Автоматизированная система оценки и картирования углерода, депонируемого лесными экосистемами, в среде ADABAS и Natural

Выводы

В условиях сухой степи при равных лесорастительных условиях лесные культуры, созданные квадратным размещением посадочных мест, имеют преимущества в росте в течение первых 20-25 лет перед рядовым размещением. С возрастом посадок имеющиеся различия сглаживаются, что приводит к формированию в возрасте приспевания близких по продуктивности древостоев.

В сухих условиях ленточных боров создание лесных культур квадратным размещением посадочных мест следует признать нецелесообразным. Здесь при посадке леса следует придерживаться рядового размещения посадочных мест.

Библиографический список

1. Смирнов В.Е. Эффективность квадратных посадок сосны / В.Е. Смирнов / /

Тр. по лесному хозяйству. Новосибирск, 1958. Вып. 4. С. 302-305.

2. Смирнов В.Е. Полувековой опыт лесовосстановления в ленточных борах Казахстана и Алтая / В.Е. Смирнов. Алма-Ата, 1966. 130 с.

3. Векшегонов В.Я. Квадратные посевы и посадки леса / В.Я. Вершегонов // Изд-во АН СССР, 1953.

4. Рубцов В.И. Лесные культуры как одна из мер повышения прироста лесов / В.И. Рубцов / / Повышение продуктивности лесных площадей ЦЧО / Воронежский ЛТИ. Воронеж, 1956.

5. Грибанов Л.Н. Степные боры Алтайского края и Казахстана / Л.Н. Грибанов. М.; Л.: Гослесбумиздат, 1960. 156 с.

6. Справочник по таксации лесов Казахстана. Алма-Ата, 1980. 313 с.

+ + +

УДК 551.588.6:581.132 (470.22) В.А. Усольцев,

М.П. Воронов, Н.В. Накай

АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА ОЦЕНКИ И КАРТИРОВАНИЯ УГЛЕРОДА, ДЕПОНИРУЕМОГО ЛЕСНЫМИ ЭКОСИСТЕМАМИ, В СРЕДЕ ADABAS И NATURAL

Ключевые слова: углерод фитомассы, насаждение, концентрация двуокиси углерода, сток углерода, автоматизированная система управления базами данных, пространственный анализ.

Введение

В настоящее время в условиях непрерывного наращивания производственных мощностей промышленными предприятиями мира, постоянно ухудшающейся экологической обстановки и острой угро-

зы экологической катастрофы борьба с загрязнением окружающей среды представляется особенно актуальной. К сожалению, состояние окружающей среды в РФ и в мире за последние 10 лет принципиально не изменилось к лучшему. Наибольшую экологическую угрозу представляют следующие факторы: возрастание риска техногенных катастроф, загрязнение продуктов питания, ухудшение качества питьевой воды, деградация возобновляемых природных ресурсов, глобальные изменения климата и загрязнение атмосферы, в том числе парниковыми газами.

Ущерб от загрязнения атмосферы год от года становится все более ощутимым. По данным российских экологов основной вклад в общий выброс парниковых газов принадлежит CO2, источником которого служит, главным образом, энергетический сектор — сжигание ископаемого топлива [1-3]. Самым негативным последствием нарастания уровня CO2 в атмосфере является повышение ее температуры благодаря парниковому эффекту. В целях решения данной проблемы в декабре 1997 г. в г. Киото (Япония) был принят Протокол к рамочной конвенции ООН об изменении климата. В этом Протоколе, помимо прочего, содержатся количественные обязательства развитых стран и стран с переходной экономикой, включая Россию, по ограничению и снижению выбросов парниковых газов, прежде всего СО2, в атмосферу в 2008-2012 гг. 23 октября 2004 г. Государственная Дума РФ приняла решение о ратификации Киотского Протокола.

Объекты и методы исследования

Для выполнения требований Протокола представляется целесообразным создание системы мониторинга загрязнения окружающей среды. В основе данной системы лежит идея определения уровня загрязнения окружающей среды РФ на основе анализа количества депонированного углерода лесными экосистемами Сибирской зоны. В настоящий момент, на основе исследований профессора В.А. Усольцева создается информационная система пространственного анализа депонирования углерода (ИСПАДУ) в среде ADABAS и Natural.

Мониторинг предполагается проводить путем обработки результатов ИСПАДУ средствами специализированной системы в среде ADABAS и Natural. В данный мо-

мент в рамках ИСПАДУ включены данные по всем лесничествам (бывшим лесхозам) Уральского региона. БД ИСПАДУ может быть дополнена данными по другим регионам с дальнейшим расширением охвата территории до масштабов страны.

В рамках ИСПАДУ выполнено совмещение данных о фитомассе и материалов Государственного учета лесного фонда (ГуЛф) на основе СУБД ADABAS с последующим тиражированием данных в приложения Natural в следующей последовательности:

1) фактические данные фитомассы насаждений, полученные на пробных площадях;

2) регрессионные модели фитомассы насаждений, включающие в качестве регрессоров характеристики насаждений по данным Государственного учета лесного фонда (ГУЛФ);

3) матрицы территориального распределения покрытых лесом площадей по преобладающим древесным породам;

4) матрицы территориального распределения углеродного пула, в которых входами служат показатели ГУЛФ;

5) карты-схемы территориального распределения углеродного пула в фитомассе лесов по Уральскому региону.

Результаты и их обсуждение

Примеры созданных в среде ADABAS и Natural управляющих приложений ИСПАДУ показаны на рисунках 1 и 2.

В ИСПАДУ на основе данных о запасе фитомассы на пробных площадях составляются уравнения зависимости фитомассы (УЗФ) каждой фракции (стволов, листвы, ветвей, корней и нижних ярусов, обозначаемых как Pst, Pf, Pb, Pr и Pu, т/га) от возраста и запаса насаждений.

Для получения коэффициентов УЗФ был использован способ Чебышева [4]. Далее путем совмещения УЗФ с данными ГУЛФ о занимаемых площадях и запасах стволовой древесины каждой из лесообразующих пород по территориальным образованиям рассчитывается запас углерода путем умножения фитомассы на коэффициент 0,5 [5]. Результаты расчетов могут быть представлены в виде карты-схемы (рис. 3). Годичное депонирование углерода находится путем умножения значений запаса углерода на соответствующий коэффициент [6].

Для отображения результатов на интерактивной карте произведено совмещение БД и управляющих приложений, выпол-

няемых в среде ADABAS и Natural с картографическим редактором MapInfo Professional 9.5. Алгоритмы расчетов, методы получения данных на пробных площадях и специфика БД ИСПАДУ представлены в работах В.А. Усольцева (2007, 2001), описание и специфика среды реализации СУБД ADABAS и Natural — в работах В.А. Усольцева, В.П. Часовских, М.П. Воронова и др. (2008, 2006) [7-11].

Для мониторинга загрязнения окружающей среды необходимо проводить постоянные измерения содержания СО2 в атмосфере. В России такие измерения проводятся на станции Териберка (69о 12 с.ш., 35о06 в.д.). Согласно данным станции Териберка за период 19972007 гг. наблюдались следующие значения и годовой рост концентрации СО2 и углерода в атмосфере (табл.) [1].

[Д редактирование данных

JnJxJ

данные для расчета^  Л есничество------

|Алапаевское

- Г руппа возраста 1 — Площадь,га |GG31

Запас, м3

И

67200

Порода расчет | редактирование исходных данных

Г руппа возраста 2

Площадь,га |5019 Запас, м3 [34ЇЇЙГ

~ Г руппа возраста 3~ Плоіцадь,га |73ЄЄ

Запас, м3

1278900

Г руппа возраста 4 Площадь,га |4777

Запас, м3

1181800

Г руппа возраста 5

Площадь,га |l 1089

Запас, м3 |2305Б00

результсггы расчета

Г руппа возраста 1 Запас мЗ/га 10,13 Г руппа возраста 2 Запас мЗ/га 87,98 Г руппа возраста 3 Запас мЗ/га 173,82 Г руппа возраста 4 Запас мЗ/га 247,39 Г руппа возраста 5 Запас мЗ/га 207,91

Pst, т/га 4,99 Pst, т/га 31,06 Pst, т/га 7Б,48 Pst, т/га 107,46 Pst, т/га 90,93

Pf, т/га 6,05 Pf, т/га 7,30 Pf, т/га 11,48 Pf, т/га 11,96 Pf, т/га 9,47

РЬ, т/га 3,74 РЬ, т/га 5,77 РЬ, т/га 10,82 РЬ, т/га 14,48 РЬ,т/га 14,88

Рг, т/га 22,09 Рг, т/га 29,09 Рг, т/га 33,30 Рг, т/га 35,05 Рг, т/га 34,18

Ри, т/га 21,84 Ри, т/га 7,51 Ри, т/га 4,44 Ри, т/га 3,84 Ри,т/га 4,01

Рис. 1. Приложение редактирования внесенных данных

Ш поиск данным

кригери поиска Лесничество |Алапаевское

Порода

Ель

~3

Г руппа возраста

результаты поиска Площадь, га 6631,00 Pf, т/га 6,06

Запас, м3 67200,00 РЬ,т/га 3,75

Запас мЗ/га 10,13 Рг, т/га 22,10

Pst, т/га 4,99 Ри,т/га 21,84

Рис. 2. Приложение поиска данных Вестник Алтайского государственного аграрного университета № 2 (52), 2009

Таблица

Концентрация и годовой рост концентрации СО2 в атмосфере по данным станции Териберка за период 1997-2007 гг.

Год Пул метана Изменение пула метана Пул двуокиси С Изменение пула двуокиси С

СН4, млрд-1 в том числе С, млрд-’ ^ * <1 3 в том числе С, млрд-1 СО2, млн-’ в том числе С, млн-1 ДСО2, млн-1 в том числе С, млн-1

1997 1857,4 1393 16,9 13 365,9 98,8 2,5 0,7

1998 1871,3 1403 13,9 10 368,3 99,4 2,4 0,6

1999 1872,5 1404 1,2 1 370,8 100,1 2,5 0,7

2000 1867,4 1400 -5,1 -4 371,5 100,3 0,7 0,2

2001 1865,0 1399 -2,4 -1 373,2 100,8 1,7 0,5

2002 1862,6 1397 -2,4 -2 375,5 101,4 2,4 0,6

2003 1879,2 1409 16,7 12 377,6 102,0 2,1 0,6

2004 1871,7 1404 -7,5 -5 379,3 102,4 1,7 0,4

2005 1870,7 1403 -1,0 -1 381,4 103,0 2,0 0,6

2006 1871,3 1403 0,5 0 384,4 103,8 3,0 0,8

2007 1877,7 1408 6,4 5 384,6 103,9 0,2 0,1

Рис. 3. Распределение запасов углерода в фитомассе насаждений в пределах Уральского региона в расчете на общую площадь. Градации запасов углерода, т/га:

I — 3,0-38,5; II — 38,5-46,5; III — 46,5-54,5; IV — 54,5-109,5.

Сплошной линией обозначены границы лесхозов, а пунктирной — южные границы:

1 — тундра; 2 — лесотундра; 3 — северная тайга; 4 — средняя тайга; 5 — южная тайга

В целях повышения точности мониторинга желательно создание дополнительных измерительных станций по территории регионов РФ. В этом случае для расчетов будут использоваться не усредненные значения станции Териберка, скорректированные с учетом территориальных коэффициентов, характеризующих степень загрязненности в отдельных территориальных единицах, а эмпирические показания загрязненности в регионах.

Алгоритм информационной системы мониторинга загрязнения окружающей среды (ИСМЗОС) представлен на рисунке 4.

Согласно предложенному алгоритму (рис. 4) разность находится между расчетным значением депонирования углерода за определенный промежуток времени и данными станции Териберка об изменении концентрации СО2 и чистого углерода в атмосфере. Эта разница по сути является избытком СО2, который не может быть депонирован растениями. Этот излишек СО2, накапливаясь в атмосфере, становится источником негативных влияний на окружающую среду и при условии сохранения уровня выбросов СО2 приведет к необратимым последствиям на планете.

На основе устанавливаемых предельно допустимых (ПДК) и критических концентраций СО2 и сравнения с ними значения концентрации излишнего СО2 в атмосфере в ИСМЗОС возможно прогнозирование будущего уровня загрязнения окружающей среды.

Заключение

Средства среды разработки ИСМЗОС позволяют отображать результаты в следующих формах:

• Интерактивная карта (рис. 3). По каждому региону и лесничеству при наведении курсора представляется информация о количестве депонированного углерода, излишней концентрации СО2, превышении предельно допустимой и критической концентраций.

• Отчет. Представление результатов в виде отчетной формы (рис. 5).

• Графическое представление. Динамика изменений массы депонируемого углерода и роста концентрации СО2, вклады лесных насаждений различных групп возраста в общую массу депонируемого углерода по ее фракциям, а также прогноз уровня загрязнения могут быть представлены в виде диаграммы (рис. 6).

Основными преимуществами ИСМЗОС являются:

• Возможность автоматического пересчета значений депонированного углерода при изменении: а) данных о запасе фитомассы насаждений по пробным площадям и б) данных ГУЛФ. Синхронизация изменений БД с интерактивной картой.

• Возможность изменения данных о предельно допустимых и критических концентрациях СО2.

• Возможность прогнозирования будущего состояния загрязнения окружающей среды.

Данные станции Териберка

Расчет депонирования углерода в АСПАДУ

Рис. 4. Алгоритм информационной системы мониторинга загрязнения окружающей среды

П г

Рис. 5. Представление результатов в виде отчетной формы

Рис. 6. Распределение фракционного состава фитомассы и депонирования углерода в лесном покрове Алапаевского лесничества по группам возраста насаждений:

I- VI — фитомасса, соответственно, стволов, листвы, ветвей, корней, нижних ярусов и суммарная; VII — запас углерода; VIII — количество депонируемого углерода; 1-5 — группы возраста

Библиографический список

1. Обзор состояния и загрязнения окружающей среды в Российской Федерации за 2007 год. М.: Федеральная служба по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды, 2008. 164 с.

2. Лозановская И.Н. Экология и охрана биосферы при химическом загрязнении / И.Н. Лозановская, Д.С. Орлов, Л.К. Са-довникова. М.: Высшая школа, 1998.

3. Ревель П. Среда нашего обитания / П. Ревель, Ч. Ревель; в 4 кн.; пер. с англ. М.: Мир, 1995.

4. Митропольский А.К. Техника статистических вычислений / А.К. Митропольский. М.: Наука, 1971. 576 с.

5. Кобак К.И. Биотические компоненты углеродного цикла / К.И. Кобак. Л.: Гид-рометеоиздат, 1988. 248 с.

6. Усольцев В.А. Биологическая продуктивность лесов Северной Евразии: методы, база данных и ее приложения / В.А. Усольцев. Екатеринбург: УрО РАН, 2007. 636 с.

7. Усольцев В.А. Фитомасса лесов Се-

верной Евразии: база данных и география / В.А. Усольцев. Екатеринбург: УрО

РАН, 2001. 707 с.

8. Усольцев В.А. Оценка углерододепонирующей способности лесов: от пробной площади — к автоматизированной сис-

теме пространственного анализа / В.А. Усольцев, В.П. Часовских, М.П. Воронов, М.А. Корец, В.П. Черкашин, Г.Б. Кофман, Е.В. Бараковских, М.М. Се-мышев, А.С. Касаткин, Н.В. Накай / / Лесная таксация и лесоустройство. 2008. № 1 (39). С. 183-190.

9. Часовских В.П. Информационные технологии в управлении: СУБД ADABAS и проектирование приложений средствами NATURAL / В.П. Часовских, М.П. Воронов, А.С. Фатеркин. Екатеринбург: УГЛТУ, 2006. 477 с.

10. Часовских В.П. Исследование сис-

темных связей и закономерностей функционирования корпоративной информационной системы лесопромышленного

предприятия в среде ADABAS и Natural / В.П. Часовских, М.П. Воронов. Екатеринбург: УГЛТУ, 2008. 120 с.

11. Часовских В.П. Информационные технологии управления / В.П. Часовских, Г.А. Акчурина, А.В. Слободин, М.В. Аза-ренок, М.П. Воронов. Екатеринбург: УГЛТУ, 2008. 402 с.

Работа поддержана РФФИ (грант № 07-07-96010) и Программой Президиума РАН «Биоразнообразие и генетика генофондов».

УДK 533.б:б28.5

В.В. Реуцкая, Ю.Ф. Арефьев

БИОТИЧЕСКАЯ ИНТЕГРАЦИЯ В ЛЕСНЫХ ЭКОСИСТЕМАХ СРЕДНЕРУССКОЙ ЛЕСОСТЕПИ КАК ОСНОВА ИХ УСТОЙЧИВОГО РАЗВИТИЯ

Ключевые слова: зеленая зона, биоразнообразие, биоинтеграция, Среднерусская лесостепь.

Введение

Среднерусская лесостепь расположена в пределах среднерусской лесостепной