Мониторинг лесных земель для оценки лесовосстановления на территориях с гидроморфным трендом

УДК 630:504

А.Г. Дюкарев, Н.Н. Пологова, И.А. Бех ИМКЭС СО РАН, Томск

МОНИТОРИНГ ЛЕСНЫХ ЗЕМЕЛЬ ДЛЯ ОЦЕНКИ ЛЕСОВОССТАНОВЛЕНИЯ НА ТЕРРИТОРИЯХ С ГИДРОМОРФНЫМ ТРЕНДОМ

Весьма важным на современном уровне воздействия на природную среду является охрана лесов. Роль лесных экосистем в сохранении экологического равновесия на региональном и глобальном уровне многократно превышает их утилитарное значение. Однако для сибирских регионов сбалансированное использование лесных ресурсов является стабилизирующим фактором социально-экономического развития. Существующая система контроля за состоянием лесов на уровне лесхозов имеет узконаправленную ресурсную специфику и несовершенна как с экологической, так и нормативно-правовой точек зрения. Главная его задача -определить запасы древесины, их распределение по породам и территории, выделить участки пригодные для лесопользования и уберечь их от пожара. Локально, как правило, в научных целях, осуществляется экосистемный мониторинг, в задачу которого входит контроль за ходом природных процессов и отделение их от процессов связанных с антропогенным воздействием. Широко распространенный экологический мониторинг обеспечивает контроль состояния экосистем (в том числе, и лесных) при воздействии техногенных факторов.

Мониторинг лесных земель по своей сути близок к экосистемному мониторингу и характеризуется направленностью на оценку тенденций динамики состояния лесов в их тесной взаимосвязи с изменением лесорастительных условий. Понятие земель имеет смысл безразмерной географической единицы, как участка земной поверхности (участка леса) со всей совокупностью живых организмов и ресурсов, формирующихся в определенных условиях среды. В таком определении понятие лесных земель близко к представлениям о лесе Г.Ф. Морозова и В.Н. Сукачева.

Мониторинг лесных земель включает с одной стороны, слежение за динамикой леса, а с другой - предусматривает комплексную оценку лесорастительных условий (ЛРУ). Это исходит из самой сущности лесообразовательного процесса, который определяется в первую очередь состоянием и особенностями развития ландшафта, включая общий флорогенез и расселение лесной растительности, географическое положение местности, ее радиационно-энергети-ческий потенциал, свойства почвообразующего материала (Колесников, 1974; Смолоногов, 1998; Уткин, 1999).

Оценка ЛРУ базируется на ландшафтных принципах анализа, главным из которых является территориальный подход. К числу устойчивых характеристик лесорастительных условий (ЛРУ) относятся условия местообитания - совокупность инвариантных ландшафтных признаков (рельеф, дренированность, история формирования и литологический состав пород), которые обеспечивают типологическое разнообразие насаждений. На

этом уровне тип леса служит индикационным показателем разнообразия лесорастительных условий. Важно, что тип леса объединяет совокупность биогеоценозов одного и того же типа ЛРУ с древостоями разного возраста, но сходных по истории восстановления, формирования, изменения состава и других морфоструктурных показателей, т.е. имеющих качественно близкий характер восстановительно-возрастной динамики.

При выделении самой мелкой по размеру единицы ЛРУ - типа экотопа -возникает проблема оценки его изменчивости в пределах вертикальной и горизонтальной структуры биогеоценозов, что имеет важное значение для хода сукцессий и восстановительной динамики лесов. Характеристика экотопа применяется для описания условий начальных стадий лесообразовательного процесса и служит для разработки параметров мониторинга лесовозобновления. Любые внешние факторы, приводящие к изменению в лесорастительных условиях, будут отражаться на лесовосстановительной способности эдафотопа и соответственно на направлении динамики и качестве лесных насаждений. Поэтому интенсивный мониторинг должен обеспечить лучшее понимание взаимодействия компонентов лесных экосистем между собой и влияния факторов, вызывающих изменение состояния лесов в пространстве и во времени.

Вопросы трансформации лесорастительных условий особую остроту приобретают на территориях с явно выраженной тенденцией нарастания гидроморфизма. Высокая заболоченность, распространение на всех геоморфологических уровнях болот вступивших в фазу глобального влияния на прилегающие леса, ставят задачу включения в качестве наиважнейшего объекта мониторинга лесных экосистем гидрологической составляющей ландшафта. Для мониторинга естественной динамики изменения лесных площадей важно оценить зарождение самых молодых очагов гидроморфизма в лесных насаждениях.

С целью мониторинга лесных земель проведена оценка ЛРУ на территории Верхнекетского лесхоза Томской области. Для типизации природно-террито-риальных комплексов использованы тематические карты, планы лесных насаждений, космические снимки и материалы полевых исследований. На первом уровне анализа лесорастительных условий и типов леса устанавливалась взаимосвязь локальных морфогенетических групп ландшафтов (литолого-генети-ческих поверхностей) с распределением породного состава темнохвойных насаждений.

На литолого-генетических поверхностях было проведено также разделение экотопов по характеру водообмена в ячейке ландшафта -ведущему фактору, определяющему дифференциацию растительности и взаимодействие компонентов как внутри, так и между экосистемами. Тип водообмена на внутреннем уровне формируется в результате специфичного для экотопа взаимодействия между фильтрационными свойствами почвогрунтов, параметрами лесных подстилок, пологом древостоя и наземным покровом. Грунтовый и поверхностный сток формирует

взаимодействие между экосистемами в границах речных водосборов. Современная речная сеть совместно с системой болот и их стадиями развития оценивалась как гидрологический каркас территории. С учетом этого выделены местности: интенсивного, слабого, замедленного и

аккумулятивного типов водообмена, которые на литологогеоморфологических поверхностях представлены в различных соотношениях (рис. 1).

Рис. 1. Соотношение типов местности по условиям водообмена

Литоло-генетические поверхности: В - денудационно-аккумулятивные равнины; Пр -слоистые террасы и ложбины стока; Ос - останцы древних равнин, сложенные суглинками. Типы местности по условиям водообмена: И - интенсивного, С - слабого, Сп - слабого подпертого, З - замедленного, А - аккумулятивного

Для установления связи породного состава темнохвойных лесов с дифференциацией экотопов анализировались выборки из материалов лесоинвентаризации. Выборка составляла не менее 30 выделов для типа водообмена на каждой поверхности. Проявляется закономерное соответствие типов леса и их сочетаний с ландшафтной структурой территории (рис. 2). Наряду с этими выявилось очень широкое варьирование коренных темнохвойно-кедровых насаждений по составу и бонитету на всех типах поверхностей. Такая комплексность обусловлена пространственной неоднородностью почвообразующих пород и влиянием постоянно изменяющегося поверхностного стока с болотных массивов, что обеспечивает большое разнообразие восстановительных смен растительности в локальных условиях как в их естественной послепожарной динамике, так и после вырубок.

50

С

З

Ос

С Сп З С И Сп

В Пр

Травяноболотный

Сфагновый

Ягодномшистый

в Мшистый

Разнотравный

0

Рис. 2. Распределение типов леса на лито-генетических поверхностях в разных условиях водообмена

Взаимодействие экотопа и особенности роста лесных насаждений с участием кедра также приводит к гидроморфным экогенетическим сукцессиям. В старовозрастных кедровых лесах по сравнению с молодыми, развивающимися под пологом лиственных пород, выявлены существенные изменения в почвах. Накапливается мощная оторфованная подстилка, увеличивается плотность почв, снижается теплообеспеченность верхних минеральных горизонтов, увеличивается их влажность и соответственно снижается несущая способность грунтов. Особенно это проявляется на плоских и слабонаклонных поверхностях со слоистым составом отложений, где в перестойных ненарушенных лесах усиливается пространственная дифференциация экотопов с увеличением гидроморфных элементов.

Появлению очагов переувлажнения способствует естественная вывальная динамика древостоев - основной механизм развития лесного ценоза. Появление обширных окон - прорывов в пологе изменяет условия возобновлении, так как в них постепенно формируются фрагменты более гидроморфных фитоценозов с преобладанием сфагновых мхов, что сдерживает расселение молодых поколений ели, пихты, кедра и ведет к естественной природной смене насаждения на более гидроморфное. Сложное строение монолитных на карте ареалов лесных выделов отражено в таксации темнохвойных древостоев как неоднородных по составу и бонитету насаждений. Трансформация эдафотопа в процессе экогенетических сукцессий происходит, на фоне изменения общего гидрологического режима ландшафта. Пятнистая «дырчатая» форма ареалов прослеживается на аэро - и космоснимках высокого разрешения, но, как правило, условия подстилающей поверхности - эдафотопа не "читаются", так как нет оценки влажностного режима местообитания. Неоднородность почвенного компонента и возобновления устанавливается наземными наблюдениями, что ставит одну из главных задач совмещения наземных и дистанционных методов в мониторинге динамики и восстановления лесов.

Таким образом, в динамике лесных экосистем в условиях глобального воздействия на экосистемы рубок и пожаров большую роль приобретает группа факторов, определяющих формирование изменчивости условий среды и влияющих, главным образом, на процесс возобновления лесных пород. Оценка этой группы факторов (накапливающих в экосистеме изменения в процессе эволюции эдафотопа, взаимодействия компонентов лесного биогеоценоза и эволюции ландшафтного выдела в целом) служит для прогноза устойчивости и динамики лесных экосистем. Большая роль в оценке ЛРУ принадлежит пространственной неоднородности, которая формируется в процессе взаимодействия почвы и ценоза и может наследоваться следующими поколениями в виде фоновой структуры, определяющей формирование насаждения в восстановительной и возрастной динамике биогеоценоза.

Мониторинг лесных земель, предусматривающий оценку качества среды обитания лесных сообществ, строится на подборе и анализе пространственно-временных рядов ландшафтных фаций, соответствующих возрастным фазам типа леса. На первом этапе устанавливаются литогенетические условия и гидрологический каркас территории, включающий точно зафиксированную дистанционными и проверенную наземными исследованиями структуру болот и связанную с ними систему стока на каждой лито-генетической поверхности. Проводится оценка инвариантных свойств местообитаний, обусловленных происхождением поверхности и литогенезом, положением участков леса в системе гидрологического стока. Лесорастительная оценка земель основывается на понятии о коренных сообществах как наиболее соответствующих экологическому потенциалу местообитаний и полно использующих их ресурсы, и производных (серийных, динамических состояний) лесных сообществах. Затем дается характеристика экотопов, с использованием параметров, отражающих динамические свойства, связанные с функционированием современных биоценозов, эдификаторным воздействием лесообразователей, а также изменения, проявляющиеся в результате вырубок и пожаров. Для отражения восстановительной динамики сообществ, в различных типах лесорастительных условий наряду с понятием лесорастительных свойств, вводится понятие лесовозобновительных свойств местообитания.

В мониторинге лесных земель все компоненты типов земель выступают равноправными участниками, и их индикаторная роль оценивается на каждом иерархическом уровне, т.е. рассматривается равноправный вклад всех компонентов лесного ландшафта в динамику и устойчивость лесного покрова, исходя из представления об их собственной иерархии.

Четкая привязка к ландшафтной основе делает мониторинг целевым, прогнозным и территориальным, поскольку недостаточно выявить очаг пожара, площадь вырубки, но необходимо иметь уже готовый сценарий, или модель динамики восстановления лесного насаждения для каждого выдела на каждом конкретном участке территории. В отличие от таксационной инвентаризации каркасная ландшафтная основа дает возможность строить

прогнозы изменений соотношения лесов разной степени гидроморфности во времени.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Колесников, Б.П. Генетический этап в лесной типологии и его задачи [Текст]/Б.П. Колесников // Лесоведение. - 1974. - № 2. - С. 3-20.

2. Смолоногов, Е.П. Основные положения генетического подхода при построении лесотипологических классификаций [Текст]/Е.П. Смолоногов // Экология. - 1998. - № 4. - С. 256-261.

3. Уткин, А.И. «Лесообразовательный процесс» - концепция Российского лесоведения [Текст]/А.И. Уткин // Лесоведение. - 1999. - № 3. - С. 13-23.

© А.Г. Дюкарев, Н.Н. Пологова, И.А. Бех, 2005