CC BY
48
УДК 630*228(23)
ОРГАНИЗАЦИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА ЭКОСИСТЕМ ГОРНЫХ ЛЕСОВ
© 2012 г. Л.М. Шагаров
Шагаров Лев Мерабович - преподаватель, кафедра истории, Shagarov Lev Merabovich - Lecturer, Department of His-культурологии и географии, Сочинский государственный универ- tory, Culture and Geography, Sochi State University, So-ситет,ул. Советская, 26а, г. Сочи, 354000, e-mail:[email protected]. vetskaya St., 26a, Sochi, 354000, e-mail:[email protected].
Приведены принципы и критерии организации экологического мониторинга экосистем горных лесов. Установлено, что в горных условиях в качестве объекта исследований основным требованиям к проведению экологического мониторинга отвечает водосборный бассейн. Для оценки влияния лесной растительности (и, следовательно, лесохозяйственной и рекреационной деятельности) на водный баланс склонов и гидрологический режим водотоков предложено использовать многоуровневую систему ранжирования водосборов. Предложен проект организации экологического мониторинга в горном регионе по системным признакам.
Ключевые слова: геоэкология горных лесов, экологический мониторинг, мониторинг лесов, горные леса, водосбор, лесная таксация.
The paper presents the principles and criteria for ecological monitoring of montane forest ecosystems. Established that in mountain conditions as the object of research the basic requirements for ecological monitoring is a catchment. To assess the influence of forest vegetation (and, hence, forestry and recreation) on the slopes of the water balance and hydrological regime of streams is proposed to use a tiered system of ranking watersheds. Proposed project is the organization of environmental monitoring in the mountainous region on the system characteristics.
Keywords: montane ecology, ecological monitoring, monitoring of forest, montane forest ecosystems, catchment area, forest taxation.
Для создания методики, сочетающейся с общепринятой методикой мониторинга лесов и в то же время отражающей специфику горных регионов Северо-Западного Кавказа, основным является вопрос о принципах и критериях организации экологического мониторинга горных лесов [1, 2]. Лесохозяйственная деятельность при этом рассматривается в контексте непрерывного и неистощительного пользования лесными ресурсами. По мнению автора, в горных условиях в качестве объекта исследований основным требованиям к проведению мониторинга отвечает водосборный бассейн. Как объект мониторинга водосбор удобен определенностью и постоянством своих границ, а также устойчивой направленностью потоков вещества и энергии. Как хорологическая единица водосбор в зависимости от масштаба отвечает территориальным требованиям мониторинга двух уровней -регионального и локального. На уровне локального мониторинга наиболее предпочтителен мониторинг водосбора минимальных размеров - элементарного водосбора. Локальный мониторинг включает данные по нескольким элементарным водосборам, что дает возможность в активном эксперименте выявить взаимное влияние различных элементов экологических систем.
Методической основой экологического мониторинга для лесных экосистем в теоретическом плане являются уравнения баланса вещества и энергии, а в конкретном применении - уравнения водного и теплового балансов горного склона или водосбора разного ранга. Организация мониторинга лесов в горных регионах должна строиться на следующих принципах:
- дифференцированный подход к организации мониторинга с учетом региональных особенностей;
- использование (взамен регулярной сети ППН) опорной сети репрезентативных водосборов с четко фиксированными границами, где пункты постоянных наблюдений размещаются в пределах бассейна по экологическим профилям;
- комплексность мониторинга, при котором речной водосбор рассматривается как экосистема, и организация наблюдений осуществляется на основе системного анализа ее составляющих;
- унификация методических приемов и критериев независимо от специфики условий произрастания лесов и их целевого назначения;
- ранговость (иерархический подход) к организации систем наблюдения, обработки и создания моделей экологических систем.
Комплексный лесной экологический мониторинг в горных регионах следует проводить на различных уровнях, которых должно быть не менее трех. Основным признаком выделения уровней (рангов) служит площадь водосбора, что объясняется влиянием этого параметра на формирование экологических связей в биогеоценозах.
Первым уровнем является сравнительно однородный участок горного склона (выдел или группа выде-лов), для которых характерным является отсутствие ручьевого стока (вследствие малой концентрации почвенно-грунтовых вод) и небольшая площадь - до 5-10 га.
Вторым уровнем является минимальный водосбор, входящий в гидрографическую сеть реки (приток 1-го порядка), - так называемый элементарный водосбор. Характерными чертами элементарного водосбора следует считать четко сформированные геоморфологические признаки - его границы, склоны
различной экспозиции, русло водотока, а также наличие ручьевого постоянного или сезонного стока (в холодный период года). Размеры элементарного водосбора могут колебаться в различных природно-климатических зонах региона исследований от нескольких десятков до нескольких сотен гектаров; он может включать от 1 до 2-3 кварталов.
Третьим уровнем является водосбор реки, имеющей развитую речную сеть, устойчивый базисный сток и впадающей в основные реки региона. Размеры таких бассейнов измеряются десятками и сотнями квадратных километров (т.е. сотнями и тысячами гектаров). Характерной особенностью таких водосборов является наличие различных почвенно-климати-ческих, геолого-геоморфологических и лесорасти-тельных условий, которые закономерно сменяют друг друга по всей длине горной реки.
Наиболее удобным для исследований является водосбор наименьшего притока реки - элементарный водосбор, представляющий собой достаточно однородную площадь в отношении геоморфологических, почвенных, геологических, климатических, гидрологических и лесорастительных условий, в связи с чем мониторинговые исследования на уровне элементарных водосборов должны включать лесоводственно-таксационные, теплобалансовые и водобалансовые исследования на лесогидрологических стационарах.
На уровне речных водосборов, состоящих из нескольких сотен элементарных водосборов, локальный или региональный мониторинг должен давать ответ на вопрос, каким образом реагирует общая система (более высокого ранга) на изменение параметров среды в связи с рубками и другими хозяйственными мероприятиями на территории речной системы. Методической основой должен оставаться водный баланс всей речной системы в укрупненных показателях (во времени и по площади), а также интегральные характеристики лесной растительности на водосборах. Особенностями экосистем этого ранга является достаточно обширный спектр всех 3 составляющих элементов - биотического, абиотического и антропогенного.
Критериями мониторинга лесных экосистем разного ранга служат параметры, характеризующие отдельные элементы экосистем, а также динамику процессов массо- и энергообмена в последних. Так, на уровне элементарных водосборов критериями служат породный состав, таксационные характеристики насаждений и их продуктивность, распределение по крутизне склонов, структура и состояние (в динамике) древостоев, а также параметры, характеризующие лесообразующие и почвообразующие процессы и динамику элементов водного и теплового балансов [3].
В зависимости от целей, задач и уровней мониторинга лесных экосистем количество показателей, посредством которых может быть охарактеризована динамика лесных ресурсов и среды, может изменяться в сторону как их увеличения, так и уменьшения [4, 5]. Исследование вопроса подбора критериев, характеризующих экологические системы различного ранга, показало, что система критериев также имеет ранго-вость (иерархию) как для разных экосистем, так и внутри каждой экосистемы. Как составляющие элементы экосистемы, так и критерии (характеристики,
показатели) будут иметь различную значимость для всей системы в целом.
В связи с разной уровненностью объектов исследования изучение влияния лесохозяйственной деятельности на гидрологический режим осуществляется с помощью различных критериев гидрологического режима и моделей его изменения.
На первом уровне (уровне выдела) ввиду однородности лесорастительных условий имеется возможность учесть наибольшее количество критериев как биотической, так и абиотической группы факторов (динамики растительности и гидрологического режима). Здесь целесообразно рассматривать влияние насаждений на изменение отдельных элементов водного баланса.
На втором уровне таких критериев должно быть меньше, а гидрологические модели должны обладать меньшей сложностью.
На третьем уровне вследствие взаимного наложения процессов, имеющих противоположное влияние, а также из-за нивелирующего влияния самой площади критерии гидрологического режима и состояния лесной растительности сводятся к минимуму (1-2 интегральных показателя). На уровне основных речных систем регионов в качестве интегрированных критериев лесных экосистем выступают лесистость бассейна и ее динамика во времени; структура и строение насаждений в динамике; закономерности лесообразу-ющих процессов, рассматриваемые для лесорасти-тельных формаций, входящих в речной водосбор.
Система экологического мониторинга экосистем горных лесов должна содержать показатели дефолиации, дехромации и изменения прироста. В организационном плане эта система имеет в себе возможности сочетания стационарной сети мониторинга элементов различной функциональной структуры:
- пункты постоянных наблюдений (III1Н). на которых определяются показатели дефолиации, дехро-мации, изменения прироста, ведутся наблюдения за динамикой развития болезней и вредителей леса, берутся образцы почв и органики для химических анализов, приростные керны и модельные деревья;
- пункты визуально-дистанционного контроля (ПВДК), которые используются для определения границ и площадей насаждений, где имеют место выраженные процессы деградации.
На уровне элементарных водосборов региона представляется целесообразным и дальше использовать метод многолетнего активного эксперимента на водосборах лесогидрологических стационаров (ЛГС), действующих в различных лесорастительных зонах региона. При этом принимается система критериев мониторинга лесных экосистем, включающая характеристики продуктивности и биомассы насаждений, показатели водобалансовых наблюдений (за осадками, режимом влажности почвы, твердым и жидким стоком), а также микроклиматические наблюдения на водосборах с опытными рубками и на контрольных бассейнах. В результате проработки теоретических вопросов и обобщения практических результатов мониторинга определены элементы организации комплексного экологического мониторинга лесных экосистем разного уровня.
Основой лесного мониторинга является его организация по системным признакам (рисунок). В лесном фонде на локальном уровне (лесничество, квартал) определяются водосборные бассейны, притоки 1 -го порядка и участки без ручьевого стока по основным
4-й уровень (лесной фон
3-й уровень
2-й уровень (лесогидрол
1-й уровень
При этом желательно выбирать водосборы опорной сети Росгидромета с долгосрочными наблюдениями за стоком воды и твердыми наносами, на которых проводилась или проводится интенсивная лесохозяй-ственная деятельность. Интенсивность мониторинга определяется степенью деградации лесонасаждений. Первая максимальная степень интенсивности применяется там, где процессы деградации лесных экосистем имеют ясно выраженный характер. Вторая степень интенсивности мониторинга устанавливается в лесных массивах, в которых имеются данные признаки техногенного угнетения, однако динамика изменения прироста, дефолиации и дехромации не имеет негативных тенденций и зависит в основном от природных факторов. Мониторинг третьей степени интенсивности осуществляется в насаждениях, где отсутствуют видимые признаки угнетения, а радиальный прирост не имеет аномальных отклонений, которые невозможно объяснить естественными причинами.
При первой степени интенсивности мониторинга необходима густота стационарной сети от 2 до 8 км2 на один ППН с использованием необходимого количества ПВДК и индикаторов критериев лесных экосистем.
При второй степени интенсивности густота сети должна быть в пределах от 32 до 78 км2 на 1 ППН, закладка ПВДК не обязательна. Количество индикаторов снижается и ведется контроль за дефолиацией и дехромацией, поражением древостоев вредителями и болезнями, анализируются осадки и речной сток.
При третьей степени интенсивности применяется густота сети 500 км2 и более на 1 ППН. Мониторинг ведется в следящем режиме за общепринятыми лесоводственно-таксационными характеристиками насаждений и при необходимости за другими индикаторами второй степени интенсивности.
По всей территории горных лесов региона вначале создается мониторинг третьей степени интенсивности.
лесообразующим формациям с учетом высоты над уровнем моря, на которых в соответствии с уровнем мониторинга закладываются или используются имеющиеся ЛГС, ППП (постоянные пробные площади), ППН и ПВДК.
На его основе выявляются водосборные бассейны, на которых необходимо усилить интенсивность мониторинга до второй степени, с увеличением густоты биоиндикаторной сети и количества индикаторов регулярных специальных наблюдений. Первая степень интенсивности устанавливается в лесах вокруг источников отрицательного техногенного воздействия.
В порядке подготовительных работ производится сбор планово-картографических материалов на локальном и региональном уровнях, получение данных о всех видах мониторинга (фоновый, лесохозяйствен-ной деятельности, лесопатологический, лесопожар-ный, экологический и др.), проводимых в регионе, и сбор данных о промышленных эмиссиях с выявлением источников загрязнения техногенными выбросами и уточнением возможных зон их распространения.
Биоиндикаторная сеть мониторинга состоит из ППП площадью 0,25-0,50 га, ППН - 0,10-0,25 га и ПВДК - до 0,10 га. В качестве ППП используются постоянные пробные площади лесхозов и лесничеств, лесоустройства и научных исследований. В пределах репрезентативных водосборных бассейнов закладываются ППН в насаждениях преобладающих главных лесообразующих пород по экологическим профилям с учетом вертикальной зональности. ПВДК создаются для определения пространственного расположения повреждений насаждений техногенными выбросами.
Границы объектов биоиндикаторной сети мониторинга устанавливаются с помощью геодезических инструментов с привязкой на местности к квартальной сети, наносятся на план лесонасаждений и планшеты и в натуре обозначаются яркой краской на рядом растущих деревьях. На их углах ставятся столбы с соответствующими надписями: наименование объекта, его №№, кв., пл., год закладки. Площадь выдела для ППП должна быть не менее 10 га, для ППН - 5 га, а для ПВДК - 1 га. Редины, древостои V и ниже клас-
Блок-схема организации экологического мониторинга в горном регионе по системным признакам
сов бонитета, а также несомкнувшиеся лесные культуры в исследование не включаются. Одним из условий закладки объектов является возможность автомобильного подъезда и обозрения большей площади лесов на горных склонах.
На каждую ППП, ППН и ПВДК составляется паспорт, состоящий из общего описания объекта мониторинга, его привязки на местности, схемы расположения учетных площадок (размером 2x2 м) и учетных деревьев, характеристики их состояния, а также секторов наблюдений за лесонасаждениями на водосборах. Описание объектов мониторинга производится по макету Европейской экономической комиссии ООН с введением дополнительной информации.
Биоиндикаторная сеть мониторинга используется для ежегодных наблюдений за дефолиацией и дехро-мацией. Обследования должны проводиться при одинаковой очередности пунктов наблюдений, а разница во времени в различные годы не должна превышать две недели. Комплекс наблюдений со сплошным перечетом древостоев, учетом подроста, подлеска, травяного покрова и почвы и их состояния выполняется один раз в 10 лет во время лесоустройства, при необходимости может быть проведен через 5 лет.
В заключение следует указать на недостаточную изученность горных лесов со сложным микрорельефом при весьма высоком эвристическом потенциале исходных данных дистанционного зондирования и
Поступила в редакцию_
продуктивности методов геоинформационного анализа. До сих пор такие подходы развиваются довольно слабо. Также недостаточно исследован характер изменений экосистем горных лесов региона в условиях современного изменения климата.
Таким образом, дальнейшие исследования региональных особенностей и организация мониторинга экосистем горных лесов Северо-Западного Кавказа представляются весьма актуальными.
Литература
1. Коваль И.П., Битюков H.A. Экологические основы поль-
зования лесом на горных водосборах: на примере Северного Кавказа. Краснодар, 2001. 480 с.
2. Битюков Н.А. Экология горных лесов Причерноморья.
Сочи, 2007. 397 с.
3. Битюков Н.А. Типовая программа экологического мо-
ниторинга горных лесных экосистем ООПТ на базе ГИС-технологий // Вестн. СГУТиКД. 2011. № 2. С. 179-183.
4. Сетров М.И. Комплексный экологический мониторинг
ПТК Кавказского биосферного заповедника // Заповедная экологическая пирамида. Сочи, 1994. С. 6-28.
5. Онищенко В.В. Геоэкологическое состояние горных
экосистем Северо-Западного Кавказа и проблемы устойчивого развития региона: использование и охрана природных ресурсов в России // НИА Природа. 2002. № 5-6. С. 111-116.
11 апреля 2012 г.
