WWW.DISS.SELUK.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА
(Авторефераты, диссертации, методички, учебные программы, монографии)

 

Pages:     | 1 |   ...   | 4 | 5 || 7 | 8 |

«Н.А. БИТЮКОВ ЭКОЛОГИЯ ГОРНЫХ ЛЕСОВ ПРИЧЕРНОМОРЬЯ Сочи - 2007 УДК630(07):630*58 ББК-20.1 Экология горных лесов Причерноморья: Монография / Н.А.Битюков. Сочи: СИМБиП, ФГУ НИИгорлесэкол. 2007. ...»

-- [ Страница 6 ] --

Для возобновительного процесса на вырубках характерно обильное появление самосева и подроста второстепенных пород как семенного, так и порослевого происхождения. Отмечается гнездовой характер порослевого возобновления и энергичный рост поросли в первые годы, что создает условия для смыкания листового полога в данный период. К этому времени проявляется неизбежное отрицательное влияние поросли на рост и развитие предварительного и последующего возобновления. Интенсивный рост и развитие поросли на вырубках создает крайне неблагоприятные условия светового режима для самосева и подроста твердолиственных пород и вызывает его массовый отпад. Смыкание порослевого полога на вырубках наступает на 5-7 год после рубки древостоя. Подрост дуба скального семенного происхождения к этому возрасту полностью утрачивает присущую ему в первые годы теневыносливость и в основной массе отмирает.

Низовые пожары вызывают отпад молодняков, преимущественно пород с тонкой корой (граб, бук, клен) и интенсивное порослеобразование у дуба, способствуя тем самым увеличению его участия в составе насаждения.

В насаждениях, где сформировались естественные семенно-порослевые молодняки, к 10-11 летнему возрасту наблюдается увеличение в их составе менее ценных пород, в частности – граба. Для предотвращения смены пород в большинстве типов леса в этот период необходимо проведение интенсивных и своевременных лесоводственных уходов с целью формирования древостоев с преобладанием в их составе дуба.

Листовой опад на вырубках и в нетронутых насаждениях дуба скального Учет листового опада проводился в течение вегетационных периодов 1994- гг.. Изучение листового опада здесь проводилось в молодняках, образовавшихся после первого приема рубки на ППП №7 и 8, а также под пологом нетронутых рубками древостоев изучался (на контрольном водосборе №4). На указанных пробных площадях были установлены опадоуловители размерами 1х1 м в количестве 10-20 шт на каждой ППП, огражденные 10-см барьером, препятствующим сдуванию листвы. Данные учета листового опада на пробных площадях в материнских насаждениях (ППП №1) и в молодняках (ППП №6, 7, 8) приведены в табл. 35.

На рис.43 представлена динамика листового опада (в абс. сухом состоянии) за период наблюдений на стационаре "Горский", в насаждениях не затронутых рубками главного пользования и в 12–18–летних молодняках, образовавшихся на сплошнолесосечной и после первого приема котловинной вырубках.

Анализ полученных данных показал, что масса листового опада в контрольных древостоях за период наблюдений варьировала от 2,8 до 4,1 т/га (в среднем 3,5 т/га). В 23-летних молодняках на площади сплошнолесосечной рубки масса опада изменялась за тот же период от 3,1 до 4,1 т/га (в среднем 3,5 т/га).

В 22-летних молодняках на площади первого приема котловинной 2-х-приемной рубки масса опада составила в среднем 3,5 т/га (изменялась от 2,9 до 4,2 т/га).

Масса листового опада, т/га На ППП №8 (тип леса дубняк азалиевый), подвергшейся дважды низовым пожарам в 1993 и 1997 гг. в молодняках на площади 1-го приема котловинной рубки масса опада в первые годы после пожара увеличилась с 1,8 до 3,4 т/га в связи с ростом молодняков.

Таблица 36 – Динамика листового опада в древостоях ЛГС «Горский» за вегетационные периоды 1994-2005 гг.

учета Под пологом нетронутого рубкой леса (контроль) – ППП №1 – дубняк грабинниковый Молодняки на сплошной вырубке 1981-82 гг. ППП №6 – дубняк грабинниковый контр.

Молодняки на площади котловинной 2-х-приемной рубки 1982-83 гг. ППП №7 – дубняк контроля Молодняки на котловинной 2-х-приемн. рубке 1982-83 гг. ППП №8 – дубняк азалиевый троля Выжившие после пожара 1993 года молодняки на ППП 8 весной 1997 года вновь подверглись воздействию низового пожара, что сказалось на их росте и развитии. Вследствие этого масса листового опада здесь уменьшилась вдвое в сравнении с 1996 годом. В последующие годы (1999-2004 гг.) отмечается рост листового опада с 1,8 до 3,1 т/га – в связи с восстановлением молодых насаждений. Средняя масса листового опада за период наблюдений (1994-2004 гг.) составила 2,3 т/га.

Внутрисезонный ход опадения листвы характеризуется неравномерностью в течение вегетации. Начало пожелтения листвы и листопада у деревьев дуба скального обычно наблюдается в июле – середине августа, когда потеря листвы грабом и буком достигает в отдельные годы 40 % и выше, а дуба лишь 2–4 %. Молодняки на ППП6 и ППП7, где в составе преобладает граб, быстрее сбрасывают листву нежели насаждения, в составе которых доминирует дуб скальный, за исключением молодняков ослабленных низовыми пожарами. Нужно отметить, что в первый год после пожара на ППП8 к началу сентября граб сбросил до 86 % листвы, а бук – до 74 %, в то время как дуб – доли процента. Это свидетельствует об устойчивости к огню той или иной древесной породы.

Рисунок 44. Связь между массой листового опада и количеством осадков за вегетацию на ППП На рис.44 и 45 показаны зависимости между массой листового опада на площадях, пройденных опытными рубками, и под пологом контрольных насаждений и количеством осадков за вегетацию.

Рисунок 45. Связь между массой листового опада и количеством осадков за вегетацию на ППП Анализ динамики листового опада в связи с режимом атмосферных осадков на водосборах стационара "Горский" за вегетационные периоды показал, что масса опада с увеличением осадков увеличивается до определенной степени увлажнения (600-700 мм), а с дальнейшим их возрастанием – снова снижается (рис.44-45). Все приведенные зависимости имеют малые коэффициенты корреляционных отношений и оцениваются слабой теснотой связи.

Начало интенсивного листопада отмечается в середине вегетационного периода, достигая своего максимума к концу сезона. Низовые пожары способствуют интенсивному отпаду молодняков, в первую очередь в них – граба, бука и клена и, как следствие, снижению массы листового опада данных пород.

Площадь листовой поверхности в молодняках соответствует породному составу сформировавшихся древостоев. Так, максимальная листовая поверхность среди вырубок отмечена в дубняке грабинниковом (9086 м2/га). В дубняках злаковом и азалиевом этот показатель снижается почти на 40%.

Таким образом, на основании изучения динамики листового опада за вегетационные периоды 1995–2004 гг. установлено, что среднегодовая масса листового опада древостоев, оставленных в качестве контрольных, незначительно отличается от среднегодовой массы молодняков, образовавшихся после рубок главного пользования.

Динамика травяного покрова в насаждениях дуба скального (ЛГС «Горский») Травяной покров, как один из компонентов лесного биогеоценоза, является важнейшим фактором, определяющим рост и развитие древостоев. С одной стороны он препятствует протеканию возобновительных процессов на вырубках, способствует иссушению верхних почвенных горизонтов, уплотнению почв и обеднению их питательными веществами. С другой стороны образование густого травяного покрова на вырубках, прогалинах и других открытых местах, а так же его наличие под пологом леса способствует снижению выпавших осадков, переводу поверхностного стока в внутрипочвенный и уменьшению эрозионных процессов.

Установлено, что фитомасса травостоя изменяется в связи с ростом молодняков. Так, если до рубки на ППП 6 фитомасса в среднем составляла 0,4 т/га, то после вырубки древостоя в 6-летних молодняках она возросла до 3,64…3,87 т/га (1988-89 гг.).

В дальнейшем с увеличением конкуренции со стороны древостоя, наблюдалось снижение фитомассы травостоя, которая составляла в 1991 г. – 1,33 т/га, в 1995 году – 0,4 т/га, в 1996 г. - 0,56 т/га, в 1997 г. – 0,43 т/га, в 1998 г. – 0,24 т/га.

Изучение травяного покрова проводили в молодняках, образовавшихся на сплошнолесосечной вырубке (1981-82 гг.), расположенных на северо-западном склоне (ППП 6, тип леса-дубняк грабинниковый) и котловинной (1981-83 гг.) вырубках, а также под пологом спелых древостоев, оставленных в качестве контрольных. При исследованиях определяли видовой состав, проективное покрытие и масса надземной части растений в абс.

сухом состоянии (срезанием надземной части на учетных площадках 0,5х0,5 м количеством 10-20 шт с последующим взвешиванием и сушкой растений для перевода в абс. сухой вес).

Выявлено, что под пологом нетронутого рубкой леса (ППП 1 контрольного водосбора – тип леса дубняк грабинниковый), расположенного на Ю-З склоне, доминирует овсяница горная. Фитомасса варьирует здесь от 0,05 до 0,11 т/га, проективное покрытие за 2000-2005 гг. в среднем составило 5-6%, а средняя влажность – 257-306 % (табл.37). Видовое разнообразие травостоя включает жимолость каприфоль, ясенец кавказский, ежевику сизую, овсяницу горную, пион кавказский, лесную фиалку и ластовень аптечный.

Таблица 37 – Усредненная фитомасса травостоя на площадях опытных рубок и под пологом насаждений ЛГС «Горский» за 2000 - 2005 гг.

Возраст Год наблю- сплошно- котловинная контроль сплошно- котловинная контроль В молодняках, образовавшихся после 1-го приема котловинной (1982-83 гг.) рубки, расположенных в верхней Ю-З части склона (ППП 7, тип леса дубняк злаковый) подвергшихся воздействию низового пожара в 1993 году, в первые годы после пожара отмечался их интенсивный отпад с последующим обильным порослеобразованием и сильным разрастанием травостоя. По мере роста молодняков на данной пробной площади наблюдается постепенное снижение фитомассы травостоя, достигшей к 2000-2005 году соответственно 0,36-0,22 т/га, а проективного покрытия – 22-20 %. Влажность травостоя составила в среднем 243-288%. В составе доминирует овсяница горная.

Рисунок 46 – Связь между массой травостоя на вырубках и на контроле ЛГС «Горский»

На ППП 8, молодняки которой образовались на вырубке 1-го приема котловинной рубки, дважды подверглись воздействию низового пожара (в 1993 и 1997 гг.). Здесь отмечено постепенное снижение фитомассы травостоя, так как в составе молодняков преобладает дуб скальный (более устойчивая порода к воздействию огня, и поэтому полной гибели полной гибели молодняков на ППП 8 не наблюдалось). Снижение фитомассы идет более замедленно (от 0,52 до 0,30 т/га при проективном покрытии от 33 до 25%). Влажность травостоя в среднем варьировала в пределах 267-275%. Флористический состав представлен овсяницей горной, дорикниумом, мышиным горошком, ежевикой сизой. На данной пробной площади отмечается разрастание густого подлеска из азалии, который также препятствует распространению травяного покрова.

В сохранившейся части молодняков ППП 7 на данной вырубке (не затронутой пожаром) разрастания травостоя не наблюдается (фитомасса травостоя варьирует от 0,04 до 0,09 т/га, проективное покрытие – 8-9%, средняя влажность – 315-374%). В составе также преобладает овсяница горная.

В видовом отношении наиболее насыщенным является дубняк грабинниковый, хотя общая фитомасса травостоя здесь в 3,4 раза уступает овсяницевому дубняку. В основных трех типах дубрав по всем параметрам доминантом выступает овсяница горная. В весенний период нарастание биомассы происходит более быстрыми темпами в дубняке овсяницевом: за период с мая по июль общая биомасса травостоя здесь увеличилась в 3, раза, в то время как в грабинниковом дубняке - в 2,4 раза, а в азалиевом - в 2,3 раза. Это объясняется различием в составе травостоя - в дубняке овсяницевом много весенних видов, которые к середине лета выпадают (зубянка, вероника и др.). С другой стороны, к лету интенсивно увеличивается проективное покрытие азалии, препятствующей развитию травяного покрова. Значительное влияние оказывают также погодные условия вегетационного периода.

Таким образом, в целом травостой в формации дуба скального выражен слабо.

Проективное покрытие из-за высокой сомкнутости полога верхнего яруса не превышает 20%. Видовой состав доминантных видов на вырубках достаточно однородный: овсяница горная и осока - в злаковом и азалиевом дубняках встречаемость овсяницы соответственно равна 85,0 и 80,0%, а в грабинниковом - 40%, осоки - 30%, 23 и 50%. По биомассе травяного покрова несколько выделяется грабинниковый дубняк (311,2 кг/га), у злакового и азалиевого этот показатель близок, и составляет соответственно 204 и 220 кг/га.

В период максимума развития травостоя масса травостоя определена: на водосборе со сплошнолесосечной рубкой - 1,33 т/га; на водосборе с узколесосечной (котловинной) рубкой - на делянках 1-го приема - 1,42 т/га, 2-го - 4,51 т/га; на контрольных водосборах (без рубок) - 0,70…1,04 т/га.

После низовых пожаров, прошедших осенью 1993 года на пробных площадях ЛГС травяной покров претерпел существенные изменения. Так, следующей весной отмечено на учетных площадках отсутствие растений-эфемеров, а последующее развитие травостоя характеризовалось поздним и медленным развитием. Зарастание гарей продолжалось до середины лета, причем флористический состав травостоя уменьшился до 5-7 видов: из состава выпали однолетники, значительно снизилось проективное покрытие. Продуктивность травяного покрова упала: в дубняке разнотравно-злаковом - до 142 кг/га, а в дубняке азалиевом - до 284 кг/га.

Травяной покров под пологом нетронутого рубкой древостоя (контроль) также выражен слабо. Его фитомасса в среднем за исследуемый период составляет 0,14 т/га, а проективное покрытие 5,2 %. В составе травянистой растительности здесь доминирует овсяница.

Изменение водоохранной роли дубовых насаждений в связи с рубками - Изменение элементов водного баланса дубовых лесов. В табл.37 представлены расчеты элесентов водного баланса 2-х водосборов ЛГС «Горский2 с опытными рубками. Анализ приведенных данных показывает, что в формации дуба скального на водосборе со сплошной рубкой максимальное увеличение стока (в 2,1 раза) наблюдается на 3й год после рубки, а среднее увеличение стока за 10 лет составляет в 1,6 раза за год. На водосборе с котловинной рубкой продолжительность ее влияния на увеличение стока (в 1,1 раза) составляет около 15 лет. Отмечено, чем хуже первоначальное состояние древостоев и почвы, тем меньшее влияние оказывают рубки на сток, и тем короче период относительной стабилизации водорегулирующих функций насаждений. При этом инфильтрационная часть водного баланса в сравнении с контрольным водосбором уменьшилась в раза, поступление влаги в глубокие горизонты почвогрунтов сократилось до 65 мм в год за счет возрастания быстрого склонового стока.

Можно отметить уменьшение различий между водосборами со сплошнолесосечной и котловинной (узколесосечной) рубками в сравнении с контрольными водосборами. В первые 2 года увеличение стока после рубки на 1-ом водосборе (со сплошной вырубкой) составило 56%, а в среднем за 6 лет, прошедших после рубки - 37%.

Таблица 38 - Водный баланс водосборов с опытными рубками на ЛГС “Горский” за весь период наблюдений Гидрологи- Осадки, водосбора) в 1-ый год после рубки сток увеличился на 6%, а в целом за 5 лет после рубки - на 9%. При этом к 6-ому году наблюдений после рубки на 1-ом водосборе различия в стоке с контрольным водосбором уменьшились до 12%, а на 2-ом водосборе (к 5-ому году) - увеличились до 18%.

В таблице 39 представлены усредненные данные водного баланса по отдельным пятилетиям для водосборов с опытными рубками. В среднем условия увлажнения (по количеству осадков) по периодам до и после проведения рубки сходны, что облегчает анализ полученных данных.

На 1-ом водосборе со сплошнолесосечной рубкой в калибровочный период расходная часть баланса состоит наполовину из стока (51,5%), примерно 1/3 занимает испарение (39,8%), а остальные 10% приходятся на долю инфильтрации и аккумуляции в почве. При этом баланс влаги контрольного к 1-му ручью 4-го водосбора практически одинаков за этот период: сток - 48,9%, суммарное испарение - 42,7%, инфильтрация - 8,9%.

В период после рубки на контрольном водосборе соответствующие величины составляют: 43,9, 39,7 и 14,0%.

Таблица 39 – Средний водный баланс водосборов ЛГС “Горский” за периоды до (1977-1983 гг.) и после рубок (1983-2005 гг.

1-ый ручей 4-ый ручей (контр) Водосбор с котловинной (узколесосечной) рубкой 2-ой ручей (контр) С учетом изменения элементов баланса на контрольном водосборе определено увеличение стока на 1-ом водосборе за 6 лет после рубки - в 1,37 раза; суммарное испарение несколько снизилось; практически исчезла инфильтрационная составляющая баланса.

Следовательно, влияние сплошнолесосечной рубки сказалось в резком уменьшении (до нулевых величин) глубоководного грунтового питания, составляющего основной резерв для питьевых вод.

На 2-ом водосборе с 2-приемной котловинной рубкой расходные элементы баланса до рубки составили: сток - 44,4% (на контроле 46,6%), суммарное испарение на контроле 42,3%). После рубки на 2-ом водосборе сток увеличился в 1,07 раза, испарение не изменилось, а инфильтрационная составляющая баланса уменьшилась в 0,77 раза, т.е. на 4% по балансу.

Рисунок 47 – Средний водный баланс водосборов с опытными рубками и контрольных на ЛГС «Горский» за период наблюдений 2000-2005 гг.

Таким образом, сплошнолесосечные рубки на водосборах в формации дуба скального при условии очень напряженного водного баланса до рубки (на инфильтрацию приходится лишь около 10% осадков) приводит к уменьшению грунтового питания рек до нулевых величин и к увеличению склонового стока в 1,4 раза. Группово-постепенные (котловинные) рубки воздействуют в направлении ухудшения водного баланса в значительно меньшей степени и могут быть рекомендованы к применению в условиях СевероЗападного Кавказа.

Изменение водорегулирующей роли дубовых лесов По результатам экспедиционных исследований формирования стока в формации дуба скального, где распространены бурые лесные почвы на тяжелых суглинках и глинах, водно-физические свойства почв в верхнем 30-40-см горизонте почвы характеризуются хорошими показателями в нетронутых рубками насаждениях. В связи с малой емкостью почвенного регулирования (30…40 мм) здесь наблюдаются большие величины паводочного стока даже на неповрежденных рубками склонах. Все виды рубок ухудшают водно-физические свойства почв, а сплошнолесосечные - в максимальной степени:

водовместимость уменьшается на 40…50%, фильтрационные свойства - в 10 раз и более.

На вырубках 5-летнего возраста водорегулирующие свойства примерно в 2 раза хуже, чем на свежих лесосеках.

Общими особенностями формирования склонового стока в условиях ЛГС "Горский" являются большие величины объемов и коэффициентов стока паводков, составляющих в среднем около половины всех выпадающих осадков. При этом в холодный период года основная часть паводков имеет коэффициенты стока, равные 90…98%. Различия в площади водосборов в 4 раза (от 6 до 25 га) на ЛГС "Горский" практически не сказываются на условиях формирования стока, что является следствием малой аккумулирующей емкости почвогрунтов на водосборах.

По экспериментальным данным установлены корреляционные зависимости, характеризующие формы гидрографов склонового стока на площадях рубок ЛГС “Горский”.

Так, связь объемов паводков водосбора №1 со сплошной рубкой и 4-го (контрольного) водосбора имеет линейный вид и коэффициенты корреляции 0,86…0,97, что позволяет с высокой степенью достоверности оценивать изменения паводочного стока после проведения опытной рубки. Связь коэффициентов паводочного стока (, % от осадков) также имеет линейный вид и коэффициенты корреляции 0,80-0,89. Максимальные модули стока на водосборах с рубками и контрольных водосборах имеют практически функциональную связь: r = 0,94…0,99.

На 2-ом водосборе (площадью 22,3 га) после проведения 2-х приемов узколесосечной (котловинной) рубки (при освоении рубкой 23% площади водосборного бассейна) существенных изменений склонового стока не наблюдалось. Несколько возросли (в 1, раза) объемы паводков.

Таблица 40 - Средние за сезоны коэффициенты паводочного стока на водосборах ЛГС “Горский” за 1984-1989 гг.

ские годы 1988- В целом, анализ осредненных характеристик паводочного стока показал, что на водосборе №1 со сплошной вырубкой на 3-ий год после рубки коэффициенты паводочного стока в 1,7 раза выше, чем на контрольном, на 6-й год после рубки - больше в 1, раза, на 7-й - в 1,10 раза, на 8-й - в 1,22 раза, чем до рубки. К 8-9-летнему возрасту молодняков паводки на сплошной вырубке в среднем для холодного периода в 1,06 раза выше, а за теплый период - в 1,86 раза больше, чем паводки на этом водосборе до рубки.

На водосборе №2 с двумя приемами узколесосечной рубки по данным последнего года исследований паводки холодного периода в 1,13 раза больше, а теплого периода - в 1, раза меньше, чем до рубки (в целом за год - в 1,05 раза больше).

Особенностью формации дуба пушистого является его приуроченность к перегнойно-карбонатным почвам, характеризующимся сильной щебенистостью и маломощностью при карбонатных подстилающих породах. В связи с этим, водно-физические свойства этих почв лучше, чем бурых лесных, и интенсивное хозяйственное и рекреационное воздействие сказывается не так сильно на гидрологических функциях (в сравнении с другими формациями). Тем не менее, рубки в 2…3 раза ухудшают фильтрационные свойства почв, при этом становится большим период относительного восстановления их после рубок (на 13-летних вырубках на глубине около 35 см УКФ составляет 0,4 мм/мин).

Таким образом, сопоставляя условия формирования стока в двух основных формациях Северо-Западного Кавказа - буковой и дубовой, следует отметить очень высокую водорегулирующую способность буковых насаждений (и это при условии большей увлажненности) и относительно слабое водорегулирующее воздействие дубрав, особенно в холодный период.

В связи с малым бассейновым регулированием стока (как отмечалось выше, бассейны с площадью 23 га и 7 га практически не отличаются величиной регулирования) в зоне дубрав очень часто возникают периоды с напряженным водным балансом - с одной стороны, и катастрофическими паводками - с другой.

В формации дуба скального на водосборе со сплошнолесосечной рубкой максимальное увеличение стока (в 2,1 раза) наблюдается на 3…5-й год после рубки, а среднее увеличение стока за 10 лет составляет 1,59 раза за год (рис. 48).

На водосборе с котловинной двухприемной рубкой (проведено 2 приема) при освоении рубкой 23% площади водосбора увеличение стока в 1,3 раза наступает на 4-й и на 9-й год, продолжительность влияния рубки - не менее 15 лет, а среднее увеличение стока - в 1,09 раза в год (рис. 48).

Анализ материалов по склоновому стоку в формации дуба скального не даёт достаточно веских оснований для однозначного решения о наступлении стабилизации условий формирования стока даже после 20-летнего периода наблюдений. Как на площади сплошнолесосечной рубки с 20-летними молодняками, так и на водосборе с котловинной рубкой индексы изменения склонового стока в некоторые годы снижаются до величин 0,9, в другие годы – увеличиваются до 1,2-1,3, особенно в холодные периоды, когда регулирование выпадающих осадков площадью водосбора минимальное (коэффициенты зимних паводков приближаются к 0,95) (рисунки 49).

Модульный коэф.

Рисунок 48 - Изменение склонового стока в дубовых насаждениях ЛГС «Горский»

(водосбор № 1 со сплошнолесосечной рубкой 22-летнего возраста -1982-83 гг.) Обозначения на рис.48 и 49: мод. коэф. - модульные коэффициенты стока (левая шкала); сток - коэффициенты изменения стока (правая шкала).

Рисунок 49 - Изменение склонового стока в дубовых насаждениях ЛГС «Горский»

Водно-физические свойства почв на площадях промышленных рубок Состояние поверхности почвы после проведения лесосечных работ можно оценить следующими 3-мя категориями в балльной оценке:

1 - повреждения отсутствуют;

2 - снесена подстилка, частично поврежден и уплотнен гумусовый горизонт почвы (до 10 см);

3 - пасечные и магистральные волока, а также участки со значительным повреждением гумусового и аллювиального горизонтов (10 см).

Исследованиями было доказано, что степень повреждения почвенного покрова достаточно надежно увязывается с изменением плотности поверхностных горизонтов почв. В табл. 41 даны величины плотности поверхностного 10-см горизонта почв на участках с различными категориями повреждений при рубках в буковых и дубовых насаждениях.

При одинаковых категориях повреждения почвы уплотнение зависит от способа рубки, технологии лесосечных работ, которыми определяются не только эксплуатационные повреждения почвы, но и последующие изменения ее физических свойств под влиянием естественных природных процессов.

С учетом принятых категорий повреждений почвы на 15 пробных площадях в буковых древостоях, и 15 - в дубравах была определена распространенность повреждений по площади в зависимости от способов рубки (табл. 41).

Таблица 41 - Степень повреждения и объемный вес поверхностного горизонта почвына площадях рубок в букняках и дубравах Причерноморья Способ рубки Промышленновыборочная Добровольновыборочная Группововыборочная В буковых насаждениях, изреженных промышленными выборочными рубками 5лет назад, площадь поврежденного почвенного покрова достигает 57% от общей. Восстановление структуры на поврежденных участках происходит медленно, при этом 15% площади имеют величины коэффициента фильтрации (УКФ ) меньше 0,1…0,2 мм/мин. На участках добровольно-выборочных рубок значительные повреждения почвенного покрова распространены лишь на 18% площади при минимальном УКФ около 0,2 мм/мин, а остальные 82% площади имеют УКФ более 3…5 мм/мин.

С увеличением возраста вырубок происходит перераспределение соотношений между участками с различными категориями повреждения. За счет разрастания травяного покрова и возобновительного процесса уменьшается доля повреждений 2-й и 3-й категорий, и соответственно увеличивается площадь с характеристиками 1-й категории.

Средневзвешенный объемный вес (плотность) почв при промышленных выборочных рубках в буковых древостоях увеличивается до 1,11 г/см3, а УКФ снижается до 2,0 мм/мин. При добровольно-выборочных рубках эти показатели составляют - 0, г/см3, и 12,6 мм/мин. В дубравах, на свежих сплошных вырубках 87% площади имеют значительные повреждения почвенного покрова; на долю 2-й категории повреждений приходится 46%, 3-й - 41%; УКФ поверхностных горизонтов на таких участках уменьшается до 0,2 мм/мин. Средневзвешенный объемный вес почв на этих вырубках составил 1,29 г/см3, а величина УКФ - 1,6 мм/мин.

При группово-выборочных рубках, с диаметром окон около 20…30 м и тракторной трелевкой древесины (на 1 га закладывается 4-5 окон) в среднем свыше половины поверхности почвы в окнах получают средние и сильные повреждения. В расчете на 1 га площади при таком способе рубки почва повреждается лишь на 13% при среднем объемном весе 1,17 г/см3 и УКФ - 4,5 мм/мин.

Влияние технологии лесозаготовок на гидрологические свойства почвы Водно-физические свойства (ВФС) почв исследовали в основных лесных формациях региона на лесосеках, освоенных различными способами рубок главного пользования с применением трелевочных тракторов, канатных установок и вертолетов. Для этого были заложены 40 пробных площадей, на которых изучены ВФС почв: плотность - П, условный коэффициент фильтрации - УКФ, полевая влажность - ПВ, и наименьшая влагоемкость - НВ [108]. На пробных площадях почвенным буром БП-50 были взяты монолиты с ненарушенной структурой (объемом 500 см3) из почвенных разрезов послойно через 10…20 см до глубины водонепроницаемых горизонтов (в 5…10-кратной повторности), по которым в лабораторных условиях затем определены ВФС почвы для этих горизонтов. На 10 лесосеках с вертолетной транспортировкой древесины наблюдения выполнены в динамике - на 1-ый, 2-ой, 3-ий и 4-ый годы после рубок.

Установлено, что пределы изменений осредненных характеристик ВФС по профилю почвы на площадях опытно-производственных рубок с тракторной трелевкой древесины (без волоков) и на контрольных участках в нетронутых рубками свежих древостоях бука восточного и дуба черешчатого с буком (контроль) по П и УКФ различий не имеют. В буково-пихтовом насаждении П выше на 10%, УКФ - в 2 раза, а НВ ниже на 26…40% (из-за увеличения щебнистости почвы).

Материалы исследований на ЛГС "Аибга" в свежих и влажных буковых насаждениях показали, что на водосборе № 1 через 11 лет после опытной сплошнолесосечной рубки, и на водосборе № 2 после 1-го приема котловинной рубки ВФС бурых лесных почв в верхних горизонтах приближаются по значениям к контрольному участку леса (4ый водосбор).

На 3-ем водосборе с добровольно-выборочными рубками (интенсивностью 16% и 30% выборки запаса) ВФС через 10 лет отличаются от контроля несущественно, но они имеют худшие показатели на участках с большей интенсивностью выборки запаса древесины. Таким образом, прослеживается зависимость динамики ВФС от способов и интенсивности рубок. На тракторных волоках за период наблюдений ВФС не восстановились;

так, на пасечных волоках-террасах в слое 1…14 см П равна 1,21…1,27 г/см3, УКФ мм/мин, НВ – 51…51%.

Изучение гидрологических свойств почв на площадях лесосек, освоенных с применением вертолетной транспортировки древесины показало, что примерно на 2/3 лесосек наблюдается ухудшение водно-физических свойств почв в сравнении с контролем, а также уменьшение почвенного профиля. На 6-8 летних вырубках, расположенных на склонах до 200, отмечается восстановление водно-физических характеристик почвенного покрова до исходного уровня.

Негативные изменения проявляются особенно отчетливо на вырубках, расположенных на крутых склонах (300) и при замедленном возобновительном процессе. Влияние размеров лесосек прослеживается недостаточно отчетливо, необходимы дополнительные исследования. При крутизнах склона, превышающих 350, на лесосеках в возрасте 4- лет наблюдаются оползневые явления. В связи с этим, рубки леса на таких склонах должны быть запрещены.

Таким образом, водно-физические свойства почв на лесосеках зависят как от способов и интенсивности рубок, так и от технологии лесозаготовок и используемых при этим машин и механизмов. Из всех исследованных технологических схем освоения лесосек с различными способами рубок и используемыми механизмами наименьшие повреждения почве и ее водно-физическим свойствам наносятся при использовании вертолетов.

Установлено, что и на лесосеках, разработанных с применением вертолетов на транспортировке древесины, в дальнейшем (через 3-4 года после рубки) наблюдается ухудшение почвенно-гидрологических характеристик, хотя и не настолько значительное, чтобы повлечь резкое изменение режима склонового стока.

По результатам исследований можно сделать вывод о том, что как на базе перспективных транспортных средств, так и при применении существующей техники, возможно и целесообразно внедрение в производство наиболее перспективных технологий лесосечных работ, при которых лесной среде наносится сравнительно меньший ущерб.

Главной причиной эрозии почв на горных склонах является поверхностный сток.

Леса в регулировании поверхностного стока имеют исключительно важное значение, поэтому почвозащитное значение горных лесов тесно связано с их водорегулирующими функциями. Водная эрозия - очень сложный процесс взаимодействия стекающих по поверхности осадков и почвенного покрова, тесно связанной с водностью, гидравлическими характеристиками стока, морфологическими условиями поверхности и свойствами подстилающих пород. На развитие поверхностно-склоновой или плоскостной эрозии большое влияние оказывает рельеф местности (протяженность и форма склона, уклон, форма водосборных бассейнов), характер подстилающей поверхности, почвенный покров и растительность.

Устойчивость почв к водной эрозии определяется прежде всего водопрочностью структуры почвы, зависящей в свою очередь от содержания и качественного состава гумуса, илистых фракций. В связи с эрозией изменяются многие свойства почв - уменьшается мощность почвенного профиля, ухудшаются водно-физические характеристики, снижается содержание биогенных элементов.

Проявление почвозащитных функций лесной растительности можно разделить на две фазы. На первой фазе они проявляются через трансформацию дождевых осадков в связи с явлением перехвата и через снижение кинетической энергии дождевых капель под влиянием надземной массы древостоя. Вторая фаза проявления защитной роли связана с качественным и количественным перераспределением составляющих стока, что обусловлено изменением водовместимости почв и других водно-физических характеристик почв под влиянием леса. Особую роль в защите почвенного покрова выполняет лесная подстилка. Она оказывает огромное влияние на защиту почв от энергетического воздействия ливней, на почвообразовательный процесс и физику почв, увеличивая их водопроницаемость и гидравлическую шероховатость. Тем самым подстилка способствует резкому замедлению скорости поверхностного стока и переводу его во внутрипочвенный, а также предохраняет структуру верхних горизонтов почвы от механического разрушения ливневыми осадками. Важным свойством лесной подстилки является также задержание ею выносимых стоком эродированных частиц почвы. При этом защитные свойства подстилки определяются ее мощностью, плотностью и фракционным составом. Известную роль в защите почв от эрозии выполняют корневые системы как древеснокустарниковой растительности, так и травяного покрова.

Предотвращение водной эрозии почв на горных склонах имеет двойное значение: 1) сохранение почв обеспечивает продуцирование первичной органической массы, что сопряжено с формированием определенного водного и теплового режима склонов: 2) стабилизация и развитие почвенного покрова на склонах обусловливает минимальную мутность воды в реках и наибольшее значение грунтовой (подземной) составляющей в годовом объеме стока.

Имеющийся опыт экспериментальных работ в ряде стран Европы, Азии, Америки показывает, что потери почвы от эрозии после рубок достигают существенных величин.

Это отрицательно сказывается на водоохранных и водорегулирующих свойствах леса.

Накопление эродированных площадей на водосборах сопровождается увеличением продуктов эрозии, поступающих в реки. В связи с нарушением условий стока, увеличением доли поверхностного стока и снижением инфильтрации возрастают паводки. Быстрый сброс воды в реки склоновым путем ведет не только к снижению дебита пресных и минеральных источников, но также резко увеличивает степень внутрирусловых эрозионных процессов, наносящих ущерб сельскому хозяйству за счет заиления водохранилищ продуктами эрозии. Для правильного учета последствий эрозии и прогноза эрозионных процессов в связи с хозяйственной деятельностью необходимо располагать как количественными, так и качественными характеристиками эрозии в определенных физикогеографических условиях.

Исследования на ЛГС “Аибга” показали, что в незатронутых рубкой буковых древостоях поверхностный сток не превышает 0,2% от общего, поэтому здесь почти полностью отсутствует эрозия почв. По данным многолетних наблюдений максимальный за паводок эрозионный смыв под пологом леса был равен 0,02 т/га.

За 26 лет наблюдений на ЛГС “Аибга” максимальные мутности воды не превышали 200 г/м3, а средние величины мутности имеют значения не более 2…4 г/м3. В первые года после рубки на водосборе со сплошной вырубкой осредненные за год максимумы мутности воды 1,5…3 раза выше, чем на контрольном водосборе. Такая же картина наблюдается и на водосборах с добровольно-выборочной и котловинной рубками. Однако сами величины мутности настолько малы, что не имеет смысла делать вывод о скольконибудь существенном увеличении стока взвешенных наносов на площадях рубок.

Расчет суммарного стока взвешенных наносов позволяет оценить вынос взвесей с одного га водосбора (табл.63). Так, за гидрологические годы на 1-м водосборе он был равен 1,1…34,6 кг/га, на 4-ом водосборе - от 10,4 до 64,2 кг/га. Приведенные данные свидетельствуют о закономерном увеличении выноса с увеличением площади водосбора, т.е.

о росте русловой эрозии, но не плоскостной. Следовательно, проведенные опытные рубки на водосборах с принятой технологией лесосечных работ в первые годы наблюдений не привели к увеличению выноса эродированных частиц почвы за пределы водосборов.

Таблица 42 - Сток взвешенных наносов на ЛГС “Аибга” в первые 5 лет после проведения опытных рубок на водосборах Водосборы с опытпосле рубки №1 - сплошнолесосечная рубка №2- первый прием котловинной рубки №3-добровольновыборочная рубка Способствуют этому обстоятельству высокие водно-физические характеристики почвенного покрова. Сток эродированных почвенных частиц за счет кольматажа почвенных пор аккумулируется на тех участках, где почва оказалась не поврежденной при лесосечных работах. С таким процессом связано увеличение плотности почвенного покрова на вырубках, и ухудшение его фильтрационных свойств. Восстановление водно-физических свойств почв растягивается на десятилетия, и до начального уровня (при значительных нарушениях при проведении рубок) может не произойти вообще. В связи с этим, лесные экосистемы с вторичными (производными) лесами будут обладать более низким экологическим потенциалом. Таким образом, важно подчеркнуть необходимость освоения лесных ресурсов горных территорий такими способами и технологиями, при которых сохранность почвенного покрова при лесосечных работах укладывалась бы в определенные нормативы, вводимые в региональные правила рубок.

Динамика стока взвешенных наносов показывает, что при строгом соблюдении правил рубок и технологий лесосечно-транспортных операций уже на 3-й год после рубки эрозионные процессы на водосборах практически затухают, а при проведении рубок без повреждений почвенного покрова могут вовсе не наблюдаться.

Эрозия почв на трелевочных волоках. Эксплуатационные повреждения почвы при закладке пасечных волоков-террас, которые размещались (котловинная рубка на ЛГС “Аибга”) через 50…80 м по горизонталям горных склонов и заняли 6…8% общей площади делянок, составили 150…200 м3/га. При этом бульдозером почва перемещается в отвальную часть волоков и остается в пределах малого водосбора. Пасечные волокатеррасы, в отличие от магистральных серпантинных волоков, являются препятствием для водной эрозии и накопителями смытой почвы. На пасечных волоках-террасах происходит постоянное накопление почвы - от 5,2 м3 за 1-ый год до 21,4 м3/100 пог. м - через лет после рубки.

На магистральном волоке снос почвы достиг максимума через 2 года, а спустя года установлено уменьшение смытой почвы на 0,7 м3/100 пог. м, так как поверхностный сток достиг уровня твердых материнских пород. Поскольку магистральный волок использовался при проведении очередных приемов опытной котловинной рубки (1982 и гг.), на нем не получены данные по дальнейшему развитию эрозионных процессов.

Для предотвращения последующих размывов, после окончания разработки лесосек необходимо проводить противоэрозионные мероприятия путем выравнивания волоков и устройства на них земляных валов высотой 0,5…0,6 м и водоотводов [152].

Эксплуатационные нарушения на пасеках между трелевочными волоками заключаются в уплотнении поверхностного горизонта почвы в местах падения деревьев, а также в перемещении подстилки и грунта при подтрелевке хлыстов (полухлыстов) к пасечным волокам. Объем деформированной почвы при этом составляет 2…10 м3/га. Снесенная подстилка и почва в основном откладываются на волоках-террасах.

При изучении динамики водной эрозии на площадях рубок одновременно наблюдается смыв и нанос почвы. Смыв преобладает на поврежденных, а нанос - на ненарушенных почвах.

В опытах установлено, что интенсивность повреждений почвенного покрова при лесосечных работах определяет в последующем развитие эрозионных процессов, В дубравах Причерноморья с использованием метода искусственного дождевания малых площадок изучался эрозионный смыв почвы под пологом насаждений, на свежих сплошных вырубках при различных степенях повреждения почв тракторами, на сплошных 7-летних вырубках, находящихся в стадии возобновления, а также в сильно нарушенных хозяйственной деятельностью грабинниковых зарослях (табл. 43).

Из опытов следует, что под пологом сомкнутых насаждений твердый сток практически не возникает. На сплошных свежих вырубках, в местах, где почвенный покров не нарушается при эксплуатационных работах, твердый сток также незначителен. При коэффициенте стока за паводок 16% и сумме осадков 107 мм твердый сток составил 0, т/га.

Таблица 43 - Эрозионный смыв с экспериментальных площадок в опытах с искусственным дождеванием в зоне дубрав Причерноморья Характеристика площадок Склон - ЮВ экспозиции, крутизна 180.

Тип леса - дубрава кизиловая, А-80л.,полнота-0,6, бонитет - III. Поч- 5 0,0 0,0 0,00 0, вы - перегнойно-карбонатные, среднемощные Свежая сплошная вырубка (4 мес.) Склон - ЮВ, крутизна 350. Тип леса до рубки - дубрава кизиловая. Почвы - перегнойно-карбонатные, среднемощные, повреждения (трактором) Та же вырубка, крутизна склона - 260, Та же вырубка, крутизна склона - 190, магистральный тракторный волок.

Сплошная вырубка, 7 лет (дубрава грабинниковая), возобновление порослевое, куртинное (Н=3,0 м). Травяной покров развит, склон В экспозиции, крутизна - 120, почвы бурые, маломощные, смытые.

Нарушенные заросли грабинника вторичного происхождения, сомкнутость 0,9, склон Ю-В, крутизна 170, почвы смытые, сильно уплотнены.

На участках лесосеки, где повреждения почвы тракторами достигали примерно 30%, твердый сток при тех же условиях опыта увеличился почти в 50 раз (3,75 т/га). На магистральных волоках в силу сноса значительной части почв при трелевке древесины твердый сток был выше, чем на неповрежденных участках примерно в 17 раз. На сплошных 7-летних вырубках (трелевка древесины также осуществлялась тракторами) и где возобновление еще не закончено, эрозионные процессы достигают существенных значений. Неудовлетворительными противоэрозионными функциями характеризуются сильно нарушенные хозяйственной деятельностью грабинниковые заросли (типа шибляк).

Таким образом, экспериментально установлено, что проявление защитных свойств лесных насаждений во многом определяется подстилающей горной породой. Так, горнолесные почвы на делювии гранитов, кристаллических сланцев, известняков и песчаников обладают значительной водопроницаемостью, исключающей поверхностный сток и эрозию при катастрофических ливнях. При этом наблюдается понижение защитных функций спелых и перестойных елово-пихтовых насаждений с мертвым покровом, для которых на склонах более 200 характерно обнажение скелетных корней. По мнению А.П. Казанкина [152], в таких случаях формирование живого напочвенного покрова и подроста путем разреживания древостоя может в значительной мере усилить защитную роль насаждений.

Слабее водопоглотительная способность горно-лесных почв, подстилаемых глинами и суглинками. Защитная роль насаждений в этом случае может быть усилена путем формирования густого подлеска.

В районах распространения глинистых сланцев наиболее контрастно проявляется зависимость защитных функций насаждений от их лесоводственных особенностей. На участках с кустарниковым подлеском смыв и размыв почвы при ливнях отсутствовал, а в высополнотных древостоях без подлеска вынос продуктов эрозии достигал 14 т/га.

Примерно такие же данные по впитыванию, стоку и эрозии почв получены в буковых и дубовых лесах региона. Таким образом, можно считать доказанным, что максимальными противоэрозионными функциями во всех лесных формациях обладают сомкнутые насаждения, обладающие всеми компонентами, присущими лесу. Нерациональная хозяйственная деятельность (сведение лесов, неправильные рубки, нерегулируемый выпас скота и т.д.) изменяет в нежелательном направлении не только впитывающую способность почв, но и гидравлические характеристики поверхности. Скорости стока при прочих равных условиях возрастают в три-четыре и более раз, в связи с чем резко увеличивается опасность эрозии и развития селевых явлений.

По степени влияния на почвенный покров наиболее отрицательные последствия оказывают сплошные рубки при наземной бессистемной тракторной трелевке древесины.

Значительно меньшие нарушения почвенного покрова и физико-химических показателей почв имеют место при проведении постепенных и выборочных рубок. Степень последствий от повреждений почвенного покрова при одних и тех же способах рубок и технологии лесосечных работ определяется типом леса и почв, характером почво-грунтов, геоморфологией местности, климатическими факторами. Поэтому для разработки рациональных систем хозяйства необходимо располагать конкретными данными по влиянию рубок на состояние почвенного покрова в данном районе. Выявленные закономерности влияния горных лесов на элементы водного баланса и защиту почв от эрозии имеют принципиальное значение в разработке научных основ охраны окружающей среды и использования лесных, земельных и водных ресурсов горных территорий.

Трансформация покрытых лесом площадей с целью использования их под пашни, сады, плантации, застройки и т.д. сказывается на гидрологическом режиме территории.

Таблица 44 - Водно-физические свойства почв на участках проведения экспериментов (осредненные данные) Обозначения: участок 3 - сельхозугодия, сады; участок 4 - прогалины под выпасом; участок 5 - плантационные культуры кипариса, 1 класс возраста; участок 6 - свежая раскорчевка; участок 7 - молодняки II кл. возраста; участок 8 - изреженные (полнота 0,5) буково-каштановые древостои II кл. бонитета.

Экспериментальные исследования гидрологической роли таких участков в бассейне р. Шахе, в бассейнах малых рек - Хобзы и Буу, в приморском и среднегорном лесорастительных районах (преобладание дубово-грабовых, каштановых и буково-грабовых лесов) были проведены нами совместно с кафедрой гидрологии Одесского Гидрометинститута. Для экспериментов выбраны наиболее характерные участки различных видов угодий. Контролем служили покрытые лесом территории. На участках ставились опыты с искусственным дождеванием элементарных водосборов (до 300 м2), а также выполнялась инфильтрационная съемка склонов при помощи простейших кольцевых инфильтрометров площадью 0,1 м2 (Бефани и др., 1968, 1970). Всего было проведено 16 опытов с искусственным дождеванием и 95 опытов с инфильтрометрами.

Из теории следует, что движение воды в почве определяется тремя факторами:

геометрией порового пространства, заполняемого водой, механическими свойствами почво-грунтов и силами, действующими на воду.

Таблица 45 – Характеристики минимального впитывания почвой по территории на различных угодьях (обозначения в табл. 44) Общий статистический ряд Общий статистический ряд Примечание: К - среднее ряда; ± mк - ошибка среднего; - среднеквадратическое отклонение; Сv - коэффициент вариации, Cs - коэффициент асимметрии; Е - эксцесс; Р точность.

Для реальных почв геометрия порового пространства (размеры и их соотношения) характеризуются случайными распределениями по площади и по глубине. В целом для всех почвенных разностей характерно снижение некапиллярной скважности с глубиной.

Этими закономерностями обусловливаются различия интенсивности поверхностного впитывания на реальных водосборах.

Сказанное подтверждается результатами опытов по определению впитывания с помощью простейших кольцевых инфильтрометров, поставленных на различных видах угодий. Так, минимальное впитывание (т.е. впитывание на конец опыта) на сельхозугодиях, в садах колебалось от 8,80 до 0,01 мм/мин, а на контрольных лесных участках мм/мин.

На участке 3 минимальное впитывание изменялось от 2,00 до 0,00 мм/мин., на участке 4 - от 15,0 до 0,001 мм/мин., на участке 5- от 16,0 до 0,11 мм/мин., на участке 7 от 2,90 до 0,015 мм/мин.

Таким образом, результаты определения минимального впитывания на площадях, занятых различными видами угодий, показывают, что исследования водоохраннозащитной роли площади можно на основании статистического анализа распределения впитывания. В табл. 46 приведены результаты обработки статистических рядов величин минимального впитывания, которые были получены инфильтрационной съемкой склонов, покрытых лесом и находящихся под хозяйственным воздействием. Средняя интенсивность впитывания для отдельных рядов, полученных на сельхозугодиях, на прогалине под выпасом, плантациях и свежих раскорчевках, изменяются от 0,26 до 2,25 мм/мин.

Однако, вариация впитывания здесь настолько велика (коэффициенты вариации достигают 306%), что нет оснований утверждать о достоверности различий этих рядов. В связи с этим, был предпринят расчет оценки различий между выборочными средними рядов интенсивности впитывания на площадях, подверженных хозяйственному воздействию в целом.

Таблица 46 - Координаты кривых обеспеченности интенсивности минимального впитывания по площади, мм/мин Участки Интенсивное хозяйственное воздействие Обобщив 4 выборки для площадей с интенсивным хозяйственным воздействием и 2 выборки для контрольных лесных площадей, получим 2 статистических ряда, с помощью которых можно характеризовать изменение водоохранно-защитных функций прибрежных территорий в результате сведения лесной растительности. По результатам обработки этих двух рядов построены 2 кривые обеспеченности интенсивности минимального впитывания.

Из анализа эмпирических кривых обеспеченности интенсивности впитывания по площади следует, что на участках, покрытых лесом, 70% площади способны поглотить ливни с интенсивностью более 0,6 мм/мин. Несмотря на то, что в прибрежной части побережья находятся зачастую в неудовлетворительном состоянии (допускается выпас скота, чрезмерное изреживание и т.д.), основная часть их площади значительно лучше выполняет водорегулирующие и защитные функции по сравнению с сельскохозяйственными угодьями. На участках, подверженных интенсивному хозяйственному воздействию, защитные функции могут выполняться лишь одной четвертой частью площади.

Сравнивая приведенные кривые обеспеченности по их координатам, можно определить, что в среднем площади, находящиеся в интенсивном хозяйственном использовании, в 17 раз хуже выполняют водорегулирующие и защитные функции по сравнению с лесными участками. При этом варьирование интенсивности впитывания на сельхозугодьях в 2 раза выше, чем в лесу. Это объясняется большей пятнистостью почвенных условий на обрабатываемых площадях, особенно в отношении водно-физических характеристик почв.

В опытах на хозяйственно-используемых участках наименьшее впитывание 0,10мм/мин.) получено на прогалине, где проводится систематический выпас скота. В среднем же для всех участков интенсивность впитывания составила 0,40 мм/мин при интенсивности дождевания 1,03 мм/мин. Средний коэффициент стока 0,40, при максимальных значениях - до 0,90.

На контрольных лесных участках дождевание проводилось с большей интенсивностью (в среднем 1,93 мм/мин.), поскольку при интенсивности, равной интенсивности дождевания на сельхозугодьях, сток был незначительным. При этом впитывание получилось в 2 раза больше - в среднем 0,79 мм/мин. Паводочный сток здесь проходил не по поверхности, а почти целиком в дренах и порах почвы, что значительно уменьшает его скорость и размывающую способность.

В заключение по результатам изучения водорегулирующей роли лесов можно отметить следующее:

- экспериментальные исследования впитывания, как одного из основных показателей водорегулирующей роли исследуемых площадей необходимо проводить с использованием статистических методов, что исходит из большого варьирования этого признака по площади. Помимо использования метода искусственного дождевания элементарных водосборов, для оценки защитных свойств различных видов угодий необходимо применение инфильтрационных съемок склонов;

- даже расстроенные насаждения выполняют водорегулирующие функции значительно лучше, чем площади, находящиеся в интенсивном хозяйственном использовании.

ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ ГОРНЫХ ЛЕСОВ

НА БАЗЕ ГИС-ТЕХНОЛОГИЙ

4.1. Экологический мониторинг лесов как основа Понятие "информация" - одна из общенаучных, философских категорий, которая из-за многообразия толкований не имеет общепринятого определения. В прикладных областях науки понятие "информация" совпадает с понятиями "сведения", "данные ". В Федеральном Законе " Об информации, информатизации и защите информации " информация определяется как сведения о лицах, предметах, фактах, событиях, явлениях и процессах, независимо от формы их представления, а под информационными ресурсами понимается вся совокупность этих сведений в виде отдельных документов или их массивов, которые сосредоточены в библиотеках, архивах, фондах, банках данных и других информационных системах местного, регионального или общегосударственного значения. На основе этих представлений по данным многолетних исследований динамики лесных экосистем различного ранга необходимо составление банка данных мониторинга горных лесов Причерноморья на 3-х уровнях - первичные данные мониторинга биотической и абиотической составляющих экосистем, осредненные материалы по всем объектам наблюдений, а также в виде математических моделей, показывающих взаимосвязи и динамику элементов экосистем разного ранга.

В электронном виде он должен быть представлен двумя специальными программами для ЭВМ, с помощью которых производится ввод, обработка и накопление первичной информации по уровням воды на водосливах, стоку, температуре и влажности воздуха и почвы для различных временных отрезков - от часов до месяцев. С помощью этих же программ производится обработка и вывод на печать основных параметров среды для месяцев, сезонов и гидрологического года.

Концептуальное решение методологии экологического мониторинга лесных экосистем различного ранга разрабатывается на основе выбора наиболее подходящих типовых программ ГИС-технологий (WinGIS, ArcView и др.).

Лесные сообщества можно разделить на следующие уровни (ранги):

- отдельные особи (деревья, кустарники и т.д.), различающиеся по биологии, экологическим нишам произрастания, санитарному состоянию и т.д.

- древостои – по определению «совокупность деревьев, иногда кустарников, являющаяся основным компонентом насаждения», которая различается по строению, происхождению, состоянию, сложности и т.д.;

- насаждения – совокупность растений, состоящая из древостоя, а также часто подроста, подлеска и живого напочвенного покрова, объединенных однородными лесорастительными условиями и характеризующиеся определенной внутренней структурой (по определению, может быть различным по ярусности, строению, хозяйственной ценности и т.д.);

- лес - совокупность лесных древесных и иных растений, почвы, животных, микроорганизмов и других природных компонентов, имеющие внутренние взаимосвязи и связи с внешней средой (по определению, может быть девственный, мелколиственный, широколиственный, светлохвойный, темнохвойный).

Как правило, эти биологические уровни связаны с размерами занимаемого физического пространства (площади), определяемым уровнем сообщества (дерево, выдел, квартал, лесничество, лесхоз и т.д.), классификация по которым помогает хозяйственному выделению и управлению (менеджменту). Если эти площади будут привязаны к географически обоснованной схеме деления участков суши (земли), то появляется возможность комплексно решать многие хозяйственные задачи. Например, увязать задачи ведения лесного и водного пользования возможно на основе привязки квартальной сети к водосборам различного ранга.

Система мониторинга, в соответствии с методикой EЭK, 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: а) пункты постоянных наблюдений (ППН), на которых определяются показатели дефолиации, дехромации, изменения прироста, ведутся наблюдения за динамикой развития болезней и вредителей леса, берутся образцы почв и органики для химических анализов, приростные керны и модельные деревья); б) пункты визуально-дистанционного контроля (ПВДК), которые используются для определения границ и площадей насаждений, где имеет место выраженные процессы деградации.

При этом применение ГИС-технологий должно обеспечить позиционирование пунктов наблюдений как на этапе полевых исследований, так и анализ и построение различных зависимостей для экологических прогнозов на стадии последующих обработок.

Интенсивность мониторинга определяется степенью деградации насаждений. Максимальная интенсивность (первая степень) должна иметь место там, где процессы деградации лесных экосистем имеют выраженный характер. Вторая степень интенсивности мониторинга должна иметь место в лесных массивах, в которых имеются явные признаки техногенного угнетения, однако динамика изменения прироста, дефолиации и дехромации не имеет определенных негативных тенденций и зависит в основном от природных факторов. Мониторинг третьей степени интенсивности осуществляется в лесных массивах, где отсутствует видимые признаки угнетения насаждении, а радиальный прирост не имеет аномальных отклонений, которые невозможно объяснить естественными причинами.

В составе комплексного экологического мониторинга следует различать его различные стадии, определяемые задачами проведения. Так, в связи с необходимостью выполнения лесоустроительных работ и ведения хозяйства в лесах проводится лесохозяйственный мониторинг, который включает картирование (на базе электронных карт), систему отвода участков леса в хозяйственное использование, а также систему контроля проведения лесохозяйственных мероприятий. Данный вид мониторинга проводится специализированными организациями и лесохозяйственными предприятиями.

Мониторинг лесных экосистем различного ранга имеет задачи долговременных исследований научными организациями, целью которых является установление экологических связей лесной растительности с параметрами среды, прогноз их краткосрочных и долговременных изменений, в том числе и в географических координатах. Конечными задачами экологического мониторинга является разработка научно обоснованных нормативно-правовых документов, обеспечивающих неистощительное рациональное природопользование с комплексным использованием всех полезностей и защитных функций леса.

В отличие от равнинных лесов, комплексный экологический мониторинг горных лесных экосистем имеет свои особенности как в концептуальном отношении, так и по методическим и организационным подходам.

По масштабам получения и обобщения информации о состоянии лесной растительности подразделяются уровни мониторинга: глобальный, региональный и локальный. Помимо этого, различают специализацию мониторинга по объектам наблюдений и его задачам. Обработка и анализ информации, полученной при различных уровнях и задачах мониторинга, всегда происходит с потерей ее надежности. Это особенно ощутимо при локальном мониторинге, когда наблюдения ведутся на ограниченной площади, в связи с чем информация должна обладать четко фиксируемыми естественными границами.

В горных условиях задачей экологического мониторинга является сбор и анализ объективной информации об изменениях биологических, геохимических и геофизических параметров лесных экосистем различного уровня. При этом должны быть применены методические особенности: комплексность мониторинга; количественная оценка (предпочтительно - в виде математических моделей) процессов, происходящих внутри экосистем;

длительность проведения мониторинга с целью изучения пространственно-временных изменений в моделях отдельных компонентов экосистем.

Для создания методики, сочетающейся с общепринятой методикой ЕЭК, и в то же время отражающей специфику горных регионов, основным является вопрос о принципах и критериях организации лесного мониторинга для горных лесов. Лесохозяйственная деятельность при этом рассматривается в аспекте непрерывного и неистощительного пользования лесными ресурсами.

В горных условиях в качестве объекта основным требованиям к проведению мониторинга исследований отвечает водосборный бассейн, который удобен определенностью и постоянством своих границ, а также устойчивой направленностью потоков вещества и энергии. На уровне локального мониторинга наиболее предпочтителен мониторинг водосбора минимальных размеров - элементарного водосбора. Локальный мониторинг включает несколько элементарных водосборов, что дает возможность в активном эксперименте выявить взаимное влияние составляющих экологических систем.

Комплексный экологический мониторинг в горных регионах следует проводить на различных иерархических уровнях, которых должно быть не менее трех. Основным признаком выделения уровней (рангов) служит площадь водосбора.

Первым уровнем является сравнительно однородный участок горного склона (выдел или группа выделов), для которых отсутствует ручьевой сток (вследствие малой концентрации почвенно-грунтовых вод) из-за небольшой площади - до 5-10 га.

Вторым уровнем является минимальный водосбор, входящий в гидрографическую сеть реки (приток 1-го порядка) - так называемый элементарный водосбор. Характерным признаком его следует считать четко сформированные геоморфологические признаки водосбора - его границы, склоны различной ориентации, русло водотока, а также наличие ручьевого постоянного или сезонного стока (в холодный период года); размеры его могут колебаться в различных природно-климатических зонах региона от нескольких десятков до нескольких сотен га; он может включать от 1 до 2-3 кварталов.

Третьим уровнем является водосбор реки, имеющей развитую речную сеть, устойчивый базисный сток, и впадающий в основные реки региона. Размеры таких бассейнов измеряются десятками и сотнями кв.км (т.е. сотнями и тыс.га). Характерными особенностями таких водосборов являются включения различных почвенноклиматических, геолого-геоморфологических лесорастительных условий, которые закономерно изменяются по 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 водно-балансовые исследования на лесогидрологических стационарах.

На уровне речных водосборов, состоящих из нескольких сотен элементарных водосборов, локальный или региональный мониторинг должен дать 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-х составляющих элементов - биотического, абиотического и антропогенного.

Критериями мониторинга лесных экосистем разного ранга служат параметры, характеризующие отдельные объекты (элементы) внутри экосистем каждого ранга. Так, на уровне элементарных водосборов критериями служат: породный состав, таксационные характеристики насаждений и их продуктивность, распределение по крутизне, структура и состояние древостоев, а также параметры, характеризующие лесообразующие и почвообразующие процессы и динамику элементов водного и теплового балансов.

В связи с разноуровенностью объектов изучение влияния лесохозяйственной деятельности на гидрологический режим различными являются критерии гидрологического режима и модели его изменения.

На 1-ом 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 2-ом уровне таких критериев должно быть меньше, а гидрологические модели должны обладать меньшей сложностью.

На 3-ем 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 являются: лесистость бассейна; таксационные показатели структуры и строения насаждений на водосборе Рекомендуется система критериев мониторинга лесных экосистем, включающая характеристики продуктивности и биомассы насаждений, показатели воднобалансовых наблюдений (за осадками, режимом влажности почвы, твердым и жидким стоком), а также микроклиматические наблюдения.

Система критериев, характеризующих экологические системы различного ранга, имеет ранговость (иерархичность) как для разных экосистем, так и внутри каждой экосистемы.

Элементы организации мониторинга лесных экосистем По организации и объектам слежения комплексный экологический мониторинг также должен различаться - в его проведении должны участвовать организации производственные и научно-исследовательские (различные по своим задачам, объектам, методикам и аппаратному обеспечению).

На примере Северо-Западного Кавказа выполнены исследования элементов организации мониторинга лесных экосистем в постоянных репрезентативных пунктах разного уровня. В соответствии с лесорастительным районированием Северо-Западного Кавказа леса, которое включает Новороссийский, Архипо-Осиповский, Ново-Михайловский, Колхидский, Северо-Черкесский и Черкесский округа, намечены репрезентативные речные бассейны, характеризующие лесные экосистемы в основных лесных формациях региона.

Проектирование, а также построение и использование сети экологического мониторинга в горных условиях производится на базе концепции экологического мониторинга в горных регионах с применением ГИС-технологий. При этом обязательно применение к изучаемым экосистемам принципов системного подхода:

- выделение каждой экосистемы как самостоятельной единицы изучаемого ландшафта;

- разделение экосистемы на компоненты того или иного уровня;

- установление внутренних связей между компонентами и связей экосистемы с другими экосистемами, а также связей с абиотической составляющей (внешними атмосферными, геологическими и гидрологическими и др. условиями).

Для каждого горного региона важными предварительными условиями при организации сети мониторинга лесных экосистем являются:

- районирование региона по условиям произрастания (на базе лесорастительного или геоботанического районирования);

- определение для каждого выделенного района репрезентативного речного бассейна (или нескольких);

- в пределах каждого бассейна пункты постоянных наблюдений размещаются по экологическим профилям;

- желательно для каждой лесорастительной формации региона организация постоянных лесогидрологических стационаров с расширенной программой постоянных лесоводственных, почвенных, микроклиматических и гидрологических наблюдений. Стационары должны располагаться внутри репрезентативных водосборов и состоять из нескольких элементарных водосборов с ручьевым стоком.

В соответствии с лесорастительным районированием Северо-Западного Кавказа, намечены репрезентативные речные бассейны, характеризующие лесные экосистемы в основных лесных формациях региона и для которых осуществляется подбор и анализ баз таксационных данных.

Кроме того, в сеть экологического мониторинга включена существующая база в виде лесогидрологических стационаров и биоиндикаторной сети для наблюдения за лесными экосистемами в различных лесорастительных зонах региона. При этом система критериев мониторинга лесных экосистем включает характеристики продуктивности и биомассы насаждений и сопутствующей растительности, показатели гидрологических (воднобалансовых) наблюдений (за осадками, режимом влажности почвы, твердым и жидким стоком), а также микроклиматические, геохимические и почвенные характеристики. На экологических профилях состояние лесной растительности оценивается по лесотаксационным показателям, дехромации и дефолиации. На репрезентативных речных водосборах мониторинговое слежение за экологическими параметрами выполняется на базе укрупненных комплексных интегральных показателей лесистости, возрастной структуры насаждений и характеристик речного стока.

4.2. Особенности геоинформационных систем (ГИС) в лесном хозяйстве В основе концептуального решения лесного мониторинга должны учитываться:

- многоуровневость (ранговость) лесных сообществ, и как следствие (в соответствии с законом эмерджентности) – проявление на каждом более высоком уровне свойств системы, отличных от свойств систем более низкого ранга;

- цикличность в лесных сообществах, предполагающая восстановление лесных экосистем на основе сукцессиальных процессов;

- приложение (действие) в лесных сообществах статистических закономерностей в связи со сложностью взаимодействия экологических факторов в системах, причем с увеличением ранга системы эти взаимодействия должны упрощаться.

Как правило, биологические уровни лесной растительности связаны с размерами занимаемого физического пространства (площади), определяемым уровнем сообщества (дерево, выдел, квартал, лесничество, лесхоз и т.д.), классификация по которым помогает хозяйственному выделению и управлению (менеджменту). Если эти площади будут привязаны к географически обоснованной схеме деления участков суши (земли), то появляется возможность комплексно решать многие хозяйственные задачи. Например, увязать задачи ведения лесного и водного пользования возможно на основе привязки квартальной сети к водосборам различного ранга.

С конца 70-х годов нашего столетия в мировой практике и науке стала усиленно развиваться технология по созданию систем для организации и хранения пространственных данных, получившая название «Географические информационные системы»

(ГИС). Как только объем сведений, которые нужно хранить и быстро обрабатывать, достигает критического предела, люди придумывают информационные технологии. К их благородному семейству относятся и ГИС. Однако ГИС - это гораздо больше, чем карта, перенесенная на компьютер. Дело в том, что геинформационные системы хранят информацию о реальном мире в виде наборов тематических слоев, которые объединены по географическому признаку. Поэтому технология ГИС интегрирует в себе операции для работы с базами данных, средствами визуализации и географического анализа.

Одновременно с развитием технологии развиваются и области ее применения.

Учитывая многообразие областей применения ГИС - от высококачественной картографии до планирования землеустройства, управления природными ресурсами, оценки и планирования состояния окружающей среды и т.д. можно с полной определенностью утверждать, что именно ГИС обещает стать одной из наиболее обширных сфер применения новых информационных технологий для решения задач управления.

В первую очередь, это связано с тем, что ГИС позволяет рассматривать данные по анализируемым проблемам относительно их пространственных взаимоотношений, что позволяет проводить комплексную оценку ситуации и создает основу для принятия более точных и разумных решений в процессе управления. На сегодняшний день возможность использования ГИС сочетается с потребностью в них, следствием чего является быстрый рост их популярности.

Вместе с тем необходимо отчетливо себе представить, что ГИС - это не более, чем инструмент. Визуализируя данные в виде какой-то пространственной статистики, картографического изображения, можно добиться большей наглядности и понимания ситуации для экспертного анализа. ГИС не подменяет систему управления, поскольку эта система представляет из себя, прежде всего, движение информации и некоторые правила взаимодействия объектов, участвующих в ее сборе и обработке для принятия решений. Данные функции реализует другая технология - искусственного интеллекта.

Программной реализацией этой технологии являются экспертные системы (ЭС), основу которых составляет база знаний эксперта о предметной области и определенный механизм логического вывода. Однако, при интеграции ГИС и ЭС возможно получение информационной системы, самостоятельно осуществляющей первичный анализ текущей ситуации с использованием возможностей пространственного анализа геоинформационных технологий (ГИТ) и представляющей возможные альтернативы по достижению целевой ситуации. Развитие подобных систем, по видимому, будет определять дальнейшее развитие геоинформационных технологий, поскольку уже сейчас помимо традиционных функций визуализации пространственных данных и выполнения операций над ними создаются ГИС, в основном ведомственные, позволяющие проводить имитационное моделирование в конкретной предметной области использования.

Пространственная информация в ГИС может быть представлена в растровом и векторном формате. Растр применяется в основном там, где графическая информация должна быть просмотрена и не нуждается в модификации. Векторные данные используются для представления информации, которая нуждается в анализе и манипулировании.

Наличие атрибутов позволяет интерпретировать информацию, например, о типе почв, гидрологической сети или жилых строениях. Такая информация хранится обычно в сопутствующих базах данных. Большинству ГИС-программ требуется, чтобы данные были представлены в векторном формате, хотя в ряде систем допускается использование растровых картинок в качестве иллюстрации.

В данный момент в нашей стране идет бурное развитие стандартизации форматов обмена пространственной информации, которое обусловлено пониманием необходимости информационной интеграции различных банков данных для достижения большей эффективности использования функциональных возможностей ГИС. Фактически, стандартом де-факто стали форматы DXF системы AutoCad и DBF системы Dbase. Кроме того, все большее количество крупных ГИС-проектов останавливаются на использовании программных продуктов фирмы ESRI.

ГИС в целом выполняет пять основных процедур с данными: ввод, манипулирование, управление, запрос и анализ, визуализацию. Географические изображения для использования в ГИС вводятся в векторном или растровом виде напрямую, если такие данные уже существуют в подходящем цифровом формате, либо в помощью дигитайзера или сканера. Каждый элемент или объект изображения имеет географическую привязку. Тем самым, любые свойства и характеристики этих объектов или элементов имеют ссылку на местоположение. Понятно, что число и разнообразие свойств и характеристик зависит только от потребностей пользователя. Любая информация, которая содержит прямые или косвенные сведения о названиях, географических или других координатах, ссылки на адрес, почтовый индекс, избирательный округ, номер участка, километровый столб и т.п., может быть включена в ГИС. Средства манипулирования представляют собой различные способы преобразования и выделения данных, например, приведения всей геоинформации к единому масштабу и проекции для удобства совместной обработки. Для хранения, структурирования и управления данными в ГИС чаще всего используются реляционные базы данных, где для связывания таблиц служат общие поля. Запрос и анализ в ГИС можно выполнять на разных уровнях сложности: от простых вопросов - где находится объект и каковы его свойства (для чего нужно просто щелкнуть по объекту мышью), до поисков по сложным шаблонам и сценариям вида "а что, если...",. Очень важны в ГИС средства анализа близости и наложения объектов. Первый инструмент связан с выделением буферных зон вокруг заданных объектов по комбинации различных параметров (например, выделить населенные пункты, расположенные не далее двух километров от автодороги).

Второй позволяет рассчитывать пересечение, объединение и другие сочетания двух и более площадных объектов, расположенных в разных тематических слоях (так называемые оверлейные операции). Результаты наложения можно просто отображать на экране или же создавать новые объекты с любыми наборами атрибутивных характеристик. Развитые средства визуализации позволяют ГИС легко управлять отображением данных. Традиционным результатом обработки и анализа пространственных данных является карта, которая легко дополняется отчетными документами, трехмерными изображениями, таблицами, диаграммами, фотографиями и другими мультимедийными средствами. Кроме базовых операций, ГИС имеет и специальные группы функций, реализующих задачи прокладки маршрута, поиска кратчайших расстояний пространственной статистики и т.д.

По своему назначению ГИС можно разделить на четыре широкие функциональные категории: простые инструменты составления карт и диаграмм; настольные ГИСпакеты широкого применения; полнофункциональные системы и ГИС уровня предприятия (корпоративные системы).

Инструменты составления диаграмм и картирования Средства этой категории дешевы и просты в использовании, но по некоторым функциональным возможностям могут быть вполне сравнимы с более сложными системами. Типичными примерами являются инструменты для электронных таблиц, например Microsoft Map в Exel и Lotus Maps. Эти приложения дают возможность легко использовать функции тематического картирования (то есть отображения на карте информации из своей базы данных). Например, стратегия для Microsoft Map состоит в том, чтобы сделать приложение настолько легким в использовании, чтобы менеджер или руководитель не больше чем за десять минут научился изготовлять нужные карты. Кроме того, эти инструменты доступны любому пользователю электронных таблиц MS Exel и Lopus Maps.

Другой начальный инструмент - Business Map. Он предназначен для пользователей, у которых мало опыта работы с географическими технологиями, и для тех, кому нужно больше, чем просто тематическое картирование. Business Map работает с данными наиболее популярных электронных таблиц и баз данных и поддерживает такие возможности анализа в области бизнеса и управления, как например, пространственные запросы, управление отображаемым составом карты, определение и связывание адресов.

К этой же категории относятся и вьюеры - средства просмотра цифровых карт. В качестве примера можно привести Geomedia Viewer от Intergraph или бесплатный ArcExplorer, позволяющий просматривать и запрашивать данные ArcInfo, FrcView и SDE (об этих продуктах - далее), в том числе и через Интернет.

Существенным фактором, ограничивающим широкое проникновение ГИС в деловые задачи, является трудность изучения программного обеспечения. Дабы устранить это препятствие, разработаны инструменты картирования и составления диаграмм, дающие пользователю PC мощные средства географического анализа.

В первой половине 1990-х годов рост производства ГИС был в немалой степени обусловлен использованием приложений второй категории - настольных ГИС. Вообще современная настольная геоинформационная система предполагает полный набор средств для анализа и управления данными. Такие продукты, как MapInfo, ArcView GIS, GeoMedia, GeoGraph/GeoDraw, сравнимы по функциональным возможностям с передовыми СУБД и, кроме того, предоставляют средства для анализа, интеграции и отображения пространственных данных. Программный пакет типа MapInfo можно также использовать, чтобы привязать новые данные (например, с помощью спутниковой системы позиционирования); импортировать данные из других источников (например, картографические данные или информацию из корпоративной базы данных) или выполнять комплексные статистические и модельные исследования.

MapInfo предоставляет средства выбора, просмотра и редактирования разнообразных геоданных, создания макетов карт с легендами, графиками и диаграммами, оцифровки карт с помощью дигитайзера, связывания объектов карты с атрибутивной информацией в режиме hotLinks (с видеокамерами, архивами изображений, звуковыми файлами и т.д.), адресного геокодирования, распечатки картографических материалов. MapInfo напрямую работает со многими форматами данных, обеспечивает доступ к стандартным СУБД (Oracle, Ingres, Subase, Infomix), читает файлы форматов DXF, DWG, а также включает включает следующие функции: связи с другими приложениями через протокол DDE (Windows), подключение приложений на MapBasic. Возможности системы могут быть расширены путем подключения дополнительных специализированных модулей.

Прежняя роль ГИС как специального инструмента сменилась гораздо более широким набором ролей в самых разных сферах. Это обусловлено как развитием функциональных возможностей и применимости настольных инструментов, так и появлением новых типов программного обеспечения геоинформационных систем.

Состояние внедрения и использования ГИС-технологии в России.

К сдерживающим факторам развития ГИС в России следует отнести отсутствие или невозможность получения топографической основы крупных масштабов, создание или приобретение которой требует огромных финансовых затрат. Создание тематических слоев тоже является достаточно трудоемким. Поэтому наиболее серьезное развитие ГИС в России получили в добывающих отраслях, где их применение непосредственно связано с финансовой эффективностью - именно это является важной посылкой при создании и внедрении ГИС.

Для Российской Федерации в целом и ее субъектов характерно отсутствие единой унифицированной системы, включающей в себя данные различных сторон функционирования эколого-экономических систем. Под эгидой Госкомприроды СССР в конце 80-х годов разрабатывалась Государственная экоинформационная система (ГЭИС). Планировалось, что создаваемая ГЭИС будет состоять: из баз данных длительного пользования; баз данных, полученных при подспутниковых экспериментах и контрольных измерениях; базы подмножества данных, необходимых для проведения потребителями исследовательской работы, и из информационной сети, связывающей компоненты системы с центрами управления наблюдательными средствами и с базами других систем, в том числе международными. Однако реорганизация Госкомприроды СССР в 1991 г. не позволила продолжить развитие этого проекта. Имеющиеся массивы информации разобщены по министерствам, ведомствам, и территориям, не синхронизированы во времени, рассогласованы в методическом отношении. Имеющиеся информационные системы и математические модели отработки массива данных имеют серьезные противоречия с требованиями потребителей и управляющих органов.

Из-за отсутствия единой методики и научно-обоснованной системы, математических моделей имеющиеся алгоритмы и программы не могут быть востребованы в деле оптимизации природопользования. Современные информационные системы пока не имеют блоков картографического обеспечения (карт мониторинга, экологических ситуаций и т.д.).

Таким образом, одной из основных задач при создании географической информационной системы (ГИС) — современной компьютерной технологии, оперирующей картографической информацией и базами данных, является сбор пространственных данных. Зачастую для разработки геоинформационного проекта бывает достаточно имеющегося картографического материала. В том случае, когда достоверные данные об объектах отсутствуют или частично устарели, необходимо их обновить на основе топографической, космической или аэросъемки, а также результатов цифрования существующих картографических материалов.

Для первичного сбора и уточнения пространственных данных можно использовать оборудование на базе высокоточных навигационных приемников спутникового позиционирования или приборов геодезического класса, предназначенных для картографии и ГИС.

Для сбора пространственных данных с целью размещения в ГИС навигационное оборудование бытового класса не подходит по многим причинам. Основная из них — невозможность оценить точность полученных результатов. Другими словами, в базах данных ГИС будут содержаться как точные (в пределах допуска) координаты объектов, так и со значительными ошибками. При этом отделить одни от других невозможно.

Одной из особенностей приемников спутникового позиционирования, предназначенных для сбора пространственных данных ГИС, является использование при работе программного обеспечения для создания или обновления существующей базы данных с внесением не только координат, но и всей атрибутивной информации, характеризующей объект. Еще одним отличием данного класса оборудования является точность определения координат — в большинстве случаев она находится в пределах от нескольких дециметров до нескольких метров. Следовательно, навигационное оборудование для ГИС — это комплекс, состоящий из приемника спутникового позиционирования с уровнем точности от дециметрового до субметрового и контроллера с программным обеспечением, позволяющий выполнять сбор данных для создания или обновления базы данных ГИС.

Многие производители спутникового оборудования уже представили приборы, соответствующие новому конструктивному «стандарту», — приемник, антенна и контроллер с операционной системой компактно размещены в одном корпусе. В ближайшем будущем следует ожидать миниатюризации оборудования, использования более совершенных экранов контроллеров и беспроводных технологий.

Изменения, которые коснутся непосредственно приемников спутникового позиционирования, будут связаны с:

— модернизацией американской GPS (возможность приема гражданского кода на частотах L2 и L5);

— вводом в эксплуатацию ГЛОНАСС и Galileo, что обусловит разработку приемников GNSS, позволяющих работать со всеми спутниковыми системами навигации, и повышение точности получаемых результатов, в том числе в сложных условиях работ.

Определить класс ГИС GPS-приемников можно как по целям использования данного типа приборов, так и по технологиям, использующимся при создании подобной аппаратуры. Картографические GPS-приемники представляют собой профессиональную аппаратуру, созданную для решения ГИС задач. В эти задачи входит и дешифрирование данных дистанционного зондирования (благодаря возможности использования растровых подложек), и обновление существующих ГИС (за счет функции импорта в среду мобильной ГИС), создание ГИС-элементов (точек, линий и полигонов с атрибутивной информацией) непосредственно в поле – т.е. создание ГИС-слоев «с нуля». К решаемым задачам можно отнести и поиск объектов исследования, а реализация технологии передачи поправок в реальном времени позволяет проводить эту процедуру точнее 1 метра. Зачастую материалами для создания ГИС служат карты, не обновлявшиеся на протяжении довольно длительного периода времени, в данном случае, подобная аппаратура также может успешно применяться для уточнения имеющейся информации. Так выглядит лишь краткий список того, каким образом может использоваться подобное оборудование.

Цели использования диктуют требования к данному оборудованию. В первую очередь они касаются скорости ведения измерений, функциональности программного обеспечения, внешнего вида приборов и эксплуатационных особенностей. Зачастую выполнение этих требований ведется в ущерб точности.

Аппаратура оснащена мощными процессорами, обеспечивающими быстродействие программного обеспечения, а также значительными объемами для хранения информации.

В новейших приборах существует возможность использования съемных карт памяти, объемом до 1 Гб.

Картографические GPS приборы поставляются уже с установленными операционными платформами. Они открыты для любого программного обеспечения, созданного именно для этого типа платформ. Современное программное обеспечение для мобильных ГИС решает следующие задачи:

— съемка точечных, линейных или полигональных объектов;

— контроль качества съемки пространственных объектов, оценка точности;

— планирование съемки – расчет наиболее благоприятных периодов в течение суток;

— навигация, возможность выхода на точку по заранее известным координатам;

— загрузка в качестве основы существующие слои ГИС или растровых изображений;

— ввод многих атрибутов, характеризующих объект;

— определение атрибутов разных типов – числовой, текстовый, логический и пр.;

—установление правил контроля содержания вводимой информации;

— автогенерация часто повторяющихся значений;

— ввод информации с внешних датчиков;

—прием поправок в реальном времени;

— преобразование данных съемки в различные системы координат непосредственно в полевых условиях.

Это лишь краткий список того, что позволяет производить современное программное обеспечение, использующееся при работе с картографическими GPS-приемниками.

Работа с подобными приборами характеризуется постоянным взаимодействием с офисными ГИС. Именно поэтому функциям импорта/экспорта уделено особое внимание.

Перенос информации как из мобильной в офисную ГИС, так и в обратном направлении происходит без потери как пространственной, так и атрибутивной информации. И более того, существует возможность генерации полей, характеризующих как качество съемки (значение DOP, SNR), так и дополнительной информации об объекте (высота, площадь, длина).



Pages:     | 1 |   ...   | 4 | 5 || 7 | 8 |
 


Похожие работы:

«А.В. Дементьев К О Н Т Р АК ТНА Я Л О Г ИС ТИ К А А. В. Дементьев КОНТРАКТНАЯ ЛОГИСТИКА Санкт-Петербург 2013 УДК 334 ББК 65.290 Д 30 СОДЕРЖАНИЕ Рецензенты: Н. Г. Плетнева — доктор экономических наук, профессор, профессор Введение................................................................... 4 кафедры логистики и организации перевозок ФГБОУ ВПО СанктПетербургский государственный экономический университет; Потребность в...»

«ЦЕННЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ-ПРИМЕСИ В УГЛЯХ VALUABLE TRACE ELEMENTS IN COAL RUSSIAN ACADEMY OF SCIENCES · URAL· DIVISION KOMI SCIENTIFIC CENTRE · INSTITUTE OF GEOLOGY Ya.E. Yudovich, M.P. Ketris VALUABLE TRACE ELEMENTS INCOAL EKATERINBURG, 2006 РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК · УРАЛЬСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ КОМИ НАУЧНЫЙ ЦЕНТР · ИНСТИТУТ ГЕОЛОГИИ Я.Э. Юдович, М.П. Кетрис ЦЕННЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ-ПРИМЕСИ В УГЛЯХ ЕКАТЕРИНБУРГ, /7 ' к УДК 550.4 + 553.9 + 552. Юдович Я.Э., Кетрис М.П. Ценные элементы-примеси в...»

«Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Сибирская государственная автомобильно-дорожной академия (СибАДИ) МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ РАБОЧИХ ПРОЦЕССОВ ДОРОЖНЫХ И СТРОИТЕЛЬНЫХ МАШИН: ИМИТАЦИОННЫЕ И АДАПТИВНЫЕ МОДЕЛИ Монография СибАДИ 2012 3 УДК 625.76.08 : 621.878 : 519.711 ББК 39.92 : 39.311 З 13 Авторы: Завьялов А.М., Завьялов М.А., Кузнецова В.Н., Мещеряков В.А. Рецензенты:...»

«RUSSIAN ACADEMY OF SCIENCES INSTITUTE FOR THE HISTORY OF MATERIAL CULTURE PROCEEDINGS. VOL. XVII M. V. Malevskaya-Malevich SOUTHWEST RUSSIAN TOWNS CERAMIK of 10th — 13thcenturies St.-Petersburg Institute of History RAS Nestor-lstoriya Publishers St.-Petersburg 2005 РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК ИНСТИТУТ ИСТОРИИ МАТЕРИАЛЬНОЙ КУЛЬТУРЫ ТРУДЫ. Т. XVII М. В. Малевская-Малевич КЕРАМИКА ЗАПАДНОРУССКИХ ГОРОДОВ Х-ХІІІ вв. Издательство СПбИИ РАН Нестор-История Санкт-Петербург УДК 930.26:738(Р47)09/12 ББК...»

«В.Б. БЕЗГИН КРЕСТЬЯНСКАЯ ПОВСЕДНЕВНОСТЬ (ТРАДИЦИИ КОНЦА XIX – НАЧАЛА XX ВЕКА) МОСКВА – ТАМБОВ Министерство образования и науки Российской Федерации Московский педагогический государственный университет Тамбовский государственный технический университет В.Б. БЕЗГИН КРЕСТЬЯНСКАЯ ПОВСЕДНЕВНОСТЬ (ТРАДИЦИИ КОНЦА XIX – НАЧАЛА XX ВЕКА) Москва – Тамбов Издательство ТГТУ ББК Т3(2) Б Утверждено Советом исторического факультета Московского педагогического государственного университета Рецензенты: Доктор...»

«МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФГБОУ ВПО УДМУРТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ БИОЛОГО-ХИМИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ КАФЕДРА ЭКОЛОГИИ ЖИВОТНЫХ С.В. Дедюхин Долгоносикообразные жесткокрылые (Coleoptera, Curculionoidea) Вятско-Камского междуречья: фауна, распространение, экология Монография Ижевск 2012 УДК 595.768.23. ББК 28.691.892.41 Д 266 Рекомендовано к изданию Редакционно-издательским советом УдГУ Рецензенты: д-р биол. наук, ведущий научный сотрудник института аридных зон ЮНЦ...»

«Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Уральский государственный педагогический университет А. П. Чудинов ОЧЕРКИ ПО СОВРЕМЕННОЙ ПОЛИТИЧЕСКОЙ МЕТАФОРОЛОГИИ Монография Екатеринбург 2013 1 УДК 408.52 ББК Ш 141.2-7 Ч-84 РЕЦЕНЗЕНТЫ доктор филологических наук, доцент Э. В. БУДАЕВ доктор филологических наук, профессор Н. Б. РУЖЕНЦЕВА Чудинов А. П. Ч-84 Очерки по современной...»

«Последствия гонки ядерных вооружений для реки Томи: без ширмы секретности и спекуляций Consequences of the Nuclear Arms Race for the River Tom: Without a Mask of Secrecy or Speculation Green Cross Russia Tomsk Green Cross NGO Siberian Ecological Agency A. V. Toropov CONSEQUENCES OF THE NUCLEAR ARMS RACE FOR THE RIVER TOM: WITHOUT A MASK OF SECRECY OR SPECULATION SCIENTIFIC BOOK Tomsk – 2010 Зеленый Крест Томский Зеленый Крест ТРБОО Сибирское Экологическое Агентство А. В. Торопов ПОСЛЕДСТВИЯ...»

«МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ НОВГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ ЯРОСЛАВА МУДРОГО Д. В. Михайлов, Г. М. Емельянов ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПОСТРОЕНИЯ ОТКРЫТЫХ ВОПРОСНО-ОТВЕТНЫХ СИСТЕМ. СЕМАНТИЧЕСКАЯ ЭКВИВАЛЕНТНОСТЬ ТЕКСТОВ И МОДЕЛИ ИХ РАСПОЗНАВАНИЯ Монография ВЕЛИКИЙ НОВГОРОД 2010 УДК 681.3.06 Печатается по решению ББК 32.973 РИС НовГУ М69 Р е ц е н з е н т ы: доктор технических наук, профессор В. В. Геппенер (Санкт-Петербургский электротехнический университет)...»

«УЧРЕЖДЕНИЕ РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК ИНСТИТУТ МИРОВОЙ ЭКОНОМИКИ И МЕЖДУНАРОДНЫХ ОТНОШЕНИЙ РАН С.В. Уткин РОССИЯ И ЕВРОПЕЙСКИЙ СОЮЗ В МЕНЯЮЩЕЙСЯ АРХИТЕКТУРЕ БЕЗОПАСНОСТИ: ПЕРСПЕКТИВЫ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ Москва ИМЭМО РАН 2010 УДК 327 ББК 66.4(2 Рос)(4) Утки 847 Серия Библиотека Института мировой экономики и международных отношений основана в 2009 году Публикация подготовлена в рамках гранта Президента РФ (МК-2327.2009.6) Уткин Сергей Валентинович, к.п.н., зав. Сектором политических проблем европейской...»

«Министерство образования и науки РФ Русское географическое общество Бийское отделение Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Алтайская государственная академия образования имени В.М. Шукшина А.Н. Рудой, Г.Г. Русанов ПОСЛЕДНЕЕ ОЛЕДЕНЕНИЕ В БАССЕЙНЕ ВЕРХНЕГО ТЕЧЕНИЯ РЕКИ КОКСЫ Монография Бийск ГОУВПО АГАО 2010 ББК 26.823(2Рос.Алт) Р 83 Печатается по решению редакционно-издательского совета ГОУВПО АГАО Рецензенты: д-р геогр. наук, профессор ТГУ В.А. Земцов...»

«московский ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ им. М. В. Ломоносова ЭКОНОМИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ И.П.Пономарёв Мотивация работой в организации УРСС Москва • 2004 ББК 60.5, 65.2 Пономарёв Игорь Пантелеевич Мотивация работой в организации. — М.: EдитopиaJ^ УРСС, 2004. — 224 с. ISBN 5-354-00326-1 В данной монографии сделана попытка дальнейшего развития теории мо­ тивации, построена новая модель мотивации работника работой и описано про­ веденное эмпирическое исследование в организациях г. Москвы. Предложенная...»

«Министерство образования и науки Российской Федерации Московский государственный университет экономики, статистики и информатики (МЭСИ) Кафедра Лингвистики и межкультурной коммуникации Е.А. Будник, И.М. Логинова Аспекты исследования звуковой интерференции (на материале русско-португальского двуязычия) Монография Москва, 2012 1 УДК 811.134.3 ББК 81.2 Порт-1 Рецензенты: доктор филологических наук, профессор, заведующий кафедрой русского языка № 2 факультета русского языка и общеобразовательных...»

«Орлова О.В. НЕФТЬ: ДИСКУРСИВНО-СТИЛИСТИЧЕСКАЯ ЭВОЛЮЦИЯ МЕДИАКОНЦЕПТА Томск 2012 1 Оглавление ББК 81.411.2-5 О 66 Введение Глава 1. Медиаконцепт как лингвоментальный феномен: подходы к анализу и сущностные характеристики Рецензент: доктор филологических наук Е.Г. Малышева 1.1. Жизненный цикл и миромоделирующий потенциал медиаконцепта 1.2. Вербальный и культурный прототипы медиаконцепта. О 66 Орлова О.В. Глава 2. Миромоделирующий потенциал медиаконцепта нефть Нефть: дискурсивно-стилистическая...»

«Ф. X. ВАЛЕЕВ Г. Ф. ВАЛЕЕВА-СУЛЕЙМАНОВА ДРЕВНЕЕ ИСКУССТВО ТАТАРИИ Ф. X. ВАЛЕЕВ, Г. Ф. ВАЛЕЕВА-СУЛЕЙМАНОВА ДРЕВНЕЕ ИСКУССТВО ТАТАРИИ КАЗАНЬ. ТАТАРСКОЕ КНИЖНОЕ ИЗДАТЕЛЬСТВО. 1987 ББК 85(2Р-Тат) В15 © Татарское книжное издательство, 1987. ВВЕДЕНИЕ Представленная вашему вниманию работа открывает новую страницу в обобщающем исследовании истории искусства Татарии. Ее появлению предшествовали серия монографических исследований, главы в нескольких коллективных монографиях, а также около сотни статей,...»

«Г.В. БАРСУКОВ СОБОРНОСТЬ: ОНТОЛОГИЧЕСКИЕ И ГНОСЕОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ Магнитогорск 2014 Министерство образования и наук и Российской Федерации ФГБОУ ВПО Магнитогорский государственный университет Г.В. Барсуков СОБОРНОСТЬ: ОНТОЛОГИЧЕСКИЕ И ГНОСЕОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ Монография Магнитогорск 2014 1 УДК 11/12 ББК Ю62 Б26 Рецензенты: Доктор философских наук, профессор Магнитогорского государственного университета Е.В. Дегтярев Доктор философских наук, доктор филологических наук, профессор...»

«Ю. В. Андреев АРХАИЧЕСКАЯ СПАРТА искусство и политика НЕСТОР-ИСТОРИЯ Санкт-Петербург 2008 УДК 928(389.2) Б Б К 63.3(0)321-91Спарта Издание подготовили Н. С. Широкова — научный редактор, Л. М. Уткина и Л. В. Шадричева Андреев Ю. В. Архаическая Спарта. Искусство и п о л и т и к а. — С П б. : Н е с т о р - И с т о р и я, 2008. 342 с, илл. Предлагаемая монография выдающегося исследователя древнейшей истории античной Греции Юрия Викторовича Андреева является не только первым, но и единственным в...»

«ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ В.Н. ШИХИРИН, В.Ф. ИОНОВА, О.В. ШАЛЬНЕВ, В.И. КОТЛЯРЕНКО ЭЛАСТИЧНЫЕ МЕХАНИЗМЫ И КОНСТРУКЦИИ Монография ИЗДАТЕЛЬСТВО Иркутского государственного технического университета 2006 УДК 621.8+624.074: 539.37 ББК 22.251 Ш 65 Шихирин В.Н., Ионова В.Ф., Шальнев О.В., Котляренко В.И. Ш 65 Эластичные механизмы и конструкции. Монография. – Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2006. – 286 с. Книга может быть полезна студентам,...»

«В.В. Цысь О.П. Цысь ОБРАЗОВАНИЕ И ПРОСВЕЩЕНИЕ НА СЕВЕРЕ ЗАПАДНОЙ СИБИРИ В ХIХ — НАЧАЛЕ ХХ вв. Монография Издательство Нижневартовского государственного гуманитарного университета 2011 ББК 74.03(2) Ц 97 Печатается по постановлению Редакционно-издательского совета Нижневартовского государственного гуманитарного университета Рецензенты: доктор исторических наук, профессор, заведующий кафедрой истории России Уральского государственного университета Г.Е. Корнилов; доктор исторических наук, профессор...»

«БИОЛОГИЧЕСКИЕ РИТМЫ под РЕДАКЦИЕЙ Ю. АШОФФА В ДВУХ ТОМАХ ТОМ II Перевод с английского канд. биол. наук А. М. АЛПАТОВА и В. В. ГЕРАСИМЕНКО под редакцией проф. Н. А. АГАДЖАНЯНА МОСКВА МИР 1984 ББК 28.07 Б 63 УДК 57.02 Биологические ритмы. В двух томах. Т.2. Пер. с англ./ Б 63 /Под ред. Ю. Ашоффа — М.: Мир, 1984. — 262 с, ил. Коллективная монография, написанная учеными США, Англии, ФРГ, Нидерландов и Канады, посвящена различным аспектам ритмического изменения биологических процессов. В первый том...»








 
© 2013 www.diss.seluk.ru - «Бесплатная электронная библиотека - Авторефераты, Диссертации, Монографии, Методички, учебные программы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.