|
ПРОМЕЖУТОЧНЫЙ ОТЧЕТ за 2004год
Направление 2: Разработка методологических основ мониторинга биоразнообразия
Подраздел 2.1: Разработка методологических основ мониторинга биоразнообразия лесов России
в условиях глобальных изменений и возрастающих антропогенных нагрузок
Руководитель Проекта: академик А.С. Исаев
Основные задачи:
Для понимания существующих тенденций формирования современного биоразнообразия лесов: изменение их породной и возрастной структуры и снижение устойчивости лесов к неблагоприятным внешним факторам, необходимо иметь представление о характере и последствиях разных видов хозяйственной деятельности. В отчете дана характеристика основных видов природопользования на территории Центральной России, Карелии и Кольского полуострова, включающая краткий очерк истории развития и распространения систем традиционного природопользования, обзор его основных элементов и анализ последствий воздействия хозяйственной деятельности на лесные экосистемы. Представления о региональных особенностях биоразнообразия лесных экосистем получены на примере модельных регионов в различных зонально-провинциальных комплексах. Каждый из регионов имеет свою специфику проявления процессов, влияющих на биоразнообразие лесов. К негативным факторам, влияющих на биоразнообразие лесов следует отнести: концентрированные рубки, лесные пожары на больших площадях, массовые поражениями насекомыми и промышленное загрязнение. По данных последнего учета лесов, площадь гарей и погибших насаждений в целом по стране почти в 4 раза больше площадей необлесившихся вырубок. Только на активно охраняемой от пожаров территории (¾ лесного фонда) ежегодно возникает до 30 000 лесных пожаров, повреждающих леса на площади от 2 до 5 млн. га. Подавляющая часть уничтоженных огнем лесов приходится на районы Сибири и Дальнего Востока. Площадь очагов вредных насекомых и болезней составляет в среднем 3 млн. га в год. В годы массового размножения вредных насекомых усыхание лесов, особенно в Сибири, происходит на сотнях тысяч и миллионах га. Площадь лесов, пораженных и погибших от воздействия промышленных эмиссий, составляет около 1 млн. га и непрерывно растет особенно в северо-западной части России и Восточной Сибири. В Карелии для характеристики и оценки последствий антропогенной трансформации лесных сообществ проведена сравнительная оценка массивов коренных и производных лесов в сходных ландшафтно-экологических условиях. Было установлено, что в данных условиях после рубки происходит кардинальная трансформация биологического разнообразия лесных сообществ. Особенно характерным примером этого процесса является появление крупных массивов лиственных лесов площадью до нескольких десятков тыс. га. На рис. 1 показаны ключевые участки территории (по 30 тыс. га) с глубоко трансформированной биогеоценотической структурой лесного покрова в среднетаежном ледниково холмисто-грядовом среднезаболоченном ландшафте с преобладанием еловых местообитаний. Рис. 1. Классифицированные сканерные космические снимки Landsat 7 ключевых участков в Карелии а - после сплошных концентрированных вырубок, где почти не оставлено фрагментов коренных лесов, б - после интенсивного подсечного хозяйства и выборочных рубок хвойных пород в прошлом. Цвета: зеленый – хвойные леса (преимущественно еловые), голубой – лиственные леса (преимущественно березовые), красный – открытые вырубки и сельхозугодья/ Глубокими антропогенными нарушениями затронута и территория Мурманской области, леса которой в настоящее время представляет собой мозаику демутационных сукцессий после антропогенных нарушений (сельскохозяйственное освоение, пожары, рубки и др.). Исследованы особенности восстановительных послепожарных и послерубочных сукцессий. В частности установлено, что после рубок в зависимости от исходных типов леса формируются лишайниковые, вересковые, луговиковые, вороничные и чернично-багульниковые типы сообществ. Для оценки и состояния лесов на обширной территории страны приоритетным является мониторинг типологического (экосистемного), разнообразия, основанного на классификации растительных систем с учетом геоботанических и лесоведческих подходов. При наличии высокой потребности в единой классификации до сих пор она не имела должной методологической основы и служила объектом постоянной дискуссии. Поэтому одним из основных итогов работы по проекту является разработка синтетической типологии лесных экосистем для основных ботанико-географических зон на основе сопоставления доминантной и флористической классификаций. Для наиболее богатых в видовом отношении групп типов построены точечные ареалы. Характеристика биоразнообразия наиболее представительных групп типов леса для каждой зоны европейской России представлена в виде таблиц-матриц (рис. 2). Для северной и средней тайги, а также зоны широколиственных лесов готовится идентификация видового разнообразия с подразделением растительного покрова на основные жизненные формы. В наибольшем объеме работа выполнена для светлохвойных и темнохвойных лесов. Дальнейшая инвентаризация типологического разнообразия зональных экосистем других регионов России будет осуществляться в следующем году. Полученные типологические характеристики являются эффективной формой семантической информации, которая может быть использована для связи между различными признаками каждой группы типов леса. Эти группы, соотнесенные по экологическому и топографическому положению в элементах рельефа и сукцессионному статусу, служат для биологической интерпретации космических снимков и, получаемых на их основе, параметров биоразнообразия лесных территорий. На основе анализа отечественной литературы создана картотека основных групп лесных сообществ в таежной зоне европейской России, проведена унификация терминологии русских названий. Сформирована компьютерная база данных PRODROMUS, которая включает перечень синтаксонов лесной растительности европейской России и базу полевых геоботанических описаний лесов FORUS. На этой основе начато формирование базы данных по основным типам леса европейской России. Основой для реализации методологических подходов к мониторингу биоразнообразия можно рассматривать картографическую и вербальную реконструкцию потенциальной лесной растительности европейской России. Она основана на теоретических представлениях об организации климаксовых сообществ и построении карт ареалов видов деревьев-эдификаторов и константных видов напочвенного покрова. На основании исторических и современных данных и реконструкции точечные ареалов видов деревьев-эдификаторов создана база данных их распространения (рис. 3). Рис. 3. Современный ареал граба обыкновенного (Carpinus betulus) и ареал в историческое время Проведено сравнение исторических и современных ареалов видов деревьев и выявлена группа видов, у которых ареалы существенно сократились в последние два-три столетия вследствие низкой толерантности к антропогенным воздействиям. Построены карты точечных ареалов константных видов трав бореальной и неморальной эколого-ценотических групп и выявлена область их совместного обитания, которая маркирует ареал хвойно-широколиственных лесов в историческое время. Накопленный опыт в изучении разнообразия биологических систем позволил перейти к обобщению материалов на уровне территориальных единиц разного ранга. В этой связи в рамках принятых пространственных уровней учета биоразнообразия лесных территорий (локальном, региональном и национальном) были реализованы основные процедуры мониторинга биоразнообразия лесного покрова. Они включали: 1) сбор полевых данных, 2) анализ данных дистанционного зондирования, 3) интерполяцию рассчитываемых значений параметров разнообразия на территорию более высокого ранга. Полевые работы по выявлению и характеристике основных типов сукцессий европейской части России и оценке пространственно-временной динамики изменения лесных территорий осуществлялись на территории Костромской, Кировской, Московской, Мурманской и Пермской областей, республики Карелии. В частности, в Костромской области выявлены и описаны три основных типа сукцессионных рядов сообществ, формирующиеся на разных субстратах и в результате антропогенных разных воздействий (рис. 4).
Были установлены основные закономерности изменения видового и типологического разнообразия в ходе лесовосстановительных сукцессий. Данные космического мониторинга лесов рассматриваются в качестве важнейших компонентов информационного обеспечения оценки регионального экосистемного разнообразия и построения моделей естественной и антропогенной динамики лесного покрова. На основе анализа ряда ландшафтных индексов, олучена интегральная оценка сложности строения поверхности территории, определяющая биоразнообразие наземных экосистем (рис. 5).
Совмещение данных наземных исследований и данных дистанционного зондирования позволило интерполировать информацию локальных измерений биоразнообразия на региональный уровень и составить карту растительного покрова с отражением важнейших характеристик его разнообразия. Основой для подобной генерализации типологических данных являлись совмещение локальных точечных данных с покрытиями регионального уровня и последующим количественным анализом полученных характеристик. Эффективность осуществления мониторинга лесов в значительной степени определяется наличием достаточно развитой информационной базы о состоянии и динамике лесного фонда, его экологическом и ресурсном потенциале, а так же знаний основных условий роста и развития лесных экосистем. В этой связи в ходе реализации программы была разработана научная основы для инвентаризации и формирования базы ведения мониторинга биоразнообразия лесов России. Разработана схема многоуровневой ГИС биоразнообразия лесных экосистем, обеспечивающая проведение мониторинга и оценку антропогенного воздействия на природно-территориальные системы (рис. 6). Отработан алгоритм поэтапного создания тематических карт биоразнообразия лесов на региональном и федеральном уровнях. Создана комплексная база типовых информационных материалов и данных по биоразнообразию лесов России. Рис. 6. Тематическое содержание ГИС биомониторинга лесов Для сохранения биоразнообразия лесных экосистем в рамках устойчивого лесопользования необходима разработка оптимальных сценариев природопользования на основе построения эколого-экономических моделей. С этой целью для прогноза динамики параметров биоразнообразия при различных сценариях лесохозяйственных мероприятий была разработана и использована модель продуктивности и круговорота углерода и азота в лесных экосистемах (EFIMOD-PRO). Таким образом, в текущем году основное внимание уделялось разработке методологическая основа мониторинга биоразнообразия лесов. Она базируется на сравнительной оценке пространственно-временной динамики лесообразовательного процесса и современном состояния лесов. Решен ряд научно-методических задач и обозначены очередные этапы дальнейших исследований: 1) совершенствование инвентаризации типологического разнообразия зональных лесных экосистем европейской России; 2) разработка методов прогноза и алгоритмов расчета вариантов динамики биоразнообразия лесов при разных сценариях природопользования; 3) отработка методов оценки биоразнообразия на основе наземной и спутниковой информации на примере других регионов; 4) совершенствование методов количественной оценки экосистемного разнообразия лесных территорий; 5) разработка методики оценки прошлого, текущего и потенциального биоразнообразия лесной растительности различных зонально-провинциальных комплексов; 6) разработка стратегии сохранения экосистемного и ландшафтного разнообразия. |