Главная – Журналы – Сибирский лесной журнал 2017 номер 4

Дан обзор современных методов, инструментов и перспектив мониторинга лесной фитомассы в глобальном масштабе. Рассмотрены преимущества и недостатки различных дистанционных методов космического базирования, включая оптические, радарные (C-, L-, P-диапазонов) и лазерные, а также соответствующие им инструменты, находящиеся на орбите (MODIS, Proba-V, Landsat, Sentinel-1, Sentinel-2, ALOS PALSAR, Envisat ASAR) или готовящиеся к запуску (BIOMASS, GEDI, NISAR, SAOCOM-CS). Подчеркнута роль наземных методов в разработке моделей фитомассы, обеспечении калибровки и проверки дистанционных данных. Описаны имеющиеся в свободном доступе карты, базы данных и эмпирические модели (как подеревные - аллометрические, так и на уровне насаждений) лесной фитомассы. Описаны функциональные возможности интернет-портала Biomass.Geo-Wiki.org, который предоставляет доступ к коллекции глобальных и региональных карт фитомассы в полном разрешении с унифицированной легендой, наложенных на снимки высокого разрешения. Анонсирована международная кооперация ученых, проводящих измерения на постоянных пробных площадях (Forest Observation System), и рассмотрены ее перспективы в развитии сети наземных наблюдений во взаимодействии с дистанционным сообществом. Кратко рассмотрены перспективы беспилотных летательных аппаратов в инвентаризации лесов. Авторы адресуют данный обзор специалистам лесного хозяйства и научным работникам в области лесоведения и экологии, которые не являются экспертами в дистанционном зондировании, но хотят получить представление о современных тенденциях в этой области знания. Также статья нацелена на уменьшение разобщенности научных коллективов и более широкий обмен данными и знаниями между дистанционным и экологическим сообществами.

Лесная рекультивация - основное направление восстановления земель, нарушенных угольной промышленностью. На отвалах Кузбасса создано свыше 15 тыс. га древесных насаждений, отработаны агротехнологические приемы и заложены научные основы лесной рекультивации. Изучены биологические особенности нескольких десятков видов растений, оценена их пригодность для целей облесения отвалов. Сосна обыкновенная Pinus sylvestris L., облепиха крушиновидная Hippophae rhamnoides L. и береза повислая Betula pendula Tristis оказались пригодными, еще 10 видов признаны перспективными. В 1989 и 2005 гг. под руководством Л. П. Баранника подготовлены и одобрены для применения на региональном уровне рекомендации по лесной рекультивации. В настоящее время опыты по подбору видов продолжаются, ведется работа по оптимизации технологий рекультивации с учетом оценки созданных насаждений I-II класса возраста. Основную площадь лесной рекультивации (около 11 тыс. га) занимает сосна обыкновенная, которая способна произрастать по высшим классам бонитета без снижения ростовых процессов в старших возрастных группах. Чистые облепиховые насаждения, созданные на площади около 3 тыс. га, используются населением как ягодники. Экологическая ценность облепихи состоит в неприхотливости и быстром освоении поверхности отвалов. Широко используются совместные посадки этих двух древесных пород. Береза повислая наряду с березой пушистой представлена в основном в виде естественного возобновления. В последние годы в связи с сокращением питомников по выращиванию сеянцев сосны береза стала активно использоваться при рекультивации отвалов, особенно в пригородных территориях. Основными проблемами лесной рекультивации являются: неселективное отвалообразование, неудовлетворительные параметры подготовки участков на горнотехническом этапе рекультивации, высокая густота созданных насаждений, слабое формирование подчиненных ярусов и замедленная скорость почвообразования, горимость смешанных посадок сосны и облепихи, малый ассортимент используемых культур, отсутствие должного внимания к вышеуказанным проблемам.

Обобщены результаты широкомасштабных междисциплинарных эколого-географических исследований (1973-2015 гг.) градиентов среды, репродуктивной изоляции, генетической и фенотипической дифференциации популяций сосны обыкновенной Pinus sylvestris L. на суходолах и смежных болотах Западной Сибири и Русской равнины. Выявлены резкие градиенты режимов главных физических, химических и особенно гидротермических факторов эдафосреды популяций сосны на суходоле и смежном верховом болоте в подзоне предлесостепи, в меньшей мере в средней тайге Западной Сибири. Установлена обусловленная более поздними сроками прогревания торфяного субстрата и фенофаз пыления-«цветения» (рецепции) деревьев стабильная репродуктивная изоляция популяций на верховых и в меньшей мере на переходных болотах, возрастающая в общем направлении с северо-запада на юго-восток Русской равнины и Западной Сибири. Выявлены достоверные генетические дистанции Неи (Nei, 1978, DN₇₈) и их градиенты (границы) между популяциями на суходолах и смежных верховых болотах на юге лесной зоны (на уровне локальных популяций) и меньшие в подзонах средней тайги и на переходных болотах. В результате палеоботанических, экологических, фенологических, морфоанатомо-фенотипических и аллозимных стационарных исследований в подзоне предлесостепи Западной Сибири впервые установлена отчетливо выраженная граница между популяциями Pinus sylvestris L. на суходолах, с одной стороны, и верховых болотах - с другой, на непрерывном ареале. В итоге обобщения результатов исследований и литературных данных обоснован эскиз гипотетико-дедуктивной теории генетической дивергенции болотных популяций P. sylvestris от суходольных в голоцене под влиянием дизруптивного отбора и других факторов микроэволюции в резко контрастных условиях среды и репродуктивной изоляции.

Природные гибридные зоны представляют значительный интерес для генетико-эволюционных исследований. Естественная гибридизация уже давно признана в качестве механизма переноса генов между видами и имеет важные эволюционные последствия. Межвидовая гибридизация характерна для рода Populus L., хотя, как правило, она ограничивается представителями одной секции. Исключение составляют виды секции Aigeiros и Tacamahaca, которые относительно свободно скрещиваются, но при этом сохраняют свою целостность и хорошо дифференцируются. Как показывают многочисленные исследования, предзиготические механизмы репродуктивной изоляции не способны ограничить гибридизацию между видами этих секций, но, возможно, определяют ее асимметрию. В гибридных зонах при скрещивании видов разных секций среди гибридного потомства преобладают F₁. Гибриды последующих поколений и беккроссы выбраковываются отбором до наступления репродуктивной зрелости. Проведенные на основании комплексного анализа морфологических признаков листьев и побегов P. nigra (Aigeiros), P. laurifolia (Tacamahaca) и их естественных гибридов в пойме р. Томи (Кемеровская обл. РФ) исследования показали, что наблюдаемая гибридизация носит односторонний, асимметричный характер, гибриды уклоняются в сторону тополя лавролистного. Несмотря на длительность протекающей гибридизации в пойме р. Томи, P. nigra и P. laurifolia хорошо различаются. Естественные гибриды встречаются преимущественно на участках поймы, где P. laurifolia произрастает в равной доле с P. nigra. Возможно, частота встречаемости гибридов зависит также от половой структуры локальных популяций чистых видов. Исключение составляют участки со значительной антропогенной нагрузкой, которые можно рассматривать как «гибридные местообитания».

Освещается новый аспект в изучении биологической продуктивности лесных экосистем на географической основе, опосредованной климатическими параметрами, а именно продуктивность ассимиляционного аппарата (ПАА), которая до сих пор не исследована на глобальном уровне. ПАА - это отношение чистой первичной продукции (ЧПП) к массе ассимиляционного аппарата, выраженное в относительных единицах. Впервые на фактическом материале показаны особенности изменения ПАА лесообразующих викарирующих видов Евразии в трансконтинентальных градиентах. Сформирована база из опубликованных данных о фитомассе и ЧПП лесных экосистем в количестве 2192 определений (Usoltsev, 2013). На основе аппарата многофакторного регрессионного анализа установлены по каждому лесообразующему викарирующему виду статистически значимые изменения ПАА в двух трансконтинентальных градиентах: по зональным поясам и континентальности климата. Показана видоспецифичность возрастной динамики ПАА, которая почти у всех древесных видов монотонно снижается, а в спелом возрасте увеличивается в следующем порядке: ель, сосна, береза, дуб, лиственница и осина с тополями. По мере увеличения континентальности климата ПАА спелых древостоев снижается, причем наиболее интенсивно в сосняках, менее интенсивно - в листопадных и не изменяется в елово-пихтовых сообществах. В зональном градиенте в направлении от cеверного умеренного до субэкваториального зонального пояса ПАА листопадных видов снижается, а у вечнозеленых ели и сосны в том же диапазоне возрастает. Возможная причина противоположных зональных трендов ПАА у вечнозеленых и листопадных видов состоит в разных режимах физиологических процессов в годичном цикле, в частности в круглогодичном накоплении ассимилятов у первых и сезонном - у вторых.

Рассматривается природа лесопирогенных аномалий в бассейне оз. Байкал, обусловленная главным образом засушливым климатом региона и преобладанием в лесных массивах высокопожароопасных типов светлохвойных насаждений. Проанализированы пирологические режимы (благополучный, умеренный, интенсивный, экстремальный) в полном высотном диапазоне при различных метеоситуациях сезонов. Лесопирогенные аномалии возникают при интенсивном и экстремальном режимах в основном в период весенне-летнего «пожарного максимума», по мере установления на большей части территории пирологической монотонности при полном отсутствии негоримых участков растительности. Отсюда высокий риск возникновения обширных ландшафтных пожаров, что реально происходило в недавних 2003 и 2015 гг. Изучены послепожарные трансформации лесных экосистем: огневые повреждения насаждений, постпирогенная динамика их жизнеспособности и продуктивности, основные вариации в ходе лесообразовательного процесса, изменения в почвенной среде, в том числе зольности и кислотности лесных подстилок, физико-химических свойств почв. Пирогенная деструкция лесных экосистем неизбежно ведет к деградации защитных функций байкальских лесов, на восстановление которых после ландшафтных пожаров уходят многие десятилетия. Продукты эрозии почв с выгоревших площадей осложняют тревожную ныне ситуацию с загрязнением прибрежных вод Байкала.

Проведен сравнительный обзор существующих подходов к измерению скорости ксилемного потока у древесных растений. Проанализированы преимущества и выявлены недостатки или ограничения методик, имеющих конкретные аппаратные реализации. На основе результатов проведенного сравнительного анализа метода регистрации распространения теплового импульса в его различных вариантах и метода термодиссипации (Гранье) представлена новая гибридная методика измерения линейной скорости ксилемного потока с использованием техники встречных импульсов, позволяющая увеличить точность получаемых результатов. Разработана математическая модель предлагаемого подхода, позволяющая определить ожидаемую точность измерений и потенциальные границы применения новой техники в полевых исследованиях. В основу математической модели предлагаемого метода положено описание динамики тепловых процессов в объеме 1 дм³ ксилемной ткани. Полученные зависимости использованы для создания программного обеспечения, позволяющего моделировать движение встречных тепловых импульсов в условиях укороченного времени между их подачей. Предложен алгоритм верификации нулевой скорости ксилемного потока в стволе дерева с заданной точностью. Разработана компьютерная программа, позволяющая определить наибольший допустимый временной интервал для заданной точности определяемых значений при скорости, близкой к нулю. Созданная программа позволяет продемонстрировать форму теплового сигнала в зависимости от времени в заданной точке ствола. Проведены вычислительные эксперименты по математическому моделированию различных режимов работы предложенной системы регистрации линейной скорости пасоки в стволе дерева с целью определения уровня ошибок, возникающих при сокращении паузы между встречными импульсами до значений, приемлемых в полевых исследованиях. Модельные расчеты показали, что новый метод позволяет повысить точность измерения скорости пасоки при низких и высоких значениях скорости в зонах, где известные методы наименее точны. При этом факт нулевой скорости потока выявляется без каких-либо дополнительных измерительных процедур и устройств.

Динамика лесных экосистем тесно связана с естественными и антропогенными изменениями (сукцессионными процессами, лесными пожарами, ветровалами, очагами вредителей леса, рубками, лесовосстановительными мероприятиями, развитием инфраструктуры, связанной и не связанной с лесным хозяйством, и др.). Модная проблема глобального потепления климата на Земле не рассматривается, поскольку мнения в научном мире неоднозначны. Ретроспективный анализ динамики лесного фонда Красноярского края за 50-летний период позволил дать оценку влияния этих изменений на состояние лесов. Сделан однозначный вывод о существенном ухудшении качественного состава лесного фонда края. Площадь хвойных насаждений уменьшилась на 9 %, а спелых и перестойных в них - на 25 %. Для прогнозирования динамики лесов применялось моделирование природных и антропогенных процессов в лесных экосистемах, при этом учитывалось, что существующая система мероприятий по воспроизводству и уходу за лесом фактически не влияет на динамику лесного фонда. При разработке прогноза использовано положение стратегии развития лесопромышленного комплекса края об увеличении объема заготовки древесины до 37.6 млн м³. Доказано, что заготовка древесины в таком размере неизбежно приведет к перерубу допустимого изъятия древесины по эколого-экономическим соображениям, что негативно отразится на состоянии лесного фонда через 50 лет. Разработанный нами прогноз динамики лесного фонда Красноярского края на следующее 50-летие показал, что при сохранении существующей экстенсивной формы лесоуправления негативные изменения продолжатся такими же темпами, причем наибольшее уменьшение площади будет наблюдаться в сосновой хозсекции (33.3 %) при существенном увеличении площади лиственной (22.7 %). Для улучшения ситуации в лесном секторе России необходимо коренное изменение системы управления лесами.

Приводятся материалы исследования насекомых и лесных видов древесных растений, имеющих важное значение для производства падевого меда в Турции. Мед в основном используется в качестве источника питательных веществ и энергии, а также при лечении различных заболеваний. Мед классифицируют на цветочный и падевый. Цветочный мед получают из нектара цветущих растений, тогда как падевый - из медвяной росы, выделяемой насекомыми и собираемой пчелами. Медвяная роса представляет собой сахара, содержащиеся в экскрециях насекомых, питающихся соками растений (из флоэмы деревьев), таких как тли, белокрылки, мучнистые и мягкие червецы. Медвяная роса играет важную роль при производстве падевого меда, который очень востребован как на внутреннем, так и на международном рынке. Ведущими поставщиками падевого соснового меда в мире являются Турция и Греция. Основной производитель медвяной росы в Турции - насекомое Marchalina hellenica Gennadius, обитающее в основном на деревьях сосны турецкой Pinus brutia Ten. и сосны алеппской Pinus halepensis Miller, реже на деревьях сосны кедровой скальной Pinus pinea L., сосны черной Pinus nigra J. F. Arnold и сосны обыкновенной Pinus sylvestris L. В Турции имеются и другие производители медвяной росы, но их доля в продукции падевого меда незначительна, биология не изучена и до настоящего времени о них ничего не было известно. Всего в результате нашего исследования обнаружено 12 производителей медвяной росы, обитающих на деревьях хвойных пород, и восемь - на деревьях лиственных пород.