Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Состояние вопроса 11
Глава 2. Объект исследования 18
2.1. Характеристика ландшафта исследования 18
2.2. Ландшафтный адрес района исследований 20
Глава 3. Программа и методика работы 22
3.1. Ландшафтно-морфологический анализ территории района исследования 26
3.1.1. Ландшафтные источники информации 27
3.1.2. Интерпретация ландшафтных источников информации 30
3.1.2.1. Методы интерпретации источников информации 30
3.1.2.2. Принципы и признаки дешифрирования земель по аэрофотоснимкам 35
3.1.3. Предварительное ландшафтно-морфологическое картогра фирование. 42
3.1.3.1. Составление картографической основы ландшафтно-морфологической карты 42
3.1.3.2. Составление предварительного варианта ландшафтно-морфологической карты 45
3.1.4. Методика полевых исследований 50
3.1.5. Тематическое картографирование на ландшафтной основе 55
3.2. Выводы 56
Глава 4. Экологическая оценка лесных земель 58
4.1. Экологические режимы лесных земель 62
4.2. Оценка экологических режимов природных территориальных комплексов 64
4.3. Карта экологической оценки лесных земель 70
Глава 5. Оценка землепользовании на ландшафтной основе 73
5.1. Оценка экологических режимов по землепользованиям 73
5.2. Экстраполяция выводов 78
Заключение 83
Литература 88
Термины и определения 107
- Интерпретация ландшафтных источников информации
- Составление картографической основы ландшафтно-морфологической карты
- Тематическое картографирование на ландшафтной основе
- Оценка экологических режимов природных территориальных комплексов
Введение к работе
Рационализация землепользования (в частности, лесопользования) основанная на экологической оценке земельного фонда, в настоящее время служит одной из важнейших общегосударственных задач, тем более что рациональное использование земель возведено в принцип Конституции нашей Родины.
Для организации рационального землепользования и природопользования необходима разработка оперативных и эффективных методов оценки и картографирования земель. Ландшафтный метод позволяет повысить точность и ускорить темпы оценки и картографирования земель лесопокрытых территорий.
Указом Президента РФ от 30 марта 2002 г. (Пр-577) задача развития российской науки и технологий отнесена к числу высших приоритетов российского государства. В ряд приоритетных направлений развития российской науки, технологий и техники включены экология и рациональное природопользование. В перечень критических технологий РФ включены: мониторинг окружающей среды; восстановление нарушенных земель, ландшафтов и биоразнообразия; воспроизводство лесных ресурсов; прогнозирование биологических и минеральных ресурсов; природоохранные технологии; переработка и утилизация техногенных образований и отходов; экологически чистый и высокоскоростной наземный транспорт; энергосберегающие технологии.
Выступая на заседании Президиума Госсовета РФ по вопросам экологии 4 июня 2003 г. Президент В.В. Путин определил стратегические направления развития экологического сектора: «Экологическая составляющая должна стать важным элементом повышения качества жизни людей, конкурентоспособности национального производства и страны в целом...».
Учитывая изменяющуюся экологическую ситуацию (связанную с появлением новых лесопользователей, долгосрочной аренды лесных земель, арендой и продажей сельскохозяйственных земель, мелиорацией лесов, осушением болот, и т.д.), картографирование преобразований, возникающих в экологических
6 системах должно осуществляться с использованием ландшафтного подхода и ландшафтно-морфологических карт. Решение этой задачи возможно при комплексном (междисциплинарном) подходе — т.е. изучении пространства в экологическом, географическом, геологическом, градостроительном, социальном, экономическом, историческом, культурном и других аспектах.
Система планирования землепользовании на современном этапе внедрения ландшафтного подхода в практику не только лесного, но и сельского хозяйства представляет собой средство управления экологическими режимами с целью рационального и экологически безопасного пользования земельными и лесными ресурсами.
Лесные земли достаточно разнообразны по своим природным свойствам и экологическим режимам. Для организации рационального землепользования и лесопользования необходимы в связи с этим их экологическая оценка и регулярный мониторинг состояния природной среды, о чем свидетельствуют многочисленные публикации - Авдеева А.Н., Антанайтиса Б.В., Киреева Д.М., ОдумаЮ., Розовского Б.Г. и др. [1, 5, 28, 78, 120, 154, 155, 164, 180, 184, 192].
Современные методы инвентаризации лесных земель, в частности методы, использующие ландшафтную основу, позволяют проанализировать уже имеющийся опыт использования данного вида земель и оценить, что это дало, получен ли положительный экономический эффект, либо наоборот - неблагоприятные последствия [2, 8, 12, 86, 116, 122, 134, 205].
Цель исследований.
Изучение возможностей применения ландшафтного подхода для экологической оценки лесных земель, их влияние на продуктивность растительных сообществ. Изучение возможностей рационального землепользования на ландшафтной основе.
Основные задачи исследований -1. провести экологическую оценку лесных земель ледниковых и озерно- ледниковых равнин с использованием ландшафтных источников информации (ЛИИ) и применением ландшафтно-морфологического анализа лесов; оценить экологические режимы лесных земель изучаемого природного объекта; с использованием результата анализа дать обоснование и рекомендации мероприятий по оптимизации землепользования и лесопользования ледниковых и озерно-ледниковых равнин.
Объект исследования - лесные земли Лисинского научно-исследовательского и учебного полигона Санкт-Петербургской Государственной лесотехнической академии [80, 128, 129, 130, 131, 132]. Лисинский научно-исследовательский и учебный полигон объединяет западную часть Тосненско-го района Ленинградской области и восточную часть Гатчинского района Санкт-Петербурга.
Исследование осуществлено с применением ландшафтно-морфологического анализа лесов, включающего -
Метод ландшафтных и экологических индикаторов;
Методы ландшафтной и экологической интерпретации дистанционных и картографических источников информации.
Научная новизна работы заключается в том, что на ландшафтной основе проведена классификация лесных земель ледниковых и озерно-ледниковых равнин с экологической оценкой существующих землепользовании, нацеленная на рационализацию и оптимизацию землепользования на лесных территориях. Разработана и опубликована в виде учебного пособия методика полевых описаний ландшафтных фаций. Впервые приведена информация о площадях и уклонах, характерных для ландшафтных урочищ ледниковых и озерно-ледниковых равнин, а также для отдельных землепользовании.
Научная и практическая значимость работы.
Применение экологической оценки лесных земель при планировании зем- лепользования и лесопользования позволит: 1) научно обосновать необходимость или возможность перевода земельных участков из одной категории землепользования в другую категорию; 2) классифицировать лесные земли по их экологической пригодности под различные виды землепользовании; 3) определить перечень необходимых хозяйственных мероприятий по обеспечению и поддержанию экологической устойчивости природных территориальных комплексов.
Методические рекомендации, которые изложены в диссертации, доведены до стадии, позволяющей использовать их в практике лесных органов и в деятельности соответствующих местных администраций.
Выполненная работа может иметь практическое значение в методическом плане при проведении экологической оценки природных территориальных комплексов сопредельных регионов и областей.
Результаты исследований могут быть применены для проведения лесоустройства и для ведения лесного хозяйства на ландшафтной основе на территории Вырицкого лесхоза, Лисинского лесного колледжа, Лисинского учебно-опытного лесхоза. Интерпретированные ландшафтные источники информации могут служить базой данных для создания ГИС-системы и дальнейших тематических и прикладных исследований. Разработаны рекомендации по практическому применению полученных результатов, их дальнейшему теоретическому развитию.
Защищаемые положения. Представляется к защите:
Метод и программа применения ландшафтной основы для экологической оценки лесных земель в условиях Северо-Запада Европейской части России.
Методика полевых исследований на ландшафтных профилях.
3. Принципы картографирования границ природных территориальных комплексов и оценка экологических режимов лесных земель.
Пример: Богатые землепользования уже распаханы. Границы землепользовании совпадают с границами форм рельефа, на которых они формируются.
Апробация работы. Основные положения диссертации и отдельные ее разделы докладывались и обсуждались на следующих научных совещаниях и конференциях:
Научная конференция, посвященная 200-летию Лесного Департамента России. Санкт-Петербург, Санкт-Петербургская государственная лесотехническая академия им. СМ. Кирова, 20-26 апреля 1998 г.
Всероссийская научно-практическая конференция: Лесной комплекс -проблемы и решения, Сибирский государственный технологический университет, 14-16 апреля 1999 г.
Третий Международный Санкт-Петербургский Коллоквиум IAMFE: Полевые эксперименты - для устойчивого и экологически безопасного землепользования. Санкт-Петербург, Санкт-Петербургский государственный аграрный университет, 12-17 сентября 1999 г.
Научно-техническая конференция: Информационные системы управления в лесном комплексе. Санкт-Петербург, Санкт-Петербургская государственная лесотехническая академия им. СМ. Кирова, 26 ноября 1999 г.
Всероссийская молодежная научная конференция: Растение и почва. Санкт-Петербург, Санкт-Петербургский государственный университет, 6-10 декабря 1999 г.
6. Вторая международная научно-техническая конференция: Лес-2001. Брянск, Брянская государственная инженерно-технологическая академия, 29-30 мая 2001 г.
7. Научная конференция: Таксация леса на рубеже XXI века: состояние и перспективы развития. Санкт-Петербург, Санкт-Петербургская государствен ная лесотехническая академия им. СМ. Кирова, 19-20 сентября 2001 г.
8. Международная научно-практическая конференция: Аэрокосмические методы в лесном комплексе. Санкт-Петербург, Санкт-Петербургская государственная лесотехническая академия им. СМ. Кирова, 16-17 мая 2002 г.
Публикации. Материалы диссертации опубликованы в одиннадцати научных работах, 2 научные работы находятся в печати [28, 76, 92, 93, 94, 95, 96, 97, 98, 99, 100]. Результаты исследований отражены в научно-технических отчетах по НИР кафедры лесной таксации, лесоустройства и геоинформационных систем Санкт-Петербургской государственной лесотехнической академии им. СМ. Кирова за 1999 - 2004 гг.
Внедрение. По теме диссертации в соавторстве с профессором Д.М. Ки- реевым опубликовано учебно-методическое пособие «Полевые описания ланд шафтных фаций», которое можно рассматривать как внедрение в учебный про цесс [76]. і
Структура и объём работы. Диссертация состоит из предисловия, введения, 5 глав, заключения, списка литературы и приложений. Общий объём работы - 108 страниц машинописного текста. Диссертационная работа содержит 10 таблиц и 7 рисунков. Список литературы - 213 наименований, в том числе 16 иностранных работ.
Интерпретация ландшафтных источников информации
Один из основных методов интерпретации ЛИИ - метод ландшафтных и экологических индикаторов [70]. Данный метод использует не только фитоин-дикаторы, но и все компоненты, элементы ландшафта и его структуру. Этот метод для разностороннего изучения лесов, повышения точности и достоверности интерпретации привлекает в качестве источников ландшафтной информации, помимо аэрокосмических и аэрофотографических материалов, широкий спектр топографических и тематических карт, перечисленных выше. Автором были проведены исследования на детальном уровне на шести листах топоосновы Лисинского учебно-опытного полигона масштаба 1: 25 000. На аэрофотоснимках масштаба М 1:15 000 на эту территорию были выявлены и оконтурены природные территориальные комплексы. Ландшафтное дешифрирование производилось с помощью зеркально-линзового стереоскопа. При составлении ландшафтной карты применен картометрический метод расчета уклонов поверхности, который позволил выявить приуроченность природных территориальных комплексов к конкретным величинам уклона поверхности. В условиях ледниковых и озерно-ледниковых равнин Северо-Запада Европейской части России водный режим почв - один из важнейших факторов, определяющих условия местопроизрастания, а рельеф территории - главное свойство литогенной основы при формировании структуры природных территориальных комплексов. Рельеф территории района исследований представлен двумя крупными генетическими формами. 1) конечно-моренная ледниковая низкая и выпуклая равнина на валунных суглинках с водно-ледниковыми образованиями в виде конечно-моренных гряд, сложенных песками и супесями; 2) озерно-ледниковая террасированная плоская и низменная равнина на ленточных глинах. Наиболее информативная характеристика рельефа в условиях ледниковых и озерно-ледниковых равнин, непосредственно связанная с производительностью леса и плодородием лесных земель, - уклон поверхности. При ландшафтной интерпретации планов лесонасаждений учитывались вид древесных растений, класс бонитета, водность и дренаж.
С целью определения дренажа установлена взаимосвязь условий увлажнения и уклона поверхности, измеренного по топографическим картам. Изменение флористического состава растительного покрова и продуктивности растительного покрова лесных земель зависят не только от рельефа территории и связанных с ним уклонов, но и от свойств основных подстилающих литолого-генетических типов четвертичных отложений и условий дренажа (густоты гидрографической сети, уровня грунтовых вод). Дренаж поверхности определяется с помощью совмещенного анализа топографических, гипсометрических и геологических карт и зависит от ряда показателей: 1. Уклона поверхности; 2. Расстояния до ближайшей дрены и ее глубиной; 3. Выпуклости формы рельефа; Выпуклые формы - гряды, мысовидные части равнин и плакоров. Вогнутые формы — подсклоновые плоскости, ложбины и днища водотоков, лога и водосборные вогнутости; 4. Подпора на пути стока естественными и искусственными возвышениями, плотинами и дамбами; 5. Дренажа подстилающим водопроницаемым горизонтом (песок, песчаник, известняк), залегающим не глубже 3-х метров. Для анализа их влияния на продуктивность лесных земель исследуемой территории (северной части Лисинского лесхоза) первично выделены земли девяти категорий- 1. земли сельскохозяйственных угодий, в том числе пастбища и сенокосы; 2. земли населенных пунктов; 3. земли высокопроизводительных сосняков 1-2 классов бонитета; 4. земли высокопроизводительных ельников, березняков и осинников 1-2 классов бонитета; 5. земли среднепроизводительных сосняков 3-4 классов бонитета; 6. земли среднепроизводительных ельников, березняков и осинников 3-4 классов бонитета; 7. земли низкопроизводительных сосняков 5-5А классов бонитета;
Составление картографической основы ландшафтно-морфологической карты
В результате ландшафтно-морфологических исследований мы пришли к следующим результатам: 1). Контуры природных территориальных комплексов на ландшафтно-морфологической карте должны наноситься на картографическую основу, составленную с использованием крупномасштабных топографических карт. Картографическая основа северной части Лисинского полигона выполнена на шести листах топографических карт масштаба 1:25 000 (рис. 4). 2). На картографической основе должны быть отображены - 1. коричневым цветом - рельеф в горизонталях с сечением, равным 5 м; 2. синим цветом - гидрографическая сеть (в том числе дренажные канавы с указанием направления стока); 3. черным цветом - квартальная сеть (используемая при переносе контуров природных территориальных комплексов с аэрофотоснимков на картографическую основу). 3). Горизонтали изображаются сплошными линиями, полугоризонтали -пунктирными линиями с указанием высотных наименований и бергштрихов. При этом надо иметь в виду, что полугоризонтали проводятся часто с целью подчеркнуть переломы и бровки рельефа. Например, тыловой шов поймы, бровка террасы реки, подошва склона, бровка плато, граница болота. По начертанию горизонталей опознаются генетические формы рельефа, их контуры, а также связанные с ними границы природных территориальных комплексов. Например, по горизонталям хорошо опознаются конечно-моренные гряды, террасы рек, днища долин водотоков, камовые холмы, бровки равнин и др. 4). Гидрографическая (дренажная) сеть изображается сплошными линиями (реки, канавы, ручьи) и пунктирными (временные водотоки - ложбины стока, днища оврагов и логов). Подробное изображение дренажной сети необходимо и обосновано тем, что вдоль нее расположена полоса дренированных лесов и начертание дрен позволяет более точно и достоверно опознавать прилегающие к водотокам дренированные ландшафтные фации и урочища. При этом ширина дренирующей полосы зависит от мощности и силы водотока.
Направление стока указывается стрелками, особенно важно это для канав, где иногда возникают затруднения в определении направления стекания воды. 5). Квартальная сеть наносится прерывистыми тонкими линиями, так чтобы она не отвлекала внимания от ландшафтно-морфологической нагрузки карты, обязательно наносится нумерация кварталов. В тоже время квартальная сеть является точной привязкой, позволяющей переносить ландшафтную информацию с аэрофотоснимков, планов лесонасаждений, геологических и почвенных карт поквартально на картографическую основу. Для этого дешифрированные аэрофотоснимки, планы лесонасаждений и тематические карты должны быть одного масштаба с масштабом картографической основы. Составление предварительного варианта ландшафтно- морфологической карты На планах лесонасаждений по показателю производительности - бонитету производится разделение лесных территорий на три группы: - Первая группа - группа наиболее производительных и дренированных лесных территорий (I и II бонитеты), - Вторая группа - группа лесных территорий средней производительности и слабого дренажа (III и IV бонитеты), - Третья группа - группа лесных территорий минимальной производительности и отсутствия дренажа (V и VA бонитеты). Каждая порода обозначается своим цветом, а степень увлажнения показывается тоном (насыщенностью) цвета. Более увлажненные лесные территории показываются более темным (насыщенным) тоном. Дренированные - более светлым тоном. После перенесения групп увлажненности лесных территорий на предварительно подготовленную картографическую основу выявляются контуры заболоченных, слабодренированных и дренированных местоположений. При выявлении контуров, решающее и ведущее значение имеет форма рельефа [121, 123]. При совмещении полученной карты с одномасштабной геологической картой четвертичных отложений контура корректируются и уточняются по материалам контурного дешифрирования аэрофотоснимков или космических снимков.
Тематическое картографирование на ландшафтной основе
Данные из таблиц 5, 6 и 8 позволяют проследить соответствие существующих фитоценозов коренным, определить изменения которые произошли в результате вмешательства человека и наметить необходимые мероприятия по их ликвидации, если это не противоречит целям ведения лесного хозяйства. По результатам исследований можно заключить, что производные древостой преобладают в условиях озерно-ледниковой равнины. Основные причины смены фитоценозов - рубки древостоя и мелиорация переувлажненных земель. Смена фитоценозов - обратимая. В условиях ледниковых равнин, в особенности на пологих склонах к озерно-ледниковой равнине, сохранились коренные еловые сообщества, производных древостоев значительно меньше.
Вместе с аэрофотоснимками, топографическими, гипсометрическими, геологическими картами и планами лесонасаждений бланки описаний ландшафтных фаций составляют ландшафтную базу данных, которая позволяет корректировать и дополнить предварительную ландшафтную карту и на ее основе составить окончательную ландшафтно-морфологическую карту территории. Необходимость составления подобного рода карт неоднократно подчеркивается в опубликованных изданиях [26, 32, 65, 74, 80, 87, 90, 106, 110, 119, 172, 190].
Тематическое картографирование на ландшафтной основе возможно без дополнительных полевых работ. Это связано в первую очередь с тем, что при тематическом картографировании мы используем смысловую и контурную основу ландшафтной карты, на которой в концентрированном виде отражена информация о почвенно-геологических, геоморфологических, атмосферно-климатических, растительных, водных и других компонентах ландшафта.
Природные рубежи ПТК, как правило, совмещены с рубежами отдельных компонентов и элементов, входящих в ПТК, что и позволяет в кратчайшие сроки разработать серию согласованных тематических карт одного масштаба с исходной ландшафтной картой.
На основании составленной ландшафтно-морфологической карты разработаны следующие тематические одномасштабные карты: карта трофности ландшафтных урочищ, карта водности ландшафтных урочищ, карта экологической оценки ландшафтных урочищ, контурная карта границ ландшафтных урочищ для демонстрации связей между отдельными компонентами и элементами природных территориальных комплексов. Также на основании созданной ландшафтной карты разработана карта экстраполяции результатов исследования на схожие ландшафты Ленинградской области.
Совместный анализ различных ландшафтных источников информации дает возможность выявить взаимосвязи между компонентами природных территориальных комплексов и установить природные рубежи, отделяющие один ландшафт (урочище, фацию) от другого.
Имея сведения о продуктивности земель по каждой категории, делаются заключения о целесообразности проведения на тех или иных землях хозяйственных мероприятий.
Ландшафтно-морфологическую карту целесообразно рассматривать как долговременную природную основу при составлении тематических карт, необходимых для постоянного экологического мониторинга территории.
Применяя метод ландшафтных индикаторов для выявления границ природных территориальных комплексов при интерпретации ландшафтных источников информации реально использование не только фитоиндикаторов, но и иных индикаторов состояния компонентов ландшафта и их морфологической структуры.
Использование системы ландшафтных единиц позволяет обоснованно, с научной точки зрения, экстраполировать сведения и характеристики лесных земель, а также способы ведения лесного хозяйства и эксплуатации лесных ресурсов на однотипные природные территориальные комплексы (ландшафты, урочища и фации) Северо-Западного региона России.
Комплексный анализ различных ландшафтных источников информации позволяет выявить взаимосвязи между компонентами ландшафта, установить природные рубежи, отделяющие один природный территориальный комплекс от другого.
Метод ландшафтных и экологических индикаторов использует в отличие от фитоиндикационных методов не только фитоиндикаторы, но и все компоненты, элементы ландшафта и его структуру.
Оценка экологических режимов природных территориальных комплексов
Для выделения относительно однородных по природным свойствам участков земель был использован ландшафтный подход. Ландшафтный подход с использованием масштаба - 1: 50000 и масштаба 1: 25000 позволяет выявить на основе ландшафтных источников информации природные территориальные комплексы следующих рангов: местности, урочища и наиболее крупные ландшафтные фации [77]. В результате исследования установлено и подтверждено следующее -1. Лужско-Тосненский ландшафт — ледниковая и озерно-ледниковая низменная и низкая равнина с валунными суглинками, ленточными глинами и, в незначительной степени, водно-ледниковыми песками; во впадинах ландшафта - комплекс болотных урочищ с торфяными залежами, различающимися по мощности и составу болотных отложений; в отдельных участках ландшафта конечно-моренные гряды и холмы - литогенная основа сопутствующих урочищ; валунные суглинки и ленточные глины характеризуются слабой водопроницаемостью и способностью длительное время удерживать атмосферные осадки, следствия которых — поверхностное оводнение впадин; 2.
В пределах Лужско-Тосненского ландшафта выявлены местности двух видов, различающиеся по структуре, экологическим режимам земель, составу и производительности лесов (рис. 6). Местности первого вида - низкие (51-80 м над уровнем моря) ледниковые слабоволнистые равнины с урочищами конечно-моренных гряд, сложенные валунными суглинками, реже супесями и валунными песками с включением гравия, питаемые в большей степени атмосферными водами, с влажными, реже свежими сураменями, бедными раменями, еловыми суборями и борами вокруг болот, болотными урочищами замкнутых впадин с выпуклой олиготрофной грядово-мочажинной центральной частью, топяной мезо-эвтрофной периферией и лесными фациями, прилегающими к суходольным берегам. Местности второго вида - низменные (менее 50 м над уровнем моря) плоские террасированные озерно-ледниковые равнины, сложенные ленточными глинами, реже песками, питаемые атмосферными и натечными водами, с переувлажненными еловыми суборями, заболоченными борами, приречными сураменями, плоскими и слабовыпуклыми болотами замкнутых и сточных впадин с мезотрофными топяными фациями.
Каждая местность включает в себя закономерно сочетающиеся урочища. Местность первого вида включает в себя: урочища на суходолах 1. урочища конечноморенных камовых холмов и гряд ледниковых равнин на карбонатных суглинках и супесях со свежими сураменями и раменями, часто заселенные и распаханные (формула урочища - Тд Вг Зо Дд Н і_г); 2. урочища дренированных низких ледниковых равнин на карбонатных суглинках и супесях со свежими и влажными сураменями и раменями (формула урочища - Tq В2 30 Да Н 0; 3. урочища конечноморенных камовых холмов и гряд ледниковых равнин со свежими и влажными раменями, часто заселенные и распаханные (формула урочища - Тс В2 Зо Да Н \.2); 4. урочища склонов дренированных низких ледниковых равнин на валунных суглинках со свежими и влажными сураменями, пересечены ложками, заняты сенокосами (формула урочища- Тс В2Зо Да. Ho-i); 5. урочища плоских низких ледниковых равнин с сырыми и мокрыми сураменями (формула урочища- Тс В4Зо Д \i Ho-i); болотные урочища 6. урочища глубокозалежных олиготрофных выпуклых болот с вер ховой торфяной залежью и грядово-мочажинным комплексом в замкнутых впадинах ледниковых равнин (формула урочища - ХА.В5 Зр ДоН0).
