Главная – Журналы – Сибирский лесной журнал 2017 номер 3

Приводятся результаты изучения способа дистанционного зондирования для оценки среднего объема, основанного на RGB аэрофотоснимках и цифровой модели поверхности высокого разрешения, полученных при помощи беспилотного летательного аппарата (БПЛА), а также инновационной технологии Трестима как средства для полевых измерений. Территория исследования составляет 220 га лесных земель в Финляндии. Работа затрагивает весь процесс - от дистанционного зондирования и сбора полевых данных до статистического анализа и составления карт объемов леса. Исследование показало, что аэрофотоснимки и цифровая модель поверхности высокого разрешения, полученные путем применения БПЛА, имеют хорошую перспективу для инвентаризации лесов. При оценке лесных переменных, таких как высота, площадь поперечных сечений стволов и средний объем, среднеквадратическая ошибка составила 6.6, 22.6 и 28.5 % соответственно. Применение технологии Трестима для оценки среднего объема древостоя продемонстрировало незначительные отличия от Плана освоения лесов на всех выбранных лесотаксационных выделах. Одновременно результаты исследования подтвердили, что примененные в данной работе технологии могут быть надежными и потенциально экономически эффективными средствами сбора лесных данных с перспективой операционного применения.

Предлагается новый метод дистанционной оценки пространственной неоднородности лесной среды на основе данных поляриметрических радиолокаторов космического базирования (PolSAR). Существенным преимуществом поляриметрических радиолокаторов является их возможность синтезировать поляризационный отклик при любой ориентации передающей и приемной антенн. Это позволяет лучше выявлять доминирующие механизмы рассеяния, особенно при анализе поляризационных сигнатур. Такие сигнатуры дают более детальную физическую информацию об обратном рассеянии в различных поляризационных базисах. Однако поляризационные сигнатуры не могут выявить пространственные вариации обратного рассеяния, вызванные объемной неоднородностью объекта исследования (например, ветвями деревьев в лесу). Поэтому предлагается новый подход для оценки объемной неоднородности рассеивателей, использующий поляриметрические изображения радиолокаторов с синтезированной апертурой. Предложенный метод основан на анализе нового типа поляризационной сигнатуры - фрактальной поляризационной (ФПС). Такая сигнатура представляется в виде трехмерного графика и может быть построена для каждого пикселя исходного изображения. Показано, что ФПС описывает вариации обратного рассеяния (или вариации яркости пикселей изображения) при различных состояниях поляризации. Для тестирования метода использованы полностью поляриметрические изображения космических радиолокаторов SIR-C и ALOS PALSAR на восходящих и нисходящих орбитах. При анализе обратного рассеяния от соснового леса обнаружена азимутальная зависимость пространственных вариаций радарного рассеяния. Данная зависимость коррелирует с результатами полевого исследования, показывающими некоторое преобладание количества ветвей деревьев с южной стороны соснового леса.

Показаны результаты оценки взаимосвязей количественных и качественных характеристик лесов и морфометрических характеристик рельефа на примере модельного участка в Нанайском лесничестве Хабаровского края. Актуальность исследования связана с необходимостью совершенствования системы лесоучетных работ в Российской Федерации, в том числе с применением ландшафтного подхода. Задачами исследования были: оценка взаимосвязей количественных и качественных характеристик лесов с характеристиками рельефа на разных уровнях управления лесами; определение морфометрических характеристик рельефа, значимых для структуры и продуктивности лесов; сравнение результатов, полученных на основе использования цифровых моделей рельефа ASTER и SRTM. Для модельного участка на основе материалов таксации и государственной инвентаризации лесов, а также цифровых моделей рельефа сформированы геоинформационные проекты. На основе разработанной методики средствами геоинформационных технологий определены морфометрические характеристики рельефа (средняя высота, среднее квадратическое отклонение высот, энтропия, экспозиция и крутизна склонов, индексы пересеченности и превышения), количественные и качественные характеристики лесов. Выполнен многофакторный регрессионный анализ, где в качестве зависимых переменных рассматривались характеристики лесов, в качестве независимых переменных - морфометрические характеристики рельефа. В результате выполненного исследования выявлен набор морфометрических характеристик рельефа, способных определять изменчивость количественных и качественных характеристик лесов. Получен набор линейных регрессионных уравнений, способных объяснять 30-50 % изменчивости зависимых переменных. Регрессионные уравнения, полученные на основе матриц ASTER и SRTM, сопоставимы по тесноте связей, но отличаются набором морфометрических характеристик. Результаты исследования позволяют говорить о наличии взаимосвязей характеристик лесов и морфометрических характеристик рельефа на разных уровнях управления лесами.

Исследовали взаимосвязь динамики численности мелких млекопитающих и доли зараженных животных в выборках из локальных популяций на вырубках темнохвойных лесов Енисейского кряжа. Факт заражения устанавливали на основе вычисления индекса селезенки, руководствуясь ранее установленными нормальными размерами, не превышающими 5 ‰. Предполагали, что инфекционные и инвазионные заболевания в районе сбора материалов являются основным фактором, регулирующим численность. Обнаружено, что в большей степени зараженность инфекционными заболеваниями характерна для многочисленных видов: группы лесных (Myodes) и серых (Microtus) полевок, в меньшей - для землероек рода Sorex. В этих двух группах выявлена сильная статистически значимая связь между колебаниями численности и вариацией доли зараженных животных. Выявлено, что в темнохвойных лесах колебания численности и доли зараженных полевок синхронизированы, тогда как на вырубках разного возраста они происходят асинхронно и с запаздыванием по сравнению с фоновыми местообитаниями. Синхронизация прироста численности с заболеваемостью объясняется увеличением частоты контактов как между животными, так и зверьков с инфекционными материалами - экскрементами, пищевыми остатками, эктопаразитами. Фоновые леса являются источником распространения зоонозных инфекций в популяциях мелких млекопитающих в зоне вырубок. У бурозубок увеличение доли зараженных животных происходило синхронно с подъемами численности во всех типах местообитаний. На этом основании сделано предположение о специфичности фактора, вызывающего увеличение селезенки у бурозубок.

На основании анализа литературных источников и материалов собственных исследований рассмотрена экологическая обстановка на п-ове Таймыр в связи с аэротехногенным воздействием Норильского горно-металлургического комбината (НГМК). Дана оценка динамики состояния лесов за последние десятилетия в полосе от непосредственной близости до 200 км и более от комбината. Анализ проведен с учетом ландшафтной структуры территории. Отмечено прогрессирующее с начала 80-х гг. усыхание больших массивов лесов. По литературным данным приводятся структура, динамика и распределение аэропромвыбросов предприятий Норильской горно-металлургической компании «Норильский никель», а по данным авторов рассматривается воздействие аэропромвыбросов Норильского промышленного района на лесные экосистемы Таймыра. Основное внимание уделено главной лесообразующей древесной породе - лиственнице сибирской Larix sibirica Ledeb. Отмечено полное отсутствие подроста лиственницы в зоне промышленного загрязнения. Изучение состояния техногенно поврежденных лесов проведено на основании дендрохронологических исследований в шести различных точках на разном расстоянии от г. Норильска, в основном южнее и восточнее металлургического комбината. Одна точка исследований (разреженное лиственничное сообщество) находится в 5 км северо-западнее Норильска. Исследовали насаждения разной степени поврежденности, в том числе полностью погибшие. Показано, что вне зоны влияния эмиссий НГМК не отмечено признаков повреждения листового аппарата деревьев, тогда как в зоне атмосферного загрязнения (оз. Хантайское) древостой в значительной степени пострадал. Главным повреждающим агентом служит двуокись серы.

Дан анализ пространственной изменчивости химического состава подкроновых, почвенных и речных вод горного лесного бассейна. Показано, что уже на входе с атмосферными осадками прослеживается влияние биотических компонентов бассейна на элементный состав вод. Входные потоки кислые, сульфатные - с высокой долей участия ионов водорода, калия, растворимых органических веществ. Разнообразие экотопических условий определяет дальнейшую трансформацию элементного состава природных вод. Роль древесных крон в преобразовании химического состава вод усиливается пропорционально их сомкнутости и возрастному развитию древостоев. По степени трансформации макроэлементов и нейтрализации кислотности дождей лесные сообщества располагаются в ряд: смешанные > хвойные > молодые лиственные. Основными макрокомпонентами в подкроновом пространстве становятся органический углерод, калий и кальций. Среди минеральных анионов доминируют сульфаты, модуль поступления которых под древесный полог составляет 9-11 кг/га за период вегетации. На этапе миграции в почвенном профиле постепенно ограничивается перенос биогенных элементов. Сульфатно-калиевый состав кроновых вод пихтово-еловых и вторичных сообществ трансформируется в сульфатно-натриево-кальциевый. В почвенных водах под лесами широколиственно-кедровых типов сохраняется доминирование гидрокарбонатов, а модуль выноса K⁺ снижается на порядок. Геохимический тип речных вод сохраняет особенности элементного состава дренируемых участком реки почв. Для верхнего течения рек установлен незначительный вынос из экосистемы сульфатов и гидрокарбоната кальция. На склонах с преимущественно кедрово-широколиственными типами леса вынос НСО₃ и Са²⁺ компенсируется значительным поступлением этих элементов с кроновыми водами.

Изучено влияние существующих способов и технологий обработки почвы под лесные культуры на приживаемость и прирост культивируемых древесных пород. Отмечено, что плужная бороздная обработка почвы в отдельных случаях противоречит экологии культивируемых древесных пород, так как дно борозды, куда высаживаются культуры, часто представляет собой нижнюю часть дернового горизонта или верхнюю - подзолистого горизонта с неблагоприятными водно-физическими свойствами и пониженным плодородием, что вызывает сильное торможение роста культур, а также значительные анатомические изменения в их строении. Обработка почвы лесными серийными фрезами при малой толщине гумусового слоя приводит к перемешиванию горизонтов А₀ и А₁ с подзолистым горизонтом A₂ и обеднению обработанного слоя питательными веществами по сравнению с перегнойным горизонтом на необработанных участках. Предлагается конструкция орудия, предназначенного для послойного фрезерования почвы, дано описание его конструкции, принципа работы и технологии применения. Особенностью орудия является обработка почвы не резанием, а отряхиванием задернелого пласта, подрезанного снизу плоскорезом, при этом корни и травяная растительность удаляются за пределы обрабатываемой полосы, что исключает ее зарастание нежелательной растительностью. Установлено, что при использовании орудия улучшается качество крошения почвы, увеличивается содержание фракций размером менее 10 и 10-50 мм, уменьшается содержание фракций размером более 50 мм, почти в 3 раза снижается удельная энергоемкость процесса обработки почвы. Исследовано вертикальное перемещение контрольных частиц при обработке почвы существующими фрезерными машинами и проектным орудием. Определены приживаемость и рост кедра сибирского в опытно-производственных культурах на гарях по вариантам технологий создания. При обработке почвенные горизонты не перемешиваются, как при фрезеровании. Не происходит снятия плодородного слоя почвы, что улучшает всхожесть семян лесных культур и положительно влияет на рост сеянцев. Применение орудия повышает качество лесовосстановительных работ, снижает трудоемкость за счет применения новой технологии.

Представлены результаты проведенных исследований сероольховых древостоев Архангельской области в пределах северо-таежного и Двинско-Вычегодского таежных районов европейской части Российской Федерации. Площади насаждений ольхи серой в период с 1978 по 2010 г. выросли с 2.1 до 43.3 тыс. га в связи с передачей в состав лесного фонда бывших сельских лесов. Ранее лесотаксационные нормативы для данной категории насаждений в регионе не разрабатывались. Для составления разрядных объемных таблиц применена методика И. И. Гусева (1971), позволяющая минимизировать набор модельных деревьев. Эта методика для еловых древостоев является универсальной и может быть использована для других древесных пород. Сбор полевых материалов осуществлялся на территории Каргопольского, Вельского, Няндомского и Архангельского лесничеств, Кенозерского национального парка, а также Дендрологического сада ФБУ «СевНИИЛХ». Разработанные таблицы основаны на значительном полевом материале (модельных деревьях и временных пробных площадях). Таблицы объема стволов по разрядам высот служат для определения запаса древостоя с использованием данных перечета по ступеням толщины. Данные таблицы отвечают требованиям производства, используются при расчетах запаса древесины и являются востребованными в производственной практике. Составление разрядных и объемных таблиц основано на общеизвестных закономерностях строения однородных древостоев.

В биогеоценозах девственных ельников таежной зоны изучали состав и структуру естественного возобновления ели и лиственных пород по градациям высот и диаметров с фиксацией возрастов подроста в каждой градации. Для каждой подзоны тайги анализировали 8 постоянных пробных площадей. По результатам наблюдений составлена таблица, в которой представлены параметры количества естественного возобновления ели и сопутствующих пород в еловых биогеоценозах по подзонам тайги в лесах Европейской России. В графическом изображении приводится пример изменения количества деревьев в возрастном ряду ельника кислично-черничного. Рассчитаны средние значения возраста подроста ели (лет) по градациям высоты и по подзонам тайги. По мере увеличения высоты и возраста подроста количество его на 1 га в девственных разновозрастных ельниках сокращается, особенно в период от 5 до 30-40 лет. Доля участия лиственных пород в общем количестве естественного возобновления по мере продвижения от южной тайги к северной увеличивается в 8.3 раза. Зависимость линейных показателей высоты подроста от его возраста для подзоны южной тайги значительная и достоверная ( r = 0.67 при mr = 0.06 и t = 11.1).