Введение к работе
Актуальность темы. Изучение реакций древесных фитоценозов на различные виды внешних воздействий представляется важным для познания закономерностей лесообразовательного процесса, механизмов структурно-функциональной организации лесных биогеоценозов и антропогенной динамики нарушенных лесных сообществ.
Основой для подобных исследований служит оценка состояния древо-стоев, их статических и динамических параметров, связанных с наиболее существенными биологическими процессами - строением, ростом и продуктивностью и потому более точно, чем другие виды оценок, характеризующая их жизненное состояние и динамику органического вещества.
В Сибири, в особенности на северных и южных пределах ареалов распространения древесной растительности, лесные фитоценозы во многих случаях произрастают в экстремально жестких условиях суббореального и субарктического резко континентального климата. Лесные экосистемы формируются и развиваются здесь в окружении обширных тундровоболотных пространств и высокогорий, на многолетнемерзлых почвах и грунтах [Поздняков 1975, Лесные 2002].
Положение лесных экосистем Сибири в экстремальных условиях роста обусловливает их повышенную чувствительность к воздействию внешних факторов, пониженную способность к восстановлению и в результате этого значительную нарушенность [Калашников 1998, Фарбер 2000].
Главными факторами нарушенности лесов Сибири являются пожары и рубки. Темпы пирогенной деструкции лесов достаточно высоки. По данным космического мониторинга в Восточной Сибири ежегодно огнем пожаров охватывается лесная площадь более 300 тыс. га [Фуряев 1996, Валендик и др. 2001].
Вместе С тем, значительная часть гарей и вырубок зарастает лесом естественным образом, что характерно, в частности, для районов Эвенкии и Красноярского Приангарья, где накопились значительные площади насаждений сформировавшихся на вырубках и гарях (более 8 млн. га по группе хвойных и порядка 5 млн. га лиственных молодняков и средневозрастньк) [Соколов и др. 1999].
Закономерности послепожарного и послерубочного формирования насаждений восстановительных сукцессии в районах Сибири, их таксационно-морфологическое строение, биологическая продуктивность и дистанционные методы таксации на основе современных цифровых технологий разработаны еще не достаточно, как с точки зрения теории лесообразовательного процесса, так и в целях практики ведения устойчивого лесного хозяйства, что предопределяет необходимость исследований в этом направлении.
(»00. НАЦИОНАЛЬНАЯ I БИБЛИОТЕКА і
ОЭ *$*$$){
Цели и задачи исследования. Целью работы явилось выявление закономерностей таксационно-морфологического строения, роста и продуктивности насаждений восстановительных сукцессии на гарях и вырубках в регионах Сибири, разработка методических основ их таксации с использованием современных средств дистанционного зондирования и компьютерных технологий, обоснование и составление таксационных нормативов, обеспечивающих более точную и объективную оценку динамики и биологического разнообразия данных лесов для организации ведения в них устойчивого лесного хозяйства.
В соответствии с целью работы были поставлены следующие задачи:
установить количественные параметры таксационно-морфологического строения насаждений восстановительных сукцессии на вырубках и гарях;
изучить динамику накопления и распределения фитомассы в насаждениях;
выявить взаимосвязи между таксационными и морфоструктурными признаками и показателями фитомассы насаждений различного породного состава и условий произрастания в географическом аспекте;
адаптировать способы и методы таксации насаждений с использованием новых средств дистанционного зондирования лесов и цифровых технологий;
разработать лесотаксационные нормативы для дешифрирования таксационных показателей по данным дистанционного зондирования.
Защищаемые положения. Закономерности строения и биологической продуктивности насаждений являются теоретической базой для метода ле-соинвентаризации на основе воздушного лазерного сканирования и цифровой аэро- и космической съемки лесного покрова.
Лазерный цифровой метод позволяет получать несоизмеримо большее количество данных о лесном фонде и позволяет выполнять высокоточную таксацию лесов более эффективно в сравнении с традиционными технологиями.
Научная новизна. Выявлены закономерности таксационного строения и динамики фитомассы в насаждениях послепожарного и послерубочного формирования в Эвенкии, Красноярском крае, Тыве и Монголии.
Установлена количественная взаимосвязь показателей морфоструктуры древостоев с биологической продуктивностью лиственничных и сосновых лесов на северных и южных пределах их распространения в Сибири.
Предложена новая высокоэффективная методика изучения таксационной и морфологической структуры леса на основе лазерной и цифровой фото- и видеосъемки, цифровой спутниковой съемки и трехмерного компьютерного анализа изображений.
Разработаны и предложены новые способы таксации насаждений на основе данных дистанционного зондирования, которые позволяют выполнять
условия Киотского протокола по достоверности и точности оценки потоков углерода в лесных экосистемах.
Разработаны лесотаксационные нормативы для целей камерального дешифрирования данных дистанционного зондирования.
Объем исследований, исходный материал, обоснованность и достоверность результатов и выводов. Исходными данными послужили материалы массовой выборочной глазомерно-измерительной таксации (48360 таксационных выделов), местные таблицы хода роста модальных и нормальных древостоев, материалы 157 пробных площадей, заложенных в лиственничных, сосновых, березовых, осиновых и смешанных насаждениях в различных регионах Сибири, Монголии и Канады, в том числе, 37 пробных площадей с картированием и обмером более 7500 деревьев, материалы обмера более 300 модельных деревьев с определением фитомассы весовым методом, цифровые спутниковые снимки, более 800 км покрытия лазерных профилей лесного покрова с детальной биометрией.
В качестве методологической основы при решении поставленных задач использован системный подход. Достоверность и обоснованность результатов и выводов обеспечены многолетними (20 лет) исследованиями в различных районах Сибири, а также в зарубежных странах, анализом фактического материала с использованием современных средств и методов обработки данных, статистического и компьютерного анализа.
Организация исследований. Исследования выполнялись в лаборатории лесной таксации и лесопользования в соответствии с планами научно-исследовательских работ Института леса им. В.Н. Сукачева СО РАН. Значительная часть исследований была выполнена по грантам Федеральной целевой программы "Государственная поддержка интеграции высшего образования и фундаментальной науки на 1997-2002 годы" (ФЦП «Интеграция»), Всемирного Банка и Правительства РФ, Агентства Международного Развития США и Международного Совета по Научным Обменам (USAID-IREX), Японского Общества Содействия Развитию Науки (JSPS) и хозяйственным договорам в период с 1985 по 2003 гг.
Практическая значимость работы и реализация результатов исследований. Результаты исследований нашли применение в практике лесоустройства и лесного хозяйства Сибири и международной практике мониторинга лесов, а также в системе лесного высшего образования, и реализованы в виде методических рекомендаций, учебных пособий и указаний, руководств и отчетов:
Пилотный проект Всемирного Банка и Правительства РФ по устойчивому лесопользованию в Красноярском крае (в соавт. с В.А. Соколовым, В.В. Бельковым и др., 1997-1998 гг.)
Проект Лесного кодекса Красноярского края (в соавт. с В.А. Соколовым, В.В. Бельковым и др., 1997-1998 г.)
Проект «Учебно-научный центр по проблемам лесных ресурсов Сибири» (ФЦП «Интеграция», в соавт. с В.А. Соколовым, С.К. Фарбе-ром, А.С. Шишикиным и др., 1997-н/в)
Международное руководство ИЮФРО по мониторингу лесов (IUFRO International Guidelines for Forest Monitoring). Vienna: IUFRO, 1994. 102 p. (в соавт. с P. Пайвиненом, Г. Лундом и др.)
Целевая программа государственной поддержки сети особо охраняемых природных территорий Красноярского края на период до 2000 г. (в соавт. с В.А. Соколовым, С.К. Фарбером и др., 1997-2000 гг.)
Методические рекомендации по межхозяйственному охотоустрой-ству центральной и южной группы районов Красноярского края (в соавт. с В.А. Соколовым, С.К. Фарбером и др., 1997-2000 г.)
Компьютерное картографирование и дистанционное зондирование в геоинформационных системах. Учеб. пособ. (Красноярск: СибГТУ, 1998. 98 с, в соавт. с В.П. Черкашиным и И.А. Михайловой)
Геодезия. Учеб. пособ. (Красноярск: СибГТУ, 1999. 125 с, в соавт. с П.И. Мачернисом, В.В. Голиковым и др.).
Закономерные связи между средними диаметрами, высотами и полнотами насаждений различной производительности. Метод, указ. Красноярск: СибТИ, 1983, 8 с. (в соавт. с Э.Н. Фалалеевым и А.С. Смольяновым).
Материалы исследований автора, данные пробных площадей включены в международную базу данных по фитомассе лесов Северной Евразии [Усоль-цев 2001].
Апробация. Основные результаты исследований и положения диссертации докладывались на различных конференциях, конгрессах, симпозиумах и совещаниях в период с 1985 по 2003 гг.:
международные: совещ. «Методологические вопросы оценки состояния природной среды МНР», Пущино, Россия, 1990; конф. IBFRA «Бореальные леса и глобальные изменения» (Int. IBFRA Conf. on Boreal Forests and Global Change), Саскачеван, Канада, 1994; 20-й Всемирный конгресс ИЮФРО «С заботой о лесах: исследования в меняющемся мире» (Caring for the Forest: Research in a Changing World), Тампере, Финляндия, 1995; конф. ИЮФРО «Лиственница - 98: Мировые ресурсы для воспроизводства, устойчивости и использования», Красноярск, Россия, 1998; «Междунар. симп. по глобальным аспектам использования лесных ресурсов - устойчивое пользование и управление» (FORESEA Miyazaki 1998 Forest Sector Analysis Int. IUFRO Symp. on Global Concerns for Forest Resource Utilization — Sustainable Use and Management), Миязаки, Япония, 1998; совещ. «Методы оценки состояния и устойчивости лесных экосистем», Красноярск, Россия, 1999; «Первый междунар. симп. по точным методам в лесоводстве» (First International Precision
Forestry Symposium), Сиэтл, США, 2001;
всесоюзные: конф. «Аэрокосмические методы исследования лесов», Красноярск, 1984; науч. конф. «Мониторинг лесных экосистем», Каунас, 1986; совещ. «Аэрокосмический мониторинг лесных ресурсов зоны интенсивного ведения лесного хозяйства», Львов, 1988; науч. конф. «Аэрокосмический мониторинг таежных лесов», Красноярск, 1990; науч.-практ. конф. «Использование и восстановление ресурсов Ангаро-Енисейского региона (Сибирский лес)», Красноярск, 1991; науч. конф. «Эколого-географические проблемы сохранения и восстановления лесов Севера», Архангельск, 1991; науч. конф. «Теория лесообразовательного процесса», Красноярск, 1991;
всероссийские: науч. конф. «Биологическое разнообразие лесных экосистем», Москва, 1995; 2-е Всерос. совещ. «Аэрокосмические методы и геоинформационные системы в лесоведении и лесном хозяйстве», Москва,. 1998; науч.-практ. конф. «Здоровье общества и безопасность жизнедеятельности», Красноярск, 1998; науч.-практ. конф «Лесной комплекс - проблемы и решения», Красноярск, 1999; науч. конф. «ГИС в научных исследованиях заповедников Сибири», Красноярск, 2000; конф. «Классификация и динамика лесов Дальнего Востока», Владивосток, Россия, 2001; науч. конф. «Аэрокосмические методы и геоинформационные технологии в лесоведении и лесном хозяйстве», Москва, 2002; науч.-произв. конф. «Экологические, экономические и социальные аспекты лесоустройства и лесозащиты», Брянск, 2003.
Личный вклад автора заключался в постановке задач, разработке методик и программ исследований, сборе, обработке и анализе полевых экспериментальных материалов, обобщении их в лесотаксационные нормативы, апробации предложенных нормативов и их внедрении в практику лесоустройства и лесного хозяйства. Все защищаемые положения данной диссертации, выводы и рекомендации разработаны лично автором.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 104 работы, в том числе 5 книг и монографий, 4 справочных и учебно-методических пособия, 1 международное руководство ИЮФРО по мониторингу лесов. Общее число публикаций 127.
Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 537 страницах, состоит из введения, 5 глав, заключения, списка литературы (1615 наименований, в т.ч. 635 иностранных авторов), 16 приложений, иллюстрирована 144 рисунками, содержит 88 таблиц.
