Экологический мониторинг лесов на основе регулярной сети

На правах рукописи
Синкевич Антон Евгеньевич
Экологический мониторинг лесов на основе регулярной
сети пробных площадей и анализ его результатов (на примере
Ленинградской области)
06.03.02.- Лесоустройство и лесная таксация
Автореферат диссертации на соискание ученой степени
кандидата сельскохозяйственных наук
Санкт-Петербург - 2008
1
Работа выполнена в ГОУ ВПО «Санкт-Петербургская государственная
лесотехническая академия им. С. М. Кирова», на кафедре лесной таксации,
лесоустройства и ГИС
Научный руководитель:
доктор географических наук, профессор
Алексеев Александр Сергеевич
Официальные оппоненты:
доктор биологических наук, профессор
Соловьев Виктор Александрович,
Санкт-Петербургская лесотехническая
академия
кандидат сельскохозяйственных наук,
старший научный сотрудник,
Пирогов Николай Александрович,
Санкт-Петербургский НИИ лесного
хозяйства
Ведущая организация:
Центр по проблемам экологии и
продуктивности лесов РАН
Защита состоится 26 ноября 2008 года в 11.00 часов на заседании
диссертационного совета Д 212.220.02 при Санкт-Петербургской
государственной лесотехнической академии им. С. М. Кирова, по адресу:
194021, г. Санкт-Петербург, Институтский пер. д. 5., главное здание, зал
заседаний
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургской
государственной лесотехнической академии им. С. М. Кирова.
Автореферат разослан «
»
2008 года
Ученый секретарь
диссертационного совета
И. А. Маркова
2
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы. Вследствие произошедшей в середине ХХ века
технической революции, а также постоянного роста населения планеты, с
течением времени, все более остро встает проблема состояния
окружающей природной среды и его оценки. Среди многих экологических
проблем современности особое место занимает деградация и гибель лесов
планеты под воздействием промышленного загрязнения окружающей
среды.
Лесные экосистемы – наиболее мощные стабилизаторы
происходящих в природе разрушительных процессов и один из наиболее
пригодных объектов учета, оценки и прогноза влияния антропогенной
деятельности на окружающую среду. С помощью анализа состояния
лесных экосистем можно достоверно отслеживать и прогнозировать
экологические последствия
антропогенного воздействия. Наиболее
эффективным способом решения таких задач является экологический
мониторинг. С середины 90-х гг. он принят к исполнению в РФ как один
из инструментов устойчивого управления лесами.
Цель и задачи исследования – комплексный анализ жизненного
состояния древостоев хвойных пород Ленинградской области, его
динамики во времени; исследование взаимосвязи состояния хвойных
древостоев и различных влияющих на него факторов естественного и
антропогенного характера, а также определение достоверности их влияния.
В связи с этим были поставлены следующие задачи:
-Разработать методику анализа состояния и его динамики для
хвойных насаждений Ленинградской области.
-Создать и обработать единую базу данных мониторинга, с
возможностью включения ее в геоинформационную систему,
проанализировать полученный результат.
-Проанализировать состояние хвойных древостоев Ленинградской
области в 1995-96 гг. и 2002-03 гг., а также его динамику за восьмилетний
период.
-Изучить характер зависимости состояния хвойных древостоев от
ряда естественных и антропогенных факторов, при этом зонировать
территорию, создав электронные карты повреждения древостоев и
проанализировать территориальные и площадные закономерности.
-Подвергнуть
полученные
результаты
различным
видам
статистического анализа.
Научная новизна. Впервые проведен всесторонний детальный
анализ состояния хвойных древостоев и его динамики, произрастающих на
территории Ленинградской области. Создана единая база данных
мониторинга лесов региона по программе ICP-Forests, с возможностью ее
3
включения в ГИС. Созданы карты состояния хвойных древостоев
ландшафтов и лесхозов Ленинградской области. Определены
закономерности состояния хвойных древостоев в зависимости от
различных естественных и антропогенных причин. Установлена
достоверность, или недостоверность влияния исследуемых факторов.
Практическая значимость работы. С 1998 года экологический
мониторинг рекомендован Рослесхозом как инструмент контроля
критерия № 2 (поддержание приемлемого санитарного состояния и
жизнеспособности лесов) из списка Критериев и Индикаторов устойчивого
управления лесами. В работе доказана точность и чувствительность
данного метода оценки повреждения древостоев аэротехногенным
загрязнением, что предполагает более активное его использование в
научных и производственных целях. Однозначно определена зависимость
состояния хвойных древостоев от наличия и близости антропогенного
воздействия, что, таким образом, может служить сигналом к более
внимательному отношению к организации и использованию различных
объектов хозяйственной деятельности. Созданная единая база данных
мониторинга позволяет оперативно вводить и использовать для расчетов
новые данные о состоянии древесной растительности и, таким образом,
эффективно решать практические различные задачи. Исследования,
проводимые при выполнении данной работы, использовались в НИР и
учебном процессе кафедры лесоустройства, лесной таксации и
геоинформационных систем СПбГЛТА.
Обоснованность и достоверность результатов исследований.
Обеспечивалась применением методик организации исследований в
соответствии
с европейскими требованиями по закладке пробных
площадей, их обследования, выборке деревьев и количеству измерений,
что осуществлялось с учетом уровней изменчивости признаков,
проведением исследовательских работ в соответствии с действующими
стандартами, с учетом соответствующих наставлений, методик и
рекомендаций. Исследования проводились на постоянных пробных
площадях. Достоверность результатов достигнута применением средств
современного программного обеспечения и методов математической
статистики при обработке материалов исследований.
Апробация работы и публикации. Основные положения
диссертации были доложены на следующих конференциях:
-Международный семинар «Transferring ecological impacts across
national borders», 3-5 мая 2007 г., г. Ламми, Финляндия;
-Научная конференция посвященная 50-летию Института леса
Карельского научного центра РАН «Лесобиологические исследования на
4
Северо-западе таежной зоны России: итоги и перспективы», 3-5 октября
2007 г., Петрозаводск;
-Вторая
всероссийская
научно-практическая
конференция
«Актуальные проблемы управления техническими, информационными,
социально-экономическими и транспортными системами», 13-16 ноября
2007 г., г. Санкт-Петербург;
-Международный семинар «Изменения в использовании лесных
земель и хозяйственная деятельность в Финляндии и на Северо-западе
России», 14-15 мая 2008 г., г. Санкт-Петербург.
По теме диссертации опубликовано 4 работы.
Личный вклад автора, организация и объем исследований. Автор
принимал участие в выполнении всех основных видов работ по сбору и
анализу материалов исследования. Участвовал в разработке программы и
методики исследований. Полевые работы проводились при участии автора
в 2002-03 гг. В результате проведения полевых работ обследована
регулярная биоиндикационная сеть пробных площадей экологического
мониторинга Ленинградской области по программе ICP-Forests.
Количество обследованных пробных площадей составляет 215 шт.
Камеральные работы выполнялись автором в 2003 - 2007 году, была
создана единая база данных мониторинга и проведен тщательный и
всесторонний анализ полученных данных.
Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на
163 страницах машинописного текста и состоит из введения, 7 глав,
выводов и заключения. Список литературы включает 243 наименования, в
том числе 57 на иностранных языках. Текст иллюстрирован 60 рисунками
и содержит 43 таблицы.
Благодарности. Автор выражает искреннюю признательность и
благодарность научному руководителю д. г. н., профессору А. С.
Алексееву, за помощь методического и организационного характера.
Глава 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ ПО ИЗУЧАЕМОЙ ПРОБЛЕМЕ
В литературе встречается значительное число, как различных
определений понятия атмосферного загрязнения, так и рассмотренных
вопросов о степени его значимости в биосферных процессах. Однако
общим является факт признания существования
аэротехногенного
загрязнения атмосферы Земли,
и его последствий, как результата
антропогенной деятельности.
В историческом разрезе можно выделить следующие основные
этапы и результаты работ посвященных проблематике атмосферного
загрязнения. Определены основные цели, задачи, направления
исследований, и способы анализа полученных результатов по проблемам
5
влияния загрязняющих веществ на лесные сообщества. Разработаны
теоретические основы и созданы методы контроля загрязнения
атмосферного воздуха, прогноза загрязнения атмосферы вокруг
промышленных источников и трансграничного переноса техногенных
веществ. Эти вопросы подробно освещены во многих источниках
(Битвинкас, 1974; Руководство по контролю…, 1979; Баркан, 1992; Проект
руководства.., 1987; Коровин и др., 2003; Берлянд, 1975, 1985; Степанов,
1992; Методика расчета.., 1987; Израэль, 1987, 1989; Алексеев, Лайранд,
1995; Алексеев В.А., 1990б; Ганичева, 2004; Горшков, 1998; Горшков,
Ярмишко, 1990; Смит, 1981; Unsworth, 1991).
В работах ряда ученых (Бертитц, Польстер, 1970; Кулагин, 1974;
Николаевский, 1979; Антипов, 1979; Добровольский, 1980; Барахтенова,
1988; Гетко, 1994; Бабушкина и др., 1993; Кравкина, 1993; Сергейчик,
2001; Смит, 1985; Kozlovski, 1986; Мартынюк, 1992; Мартынюк, Данилов,
1989; Ярмишко, 1997) установлены механизмы воздействия поллютантов,
разработаны многие из аспектов теории газоустойчивости растений и
сформированы ассортименты древесных и кустарниковых пород,
устойчивых к главным фитотоксикантам. В то же время, многие
исследователи концентрировались на изучении основных закономерностей
воздействия разных типов загрязняющих веществ (промышленные
выбросы, кислотные осадки, техногенные выпадения и т.п.) на лесные
экосистемы и ландшафты, включая накопление, миграцию и
трансформацию токсикантов различными компонентами экосистем,
изменение лесорастительных условий, видового состава, строения, роста,
продуктивности и состояния лесных экосистем под влиянием загрязнения.
(Алексеев, 1993, 1994; Глазовская, 1988; Дончева, 1978; Кулагин, 1980;
Влияние промышленного…, 1990; Лукина, Никонов, 1993, 1998, Лукина,
2005; Соколова, Дронова, 1993; Никонов, Лукина, 1994; Степанов,
Черненькова и др., 1995, 2002; Цветков, 2003; Смит, 1985; Тарасенко,
1991; Krause, 1988; Forest damage…, 1990).
Анализ механизмов и закономерностей негативного влияния
атмосферного загрязнения на лесные экосистемы выразился в разработке
методологических основ, методов и технологии экологического
нормирования первичных и вторичных загрязнителей на лесные растения
и лесные экосистемы. Кроме того, были разработаны научные основы и
практические рекомендации по биодиагностике уровней техногенного
воздействия на леса; создана теоретическая база для практического
осуществления комплексного мониторинга лесов и картирования
загрязненных территорий, с применением различных технических средств
сбора и обработки информации (Алексеев, 1987, 1990б, 1994; Алексеев,
1982, 1989; Биоиндикация в городах…1993; Временные нормативы…,
6
1984; Горшков, 1991; Николаевский, 1989, 1998; Крючков, 1991; Ильин,
1992; Экологическое нормирование…, 1994; Мартынюк, 1998; Дончева,
1978; Кулагин, 1980; Временная методика…, 1986; Мониторинг лесов…,
1991; Мониторинг состояния…, 2003; Методика организации…, 1995;
Методические указания, 1987; Серебрякова, 1980; Черненькова, 2002;
Мартынюк, Касимов, 1993; Ковалев, 1994; Мозолевская, 1995, 2004;
Николаевский, Николаевская, 1995; Методика по проведению…, 2001;
Отчет…, 2005; Охрана…, 2004; Оценка состояния…, 2002; Шарапа, 2004;
Brooks, 1991; Innes 1995; Karoles, 1991; Manual…, 1994, 1996; Prinz, Brandt,
1980; Aerial роllution…, 1993; Smith, 1985; Smith 2003).
Воздействие атмосферного загрязнения на лес с экономических
позиций также не оставалось без внимания, подготовлены научнометодические основы для экономической оценки лесоводственно экологического ущерба лесам от воздействия промышленных выбросов
(Методические рекомендации…, 1986; Методика расчета…, 1990, 1997;
Экономическая оценка..., 1978; Фоломеева, 1990;). Кроме того, в конечном
итоге предложены и частично приняты в производстве научно
обоснованные мероприятия по сохранению, повышению устойчивости и
реабилитации лесов в условиях загрязнения (Алексеев, 1985; Алексеев,
Орлова, 2006; Охрана…, 2004; Тарасенко, 1991; Коровин и др., 2003,
Keller, Matyssek, 1990; Podrazsky, 1995; Manual on methodologies…, 1996).
Глава 2. ОПИСАНИЕ ОБЪЕКТА И МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЙ
Объектом исследований являются древостои хвойных пород
Ленинградской области. Область расположена на Северо-Западе
Европейской части России и занимает площадь 85,9 тыс. км2. В зональном
ряду физико-географического районирования территория Ленинградской
области целиком относится к бореальной, или таежной зоне Евразии, к
подзонам средней тайги относится 70% территории, южной тайги -20% и
хвойно-широколиственных лесов 10% территории. В регионе наблюдается
сравнительно мягкая зима с частыми оттепелями и умеренно теплое,
иногда прохладное лето, смягчающее влияние на климат оказывают
Ладожское и Онежское озера. Минимальные температуры могут достигать
-40°, а максимальные - +35°. Среднее годовое количество осадков 500 - 650
мм.
Сведения о лесном фонде Ленинградской области составлены на
основе государственного учета лесного фонда - ГУЛФ по состоянию на
01.01.2003 г. Общая площадь земель лесного фонда составляет 5830,0 тыс.
га, в том числе по группам лесов: 1–2673,1 (46%) и 2 –3156,9 (54%),
лесистость Ленинградской области – 63%. Площадь лесных земель равна
4765,2 тыс. га, из них покрытые лесом – 4607,9 тыс. га, непокрытые лесом
7
– 79,6 тыс.га. Нелесные земли занимают 1131,9 тыс. га, из них болота –
779,0 тыс.га. Общий запас насаждений – 810,2 млн. кбм, в том числе
спелых и перестойных – 337,4 млн. кбм, из них хвойные – 174,2 млн. кбм.
Общий средний прирост – 12,72 млн. кбм в год.
Исследования состояния древостоев производилось на постоянных
пунктах наблюдения (ППН) регулярной биоиндикационной сети (РБИС)
экологического мониторинга программы ICP-Forests первого уровня.
Закладка сети ППН, сбор информации, и обработка данных произведены в
соответствии с европейской методикой (Manual on methodologies…, 1986,
1994, 1998, 2000; Методика организации, 1995). В Ленинградской области
в 1995-96 гг. было заложено и обследовано 258 ППН, в 2002-03 гг. - 215
ППН. Из них по сосне – 134 шт, по ели – 81. Число учетных деревьев
составило: по сосне – 3216 по ели 1944 дерева.
Рис.1. Регулярная биоиндикационная сеть экологического
мониторинга Ленинградской области
Определение состояния обследуемых насаждений основано на
использовании метода биоиндикации, при котором учитывают
морфологические изменения деревьев. Важнейшими биоиндикационными
признаками повреждения деревьев при мониторинге лесов являются
дефолиация (потеря хвои и листвы) и дехромация (изменение окраски)
крон деревьев. На основе этих показателей формируют интегральные
классы повреждения деревьев. Выделяют пять таких классов жизненного
состояния, каждому из которых присваивается свой балл (0 – здоровое
дерево, 1 – ослабленное, 2 – сильно ослабленное, 3 - отмирающее, 4 –
сухостой). Согласно методике европейского мониторинга лесов,
интегральным классам повреждения деревьев соответствуют следующие
величины дефолиации и дехромации крон деревьев (см. табл. 1).
8
Для оценки жизненного состояния древостоев применяется индекс
состояния (I, баллы), представляющий собой средневзвешенный класс
повреждения составляющих древостой деревьев:
4
I = (∑ iwi ) / W ,
i =0
где i – номера классов повреждения деревьев, баллы; wi – количество
деревьев i-го класса повреждения в данном насаждении; W – общая
численность деревьев.
По величине индекса состояния древостои классифицируются
следующим образом: здоровые 0-0.5; ослабленные 0.6-1.5; поврежденные
1.6-2.5; отмирающие 2.6-3.5; сухостой >3.6 балла.
Глава 3. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ЛЕСОВ ЛЕНИНГРАДСКОЙ
ОБЛАСТИ ПО ДАННЫМ МОНИТОРИНГА
В главе подробно рассмотрено состояние древостоев хвойных пород
региона в 1995-96 гг. и 2002-03 гг. Определены и описаны величины
дехромации, дефолиации, индекса состояния для каждого ППН, отдельно
по показателям, по породам, а также для групп пробных площадей,
объединенных по определенным градациям.
В 1995-96 гг. все хвойные древостои Ленинградской области, в
соответствии с европейской методикой, определения являются
незначительно ослабленными (I=0,69). Максимальные значения
дефолиации, дехромации и индекса состояния не являются высокими. Ни
одной пробной площади, в которой хвойное насаждение считалось бы
отмирающим или сухостоем, обнаружено не было. Среди хвойных
древостоев Ленинградской области в 1995-1996 гг., в зависимости от
класса состояния, здоровых и ослабленных древостоев было примерно
поровну (см. рис. 2): 46% и 43% ППН соответственно, 11% ППН
относились к поврежденным. Состояние хвойных древостоев, таким
образом, можно оценить как удовлетворительное.
Таблица 1
Средние и максимальные значения дефолиации, дехромации и
индекса состояния хвойных древостоев Ленинградской области
Среднее знач. / дефолиация, дехромация, индекс состояния,
макс. знач.
%
%
балл
1995-96 гг.
15/34
9/26
0,69/2,1
2002-03 гг.
19/44
5/21
0,53/1,9
В 2002-03 гг. хвойные насаждения, по индексу состояния (I=0,53)
приближаются к здоровым (I=0.50), но все же являются ослабленными.
Таким хорошим состоянием хвойные древостои региона обладают,
благодаря низкой степени дехромации сосновых древостоев, и крайне
9
низкой степени (почти отсутствие) дехромации еловых насаждений.
Степень дефолиации по породам была примерно одинаковой. Кроме того,
в этот период, 58% обследованных ППН оказалось здоровыми, 40%
ослабленными, и только 2% - поврежденными (рис. 2). В целом такое
состояние можно охарактеризовать как хорошее.
2%
11%
40%
46%
58%
43%
а)
0-0,5
0,6-1,5
>1,6
б)
0-0,5
0,6-1,5
>1,6
Рис.2. Распределение ППН по средним значениям индекса
состояния, % ППН; а) в 1995-96 гг., б) 2002-03 гг.
Глава
4.
АНАЛИЗ
ДИНАМИКИ
СОСТОЯНИЯ
ЛЕСОВ
ЛЕНИНГРАДСКОЙ ОБЛАСТИ ПО ДАННЫМ МОНИТОРИНГА
Для определения и оценки динамики состояния древостоев
использовалось изменение показателей: средней дефолиации деревьев на
ППН с порогом 10%; средней дехромации с порогом 5%; индекса
состояния с порогом 0,5 балла. Изменение показателей определялось и по
породам, и для всех хвойных древостоев региона вместе. Результаты
изменения состояния всех хвойных древостоев представлены в табл. 2.
Таблица 2
Динамика состояния хвойных древостоев Ленинградской области за
1995-2003 гг.
Вид изменения
Улучшение
Ухудшение
Без изменений
Дефолиация,
% ППН
2
15
83
Показатель
Дехромация,
Индекс
% ППН
состояния,%ППН
46
31
11
17
43
52
За период исследований с 1995 по 2003 гг. по данным мониторинга
произошло улучшение состояния хвойных древостоев Ленинградской
10
области. Изменения в лучшую сторону произошли почти на трети ППН
(31%). Благодаря этому, индекс состояния снизился в целом по региону с
0,69 до 0,53 балла (т.е. на 23% от своей величины). Как оказалось, именно
значительная положительная динамика показателя дехромации, особенно в
сосновых древостоях, предопределила улучшение состояния хвойных
насаждений Ленинградской области в целом.
17%
52%
31%
без изменений
улучшение
ухудшение
Рис. 3. Изменение индекса состояния (% ППН) хвойных древостоев в
период 1995-2003 гг.
Изменению значительно сильнее подвержен показатель дехромации,
во всех случаях: в сосновых древостоях на 66% ППН, по ели 41%, по всем
хвойным на 57% пробных площадей - дехромация изменяется. Тогда как
дефолиация не изменяется более чем на 26 % ППН, а в сосновых
древостоях зафиксированное изменение произошло всего на 12 % пробных
площадей.
На внешнее воздействие улучшением, или ухудшением состояния,
прореагировала почти половина (48%) пробных площадей; учитывая
незначительную величину пороговых значений фиксации изменений,
можно утверждать, что использованная методика оценки состояния
древостоев и его динамики, является весьма чувствительной.
Глава 5. АНАЛИЗ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ СТРУКУТУЫ ЛЕСОВ
ЛЕНИНГРАДСКОЙ ОБЛАСТИ ПО ДАННЫМ МОНИТОРИНГА
Для оценки состояния хвойных древостоев лесов региона было также
проанализировано распределение учетных деревьев на изучаемой
территории по классам повреждения - экологическая структура
насаждений. За период исследований в регионе были определены классы
повреждения у 5160 учетных деревьев (табл. 3).
Распределение всех учетных деревьев по классам повреждения
является экспоненциальным (рис. 4), что указывает на то, что хвойные
11
древостои Ленинградской области относятся к здоровым; коэффициенты
детерминации, указывающие на степень близости приближения ряда
распределения данных к экспоненциальному типу достаточно высоки
(табл. 4). Распределения учетных деревьев по классам повреждения,
отдельно по породам, носят схожий экспоненциальный характер, различия
в коэффициентах детерминации и параметрах экологической структуры
незначительны.
Таблица 3
Распределение учетных деревьев по классам повреждения
Год
Класс повреждения
Всего
0
1
2
3
4
1995-96 Доля
0,454
0,403
0,128
0,014
0,001
1,0
2002-03 Доля
0,605
0,284
0,1
0,02
0,001
1,0
Таблица 4
Параметры экологической структуры хвойных древостоев
Ленинградской области
Год
Параметры
экологической
структуры
А
В
1,38
1,21
1,07
0,95
0,90
0,92
y = 1.123e-1.5464x
R2 = 0.9249
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
0
1
2
3
4
0
Индекс состояния, балл
а)
Коэффициент
детерминации,
R²
0.8
y = 1.1423e-1.5596x
R2 = 0.8999
1
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
Доля деревьев
Доля деревьев
1995-96
2002-03
Коэффициенты
кривой
распределения
X
У
1,56
1,14
1,54
1,12
1
2
3
4
Индекс состояния, балл
б)
Рис. 4. Экологическая структура хвойных древостоев региона в 199596 гг. (а) и 2002-03 гг. (б)
12
Состояние хвойных древостоев Ленинградской области, за период
исследований 1995-2003 гг. улучшилось. Прямая антропогенная нагрузка,
характеризующаяся величиной параметра А (превышение среднего балла
состояния над величиной, характерной для здоровых насаждений
(iэт=0,51)), снизилась с 1.38 до 1.07, т.е. на 23%).
На основе полученных данных возможно сравнение состояния лесов
Ленинградской области с состоянием их в других странах – участницах
программы ICP-Forests. Наибольший интерес вызывает сравнение
состояния наших лесов и лесов соседней Финляндии. По отчетным данным
доли модельных деревьев по классам повреждения в Финляндии в 2002
году были следующими: здоровые (балл 0) – 0,543 , ослабленные (1) –
0,338, сильно ослабленные (2) – 0,110, отмирающие и сухостой (3+4) –
0,009. Индекс состояния – 0,585. Таким образом, состояние хвойных лесов
на соседних территориях приблизительно совпадает, оно немного лучше в
Ленинградской области, что легко может быть объяснено меньшей
концентрацией промышленности, сельского хозяйства и транспорта.
Близкие значения характеристик состояния лесов в Финляндии и
Ленинградской области косвенно подтверждают высокое качество
проведенных у нас работ по мониторингу лесов.
Глава
6.
СОСТОЯНИЕ
ХВОЙНЫХ
ДРЕВОСТОЕВ
ЛЕНИНГРАДСКОЙ
ОБЛАСТИ
В
ЗАВИСИМОСТИ
ОТ
ЕСТЕСТВЕННЫХ ФАКТОРОВ
В данной главе подробно анализируется жизненное состояние
древостоев хвойных пород Ленинградской области в зависимости от
различных естественных факторов: принадлежности древостоя к
определенному типу ландшафта, принадлежности к типу леса и типу
лесорастительных условий. Для анализа состояния древостоев
использовалась стандартная лесная типология и ландшафтная карта А. Г.
Исаченко (1994 г).
Лучшее состояние древостоев приходится на ландшафты видов
«возвышенные камово-моренные холмистые» и «возвышенные моренохолмистые на основании коренных карбонатных пород». Логично
предположить, что они также являются наиболее устойчивыми к
атмосферному загрязнению. «Низменные озерно-ледниковые (глинистые)»
и «низменные озерно-ледниковые и озерные (на легких наносах)» виды
ландшафтов являются наименее устойчивыми, состояние хвойных
древостоев в них самое плохое. В установленных градациях изменения
произошли почти на трети ландшафтов, что свидетельствует о
чувствительности ландшафтов к внешнему воздействию.
13
Таблица 5
Однофакторный дисперсионный анализ состояния древостоев
хвойных пород Ленинградской области в 2002-03 гг. в зависимости от
их ландшафтной принадлежности.
Источник
вариации
SS
df
MS
Fрасч.
P-Знач.
Fкритич.
Между
группами
10,86 25
0,434278 2,509483 0,0002395 1,564419
Внутри
групп
32,71 189
0,173055
Итого
43,56 214
Степень влияния учтенного
фактора
25%
Однофакторный дисперсионный анализ показал, что в оба периода
исследований влияние принадлежности хвойных древостоев к
определенному ландшафту является достоверным. Степень влияния
учтенного фактора в оба периода достаточно высока.
Рис. 5. Состояние хвойных древостоев в 2002-03 гг. в зависимости
от принадлежности к ландшафту
Территориальное размещение ландшафтов с древостоями разной
степени повреждения представлено на рис. 5. Состояние древостоев
ранжировалось по индексу состояния через 0,25 балла. Как видно,
14
наиболее поврежденные насаждения находятся в группе ландшафтов,
расположенных на Карельском перешейке, по побережьям Финского
залива и Ладожского озера, а также в западной части региона, на границе с
Псковской областью. Восточная часть Ленинградской области является
самой “здоровой”.
Аналогичным способом был произведен анализ состояния и
динамики, хвойных древостоев в зависимости от типа леса и типа
лесорастительных условий. Наилучшее состояние хвойных древостоев
Ленинградской области, оцененное с помощью методики ICP-Forests,
наблюдается в наиболее бедных типах леса и лесорастительных условиях.
А наихудшее состояние оказалось в самых богатых условиях. Логично
предположить, что это связано с более слабым метаболизмом и обменом
веществ с окружающей средой, древостоев, произрастающих в бедных
условиях. Однако, произведенный дисперсионный анализ, не подтвердил
статистически достоверного влияния типов леса и ТЛУ на состояние
хвойных древостоев.
Глава
7.
СОСТОЯНИЕ
ХВОЙНЫХ
ДРЕВОСТОЕВ
ЛЕНИНГРАДСКОЙ
ОБЛАСТИ
В
ЗАВИСИМОСТИ
ОТ
АНТРОПОГЕННЫХ ФАКТОРОВ
В главе проанализировано состояние хвойных насаждений региона в
зависимости от ряда условно антропогенных факторов: от принадлежности
к
лесохозяйственным
предприятиям
Ленинградской
области;
принадлежности к особо охраняемым природным территориям (ООПТ); от
расположения в зоне пятна радиоактивного загрязнения; а также от
расположения относительно городов и магистральных автодорог.
На момент исследований, для анализа было выделено 23
лесохозяйственных предприятия, причем лесхозы, расположенные не в
землях ГЛФ, были объединены в пределах административных районов
Ленинградской области. Результаты представлены на рис. 6.
Зависимость состояния хвойных насаждений от принадлежности к
лесхозу по данным 2002-03 гг., проверенная с помощью однофакторного
дисперсионного анализа,
является достоверной (Fрасчетн.=4,01;
Fтабл.=1,69). Влияние учтенного фактора составляет 24%. Динамика
состояния хвойных насаждений в зависимости от принадлежности к
лесхозам выражена достаточно слабо (изменения произошли на 18 %
ППН).
Влияние интенсивности лесопользования и лесоуправления (на
основании анализа площади аренды, размера расчетной лесосеки, уровня
автоматизации производства и пр.) носит неясный характер, и, повидимому, является косвенной причиной, воздействующей на состояние
15
хвойных насаждений Ленинградской области. Однако, все же лучшее
состояние хвойных древостоев наблюдается в лесхозах с меньшей
интенсивностью ведения лесного хозяйства, а наихудшее в лесхозах с
более высокой.
На период исследований, в ООПТ находилось 35 ППН, в зоне пятна
радиоактивного загрязнения располагалось 6 ППН. Рассчитанные средние
величины класса состояния представлены на рис. 6. Оценки достоверности
различий полученных результатов по
состоянию хвойных пород
Ленинградской области, и находящихся в радиоактивном пятне и ООПТ,
произведенные с помощью критерия Стьюдента, показали что, различие
среднего класса состояния в случае ООПТ является достоверным, а при
сравнении Ленинградской области и пятна радиоактивного загрязнения
рассчитанный критерий Стъюдента оказался меньше табличного (табл. 6).
Таким образом, состояние хвойных древостоев находящихся в
ООПТ, за период исследований с 1995 по 2003 гг. улучшилось в четыре
раза. Они перешли из группы ослабленных древостоев в группу здоровых.
Это может быть связано,
кроме снижения
интенсивности
аэротехногенного загрязнения, с режимом пользования земельными,
лесными и пр. ресурсами на их территории.
I, балл
0.96
1
0.8
0.6
0.53
0.4
0.23
0.2
0
ЛенОбласть
Радиоактивное
пятно
ООПТ
Рис. 6. Состояние хвойных древостоев региона в целом, а также
находящихся в радиоактивном пятне и ООПТ в 2002-03 гг.
Таблица 6
Параметры и результаты сравнения индекса состояния по
критерию Стъюдента за 2002-03 гг.
I (среднее) σ² (откл.)
m(ош.репр.) tтабл. tрасчетн.
Ленинградская обл. 0,53
0,386
0,042
ООПТ
0,23
0,165
0,068
2,60 5,66
Р/а загрязнение
0,96
0,267
0,206
2,62 1,68
16
Хвойные древостои, произрастающие на территории пятна
радиоактивного загрязнения, являются ослабленными (I=0,9-0,96 балла).
Причем, если в 1996 году индекс состояния не сильно отличается от
среднего по региону, то в 2003 году он почти в два раза превышает его.
В целях изучения зависимости состояния древостоев хвойных пород
от интенсивности антропогенного воздействия был проведен
количественный анализ связи индекса состояния древостоев и места их
расположения относительно автотрасс и городов. Для анализа были
выбраны 5 федеральных автотрасс и 25 городов региона. Такой выбор
обусловлен размерами, статусом и характером воздействия объектов, а
также единообразием подхода к анализу его влияния на состояние
древостоев. Полученные данные обрабатывались с помощью метода
регрессионного анализа, результаты которого представлены на рис. 7,8.
1
К л а с с с о с то ян и я, б а л л
0,9
y = -0,05x + 0,868
0,8
0,7
Данные02-03гг
0,6
Данные95-96гг
0,5
Данные95-96гг
0,4
Данные02-03гг
0,3
y = -0,051x + 0,649
0,2
0,1
0
<1
5
25
50
>50,1
Расстояние, км
Рис.7. Cостояние древостоев хвойных пород Ленинградской области в
1995-96 и 2002-03 гг. в зависимости от расположения относительно
автомагистралей
Установлена достоверная зависимость состояния хвойных
древостоев от их расположения относительно автомагистралей и городов.
Коэффициенты детерминации достаточно высоки. Состояние древостоев
улучшается по мере удаления ППН от этих антропогенных объектов.
Зависимость изменения состояния носит сходный линейный характер,
сохраняя тип, несмотря на улучшение, во времени.
17
Средний класс состояния, балл
1
y = -0,129x + 0,985
R2 = 0,9383
0,9
0,8
y = -0,105x + 0,715
R2 = 0,7935
0,7
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
0
10
25
50
более 51
Расстояние, км
Ряд1
Ряд2
Рис.8. Состояние древостоев хвойных пород Ленинградской области в
зависимости от расположения относительно населенных пунктов. Ряд 1 –
данные мониторинга 1995-96 гг., ряд 2 –данные мониторинга 2002-2003 гг.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
1. Мониторинг состояния лесов с помощью регулярных
биоиндикационных сетей пробных площадей является эффективным
методом решения поставленных задач. Метод является достаточно
чувствительным, так за период наблюдений с 1995 по 2003 годы
изменения состояния древостоев в ту или иную сторону произошли на 48%
ППН.
2. Состояние хвойных древостоев Ленинградской области по данным
мониторинга ICP-Forests в 1995-96 гг. можно классифицировать как
удовлетворительное, в 2002-03 гг., как хорошее. За период исследований с
1995 по 2003 гг. по данным мониторинга произошло улучшение состояния
хвойных древостоев, индекс состояния снизился на 23% (с 0.69 до 0,53
балла).
3. Результаты мониторинга дают информацию для оценки степени
устойчивого управления лесами по критерию № 2 – поддержание
приемлемого санитарного состояния и жизнеспособности лесов из списка,
утвержденного приказом Рослесхоза в 1998 году. Получить информацию о
состоянии лесов на территории сопоставимой с территорией субъекта
Российской Федерации из других источников не представляется
возможным.
4. Заложенная и обследованная сеть ППН представляет собой
важную научно-техническую инфраструктуру, позволяющую решать
18
наряду с задачами мониторинга состояния лесов и другие проблемы. В
будущем она может послужить каркасом для применения выборочных
методов статистической инвентаризации лесов области, а так же решения
иных задач.
5. Полученные в результате проведенных работ данные являются
сопоставимыми с данными других стран, что позволяет делать
необходимые сравнения и заключения.
СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ
ДИССЕРТАЦИИ
1.
Алексеев А.С., Трейфельд Р.Ф., Синкевич А. Е. Экологический
мониторинг лесов Ленинградской области: итоги и перспективы // Лесное
хозяйство – 2007. - № 2. - С. 35-37.
2.
Алексеев А.С., Трейфельд Р.Ф., Синкевич А. Е. Мониторинг
лесов Ленинградской области на основе регулярной биоиндикационной
сети пробных площадей по программе ICP-Forests // Лесобиологические
исследования на Северо-Западе таежной зоны России: итоги и
перспективы. Материалы научной конференции, посвященной 50-ти летию
Института леса Карельского научного центра РАН (3-5 октября 2007г).
Петрозаводск: Изд-во Карельского научного центра РАН, 2007. - С. 18-29.
3.
Синкевич
А.
Е.
Состояние
хвойных
насаждений
Ленинградской области в зависимости от расположения относительно
магистральных автодорог по данным экологического мониторинга //
Современные проблемы и перспективы рационального лесопользования в
условиях рынка: Сборник материалов Международной научнопрактической конференции молодых ученых, проходившей 13-14 ноября
2007 года в Санкт-Петербургской государственной лесотехнической
академии / Под общ. ред. А.А.Егорова. - СПб.: Изд-во Политехн. ун-та,
2008. - С.120-122.
4.
Синкевич А. Е., Алексеев А. С., Трейфельд Р. Ф.
Экологический мониторинг лесов Ленинградской области как инструмент
устойчивого управления лесами // Актуальные проблемы управления
информационными системами: сб. тр. 2-й Всероссийской науч.-практ.
конф. студентов, аспирантов, молодых ученых и преподавателей
«Актуальные проблемы управления техническими, информационными,
социально-экономическими и транспортными системами» 13-15 ноября
2007 г. Санкт-Петербург / под общ. ред. д-ра экон. наук, профессора Н. В.
Афанасьевой. - СПб.: Изд-во СЗТУ, 2008. - С. 142-150.
19