«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. -292 с., с ил. Автор: Битюков ...»

- 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).

Таким образом, GPS-приемники картографического класса имеют принципиальные отличия, которые и позволяют их выделить в отдельный класс. Они разработаны для решения специфического круга задач, определяемых их возможностями. Противопоставлять их геодезическим, а тем более любительским приборам не имеет смысла, все эти приборы имеют собственную нишу на рынке и использовать тот или иной класс для целей другого класса не представляется целесообразным (существует, например, возможность использования ГИС ПО для управления геодезическими приемниками). Развитие данного класса целиком опирается на требования ГИС-индустрии.

Подобные приборы достаточно просты в работе и обеспечивают полную интеграцию с существующими ГИС, тем самым, позволяя переводить данные из мобильных ГИС в офисные без потерь, как пространственной, так и атрибутивной информации. Главнейшие критерии их работы – скорость, точность, полнота описания.

Основу технологии цифровой картографии составляет использование растровой, отсканированной, информации в качестве основы для векторизации. В эту технологию заложены принципы последовательного использования цифровой картографической продукции, что позволяет настраиваться практически на любой вид исходного картографического материала. Можно вести обработку этого материала на различную «глубину», т. е.

не только создавать цифровую копию аналогового материала, но и обновлять этот материал по фотоснимкам, проводить составление в производных и увеличенных масштабах, готовить издательские оригиналы с использованием цифровой картографической основы.

4.3 Концепция комплексного экологического мониторинга Геоинформационная система (ГИС) — это интеллектуальная система, включающая цифровые карты регионов поставок древесины и операционную оболочку. Карты должны содержать административно-географическую информацию; на них нанесены границы лесхозов, лесничеств и кварталов, особо охраняемых природных территорий разного статуса (ООПТ) с информацией о режимах охраны, а также территорий, согласованных и предлагаемых к охране природоохранными организациями. ГИС связана с базой данных и автоматически наносит информацию о происхождении древесины на карту. Система предупреждает о разнообразных «несоответствиях». Например, о случаях, когда делянка неправдоподобно далеко расположена от станции отгрузки, вблизи или на территории ООПТ. ГИС позволяет делать отчеты о происхождении древесины для перерабатывающих предприятий и является незаменимым помощником при планировании проверок поставщиков и делянок.

База данных. Информация о происхождении древесины, предоставляемая поставщиками, заносится в единую компьютерную базу данных, которая связана с коммерческой информацией о поставках (объемы, сроки, информация по логистике). База данных позволяет отследить цепочку поставок и происхождение древесины по любому контракту. С ее помощью можно контролировать регулярность предоставления поставщиками информации о происхождении, а также составлять разнообразные отчеты.

План проверок. План проверок поставщиков и делянок составляется в начале каждого года и обсуждается с региональными менеджерами по закупке. При планировании проверок принимаются во внимание следующие критерии: объем поставок, результаты предыдущих проверок, возможные экологические риски, связанные с поставками.

Ежегодный план проверок охватывает не менее 60 % поставок. Особое внимание уделяется поставщикам, не имеющим собственной аренды леса и не занимающимся заготовкой, а также новым партнерам.

Проверка (аудит) поставщиков состоит из двух частей: проверки поставщика и проверки делянок. Основная задача проверки поставщика — убедиться в надежности и ответственности поставщика как партнера и получить документальное подтверждение об источниках происхождения сырья. При проверке заполняется форма аудита («чек-лист»), вопросы в которой сгруппированы по следующим темам: общие сведения о компании (размеры, время основания); профессиональное обучение сотрудников; риски, связанные с происхождением сырья (есть ли у компании арендованный лес, собственная заготовка, отслеживается ли происхождение сырья). Кроме того, поставщики-заготовители оцениваются с точки зрения технологии проведения заготовки, техники безопасности, пожарной безопасности, участия в восстановлении и охране леса, социальной политики (некоторые вопросы оцениваются при выезде на делянку). После количественной оценки каждого вопроса компании и присваивании полученного балла поставщики ранжируются по категориям.

Другой задачей проверки поставщиков является получение доказательства о происхождении сырья, что особенно важно для компаний, не имеющих собственной аренды леса и не занимающихся заготовкой. Таким доказательством могут служить договоры поставки древесины от поставщика с указанными объемами и сроками поставки, товарнотранспортные накладные или спецификации отгрузки и лесорубочные билеты. Иными словами, компания, поставляющая древесину и непосредственно не занятая в заготовке, должна предоставить документы, доказывающие происхождение древесины.

Основная задача проверки делянок — убедиться в том, что заготовка и лесовосстановление проведены в соответствии с законодательством. При проверке также используется «чек-лист», вопросы в котором сгруппированы по таким разделам, как общая информация, документы (лесорубочный билет, технологическая карта, планы рубок, ведения лесного хозяйства и др.), информация о насаждении (оценка соответствия насаждения и типа рубки документам), специально охраняемые участки и ключевые биотопы на делянке, эффективность лесовосстановления. Отдельно оценивается качество заготовленных сортиментов. Если делянка уже принята лесхозом, то проверяется акт освидетельствования.

Отсутствие перерубов за границами делянки оценивается визуально. Недавним нововведением практики проверок стало использование GPS: вначале с помощью GPS фиксируется граница делянки, вычисляется ее площадь, затем параметры делянки сравниваются с технологической картой. Иногда информация о вырубленном древостое восстанавливается по пням.

Еще одной задачей проверки делянок является тренинг поставщиков в направлении законодательно не закрепленных принципов устойчивого лесопользования. Проверка часто включает элементы взаимного обучения, включающей понятия устойчивого лесопользования и лесной сертификации («экологичные» способы рубок, соответствующие структуре древостоя и типу местопроизрастания, концепция ключевых биотопов и т. д.) В то же время аудиторы постоянно информируются о современной ситуации и изменениях в лесном секторе.

По результатам проверки каждая делянка ранжируется в зависимости от набранных баллов. Результаты проверки объясняются поставщикам, затем обсуждаются возможные меры по улучшению лесохозяйственной практики. Серьезные нарушения, выявленные при проверке, требуют срочных корректировочных действий. Так, в случае отнесения компании или делянки к последней категории вопрос о приостановке поставок незамедлительно обсуждается с региональным менеджером. С учетом предположения о том, что подобные системы отслеживания и гарантии легальности практикуются основными покупателями древесного сырья, они служат барьером экспорту нелегальной древесины, сокращают спрос на нее и таким образом вносят вклад в борьбу с нелегальными рубками. При этом добровольные усилия компаний не должны заменять государственные меры, которым принадлежит приоритет в обеспечении легальности и борьбе с нарушениями в российском лесном секторе.

в экологическом мониторинге лесных экосистем В качестве программного обеспечения ГИС экологического мониторинга выбраны программные продукты фирмы ESRI: ARC/INFO, Arc View и ArcExplorer. В течение многих лет ESRI лидирует в инновациях в ГИС-технологии с крупными достижениями в области программного обеспечения. Лидерство ESRI, выразившееся в широком распространении ARC/INFO, дало десяткам тысяч пользователям полномасштабные действующие системы ГИС, способные решать огромное количество общих и частных задач и проблем, связанных с необходимостью накопления, обработки, анализа и наглядного представления в виде графиков, диаграмм и карт любой распределенной в пространстве информации.

Поскольку ARC/INFO одинаково успешно работает с разнообразным аппаратным обеспечением и периферийными устройствами, пользователи всегда имеют возможность быстро модернизировать свои системы под новые задачи и адаптировать их к самой современной компьютерной технике Программный продукт ARC/INFO использует новейшие достижения компьютерной индустрии, работает на самых современных аппаратных платформах и в среде самых последних версий операционных систем, архитектура ARC/INFO способна использовать преимущества работы в локальной сети с использованием технологии клиент-сервер Программное обеспечение ARC/INFO является набором программных средств для создания и редактирования географических баз данных, для целей пространственного анализа, поиска, представления и управления данными. Некоторые из особых свойств ARC/INFO, которые делают это программное обеспечение лидером ГИС в решении природоохранных задач, состоят в следующем:

• мощная и гибкая модель данных;

• интегрированное управление табличными и географическими данными;

• векторная топология (точка, линия и полигон) и растровые модели данных;

• интеграция данных;

• интеграция многих сред (например, растровых и векторных изображений);

• поддержка стандартных форматов изображений и цифровое отображение;

• взаимосвязь с системами спутниковой привязки (GPS);

• возможности обмена данными более чем в 30 стандартных форматах;

• автоматическое картирование, составление отчетов и анализ;

• отображение стандартных карт и составление таблиц;

• тематические карты, запросы и виды анализа;

• интеграция баз данных и снабжение стандартами во всей организации;

• прямой доступ к базам данных в среде ГИС;

• поддержка многих стандартных промышленных реляционных баз данных и сетевых функций;

• функции надежной безопасности баз данных;

• возможности управления библиотекой карт;

• комплексный пространственный анализ и возможности запроса;

• перекрытия точка-, линия-, полигон-полигон, связи соседства и близости;

• моделирование по регулярной сетке с применением расширений ARC/INFO;

• анализ линейных сетей.

Программный комплекс ArcView предназначен для конечного пользователя. Его особенностью является масштабируемая архитектура программного продукта. В нее закладывается возможность создания ряда внешних и внутренних модулей, по мере необходимости добавляемых к ядру пакета и расширяющих его функции. Архитектура ArcView 9.0 обеспечивает исключительно гибкую среду для поэтапного подключения/изъятия дополнительных средств анализа географической информации. При этом расширение функциональности может проводиться за счет набора внутренних, внешних и определенных пользователем опций, наилучшим образом отвечающих его текущим потребностям. С помощью объектно-ориентированного языка программирования Avenue возможно создание собственных расширений, выполняющих определенные функции, необходимых как для решения задач обработки данных экологического мониторинга, так и для обеспечения поддержки управленческих решений. ArcExplorer представляет собой простое и эффективное средство для доступа, визуализации и анализа данных ГИС, распространяется бесплатно.

Специализированное программное обеспечение предназначено для выполнения прикладных задач и представлено отдельными программами:

• программа построения границ по данным геодезической съемки;

• программа обработки лесоустроительной информации (СОЛИ);

• конвертор таксационной базы данных из формата СОЛИ в формат DBASE;

• программа доступа к таксационной базе данных в формате СОЛИ.

Специализированное программное обеспечение должно разрабатываться отдельно.

Данные приложения предназначены:

• для создания цифровых картографических материалов лесоустройства;

• для автоматизированного расчета площадей таксационных выделов с учетом площадей линейных земель;

• для автоматизированного создания планово-картографических материалов лесоустройства (лесоустроительных планшетов, планов лесонасаждений и т.д.);

• для автоматизированного построения тематических лесных карт, отражающих состояние лесного фонда;

• для обеспечения доступа пользователя к банку данных лесного мониторинга.

Концепция построения специализированной геоинформационной системы в экологическом мониторинге лесных экосистем ГИС - геоинформационная система - является одним из важнейших элементов специализированных информационных систем. Для повышения эффективности выполнения бизнес-процессов и упрощения их бизнес-логики необходимо решить задачу создания специализированной геоинформационной системы (СГИС). Вот основные цели системы:

• интеграция источников данных и программного обеспечения;

• надежность хранения исходных данных и результатов проектных работ;

• поддержка проектных работ пространственными данными и результатами пространственного анализа;

• доступ к информационным ресурсам.

Основные принципы. В основу построения СГИС должна быть положена следующая концепция:

• Данные должны накапливаться и храниться в единой базе данных, в которую поступает информация из всех источников данных.

• Передача данных конечным пользователем осуществляется также из единой базы данных.

• В качестве интерфейса конечного пользователя выступает Web. При этом обеспечивается выгрузка необходимых отобранных данных на рабочие места пользователей.

• Инструментарии для преобразования и анализа данных обращаются непосредственно в единую базу данных с сохранением в ней результатов работ.

Общая концепция построения специализированной ГИС представлена на рис. 1. В качестве системы управления базами данных используется Oracle. Для разработки используются как собственные ресурсы, так и привлеченные компании-разработчики программного обеспечения. В мире стремительно развиваются Web технологии, где навигация по карте (Web-картография) занимает промежуточное положение между традиционными геоинформационными технологиями и интернет-навигацией. Поэтому при разработке приложений для конечного пользователя планируется ориентировка на Web.

Архитектура. Специализированная геоинформационная система, структура которой показана на рис. 1, включает в себя:

• Картографический банк данных - ядро системы;

• Средства доступа, где акцент сделан на Web-технологии доступа к картографическим ресурсам;

• Средства для пространственного анализа данных, включая обработку материалов аэро-космосъемки;

• Средства поддержки процессов моделирования;

• Средства для высококачественной печати.

Картографический банк данных является основой всей системы, так как в нем собираются и хранятся все картографические данные. В состав специального картографического банка данных (MapCDB) входят: база пространственных данных – ArcSDE; база атрибутивных данных - Oracle; подсистема загрузки и конвертирования картографических данных; подсистема поиска картографических материалов.

Результаты моделирования Полевые данные Аэрофотосъемка Организация информационных потоков. Картографические данные поступают в единое хранилище. Все структурные подразделения получают данные из одного источника - банка данных. Доступ пользователей осуществляется через Web-интерфейс. Службы пользователей имеют единый доступ к данным через Web-интерфейс. В целях унификации информации осуществляется синхронизация баз данных. Таким образом, все данные попадают в единый центр, а результаты анализа и моделирования автоматически попадают из него пользователем.

Пользователи получают в формате PDF готовые карты, оформленные в соответствии с РД (Руководящим документом). Этот формат широко распространен, карты получаются небольших размеров - 200-300 килобайт. Их сразу можно просмотреть или распечатать. Шаблоны карт готовятся в приложении АгсМар. Доступ к картам идет через Web - Систему Moниторинга леса. Для пользователей, не имеющих доступа к корпоративной сети, могут подготавливаться CD-ROMы с картами за любой период времени. Все карты в формате PDF хранятся в виде единого структурированного информационного архива. В состав автоматизированной системы подготовки печатных карт входят: набор шаблонов карт отборов; подпрограмма автоматического ежемесячного обновления карт;

подпрограмма автоматического формирования PDF файлов в АгсМар; подпрограмма автоматической регистрации документов на Web. Публикатор карт позволяет легко настраивать и модифицировать любые шаблоны карт, создавая автоматизированную систему публикации обзорных и тематических атласов, подборок производственных карт.

Атрибутивная информация. Помимо геометрической точности большое значение играет и атрибутивная информация, характеризующая объект съемки. В описании объекта может возникнуть необходимость в самых разнообразных типах предикатов – это может быть время, дата, описание, целое число, логические данные и пр. Иногда для описания объекта недостаточно таблицы – необходимо создавать прямо в поле базу данных.

При этом определяющую роль будет играть программное обеспечение, используемое для сбора данных. Ситуация меняется, если речь идет о КПК с встроенным GPS. Развитие мобильных ГИС позволяют создавать полноценные ГИС–слои прямо в поле. Принцип использования операционных систем лег в основу создания картографических GPSприемников. Пользователь может сам определить, какой программный продукт лучше подходит для решения тех или иных задач. Практически все современные ГИС GPSприемники управляются программным обеспечением на многофункциональных операционных платформах (обычно Windows CE, Windows Mobile 2003, Windows Mobile 2005).

К программному обеспечению, используемому для геоинформационного полевого картографирования, предъявляется целый набор требований, необходимых для обеспечения полноценного функционирования. Прежде всего, получаемые данные должны быть корректируемы как в реальном времени, так и в постобработке. Должны быть реализованы возможности загрузки, как существующих ГИС, так и растровых подложек. Необходимы функции навигации — выхода на точку.

Принципы управления современными профессиональными геодезическими приемниками схожи с прочими (т.е. существуют устройства с операционными системами, контролирующие работу аппаратуры), но основной акцент делается не на атрибутивную информацию и не на графические возможности программного обеспечения, а на методы съемки, определяющие точность.

4.4. Принципы создания совмещенных картографических и параметрических баз данных на основе ГИС-технологий Наиболее простой и доступной программой для проведения полевых исследований в лесу является программа австралийских программистов OziExplorer, позволяющая использовать и калибровать растровые карты. Программа OziExplorer используется, когда в навигаторе или ПК нет подходящих карт на нужный район или они имеют недостаточную подробность. Выход из этой ситуации возможен с помощью программы Ozi, если будут найдены соответствующие бумажные карты. Необходимо отсканировать их и загрузить в компьютер. Для нормальной работы программы с растровыми картами требуется осуществить привязку (калибровку) карты к реальным координатам по нескольким точкам. Интерактивная программа Ozi обеспечивает работу с растровыми картами на персональном компьютере и поддерживает обмен навигационными данными с GPS-навигаторами производства Garmin, Magellan, Lowrance и Eagle. Возможны два основных варианта применения программы:

- на персональном компьютере с растровыми картами производится выбор и отметка путевых точек предстоящего маршрута на всех дорогах, перекрестках и населенных пунктах. На карте можно добавить комментарии и другие заметки. Эти данные затем загружаются в GPS-навигатор. Реальная навигация осуществляется навигатором по созданным на ПК маршрутам и путевым точкам;

- для навигации используется ноутбук, персональный или карманный компьютер (КПК) с загруженными в него растровыми картами и соединенный с навигатором. Создание маршрутов и путевых точек производится на ПК обычным путем, при котором позиция и трек отображаются на растровой карте. Программа обеспечивает автоматическую смену карт из загруженного набора.

OziExplorerCE. Программа используется в карманных компьютерах Pocket PC, PalmPC и PDA под управлением Windows СЕ (версии 2.0 и выше). Многие функции OziExplorerCE одинаковы с программой OziExplorer GPS Mapping Software. Надо заметить, что в программе СЕ отсутствует расчет наилучшего маршрута. Данная программа рассматривается как дополнение к основной программе и они должны использоваться совместно для получения максимума возможностей. Основные функции программы:

- использование любой карты, созданной в программе PC OziExplorer; отображение позиции по данным навигатора в реальном времени на карте;

- автоматическая загрузка следующей карты;

- голосовое и символьное сопровождение по маршруту;

- создание маршрута на экране с помощью стилуса;

- периодическая проверка наличия более детальной карты;

- возможность загрузки до пяти треков;

- создание треков на карте с помощью стилуса;

- экспорт точек трека в файл;

- создание путевой точки в текущей позиции с помощью стилуса;

- многоуровневое масштабирование карт;

- множество отображаемых форматов местоположения;

- отображение скорости и азимута;

- отображение путевых точек на карте;

- поиск карты в позиции курсора.

Требования к GPS-приемникам. Для реальной навигации КПК должен быть сопряжен с GPS-приемником, имеющим интерфейс NMEA 0183 (предложения GPRMC, GGA или GLL) или интерфейс. Если использовать навигатор в конструкции Compact Flash, то КПК должен иметь аналогичный слот, куда вставляется навигационный приемник. Для внешнего навигатора потребуется подобрать подходящий кабель (что не всегда возможно).

Требования к картам. Используемые карты в OziExplorerCE должны быть преобразованы в специальный формат ozf2 или ozf3. Для преобразования используется утилита img2ozf, доступная с веб-сайта OziExplorer.

OziExplorer3D. Данная программа позволяет создать трехмерные изображения карты, с возможностью их вращать во всех направлениях и производить изменение масштаба.

Для получения трехмерных изображений исходные карты должны содержать рельеф высот. Согласно информации сайта OZi, может быть получено трехмерное изображение любой карты, загруженной в программу и имеющей высотные данные. Программа работает под управлением Windows 95/98/ME/NT4/2000/XP.

Создание путевых точек. При создании путевой точки программа автоматически назначает ее имя. Если в качестве путевой точки будет выбран объект карты, то для имени используется сокращенное обозначение объекта карты. Если путевая точка установлена в пустом поле карты, то ей автоматически присваивается в качестве имени порядковый номер. Если навигатор способен хранить такие точки, то при записи новых proximity-точек весь хранящийся в навигаторе список будет обновлен, а старые точки уничтожены. В программе MapSource предусмотрены широкие возможности для редактирования свойств путевых точек: Имени, Описания, Местоположения, Высоты, Категории близости, Глубины, Символа, Цвета и Способа отображения.

Имя. У большинства навигаторов количество символов в имени не превышает шести. В случае их превышения при передаче в навигатор имя будет сокращено.

Описание. Предназначено для более четкой идентификации путевой точки.

Местоположение. Задается координатами, которые можно изменить в поле Position (позиция).

Высота. Если известно ее значение, то при его вводе можно повысить точность определения координат.

Символ. Программа имеет свыше 100 различных символов. При выборе символа, отсутствующего в вашем навигаторе, путевая точка отображается квадратным символом.

Цвет. Имеется 16 цветов для отображения путевой точки. Естественно, что цвет предназначен для навигаторов с цветным дисплеем.

Способ отображения. Предусмотрены три способа отображения путевой точки:

только символом, символом и именем или символом и описанием.

Создание маршрутов. Программа поддерживает создание двух видов маршрута:

составленного из отдельных сегментов или колен (прямолинейного маршрута) или автопрокладки автоматизированного маршрута для вождения по дорогам (режим «Поворот за поворотом»). Оба вида маршрута в принципе создаются одинаково. Для этого надо указать (создать) последовательность путевых точек, предварительно выбрав кнопку Rout (Маршрут) в панели Tool (Инструменты) или щелкнуть по такой же иконке. Маршруту автоматически присваивается имя, состоящее из имен начальной и конечной точек. Автоматизированный для вождения маршрут создается только на картах со свойствами автопрокладки или автороутинга (от слова route). Линия такого маршрута прокладывается и отображается по линиям дорог. Возможности, предоставляемые программой MapSource для редактирования созданного маршрута:

- инвертирование или реверсирование маршрута для прохода его в обратном направлении;

- добавление точки в начало, середину или конец маршрута;

- удаление точки из маршрута;

- перемещение маршрутной точки в другое место;

- изменение имени маршрута;

-установка расположения выбранного объекта (точки) в центре изображаемой карты (центрирование);

- стандартные операции типа Вырезать, Копировать, Вставить, Отменить ввод;

- поиск объектов карты: городов, точек интереса, адресов.

Сканирование карты. При сканировании карты отдается предпочтение номенклатурным листам топографических карт — «двухкилометровкам». Хотя карты печатаются в восьми цветах, сканировать все же целесообразно в 24-битном цвете с разрешением dpi (точек на дюйм). Сканируются карты с таким разрешением, чтобы размер четырех километровой сетки, нарисованной на карте, при просмотре в 100%-ном масштабе был размером 4x4 см. Оригиналы, с которых производится сканирование, как правило, больше формата А4. Потому сканировать придется с перекрытием, а полученные файлы выравнивать, «сшивать» с допустимой ошибкой в несколько пикселей и обрезать. Данную обработку удобно делать в программе Adobe Photoshop. Для каждого листа рекомендуется выделить свой слой и, регулируя его прозрачность, совмещать два или более листов. Иногда требуется поворачивать, масштабировать листы, чтобы сошлись километровые сетки. Когда два листа сошлись, прозрачность надо восстановить до 100%, а затем можно присоединять следующий лист на новом слое, изменив его прозрачность до 40%. Таким образом поступить и со всеми оставшимися листами. Километровые сетки должны совпасть по всем направлениям: сверху, снизу, справа, слева. Для хранения файлов лучше использовать формат tiff. Рекомендуется сразу присвоить имя файлу согласно номенклатурной разграфке (сетке). В итоге получившийся файл может занять приличный объем от десятков до нескольких сотен мегабайт. Файл такого объема не «впихнуть» в КПК, поэтому надо его сократить, уменьшив количество цветов до 256 или даже до 10. Сделать это можно в Photoshop с помощью опции Image -» Mode -> Indexed Color.

Привязка карты. Сканированное изображение — всего лишь изображение. Для того чтобы можно было определять географические координаты, его надо откалибровать или привязать. Для этого выбираются несколько опорных точек карты с известными координатами, положение которых отмечается на карте, и для них вводятся значения известных координат. Тогда, используя интерполяцию, для любой точки карты программа Ozi сможет вычислить координаты. Точность привязки зависит от числа используемых опорных точек и их расположения. Незарегистрированная версия может работать только с 2 точками привязки, при этом необходимо, чтобы линии широты и долготы были параллельны границам экрана. В противном случае выполнить привязку будет невозможно. Две точки можно поставить куда угодно, но предпочтительно как можно дальше друг от друга на листе. Не следует размещать их по одной вертикальной или горизонтальной линии.

Привязка по 3 точкам использует линейную трансформацию и работает с любыми картами, но линии границ карты должны быть прямыми. Например, искривленные линии могут фактически стать прямыми, если использовать проекцию и привязку в поперечной проекции Меркатора (Transverse Mercator projection). Точки можно ставить куда угодно, но опять же лучше как можно дальше друг от друга. Не ставьте даже две из них по одной вертикальной или горизонтальной линии.

Привязка по 4, 5, 6 точкам использует для трансформации выравнивание методом наименьших квадратов в рамках аффинного преобразования. Метод используется для повернутых или искривленных карт. Убедитесь, что поставленные вами точки хорошо разнесены друг от друга по всей карте. Откуда же взять координаты точек привязки? Если для сканирования использована топографическая карта, то на ней в центре и во всех углах проставлены точные координаты. Остается только их ввести. Координаты точек привязки можно взять из программы Garmin MapSource WordlMap. Также для этого можно использовать подпрограмму Ozi Name Search, позволяющую выбирать географические объекты из базы данных. Для выбора таким способом точек привязки надо открыть пустую карту Map -> Blank Map и запустить Name Search, где ввести название взятого с привязываемой карты города или поселка. Затем выбираем подходящие объекты и сохраняем их как путевые точки. Загружаем исходное изображение карты и привязываем его с использованием выбранных путевых точек.

Следующая операция — ввод координат точек привязки. Предварительно загружаем сканированную карту, выбрав меню File -> Load and Calibrate Map. В выпадающем списке Map Projection выбираем проекцию карты или координатную сетку, устанавливаем датум в поле Map Datum.

Выбираем окно диалога точек привязки, а в нем вкладку Point-1, (указатель мыши будет подписан Point 1).

Устанавливаем перекрестье над точкой с известными координатами и нажимаем левую кнопку мыши. Координаты установленной точки вводятся в соответствующих полях. Таким же образом вводим координаты всех доступных точек привязки. Сохраняем карту. Теперь карта привязана, но пока «криво», лучший результат получается при привязке по километровой сетке. Для «двухкилометровки» с шагом сетки 4 км, в OziExplorer выбираем установки Map -> Grid Line, Setup -» Other Grid, здесь включаем Grid On и вводим Line Interval равным 4 км, закрываем окно. Теперь на карте появилась километровая сетка, но она не совпадает с нарисованной. Мы будем добавлять новые точки, соответствующие узлам сетки, например, расположив их в три ряда по три штуки. Берем координаты узла километровой сетки OziExplorer в левом, верхнем углу, переходим в File -> Check Calibration Map, выбираем Point 1, ставим мышью точку в ближайшее к выбранному узлу пересечение нарисованной сетки и вводим координаты. Сохраняем, выходим из Check Calibration Map. Проделываем это для других 8 точек или только для некоторых из них — по желанию. Теперь можно видеть, что сетки совпадают намного лучше. Если остались несовпадения, откорректируйте введенные точки еще раз.

Присоединение файлов к карте. К карте можно присоединить ряд файлов: треков, путевых точек, маршрутов и событий. Вы можете присоединить трек к любой карте, чтобы он автоматически загружался вместе с ней. Единожды загруженный, он постоянно отображается на карте и не исчезает, как обычные треки, когда выключена кнопка Show Track. Вы можете создавать треки в виде геометрических фигур для каких-либо специальных заметок (для обозначения нового заповедника или воинской части). Треки, обозначенные как Опасные зоны (Alarm Zones), выполняют особые функции, когда используется режим moving map. К карте можно присоединить до 75 треков, а количество других (путевых точек, маршрутов) ограничено одним для каждого типа.

Как присоединить трек к карте. Если карта уже загружена, в меню File выберите Check Calibration of Map. Нажмите кнопку Options во фрейме привязки — будет показана вкладка Map Advanced Options. Затем нажмите кнопку Open Folder. Выберите нужный файл формата pit — его название будет показано в окне. Нажмите кнопку Add, чтобы добавить выбранный трек в список.

Навигация. До включения режима навигации предварительно загружаются путевые точки и маршрут. В итоге вы должны получить наборы файлов, состоящие из изображений карты в формате bmp либо tiff, файлы привязки с расширением тар, файлы путевых точек (wpt) и маршрутов (rte).Чтобы получить навигацию в реальном времени с отображением местоположения, нужно выбрать маршрут или путевую точку. Если выбран маршрут, то он будет отображен на карте. В окне Navigation Control будет показана информация, необходимая для движения к первой маршрутной точке. Можно начать навигацию не с первой маршрутной точки. Для этого нажмите кнопку Show Details of Active Route (показать подробности активного маршрута) в диалоге Moving Map Control, затем, выбрав нужную путевую точку, нажмите кнопку Navigate То. Выполняемая текущая навигация контролируется тем, что отображается имя следующей путевой или маршрутной точки, расстояние и пеленг на нее, отклонение от курса, а также оценивается общее время в пути по маршруту и время достижения следующей точки.

Проверка Концепции и Рекомендаций по мониторингу на уровне ППН показала действенность и важность проведения мониторинга на заранее подготовленных и отобранных пунктах сети наблюдений. Так, результаты повторных наблюдений позволяют сделать некоторые выводы о реакции лесных экосистем после проведения опытных рубок на ЛГС «Аибга»:

- выполненный комплексный экологический мониторинг в естественных буковых насаждениях и пройденных различными способами рубок показал, что видимых признаков деградации древостоев на ЛГС «Аибга» не наблюдается;

- в буковых древостоях, произрастающих на 1 и 2-ом водосборах ЛГС «Аибга»

после сплошнолесосечной и 3-х приемов группово-постепенных котловинных рубок, рекомендуется своевременное прореживание с уборкой сопутствующих пород, мешающих росту главной породы, отставших в росте и пораженных болезнями деревьев бука и других ценных пород;

- на контрольных ППН, текущий прирост за последние 8 лет, отрицательный (- 0,5м *га-1), т.к. отпад превысил прирост, сумма площадей сечений и запас снизились на3-5 %. Поэтому оставлять спелые и перестойные буковые древостои без хозяйственного использования нецелесообразно;

- текущий прирост на делянках добровольно-выборочной (комплексной) рубки с интенсивностью 30 % по запасу отрицательный (-2,2 м3*га-1 в год), а при интенсивности % - положительный (+0,6 м3*га-1). Интенсивность этого способа рубки должна оставаться на уровне до 20 %.

Экспедиционным путем получены материалы мониторинга лесных экосистем на экологическом профиле Джубга-Дефановка, который должен выполнять вспомогательные функции. Для данного репрезентативного водосбора в целях получения более полной информации о состоянии лесных экосистем необходимо создание сети постоянных пробных площадей, которые бы охватывали все коренные его лесорастительные формации. Особо отмечается о необходимости привязки пунктов наблюдений к координатной сетке с помощью GPS «Навигатора» для облегчения их поисков и составления общей схемы мониторинга. Полученная информация о состоянии насаждений на ППН свидетельствует о незначительных тенденциях их ухудшения.

ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИЯ

НА ГОРНЫХ ЛЕСНЫХ ВОДОСБОРАХ

5.1 Экологические критерии оптимизации лесопользования Экспериментально доказано, что из всех хозяйственных мероприятий наибольшее влияние на изменение водного режима горных территорий оказывают рубки леса на речных водосборах. При этом их последствия имеют различные количественные характеристики в зависимости от геофизического фона и лесорастительных условий. Изменение составляющих водного баланса в связи с различными системами рубок обусловлено существенным уменьшением инфильтрационной составляющей и увеличением склонового (быстрого) стока. Отмечается определенная инерционность в снижении гидрологических функций лесной растительности во времени. Так, максимальное уменьшение водорегулирующих функций лесных насаждений проявляется не сразу после рубки, а спустя 5… лет.

Показано, что в формации дуба скального на водосборе со сплошнолесосечной рубкой расходная часть баланса состоит более чем наполовину из стока, примерно 40% приходится на испарение, а остальные 10% - на долю инфильтрации и аккумуляции в почве. Влияние сплошнолесосечной рубки здесь сказывается в значительном уменьшении (до нулевых величин) глубоководного грунтового питания, составляющего основной резерв для питьевых вод. Максимальное увеличение склонового стока (в 2,1 раза) отмечено на 3й год после рубки [38].

В зонах буковых, буково-пихтовых и частично дубовых лесов, на уровне речных бассейнов показано существенное нарушение водоохранной функции леса. Результаты исследований позволили установить, что со степенью повреждения почвенного покрова связано изменение плотности поверхностных горизонтов почв.

В буковых насаждениях, пройденных промышленными выборочными рубками 5...10 лет назад, площадь поврежденного почвенного покрова достигает 57% общей территории. Восстановление структуры на поврежденных участках происходит медленно, при этом 15% площади имеют величины условного коэффициента фильтрации (УКФ) меньше 0,1- 0,2 мм/мин. На участках добровольно-выборочных рубок значительные повреждения почвенного покрова встречаются лишь на 18% площади при минимальном впитывании около 0,2 мм/мин, а остальные 82% площади имеют УКФ более 3...5 мм/мин. Впитывание поверхностных горизонтов почв на таких участках уменьшается до 0,2 мм/мин. Средневзвешенная плотность почв на вырубках составила 1,29 г/см, а величина УКФ - 1, мм/мин [39, 42, 43, 48, 56].

Изучение гидрологических свойств почвенного покрова на площадях делянок, освоенных с применением вертолетной транспортировки древесины показало, что примерно на 2/3 лесосек наблюдается ухудшение водно-физических свойств почв по сравнению с контролем, а также уменьшение почвенного профиля. На 6...8-летних вырубках, расположенных на склонах до 20°, отмечается восстановление водно-физических свойств почвенного покрова [56].

Таким образом, водно-физические свойства (ВФС) почв на площадях после рубок зависят как от способов и интенсивности рубок, так и от технологии лесозаготовок и используемых при этом машин и механизмов. ВФС бурых лесных почв на пасеках восстанавливаются через 10...11 лет, на волоках этот процесс длится более 30 лет. 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 вертолетной трелевки.

При сплошнолесосечной форме хозяйства и тракторной трелевке древесины, на каждый заготовленный кубометр древесины сносится механизмами и склоновым стоком примерно 1,4 м3 почвы, при первом приеме постепенной рубки с тракторной трелевкой около 1 м3; при использовании канатных систем - около 0,3 м3.

В дубравах Черноморья изучался с использованием метода искусственного дождевания (элементарных водосборов) эрозионный смыв почвы под пологом спелых насаждений, на свежих вырубках (после сплошных рубок) при различных степенях повреждения почв тракторами, на 7-летних вырубках, находящихся в стадии возобновления, а также в сильно нарушенных хозяйственной деятельностью грабинниковых зарослях.

При отсутствии леса сток по поверхности изменялся от 12 до 97% выпавших осадков, а вынос продуктов эрозии - от 4 до 31 т/га [32].

По степени влияния на почвенный покров наиболее отрицательное воздействие оказывают сплошные рубки при наземной 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 почвогрунтов.

Исследованиями показано, что в основе последствий главных рубок при лесосечной форме хозяйства и наземных способах трелевки древесины, важнейшими являются:

деградация местообитаний, снижение плодородия, ухудшение водно-физических и химических свойств почв, развитие ускоренной эрозии в связи с резким увеличением склонового стока и, следовательно, снижение продуктивности новых поколений леса.

Накопление молодняков на площади речных бассейнах от 10% до 25-30% приводит к устойчивому уменьшению базисного речного стока. Аналитическая зависимость коэффициента изменения базисного стока К"(изм) от доли молодняков в бассейне реки Fмол (в %) описывается формулой:

При последующем уменьшении ежегодных величин площадей молодняков и возврате их на уровень 20-25% от площади бассейна реки наблюденный сток в 2-3 раза и более превышает сток калибровочного периода. Из этого можно сделать вывод о том, что вся экологическая система на уровне речного бассейна после интенсивных антропогенных воздействий не возвращается к исходному состоянию, т.е. образуются новые лесные экосистемы с другими параметрами (качественно новые экосистемы).

Интегральным оценочным показателем проводимых в лесах хозяйственных мероприятий является уровень средозащитных функций, выполняемых насаждениями. В нормативном документе "Критерии и индикаторы устойчивого управления лесами Российской Федерации" (1997) сохранение экологического потенциала лесной растительности должно обеспечиваться критерием 3 "Сохранение и поддержание защитных функций лесов", который оценивается через доли лесных площадей, основным назначением которых является выполнение водоохранных, защитных, санитарно-гигиенических, оздоровительных и иных функций.

Стратегические цели, которые должен обеспечить данный критерий:

- сохранение почв лесного фонда, предотвращение их от эрозии, охрана и контроль целостности почвенного покрова, плодородия почв;

- поддержание и укрепление защитных функций противоэрозионных лесов на землях с пересеченным и горным рельефом;

- сохранение вод лесного фонда, предотвращение их деградации, поддержание количества и качества вод в состоянии, не вызывающем отрицательных последствий для окружающей среды;

- поддержание защитных функций лесов, имеющих водорегулирующее и водоохранное значение.

Ключевые элементы критерия: управление водоохранными и противоэрозионными лесами с учетом их экологического и социального значения и биосферной роли;

охрана вод в связи с рубками леса и обезлесиванием водораздельных территорий, а также обеспечение равномерности водного стока в течение года, сохранение хорошего качества воды, поддержание в воде баланса минеральных и органических веществ, защита водной среды обитания лесной флоры и фауны.

Экспериментально доказано, что восстановление защитных функций после рубок до исходного уровня во многих случаях не происходит. Лесные экосистемы приобретают другие, более низкие средоформирующие характеристики. По этой причине учет только доли лесных площадей, основным назначением которых является выполнение водоохранных, защитных, санитарно-гигиенических, оздоровительных и иных функций, недостаточен. Оптимизацию лесного хозяйства и лесопользования, основанных на экологических принципах, необходимо осуществлять через систему дополнительных критериев и их количественных характеристик (индикаторов) регионального и локального уровня.

Экологические критерии рационального природопользования Основным условием стратегии лесопользования для горных территорий принимается принцип управления лесами на уровне водосборных бассейнов рек. Только при этом условии обеспечивается оптимизация лесохозяйственного производства, лесопользования и воспроизводство лесных ресурсов с учетом экологических ограничений.

В качестве основных условий лесных пользований на водосборах для горных территорий принимаются следующие экологические критерии:

- лесистость водосборного бассейна;

- экологический потенциал насаждений водосбора;

- качественная продуктивность насаждений;

- возрастная структура насаждений на водосборе;

- размеры лесопользования на водосборе и его технологические особенности;

- оптимальное биоразнообразие лесных экосистем на водосборе.

Применение экологических критериев для ведения лесного хозяйства по водосборам обусловливает необходимость решения вопроса о размерах водосбора, принимаемых в качестве региональных хозяйственно целесообразных единиц. Максимальное использование экологических функций насаждений обеспечивается планированием и проведением хозяйственных мероприятий в пределах этих водосборов (с учетом их пространственного расположения на водосборе основной реки). Опытным путем для условий Причерноморской зоны Кавказа определены придержки площадей хозяйственных водосборов с учетом формационной структуры насаждений - до 3000 га.

- Критерий 1. Лесистость (облесенность) водосборного бассейна.

В качестве одного из критериев в стратегии лесных пользовании принимается уровень лесистости водосборного бассейна и его динамика в связи с рубками. Связано это с тем, что стабилизация природных процессов на горных водосборах определяется количеством, состоянием и территориальным размещением на них лесной растительности.

Таблица 47 - Критическая лесистость водосборов в зависимости от формационной структуры насаждений и крутизны склонов Группы крутизны Критическая лесистость,% склонов, град. Дубравы Буковые и пихтовые леса Доказано, что в конкретных физико-географических условиях лесистость водосборных бассейнов не должна опускаться ниже порогового (критического) уровня. В зависимости от геофизического фона оптимальные значения лесистости для горных водосборов колеблются в пределах 65…85 %. Нижние пороговые значения лесистости также варьируют в значительных пределах (20…35 %).

Исследованиями в условиях рассматриваемого региона установлено, что критическая (пороговая) лесистость водосборных бассейнов при многоцелевом использовании природных ресурсов определяется комплексом лесорастительных условий и, прежде всего такими показателями как формационная структура насаждений и крутизна занимаемых ими склонов. Так, для водосборных бассейнов рек региона значения пороговой (критической) лесистости в зависимости от крутизны склонов определены: в дубравах - от 20 до 40%, в буковых насаждениях - от 40 до 70%.

Интегральная критическая лесистость конкретного водосбора исчисляется как средневзвешенная величина, исходя из фактического распределения территории рассматриваемого водосбора по группам крутизны. Исходя из соотношения критической и фактической лесистости и динамики изменения других критериев (возрастная структура насаждений, экологический потенциал лесной растительности и др.) определяется стратегия лесопользования (размеры главных рубок и некоторых видов рубок ухода и санитарных рубок и т.д.).

Индикаторы критерия: существующая и оптимальная лесистость; пороговая (критическая лесистость) с учетом формационной структуры насаждений и крутизны склонов, занимаемых лесной растительностью.

Стратегические цели, которые должен обеспечить критерий: оптимизация лесопользования, достигаемая размерами рубок с учетом экологических ограничений; минимизация трансформации покрытой лесом территории в связи с освоением лесосырьевых ресурсов.

Критерий 2. Экологический потенциал водосбора с лесной растительностью определяется степенью влияния насаждений на окружающую среду и характеризуется следующими основными функциями: водоохранной и водорегулирующей; почвозащитной (противоэрозионной); климаторегулирующей; санитарно-гигиенической, а также рекреационной. Все перечисленные элементы экологического потенциала взаимосвязаны друг с другом и образуют сложную систему, в которой одна или несколько функций могут иметь приоритет над другими. Количественные масштабы влияния леса на окружающую среду в значительной мере обусловлены размерами водосборов, их лесистостью и пространственным размещением лесов на них.

Количественными характеристиками перечисленных функций являются их индикаторы. Индикатором водоохранной функции леса является безразмерная величина (в долях от единицы или в % %), определяемая как отношение годового базисного стока водотока к годовому количеству выпавших на водосбор осадков.

Индикатором водорегулирующей функции леса является безразмерный коэффициент, полученный как отношение величины склонового стока (в объемных единицах или в мм слоя) за гидрологический год ко всему объему годового стока на водосборе. Методика расчета индикатора включает наблюдения за стоком на водосборе, построении гидрографов стока и его расчленении на склоновую (быстрого стока) и грунтовую (медленного стока) составляющие.

Индикатором почвозащитной функции леса является безразмерный коэффициент, полученный как отношение величины твердого стока (т.е. стока взвешенных наносов в объемных или весовых единицах) за гидрологический год к среднемноголетнему объему твердого стока на водосборе (за год). Аналогичное значение имеет также безразмерный коэффициент, представляющий отношение средней мутности воды в водотоке (за год) к величине фоновой мутности для рассматриваемой части региона.

Климаторегулирующая и санитарно-гигиеническая функции леса чрезвычайно сложны в инструментальном их определении и оценке. В качестве интегрального индикатора критерия этих функций на данном этапе принимается общее накопление углерода в лесных насаждениях и, если необходимо, по основным лесообразующим породам.

Перечисленные выше индикаторы обеспечивают слежение и оценку изменения экологического потенциала водосбора в связи с освоением лесосырьевых ресурсов. При этом индикатор водоохранной функции характеризует роль всего водосбора, в том числе - растительности, произрастающей на его поверхности, а также ее состояние. Чем выше показатель, тем более полезной значимостью (в социально-хозяйственном отношении) обладает водосбор, поскольку этот показатель характеризует потенциально возможный к использованию объем качественной воды.

Индикатор водорегулирующей функции лесной растительности контролирует водопроницаемость склонов водосбора, благодаря которой происходит перевод быстрого склонового стока (т.е. проходящего в верхнем полуметровом слое почвы и на её поверхности) в медленный (относительно зарегулированный водосбором) сток. Поэтому введение этого индикатора регулирует хозяйственную деятельность на водосборе с целью обеспечения благоприятного водного режима и недопущения развития эрозионных процессов.

Индикатор почвозащитной функции леса обеспечивает слежение за состоянием водной эрозии почв на горных склонах, что способствует сохранению почв и обеспечивает максимальное продуцирование первичной органической массы, формирование определенного водного и теплового режима склонов; стабилизацию и развитие почвенного покрова, минимальную мутность воды в реках и наибольшее значение грунтовой (подземной) составляющей в годовом объеме стока.

Оценка экологического потенциала лесных экосистем при многоцелевом природопользовании должна производиться с учетом их различного иерархического уровня.

На уровне элементарных водосборов оценка лесных экосистем за счет изменений экологического потенциала лесной растительности производится по шкале, приведенной в табл. 47. В таблице суммарный экологический ущерб по отношению к эталону, при всех способах рубок определен на основе расчета следующих показателей (факторов) нарушения среды под воздействием рубок леса: повреждений почвы в % от общей площади лесосек; сноса почвы за пределы лесосеки, м3/га; повреждений подроста, % от наличия его до рубки; повреждений деревьев, оставленных на доращивание после несплошных рубок, % от оставшегося после рубки запаса; от изменения склонового стока (расчет экологического ущерба от его изменений в динамике на вырубках выполнен с учетом того, что склоновый сток с участков без повреждения поверхности почвы близок к нулю). Суммарный объем склонового стока следует считать невосполнимой потерей грунтовой воды, т.е.

утратой лесными насаждениями значительной части своих водоохранных и водорегулирующих функций.

Сложность методики расчета гидрологических оценок экологических свойств лесных биогеоценозов (лесной фитоценоз во взаимодействии с почвой) водосборов различной лесохозяйственной иерархии обусловливает необходимость применения интегральной оценки экологического потенциала объекта. Опосредствованным показателем интенсивности пользования лесными ресурсами и реакции насаждений на изменение состояния почвенного покрова, а следовательно - и водного режима лесного участка, является лесной фитоценоз, как совокупность древесной, кустарниковой и травянистой растительности.

Необходимым условием его расчета является использование достаточно достоверных и информативных параметров лесного фонда. Этому условию отвечают материалы лесоустройства, поскольку при нормативных допусках в определении отдельных показателей древостоя (насаждения) их статистическая достоверность обеспечивается множеством наблюдений (пунктов таксации).

Таблица 48 - Интегральные показатели уменьшения экологического потенциала лесных экосистем при освоении лесосырьевых ресурсов региона (в относительных единицах) Буковые, буково-пихтовые, пихтовые насаждения стью до 30%) Узколесосечные рубки 0-10 2,5 - - При этом на уровне таксационного выдела (первый уровень) оценивается влияние рубок на водорегулирующие и почвозащитные функции насаждения; участки первого уровня в гидрологическом отношении характеризуются отсутствием ручьевого стока вследствие малой концентрации почвенно-грунтовых вод. На уровне элементарного водосбора критериями выступают водорегулирующая, почвозащитная и лесосырьевая функции леса;

На уровне речных водосборов критерии и оценки экологического потенциала лесной растительности производятся на основе показателей состояния и структуры лесных фитоценозов, как индикаторов лесорастительных условий. Основные факторы качественного и количественного влияния лесов на окружающую среду связаны с лесистостью территории, степенью концентрации живого и мертвого органического вещества в экосистемах и характером их пространственного распределения в ландшафтах. Отсюда, критериями экологического потенциала приняты: лесистость; гидрологическая роль леса на водосборе (его водоохранная и водорегулирующая функции); почвозащитная роль леса. На уровне хозяйственного водосбора оценивается водоохранная, почвозащитная, санитарно-гигиеническая и лесосырьевая функции леса. На уровне водосборного бассейна реки - водоохранная, почвозащитная, санитарно-гигиеническая и лесосырьевая функции леса. Перечисленные критерии обеспечивают оценку изменения экологического потенциала водосбора в связи с освоением лесосырьевых ресурсов.

Установлено, что почвозащитные и средоформирующие свойства насаждений не связаны напрямую с их возрастом, полнотой и бонитетом. Так, максимальными водорегулирующими и водоохранными функциями обладают как высокополнотные материнские древостои в возрасте от приспевания до естественной спелости, т.е. до момента начала их распада, так и молодняки на вырубках 30-40- летнего возраста.

Кроме того, экологический потенциал лесной экосистемы при однородных биоклиматических показателях, зависит от водно-физических свойств и мощности почвенного покрова. В свою очередь мощность почвы тесно связана с крутизной склона.

Оценка ухудшения экологического потенциала лесных экосистем на уровне речных водосборов основывается на полученной экспериментальным путем зависимости коэффициента изменения базисного стока реки от площади и возраста вырубок:

где Fмол - площадь вырубок 20-летнего возраста в % от площади водосбора;

К"(изм) - коэффициент изменения базисного стока реки в долях от 1.

Накопление молодняков на площади речных бассейнах от 10% до 25-30% приводит к устойчивому уменьшению базисного речного стока (табл. 48):

Таблица 49 - Изменение базисного стока реки в зависимости от площади вырубок При уменьшении площадей вырубок и возврате их на уровень 20-25% от площади бассейна реки в связи с формированием нового поколения леса коэффициенты изменения базисного стока превышают 1,0, т.е. наблюденный сток в 2-3 раза и более превышает сток, наблюдавшийся до проведения рубок на водосборе. В этой связи деградация лесных экосистем в бассейне реки приводит к тому, что вся экологическая система на уровне речного бассейна после интенсивных антропогенных воздействий переходит на новый, более низкий уровень.

Критерий 3. Качественная продуктивность насаждений - определяется породным составом насаждений, их продуктивностью и санитарным состоянием. Сохранение качественной продуктивности лесов обеспечивает непрерывность и постоянство использования сырьевых ресурсов, поддержание экологического потенциала территорий, и в конечном счете, связано с величиной накопления органического вещества на единицу площади.

Количественными показателями (индикаторами) данного критерия выступают:

распределение покрытой лесом площади по преобладающим породам; средние запас и прирост древесины на водосборе; распределение покрытой лесом площади по классам бонитета и полноте; санитарное состояние насаждений на водосборе.

Стратегические цели, которые обеспечивает данный критерий: постоянство или повышение качества лесосырьевых ресурсов; сохранение видового биоразнообразия.

Критерий 4. Возрастная структура насаждений. Насаждения различных возрастных групп оказывают неодинаковое влияние на поддержание экологического потенциала территорий. Максимальными средозащитными функциями характеризуются приспевающие и спелые насаждения, а также насаждения непрерывного цикла развития (разновозрастные), произрастающие в оптимальных для них условиях. Молодняки до 10…15летнего возраста составляют около 30% величины защитных функций в сравнении с материнским насаждением, а к 30-40-летнему возрасту они могут быть сравнимы с ними по влиянию на среду. В этой связи важное значение приобретает соотношение возрастных групп насаждений на водосборных бассейнах. Оптимальным соотношением возрастных групп насаждений в процессе хозяйственного освоения лесосырьевых ресурсов следует считать равномерное распределение древостоев по возрастным группам в пределах водосбора, с учетом насаждений исключенных из расчета пользования. Такое условие должно реализоваться при исчислении и пространственном размещении расчетных лесосек на различных уровнях - хозяйственном водосборе и лесничестве. В этом случае достигается оптимальный баланс в использовании как сырьевого, так и средозащитного потенциала лесов, сохранение биологического разнообразия.

Количественным индикатором указанного критерия является соотношение площадей насаждений различных возрастных групп (молодняки, средневозрастные, приспевающие, спелые и перестойные), выраженное в процентах от покрытой лесом площади водосбора. Стратегические цели, которые обеспечивает данный критерий: постоянство, равномерность и неистощительность использования лесосырьевых ресурсов; депонирование углерода и регулирование его содержания в атмосфере.

Критерий 5. Размеры лесопользования и технология рубок на водосборе. Лесные пользования условно подразделяются на главное, промежуточное, побочное и рекреационное. Основной целью главного пользования является заготовка древесины, промежуточного пользования - лесоводственный уход за древостоем и заготовка древесины, побочного - заготовка недревесной продукции леса, рекреационного - использование лесов для отдыха и туризма. Однако наиболее ощутимый экологический ущерб лесным экосистемам наносят рубки леса, как при главном, так и при некоторых видах рубок промежуточного пользования. Поэтому критерием размера лесопользования на данном этапе исследований принимается размер рубок леса по главному и промежуточному пользованию на водосборе.

Количественными индикаторами критерия принимаются:

- площадь сплошных рубок главного пользования и сплошных санитарных рубок на водосборе (увязывается с его критической лесистостью);

- площадь несплошных рубок главного и промежуточного пользования;

- технологии лесосечных работ, применяемые при этих рубках (% от площади рубок).

Стратегические цели, которые должен обеспечивать критерий: непрерывность лесопользования; сбалансированность общего объема рубок; сохранение экологического потенциала лесной растительности.

Критерий 6. Оптимальное биоразнообразие лесных экосистем. Биологическое разнообразие лесного фонда включает количественные и качественные характеристики изменчивости живых организмов, а также экологических комплексов. Практическая деятельность по сохранению биологического разнообразия в лесах региона предполагает, в первую очередь, сохранение и поддержание исторически сложившейся структуры лесного фонда, что обеспечивает сохранение мест обитания и, следовательно, биологического разнообразия на генетическом, видовом и экосистемном уровнях.

В качестве индикаторов критерия биологического разнообразия принимаются:

доля площади покрытых лесом земель водосбора основных лесообразующих пород; площадь лесных территорий, предназначенная для сохранения или поддержания генетического разнообразия лесов. Стратегические цели, которые должен обеспечивать настоящий критерий: сохранение местообитаний (полностью или частично) для выживания биологических видов растений и животных; поддержание состава и структуры лесного фонда, обеспечивающих сохранение жизнеспособных размножающихся популяций и видов.

Применение в лесохозяйственной практике разработанной системы критериев и способов определения их количественных характеристик (индикаторов) обеспечивает достижение стратегических целей, связанных с неистощительным использованием ресурсного потенциала горных лесов и контролируемых изменений их средоформирующих и защитных функций.

5.2. Принципы организации лесопользования в горных условиях Освоение лесных ресурсов горных территорий сопряжено с решением сложных лесоводственных, экологических и технических проблем. Установлено, что при горных лесозаготовках наибольшее влияние на экологический потенциал, состав и продуктивность нового поколения леса оказывают применяемые способы рубок и технологии лесосечно-транспортных операций. Использование наземных способов трелевки древесины сопровождается значительными негативными последствиями. В связи с уплотнением и разрушением почвенного покрова, развитием эрозионных процессов, сменой пород снижаются продуктивность и качественные показатели нового поколения леса. Нарушается гидрологический режим горных рек.

Важнейшим показателем режима лесопользования в горных лесах являются системы рубок и применяемые технологии лесосечно-транспортных операций. Интересы охраны окружающей среды и качественного воспроизводства лесов при освоении их лесосырьевых ресурсов имеют принципиальное значение в обосновании рациональных систем ведения лесного хозяйства. В отношении лесов произошло смещение акцента с ресурсного потенциала на многоцелевое неистощительное лесопользование, в рамках которого оптимизация использования полезных свойств леса и непокрытых лесом земель связана с необходимостью сохранения и восстановления экологических и социальных функций леса, а также качественным воспроизводством всех других лесных ресурсов. В наиболее полной мере этот принцип реализуется концепцией экологического лесопользования.

Концепция экологического лесопользования исходит из посылки уравновешенного с возможностями леса использования всех видов ресурсов. Для выполнения этой задачи необходимо осуществление по меньшей мере следующих условий:

- хозяйственное воздействие на лесные экосистемы не должно приводить к утрате ими способности к самовосстановлению и снижению продукционного потенциала и биологического разнообразия;

- вмешательство в жизнь леса должно сопровождаться прогнозами лесоводственноэкологических последствий принимаемых решений;

- применяемые технические средства, способы и технологии извлечения ресурсов не должны приводить к невосполнимому снижению качества окружающей среды.

В свете разработки концепции экологического лесопользования очень важными представляются оценка и прогноз качественного и продукционного потенциала нового поколения леса.

Как показали исследования, в водосборных бассейнах рек Псекупса и Пшехи площадь молодняков, качественная структура и продуктивность нового поколения леса тесно связаны с лесорастительными условиями площадей рубок. На большей части выруРаздел приводится по данным И.П.Коваля (Коваль И.П., Битюков Н.А. Экологические основы пользования лесом на горных водосборах. Краснодар, Изд.центр Кубанский учебник, 2001, 408 с.) бок насаждений дуба скального в свежей группе типов леса (СВДС) преобладает главная порода (83,2%). Смена пород произошла на 16,8% площадей рубок. Смена коренной породы происходит преимущественно на граб и осину. При этом на долю грабовников приходится 8,9% площади молодняков, осинников 7,2%. Из общей площади молодняков, возобновившихся дубом, на 46% в возобновлении преобладает дуб порослевого происхождения.

В группах типов леса сухие и очень сухие дубняки дуба скального (СХДС и ОСДС) в молодняках практически доминирует дуб, однако количество площадей, на которых насаждения сформировались порослевым путем, увеличилось и составляет соответственно 79,2% и 86,2% от общей площади вырубок.

В насаждениях дуба черешчатого, в свежих условиях (СВДЧ) смена пород преимущественно на граб отмечена на 20,2% вырубок. Во влажной группе типов леса (ВЛДЧ) этот процесс идет более интенсивно, здесь на 32,7% площадей в возобновлении господствуют второстепенные породы. В таких условиях доминирующей породой является ольха черная. Порослевых древостоев дуба черешчатого образуется сравнительно мало.

Своеобразно протекают возобновительные процессы на вырубках дуба пушистого, произрастающего в сухих и очень сухих группах типов леса. По имеющимся данным, в таких условиях после рубок, наряду с появлением поросли и самосева осины и граба, происходит интенсивный рост грабинника, скумпии, кизила, что приводит в конечном итоге к снижению продуктивности и деградации насаждений.

Максимальных полнот (0,8…0,9) насаждения дуба скального, как в свежих так и сухих условиях, достигают в возрасте 20…30 лет. Насаждения в свежей группе типов леса отличаются более интенсивном приростом по высоте и запасу. В свежих условиях местопроизрастания доля дуба к 40 годам составляет в среднем 50%, причем на высокоствольный дуб приходится около 20% и его участие в составе практически не изменяется с возрастом вырубок. Доля низкоствольного дуба с возрастом увеличивается до 30%.

В сухой группе типов леса, с увеличением возраста отмечается снижение участия в составе древостоев семенного дуба и значительное повышение доли дуба порослевого происхождения (к 40 годам до 7 единиц).

Насаждения дуба черешчатого достигают максимальной полноты уже к возрасту 11…20 лет. Во влажных условиях они характеризуются более высокими запасами древесины. Однако, если в свежих условиях доля дуба в составе насаждений составляет около 40%, то во влажных - только 20%, при этом прослеживается тенденция к ее уменьшению с возрастом насаждений. Это связано со значительным накоплением в составе насаждений второстепенных пород (осины, ольхи, граба) и их интенсивным ростом.

В буковых насаждениях при лесосечной форме хозяйства (сплошные, постепенные рубки) свыше 60% вырубок возобновилось буком. На 37…39% площадей доминируют второстепенные породы: в свежей группе типов леса (СВБК) - граб, во влажной (ВЛБК) – ольха. Насаждения с преобладанием бука представлены высокополнотными древостоями, однако участие бука в их составе невелико. В свежей группе типов доля бука достигает 40%. Во влажных условиях к 30 годам участие в составе бука снижается до 2 единиц. В связи с этой тенденцией проведение рубок ухода здесь является необходимым лесохозяйственным мероприятием. При этом интенсивность ухода должна быть достаточно высокой.

Размеры снижения продуктивности вторичных буковых и дубовых лесов в зависимости от способов рубок, крутизны склонов и технологий лесосечных работ (средний запас буковых насаждений в возрасте 30 лет составляет 90 мЗ/га, дубовых - 120 мЗ/га) позволяют отметить, зависимость этого показателя от крутизны осваиваемого рубками склона. При применении гусеничных тракторов на лесосечно-транспортных работах потери корневого запаса достигают 16…28%. Средосберегающие технологии на базе канатных установок снижают эти потери до 2…5%. Смена семенных насаждений дуба скального на порослевые в свежей группе типов леса уже к 40-летнему возрасту приводит к уменьшению продуктивности на 24%, при смене на граб - на 19%, на осину - на 10%.

Сохранение продукционного потенциала вторичных лесов на уровне коренных насаждений обеспечивается за счет использования средосберегающих технологий на базе канатных систем и вертолетной техники и своевременного проведения всего цикла лесохозяйственных мероприятий.

В целях снижения эрозии почв пасечные волоки должны размещаться применительно к горизонталям склона, а их густота не должна превышать нормативы, устанавливаемые с учетом конкретных лесорастительных условий. Прокладка магистральных тракторных волоков должна осуществляться, как итог разработки специальных проектов по транспортному освоению конкретных водосборных бассейнов. Для снижения уровня средоразрушительных процессов от рубок леса целесообразно внедрение мер экономической ответственности за лесоводственно-экологические последствия главных рубок.

Рубки ухода за лесом являются важнейшим лесохозяйственным мероприятием, обеспечивающим формирование породного состава и структуры насаждений, улучшение их качественных характеристик. При этом основными видами указанных мероприятий являются осветления и прочистки (рубки ухода в молодняках).

Основными принципами ведения лесного хозяйства в горных лесах, направленного на их многоцелевое использование, повышение и сохранение водоохранно-защитных функций насаждений, являются:

- комплексный подход к одновременному использованию лесосырьевых ресурсов при максимальном сохранении средозащитных свойств насаждений предусматривает применение таких способов и объемов рубок, а также технологий лесосечных работ, которые не влекут за собой значительные изменения в гидрологическом режиме и водном балансе бассейнов речных систем и малых водосборов региона;