Программа фундаментальных исследований Президиума РАН
"Научные основы сохранения биоразнообразия России"



ОТЧЕТ за 2003-2005 гг.

Направление 2: Разработка методологических основ мониторинга биоразнообразия 

Куратор направления:  академик А.С. Исаев

Участники направления:

Тема проекта: Разработка методологических основ биоразнообразия лесов России в условиях глобальных изменений и возрастающих антропогенных нагрузок

Центр по проблемам экологии и продуктивности лесов РАН (ЦЭПЛ РАН)

Руководитель проекта: А.С. Исаев

Тема проекта: Основы инвентаризации и мониторинга разнообразия лесов таежного региона (на примере Карелии)

Институт леса Кар НЦ РАН (ИЛ КАР НЦ РАН)

Руководитель проекта: А.Н.Громцев

Тема проекта: Структурно-функциональная организация, биоразнообразие и мониторинг лесов европейского Северо-Востока

Институт биологии Коми НЦ УрО РАН

Руководитель проекта: С.В.Загирова, К.С.Бобкова

Тема проекта: Разработка научных основ мониторинга разнообразия лесов Сибири

Институт леса им. В.Н. Сукачева СО РАН (ИЛ СО РАН)

Руководитель проекта: Е.А.Ваганов

  Тема проекта:Экологический анализ лесорастительных условий и разработка классификационной схемы лесов Приморского края с помощью индикационных методов

Биолого-почвенный институт ДВО РАН

Руководитель проекта: Т.А.Комарова


Постановка задачи

Ресурсная и экологическая направленность устойчивого и неистощительного лесопользования, учитывающего сохранение разнообразия видов и структурно-функциональную организацию природных экосистем, имеет важное значение при разработке национальной лесной политики. Неотъемлемой составной частью этой проблемы является мониторинг биоразнообразия лесов, подразумевающий наблюдение за состоянием лесных территорий с целью выявления, анализа и составления прогноза возможных изменений на фоне естественных процессов и под влиянием антропогенных факторов.

Сложность организации мониторинга лесов в условиях большого объема имеющихся данных по измерению отдельных параметров лесных экосистем объясняется отсутствием унифицированных методов и универсальных единиц оценки разных аспектов биоразнообразия, а также интеграции таких оценок для биосистем разного пространственного уровня. В методологическом плане при решении этих проблем коллективами научных центров Москвы, Карелии, Коми, Красноярского и Приморского краев осуществлялись работы в следующих направлениях:

  • Разработка концептуального подхода к мониторингу биоразнообразия лесов, включающего представления о структурной перестройке лесных экосистем в ходе лесовосстановительного процесса
  • Обоснование набора параметров оценки биоразнообразия лесов на основе наземных исследований и дистанционных методов
  • Инвентаризация типологического разнообразия зональных лесных экосистем как основы для оценки экосистемного биоразнообразия
  • Разработка моделей сукцессионных смен лесных сообществ с выявлением основных закономерностей лесовосстановительного процесса
  • Разработка методики сбора и обобщения разнородных данных по биоразнообразию лесов с применением современных ГИС технологий
  • Выявление региональных особенностей биоразнообразия лесов.
  • Современное состояние биоразнообразия лесов

Россия – лесная держава, владеющая 25% лесных ресурсов планеты. Поэтому сохранение биологического разнообразия лесов в сочетании с их широким хозяйственным использованием рассматривается в качестве важнейшей задачи не только на национальном, но и глобальном уровне.

За последние столетия площадь лесов на территории России существенно сократилась, особенно в южных и центральных районах Европейско-Уральской зоны. Наиболее сильные изменения произошли во второй половине ХIХ веков. В последние 50 лет обезлесивание в России приостановлено, а площади лесов даже несколько возросли за счет зарастания сельскохозяйственных угодий, непокрытых лесом земель и частичного облесения болот после осушения. В то же время качественная структура лесов в экологическом и ресурсном отношении существенно ухудшилась.

На значительных площадях лучшие сосновые, кедровые и еловые леса, вырубленные в результате интенсивной эксплуатации, сменились березняками, осинниками или хвойными монокультурами низкой продуктивности. Восстановление исходных лесорастительных сообществ потребует здесь проведения серьезных лесохозяйственных мероприятий и растянется на длительный срок.

Огромный урон лесам, особенно в Сибири и на Дальнем Востоке, наносят пожары и вредные насекомые. Площади погибших лесов здесь значительно превышают объемы вырубки в процессе лесозаготовок. Особенно сильно отрицательное воздействие пожаров сказывается на лесных экосистемах северо-востока Евразии, что обусловлено их высокой горимостью и крайне медленным восстановлением после пожаров. Очевидно, это один из немногих регионов бореальной зоны, где после интенсивных лесных пожаров формируется своеобразные “зеленые пустыни” - обширные обезлесенные территории, покрытые кустарниковыми зарослями и мощным травяным покровом.

Для улучшения использования и охраны лесов необходимы объективные оценки их ресурсных и средообразующих возможностей в различных природно-экономических регионах страны. Такие оценки лесных территорий дадут возможность определить объемы допустимого воздействия на лесные экосистемы, не приводящего к потере ими средообразующих функций. Практическая реализация экологических принципов ведения лесного хозяйства требует глубоких знаний общих закономерностей формирования лесов и их биоразнообразия, углубленного исследования природы лесных экосистем и их связей с другими компонентами биосферы. При решении этих вопросов следует учитывать палеогеографические особенности формирования лесного покрова территории и эколого-генетические свойства слагающих его древесно-кустарничковых пород и напочвенной растительности.

Важнейшей особенностью Российских лесов является сохранение на огромных территориях естественных насаждений, не подверженных антропогенному воздействию. Лесные экосистемы, еще сохранившиеся в этих обширных рефугиумах, имеют естественный (фоновый) уровень биоразнообразия, и представляют собой своего рода эталоны популяционного, видового и экосистемного разнообразия. Эти леса коренным образом отличаются от «культурных» лесов, представленных в Европе и в нашей стране искусственными насаждениями, обладающими пониженной устойчивостью к неблагоприятным факторам среды.

Разработка рациональной лесной политики, учитывающей сохранение биоразнообразия – сложная задача. Решающее значение здесь приобретает разработка методологии и методов лесопользования – их ресурсная и экологическая направленность, которые не всегда совпадают. К примеру, доминирующая концепция лесного хозяйства Западной Европы на протяжении двух последних столетий была нацелена на максимальное увеличение продуктивности лесов, что соответствовало чисто рыночному подходу. Это привело практически к полному исчезновению девственных хвойно-широколиственных лесов Европы и замены их на хвойные монокультуры, значительно менее устойчивых к неблагоприятным фактором среды.

Методология оценки биоразнообразия лесов

Эволюция научных представлений в области изучения биоразнообразия прошла несколько этапов. Первоначальный интерес к инвентаризации редких видов сменился интенсивным изучением разнообразия сообществ и экосистем (Whittaker, 1972; Zonneveld, 1988; Franklin, 1993 и др.), которое сопровождалось разработкой терминологии и способов определения параметров биоразнообразия (Мэгарран, 1992, Heywood 1995). К настоящему времени накоплен опыт оценки биоразнообразия для территорий разного масштаба – от материков и крупных регионов (Малышев, 1994) до мелких участков локального уровня. Следующий шаг заключается в познании того, какие факторы определяют тот или иной уровень биоразнообразия и какие шаги должен предпринять социум для его сохранения и восстановления.

В области экологии (включая ландшафтоведение и фитоценологию) в настоящее время сформировалась новая научная парадигма, которая в основе своей заключает представление о мозаичной структуре ландшафта, иерархической соподчиненности мозаик и корреляции между пространственными масштабами и временами устойчивого существования таких мозаик. Разномасштабная мозаичность рассматривается как общее свойство живого покрова (Allen, Starr, 1982). В биосистемах каждого уровня свои ведущие факторы определяют уровень биоразнообразия, который измеряется определенным набором параметров.

В основу методологического подхода, использованного в Проекте, положены следующие положения:

  • Объектами оценки служат лесные территории, выделенные по признакам природно-территориальных комплексов
  • Параметры, выбранные для характеристики состояния лесов, оцениваются для территорий разных масштабных уровней
  • Одной из важных характеристик выступает сукцессионное состояние (восстановительная динамика) лесного покрова
  • Для экологической оценки биоразнообразия лесных экосистем широко используются дистанционные методы и геоинформационные технологии

В результате проведенных исследований разработаны принципиально новые методологические приемы и технические методы мониторинга биоразнообразия лесных территорий, позволяющие исследовать лесные экосистемы в процессе их возрастной динамики в пределах природно-территориальных комплексов различной величины и сложности. Данный методологический подход успешно реализован на примере модельных регионов (в Центральном регионе, Карельской республике, Мурманской области, Красноярском и Приморском краях).

Опыт изучения разнообразия биологических систем на уровне отдельных популяций, видов и сообществ позволяет перейти к обобщению материалов на уровне территориальных единиц разного масштаба и характеризовать пространственно-временную динамику изменения лесных территорий в условиях возрастающего антропогенного воздействия. В этой связи была определена иерархия пространственных масштабов и приняты следующие пространственные уровни учета биоразнообразия лесных территорий: локальный, региональный и федеральный.

Знание факторов, обеспечивающих биоразнообразие экосистем на разных уровнях пространственной иерархии, становится основой для разработки режимов природопользования, способствующих сокращению потерь вследствие антропогенного воздействия. Недостаточность эколого-биологического обоснования конкретных мероприятий может привести к последствиям, которые противоположны ожидаемым. Выявление механизмов поддержания биоразнообразия сопровождается повышением интереса к моделированию потенциального состава биосистем, что служит отправной позицией для оценки потерь биоразнообразия.


Основные результаты

1. Обоснование набора параметров

На основе зарубежного и отечественного опыта обоснованы общие принципы и методология оценки биоразнообразия лесов Северной Евразии. Проведен анализ параметров биоразнообразия лесов, используемых на федеральном, региональном и локальном уровнях организации территории в сопоставлении с принятыми в рамках международных инициатив (Монреальский и Пан-европейский процессы, проект BEAR) (Центр по проблемам экологии и продуктивности лесов РАН) .В результате предложен перечень параметров и индикаторов, рекомендуемый для мониторинга биоразнообразия лесов в нашей стране. Их набор сформулирован, исходя из следующих требований :

  • согласованность со списком основных общепринятых в Европейской Системе критериев и индикаторов
  • согласованность с практикой и традициями отечественного лесоустройства
  • учет возможностей и методов получения и обработки полевой и дистанционной информации
  • возможность расчета комплексных показателей экологической ценности территории

2. Инвентаризация типологического разнообразия

Для оценки и состояния лесов на обширной территории страны приоритетным является мониторинг типологического (экосистемного) разнообразия, основанный на классификации растительных систем с учетом геоботанических и лесоводческих подходов. При наличии высокой потребности в единой классификации она до сих пор не имела должной методологической основы и служила объектом постоянной дискуссии. Одним из основных результатов работы по проекту является разработка сотрудниками ЦЭПЛ РАН типологии лесных экосистем для основных ботанико-географических зон на основе сопоставления доминантной и флористической классификаций (Табл. 1).

Таблица 1. Группы типов леса северной тайги европейской России 
(Заугольнова, Морозова, 2006) (http://mfd.cepl.rssi.ru/flora/)

Название синтаксонов эколого-флористической классификации

Секции (подсекции)

Доминанты верхнего полога

Сосна

Ель

Лиственница (+сосна, ель)

Береза пушистая (извилистая)

Кедр (+ель пихта)

Пихта
(+ель кедр)

Flavocetrario-Pinetum, Cladonio-Pinetum typicum, Cladonio-Pinetum pulsatilletosum

Лишайниковая (собственно лишайниковая)

Pineta sylv. cladinosa

Piceeta cladinosa

Lariceta cladinosa

Betuleta cladinosa

Pineta sib. cladinosa

-

Cladonio-Pinetum vaccinietosum, Vaccinio-Pinetum

Лишайниковая (зеленомошная)

Pineta sylv. hylocomioso-cladinosa

Piceeta hylocomioso-cladinosa

Lariceta hylocomioso-cladinosa

Betuleta hylocomioso-cladinosa

Pineta sib. hylocomioso-cladinosa

Abieta hylocomioso-cladinosa

Empetro-Piceetum, Eu-Piceetum myrtilletosum

Зеленомошная (кустарничковая)

Pineta sylv. fruticuloso-hylocomiosa

Piceeta fruticuloso-hylocomiosa

Lariceta fruticuloso- hylocomiosa

Betuleta fruticuloso- hylocomiosa

Pineta sib.fruticuloso- hylocomiosa

Abieta fruticuloso-hylocomiosa

Eu-Piceetum dryopteridetosum

Зеленомошная (мелкотравная)

-

Piceeta parviherboso-hylocomiosa

нет свед.

Betuleta parviherboso-hylocomiosa

нет свед.

Abieta parviherboso-hylocomiosa

Eu-Piceetum athyrietosum, Aconito-Piceetum

Зеленомошная (высокотравная)

-

Piceeta magnoherboso-hylocomiosa

Lariceta magnoherboso-hylocomiosa

нет свед.

нет свед.

Abieta magnoherboso-hylocomiosa

Aconito-Piceetum

Травяная (высокотравная)

-

-

Lariceta magnoherbosa

Betuleta magnoherbosa

-

-

Rubo chamaemoro-Piceetum

Сфагновая (долгомошно-сфагновая)

Pineta sylv. polytrichoso-sphagnosa

Piceeta polytrichoso- sphagnosa

нет свед.

нет свед.

Pineta sib. polytrichoso-sphagnosa

-

Carici loliaceae-Piceetum

Сфагновая (гигрофильно-травяная)

-

Piceeta hygroherboso-sphagnosa

нет свед.

нет свед.

нет свед.

-

Oxycocco-Pinetum

Сфагновая (кустарничковая)

Pineta sylv. fruticuloso-sphagnosa

Piceeta fruticuloso-sphagnosa

нет свед.

нет свед.

нет свед.

-

Полученные типологические характеристики, соотнесенные по топографическому положению в элементах рельефа и сукцессионному статусу, являются эффективной формой семантической информации, которая используется для биологической интерпретации космических снимков и лесотаксационных данных. Сформирована компьютерная база данных, которая включает перечень синтаксонов лесной растительности европейской России и база полевых геоботанических описаний лесов. Формируется база данных по основным типам леса европейской России.

Разработка классификационной схемы лесов на основе экологического анализа лесорастительных условий и использования индикационных методов на примере лесных территорий Приморского края выполнена коллективом сотрудников Биолого-почвенного института ДВО РАН.

Ландшафтный подход к обоснованию типологических принципов естественной территориальной дифференциации лесного покрова Карелии использован в Институте леса Карельского НЦ РАН. Лесной покров европейской части таежной зоны дифференцирован на семи уровнях: ландшафтная страна, ландшафтная зона (подзона), ландшафтный район, ландшафт, местность, урочище, фация (в пределах коренного биогеоценоза). Эта иерархическая система структурных единиц лесного покрова, построенная с использованием концепции отечественного ландшафтоведения, адекватно отражает его природную организацию. В результате исследований дана детальная характеристика и оценка разнообразия коренных лесных и лесоболотных сообществ Карелии на разных уровнях их природной организации . Выделены и описаны ландшафтные эталоны сохранившихся коренных лесов. Проведено сравнение массивов коренных и производных лесов и установлены ландшафтные закономерности антропогенной динамики разнообразия лесных сообществ.

Состояние малонарушенных лесных массивов на Северо-Востоке европейской части страны с точки зрения преобразования их типологического состава в результате антропогенных нарушений и изменения климата изучалось в Республике Коми (Институте биологии Коми НЦ УрО РАН). Доля малонарушенных лесов этой территории составляет 32 % от лесопокрытой площади. В основном они представлены коренными еловыми насаждениями - наиболее типичными климаксовыми лесными сообществами Европейского Севера. Поскольку наибольший эффект от повышения температуры ожидается в высоких широтах, где потепление может явиться причиной таяния вечной мерзлоты и переувлажнения лесов таежной зоны, организация мониторинга биоразнообразия этих экосистем представляет особый интерес.

3. Анализ основных стадий лесовосстановительного цикла

В разработке методологических подходов мониторинга лесов обоснована важность выявления основных стадий восстановительного цикла, позволяющих оценить динамическое биоразнообразие на отдельных этапах лесообразовательного процесса (рис. 1).

Рис. 1. Основные стадии лесовосстановительной сукцессии в Костромской области

С этой целью сотрудниками ЦЭПЛ РАН выявлены основные признаки климаксовых лесных экосистем европейской России как эталонных объектов, характеризующихся оптимальным составом биоразнообразия . Выделены шесть групп ключевых видов, определявших состав и строение климаксовых экосистем (темнохвойные и широколиственные виды деревьев, почвенные беспозвоночные-гумификаторы, насекомые филофаги и ксилофаги, древоразрушающие грибы, крупные млекопитающие-фитофаги). Обоснованы принципы оценки степени сукцессионных отклонений конкретных лесных экосистем от климаксового состояния. Для определения степени сукцессионных отклонений (сукцессионного статуса) конкретных лесных экосистем от климаксовых сообществ разработана система балльных оценок. 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 сведений создана база данных и проведено сопоставление современных контурных ареалов комплексов широколиственных и темнохвойных видов деревьев и их местонахождений в историческое время за границами сплошных ареалов (рис. 2).

Рис. 2. Современные контурные ареалы комплексов широколиственных и темнохвойных видов и их точечные местонахождения по историческим и современным данным
(Смирнова и др., 2006)

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: бук, граб, дуб. Построены карты точечных ареалов константных видов трав бореальной и неморальной групп и выявлена область их совместного обитания, которая маркирует ареал хвойно-широколиственных лесов в историческое время. Было доказано, что, при спонтанном развитии и условии свободного доступа семян видов деревьев-эдификаторов из рефугиумов, на большей части территории лесного пояса Восточной Европы может восстановиться полоса темнохвойно-широколиственных (бореально-неморальных) лесов. Восстановление это будет флористически достаточно полным, поскольку в напочвенном покрове большинства производных лесов на этой территории одновременно присутствуют неморальные и бореальные виды трав и кустарничков (ЦЭПЛ РАН).

4. Использование методов математического моделирования

Для исследования биоразнообразия лесных экосистем использовались различные методы математического анализа, позволяющие нормализировать протекающие процессы и прогнозировать текущие изменения. До последнего времени в лесной биогеоценологии отсутствовало феноменологическое описание лесообразовательного процесса, необходимое для понимания сложных взаимодействий, протекающих при эволюции лесных экосистем. Для исследования устойчивости лесных экосистема предложено использовать метод фазовых портретов, широко применяемый в физике и теоретической экологии. Разработана оригинальная феноменологическая модель, позволяющая рассмотреть закономерности формирования лесных экосистем на различных этапах лесообразовательного процесса и объяснить экологические эффекты, связанные с динамикой лесного покрова в бореальной зоне. Это достигается построением, структуризацией и анализом фазовых портретов, на которых отражаются динамические процессы возникновения, развития и смены лесных ассоциаций на обширных территориях таежных лесов ( рис. 3). Теоретический анализ этих процесса, основанный на феноменологическом подходе, согласуется с данными конкретных натурных измерений и численных оценок (ЦЭПЛ РАН, ИЛ СО РАН).

Для сохранения биоразнообразия лесных экосистем в рамках устойчивого лесопользования было важно создать оптимальные сценарии природопользования на основе построения эколого-экономических моделей. С этой целью для прогноза динамики параметров биоразнообразия при различных сценариях лесохозяйственных мероприятий была использована математическая модель продуктивности лесных экосистем (EFIMOD-PRO). Результаты моделирования, базирующиеся на данных лесоустройства одного из модельных регионов, представлены в виде серии карт (рис. 4), позволяющих анализировать динамику разнообразия растительности на ландшафтной основе (ЦЭПЛ, Институт физико-химических биологических проблем почвоведения РАН).


5. Разработка процедуры мониторинга биоразнообразия лесов

Накопленный опыт в изучении разнообразия биологических систем позволил перейти к обобщению материалов на уровне территориальных единиц разного ранга. В ходе реализации Проекта сотрудниками ЦЭПЛ РАН обоснованы основные процедуры дистанционного мониторингабиоразнообразия лесного покрова. Весь комплекс работ включает этап, предшествующий полевым исследованиям с формированием картографического пакета данных, в том числе дистанционного зондирования, их последующую обработку, а также сбор полевых данных, обработку материалов лесной таксации, спутниковой информации, а также интерполяцию значений индикаторов разнообразия на территорию более высокого топологического уровня.

Использование цифровой модели рельефа и характеристик спектральной яркости наземного покрова, полученных со сканерного снимка после ряда процедур по их совместной классификации, позволяет получить совокупность контуров, различающихся по оптическим яркостям и характеристикам рельефа. Для полученных типов контуров рассчитываются средние значения яркостей, высот, уклонов, а так же форм поверхности по степени ее выраженности.

Созданная «контурная» основа, отражающая иерархическую организацию территории и современное состояние наземного покрова и рельефа, позволяет составить карту растительности с использованием наземных ботанических описаний. В результате интерполяции с помощью мультирегрессионного и дискриминантного анализа спутниковой информации и характеристик рельефа выполняется визуализация основных характеристик леса (породного состава, сомкнутости древесного полога, классов возраста, видового и экосистемного разнообразия и др.) с оценкой степени достоверности интерполяции. Сопоставление интерполированных характеристик с «контурной» основой позволяет получить характеристику типологического разнообразия лесного покрова территории (рис. 5).

Рис. 5. Содержание и основные этапы работ по оценке биоразнообразия лесов
на локальном и региональном уровне

Таким образом, на основе разрабатываемых количественных методов с использованием данных дистанционного зондирования и цифровой модели рельефа продемонстрирован метод оценки типологического и ландшафтного разнообразия лесных территорий, отражающий современное состояние растительного покрова на региональном уровне. Крупномасштабные точечные геоботанические описания дополняют информацию об эколого-ценотическом разнообразии лесных сообществ.

Данные космического мониторинга лесов рассматриваются в качестве важнейшего компонента информационного обеспечения мониторинга и оценки состояния лесного покрова. Дистанционными методами могут быть выявлены подробности, определить которые при проведении наземных визуальных осмотров невозможно или которые потребуют значительных организационных и финансовых затрат. Спутниковые данные предназначены для контроля природных и антропогенных процессов, протекающих с низкой и средней скоростью на значительных площадях, а при крупномасштабной съемке – фиксирования быстро протекающих процессов (вырубки лесов, интенсивное повреждение насекомыми, аварийные сбросы загрязняющих веществ в атмосферу, разливы нефти и др.).

Использование спутниковой информации для оценки биоразнообразия лесов Сибири получило широкое развитие в исследованиях Института леса им. В.Н. Сукачева СО РАН. В частности, разработаны методы обработки данных дистанционного зондирования для составления векторных карт лесных территорий. Примененный для этой цели метод нечеткой композиции позволяет генерализовать классифицированное компьютером спутниковое изображение, избавиться от излишней мозаичности классов и тем самым повысить адекватность и точность сопряженного анализа растровых дистанционных данных и картографического материала, полученного на основе лесоустроительных данных. В рамках методики реализованы алгоритмы, позволяющие анализировать пространственную однородность выделов, производить автоматизированное формирование эталонных участков и выборок для тематической обработки спутниковых изображений: классификации породного состава, оценки запасов надземной фитомассы и другие параметры биоразнообразия.

6. Изучение региональных аспектов мониторинга биоразнообразия

Представления о региональных особенностях мониторинга биоразнообразия лесных экосистем получены на примере модельных регионов, находящихся в различных зонально-провинциальных комплексах. Каждый из регионов имеет как общие закономерности, так и индивидуальную специфику проявления процессов, влияющих на биоразнообразие лесов. К негативным факторам, влияющих на биоразнообразие следует отнести: сплошные 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 поврежденных 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 возрастает особенно в северо-западной части России и Восточной Сибири.

В Карелии для характеристики и оценки последствий антропогенной трансформации лесных сообществ проведена сравнительная оценка состояния массивов коренных и производных лесов в сходных ландшафтно-экологических условиях. Было установлено, что после сплошных рубок здесь 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. 6 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.

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.). Сотрудниками ЦЭПЛ РАН исследованы особенности восстановительных послепожарных и послерубочных сукцессий. Для зоны интенсивного промышленного загрязнения дана оценка пространственно-временной дигрессионной динамики изменения лесных территорий ( рис. 7 ).

Рис. 7. Дигрессионная сукцессия бореальных лесов на Кольском полуострове

Одним из результатов явилось осуществление полного комплекса работ по оценке деградационных процессов в окрестностях металлургического комбината с использованием основных источников информации (дистанционные данные, лесотаксационные материалы и данные полевых исследований) .

7. Разработка средств информационного обеспечения

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 развития лесных экосистем. Создание системы мониторинга лесов предполагает обязательную интеграцию потоков информации, в том числе и спутниковых данных. В этой связи в ходе реализации Программы в рамках ЦЭПЛ РАН была разработана схема многоуровневой ГИС биоразнообразия лесных экосистем, обеспечивающая осуществление инвентаризации и оценки природоохранной ценности лесных территорий, что является необходимым этапом для составления кадастров лесов на региональном уровне (рис. 8).

Рис. 8. Общая структура формирования ГИС мониторинга биоразнообразия лесов

В рамках формирования единой геоинформационной системы «Мониторинг биоразнообразия лесов» создана комплексная база типовых информационных материалов по биоразнообразию лесов России, подготовлены базовые цифровые картографические данные для федерального уровня и отдельным модельным регионам. Сформирован архив сканерных снимков высокого разрешения (15-30 м) на всю территорию страны за период 1990-2000 гг. Использование ГИС технологий обеспечило интеграцию и совместный анализ имеющихся данных различного формата и масштаба, характеризующих растительный покров, а также оперативно интегрировать в систему обновленную и дополнительную информацию (дистанционные и полевые данные, материалы лесной таксации). Это необходимое условие для ведения мониторинга лесов, в задачи которого входит получение оперативной оценки, анализ и прогноз состояния территории.

Таким образом, исходя из поставленных задач, была разработана комплексная методологическая основа мониторинга биоразнообразия бореальных лесов России. Она базируется на концептуальном подходе проведения мониторинга биоразнообразия с учетом пространственно-временной динамики лесообразовательного процесса и современного состояния лесов. Решен ряд научно-методических задач, обеспечивающих использование имеющихся данных по биоразнообразию лесов в сфере лесной экологии, природопользования и устойчивого управления биологическими ресурсами. Большинство методов и подходов к оценке состояния и мониторинга биоразнообразия лесов были апробированы в модельных регионах. Полученные результаты обобщены в ряде опубликованных статей и монографий.

По результатам работ создан Web-сайт Проекта «Разработка методологических основ мониторинга биоразнообразия лесов» http://mfd.cepl.rssi.ru. Основным содержанием сайта являются информация о Программе фундаментальных исследований Президиума РАН «Научные основы сохранения биоразнообразия России», сведения о целях и задачах проекта «Разработка методологических основ мониторинга биоразнообразия лесов», данные об участниках и партнерских организациях, основные результаты, полученные в ходе реализации Проекта. Подготовлен ряд научных статей и монографий (Приложение 1, 2).

 

Перспективы дальнейших исследований

  • Отработка методов мониторинга биоразнообразия на основе наземных обследований и спутниковой информации
  • Инвентаризация типологического разнообразия зональных лесных экосистем бореальной зоны
  • Совершенствование методов количественной оценки экосистемного разнообразия лесных территорий
  • Разработка методики оценки прошлого, современного и потенциального биоразнообразия лесной растительности
  • Разработка методов прогноза и алгоритмов расчета динамики биоразнообразия лесов при разных сценариях природопользования
  • Разработка стратегии сохранения экосистемного и ландшафтного разнообразия

 Литература

Исаев А.С., Суховольский В.Г., Хлебопрос Р.Г. и др. Моделирование лесообразовательного процесса: феноменологический подход // Лесоведение 1, 2005. с. 3-12.

Заугольнова Л.Б., Морозова О.В. Типология и классификация лесов европейской России: методические подходы и возможности их реализации // Лесоведение. № 6. 2006. Малышев Л.И. Флористическое богатство СССР // Актуальные проблемы сравнительного изучения флор. СПб: Наука, 1994. С. 34-87.

Мэгарран Э. Экологическое разнообразие и его измерение. М.: Мир, 1992. 184 с.

Усольцев В.А. Формирование банков данных по фитомассе лесов. Екатеринбург: Изд-во УрО РАН, 2001. 709 с.

Смирнова О.В., Бакун Е.Ю., Турубанова С.А. Представление о потенциальном и восстановленном растительном покрове лесов и его реализации на примере лесного пояса Весточной Европы // Лесоведение, 2006, №1.

Ханина Л.Г., М.В. Бобровский, А.С. Комаров и др. Моделирование динамики разнообразия лесного напочвенного покрова // Лесоведение, 1, 2006.

Allen T.F., Starr T.B. Hierarchy: perspectives for ecological complexity. University of Chicago Press, IL. 1982. 310 pp

Franklin J. F. Structural and functional diversity in temperate forests// Biodiversity. Washington: Nat. Acad. Press, 1988. P. 166-175.

Heywood V.H. 1995. Global Diversity Assessment. UNEP. Cambridge University Press, Cambridge.

Zonneveld I. S. 1988. Landscape ecology and its application. InLandscape Ecology and Management. pp. 3–15. Edited by M.R. Moss. Polyscience Publications Inc., Montreal, Canada.

Whittaker R.H.. Evolution and measurement of species diversity. Taxon 21, 1972. Р. 213-251.


© All rights reserved. Центр по проблемам экологии и продуктивности лесов РАН, 2005.