Главная – Журналы – Сибирский лесной журнал 2014 номер 5

Кризис с обеспечением нужд отдельного региона и страны лесными ресурсами и низкая доходность лесного сектора в целом — индикатор несостоятельности существующей модели управления лесами и организации лесопользования в России на современном этапе. Многие лесопромышленные регионы России столкнулись с тем, что экономически доступного леса становится все меньше, и это на фоне значительного фактического недоиспользования расчетной лесосеки. Подобная ситуация наблюдается и в Сибири. Ориентация на полное использование расчетной лесосеки во многих случаях непременно приводит к истощительному лесопользованию и быстрому сокращению доступных лесных ресурсов. Утверждение, что объем использования древесных ресурсов леса определяется расчетной лесосекой, представляющей собой научно обоснованную норму неистощительного лесопользования, является не более чем декларативным высказыванием. По мнению А. С. Шейнгауза (2007), «модель нормального леса и базирующиеся на ней формулы расчета лесосек, исчисляемых для периодов длиной в несколько десятилетий, совершенно ненадежны и не имеют смысла. Прогнозирование за пределами 10–15 лет, если оно имеет значение, должно проводиться не расчетными, а аналоговыми методами и не является достаточно точным и адекватным для установления нормативов». На основе анализа применения действующего Порядка исчисления расчетной лесосеки сделано заключение о необходимости устанавливать расчетную лесосеку в двух вариантах: лесоводственную (по действующей методике) и экономически доступную, которая обеспечивает экономически эффективное использование имеющей спрос спелой древесины и учитывает эколого-экономическую доступность древесных ресурсов.

Государственная инвентаризация лесов (ГИЛ) - вид лесоучетных работ, ранее не применявшийся в нашей стране и направленный на получение характеристик лесного фонда, в том числе запасов древесины в масштабе регионов России. К настоящему времени опубликованы работы, свидетельствующие о наличии недопустимых величин расхождений итоговых данных массового лесоустройства и ГИЛ. Тем не менее на Всероссийском совещании по использованию материалов ГИЛ, которое проходило в г. Брянске (2013), отказываться от ГИЛ посчитали неправильным. На примере двух участковых лесничеств Красноярского Приангарья выяснены причины несовпадений категорий земель и лесных формаций на пробных площадях (ПП) и лесотаксационных выделах. Всего заложено 340 проб. Выявление характера расхождений материалов ГИЛ и лесоустройства произведено посредством сличения описаний ПП и лесотаксационных выделов, а причин расхождений - посредством визуального анализа распределения ПП и лесотаксационных выделов на планах лесонасаждений и картах рельефа местности. Сравнение материалов ПП ГИЛ и лесотаксационных выделов показало, что случайные и грубые ошибки появляются вследствие неоднородной структуры лесотаксационных выделов и некоторых методических допусков проведения лесоустройства по 3-му разряду и не влияют на расхождение данных. Систематические ошибки появляются вследствие методических особенностей ГИЛ и признаны основной причиной расхождения данных традиционного лесоустройства и ГИЛ. Систематические ошибки подлежат исключению. В работе сделан важный вывод о том, что на этапе планирования мест закладки ПП следует отказаться от стратификации по показателям лесного фонда. В качестве входов в систему страт предпочтительнее использовать показатели рельефа и гидрологического режима почв. Планирование местоположений ПП с учетом ландшафтных особенностей местности позволит избежать их сосредоточения вблизи дорожно-тропиночной сети. Причина появления систематических ошибок при этом исчезнет.

Показаны основные этапы разработанной технологии стереоскопического дешифрирования лесов «От съемки — к проекту» с использованием материалов современных аэросъемок и специального программно-аппаратного обеспечения. Необходимость разработки высокопроизводительной технологии таксации лесов обусловлена растущей потребностью государства, бизнеса, гражданского общества в актуальной и достоверной информации о лесах. Задачами исследования являлись: интегрирование ряда программно-аппаратных средств в единую технологию, ее опытно-производственная проверка на реальном объекте, подготовка предложений о внедрении предлагаемой технологии в лесотаксационное производство и формировании системы подготовки специалистов-дешифровщиков. Положительные результаты экспериментальных работ по измерительному и аналитическому дешифрированию лесов в стереорежиме на основе фотограмметрического программного обеспечения были получены специалистами из России, Хорватии, Белоруссии, Швеции. В технологии «От съемки — к проекту» используются следующие программно-аппаратные средства: фотограмметрический комплекс VisionMap A3, цифровая фотограмметрическая система Photomod, программный комплекс «ЕСАУЛ», ГИС ArcGIS, специальные аппаратные средства для стереодешифрирования. На примере модельной территории показаны результаты апробации данной технологии. Результаты сравнения дешифровочной и перечислительной (контрольной) таксации демонстрируют, что ошибки определения основных таксационных показателей древостоев дешифровочным способом не превышают нормативно допустимые. Указаны преимущества практического применения данной технологии. Отмечено, что таксация лесов дешифровочным способом представляет собой сложный психофизиологический процесс и требует высокой квалификации исполнителей на базе специальной подготовки. В статье указывается на необходимость формирования системы подготовки специалистов-дешифровщиков для выполнения таксации лесов. Перечислены разработанные и подготовленные учебные программы и учебно-методические пособия по дистанционным методам в лесном хозяйстве.

Воздействие антропогенного фактора и климатических изменений вызывает рост степени нарушенности лесов Сибири. В данной работе использованы данные двух спутниковых сенсоров для автоматизированного выявления изменений площади лесов. Погодичные мозаики изображений обратного рассеяния радиоимпульсов со спутникового радара ALOS PALSAR за период с 2007 по 2010 г. были использованы для мониторинга сокращения площади лесов. Временные ряды улучшенного вегетационного индекса (Enhanced Vegetation Index — EVI) за период 2000-2014 гг. на основе съемки спектрорадиометра среднего разрешения MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectral Radiometer) были интегрированы в веб-систему для оценки возможности обнаружения нарушений лесного покрова в близком к реальному масштабе времени с использованием методов поиска разрывов в усредненной сезонной кривой и линии тренда (BFAST). Средняя точность определения сокращения лесных площадей по радарным данным (Synthetic Aperture Radar — SAR) составила 70 %, в то время как средняя точность оценки изменений лесных площадей по данным MODIS методом поиска разрывов в линии тренда составила 50 % и для метода разрывов в сезонной кривой 43.4 % соответственно. Тем самым была продемонстрирована возможность использования данных радарной съемки (SAR) как высокоточного инструмента для оперативного мониторинга лесов. Интернет-геопорталы типа «Мониторинг Земли» (Earth Observation Monitor) предоставляют простой в использовании интерактивный инструментарий для оценки изменений в лесах Сибири.

Предпринята попытка оценить запасы древесины посадок кедра японского ((Cryptomeria japonica (Thunb. ex L. f.) D. Don), на японском языке - суги) по космическим снимкам, полученным с японского спутника ALOS приборами AVNIR–2 и PRISM, с целью определения возможности последующего использования его плантаций в качестве лесных ресурсов для заготовки древесины. Предварительно выполнена высокоточная геометрическая коррекция изображений посредством обнаружения и увязки наземных опорных точек (Ground Control Points — GCP) с их отметками, определенными на космических снимках посредством расчета коэффициентов полиномов обобщенных аппроксимирующих функций (Rational Polynomial Coefficients — RPC). Для топографической коррекции использовали метод регрессии двойного разделения (Dual Partitioning Regression). Слой «лес» выделяли способом первичной классификации (primary classification), а плантации суги — способом вторичной классификации (secondary classification). Общая точность определений категорий лесного покрова при первичной классификации составила 94, а при вторичной — 89 %. Адекватные и эффективные параметры для оценки запаса стволовой древесины на 1 га отбирали посредством множественного регрессионного анализа связи между фактическими объемами стволов, определенными на земле инструментально, и цифровыми значениями спектральных диапазонов космического снимка (принимались средние значения диапазонов) путем ступенчатого процесса (stepwise procedure). Установлено, что наиболее информативным является ближний инфракрасный (NIR) 4–й спектральный диапазон, для которого рассчитано регрессионное уравнение связи с запасом древесины. Показано, что лесные участки с отрицательными значениями нормализованного разностного вегетационного индекса (NDVI) не являются насаждениями суги. Применение периодического спутникового мониторинга позволяет существенно повысить точность данных лесного реестра и определения количественных характеристик лесных ресурсов суги, что способствует более эффективному лесопользованию.

Повышение эффективности работы по сбору данных в лесу является одним из краеугольных вопросов лесной таксации и лесоустройства. Мобильные технологии создают уникальную возможность для решения этой задачи, а также для повышения точности измерений, обеспечения объективности данных и независимого контроля результатов. Технология Трестима основывается на получении таксационных характеристик древостоя, таких как площадь сечений, диаметр стволов, высота деревьев и породный состав, по фотографиям древостоя и модельных деревьев, сделанным мобильным телефоном. Обработка фотографий осуществляется автоматически, а в случае необходимости — с помощью оператора, что позволяет автоматизировать все последующие расчеты. Функции электронного компаса и геопозиционирования, встроенные в современные мобильные устройства, позволяют регистрировать направление съемки и точные координаты снимка таким образом, что данные измерения древостоя на снимке однозначно соответствуют избранному местоположению. Результатом работы сервиса являются отчеты о запасе древесины, площади сечений, среднем диаметре, средней высоте, количестве стволов и распределении диаметров стволов по ступеням толщины. Отчет, подготавливаемый для каждого древостоя, содержит стандартную ошибку, а также доверительный интервал, в который с 95%–й вероятностью попадает результат измерений и оценки. По площади сечений, среднему диаметру и средней высоте можно рассчитать запас древесины и количество стволов на конкретном участке. Отчетность, генерируемая Трестима, может быть легко дополнена производными параметрами так же, как любая из применяемых формул может быть легко модифицирована или изменена в соответствии с потребностями (например, в зависимости от конкретного лесотаксационного района). Одной из ключевых особенностей технологии Трестима является и то, что каждое измерение сопровождается данными о географических координатах, т. е. место каждого измерения может быть отображено на карте, могут быть проанализированы маршрут и покрытие рассматриваемой площади.

Исследованы запасы углерода в надземной фитомассе двух экотонов Уральского региона: в высотном градиенте западного склона Тылайского Камня и на зональном экотоне в низовьях р. Пур. Определено, что на первом из них запас углерода в фитомассе ельников по мере подъема с 864 до 960 м над ур. м. снижается в 19 раз, на втором в 45–летних лиственничниках в пойме реки он в 7 раз выше, чем на водоразделе при схожих густотах (1300–1700 деревьев на 1 га), а в 100–летних различается в 5 раз. Предложены 12 регрессионных уравнений зависимости надземной фитомассы (всей надземной, стволов, ветвей, хвои) от диаметра ствола дерева, которые могут быть использованы для оценки фитомассы (углерода) еловых и лиственничных насаждений Тылайского Камня и низовий р. Пур и прилегающих территорий на основе данных перечислительной таксации. С целью снижения трудоемкости последующего определения фитомассы насаждений приведены средние значения плотности и содержания сухого вещества во фракциях фитомассы, полученные в результате измерения модельных деревьев. Результаты могут быть полезны при оценке приходной части углеродного цикла в насаждениях высотных и зональных экотонов Урала, а также при валидации имитационных экспериментов по оценке углерододепонирующей способности лесов.

В 2001 г. в лесных насаждениях разной степени нарушенности промышленными выбросами Норильского горно–металлургического комбината заложили 6 постоянных пробных площадей (ПП). В 2004 г. на ПП провели повторную таксацию для оценки влияния загрязнения на изменение состояния древостоев. При этих учетах на ПП у каждого дерева визуально определили категорию состояния по 6–балльной шкале «Санитарных правил в лесах Российской Федерации». Учитывали также переход в валеж за трехлетний период. Разработали две модели изреживания древостоев в разных экологических условиях с использованием цепей Маркова: с помощью оценки вероятности выживания деревьев за 3 года и на основе оценки матриц вероятности изменения категории состояния деревьев за этот же период. Определили число деревьев, погибших с 1979 г., когда был введен в строй комбинат «Надежда». Это было сделано с помощью оценки вероятности сохранения сухостоя на корню за 3 года наблюдения. Сделали прогноз развития ситуации до 2030 г. С помощью логит-регрессии оценили вероятность выживания деревьев в зависимости от четырех факторов: степени повреждения древостоев поллютантами, породы, местоположения древостоя в рельефе и возраста. Результаты позволили отделить влияние загрязнения на устойчивость древостоев от прочих факторов. Выявили долю отпада деревьев, обусловленную загрязнением. Определили шкалу снижения газоустойчивости пород к SO₂: береза → ель → лиственница. У лиственницы доля отпада, вызванная загрязнением, оказалась самой высокой.

Обнаружен отчет Ангарской лесоэкономической экспедиции о лесоэкономическом обследовании в 1932 г. левобережья р. Ангары. Обследованием охвачена часть территории Красноярского края и Иркутской области общей площадью 18 641.8 тыс. га. В отчете отражена технология инвентаризации лесов и достигнутые при этом результаты, которые ранее не публиковались. Обследование проводилось статистическим методом, который заключался в выборочной таксации леса путем сплошного перечета деревьев на пробных площадях (ПП), расположенных в массиве по определенной системе, с последующим математико-статистическим перерасчетом результатов выборки на весь объект обследования. Для этого прорубали визиры в широтном направлении на расстоянии 16 км один от другого. По прорубленным ходам через каждые 2 км закладывали ПП размером 0.1 га (10 × 100 м). Всего прорублено 32 таксационных хода общей протяженностью 9931 км, на которых заложено 4817 ПП. Исследовали также точность определения таксационной характеристики древесных ресурсов с использованием более мелких ПП. Для этого на каждой ПП вырезали участок площадью 0.01 га (10 × 10 м), на котором вели самостоятельный сплошной перечет деревьев, а для изучения сортиментной структуры производили рубку, обмер модельных деревьев и их раскряжевку на сортименты. На каждой «вырезке» срубали все деревья диаметром от 44 см и толще. На половине площадки (5 × 10 м), расположенной в восточном ее конце, рубили все деревья диаметром 24 см и толще. На каждой пятой «вырезке» вырубали все деревья диаметром от 12 см и толще. По результатам работ приведена детальная характеристика лесосырьевых ресурсов как в целом по бассейну, так и в разрезе 17 лесоэксплуатационных районов.

Предложен метод оценки пространственного распределения ресурса между особями и сообществами в экологической нише. Метод основан на выделении областей доминирования (ОД), в которых каждая особь или сообщество оказывают доминирующее влияние в пространственном освоении ресурса. Реализация метода продемонстрирована на примерах анализа пространственно-временной динамики колоний узкочерепной полевки (Microtus gregalis) и горизонтальной структуры соснового древостоя. Метод дает адекватную оценку распределения ресурса между особями и сообществами, тогда как методы Штера, Вайе и др., основанные на определении площадей роста, дают систематическое завышение оценки для особей малых размеров и занижение - для крупных особей. Оценки, полученные на основе ОД, таких расхождений не дают. Для исследуемого древостоя выявлена тесная зависимость диаметра ствола деревьев от площади их ОД (R² = 0.79). Имитационное моделирование на основе информации по пространственному распределению ресурса может выступить инструментом как для описания динамики роста отдельных особей в древостое, так и для выявления закономерностей роста древостоя. Данные по разбиению территории на ОД колоний узкочерепной полевки позволяют анализировать пространственно-временной процесс заселения популяцией территории и получать количественные показатели по освоению отвалов на разных фазах динамики численности. Разработанный метод позволяет изучать пространственное освоение территории и оценивать реальную емкость местообитаний. Анализ размещения с учетом сезона размножения и при разных фазах численности дает возможность количественной оценки видового радиуса укрытий узкочерепной полевки.

Современная практика лесохозяйственного производства в Украине, которая находится в процессе внедрения концептуальных изменений в систему управления лесным хозяйством на основе принципов устойчивого развития, требует значительного расширения действующего нормативно-информационного инструментария для оценки экологических функций лесов. С этой целью в течение 2012–2014 гг. в рамках международного проекта GESAPU (Geoinformation technologies, spatio-temporal approaches, and full carbon account for improving accuracy of GHG inventories) осуществлена разработка моделей и таблиц биопродуктивности для основных лесообразующих пород Украины. В статье приведены результаты моделирования динамики конверсионных коэффициентов основных компонентов фитомассы естественных модальных еловых древостоев Карпатского региона Украины на основании материалов 32 пробных площадей из базы данных «Фитомасса лесов Украины». По данным государственного учета лесов Украины по состоянию на 1.01.2011 г. еловые леса в Украинских Карпатах занимают площадь 426.2 тыс. га, из которых 45 % приходится на ельники естественного происхождения. Для оценки динамики продуктивности модальных еловых чистых и смешанных древостоев предложены модели запаса и общей производительности, которые получены с помощью ростовой функции Берталанфи. На основе этих моделей разработаны нормативно-справочные таблицы биологической продуктивности естественных модальных еловых насаждений Украинских Карпат. Для оценки энергетических возможностей лесного хозяйства Украины предложены таблицы энергетической продуктивности исследуемых насаждений. Построенные на основе таблиц биопродуктивности, они отражают динамические процессы аккумулирования энергии в компонентах фитомассы и могут использоваться в лесоустройстве для прогнозирования объемов энергетического древесного сырья.