Экологическая эффективность городских зеленых насаждений в условиях степной зоны юга России, в первую очередь, проявляется в формировании комфортного микроклимата. Ростовская область относится к территориям с раздражающими дискомфортными условиям, не пригодными для проживания без специальных систем жизнеобеспечения [3]. В создании комфортных условий большую роль имеют лесопарки, парки, сады и скверы. Древесные массивы обеспечивают защиту от шума, снижение загазованности воздушного бассейна, оптимизацию ветрового режима, защиту от пыли, мелиорируют микроклимат.
Проблема создания комфортного микроклимата в городах рассматривается во многих работах [1, 2, 6, 7, 12, 13, 15], при этом особое внимание уделяется территориям с жарким климатом [4, 9, 10, 14]. Вместе с тем, не всегда в них приводится оригинальный фактический материал, который бы позволял судить о степени и достоверности (доказанной методами статистики) влияния древесных насаждений на микроклимат. Исследования роли зеленых насаждений на формирование микроклимата являются так же весьма актуальными для Ростова-на-Дону [5, 8].
Целью работы была оценка эффективности парковых насаждений Ботанического сада ЮФУ в формировании микроклимата.
В задачи исследования входило:
-
Провести сравнительное изучение величины параметров микроклимата в парке и на открытом участке в суточной динамике;
-
Определить границы влияния парковых насаждений на микроклимат;
-
Оценить эффективность влияния на микроклимат различающихся участков парка.
Материал и методика
В качестве объекта исследования был использован различные по видовой структуре, рельефу и расположению участки парка Ботанический сад ЮФУ.
В рамках исследования проводилось измерение температуры и влажности воздуха прибором UNI-T UT333, на высоте 1,3 м от поверхности почвы, а также температуры поверхности дорожно-тропиночной сети прибором UNI-T UT320D. Измерения проводились на пешеходных аллеях и тропах. Для исключения искажений датчики приборов учета защищались от прямых солнечных лучей.
Сравнительное изучение суточной динамики микроклимата проводилась по точкам, представленным на рис. 1. Точки № 1, 2, 3 – расположены на открытом пространстве, точки № 4, 5, 6 – на участке парка левого берега реки Темерник. Измерения проводились 16 июня 2018 года с 7 до 19 часов (время наиболее активной рекреации) с интервалом в два часа.
Для определения наличия статистически достоверной разности величины параметров микроклимата в парке и на открытом пространстве были проведены рендомизированные измерения на левобережном участке парка, где их количество (выборка) составило 36 и партере Ботанического сада с объемом выборки 20. Измерения проводились 21 июня 2018 года в 13 часов. Сравнение генеральных средних проводилось с помощью критерия Стьюдента [11].
Рис. 1 – Точки замеров суточной динамики микроклимата
Определение влияния парка на прилегающие открытые пространства осуществлялась путем измерения параметров микроклимата через каждые 20 метров по основным аллеям участка парка с пересечением его границ и дальнейшим продвижением на открытом пространстве.
Для установления связи величины параметров микроклимата со специфическими особенностями озелененных зон парк Ботанического сада ЮФУ был разбит на восемь участков, отличающихся видовым составом, рельефом, экспозицией и степенью влагообеспеченности (рис. 2).
Рис. 2 – Деление парковой зоны Ботанического сада на участки
Участок №1. Склон восточной экспозиции. Сухой. Первый ярус: Quercus robur (Д) и Fraxinus excelsior (Я) – 5Д5Я.
Участок № 2. Склон северо-восточной экспозиции. Сухой. Насаждения созданы на месте бывших каменоломен. Первый ярус: Celtis occidentalis (К), Fraxinus excelsior, Pinus pallasiana (С), Quercus robur – 4Я3С1К1Д.
Участок № 3. Склон северо-восточной экспозиции. Сухой. Первый ярус: еденично Robinia pseudoacacia (Р), Quercus robur, Fraxinus excelsior, Acer platanoides (Кл), еденично Pyrus communis (Гр) – 4Д4Я2КледГредР.
Участок № 4. Участок поймы р. Темерник. Умеренное увлажнение, наблюдается выход грунтовых вод. Первый ярус: Quercus robur, Fraxinus excelsior – 5Д5Я.
Участок № 5. Склон северо-восточной экспозиции. Сухой. Первый ярус: Tillia caucasica (Лп), Fraxinus excelsior, Quercus robur, Fraxinus americana (Яам), Robinia pseudoacacia, Celtis occidentalis, единично Acer negundo (Кяс), парцела Aésculus hippocástanum (Кк), Carpinus betulus (Г) –3Д3Я2К1Р1ЛпедКяседКкедГедЯам.
Участок № 6. Склон северо-восточной экспозиции. Сухой. Первый ярус: Acer platanoides, Fraxinus excelsior, еденично Celtis occidentalis, Pinus sylvestris, еденично Fraxinus americana, еденично Quercus robur, Robinia pseudoacacia, Gleditsia triacanthos (Гл) – 3Кл3Я3С1РедЯамедДедГледК.
Участок № 7. Левобережная пойма р. Темерник. Влажный c близким залеганием грунтовых вод. Первый ярус: Quercus robur, Fraxinus excelsior – 5Д5Я.
Участок № 8. Партер Ботанического сада, практически лишенный древесной растительности, и, располагающийся к востоку от административного здания. Этот участок служил в эксперименте в качестве контроля.
Измерение параметров проводилось 26 июня 2018 года с 13 до 14 часов. Полученные результаты обрабатывались с применением однофакторного дисперсионного анализа.
Результаты исследования и их обсуждение
Изучение суточной динамики температуры воздуха и поверхности дорожно-тропиночной сети показало, что в парковой зоне они ниже, чем на открытом пространстве (рис. 3). При этом максимальная разница температур наблюдалась в 13 часов и для воздуха составляла 4,9 °С, для поверхностей – 17,2 °С. Затем разница снижалась и оказалась минимальной в 19 часов. Влажность воздуха в парковой зоне была выше, чем на открытом пространстве. Абсолютная разница во влажности воздуха между зонами в ходе наблюдения практически не менялась. Таким образом, можно говорить о том, что наибольшее мелиоративное влияние на микроклимат насаждения оказывают с 7 до 13 часов.
Рис. 3 – Динамика изменения температуры воздуха (а) и поверхности почвы (б), влажности воздуха (в) на открытых (1) и озелененных (2) пространствах
Для подтверждения наличия статистически достоверного эффекта от парковых территорий были проведены расчеты основных статистик на основании выборок значений параметров микроклимата на открытом пространстве (ОП) и парковой зоне (ПЗ). Результаты представлены в таблице 1.
Таблица 1 – Средние значения параметров микроклимата паркового и открытого участка
|
Статистики |
Параметры |
|||||
|
t воздуха, °С |
t поверхности, °С |
Влажность μ, % |
||||
|
ОП |
ПЗ |
ОП |
ПЗ |
ОП |
ПЗ |
|
|
x? |
35,6±0,25 |
31,9±0,30 |
45,1±1,4 |
31,0±0,82 |
31,8±0,41 |
41,2±0,86 |
|
σ2 |
1,2 |
3,1 |
36,7 |
23,3 |
3,2 |
26,1 |
|
cv, % |
3,08 |
5,52 |
13,43 |
15,57 |
5,63 |
12,40 |
При сравнении пар ОП и ПЗ фактический критерий Стьюдента составил соответственно 8,6, 9,6, 7,9 при числе степеней свободы 54, что указывает на наличие достоверной разности между величинами измеряемых параметров на открытом пространстве и в парковой зоне при доверительной вероятности 99,9 %. Касательно температур – это связано, в первую очередь, с механическим препятствованием проникновению части солнечного излучения кронами деревьев первого и второго яруса. Что дополнительно подтверждается наличием высокого перепада температур поверхностей между зонами. Повышенную влажность воздуха можно объяснить этим же, слабой продуваемостью парка, а также активным испарением влаги растениями.
Влияние парка на величину температуры воздуха и поверхности дорожно-тропиночной сети, а так же влажности воздуха обнаруживается на расстоянии не более 40 метров от его границы, затем значения параметров сравниваются с фоновыми показателями (рис 4.).
Рис. 4 – Динамика температуры воздуха, поверхности и влажности воздуха при переходе из открытого пространства в озелененную зону. Интервал между точками измерения 20 м
Средние значения величин параметров микроклимата на различных участках парка представлены в таблице 2. Для сравнения групповых средних применен метод множественных сравнений Шеффе. Минимальная принятая в исследовании доверительная вероятность 95 %. Результаты представлены в таблице 3.
Таблица 2 – Средние значения температуры воздуха, поверхности и влажность воздуха на различных участках парка Ботанического сада ЮФУ
|
Участок |
t воздуха, °С |
t поверх, °С |
μ, % |
|
1 |
34,4±0,1 |
27,8±0,4 |
33,1±0,6 |
|
2 |
34,7±0,2 |
29,1±0,3 |
32,9±1 |
|
3 |
35,3±0,1 |
27,5±1 |
29,7±1,1 |
|
4 |
35,9±0,1 |
30,4±0,5 |
28,6±0,4 |
|
5 |
35,2±0,1 |
28,2±1,2 |
29,7±0,9 |
|
6 |
35,4±0,1 |
29,5±1 |
32,9±0,5 |
|
7 |
36,5±0,3 |
30,5±0,2 |
27,4±0,9 |
|
8 |
39,5±0,4 |
45,5±1,9 |
23,7±0,5 |
Таблица 3 – Результаты сравнения групповых средних в статистическом комплексе из восьми градаций (указаны доверительные вероятности (%) для разностей сравниваемых пар)
|
Температура
|
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
|
1 |
|
– |
– |
99 |
– |
– |
99,9 |
99,9 |
|
|
2 |
– |
|
– |
– |
– |
– |
99,9 |
99,9 |
|
|
3 |
– |
– |
|
– |
– |
– |
– |
99,9 |
|
|
4 |
99 |
– |
– |
|
– |
– |
– |
99,9 |
|
|
5 |
– |
– |
– |
– |
|
– |
95 |
99,9 |
|
|
6 |
– |
– |
– |
– |
– |
|
– |
99,9 |
|
|
7 |
99,9 |
99,9 |
– |
– |
95 |
– |
|
99,9 |
|
|
8 |
99,9 |
99,9 |
99,9 |
99,9 |
99,9 |
99,9 |
99,9 |
|
|
|
Температура поверхности, °С |
1 |
|
– |
– |
– |
– |
– |
– |
99,9 |
|
2 |
– |
|
– |
– |
– |
– |
– |
99,9 |
|
|
3 |
– |
– |
|
– |
– |
– |
– |
99,9 |
|
|
4 |
– |
– |
– |
|
– |
– |
– |
99,9 |
|
|
5 |
– |
– |
– |
– |
|
– |
– |
99,9 |
|
|
6 |
– |
– |
– |
– |
– |
|
– |
99,9 |
|
|
7 |
– |
– |
– |
– |
– |
– |
|
99,9 |
|
|
8 |
99,9 |
99,9 |
99,9 |
99,9 |
99,9 |
99,9 |
99,9 |
|
|
|
Влажность
|
1 |
|
– |
– |
95 |
– |
– |
99 |
99,9 |
|
2 |
– |
|
– |
– |
– |
– |
99 |
99,9 |
|
|
3 |
– |
– |
|
– |
– |
– |
– |
99 |
|
|
4 |
95 |
– |
– |
|
– |
– |
– |
95 |
|
|
5 |
– |
– |
– |
– |
|
– |
– |
99 |
|
|
6 |
– |
– |
– |
– |
– |
|
99 |
99,9 |
|
|
7 |
99 |
99 |
– |
– |
– |
99 |
|
– |
|
|
8 |
99,9 |
99,9 |
99 |
95 |
99 |
99,9 |
– |
|
Величина температуры воздуха, поверхности дорожно-тропиночной сети и влажности воздуха на открытом участке (градация 8) достоверно при Р = 99,9 % отличается от таковых на всех семи, выделенных участках парка. При этом разница величин этих параметров между отдельными участками парка (градации 1-7) оказалась в большинстве случаев не достоверной при Р = 95 %. Исключение составили пары участков 1 и 7 и 2 и 7, разность температуры и влажности воздуха у которых оказалась достоверной, при заданных уровнях значимости. Это вероятно связано с особенностями рельефа (плакор и пойма). Таким образом, на имеющемся фактическом материале не удалось доказать наличие связи между степенью влияния насаждения на параметры микроклимата и особенностями самого насаждения. Вероятно, что эффект действия парковых насаждений мало зависит от их видового состава, рельефа местности и расположения и в первую очередь связан с проективным покрытием или плотностью древостоя.
Заключение
Таким образом, насаждения парка эффективно влияют на параметры микроклимата, изменяя их в сторону более комфортных. Наибольший эффект изменения температуры воздуха и поверхностей дорожно-тропиночной сети наблюдается в полдень, затем происходит его снижение. Абсолютная разница влажности воздуха между парковым и открытым пространствами в течении светлого времени суток (период рекреационной нагрузки) не изменяется. Влияние парка на климат прилегающих территорий минимально.
Исследование выполнено при поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации (6.6222.2017/8.9).
Список литературы
-
Аксянова Т. Ю., Ступакова О. М. Аналитический обзор влияния пространственной структуры зеленых насаждений на их ветро- и шумозащитные свойства // Вестник КрасГАУ, № 5, 2013. С. 119-122.
-
Алексеенко Е. В. Экологическая устойчивость культурных ландшафтов промышленного города (на примере парков г. Омска) : дис. ... канд. биол. наук: 03.00.16. Омск, 2006. 173 с.
-
Андреев С. С., Андреева Е. С. Биоклиматическая характеристика Ростовской области по индексу патогенности метеорологической ситуации //Известия высших учебных заведений. Северо-Кавказский регион. Естественные науки. Приложение. 2003. №. 9. С. 67-76.
-
Березин Д. И. Снижение перегрева на придомовой территории путем рационального размещения зеленых насаждений // Вестник ЮУрГУ. Серия: Строительство и архитектура, Т. 13, № 2, 2013. С. 16-21.
-
Беспалов В. И., Котлярова Е. В. Анализ дендрологических особенностей формирования функциональных территориальных зон г. Ростова-на-Дону // Инженерный вестник Дона, 2015. № 4. URL: ivdon.ru/uploads/article/pdf/IVD_66_Bespalov.pdf_83a8046754.pdf
-
Городков А. В. Ландшафтно-средозащитное озеленение и его влияние на экологическое состояние крупных городов Центральной России : дис. ... доктор сель.-хоз. наук: 03.00.16. СПб, Брянск, 2000. 443 с.
-
Камышева А. С., Милешко Л. П. Роль зеленых насаждений в обеспечении экологической безопасности городов // Технологии техносферной безопасности. Вып № 2, 2017. С. 285-288.
-
Козловский Б. Л., Куропятников М. В., Федоринова О. И. Приоритетные задачи зеленого строительства в Ростове-на-Дону // Инженерный вестник Дона, 2013, № 1. URL: ivdon.ru/magazine/archive/n1y2013/1552.
-
Косицына Э. С., Рубанова Е. Ю. К вопросу о роли и влиянии озеленения на формирование микроклимата городов степной и полупустынной зон // Вестник ВолгГАСУ. Серия: Строительство и архитектура. Вып. 27, 2012. С. 170-173.
-
Куролап С. А., Катцшнер Л., Катцшнер А., Бюрхардт Р., Добрынина И. В., Владимиров Д. Р. Экологическая оценка микроклимата и загрязнения воздушного бассейна индустриально-развитых городов Германии и России // Вестник ВГУ. Серия география, геоэкология. №2, 2011. С. 7-16.
-
Лакин Г. Ф. Биометрия. М.: Высшая школа, 1990. 352 с.
-
Мягков М. С. Пример моделирования микроклиматических условий для г. Волгограда // Вестник ВолгГАСУ. Серия: Строительство и архитектура. Вып 32. 2013. С. 220-228.
-
Мягков М. С., Губернский Ю. Д., Конова Л. И., Лицневич В. К. Город, архитектура, человек и климат. М.: Архитектура, 2007. 344 c.
-
Agnihotri A. K., Ohri A., Mishra S. Impact of Green Spaces on the Urban Microclimate through Landsat 8 and TIRS Data, in Varanasi, India // International Journal of Environment an Sustainability. 2018. Vol. 7, № 2. pp. 72-80.
-
Rui L., Buccolieri R., Gao Z., Ding W., Shen J. The Impact of Green Space Layouts on Microclimate and Air Quality in Residential Districts of Nanjing, China // Forests 2018. Vol. 9, iss. 4. 224, doi.org/10.3390/19040224.
Spisok literatury
-
Aksyanova T. YU., Stupakova O. M. Аnaliticheskij obzor vliyaniya prostranstvennoj struktury zelenykh nasazhdenij na ikh vetro- i shumozashhitnye svojstva // Vestnik KrasGАU, № 5, 2013. S. 119-122.
-
Alekseenko E. V. EHkologicheskaya ustojchivost' kul'turnykh landshaftov promyshlennogo goroda (na primere parkov g. Omska) : dis. ... kand. biol. nauk: 03.00.16. Omsk, 2006. 173 s.
-
Andreev S. S., Andreeva E. S. Bioklimaticheskaya kharakteristika Rostovskoj oblasti po indeksu patogennosti meteorologicheskoj situatsii // Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedenij. Severo-Kavkazskij region. Estestvennye nauki. Prilozhenie. 2003. №. 9. S. 67-76.
-
Berezin D. I. Snizhenie peregreva na pridomovoj territorii putem ratsional'nogo razmeshheniya zelenykh nasazhdenij // Vestnik YUUrGU. Seriya: Stroitel'stvo i arkhitektura, T. 13, № 2, 2013. S. 16-21.
-
Bespalov V. I., Kotlyarova E. V. Аnaliz dendrologicheskikh osobennostej formirovaniya funktsional'nykh territorial'nykh zon g. Rostova-na-Donu // In?enernyj vestnik Dona (Rus), 2015. № 4. URL: ivdon.ru/uploads/article/pdf/IVD_66_Bespalov.pdf_83a8046754.pdf
-
Gorodkov A. V. Landshaftno-sredozashhitnoe ozelenenie i ego vliyanie na ehkologicheskoe sostoyanie krupnykh gorodov TSentral'noj Rossii : dis. ... doktor sel'.-khoz. nauk: 03.00.16. SPb, Bryansk, 2000. 443 s.
-
Kamysheva A. S., Mileshko L. P. Rol' zelenykh nasazhdenij v obespechenii ehkologicheskoj bezopasnosti gorodov // Tekhnologii tekhnosfernoj bezopasnosti. Vyp № 2, 2017. S. 285-288.
-
Kozlovskij B. L., Kuropyatnikov M. V., Fedorinova O. I. Prioritetnye zadachi zelenogo stroitel'stva v Rostove-na-Donu // In?enernyj vestnik Dona (Rus), 2013, № 1. URL: ivdon.ru/magazine/archive/n1y2013/1552.
-
Kositsyna EH. S., Rubanova E. YU. K voprosu o roli i vliyanii ozeleneniya na formirovanie mikroklimata gorodov stepnoj i polupustynnoj zon // Vestnik VolgGАSU. Seriya: Stroitel'stvo i arkhitektura. Vyp. 27, 2012. S. 170-173.
-
Kurolap S. A., Kattsshner L., Kattsshner A., Byurkhardt R., Dobrynina I. V., Vladimirov D. R. EHkologicheskaya otsenka mikroklimata i zagryazneniya vozdushnogo bassejna industrial'no-razvitykh gorodov Germanii i Rossii // Vestnik VGU. Seriya geografiya, geoehkologiya. №2, 2011. S. 7-16.
-
Lakin G. F. Biometriya M.: Vysshaya shkola, 1990. 352 s.
-
Myagkov M. S. Primer modelirovaniya mikroklimaticheskikh uslovij dlya g. Volgograda // Vestnik VolgGАSU. Seriya: Stroitel'stvo i arkhitektura. Vyp 32. 2013. S. 220-228.
-
Myagkov M. S., Gubernskij Ju. D., Konova L. I., Licnevich V. K. Gorod, arhitektura, chelovek i klimat. M.: Arhitektura, 2007. 344 s.
-
Agnihotri A. K., Ohri A., Mishra S. Impact of Green Spaces on the Urban Microclimate through Landsat 8 and TIRS Data, in Varanasi, India // International Journal of Environment an Sustainability. 2018. Vol. 7, № 2. pp. 72-80.
-
Rui L., Buccolieri R., Gao Z., Ding W., Shen J. The Impact of Green Space Layouts on Microclimate and Air Quality in Residential Districts of Nanjing, China // Forests 2018. Vol. 9, Iss. 4. 224, doi.org/10.3390/19040224.