновенная, ель, осина, лещина, черемуха, можжевельник обыкновенный;
3) средне фитонцидные – лиственница сибирская, ясень обыкновенный, липа мелколистная, ольха черная, кедр сибирский, рябина, желтая акация, сирень обыкновенная, жимолость татарская;
4) слабо фитонцидные – вяз, бересклет бородавчатый;
5) наименее фитонцидные – бузина красная, крушина слабительная.
Из кустарничков и травянистых растений высокими фитонцидными свойствами обладают (в порядке убывания) багульник, крапива двудомная, ландыш.
Растение очищает среду для себя. Человек получает воздух, очищенный от вредных для него микроорганизмов. Вырубки быстро "засоряются" бактериями (содержание бактерий превышает таковое в лесу в 3–5 раз).
Изучение направленности действия фитонцидов различных пород сможет оказывать влияние на выбор главной породы в лесах специализированных курортов.
По приблизительным данным, лиственные леса производят и выделяют за вегетационный период до 3 кг фитонцидов, а хвойные - от 5 до 30 кг. Приведенные данные свидетельствуют о том, что активная чистота лесного воздуха должна обеспечиваться не только подбором породного состава, но и физиологической активностью отдельных деревьев, их ростом и развитием.
Наличие во вдыхаемом воздухе биологически активных веществ. Продуцирование пыльцы цветущими растениями не всеми рекреантами воспринимается положительно. Аллергическая реакция на пыльцу растений называется сонной лихорадкой или полинозом, описывается как аллергический ринит или конъюнктивит. В США число болеющих аллергическим ринитом пыльцевого происхождения не менее 3 млн. человек, что приводит к потере заработной платы.
Пыльца деревьев хвойных пород не обладает аллергическим воздействием. Пыльца тимофеевки луговой является аллергеном.
Бактерицидными свойствами обладают эфирные масла и алкалоиды, состоящие в основном из углеводородов. Установлено, что хвойные растения выделяют в основном шесть монотерпенов. Самым разнообразным видовым набором выделяемых монотерпенов обладает дугласия.
При концентрации более 0,1 мг/м3 озон является токсикантом для организма человека, при концентрации же озона в хвойном лесу (около 150 мгк/м) у большинства людей появляется ощущение свежести вдыхаемого воздуха. Озон принимает участие в разрушении всевозможных токсичных продуктов.
В группе производных изопрена (терпеноидов) соединения стероидов (гликозиды), обладающие способностью влиять на деятельность сердца, воздействуют непосредственно на обмен веществ миокарда (сердечной мышцы), увеличивается ударный объем сердца и повышается полезный эффект нагнетательной деятельности.