Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Исследование лесного растительного покрова и влияющих на него факторов 9
1.1 Цели работ в заповедниках 9
1.2 Роль заповедных территорий в изучении лесообразовательного процесса 9
1.3 Исследования лесов Восточного Саяна 20
1.4 Лесные пожары 26
1.5 Выводы 35
Глава 2. Характеристика природных условий заповедника 36
2.1 Геологическое строение 37
2.2 Рельеф и почвы 38
2.3 Климат 41
2.5 Гидрологические условия 44
2.6 Растительность 45
2.7 Выводы 48
Глава 3. Материалы и методы 50
3.1 Использование ГИС-технологий 50
3.2 Обобщенные характеристики лесного фонда 53
3.3 Методика анализа истории пожаров 56
3.4 Выводы 60
Глава 4. Особенности лесообразовательного процесса на заповедной территории 61
4.1 Распределение древесных пород в связи с рельефом 62
4.1 Общие изменения лесопокрытых земель 74
4.2 Динамика мягколиственных, темнохвойных и светлохвойных древостоев 80
4.3 Распространение лиственницы и кедра в лесах заповедника 93
4.4 Изменение площади сосновых и пихтовых насаждений 98
4.5 Выводы 99
Глава 5. Пожары в заповеднике 102
5.1 Пожары в заповеднике в 1950-2009 годы 103
5.2 Влияние климата на количество и площадь пожаров 105
5.3 Связь гарей с рельефом 108
5.4 Гари 1941 и 1948 годов 111
5.4 Оценка отдаленных последствий пожаров в сосняках по материалам повторной инвентаризации 115
5.5 Выводы 120
Заключение 122
Общие результаты и выводы 122
Литература 124
- Роль заповедных территорий в изучении лесообразовательного процесса
- Рельеф и почвы
- Обобщенные характеристики лесного фонда
- Общие изменения лесопокрытых земель
Введение к работе
Актуальность: Изучение естественной динамики древостоев является важной составной частью мониторинга природной среды. С этой точки зрения значительный интерес представляет государственный природный заповедник «Столбы». Материалы инвентаризации лесов заповедника, проведенной в 1948, 1959, 1968, 1977 и 2007 годы, позволяют проследить направление и скорость природных процессов в условиях минимального антропогенного воздействия за 60 лет. Эти исследования необходимы для уточнения закономерностей лесообразовательного процесса и прогноза темпов восстановления нарушенных рубками лесов на прилегающих территориях Восточного Саяна.
Цель исследования: Целью данной работы явилось изучение пространственно-временной динамики горных лесов, а так же направлений и темпов сукцессионных процессов в условиях заповедного режима.
Задачи исследования:
-
Изучить изменения площадей, возраста и запаса древостоев основных групп формаций и отдельных лесообразующих пород при минимальном антропогенном воздействии;
-
Провести количественный анализ связей породного состава древостоев с характеристиками рельефа;
-
Оценить влияние погодных и климатических колебаний на горимость лесов, а также проследить геоморфологическую приуроченность гарей.
Научная новизна работы: Выявлены тенденции временных и пространственных изменений разных древесных ассоциаций, формаций и их групп. Установлено преобладание короткопроизводных смен лесной растительности на изучаемой территории и сделан прогноз периода восстановления коренных сообществ. Использование ГИС-технологий позволило провести детальный количественный анализ приуроченности к рельефу различных древесных пород. Установлено увеличение продолжительности сезона пожарной опасности под влиянием погодных и климатических факторов (температура и осадки), проведен анализ геоморфологической приуроченности гарей. Показано слабое влияние пожаров на ход восстановительных процессов сосняков, но отмечена вероятность значительного возрастания их роли в ближайшем будущем.
Практическая значимость: Полученные в диссертационной работе результаты дополняют проведенные ранее исследования в лесах заповедника «Столбы». Они позволяют также прогнозировать динамику древостоев в условиях заповедного режима и на прилегающих территориях. Конкретизированы характер и темпы восстановления коренной растительности, а также наблюдаемых процессов разрушения лиственничных лесов и расширения площади потенциальных кедровников. Проведенное исследование показало существенное изменение пожарных режимов, что требует перестройки системы охраны лесов от пожаров.
Публикации и апробация результатов: По теме диссертации опубликованы 2 работы в журналах, рекомендованных списком ВАК (Вестник КрасГАУ, Научный журнал КубГАУ). Основные результаты диссертации докладывались на всероссийской конференции «IX Сибирское совещание по климатоэкологическому мониторингу» (Томск, 2011), на международной конференции «Региональный отклик окружающей среды на глобальные изменения в Северо-Восточной и Центральной Азии», посвященной памяти Л.И. Данько (Иркутск, 2012) и XII международной научно-технической интернет-конференции «Лесной комплекс: состояние и перспективы развития» (Брянск, 2013).
Положения, выносимые на защиту:
За период с 1950 по 2009 гг. наблюдается сокращение площадей, занимаемых мягколиственными породами (березняков – на 48%, а осинников – на 46%) и лиственницей (на 33%). Ожидается полное разрушение березняков и осинников через 50-70 лет (смена идет по короткопроизводной схеме), а лиственничников – в ближайшие 80-100 лет. Происходит постепенное формирование разновозрастных сосновых и пихтовых древостоев.
Между составом древостоев и характеристиками рельефа для лесов заповедника установлена умеренная теснота связей.
Во второй половине исследуемого периода произошло снижение общего количества пожаров в два раза, сопровождаемое увеличением охваченных ими площадей в полтора раза, при возрастании продолжительности пожароопасного сезона.
Личный вклад автора: Собран, обобщен и проанализирован фактический материал по основным лесным формациям, характерным для территории государственного природного заповедника «Столбы». Автор самостоятельно проводил обработку материалов при анализе пространственно-временной динамики мягколиственных, светлохвойных и темнохвойных насаждений и влияния на них пожаров.
Роль заповедных территорий в изучении лесообразовательного процесса
Постоянные наблюдения за природными явлениями в заповедниках и периодические инвентаризации лесного фонда позволили более детально изучать динамические процессы, протекающие в лесных экосистемах. Опубликовано огромное количество работ, в которых обобщены и проанализированы данные, накопленные в течение ряда десятилетий функционирования заповедников. Поэтому ограничимся лишь некоторыми примерами и перечислением сходных по тематике исследований.
Изменения лесов заповедников. Ограничение хозяйственного вмешательства в виде рубок и сбора дикоросов, проведение противопожарных мероприятий привели к развитию в заповедниках процессов постепенного восстановления коренной растительности. В зависимости от степени нарушенности лесов различается и полнота восстановления лесных сообществ. Наибольшей степенью деградации отличались леса, расположенные на плотно заселенных территориях Европейской части страны.
Динамика лесного фонда Окского заповедника (Бугаев В.А. Влияние охраняемого режима на состояние лесного фонда Окского заповедника Рязанской области. // Лесная таксация и лесоустройство. 1993. С. 79 – 87) была изучена за 50 лет его существования (1935-1985 г.г.). При постоянстве границ объекта отмечалось заметное увеличение покрытой лесом площади (на 29%) за счет зарастания вырубок и пустырей (16%) и облесения пересохших болот и лугов (13%). Соотношение между преобладающими породами не изменилось: береза сохраняет преобладание в лесном фонде (42-39%), ей уступает сосна (26-27%), на понижениях произрастает ольха черная (10-13%). В начале периода в сосновых древостоях преобладали молодняки, которые перешли за это время уже в категорию приспевающих, в березняках третью часть площадей занимали молодняки, с довольно равномерной представленностью древостоев 3-7 классов возраста, а в конце периода стали преобладать перестойные сообщества. Общий запас древостоев вырос в 2,3 раза (причем запасы ольховников увеличились в три раза). Это произошло за счет повышения полноты и класса бонитета древостоев, что отразилось на увеличении среднего запаса на 1 га (более заметно это в древостоях старшего возраста). Автор отмечает, что прекращение рубок леса не отразилось на расширении площади хвойных пород. Состояние старовозрастных насаждений опасений не вызывает, но тенденции повышения производительности древостоев замедляются.
В.А. Бугаев с соавт. (Бугаев, В.А. Динамизм леса в условиях Воронежского заповедника. // Лесная таксация и лесоустройство. Красноярск. 1998. С. 175–187) рассмотрели изменения лесного фонда Воронежского заповедника за 54 года (с 1937 по 1991) в результате естественных процессов роста древостоев. Преобладающими древесными породами являются сосна, дуб и осина (35, 31 и 21% покрытой лесом площади), заметные площади занимают береза и ольха (по 6%). Средний возраст древостоев изменился с 34 до 80 лет. При сохранении постоянства покрытой лесом площади общий запас древостоев увеличился более чем в два раза. Наряду с заметным старением древостоев, происходило сокращение площади осинников и дубрав, увеличилась площадь сосняков и немного - ольховников. Отмечено увеличение среднего класса бонитета сосняков (на один класс) и осинников (на 0,8 класса). Средний запас древостоев на 1 га увеличивается до 9 класса возраста почти у всех пород (кроме дубрав, где отмечалось усыхание деревьев). Как видно из сравнения этих объектов, в Окском заповеднике наблюдалась более выраженная нарушенность лесов (значительное участие в лесном фонде не покрытых лесом площадей), поэтому доля коренных древостоев осталась прежней. В Воронежском заповеднике уже отмечается сокращение доли лиственных пород с расширением площади сосняков.
Более детально динамические процессы в лесах этих заповедников освещены в работах В.Н. Егорова и И.И. Сподарева (Егоров, В.Н. Влияние заповедного режима на рост и производительность основных лесообразующих пород Воронежского заповедника // Труды Воронежского государственного заповедника. 1972. вып. 18. С. 3–7), C.B. Волкова и В.И. Егорова (Волков, C.B. Особенности роста естественных древостоев в условиях Воронежского государственного заповедника // Охрана природы ЦЧР. 1979. вып. 9 С. 42–47), В.Н. Короткова (Коротков, И.А. Лесорастительное районирование России и республик бывшего СССР // Углерод в экосистемах лесов и болот. 1994. С. 29–47), И.П. Ушатина и Д.Л. Мамонова (Ушатин, И.П. Динамика лесного фонда Окского биосферного заповедника с учетом зонирования его территорий (Рязанская обл.) // Интеграция науки и высшего лесотехнического образования по управлению качеством леса и лесной продукции. 2001. С. 355-358), А.И. Шишкина (Шишкин, А.И. Динамика породного состава лесных насаждений Воронежского государственного биосферного заповедника и Воронцовского лесхоза // Проблемы деградации дубрав и современные системы ведения лесного хозяйства в них. 2007. С. 316–319), К.И. Конно (Конно, К.И. Особенности роста сосны обыкновенной во влажных условиях Воронежского заповедника // Лесные культуры и защитное лесоразведение в лесостепи. 2008. С. 37–39), и ряде других. В частности, в работе Т.Ф. Сайлиева (Сайлиев, Т.Ф. Лесные сукцессии в борах и суборях Воронежского государственного биосферного заповедника: автореф. дис. Воронеж. 2000. 17 с.) рассмотрено современное состояние состава древостоев в боровых и суборевых условиях Воронежского заповедника. Как и в других регионах, в борах сосна доминирует во всех древостоях. В свежей субори участвуют в составе береза и дуб во всех классах возраста, кроме перестойных насаждений. Участие березы в древостоях влажной субори еще выше. Для климаксного этапа сукцессий в боровых условиях автор считает наиболее вероятным преобладание чистых сосновых древостоев. В свежих суборях он прогнозирует небольшое преобладание дуба в составе древостоев и одинаковой примесью березы и сосны. Во влажных суборевых условиях вероятно сохранение преобладания березы, со значительным участием в древостоях сосны и дуба. В статье В.В. Кузьмичева и А.И.Бондарева (Кузьмичев, В.В. Динамика лесных экосистем заповедника «Столбы» за 60 лет // Хвойные бореальной зоны. 2009. том 26. № 2. С. 173–177) по материалам лесоинвентаризации разных лет рассмотрено изменение площадей и запасов древостоев с преобладанием основных лесообразующих пород Сибири в заповеднике «Столбы» за 60-летний период. Нарушенность лесного фонда к моменту введения заповедного режима была значительной (19% территории занимали лиственные древостои), но намного меньше, чем в заповедниках Европейской части. Сосняки увеличили участие в лесном фонде с 43 до 46%, немного увеличились площади, занятые кедром и елью. Выявлено сокращение площади лиственных древостоев за рассматриваемый период почти в два раза, что связано с преобладанием короткопроизводных смен лесной растительности. Площади лиственничников постепенно уменьшаются в результате распада старовозрастных древостоев (их средний возраст в конце периода наблюдений равнялся 200 годам). Наблюдается формирование смешанных разновозрастных древостоев с преобладанием сосны и пихты, близких к климаксовому состоянию.
На Дальнем Востоке исследования динамики лесов активно проводились в Уссурийском заповеднике и примыкающем к нему Верхне-Уссурийском стационаре Биолого-почвенного института. Н.М. Глазов (Глазов, Н.М. Статистический метод в таксации и лесоустройстве. М.: Лесная промышленность, 1976. 143 с.) рассмотрел строение девственных массивов в кедрово-широколиственных лесах Приморья по возрасту и средним таксационным показателям. Он подчеркивал, что объектом хозяйства бывает совокупность лесных участков, объединяемых понятием лесного массива. В частности, для Уссурийского заповедника им прослежена динамика массива кедровников площадью около 9 тыс. га по материалам инвентаризации леса с 1909 по 1968 год. Средние высоты, диаметры, число стволов на 1 га и запасы у кедра оказались практически постоянными. Одинаковое среднее число деревьев на 1 га в разные годы наблюдается и у других пород: ели аянской, пихты цельнолистной и ясеня маньчжурского. В результате он пришел к выводу, что девственный массив широколиственно-кедрового леса отличается стабильностью основных таксационных признаков древостоев и при отсутствии рубок и пожаров развивается без смены пород. Постоянная величина среднего запаса связана с одинаковой (в среднем) величиной текущего прироста. Таким образом, он подтвердил возможность близкого к климаксовому состояния массива разновозрастных кедрово-широколиственных лесов.
Рельеф и почвы
Горный характер рельефа в значительной мере определяет собою климат, почвы и растительность заповедника – вертикальную их поясность и (на ее фоне) резкие различия мезоклиматических условий, создавая пеструю картину почвенного и растительного покрова.
Высоты местности колеблются от 200 до 800 м над уровнем моря, причем большая часть территории имеет высоты 400-700 м. Ниже 400 м - днища речных долин, выше 700 м – только отдельные участки водораздельных хребтов в южной части заповедника. Долины рек сохраняют повсюду горный характер. Водораздельные пространства обрываются к долинам крутыми склонами с каменистыми россыпями и скалами. Реки обладают крутым падением и быстрым течением, обнаруживая тем самым энергичную эрозионную деятельность, продолжающуюся и в настоящее время. Речные террасы не выражены. Основной водораздельный хребет между речками Базаиха, Б. Слизнева и Мана протянулся через весь заповедник с севера, севера-запада на юго-восток пологой дугой, вогнутой к северо-востоку. Высоты его несколько превышают 700 м. Небольшие речки, притоки р. Маны и Б. Слизневой, прорезают юго-западные склоны хребта. Они имеют небольшую протяженность, крутое падение и (за исключением р. Б. Индей), не обладают разработанными долинами, протекая в крутых горных берегах. Наоборот, бассейн реки Базаиха разработан значительно лучше. Речки, стекающие с водораздельного хребта на северо-восток, имеют большую протяженность и меньшее падение, долины их обладают плоским днищем (Калтат, Намурт, Б и М Инжулы). Водораздельный хребет расчленен на ряд отдельных, но связанных друг с другом хребтов - Листвяжный, Главный, или Абатакский, и Кайдынский.
Т.Н. Буторина (Буторина, Т.Н. К характеристике лесорастительных условий государственного заповедника «Столбы» // Труды государственного заповедника «Столбы». 1961. вып. 3. с. 253) также разделяла территорию заповедника на два высотных пояса: 1. Среднегорный, охватывающий основной водораздел рек Базаиха – Мана, с отметками высот 500 – 700 (до 800) м. н. у. м.
Сложенный массивными кристаллическими породами, он сравнительно слабо расчленен речною сетью и имеет колебания относительных высот до 100 м. Особо выделяется здесь район выхода сиенитовых пород («Столбы», давшие название заповеднику)
2. Низкогорный пояс примыкает к предыдущему по периферии узкой (5-7 км) полосой, в высотных пределах 500 – 200 м. н. у. м.
Он сложен из рыхлых осадочных пород (песчаников, глинистых, реже известковых сланцев) и значительно расчленен на узкие гривы второстепенных водоразделов, которые возвышаются над речными долинами на 200 – 250 м и обрываются к ним крутыми склонами, нередко с каменистыми россыпями и крутяками.
По описанию Ю.А. Кузнецова (Кузнецов, Ю.А. Геология района г. Красноярска // Известия Западносибирского геологоразведочного треста. 1932. т. ХII, вып. 2. С. 13–28), рельеф района характеризуется крайней монотонностью. С высоких точек видна почти ровная поверхность комплекса плоских грив и хребтиков. Отдельные более значительные высоты разбросаны без всякого порядка на поверхности ярко выраженного древнего пенеплена. Скалистых гребней нет совершенно, исключением служат только области развития интрузивных пород, где иногда появляются на водоразделах изолированные скалы. В почвенной зональности граница не нашла такого четкого выражения, как в растительном покрове, большей частью территории заповедника свойственны собственно горно-подзолистые почвы. В работе Т.Н. Буториной (Буторина, Т.Н. К характеристике лесорастительных условий государственного заповедника «Столбы» // Труды государственного заповедника «Столбы». Красноярск. 1961. вып. 3. С. 254) на территории заповедника выделены четыре естественно - исторических района: 1. Район низкогорья – светлохвойные леса на серых лесных почвах. 2. Район переходный – темнохвойно-светлохвойные леса (подтайга) на горно-подзолистых остаточно-серых почвах. 3. Район выхода сиенитов – сосновые леса на маломощных горно-подзолистых остаточно-серых почвах. 4. Район среднегорья – темнохвойная тайга на мохово-подзолистых и собственно подзолистых остаточно-серых почвах. Нижний пояс горных серых почв и светлохвойных лесов, переходный между тайгой среднегорного пояса и предгорной Красноярской лесостепью, не является абсолютно лесным. По южным склонам сюда заходят последние островки степных почв (горных обыкновенных черноземов) и растительности (кустарниково-разнотравные и дернисто-злаковые степи). По долинам крупных речек развиты участки лугов и заросли приручейных кустарников. Господствующие светлохвойные (сосново-лиственничные) леса деятельностью человека превращены большей частью в смешанные березово-осиновые и осиновые насаждения. (Ревердатто, В.В. Растительность Сибкрая. Новосибирск, 1931. 85 с; Попов, В.В. Лиственничные леса бассейна рек Маны и Кана в Восточных Саянах // Лиственница сибирская. 1940. С. 3-37; Коляго, С.А. Почвы Красноярского государственного заповедника «Столбы» // Труды государственного заповедника «Столбы». 1961. вып. 3. с. 199)
Среднегорный пояс – чисто таежный на мохово-подзолистых и подзолистых остаточно-серых почвах. Анализ состава и возрастной структуры древостоев тайги приводят к заключению, что в прошлом здесь господствовали пихтово-лиственничные насаждения, которые под влиянием общеклиматических изменений сменились темнохвойной (пихтовой) тайгой, теперь безраздельно господствующей в среднегорьях. Только в наиболее сухих в этом поясе местообитаниях еще сохранились лиственничники, но и в них наблюдается усиленное возобновление пихты (Попов, В.В. Лиственничные леса бассейна рек Маны и Кана в Восточных Саянах // Лиственница сибирская. 1940. С. 3-37; Коляго, С.А. Почвы Красноярского государственного заповедника «Столбы» // Труды государственного заповедника «Столбы». 1961. вып. 3. с. 243)
Все типы почв заповедника имеют маломощный профиль, высокую щебнистость, плохую сортированность материала, слагающего почвенную толщу (Коваленко, О.В. Современное почвообразование в лесных экосистемах низкогорья Восточного Саяна: автореф. дисс. Красноярск. 2009. 19 с.; Коляго, С.А. Почвы Красноярского государственного заповедника «Столбы» // Труды государственного заповедника «Столбы». 1961. вып. 3. 220 с.).
Обобщенные характеристики лесного фонда
Для анализа изменений в лесном фонде использовались сводные материалы инвентаризации лесов в разные моменты времени 1948, 1959, 1977 и 2007 годы (для первых трех сроков данные были представлены на бумажных носителях, а для последнего – в виде базы данных таблицы Excel). Сводная таблица инвентаризации 2007 года включала в себя около 4900 выделов. Поиск в базе данных и получение требуемых обобщенных показателей выполнялись с использованием автофильтра и расширенного фильтра.
Для анализа таксационных показателей и выравнивания абсолютных значений высоты и запаса подходящей аппроксимирующей функцией использовались возможности статистических пакетов. Так, для стабилизирующихся кривых хода роста (разновозрастных насаждений) использовалась функция роста Митчерлиха (функция – для аппроксимации кумулятивной кривой). Эта функция широко применяется для описания роста древесных растений в качестве эмпирического закона (Кузьмичев, В.В. Закономерности роста древостоев. Новосибирск: Наука, 1977. 160 с.; Кивисте, А.К. Функции роста леса. Тарту: ЭСХА, 1988. 108 с., Демаков, Ю.П. Диагностика устойчивости лесных экосистем (методические и методологические аспекты). Йошкар-Ола, 2000. 415с.) и имеет вид: Х(A) = b1 (1-exp(-1 (b2 A)))b3; (1) где Х – текущий показатель (высота или запас), b1 – предельная высота или запас древостоя, b2 и b3 – соответственно, параметры масштаба и формы кривой, A – возраст древостоя. Для иных кривых (в случае одновозрастных насаждений) была использована показательно-степенная функция: Х(A) = b1 Аb2 (exp(b3 A)); (2) где Х – текущий показатель (высота или запас), b1 – предельная высота или запас древостоя, b2 и b3 – соответственно, параметры масштаба и формы кривой, A – возраст древостоя.
Для анализа приуроченности лесных формаций и пород к характеристикам рельефа нами была выбрана методика, предложенная в работе В.В. Суханова с соавт. (Суханов, В.В. Структура растительных сообществ Сихотэ-алинского заповедника. Владивосток: Дальнаука, 1994. с. 9). Данная методика ориентирована на анализ связей между абиотическими факторами рельефа и запасом выделенных насаждений. Основное отличие нашего подхода заключалось в сплошном анализе территории, а не в выборочном, как было представлено в выше указанной работе. На основе ЦМР были получены данные об основных характеристиках рельефа. Для заповедника были выделены три основных абиотических фактора, характеризующих рельеф (крутизна и экспозиция склонов, высота н.у.м.). После этого к полученным данным были добавлены сведения о запасе основной лесообразующей породы и группы формации (лиственная, светлохвойная, темнохвойная). В дальнейшем для удобства обработки и снижения дисперсии, ЦМР были агрегированы до размера пикселей 110 на 110 м. Для неё была создана сводная таблица, включающая в себя основные характеристики рельефа, преобладающую породу и её запас (таблица 3.1). Таким образом, на территории заповедника было выделено около 39 тыс. элементарных площадок, что позволило провести его сплошной анализ.
Факторный анализ был проведен в статистическом программном пакете. Основной целью данного анализа является редукция данных, или определение структуры связей между переменными. Чтобы проанализировать связи корреляционной структуры древесных сообществ с рельефом, использован метод канонических корреляций. Данный метод позволяет одновременно проанализировать зависимости между списками переменных (Халафян, А.А. STATISTICA 6 Статистический анализ данных: учебник. М.: «Бином-Пресс», 2007. 512с.). Оценка средней высоты произрастания древесных пород производилась с учетом площади, занимаемой породой. Расчет производился по формуле: , (3) где Sn – площадь отдельного полигона; hn – средняя высота полигона н.у.м.; Ss – общая площадь, занимаемая видом; hs – высота вида н.у.м. с учетом веса. Для оценки достоверности и тесноты связей использовались стандартные методы: критерий 2, коэффициенты регрессии, стандартные ошибки. 3.3 Методика анализа истории пожаров Для анализа геоморфологической приуроченности гарей были использованы сведения о зафиксированных лесных пожарах на территории ГПЗ «Столбы» в период с 1942 по 2009 г.г. (время и площадь пожара, характер повреждения, номера квартала и выдела) (Летопись природы 1942 – 2009 гг., акты лесных пожаров 1996 -2009 гг.), планы лесоинветаризаций 1941, 59, 77 и 2007 гг., снимки Landsat 5 с интернет-сервиса National Geophysical Data Center на исследуемую территорию. На географическую основу были нанесены контуры пожаров. Перенос контуров осуществлялся вручную с учетом имеющихся ориентиров. Для космических снимков выделение и оконтуривание гарей проводилось методом ручного оконтуривания. Для этого снимки были визуализированы в RGB-синтезе каналов 7-4-2.
Для анализа общих закономерностей и трендов погодных и климатических данных использовались стандартные статистические методы. Так, для оценки изменения температурного режима и осадков на территории заповедника использовалась методика нелинейного регрессионного анализа и возможности статистического пакета. Данный анализ позволяет найти регрессию, которой соответствует минимальное значение функции потерь.
Общие изменения лесопокрытых земель
Н.М. Глазов (Глазов, Н.М. Статистический метод в таксации и лесоустройстве. М.: Лесная промышленность, 1976. 143 с.) в качестве отдельных объектов учета леса выделял массивы (простые и сложные) и рассматривал закономерности, которым подчиняется их строение. По его данным, для девственных массивов (не затронутых хозяйственной деятельностью) характерно нормальное распределение площадей по классам возраста.
Если считать лесной фонд заповедника сложным массивом, то нарушенность его лесов хозяйственной деятельностью, о которой много раз упоминалось в работах разных исследователей, до сих пор (2007 г.) отражается на распределении покрытой лесом площади по классам возраста (рисунок 4.12).
Распределение покрытой лесом площади заповедника по 20-летним классам возраста не может считаться нормальным ни по критерию хи-квадрат, ни по критерию Колмогорова-Смирнова. Нарушенность лесов наблюдается как в левой, так и в правой частях полигона (заметны преобладание площадей древостоев в возрасте 70-130 лет и недостаток старовозрастных в сравнении с кривой нормального распределения). Тем не менее, одновершинный характер кривой свидетельствует о возможности постепенного приближения распределения к нормальному. Характерной особенностью распределения является почти полное отсутствие древостоев в возрасте до 50 лет, что свидетельствует об успешности заповедного режима. Одновременно практически отсутствуют древостои старше 270 лет, что связано с долговечностью изучаемых древостоев.
В процессе последней лесоинвентаризации территория заповедника была разделена на три части: высотно-поясные комплексы (ВПК) подтаёжных и горных лесов, а также интразональные сообщества. Для каждой из частей, по мнению авторов, характерны свои наборы типов леса, различающиеся характеристиками напочвенного покрова. Некоторые из типов занимали незначительные площади (Бондарев, А.И. Проект лесоустройства заповедника столбы. Красноярск, 2008. с. 120). Чтобы выяснить различия в таксационных показателях между преобладающими типами леса разных частей заповедника, были проведены сплошные выборки для шести типов леса. В ВПК подтаёжных лесов были выбраны следующие типы леса: сосняк разнотравно-осочковый, кустарниково-крупнотравный и осочково-крупнотравный. В ВПК горных лесов выделили сосняк осочково-зеленомошный и кустарничково-зеленомошный. Среди интрозональных сообществ наиболее представленными были сосняки боровые сухомшистые. Для каждого из них были проведены выравнивания высот и запасов в зависимости от возраста. Сравнение динамики высот в древостоях разных типов леса приводится на рисунке 4. Рисунок 4.13 – Динамика высот сосновых древостоев в 1) разнотравно-осочковом, 2) кустарниково-крупнотравном, 3) осочково-крупнотравном, 4) осочково-зеленомошном, 5) кустарничково-зеленомошном и 6) боровом сухомшистом типах леса
Как следует из графика, кривые высот практически не различаются, стабилизируясь на уровне 25 м. Для каждой из кривых была вычислена стандартная ошибка, которая приведена в таблице 4.3. То же самое относится к выравниванию запасов древостоев разных типов леса, которые стабилизировались на уровне 250 м3/га. Как следует из приведенных в таблице ошибок, различия в запасах также недостоверны. Можно отметить тот факт, что таксационные показатели сосняков в районе выхода сиенитов мало отличаются от сосняков других районов. Такие же недостоверные различия наблюдаются между характеристиками типов леса других древесных пород. На основании этих результатов, возможно провести совместный анализа динамики таксационных показателей древостоев заповедника. Для отдельных лесообразующих пород ценной характеристикой служит величина среднего возраста древостоев, полученная как средняя взвешенная через запасы. В процессе возрастных изменений древостоев одного сукцессионного ряда средний возраст изменяется в соответствии со временем между последовательными обмерами. Для древостоев, близких к климаксовому состоянию, изменения среднего возраста небольшие и могут колебаться вокруг некоторого среднего значения. В таблице 4.4 показаны значения среднего возраста за четыре периода и разница за 60 лет. Только для сосняков средний возраст изменился на 60 лет, для кедра, лиственницы и березы увеличение возраста примерно равно 50 годам, тогда как для ели, пихты и осины изменения лежат в пределах 15-26 лет.
Разница за 60 лет 50 51 63 23 15 46 Таким образом, для ельников и пихтарников изменение среднего возраста древостоев указывает на их близость к климаксовому состоянию. Для осинников возможно другое объяснение – особенности распада и частичного пополнения молодыми древостоями этой формации. За период с 1948 г. по 2007 г. произошла стабилизация общего запаса насаждений (таблица 4.5) на уровне 11,7 млн. м3. Вообще стабилизация запаса говорит о формировании разновозрастных древостоев в заповеднике. Таблица 4.5 Динамика запаса насаждений Годы лесоустройства 1948 1959 1977 2007 Общий запас, млн. м3 8 11,6 11,8 11, Значительный интерес представляет изменение общей площади (рисунок 4.14) и общего запаса отдельных преобладающих пород в разные моменты инвентаризации (рисунок 4.15).
Наибольшие площади и запасы наблюдаются в сосновых древостоях, причем за рассматриваемый период (60 лет) запасы выросли почти в два раза - с 3 до 6 млн. м3, тогда как площади увеличились лишь на 3 %. Несколоко вырос запас пихтарников, почти на одном уровне он сохраняется в кедровых и еловых древостоях. В лиственничниках, осинниках и березняках отмечается отчетливое снижение как площадей, так и общих запасов.
