На урбанизированных территориях

СОХРАНЕНИЕ ПОЧВЕННО-РАСТИТЕЛЬНОГО СЛОЯ

Почвенно-растительный слой в городах выполняет очень важные функции по сохранению среды жизни. Особая, совершенно исключительная ценность почвенно-растительного слоя заключается в том, что именно в нём происходит ряд важнейших процессов экологического цикла, связанных с круговоротом веществ, – переработка всех попадающих в почву биоотходов, именно в нём живут многочисленные животные, перерабатывающие эти отходы, в результате чего здесь зарождается ветвь регенерации естественных отходов. Через почву происходит обмен веществ, в ней укореняются растения. Увеличивая площадь этого слоя в городе, не занимая его при новом строительстве и освобождая от застройки при реконструкции, можно возвратить часть застроенной природной среды в естественное состояние.

В соответствии с постулатами экологии, градостроительное освоение территории должно быть «мягким», природосберегающим и природовосстанавливающим. К «мягкому» освоению относится строительство с сохранением почвенно-растительного слоя и естественного рельефа. Известные способы застройки позволяют сохранить почвенно-растительный слой только там, где нет зданий и инженерных сооружений. Отсутствие в городах почвенно-растительного слоя и замена его непроницаемым покрытием ведёт к гибели ландшафта, к его неспособности усваивать загрязнения, улучшать среду. Исключается важнейший этап экологического цикла – усвоение и регенерация естественных отходов.

Гладкие асфальтированные улицы и площади приемлемы для автомобилистов, части пешеходов, для дворников, но они исключительно негативны в целом для жителей, так как ландшафт перестаёт выполнять множество «здоровых» функций, возлагаемых на него в городе.

Таким образом,одно из важнейших направлений экологизации в строительстве – сохранение естественной поверхности земли вместе с почвенным слоем, растительностью и другими компонентами ландшафтов, и сохранение естественного сложившегося в течение миллионов лет рельефа.

Микроклимат существенно влияет на комфортность окружающей среды и на эксплуатационные расходы на проектируемой территории.

Основные факторы микроклимата:

1) радиационный режим территории (инсоляция, освещённость), которая обуславливается различной крутизной и экспозицией склонов на отдельных участках и характеризуется изменением фоновых радиационно-тепловых условий, связанных со строением рельефа местности;

2) ветровой режим и его особенности на отдельных участках территории, а также снегозаносимость, зависящие от характера рельефа, растительности, почвенных условий, наличия водоёмов;

3) учёт туманообразования, гололёда и т.д.

Таким образом, при принятии градостроительных решений разрабатывается комплексная микроклиматическая оценка территории на основе характеристик отдельных метеорологических факторов (солнечная радиация, температура и влажность воздуха, ветровой режим), годовая и сезонные розы ветров, режим снегоотложения, зоны преобладания ветра и снегозаносимость.

На этой основе исследуются возможности регулирования инсоляции территории и защиты от ветра средствами планировки застройки и озеленения.

Градостроительные средства для улучшения микроклимата должны содержать данные о возможности выбора вариантов внутри каждой группы средств для каждого объекта.

При планировке и застройке городских поселений следует учитывать климатические параметры в соответствии со СНиП 23-01 и предусматривать мероприятия по улучшению мезо- и микроклиматических условий поселений (защита от ветра, обеспечение проветривания территорий, оптимизация температурно-влажного режима путём озеленения и обводнения, рациональное использование солнечной радиации и др.).

В региональных градостроительных нормативах устанавливаются нормативные требования и параметры застройки с учётом местных природных условий, расчётных климатических параметров и определения опасных природных воздействий в соответствии с требованиями СНиП 22-01.

Все городские ландшафты могут быть улучшены с помощью фитомелиорации. Мелиорация (улучшение) антропогенных ландшафтов с целью повышения их устойчивости заключаются в следующем:

1) использование биотических средств – мелиорантов (фитомелиоранты – сообщества автотрофов – высших растений и водорослей, лишайников; зоомелиоранты – сообщества некоторых гетеротрофов – животных; протомелиоранты – главным образом редуценты);

2) использование абиотических (технических) средств;

3) комплексное использование биотических и абиотических средств.

В.А. Кучерявый называет фитомелиорацией оптимизацию природной городской (антропогенно преобразованной) среды путём использования естественных преобразовательных функций растительности. Так как деятельность зоо- и протомелиорантов протекает только в условиях фитоценоза, то нет необходимости выделять зоо- и протомелиорацию. Можно также использовать более общее понятие – биомелиорация.

Фитомелиорация является функцией четырёх уровней урбоэкосистемы: социальной, природной, технической и пространственно-временной, а также подсистем – энергетической и управленческой. Фитомелиорация напрямую связана с созданием устойчивых культурных ландшафтов.

В городах для создания и поддержания экологического каркаса необходима фитомелиорация. Фитомелиорация в городе выполняет несколько важнейших функций: мелиоративную, санирующую, рекреационную, инженерно-защитную, архитектурно-планировочную и эстетическую.

1. Мелиоративная функция. Фитоценоз находится в единстве со средой, факторы которой можно условно разделить на почвенно-грунтовые (эдатоп), климатические (климатоп), биотические; антропогенный фактор, который стал самым определяющим. Фитомелиорация, прежде всего, влияет на эдатоп, улучшая плодородие почв. Рост растительности (в первую очередь деревьев) зависит от объёма почвенной толщи, занимаемой корнями, от наличия почвенной влаги и питательных веществ в этой толще. Для ландшафтов с небольшими антропогенными воздействиями достаточны мероприятия природоохранного характера, чтобы восстановить функции почв и зелёные зоны.

2. Санирующие функции фитоценоза. Создание таких фитоценозов, которые обеспечивали бы улучшение санитарно-гигиенических условий жизни, в том числе отдыха жителей.

2.1. Структура. Санирующая функция во многом зависит от структуры фитоценозов, влияющих на движение радиальных или латеральных потоков: от листьев, ветвей, коры и (незначительно) от корневой системы. Большую роль в задержании загрязнений, в скорости и интенсивности потоков (радиационных, световых, тепловых, ветровых, осадков и пр.), в пропускании солнечной радиации и осадков играют листья, их размер, форма, структура, фактура поверхности листовой пластинки, наличие воскового налёта, крепление и пр. Например, шершавые листья вяза задерживают почти в шесть раз больше пыли, чем гладкие листья тополя. Плотность облиствения всегда больше у деревьев и кустарников, обладающих крупными и жёстко прикреплёнными листьями, что сильно влияет на продвижение латеральных потоков. Ветви (горизонтальные, вертикальные, свисающие и заострённые) и форма крон (регулярные лиственные – колоннообразные, пирамидальные, шарообразные, плакучие; регулярные хвойные – колонновидные и конические; иррегулярные лиственные – каскадно-плакучие и сферические; иррегулярные хвойные – зонтичные и сферические) влияют на потоки. Так, ускорению продвижения загрязнённых осадков способствуют вертикальное обветвление, колоннообразные, конические и пирамидальные формы кроны. Латеральные потоки хуже проникают в кроны с вертикальным расположением ветвей, что даёт преимущество в создании ветроупорных стен и изгородей из хвойных пород. Кроны делят по их густоте (горизонтальной проекции на плоскость) на просвечивающиеся, полупросвечивающиеся и непрозрачные, а по текстуре – на утончённые, среднеутончённые и грубые. Горизонтальная проекция кроны позволяет судить о проникновении сквозь неё радиальных потоков, тогда как вертикальная (фронтальная) проекция – о силе и мощности проникновения латеральных потоков. Структура коры (гладкая – бук, шершавая – липа, ромбовидная – дуб и чешуйчатая – сосна) влияет на продвижение осадков по стволу и на латеральные воздушные потоки. Корневая система (стержневые корни, горизонтальные корни, вертикальные ответвления от горизонтальных корней) сдерживают потоки, перехватывают поступившие в почву осадки с загрязнениями. Их эффективность зависит от размещения корней. Именно усложнение структуры фитоценоза (видовое разнообразие, густота, биоразнообразие) усложняет движение биогеопотоков, что усиливает фитомелиоративное действие.

2.2. Улучшение воздуха (обогащение кислородом и пр.). Эта функция фитоценозов заключается, прежде всего, в продуцировании кислорода в городе, где его потребление постоянно растёт. 1 га городских зелёных насаждений поглощает в течение часа тот объём углекислого газа (8 кг), который выделяют 200 человек. Исходя из этого, на одного жителя города необходимо 50 кв. м зелёных насаждений (что соответствует рекомендациям ВОЗ) и 300 кв. м – за городом. Выделение кислорода зелёными насаждениями существенно зависит от их вида, структуры и возраста, времени суток и года.

2.3. Улучшение теплового режима. Одна из задач фитомелиорации – достижение термического комфорта в приземном слое воздуха. На тепловой комфорт человека влияет не только температура воздуха (комфортная температура 16…22 ºС), но и влажность и скорость ветра (табл. 5).

Таблица 5 – Комбинации положительных воздействий

на тепловые ощущения человека

Влажность воздуха, %
Температура, ºС	17,2
Скорость ветра, м/сек		0,5	0,25

Скорость ветра в комфортных условиях не должна превышать 3,5 м/сек, а относительная влажность – 40-60 %. Солнечная радиация в условиях города может быть полностью или частично заслонена зеленью. По степени защиты от проникновения солнечной радиации городское озеленение делится на перфоративное (перголы), однослойное (крона одного дерева), двухслойное (две кроны), многослойное (несколько слоёв крон и кустарника). Зелёные насаждения могут регулировать нагрев почвы, они абсорбируют дневное тепло и отдают его в более холодные ночные часы.

Учитывая различную пропускающую и поглощающую способность различных пород деревьев и кустарников, можно подобрать нужный и комфортный тепловой режим. Например, многие деревья имеют высокое альбедо в инфракрасной области (дуб, каштан, клён – 50 %, осина – 61 %), что позволяет отражать значительную часть этой энергии. Поглощение солнечной радиации варьирует в пределах от 78,5 % у черёмухи до 29 % у осины. Также различна прозрачность – от 1 % у боярышника до 10 % у каштана и яблони. Суммарная солнечная радиация под кроной отдельных деревьев почти в 9 раз ниже, чем на открытом месте; пятиметровая полоса озеленения вдоль тротуаров снижает тепловое облучение жителей в 2,5 раза.

2.4. Увлажнение воздуха. Освежающее действие на воздух одного растущего в хороших условиях здорового дерева равноценно работе 10 комнатных кондиционеров. Рост влажности воздуха связан с испарением влаги растительным покровом, что воспринимается человеком как понижение температуры. Высокая влажность при высокой температуре и неподвижном воздухе очень опасна для здоровья. Поэтому при разработке проекта фитомелиорации важно чередование деревьев и открытых пространств, что способствует формированию бризов, комфортных климатических условий. Важно учитывать также структуру древостоев, их состав и возраст, что оказывает большое влияние на влажность воздуха и на уровень грунтовых вод, в свою очередь влияющий на увлажнение воздуха. Существенную положительную роль в увлажнении воздуха могут играть вертикальное озеленение стен и горизонтальное озеленение кровель (кровли-газоны).

2.5. Оптимизация движения воздуха. Фитомелиорация существенно влияет на движение воздуха в городе, на латеральные потоки ветра, что, в свою очередь, влияет на степень испарения и транспирацию. Относительное безветрие наблюдается на расстоянии, превышающем высоту деревьев в 10 раз. Полоса деревьев высотой 10 м, расположенных в 5 рядов, ослабляет скорость ветра вдвое, и это влияние распространяется на 60 м. Таким образом могут быть снижены затраты на отопление зданий; зелёные насаждения снижают максимальную температуру воздуха и почвы. Необходимо чередование высоких насаждений и газонов с травой, способствующее образованию бриза.

2.6. Формирование световых потоков. Фитомелиорация существенно влияет на ослабление солнечной энергии, проникающей к земле, на освещённость и спектральный состав. Часть солнечной энергии отражается поверхностью крон деревьев, часть поглощается кронами, подлеском и травянистым покровом.

2.7. Повышение эффекта фильтрации. Значительна роль городских фитоценозов в снижении воздействий пыли и газов на человека. Деревья, кустарники и травы улавливают пыль, когда запылённый воздух проходит через естественный лабиринт кроны и листвы. Летом до 50 % пыли задерживаются растениями на поверхности листьев, веток и ствола (зимой – до 37 %), после чего пыль смывается осадками на почву или в ливневую канализацию. Трава задерживает в 10 раз меньше пыли, чем дерево, но в 3-6 раз больше, чем голая земля. Однако загрязнение пылью почвы подавляет её биологическую активность, угнетает почвенную флору и фауну, изменяет физические и химические свойства, снижает естественный обмен, доступность ряда элементов растениям. В итоге растения угнетаются, болеют и гибнут. В городских насаждениях необходимо использовать более устойчивые виды растений.

2.8. Газозащитные свойства. Растения отфильтровывают воздух от вредных примесей газов и дымов. При подборе ассортимента растений следует учитывать их газо- и дымоустойчивость, особенно вдоль автомагистралей с интенсивным движением. По чувствительности к токсичным газам на первом месте стоит сосна, затем – ель обыкновенная, лиственница.

Деревья в городских посадках имеют существенно различающуюся продолжительность жизни (табл. 6).

Таблица 6 – Продолжительность жизни деревьев, лет

Порода	Лес	Парк	Бульвар
Липа мелколистная	300-400	125-150	50-80
Ясень обыкновенный	250-400	60-80	40-50
Вяз обыкновенный	350-400	130-220	40-50

2.9. Ионизация воздуха. Зелёные насаждения ионизируют воздух и улучшают его гигиенические качества: в 3 раза увеличивается количество лёгких отрицательно заряженных ионов. В 1 куб. м городского воздуха содержится 86 положительных и 66 отрицательных лёгких ионов, а в сельской местности – соответственно, 345 и 283; тяжёлых ионов в городском воздухе – 16 700, в озеленённом пригороде – 1 600. Повышенное содержание тяжёлых ионов вызывает усталость, ухудшает процесс дыхания, видимость. Лёгкие отрицательные ионы благотворно действуют на человека, способствуя улучшению сердечнососудистой деятельности. Свойство ионизации воздуха зависит как от вида растительности, так и от погоды, климата, загрязнения воздуха. Количество лёгких ионов особенно велико под кронами дуба красного, клёна белого, сосны, акации белой, ели, рябины, сирени, тополя и др. Некоторые растения снижают концентрацию лёгких ионов – орех грецкий, дуб болотный и др. Смешанные хвойно-лиственные посадки наиболее благоприятны с точки зрения полезной ионизации воздуха.

2.10. Фитонцидные свойства. В городском воздухе из-за повышенной плотности населения в воздухе обнаруживается значительно больше болезнетворных бактерий, чем в воздухе сельской местности. Это связано, в том числе, и с количеством растений. Степень фитонцидности зависит от многих факторов: противобактериальной активности растений, количества выделяемых активных веществ, вегетационного состояния растений, инсоляции, температуры и движения воздуха и пр. Например, в сосново-лиственном лесу с преобладанием сосны бактериальная загрязнённость в 2 раза меньше, чем в лиственном. За сутки 1 га можжевельника может выделить до 30 кг фитонцидов, что теоретически достаточно для уничтожения микроорганизмов в воздухе большого города. Фитонциды наиболее активно выделяются в период распускания почек и цветения. Выделение фитонцидов усиливается летом, в солнечную погоду. Некоторые фитонциды дезинфицируют дыхательные пути, снижают кровяное давление, ускоряют создание антител, снимают усталость, повышают активность. В то же время известны отдельные растения, чьи летучие вещества являются питательной средой для микроорганизмов и стимулируют их рост (например, бархат амурский, берёза японская и др.).

2.11. Шумозащитные свойства. В абсорбции звуковых волн участвуют практически все элементы текстуры фитоценоза – ветви, веточки, листья, ствол, плоды, кора, трава, опавшие листья. Снижение силы шума зависит от плотности кроны, густоты листвы, ориентации насаждений по отношению к источнику шума, ширины растительности, породы деревьев и кустарников, наличия вертикального и горизонтального озеленения и пр. Газон снижает шум на 5-6 дБ, 30-метровая полоса редко посаженных деревьев вдоль транспортной магистрали – на 8-11 дБ, плотная кустарниково-древесная полоса шириной 40 м – на 17-23 дБ, а полоса 200-250 м – на 35-45 дБ. Вертикальное озеленение стен зданий существенно увеличивает звукопоглощение (в 6-8 раз). Таков же эффект озеленения шумозащитных экранов, выполненных из бетона и стали, и установленных вдоль дорог в городах. Лучшие шумозащитные свойства имеют клён, тополь, вяз, липа. Целесообразны посадки растений с густой и жёсткой листвой, с густыми ветвями.

3. Влияние на мезо- и микроклимат города. Озеленённые и обводнённые территории города с большими объёмами и поверхностями парков, садов, скверов, водоёмов, существенно изменяют тепловой и влажностный баланс. Хорошо развитые зелёные насаждения снижают разницу между температурами города и окрестностей. Они способствуют появлению постоянных воздушных течений, созданию благоприятных микроклиматических условий (росту влажности, снижению запылённости, охлаждению горячего летнего воздуха и пр.).

4. Предупреждение эрозии почв. Городские зелёные насаждения благоприятно влияют на предупреждение водной и ветровой эрозии, связанной с изменением городской поверхности (асфальтирование, регулирование стока и пр.). Эрозия почв предотвращается хорошо развитой волокнистой поверхностной корневой системой, густой и низко опущенной опушкой, хорошо развитыми кронами, в том числе листьями, ветвями. Вместе с тем загрязнение среды и почвы могут привести к гибели поверхностной корневой системы и к усиленной эрозии. Необходим правильный подбор конструкции ценоза: начальная разбрызгивающая эрозия предотвращается плотным верхним ярусом, а сбегающая эрозия – кустарником, травянистым покровом, поверхностной корневой системой, которые хуже развиваются при плотном верхнем ярусе.

5. Эстетическая функция.

5.1. Гуманизация отношения к природе города и к растительности. В период экологизации деятельности человека и перехода к устойчивому развитию состояние природы города является критерием экологизации общественного сознания. У горожан должен возникнуть так называемый «культ зелени», то есть зелёные насаждения должны стать одной из первоочередных потребностей горожан. Правильно понимаемый культ природы в городе – это высшая форма участия всех жителей в создании среды жизни и в её сохранении.

5.2. Эстетическая оценка и познавательная функция фитоценоза города. Существенную роль играют таксационно-фитоценотические и эмоциональные характеристики. Среди первых – бонитет, влажность почвы, характер рельефа, ярусность, густота подроста и подлеска, видовой состав, возраст, захламлённость участка, признаки эрозии, заболеваний, загрязнений. Среди вторых – структурно-возрастные показатели (смешение пород, рост, ярусность, наличие подроста и травы и пр.), пространственные (глубина, перспектива, расчленённость древостоя), колорит, фактура деревьев, освещённость, чувство неожиданности при осмотре. Наибольшие эстетические оценки имеют сложные биогруппы, с деревьями и кустарниками, с высокодекоративной листвой, цветами и плодами, а также хвойные, сохраняющие свою декоративность независимо от времени года. Ботанические и другие сады в городе, заповедники, заказники, памятники садово-парковой культуры, насаждения учебных заведений, парки, экологические тропы и т.п. обогащают видовое разнообразие и одновременно служат познанию природы. В проектах экологических кварталов и эко-сити постоянно встречаются плодоносящие и другие сады и парки, служащие экологическому воспитанию.

5.3. Фитодизайн. Фитомелиорации позволяет существенно гуманизировать вегетативный облик современного города путём введения привычных для человека и приятных природных силуэтов, форм, масштабов, цветов. Приёмы фитодизайна многочисленны. Озеленение может служить объединению разрозненной застройки (функция объединения); закрывать неприятные девастированные пейзажи или, напротив, открывать привлекательные виды (визуальное регулирование). Группа деревьев может акцентировать внимание на каком-либо элементе городского ландшафта (функция усиления). Деревья с оригинальными кронами, плодами, запахами могут дополнительно привлечь внимание к однообразному ландшафту (функция привлечения). Рядом с прямоугольными силуэтами современных зданий целесообразна посадка растений с мягкими силуэтами крон (функция смягчения). Есть и другие приёмы фитодизайна (отвлечение, отчётливость, напоминание и пр.), комплексное применение которых позволяет существенно улучшить зрительное восприятие города.

5.4. Воздействие на ощущения. Специальный подбор растений позволяет существенно влиять на основные ощущения – зрение, слух, обоняние, осязание. Растения благотворно влияют на зрение, как цветом, так и формой. Широкая цветовая гамма, её смена в течение года, разнообразие форм листьев, цветов, ветвей, стволов, коры, сочетание всех этих факторов позволяют существенно смягчать неблагоприятное влияние негативных серых искусственных поверхностей городских сооружений. Особенно эффективно зрительное воздействие растительности при виде из окна, чтобы человек постоянно видел деревья, а не поверхность стен соседних домов. Поэтому высота зданий должна соответствовать высоте деревьев. Приятные запахи растительности, особенно в период цветения (с подбором растений, период цветения которых сдвинут во времени, чтобы в течение весны и лета постоянно цвели какие-либо растения), положительно воздействуют на человека и маскируют неприятные запахи. Так же положительны и естественные звуки (шум ветра в кроне деревьев, пение птиц, живущих вблизи домов, окружённых деревьями). Осязание растений также благоприятно для человека, особенно для детей.

6. Рекреационная функция. Особенно сильно растения повышают потенциал ближней рекреационной зоны, располагающейся вблизи мест проживания, работы. Наиболее эффективны здесь санирующая и эстетическая функции растений.

7. Инженерно-защитная функция. Городская фитомелиорация может играть важнейшую инженерно-защитную роль, противодействуя ряду негативных латеральных потоков: снеговых, пылевых, дымовых, водных, водно-почвенных. Растения могут играть фито-дренажную роль на переувлажнённых почвах.

8. Архитектурно-планировочная функция. Растения – существенная часть ландшафтной архитектуры города.

9. Интродуценты в городской экосистеме. Введение в городское озеленение растений, произрастающих в различных ботанико-географических зонах Земли, часто определяется их толерантностью к климатическим условиям.

Таким образом, фитомелиорация играет огромную роль в создании достойных условий для жизни горожан на урбанизированных территориях.