Основы инженерной биологии с элементами ландшафтного планирования

Совместный европейский проект
«Образование – основа устойчивого природопользования»
Программа ТЕМПУС
При содействии Европейской Комиссии
Федеральное агентство по образованию
Майкопский государственный технологический университет
Cоставитель и ответственный редактор Ю.И. Сухоруких
Авторский коллектив:
 П.Ф. Андрющенко, О.Н. Анциферова, Е.Н. Базалина, С.Г. Биганова,
 А.В. Дроздов, И.Г. Зыков, В.М. Ивонин, Н.Г. Ковалев, В.В. Кругляк,
К.Н. Кулик,  Г.А.Одноралов, В.Е. Озолин, Я.В. Панков, А.С. Рулёв,
И.С. Румянцев, И.П. Свинцов, А.М. Степанов, Ю.И. Сухоруких (руководитель),
Б. Бурмайстер,  Р. Йохансен, Н. Ковалев, Г. Маркарт, Е. Хакер, Ф. Флоринет
Товарищество научных изданий КМК
Майкоп – Москва  2006

Допущено УМО по классическому университетскому образованию
в качестве учебного пособия по дисциплине вузовского компонента
для студентов, обучающихся по специальностям 020802(013400)
Природопользование и 020804 (013600) Геоэкология
Основы инженерной биологии с элементами ландшафтного планирования: Учебное пособие для студентов биологических и технических специальностей / Под. ред. проф. Ю.И. Сухоруких. М. – Майкоп.: Т-во научн.
изданий КМК. 2006. 280 с.
В учебном пособии изложены основы инженерной биологии с элементами ландшафтного планирования с учетом российского и зарубежного опыта. Рекомендован для студентов биологических и технических специальностей.
Авторский коллектив:
П.Ф. Андрющенко, О.Н. Анциферова, Е.Н. Базалина, С.Г. Биганова,
А.В. Дроздов, И.Г. Зыков, В.М. Ивонин, Н.Г. Ковалев, В.В. Кругляк,
К.Н. Кулик,  Г
.А.Одноралов, В.Е. Озолин, Я.В. Панков, А.С. Рулёв,  И.С. Румянцев,
И.П. Свинцов, А.М. Степанов, Ю.И. Сухоруких (руководитель), Б. Бурмайстер,
Р. Йохансен, Н. Ковалев, Г. Маркарт, Е. Хакер, Ф. Флоринет.
Cоставитель и ответственный редактор Ю.И. Сухоруких
ISBN 5-87317-311-7
© Коллектив авторов, 2006
© Майкопский государственный
технологический университет
© Т-во научных изданий КМК, 2006

ОТ АВТОРОВ
Развитие современной науки требует переоценки и переосмысления содержания отдельных разделов известных отраслей знаний.
На их стыке появляются новые науки и трансформируются старые. К числу довольно молодых наук можно отнести и инженерную биологию. Возникнув на стыке лесных и гидротехнических
мелиораций, ботаники, дендрологии, почвоведения и некоторых
других она в условиях современного мира органично дополняет
смежные области знаний и приобретает все большее распространение в мире. В Российской Федерации эта молодая наука распространена недостаточно и ее отдельные элементы разбросаны по
различным разделам других наук.  Интеграция в европейское образовательное пространство — насущное требование практики ставит вопрос о развитии инженерной биологии и в нашей стране.
Данное учебное пособие написано коллективом авторов в рамках европейского проекта ТЕМПУС «Образование — основа устойчивого природопользования». Основные исполнители проекта — члены консорциума: проф. Ева Хакер (руководитель проекта), проф.
Рольф Йохансен, проф. Флорин Флоринет, доктор Николь Ковалев,
проф. А.В. Дроздов, проф. Ю.И. Сухоруких.
Значительное количество авторов учебного пособия обусловлено тем, что нашей целью было привлечение к его написанию ведущих специалистов России, Германии и Австрии.
Разделы подготовлены коллективом авторов:  П.Ф. Андрющенко (глава 2.6), О.Н. Анциферова (глава 3), Е.Н. Базалина (глава 1.2; 9),
С.Г. Биганова (глава 1.2), А.В. Дроздов (глава 10), И.Г. Зыков (глава
2.1; 2.3), В.М. Ивонин (глава 2.1; 2.3), Н.Г. Ковалев (глава 3), В.В.
Кругляк (глава 6; 7), К.Н. Кулик (глава 1.2), Г.А. Одноралов (глава
4), В.Е. Озолин (глава 3), Я.В. Панков (глава 4; 5; 6; 7), А.С. Рулёв
(глава 1.2), И.С. Румянцев, И.П. Свинцов (глава 8), А.М. Степанов
(глава 2.2), Ю.И. Сухоруких (глава 1; 4.2; 6; 9), Б. Бурмайстер (глава
2.5), Р. Йохансен (глава 2.4; 2.5; 4.3; 7.3), Н. Ковалев (глава 1.1; 1.2;
9), Г. Маркарт (глава 2.4), Е. Хакер (глава 1.1;1.2; 4.2; 4.3; 6.2; 7.3;
9), Ф. Флоринет (глава 4.2; 9)

Консультант главы 2.5 — проф.  В.А. Волосухин
Основные рисунки главы 9 взяты из работ проф.  Ф. Флоринета
Структурирование глав производили: проф. Е. Хакер, проф. Р. Йохансен, доктор Н. Ковалев, проф. А.В. Дроздов, проф. Ю.И. Сухоруких.
Общее редактирование учебника на русском языке выполнено
проф. Ю.И. Сухоруких
4

ОГ
ЛАВЛЕНИЕ
1. ПОНЯТИЕ И ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ ИНЖЕНЕРНОЙ
БИОЛОГИИ .................................................................................................. 8
1.1. Основы применения растений ........................................................ 9
в инженерной биологии .......................................................................... 9
1.2. Исторические этапы развития ...................................................... 14
 инженерной биологии в России и Европе ......................................... 14
2. ИНЖЕНЕРНО-БИОЛОГИЧЕСКИЕ РАБОТЫ НА АГРАРНЫХ
ЛАНДШАФТАХ ......................................................................................... 26
2.1. Аграрные ландшафты и их деградация ....................................... 26
2.2. Полезащитные инженерно-биологические мероприятия .......... 28
2.3. Противоэрозионные инженерно-биологические работы
в балках .................................................................................................. 36
2.4. Водный режим ландшафтов .......................................................... 37
2.5. Гидрологические расчеты в инженерной биологии ................... 41
3. ИНЖЕНЕРНО-БИОЛОГИЧЕСКИЕ РАБОТЫ 
НА ПЕРЕУВЛАЖНЕННЫХ ТЕРРИТОРИЯХ........................................ 69
3.1. Планирование и создание осушительной сети ........................... 70
3.2. Инженерно-биологические работы на объектах .............................
осушительной сети................................................................................ 80
4. ИНЖЕНЕРНО-БИОЛОГИЧЕСКИЕ РАБОТЫ ВОКРУГ РЕК
И ВОДОХРАНИЛИЩ ................................................................................ 85
4.1. Общие понятия ............................................................................... 85
4.2. Значение береговой растительности ............................................ 90
4.2.1. Укрепление берегов рек ......................................................... 92
4.2.2. Укрепления берегов рек защитными лесными
насаждениями ................................................................................... 93
4.3. Инженерно-биологические работы в зоне водохранилищ ...... 102
4.3.1. Влияние водохранилищ на прилегающие территории..... 103
4.3.2. Создание защитных лесных насаждений вокруг
прудов и водохранилищ ................................................................. 107
5. ИНЖЕНЕРНО-БИОЛОГИЧЕСКИЕ РАБОТЫ
НА ТЕХНОГЕННЫХ ЛАНДШАФТАХ ................................................ 114
5.1. Общее положение о рекультивации ........................................... 115
5.3. Взаимодействие нарушенных земель и растительных
ценозов ................................................................................................. 119
5.4. Основные направления и цели биологической
рекультивации ...................................................................................... 121
5

5.5. Мероприятия по комплексному освоению нарушенных
земель ................................................................................................... 124
6. ИНЖЕНЕРНО-БИОЛОГИЧЕСКИЕ РАБОТЫ
НА УРБАНИЗИРОВАННЫХ ТЕРРИТОРИЯХ .................................... 133
6.1. Инженерно-биологические работы на свалках ......................... 133
6.2. Инженерно-биологические работы в населенных пунктах ..... 139
6.2.1. Общие понятия об инженерно-биологических работах
в городах и населенных пунктах .................................................. 139
6.2.2. Классификация озеленённых территорий ......................... 142
6.2.3. Особенности проектирования систем озеленённых
территорий в населенных пунктах ............................................... 144
6.2.4. Примерные нормативы для градостроительного
проектирования систем озеленённых территорий в населённых
пунктах ............................................................................................ 149
6.2.5. Проектирование объектов ландшафтной архитектуры
на урбанизированных территориях .............................................. 152
7. ИНЖЕНЕРНО-БИОЛОГИЧЕСКИЕ РАБОТЫ В ЗОНЕ
ТРАНСПОРТНЫХ МАГИСТРАЛЕЙ ..................................................... 154
7.1. Влияние транспорта на окружающую среду ............................. 154
7.2. Инженерно-биологические работы в зоне железных дорог .... 159
7.3. Инженерно-биологические работы в зоне автомобильных
дорог ..................................................................................................... 168
8. ИНЖЕНЕРНО-БИОЛОГИЧЕСКИЕ МЕРОПРИЯТИЯ
НА ПУСТЫННЫХ ЛАНДШАФТАХ .................................................... 181
8.1. Пустыни, их распространение и особенности ландшафтов .... 181
8.2. Мелиорация подвижных песков ................................................. 190
8.3. Мелиорация деградированных песчаных земель ..................... 194
8.4. Мелиорация с использованием галофитов ................................ 196
8.5. Полезащитное лесоразведение ................................................... 197
8.6. Массивное защитное лесоразведение ........................................ 198
8.7. Флористический состав сельскохозяйственных культур,
используемых в аридных регионах и растений биомелиорантов .. 200
9. ОСНОВНЫЕ ИНЖЕНЕРНО-БИОЛОГИЧЕСКИЕ
СООРУЖЕНИЯ ........................................................................................ 205
9.1.  Хворостяной настил.................................................................... 205
9.2. Фашины из ивы и утяжеленные фашины .................................. 210
9.3. Стена из фашин ............................................................................ 211
9.4. Фашины из ивы с уложенными между ними черенками ......... 212
9.5. Мягкий габион из геотекстиля с озеленением .......................... 213
9.6. Цилиндрическая фашина из камыша и цилиндрический
габион ................................................................................................... 214
6

9.7. Плетеная изгородь ........................................................................ 216
9.8. Сооружение из пней ..................................................................... 217
9.9. Стена из бревен (свай, кольев) .................................................... 219
9.10. Подпорная береговая стена ....................................................... 219
9.11. Укрепление откосов саженцами и кольями ............................. 220
9.12. Защита из свежесрубленных деревьев ..................................... 221
9.13. Сооружение из ветвей и грунта ................................................ 223
9.14. Забор для образования отмелей ................................................ 224
9.15. Прерывистая дамба на мелководном  побережье ................... 224
9.16. Буны из живых растений ........................................................... 226
9.17. Водные преграды из ветвей ...................................................... 232
9.18. «Щетки» и частокол из живой растительности ...................... 234
9.19. Создание тростниковой зоны.................................................... 236
9.20. Озеленение посадкой или посевом древесных пород ............ 237
9.21. Озеленение берега лиственными породами ............................ 237
9.22. Уход за береговой растительностью ........................................ 241
9.23. Порог из крупных камней и живой растительности .............. 242
9.24. Пороги из фашин........................................................................ 242
9.25. Пороги из кустарников .............................................................. 243
9.26. Деревянные пороги с живой растительностью
(озелененные деревянные пороги) .................................................... 244
9.27. Озелененный каменный барьер ................................................ 246
9.28. Озелененный барьер из крупных камней ................................ 246
9.29. Укрепление оползневых склонов ............................................. 247
9.30. Дренажные фашины .................................................................. 249
9.31. Укладка черенков, растений на террасах ................................. 249
9.32. Озелененная опорная стена....................................................... 251
9.33. Укладка камней с черенками (саженцами) .............................. 252
9.34. Заполнение рытвины или оврага ветвями ............................... 255
9.36. Озелененный деревянный кювет .............................................. 256
9.35. Озелененный каменный кювет ................................................. 256
10. ОСНОВЫ ЛАНДШАФТНОГО ПЛАНИРОВАНИЯ....................... 260
10.1. Основные понятия и принципы ландшафтного
планирования ....................................................................................... 260
10.2. Инженерная биология как инструмент реализации целей
ландшафтных планов .......................................................................... 269
ЛИТЕРАТУРА ........................................................................................... 278
7

1. ПОНЯТИЕ И ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ
ИНЖЕНЕРНОЙ БИОЛОГИИ
При основании немецкого общества по инженерной биологии в
1980 году принята следующая формулировка: инженерная биология — это биологически-техническая специальность, предусматривающая употребление растений в строительном деле. В российской науке сформулировано близкое по смыслу понятие. Здесь под
инженерной биологией понимается наука, занимающаяся решением инженерных задач с преимущественным использованием растительного материала.
Под инженерно-биологическими сооружениями понимается биолого-технический комплекс, сохраняющий и создающий основу для
естественной окружающей среды. Областями применения является природообустройство, ландшафтное и садово-парковое хозяйство, градостроительство, транспортные магистрали, гидротехнические сооружения и др.
Инженерно-биологические сооружения в большинстве случаев
благоприятно воздействуют на окружающую среду, их правильное
применение обеспечивает сохранение природного баланса и функциональность природных комплексов.
Основными принципами этой науки являются следующие:
1. Восстановление ландшафтов при целенаправленном использовании растительности идет быстрее, чем это осуществляет природа в процессе сукцессии.
2. Использование растений, приспособленных к конкретным условиям и обладающих выгодными биотехническими признаками,
позволяет эффективно решать многоцелевые задачи.
3. На стадии развития растительных сообществ как вспомогательный материал используются древесина, камни, проволока, геотекстиль, почвоулучшители и структурообразователи и другой материал.
Для достижения природного баланса инженерной биологией предусматривается:
1. Правильный выбор используемых видов растений, в большей
степени ориентированный на аборигенную растительность.
2. Возможность использования вспомогательных материалов,
способных к разложению.
8

3. Рассмотрение неблагоприятных явлений в комплексе — избегание локального предотвращения повреждений.
4. Работа с живым строительным материалом — растением требует учитывать вегетацию, сроки посадки и другие лимитирующие
факторы.
5. Планирование мероприятий по уходу за сооружениями.
1.1. Основы применения растений в инженерной
биологии
Основой инженерной биологии является инженерный опыт и знание о свойствах растений. Эти совершенно противоположные направления комбинируют так, что бы они дополняли друг друга.
Недостатком технического подхода является то, что эти мероприятия имеют наиболее надежные свойства в самом начале своего
существования, а со временем постепенно ухудшаются. Объекты
из живых растений, наоборот, наименьшие защитные функции выполняют вначале, и со временем, при правильном уходе, повышают их и сохраняют довольно долго, нередко дольше, чем технические сооружения.
Инженерная биология использует такие стройматериалы как
камни, древесина, бетон в качестве вспомогательных материалов
для первоначальной надежной защиты объектов, а растения для
последующей защиты. Такое смешанное использование дешевле
чисто технических подходов (обычно на 5–40%) и гармонично вписывается в окружающий ландшафт.
Растения снижают разрушительное действие осадков, перехватывают их. Вдоль рек они замедляют сток и защищают берег от
воздействия водных потоков. В отличие от чисто технических сооружений при повреждении они восстанавливают сами себя.
В зависимости от задач и нагрузок для будущих сооружений необходимо соответственным образом выбирать живые растения и
стройматериалы. Их достоинства и недостатки приведены в табл. 1
Однако далеко не все виды растений пригодны для применения
в отдельных строительных сооружениях. Важно выбирать те, которые имеют определенные технические свойства и тем самым придают строениям необходимую надежность. Для этого растениям
необходимы следующие свойства:
– способность к укоренению и побегообразованию;
– наличие хорошо развитой корневой системы;
9

ТАБЛИЦА 1. Преимущества и недостатки живых растений
и стройматериалов
Стройматериалы
Живые растения
НЕДОСТАТКИ
ПРЕИМУЩЕСТВА
подвержены разрушению со временем
не способны к регенерации
жестко противостоят внешнему
воздействию
не подвержены разрушению, стабильность со временем увеличивается
обладают способностью к регенерации
гибко выполняют защитную функцию, снижают и отводят отрицательную энергию внешних воздействи
экологически эффективны
не выполняют экологических
функций
воздействуют на ландшафт как
чужеродное тело
почти всегда дорогостоящие
гармонично вписываются в ландшафт, создавая эффект целостности
как правило, не требуют больших
затрат
НЕДОСТАТКИ
не всегда выдерживают нагрузку
ПРЕИМУЩЕСТВА
более стабильными, особенно в
начале создания
независимы от условий и времени применения
действуют с момента установки
компактны
стабильность поддаётся вычислению
применяются в соответствии с
местными условиями и временем
года
обеспечивают эффективность
только через определённое время
нуждаются в достаточных площадях
потенциальная стабильность основывается на опыте и приблизительных расчетах
– хорошая регенерационная способность (поросль от пня и корневые отпрыски);
– интенсивный рост;
– приспособленность к местным условиям.
В зависимости от конкретных задач, требования могут быть увеличены.
10