ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО

ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ

УНИВЕРСИТЕТ (СИБСТРИН)

Кафедра ГГХ

Роль зеленых насаждений в формировании

благоприятных параметров городской среды

Силютина Д.А.

Одной из основных особенностей городской среды является то, что их природная составляющая подвергается значительному антропогенному влиянию, потому что именно в городах сконцентрирована большая часть промышленных предприятий, энергетических мощностей и автотранспорта. Рост города сопровождается сокращением количества чистого воздуха, воды, зеленого пространства и тишины. Жизнедеятельность города вызывает процессы и явления, происходящие в воздухе, на земле и под землей, где нагромождение коммуникаций, трубопроводов, инженерных сооружений влияют на растительный и почвенный покров, подземную гидросферу, геологическое строение (Г.Т. 1).

Лекция 2

Г.Т. 1. Антропогенные факторы, воздействующие на природную составляющую городских ландшафтов

3

Природные экосистемы способны противостоять неблагоприятным воздействиям: они обладают способностью восстанавливать как свою функциональную структуру, так и оказывать положительное влияние на окружающую их среду (Г.Т. 2, рис. 2). Природная составляющая городских ландшафтов является основой создания благоприятной жизненной среды и обеспечения экологического равновесия, как одного из условий достижения устойчивого развития.

Лекция 2

Г.Т. 2. Разнообразие царства растений и их влияние на окружающую среду

Природная составляющая (зеленые насаждения (Г.Т. 2, рис. 1) и другие элементы зеленого строительства) городских ландшафтов выполняет целый ряд функций, обеспечивающих поддержание экологического равновесия:

1. Регулирование теплового режима. На городской территории температура воздуха не дает полного представления о существующем тепловом режиме. Наиболее высокие температуры возду­ха характерны для центральных частей города с плотной застройкой, обширными асфальтовыми поверхностями улиц, пло­щадей. Чем больше город, тем значитель­ней разница температур воздуха среди затройки и в крупных массивах зеленых насаждений.

Большая роль в условиях застройки отводится ин­саляционному и радиационному режимам. Суммарная солнечная радиация состо­ит из: прямой солнечной радиации (инсо­ляции); рассеянной, поступающей от всего небосвода; коротковолновой радиации, от­раженной поверхностями, и длинноволно­вого (теплового) излучения нагретых есте­ственных и искусственных поверхностей. Если покрытия аллей, дорог, площа­док, инженерные и архитектурные соору­жения, малые архитектурные формы и другие объекты подвергаются прямому солнечному облучению и нагреваются, то после захода солнца они еще длительное время излучают тепло, которое сущест­венно влияет на микроклимат и вызыва­ет перегрев окружающей среды и повы­шение температуры воздуха. Излучение нагретого до 65 °С искусственного по­крытия составляет 0,48 кал/см², что рав­но почти половине интенсивности сол­нечной радиации. Очень большое значение имеет теплоотдача дорожных покрытий. Летом температура воздуха среди городской застройки значительно выше, чем среди растительности.

Зеленые насаждения способны существенно влиять на микроклимат, понижая температуру и увеличивая скорость движения воздуха, что в условиях лета благоприятно действует на организм человека и создает комфортность теплоощущения. Растения, прежде всего, воздействуют на радиационный режим, снижая интенсивность прямой солнечной радиации.

Интенсивность излученной и отраженной поверхностью радиации и радиус отрицательного воздействия определяется количеством поступающей солнечной радиации и «альбедо» этой поверхности. Коэффициент «альбедо» (отноше отраженного потока к падающему) характеризует отражательную способность верхности. Чем сильнее поверхность отражает радиационную энергию, тем меньше она нагревается и тем больше ее альбедо.

Различные виды растений обладают способностью по-разному отражать, поглощать и пропускать солнечные лучи в зависимости от физиологического строения листьев, структуры, размеров кроны и т.д. (табл. 1).

Таблица 1.

Характеристика прохождения световой энергии сквозь кроны деревьев

Деревья	Коэффициент прозрачности кроны	Поглощение, %	Альбедо, %
Береза бородавчатая	6,5	55,5	38
Боярышник сибирский	1	62	37
Дуб летний	8,5	41,2	50,5
Каштан конский	10	38,5	51,5
Клен остролистый	6	44	50
Липа крымская	5	72	23
Ольха черная	5	58	37
Осина	9,5	29	61,5
Орех маньчжурский	1	71	28
Сирень венгерская	5	63	32
Тополь бальзамический	5,5	55	39,5
Черемуха обыкновенная	2	78,5	19,5

Лучший эффект по снижению температуры дают деревья с крупными листьями (каштан, дуб, липа крупнолистная, клен остролистный, тополь сребристый, платан и др.). Альбедо в зависимости от плотности, расположения листьев и формы кроны изменяется у деревьев и кустарников в пределах 8-46 %. Деревья с наибольшим альбедо дают наилучшую защиту от тепловой энергии, и их применение имеет большое практическое значение. Следует учитывать, что альбедо всей кроны дерева на 12-15 % меньше альбедо отдельно взятых листьев. Чем мельче лист, тем меньше тепловой энергии отражает крона растения. Альбедо хвойных пород значительно ниже лиственных. Необходимо иметь в виду, что солнечному нагреву подвергаются листья в основном верхней части кроны.

Листья на дереве располагаются в виде листовой мозаики, не затеняя друг друга. Если листья создают сплошную поверхность, то отражение по сравнению с рыхлым расположением листьев увели­чивается. Просветы в кроне поглощают значительную часть поступающей энер­гии. Листва деревьев и кустарников про­пускает солнечную радиацию за счет про­зрачности кроны. Коэффициент прозрач­ности кроны определяется как отношение интенсивности прямой солнечной радиа­ции под кроной к потоку прямой радиа­ции, падающей на открытое место (по ис­следованиям Е.С. Лахно). На территории зеленых насаждений радиационный режим, а вследствие этого и температура воздуха, меняются в зави­симости от ассортимента деревьев, их воз­раста, плотности смыкания крон, ярусности.

Охлаждающее действие зеленых насаждений в значительной степени объясняется расходом большого количества тепла на испарение и повышение относительной влажности воздуха. Листья имеют температуру значительно ниже температуры окружающего воздуха.

Так же на формирование теплового режима влияют размеры озеленяемой территории. Небольшие участки зеленых насажде­ний и редкая посадка способны снизить температуру воздуха не только внутри мас­сива, но и, незначительно, на прилегающей территории. Существенное влияние зеле­ные насаждения в городе оказывают при размерах их территории свыше 6 га. Эффект влияния озеленения на тепло­вой режим можно значительно увеличить, сочетая зеленые массивы и водоемы.

Величина воздействия зеленых насаждений на тепловой режим городских территорий определяется: образованием оптимальной системы городских зеленых насаждений, включающей разнообразные территории (по размерам, функциональному назначению, струк­туре, видовому составу растений, ланд­шафтным приемам организации (табл. 2) и т.д.); клинообразным вводом вглубь застройки достаточно крупных зеленых массивов, имеющих связь с пригород зелеными зонами; плотностью размещения деревьев и кустарников, обеспечивающей затенение не менее 50 % занятой ими территории.

Таблица 2.

Микроклиматическая эффективность зеленых насаждений в условиях

перегрева городских ландшафтов (по данным ЦНИИП градостроительства)

Элементы озеленения	Снижение температуры воздуха, ˚С	Снижение температуры поверхности, ˚С	Снижение интенсивности прямой солнечной радиации, %	Снижение скорости ветра, %	Повышение относительной влажности воздуха, %
Массив зеленых насаждений полнотой 0,8-1	3,5-5,5	20-25	95-100	50-75	10-20
Группа деревьев	1-1,5	12-20	94-96	20-40	4-6
Рядовая посадка деревьев	1-1,5	12-19	95	30-50	4-7
Газон, цветник	0,5	6-12	–	–	1-4
Пергола, увитая растениями	1-1,5	–	20-30	80	–

2. Регулирование влажности воздуха. Микроклиматические условия считаются благоприятными для человека при относительной влажности воздуха 30-70 %. Растительность, обладая большой ис­паряющей способностью, оказывает заметное влияние на влажность и темпера­туру воздуха, вызывая положительные теплоощущения человека. Повышение относительной влажности воздуха почти всегда (за исключением дней с очень высокими температурами) воспринимается человеком как некоторое снижение температуры. Так, повышение влажности на 15% как бы понижает температуру воздуха на 3,5 °С.

Повышенная влажность воздуха внутри зеленых насаждений, по сравне­нию с открытыми территориями, отличается равномерностью, не имеет резких колебаний, что вызвано тем, что испаряющая поверхность зеленых насаждений (деревьев, кустарников, трав) в 20 раз и более превышает занятую этими растениями площадь. Зеленые насаждения как бы регулируют влажность: в период сухости растения усиливают испарение, при высокой влажности водяные пары кон­денсируются на листьях – более про­хладных поверхностях.

Следует отметить, что относительная влажность в городе, как правило, ниже, чем в естественных природных условиях, что является следствием радикальных измене­ний свойств подстилающей поверхности (крыши, мостовые способствуют быстрому удалению с территории города осадков).

Приемы размещения зеленых насаж­дений и их сочетания с открытыми прост­ранствами в значительной степени опре­деляют относительную влажность возду­ха. Наилучшие результаты в создании комфортной обстановки достигаются при чередовании деревьев и кустарников, рас­полагаемых компактными массивами, с полянами, имеющими плотный травяной покров (табл. 2). В этом случае существующий пе­репад радиационных температур между открытыми участками и затененными территориями достигает 30 °С, а влаж­ность 20 %, что способствует перемещени­ям воздуха.

Один гектар насаждений в течение вегетационного сезона испаряет до 3000 т влаги, за этот же период 1 м² газона испа­ряет 500-700 л воды. Ежедневно взрос­лая липа испаряет 0,2 т влаги, хорошо развитый бук – до 0,6 т влаги, а 1 га сто­летних дубов – около 26 т. Ежегодно зе­леные насаждения испаряют 20-30 % ат­мосферных осадков, выпавших на занятую ими территорию. Сравнивая влияние рас­тений и воды на повышение влажности воздуха, можно с уверенностью сказать, что 1 га полноценных растений значительно лучше (почти в 10 раз) увлажняет, осв­ежает воздух по сравнению с водоемом такой же площади.

Умело применяя влаголюбивые расте­ния и используя их качества на террито­рии с повышенной относительной влажно­стью (выше 70 %), последнюю можно зна­чительно снизить.

3. Регулирование подвижности воздуха. Движение воздуха является важней­шим фактором, определяющим микрокли­мат участков городских ландшафтов, осо­бенно в летний период, когда оно оказы­вает существенное влияние на теплоощущения человека в условиях перегрева ок­ружающей среды. Наиболее благоприят­ным для человека является ветровой ре­жим от 0,5 до 3 м/с, при котором легко колышутся ветки, и шелестит листва. Зе­леные насаждения способствуют образо­ванию постоянных воздушных потоков, способных перемешивать и освежать воз­дух даже в условиях полного штиля.

Используя древесно-кустарниковые растения, можно улучшить проветривание всей городской территории или отдельных ее частей, защитить городскую застройку от неблагоприятных ветров (табл. 2), регулировать движение воздуха, ослаблять и увеличи­вать скорость его перемещения, менять направление потока.

В условиях жаркого климата приобре­тают значение размеры листьев в кроне деревьев и кустарников. Чем меньше лист, тем больше тепловой энергии способна поглотить крона. Биологические процес­сы, происходящие в растениях, вызывают значительное охлаждение воздуха, кото­рый опускается вниз и вытесняет нижний слой более теплого воздуха. Вертикаль­ный воздухообмен особенно важен в без­ветренные летние дни. Его возникнове­нию способствуют разрывы между крона­ми (продухи). Загущенные посадки пре­пятствуют циркуляции воздуха. Вследст­вие разницы (до 10-12 °С) температуры воздуха между озелененной и открытой или застроенной территорией происходит горизонтальное перемещение воздушных масс от зеленых массивов к окружению. При этом теплый воздух поднимается вверх, уступая место более холодному.

При расположении зеленых массивов на более высоких отметках по отношению к застройке, интенсивность образования ветра значительно возрастает, а скорость движения воздуха доходит до 1 м/с. Так же воздушные течения (бризы) возникают при наличии крупного массива зеленых насаждений, как правило, на окраине города и при разнице температуры не менее 5 °С, а разности давления не менее 0,7 мм рт. ст. При увеличении скорости ветра температура воздуха остается постоянной, но возрастает его циркуляция. В жаркий летний день движение воздуха особенно ощутимо после захода солнца, когда прогретые поверхности излучают тепловую энергию. В такой день движение воздуха в городе направлено от массива зеленых насаждений к застройке, а ночью, как правило, воздух движется в обратную сторону, к более устойчивому в тепловом отношении зеленому массиву.

В прохладные дни воздушные потоки не образуются. Применяя различные конструкции зеленых насаждений и используя разнообразные приемы их размещения, можно влиять на потоки воздуха, изменять их направление движения и скорость.

4. Регулирования процесса газообмена. Наиболее важной для жизнедеятельности человека частью воздуха является кислород, имеющий биологическое происхожде­ние и появившийся в атмосфере благода­ря растениям. Жизнь на земле возникла и развивалась при участии обычного мо­лекулярного кислорода О₂, озона О₃ и ато­марного кислорода О. В листьях растений из уг­лекислого газа, поступающего из возду­ха, и воды, получаемой из почвы, за счет энергии солнечных лучей образуются уг­леводы (сахар) и в атмосферу выделя­ется свободный кислород. Процесс этот был назван ассимиляцией углерода, или фотосинтезом, от греческих слов «фотос» – свет и «синезис» – образование сложных химических соединений из простых.

В течение только од­ного года солнечная энергия, запасенная растениями за счет фотосинтеза, достаточ­на для обеспечения энергией 100000 боль­ших городов в течение 100 лет. Сжигая каменный уголь, нефть, торф, горючие сланцы, мы используем не что иное, как продукты фотосинтеза. Клетки животных, человека получают необходимую жизнен­ную энергию за счет пищи, которая пред­ставляет собой также законсервирован­ную энергию солнечных лучей.

Дыхание человека позволяет насы­тить его организм кислородом и удалить углекислый газ – углекислоту СО₂. Каж­дый год растения извлекают из атмосфер­ного воздуха 16*10¹⁰ углекислоты, а вы­деляют около 5*10¹¹ т свободного кисло­рода. Состав атмосферы относительно по­стоянен. Содержание кислорода в возду­хе около 21 % (по объему), концентрация СО₂ в разных районах Земли тоже, прак­тически, одинакова за счет турбулентного перемешивания атмосферы и составляет 0,03 %. Кроме того, в составе атмосферно­го воздуха содержатся 78,09% азота и 0,93% аргона.

Взрослый здоровый лес на площади 1 га поглощает 220-280 кг углекислого газа, выделяет в атмосферу 180-220 кг кислорода. В среднем 1 га зеленых насаж­дений поглощает за 1 ч около 8 л угле­кислоты (столько выделяют за это время 200 человек). На выделение кислорода влияет количество листвы дерева и ее состояние. Дерево средней величины может обеспечить дыхание трех человек.

Показатели газообмена в течение ве­гетационного периода у разных деревьев неодинаковы. Если эффективность газо­обмена у ели обыкновенной принять за 1, то у лиственницы она будет 1,18, у сосны обыкновенной — 1,64, у липы крупноли­стной – 2,54, у дуба чешуйчатого – 4,5, у тополя берлинского – 6,91. Зная ин­тенсивность фотосинтеза, а следователь­но, эффективность газообмена и количе­ство выделяемого у разных видов расте­ний кислорода, следует подбирать опти­мальные сочетания и количество деревь­ев и кустарников, необходимых для озе­ленения городских территорий.

Всякое загрязнение вызывает у приро­ды защитную реакцию, направленную на его нейтрализацию. Но при все прогрессирующем росте загрязнений становится очевидным, что природные системы самоочищения и, прежде всего, растения рано или поздно не смогут выдержать этот на­тиск, что приведет к нарушению газового баланса атмосферы и, прежде всего, к со­кращению количества кислорода – источника жизни всего живого.

5. Удаление из атмосферы вредных газов. Загрязнение атмосферы – одна из самых распространенных и наиболее сложных форм воздействия городов на окружающую среду. К основным источникам, загрязняющим атмосферу, относятся промышленные предприятия, топливно-энергетические предприятия и транспорт (Г.Т. 3, рис. 1). От загрязненного воздуха страдает человек и все, что его окружает: растительность, животный мир, архитектурные памятники, металл, строительные материалы, ткани и т.д.

Лекция 2

Г.Т. 3. Средоулучшающие функции зеленых насаждений (очищение воздуха от пыли и газов)

В настоящее время в воздухе крупных городов содержаться такие газы, как метан СН₄, окись углерода СО, сер­нистый газ SО₂, закись азота N₂О, озон О₃, двуокись азота NО₂, родон Rr, окись азота NO, водяной пар и др. Их содержание в раз­ных точках земного шара неодинаково и непостоянно. Возникновение новых, еще более па­губных последствий связано с появлени­ем на ТЭЦ и промышленных предприяти­ях труб большой высоты (300-400 м), позволивших снизить загрязнение приземного слоя атмосферы вокруг предприятия, но не уменьшающих количество выбросов, а только рассеивающих их на огромных территориях. Увеличившееся рассеивание элемен­тов повлекло за собой возрастание в окружающей среде концентрации тяжелых металлов. Наибольшую опасность, как для природы, так и для человека представляют ртуть, свинец, кадмий, мышьяк, ванадий, олово, цинк, сурьма, медь, молибден, кобальт, никель. Свинец в атмосферу попа­дает в основном из выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания. Тяжелые металлы, попадая с воздухом, водой, растительной и животной пищей непосредственно в организм человека, на­капливаются в печени, почках, оказывают неблагоприятные воздействия на ткани костей.

Исследования ученых показывают, растения способны выполнять важную санитарно-гигиеническую роль, поглощая токсические газы, накапливая вредные вещества в покровных, а затем и внутренних тканях. Часть токсических веществ оттекает из листа и локализуется в побегах, растущих листьях, плодах, клубнях, луковицах, корнях. Количество фторидов, хлоридов, окислов серы, аккумулирующихся во всех органах растений, в сум­ме составляет не более 20 % их содержа­ния в листьях. Древесная растительность может вы­полнять эти функции только при условии, что концентрация аэрозолей, особенно в жидкой или газовой фазах, не достигает пределов, губительно действующих на их живые клетки.

Загрязнение окружающей среды тяжелыми металлами приводит к накапливанию металлов в растениях (при этом их зольность увеличивается в 1,5-2 раза). Некоторые растения могут ограничивать поступление, регулировать аккумуляцию металлов на уровне организма, отдельных его органов, тканей клеток и регулировать передвижение из корней в листья. Определенная избирательная способность корневого поглощения позволяет растению избегать избыточной аккумуляции металлов.

Устойчивые виды древесных растений, как правило, накапливают больше металлов в корнях, чем в надземной части. У травянистых растений в некоторых случаях защитная реакция к избыточному содержанию металлов проявляется в увеличении соотношения между системой и надземной частью, а при оптимизации питания оно снова выравнивается.

Таким образом, применение пород растений и кустарников, устойчивых к воздействию тяжелых металлов, канцерогенов, бензопиренов, углекислого газа, окислов серы и других газов, при озеленение городских ландшафтов, позволяет значительно снизить концентрацию этих веществ в атмосфере и предотвратить их попадание в организм человека.

6. Очищение воздуха от пыли. Зеленые насаждения задерживают пыль и уменьшают запыленность воздуха (Г.Т. 3, рис. 2). Эффективность пылезащитных свойств растений у разных пород неодинакова и зависит от строения дерева, его ветроза­щитной способности (табл. 3). Лучше всего задер­живают пыль деревья с шершавыми, мор­щинистыми, складчатыми, покрытыми во­лосками или липкими листьями. Шершавые листья (вяза и лиы) и листья, по­крытые тончайшими ворсинками (сирени, черемухи, бузины), лучше удерживают пыль, чем гладкие (клена, ясеня, бирючины). Листья с войлочным опушением по пылезадержанию мало отличаются от листьев с морщинистой поверхностью, но они плохо очищаются дождем. Клейкие листья в начале вегетации имеют высо­кие пылезадерживающие свойства, но за­тем их утрачивают. У хвойных пород на единицу веса хвои оседает в 1,5 раза больше пыли, чем на единицу веса листь­ев, а пылезащитные свойства сохраняют­ся круглый год.

Таблица 3.