Зачем Москве Химкинский лес и другие городские леса?

Print PDF

 

По долгу службы я хожу в МАДИ на Луканинские чтения, где одна из секций посвящена экологии автотранспортного комплекса, то есть попыткам охранить окружающую среду и здоровье людей от той радости, что выбрасывают а/т средства из выхлопной трубы, при истирании шин с дорогой и т.п. Существенно, однако, что помимо выбросов они берут кислород, и в такой степени, что в жаркие дни июля в пробках на Ленинградском шоссе, под Таганской площадью и в других таких же местах содержание O₂ падает с нормальных 21% до 18-19%.

Впервые это обнаружил Ю.В.Трофименко на Ленинградском шоссе 16 июля 1998 году (рисунок 1, из Луканин, Трофименко, 2001: 250).

Такие колебания концентраций СО₂ и О₂ в воздухе раньше отмечались в автомобильных тоннелях и в замкнутых помещениях (теплицах), а в открытом пространстве зафиксированы впервые.

И, поскольку всякий город, а тем более мегаполис, больше потребляет кислорода, чем производит (см. суточный метаболизм города-миллионера), он решил подсчитать

а) каково соотношение продуцируемого и потребляемого кислорода в Москве при нынешнем соотношении зелёных насаждений, дорог и жилой застройки, и нынешней интенсивности движения а/т?

б) поскольку Москва неконтролируемо растёт, и без планирования этого процесса жилые кварталы вполне себе дойдут до Звенигорода и прочих населённых пунктов в радиусе ЦКАД, насколько при таком расширении упадёт содержание кислорода в воздухе, при условии сохранения  нынешнего соотношения зданий и зелени?

Впрочем, я бы сказал, что это очень оптимистичное предположение, поскольку точечная застройка, которой граждане в целом не в состоянии противостоять, это соотношение всё время меняет не в нашу пользу, также как и лужковское «благоустройство» в городских / пригородных лесах и на травянистых территориях. И можно прогнозировать, что со сменой фамилии градоначальника тут мало что поменяется, поскольку эту политику диктует не фамилия, а профит.

Дальше рассказываю по своему конспекту доклада Ю.В.Трофименко и МАДИшному учебнику «Промышленно-транспортная экология», написанному им совместно с В.Н.Луканиным. Он оценивал репродуктивную способность территории по кислороду, т.е. баланс между потреблением O₂ автомобильными двигателями и выделением растительностью. Техника расчётов такая:

1. Суммарная масса кислородопотребления не должна превышать массы его биологического производства растительными сообществами на рассматриваемой территории, или T_з (0₂) ≤ U₀.

2. Природоёмкость территории по воспроизводству кислорода, в т/год,  определяется  выражением    

Здесь С_i – ежегодное производство органического вещества i-м растительным сообществом, т/га (принимается равным для смешанного леса 10-15, пашни 5-6, пастбища 4-5, зеленых зон населенных мест 0,8-1) (Акимова, Хаскин, 1998); S_т – площадь территории, га; К₁ – коэффициент перехода от органического вещества к кислороду. Значения прироста органического вещества (зеленой массы растений) и коэффициента  перехода от органического вещества к кислороду для территории г. Москвы и Московской области приняты соответственно 1,0; 3,0 и 3,0; 5,0.

3. Репродуктивная способность урбанизированной территории по кислороду рассчитывается из условия, что 1 т биомассы дает 3 т кислорода в год. Процесс фиксации СО₂ и выделения кислорода древостоями зависит от их продуктивности: чем лучше растут леса, тем больше они выделяют кислорода и тем быстрее поглощают углекислый газ.

К примеру, гектар самого лучшего древостоя поглощает ежегодно 4,6 – 6,5 т углекислого газа и выделяет при этом 3,5—5,0 т кислорода. Средневзвешенные оценки здесь будут такие:  потребление углекислого газа 2,9-4,1 т, выделение кислорода 2,2-3,2 т. Есть и изменения способности усваивать углекислый газ в зависимости от возраста лесонасаждений: гектар сосняков в 20 лет поглощает 9 т/год углекислого газа,  в 60 – 13 т/год, а самыми производительными будут средневозрастные леса (Новиков, 1998).

4. Теперь считаем потребление кислорода – населением + сгорание его в двигателях а/м и других объектов (раздел 4.1.1. «Промышленно-транспортной экологии»). Формула для расчётов

Здесь N_л – численность населения, проживающего на урбанизированной территории, чел.; Q_авт – численность автомобильного парка, авт.; Q_ост – численность объектов промышленности, энергетики и др., потребляющих кислород воздуха в процессах горения или окисления; q_л, q_авт, q_ост – удельное потребление кислорода воздуха соответственно людьми, автомобилями и остальными объектами, т/((чел., авт., объект).год).

Оценка потребления кислорода населением производится исходя из численности населения и удельной величины потребления кислорода человеком – 25,2 г/ч (при массе тела человека 70 кг).

Масса кислорода, требуемая для полного сгорания 1 кг топлива (k_O2) вычисляется по формуле (кг/кг топлива):

где m_в = 28,96 и m_О2 = 6,7 – относительные массы воздуха и кислорода; l₀ – стехиометрический коэффициент, показывающий количество воздуха, теоретически необходимое для полного окисления 1 кг топлива. Для бензина l₀ = 14,79, для дизельного топлива l₀ = 14,48. Таким образом, k_О2дт= 3,42 для дизтоплива и k_О2б= 3,35 — бензина.

Удельная масса О₂, потребляемого автомобильным транспортом на единице участка дороги, определяется по  формуле (кг/ч*км):

(Б)

где N — интенсивность транспортного потока, авт/час; q_ср.б q_ср.дт – удельный расход бензина и дизельного топлива транспортными средствами в потоке, л/100км. Может быть определен по методике изложенной в (Луканин, Трофименко, 1996);  _б и _дт – плотности бензина и дизельного топлива, кг/л.

5. Далее, рисунки 2а-е показывает зависимости удельной массы кислорода, потребляемого транспортным потоком на разных магистралях Москвы и области, от категории дороги и интенсивности автомобиле-потока.

Рисунок 2. Зависимости потребления кислорода и выбросов СО₂ транспортным потоком интенсивностью: а – Москва, 10000 авт/ч, б-е — область: б – 1908 авт/ч на автодорогах I категории; в – 1100 авт/ч на автодорогах II категории; г – 900 авт/ч на автодорогах III категории; д – 750 авт/ч на автодорогах IV категории; е – 550 авт/ч на автодорогах V категории.

6. Удельная масса О₂, потребляемого водителями и пассажирами – участниками движения (в кг/(км*ч)), рассчитывается по формуле (В):

где  — потребление О₂ одним человеком, г/ч; N – интенсивность транспортного потока, авт./ч; p – среднее количество пассажиров (включая водителя) в одном автомобиле, принимается р = 3; V_a – средняя скорость транспортного потока, км/ч. Отсюда, рисунок 3 показывает общее потребление кислорода/выделение углекислого газа всеми участниками движения с интенсивностью 10000 автомобилей/час.
Рисунок 3

Отсюда следует, что «для «уравновешивания» потребления кислорода только пассажирами транспортного потока с интенсивностью 10000 автомобилей/ч требуются лесные полосы по обе стороны от дороги шириной около 100 м. С учетом потребления кислорода самими автотранспортными средствам ширина посадок должна достигать от 1000 до 7000 м, что в реальных условиях города невозможно обеспечить.

На рисунке 4 даны результаты оценки изменения потребления кислорода и выброса СО₂ в зависимости от интенсивности транспортного потока при условии, что скорость транспортного потока линейно изменялась от 60 км/ч при интенсивности 1000 авт./ч до 20 км/ч при интенсивности 20000 авт./ч.

Рисунок 4. Зависимость потребления кислорода воздуха и выбросов СО₂ транспортным потоком от интенсивности движения при составе потока: а – 95/0/5 для Москвы; б – 70/20/10 для Московской области на территориальных дорогах; в – 50/40/10 для Московской области на федеральных дорогах.

В заключение Ю.В.Трофименко даёт оценки природоёмкости и экологической техноёмкости по  кислороду территорий для 10 административных округов г. Москвы, города в целом и Московской области, рассчитанные с использованием приведенных выше зависимостей.       См. таблицу (в ней данные на 1999 год, сейчас ситуация только усугубилась в связи с ростом автопарка, резким учащением пробок и истреблением зелёных насаждений в связи с точечной застройкой и другими процессами).
По ним получается — доля населения в потреблении кислорода достигает 17%. Причем только население, не говоря уже об автомашинах, потребляет кислорода в 23 раза (вариации по отдельным округам 8,5-53) больше, чем его производят зеленые насаждения на территории города. Это ведет к усилению деградации экосистем, вплоть до полного их разрушения» (раздел 6.3.2 «Промышленно-транспортная экология»).

Для Москвы и области в целом баланс потребления и выделения кислорода будет таким, как показывает рис.5 с балансом кислорода по Московскому региону (автотранспорта + население), млн. т/год.

Рисунок 5

Как пишут далее Трофименко с Луканиным:

«Для поддержания баланса потребления и регенерации кислорода на территории г. Москвы необходимо многократно увеличить площадь зеленых насаждений. Однако имеется ряд проблем, прежде всего, территориальных, социально-экономических и др., решить которые в обозримой перспективе вряд ли удастся.

При рассмотрении баланса производства и потребления кислорода на территории Московского региона ситуация изменяется. Наличие «зеленого пояса» вокруг г. Москвы приводит к тому, что в пределах региона зеленые насаждения производят в 1,6 раза больше кислорода, чем его потребляет население и автомобили. Если в рассмотрение ввести потребление кислорода воздуха другими видами транспорта, жилищно-коммунальным хозяйством, энергетикой, то указанного запаса по кислороду нет фактически уже сейчас, т.е. ситуация нестабильная и находится на гране равновесия.

Учитывая тенденцию роста численности автомобильного парка в Московском регионе к 2020 году в 1,8 раза по сравнению с 2002 годом (прогнозные оценки МАДИ, 2003), «расползания» г. Москвы по сопредельной территории и неизбежное при этом уничтожение растительности следует помнить о наличии предела техногенного (прежде всего дорожно-транспортного) освоения, когда уже на территории площадью 47000 км² будет нарушен баланс воспроизводства и потребления кислорода. Эта «дыра дисбаланса» достигнет границ Московской области по нашим оценкам уже в этом десятилетии».

И сегодня, в 2010 году, после летнего смога, справедливость этих оценок мы чувствуем на собственной шкуре. Отсюда очевидна жизненная необходимость моратория на вырубку и застройку любых городских и пригородных лесов в черте бывшего лесопаркового защитного пояса (ЛПЗП). В советское время, с 1935 г. он имел статус особо охраняемой природной территории в целях, как тогда говорили «охраны здоровья трудящихся москвичей», но с 2000 года усилиями «Единой России» соответствующий статус был отменён – вместе с прежним лесным кодексом, и другими экологическими бедствиями. Надо добиться его восстановления, если москвичи не хотят задохнуться; правда добиться этого будет трудней, чем остановить дорогу через Химкинский лес, уж больно земля под Москвой золотая…

Источники

Акимова Т.А., Хаскин В.В. Экология. М.: Юнити. 1998. с. 377.

Луканин В.Н., Трофименко Ю.В. Снижение экологических нагрузок на окружающую среду при работе автомобильного транспорта // Итоги науки и техники. Автомобильный транспорт. Том 19. М.: ВИНИТИ, 1996. 340 с.

Луканин В.Н., Трофименко Ю.В. Промышленно-транспортная экология. Учебник для вузов. М.: Высшая школа, 2001. 276 с.

Новиков Ю.В. Экология, окружающая среда и человек. М., 1998. 242 с.

P.S. К полезной работе по выработке кислорода ещё плюсуется куда как более полезное улавливание загрязнений, которое оценивается вполне себе кругленькой суммой

=============================
По оценкам, приведённым в работе Смирнова, Кожевникова, Гаврилова[1], один гектар хвойных лесов задерживает за год 40 тонн пыли, 400 кг сернистого ангидрида, 100 кг хлоридов, 20-25 кг фторидов; соответственно дубовых лесов – 54 тонны, буковых – 68 тонн. Текущие затраты на очистку воздуха от пыли согласно статистической отчётности по форме 4-ОС составляют 382 руб./тонн[2].

Отсюда услуги лесов по улавливанию пыли могут быть оценены:

— для хвойных лесов в 40 тонн х 382 руб. = 15280 руб. за га;

— для дубовых – 54 тонн х 382 руб. = 20 628 руб. за га;

— для буковых – 68 тонн х 382 руб. = 25976 руб. за га.

Поскольку в Московской области преобладают хвойные и смешанные леса, условно можно принять в качестве оценочной величины стоимостные параметры, полученные для хвойных лесов – 15 280 руб. за гектар в годовом исчислении.

Для получения значения текущей стоимости (капитализированной величины) функций лесов по очищению атмосферы можно применить приём дисконтирования затрат за бесконечный период времени:

V = Vo/в,

Где V – текущая стоимость функций лесов по очищению атмосферы,

Vo – величина экономии текущих издержек по очистке воздуха,

в – ставка дисконтирования (или коэффициент капитализации), равная 0,1.

Текущая стоимость функций лесов по очищению атмосферы равна:
15280 руб./0,1 = 152 800 руб./га