Отчет центра по проблемам экологии и продуктивности лесов ран



страница1/7
Дата23.04.2016
Размер1.09 Mb.
ТипОтчет
  1   2   3   4   5   6   7
«Утверждаю»

академик-секретарь

Отделения биологических наук РАН

академик __________А.И. Григорьев

«……»………….200 г.

ОТЧЕТ

Центра по проблемам экологии и продуктивности лесов РАН

о результатах научно-исследовательских и научно – организационных работ

за 2008год

  1. Наиболее важные результаты научных исследований.

Разработана методология прогнозирования динамики углеродного бюджета лесов при различных сценариях лесоуправления. Прогнозирование углеродного бюджета базируется на математическом моделировании естественной и антропогенной динамики породно-возрастной структуры лесов и системе конверсионных коэффициентов, обеспечивающих возможность перехода от показателей продуктивности лесных экосистем к запасам углерода в различных фракциях фитомассы и мертвой органике. Выполнены прогнозные расчеты углеродного потенциала лесов в тестовых регионах страны при различных режимах охраны, использования и воспроизводства лесных ресурсов. Получены оценки масштабов воздействия естественных нарушений, рубок леса и режимов лесовосстановления на динамику углеродного бюджета лесов тестовых регионов страны. (6.2., ЦЭПЛ РАН).
Разработана методология мониторинга биоразнообразия лесов, учитывающая пространственно-временную динамику лесных экосистем. Дана характеристика основных стадий восстановительного цикла, позволяющих оценивать динамическое разнообразие на отдельных этапах лесообразовательного процесса. Разработаны методы и предложены индикаторы для оценки биоразнообразия на разном пространственном уровне. Разработана технологическая основа для формирования информационной базы мониторинга биоразнообразия лесов на разных иерархических уровнях организации наземного покрова с учетом состояния и динамики лесных экосистем, их экологического и ресурсного потенциала. Опубликована книга «Мониторинг биологического мониторинга лесов России: методология и методы». Отв. ред - ак. А.С. Исаев Наука. 2008. (6.3., ЦЭПЛ РАН).
Разработан метод долгосрочного прогнозирования динамики породно-возрастной структуры лесов при различных масштабах воздействия огня на лесные экосистемы. Даны прогнозные оценки последствий лесных пожаров и масштабов пирогенных эмиссий углерода при различных уровнях охраны лесов от пожаров. Разработана методика районирования лесных территорий по степени активности сибирского шелкопряда с использованием данных о теплообеспеченности мест его обитания, кормовой базы (древесная порода) и вероятности возникновения очагов массового размножения. Дана оценка возможностей материалов космических съемок различного пространственного, спектрального и временного разрешения применительно к задачам мониторинга организации и состояния лесопользования. Разработана методика наземного мониторинга состояния лесов, подверженных воздушному промышленному загрязнению, с учетом международных стандартов и специфики лесов России (Программа Президиума РАН «Изменения окружающей среды и климата: природные катастрофы») (6.2., ЦЭПЛ РАН).
Выявлены закономерности изменения питательного режима почв и доминирующих растений в ходе аутогенных и аллогенных сукцессий северотаёжных лесов. Показаны микропарцеллярные и парцеллярные особенности формирования кислотности и питательного режима почв. Установлено, что в ходе аутогенных сукцессий происходит накопление гумуса и элементов питания в почвах, связанное с закономерной сменой видов растений. В процессе аллогенных сукцессий, вызванных действием пожаров и воздушного промышленного загрязнения, интенсифицируются процессы элювиирования, обеднения почв, дигрессии лесов. Опубликована книга Лукиной Н.В., Полянской Л.М., Орловой М.А. Питательный режим почв северотаежных лесов, », М., Наука, 2008. (6.2., ЦЭПЛ РАН).


  1. Разработки института, реализуемые или реализованные в практике в 2008 году

Разработана технология оценки эффективности использования ресурсов (субвенций), выделяемых на охрану лесов от пожаров. Эффективность охраны оценивается набором показателей, характеризующих удельные расходы на борьбу с огнем, своевременность тушения лесных пожаров, масштабы разрушительного воздействия огня на лесные экосистемы и размеры предотвращенного ущерба от лесных пожаров в натуральном и стоимостном выражении. Расчет текущих и сезонных показателей эффективности осуществляется по данным мониторинга лесных пожаров, государственных статистических наблюдений и отчетности лесного хозяйства. Проведена оценка эффективности использования субъектами Российской Федерации субвенций, выделенных на охрану лесов от пожаров в 2007 году. Показана необходимость зонирования лесов по уровню охраны, совершенствования существующего порядка распределения ассигнований на охрану лесов и методики оценки ущерба лесному хозяйству вследствие лесных пожаров (6.2., ЦЭПЛ РАН).

Разработанная методика наземного мониторинга лесов, соответствующая международным стандартам (ICP Forests), утверждена Федеральным агенством лесного хозяйства.. В соответствии с данной методикой Российский центр защиты леса проводит мониторинг состояния лесов на регулярной сети в Ленинградской , Псковской, Новгородской и Калининградской областях и в Республике Карелия. (6.2., ЦЭПЛ РАН).


3. Важнейшие законченные научно-исследовательские работы (разработки) и готовые к практическому использованию

Разработана новая технология оценки пирогенных эмиссий углерода с использованием карт запасов лесных горючих материалов до пожара (база данных и карты созданы в ЦЭПЛ РАН в рамках НИР 2007 года) и поврежденных пожарами лесов, выделяемых по спутниковым данным среднего пространственного разрешения MODIS (разработчик метода картографирования пожаров - ИКИ РАН) (6.2., ЦЭПЛ РАН).

На основе данных о пройденных пожарами участков леса и степени повреждения огнем лесной растительности для каждого поврежденного участка восстанавливается тип пожара (верховой, низовой) и его интенсивность (слабы, средний сильный). Затем через конверсионные коэффициенты определяется для всех слоев вертикального профиля насаждения (приложение 1) количество ЛГМ и углерода израсходованного во время действия пожара. На завершающей стадии полученные оценки интегрируются на регулярную сеть размерностью 20 на 20 км с целью минимизации ошибок, существующих в мелкомасштабных картах запасов ЛГМ до пожара (6.2., ЦЭПЛ РАН).

Созданы серии среднемасштабных карт (1:50 000 - 1:100 000), характеризующих структуру и динамику растительного покрова юго-запада Московской области по разработанным критериям и индикаторам биоразнообразия состояния лесов (6.3., ЦЭПЛ РАН).


Результаты научно-исследовательских работ по темам по основным направлениям фундаментальных исследований по биологии
43. Экология организмов и сообществ

01.2 .00703667. Оценка биосферной роли бореальных и арктических экосистем России в связи с изменением климата и антропогенным воздействием

Научный руководитель – д.б.н. Д.Г. Замолодчиков

Прогноз динамики баланса парниковых газов в лесах при различных стратегиях лесоуправления.

Для ряда регионов России осуществлен модельный прогноз углеродного бюджета лесов при различных сценариях управляющих и нарушающих воздействий. При сохранении текущего уровня лесопользования, лесовосстановления и охраны леса Приморского края., Амурской области. и Еврейской автономной области останутся стоком атмосферного углерода. Леса Хабаровского края будут источником углерода по пулу фитомассы за счет влияния пожаров. Активизация охраны лесов от пожаров является эффективной мерой по усилению поглощения углерода лесами, особенно в Хабаровском крае и Амурской обл. Среди рассмотренных регионов леса Северного Кавказа обладают наиболее высокими современным потенциалом поглощения углерода. Эти леса остаются стоком углерода даже при трехкратном повышении современного уровня лесопользования. При планировании мероприятий в целях увеличения стоков парниковых газов следует принимать во внимание региональные особенности ведения лесного хозяйства.



Мониторинг динамики активного слоя почвы в криогенных экосистемах при климатических изменениях

Продолжен экспериментально-полевой мониторинг состояния активного слоя почвы и кровли вечной мерзлоты в типичных дальневосточных и южных европейских тундрах. Для Северо-Востока Европейской части подтверждена устойчивая тенденция к увеличению глубины сезонного оттаивания, а также отмечено сокращение площади вечной мерзлоты в районах ее спорадического распространения. В типичных дальневосточных тундрах многолетние вариации мощности активного слоя имеют циклический характер, устойчивые направленные тенденции не обнаруживаются. Различия современного характера динамики активного слоя определяются региональной спецификой проявлений климатических изменений



01.2. 07 03665. Методологические основы экосистемного управления лесами и устойчивого лесопользования

Научный руководитель – д.с.х.н. В.И. Сухих

Задачей исследований являлось обоснование научных подходов к экосистемному управлению многоцелевым лесопользованием и разработка предложений по оптимизации неистощительного пользования различными видами лесных ресурсов в зоне интенсивного лесного хозяйства.

Рассмотрена роль модельных лесов в развитии экосистемного лесопользования, проведен анализ положений современных Правил рубок. Предусмотрена организация модельных лесов на общей площади более 3 млн. га, с расположением в 31 лесном районе. В географическом отношении модельные леса должны охватывать территорию, на которой представлены разнообразные виды ландшафтов, земли сельскохозяйственного назначения, особо охраняемые природные территории, водные объекты и населенные пункты.

Устойчивое лесоуправление в модельных лесах должно обеспечивать сочетание трех важных компонентов: получение долговременной и стабильной экономической выгоды от лесопользования, выполнение экологических требований при лесоэксплуатации, соблюдение интересов местного населения.

Для модельных лесов будет актуально изучение и определение оптимального соотношения:

- фактического и расчетного объемов заготовки древесины;

- площади несплошных и сплошных рубок леса;

- динамики среднего прироста;

- эффективности лесовосстановительных мероприятий по способам и методам проведения;

- породной, возрастной и бонитетной структуры насаждений;

- объемов биотехнических мероприятий;

- объемов и видов мероприятий по защите и охране леса, динамике площадей, занимаемых не покрытыми лесом площадями.

Новые Правила заготовки древесины, особенно при сплошнолесосечной системе рубок, направлены на получение наибольших объемов древесины с максимальной экономической выгодой и минимальным соблюдением экологических требований по сохранению биологического и ландшафтного разнообразия лесных пространств, предусмотренные, в частности, обязательствами при добровольной лесной сертификации и Конвенциями по биоразнообразию.

Экологическое управление лесами на экосистемном уровне должно быть организовано с учетом сохранения сети ключевых в средообразующем и природном отношении участков территории, обеспечивающих защиту популяции редких и уязвимых видов растений и животных. Для создания и внедрения механизмов сохранения и восстановления видового разнообразия разработаны предложения по стратегии сохранения редких и находящихся под угрозой исчезновения видов животных, растений и грибов. Приоритетными мерами стратегии являются:

- сохранение популяций в естественной среде обитания;

- сохранение и восстановление природной среды обитания, реконструкция биотопов;

- восстановление утраченных популяций.

Сохранение и восстановление среды обитания редких видов крайне важны в регионах с интенсивной хозяйственной деятельностью человека. Некоторые виды животных, имея в целом обширный ареал, в определенные периоды жизненного цикла концентрируются на крайне ограниченной территории. Уничтожение такого ключевого местообитания или негативное воздействие на скопление самих животных могут поставить вид в критическое положение. С этой целью необходимо предусмотреть выделение ключевых участков (экотопов), учитывающих особенности рельефа территории (например, овражно-балочная сеть) и размещения водных источников (временные водотоки и пересыхающие русла рек) при планировании лесохозяйственных мероприятий. Картографирование подобных специфических биотопов возможно по топографическим картам, данным лесоустройства и специальных обследований, аэрокосмическим снимкам.

На основе анализа источников информации предложены варианты составления карт местообитания редких и уязвимых видов животных, растений и грибов в целях сохранения их популяций при многоцелевом лесопользовании. Составлена карта редких и находящихся под угрозой исчезновения видов растений для НП «Куршская коса».
01.2. 007 03663. Разработка методологии мониторинга и восстановления лесов, подверженных воздушному промышленному загрязнению

Научный руководитель – д.б.н. Н.В. Лукина

Дан анализ методологии мониторинга лесов, подверженных воздушному промышленному загрязнению, принятой в России и зарубежных странах. Основными подходами к типизации лесной территории, нарушенной выбросами промышленных предприятий, являются: зонирование, градиентный и сукцессионный поход. Обоснована правомерность использования разных подходов, особое внимание уделяется сукцессионному подходу. Показано, что на лесных территориях наблюдается мозаика стадий дигрессионных и демутационных сукцессий, обусловленная исходной вариабельностью природных факторов (геоморфологическое положение, состав почвообразующих пород) и одновременным действием различных антропогенных факторов (не только загрязнения, но и рубок, пожаров). Сукцессионный подход к идентификации лесных экосистем, подверженных загрязнению, позволяет учитывать не только аллогенные факторы, но и аутогенные процессы, а также временную динамику экосистем. Продуктивность такого подхода продемонстрирована в ходе работы по теме НИР в цикле публикаций, посвященных изменениям свойств почв и питательного режима растений на разных стадиях дигрессионных и демутационных сукцессий.

Разработана методика наземного мониторинга лесов России, подверженных комбинированному воздействию антропогенных и природных нарушений с учетом международных стандартов (программа ICP Forests) , которая утверждена Федеральным агенством лесного хозяйства и реализуется Российским центром защиты леса.

Дан анализ подходов к восстановлению лесных территорий, нарушенных воздушным промышленным загрязнением, используемых в России и за рубежом. Установлены основные причины нарушения восстановительных сукцессий. Предложены оригинальные подходы к восстановлению территорий в зависимости от стадии дигрессионной сукцессии, используемые работниками лесного хозяйства Мурманской области при проведении работ по восстановлению растительного покрова на территориях, подверженных воздушному промышленному загрязнению.



44. Биологическое разнообразие

01.2.007 03662. Методологические основы оценки, сохранения и восстановления природного биоразнообразия лесов России



Научный руководитель – ак. А.С. Исаев

Сохранение биоразнообразия и структурно-функциональной организации природных экосистем важно в национальной лесной политике, все больше приобретающей не только ресурсную, но и экологическую направленность. Разрабатываемые в рамках данной темы методологические основы оценки, сохранения и восстановления природного биоразнообразия лесов базируются на следующих принципах и подходах:



  • доминантным является экосистемный подход, объектами оценки служат лесные территории, выделенные в пределах природно - территориальных комплексов с учетом административных единиц управления.

  • параметры, выбранные для характеристики состояния лесов, оцениваются для территорий разных пространственных уровней с помощью дистанционных и наземных исследований;

  • одной из важных характеристик выступает сукцессионное состояние (дигрессионная или восстановительная динамика) лесного покрова с учетом региональных лесорастительных особенностей территории;

  • для оценки биоразнообразия лесных экосистем широко применяются аэрокосмические методы и геоинформационные технологии;

  • важным условием интегральной оценки экосистемного разнообразия лесов выступает унификация терминологии и классификационных принципов лесных экосистем. Это достигается созданием новой унифицированной классификационной системы лесов, включающей как доминантную, так и эколого-флористическую составляющие;

  • при обобщении и формализации полученных данных широко используются методы математического моделирования, позволяющие нормировать протекающие процессы в лесах и прогнозировать текущие в них изменения.

Разработаны методологические приемы и технические методы мониторинга, позволяющие исследовать лесные экосистемы в процессе их возрастной и сукцессионной динамики. Опыт изучения биоразнообразия на уровне отдельных популяций, видов и сообществ на примере модельных регионов в европейской части России, Сибири и на Дальнем Востоке позволил перейти к обобщению материалов на уровне территориальных единиц разного масштаба и характеризовать пространственно-временную динамику изменения лесных территорий в условиях возрастающего антропогенного воздействия. С учетом поставленных задач для оценки биоразнообразия приняты следующие пространственные уровни: федеральный (глобальный), региональный и локальный.

В результате проведенных исследований разработаны технические требования к средствам дистанционного зондирования из космоса применительно к конкретным ресурсно-экономическим задачам, обоснованы структура и схема функционирования космического мониторинга в среде ГИС, разработан и апробирован комплекс новых эффективных технологий по изучению лесов и оценке их состояния. Предложен перечень параметров и индикаторов, рекомендованных для мониторинга биоразнообразия в нашей стране и гармонизированных с параметрами, принятыми в рамках международных инициатив.

Для оценки состояния лесов на обширной территории приоритетным является мониторинг типологического (экосистемного) разнообразия, основанный на классификации растительных систем с учетом геоботанических и лесоводческих подходов. При наличии высокой потребности в единой классификации она до сих пор не имела должной методологической основы и служила объектом постоянной дискуссии. Поэтому одной из основных задач является разработка типологии лесных экосистем для основных ботанико-географических зон, базирующейся на совмещении доминантной и флористической классификаций.
01.2.007 03661. Разработка системы индикаторов биоразнообразия лесов и области их применения для наземных и дистанционных исследований

Научный руководитель – д.б.н. Т.В. Черненькова

Выявлены и получили оценку значимые индикаторы биоразнообразия лесов, а также показатели процессов, которые его формируют или поддерживают. Оценка и анализ параметров лесных экосистем осуществлялись в соответствии с концептуальной схемой (PSR), отражающей причинно-следственную связь всего цикла процесса природопользования, по разработанной системе критериев и индикаторов биоразнообразия лесов (Черненькова, 2008). За индикаторы «состояния» приняты характеристики лесных экосистем (например, типологическое и таксономическое разнообразие), а индикаторы «ответа» характеризуют действия, направленные на сохранение и восстановление биоразнообразия (например, площадь и доля лесов искусственного происхождения в составе лесного фонда территории).

В составе комплексных исследований начаты работы по изучению особенностей формирования лесных сообществ естественного и искусственного происхождения в различных ландшафтных условиях модельных регионов Мурманской и Московской областей. Пилотные варианты количественной оценки индикаторов биоразнообразия лесов с помощью дистанционных данных и верифицирующих их моделей продемонстрированы на примере Костромской, Мурманской и Московской областей.

Исследования лесных культур проводились в юго-западном Подмосковье, в пределах зоны хвойно-широколиственных лесов - в Москворецко-Окской и Смоленской физико-географических провинциях. Посадки хвойных пород (сосны и ели) были созданы на вырубках разных типов широколиственно-хвойных лесов, а также на бывших пахотных землях; восстановление биоразнообразия в посадках идет по-разному. Эталонами при этом могут служить сохранившиеся участки условно-коренных широколиственно-хвойных лесов в аналогичных ландшафтных условиях.

Сравнение сосновых культур с условно-коренными сообществами сложных ельников показало, что культуры, созданные на месте лесосек, по своей структуре и флористическому составу приближаются к сообществам сложных ельников, тогда как культуры на месте пашни сохраняют большие отличия. Отмечено, что сосновые культуры обоих типов имеют меньшее видовое разнообразие и видовую насыщенность по сравнению со сложными ельниками, причем в наибольшей степени обеднение флористического состава выражено в травяном ярусе. Отмеченные различия между сообществами лесных культур на участках с разной историей использования могут быть связаны как с медленными темпами инвазии некоторых лесных видов в послепахотные сообщества, так и с изменениями в бывшей пахотной почве, благоприятствующими развитию более нитрофильных видов.

Показано, что восстановление флористического разнообразия в сообществах лесных культур зависит от ряда факторов: 1) исходных абиотических условий участка; 2) предшествующего землепользования; 3) сохранения особей или семян растений после мероприятий по созданию культур; 4) расстояния от насаждений-источников семезачатков, и способности видов растений к расселению и приживанию; 5) текущей лесохозяйственной деятельности. В целом, в ходе лесокультурного цикла наблюдается следующая закономерность: видовое богатство достигает максимальных значений в молодых посадках перед смыканием полога, потом резко уменьшается в условиях сильного затенения и возрастает вновь при осветлении на стадиях приспевающего и спелого насаждения. Однако, эта модель не отражает экологической ценности сообществ, пик видового разнообразия на ранних стадиях сукцессии достигается преимущественно за счет видов с эксплерентной стратегией, способных быстро реагировать на изменение условий. В связи с этим при анализе флористического разнообразия искусственных сообществ предложено выделять группу позднесукцессионных («типично лесных видов»), обнаруживающих сильную или облигатную связь со старовозрастными лесами.

Почвенная мезофауна – один из важнейших компонентов почвенной биоты, играющий не только существенную роль в функционировании почвы, но и принимающий активное участие в её создании. Любое изменение среды обитания непосредственно отражается на состоянии фауны и населения почвообитающих беспозвоночных, что позволяет использовать их в качестве надежного индикатора состояния природных сообществ. Наиболее показателен в биоиндикационном аспекте комплекс почвенной мезофауны, под которым подразумевается фаунистическая группировка, составленная крупными беспозвоночными животными, легко учитываемыми при ручной разборке почвенных проб. На локальном уровне оценки состояния северотаежных экосистем в условиях антропогенного воздействия использовались данные по оценке почвенной мезофауны в качестве точного индикатора динамических процессов в лесных экосистемах. Закончен этап очередной серии полевых почвенно-зоологических работ в зоне промышленного загрязнения Мончегорского комбината в Мурманской области (2005-2008). Если в предыдущие годы (2005-2007) делали упор на динамику количественных популяционных показателей почвенной мезофауны в условиях загрязнения (численность, биомасса, групповой и трофический состав…), то в этом году ставился упор на изучение видового разнообразия населения ельников в трансекте основного следа поллютантного следа загрязнения. Был применен нестандартный метод полевых исследований - просеивание участка почвы (1 кв.м.) сифтером, с последующей разборкой в лабораторных условиях. Полученный материал обрабатывается.
01.2. 007 03661. Динамика биоразнообразия и средопреобразующей роли биоты в основных типах бореальных лесов.

Научный руководитель – д.б.н. О.В. Смирнова

Исследовано формирование микропарцеллярной структуры в ходе аутогенных сукцессий в экосистемах бореальных и бореально-неморальных лесов Европейской России; разработана типология микропарцелл, формирующихся в результате жизни и смерти древесных видов; предложена согласованная методика сбора данных о растительности, почвах и почвенной биоте, основанная на микропарцеллярной структуре экосистем. В соответствии с предложенной методикой проведен сбор натурных данных о видовом составе и продуктивности травяно-кустарничкового яруса, описана структура почв и взяты образцы для химического анализа подстилки и минеральных горизонтов почв в микропарцеллах разных типов на модельном полигоне в Печоро-Илычском заповеднике. Проанализирована связь между позициями мезорельефа и размещением темнохвойных сообществ разных типов. Собраны данные о растительности и почвах высокотравных ельников Карелии (нац. парк Паанаярве) и Мурманской области (северный предел распространения древесной растительности)


43. Экология организмов и сообществ.

01.2.007 03666. Прогнозирование и моделирование динамики лесных экосистем



Научный руководитель – д.с.х.н. Г.Н. Коровин

Сформированы базы данных о масштабах естественных нарушений и антропогенных воздействий на лесные экосистемы, основанные на материалах государственных статистических наблюдений и отчетности лесного хозяйства, данных дистанционного мониторинга лесных пожаров и лесопатологического мониторинга. Проведен анализ влияния основных видов естественных нарушений и антропогенных воздействий на состояние и динамику породно-возрастной структуры лесов Российской Федерации, их ресурсный и экологический потенциал. Получены количественные оценки масштабов повреждения и гибели лесов на всей территории страны, включая не охраняемые и эпизодически охраняемые леса северных районов Сибири и дальнего Востока.

В результате картографирования лесных пожаров по космическим изображениям со спутниковых систем TERRA/MODIS и SPOT получены оценки ежегодно охватываемой огнем площади лесов, степени повреждения лесной растительности и размеров пирогенных эмиссий углерода. Установлено, что фактически пройденная пожарами площадь лесов и площадь погибших от огня насаждений за период с 2001 по 2008 год в 3-4 раза превышает масштабы повреждения и гибели лесов по данным государственных статистических наблюдений и отчетности лесного хозяйства. Аналогичные результаты получены в отношении масштабов пирогенных эмиссий углерода, непосредственно связанных с площадями пожаров и их интенсивностью.

В результате анализа динамики объемов лесопользования получены количественные оценки степени воздействия рубок на породно-возрастную структуру лесов. Установлено, что по масштабу воздействия на леса рубки главного пользования на порядок превышают масштабы деструктивного воздействия пожаров на территории Европейской части страны и на порядок уступают масштабам воздействия пожаров в районах Сибири и Дальнего Востока. Среди всех видов рубок главного пользования (рубок спелых и перестойных насаждений с целью заготовки древесины) доминирующими как по площади, так и по интенсивности воздействия являются сплошнолесосечные рубки.

Разработаны алгоритмы, описывающие пожарные режимы в лесах и воздействие пожаров на породно-возрастную структуру древостоев, необходимые для моделирования динамики лесного покрова при наличии естественных нарушений. Проведен ретроспективный анализ динамики гарей в составе лесных земель, предложен метод оценки сроков естественного зарастания гарей по многолетним данным государственной лесной инвентаризации и получены приближенные оценки скорости естественного зарастания гарей.

Разработаны алгоритмы, описывающие режимы лесопользования и воздействие рубок на породно-возрастную структуру древостоев, необходимые для моделирования антропогенной динамики эксплуатационных лесов. Проведен ретроспективный анализ динамики необлесившихся вырубок в составе лесных земель, предложен метод оценки сроков их естественного зарастания по многолетним данным о динамике площади сплошнолесосечных рубок и получены приближенные оценки скоростей естественного зарастания вырубок.


01.2.007 03664. Развитие методов мониторинга состояния и динамики лесных экосистем Северной Евразии

Научный руководитель- к.т.н. Д.В. Ершов

В рамках НИР 2008 года планировалось разработать методы комплексного анализа спутниковых данных для оценки качественных и структурных характеристик лесных экосистем Северной Евразии. Область интереса была сосредоточена на лесных экосистемах.

Обновлены базы данных о пожарах по наземным, авиационным и спутниковым наблюдениям, повреждениях лесов насекомыми, а также база данных государственного учета лесного фонда (ГУЛФ). Подготовлены спутниковые наборы данных MODIS (250меров) на участки деградации лесов (пожары, вырубки и насекомые-вредители) за период с 2003 по 2008 гг. в лесах Архангельской области, Красноярского края. Собраны данные высокого разрешения SPOT-HRV на эти же территории за период с 2006 по 2008 гг.

Разработана методика формирования опорной выборки для классификации лесов по спутниковым данным. Методика основывается на выборе спектральных признаков (каналов или их комбинаций, периодов вегетационного сезона), информативных для последующего распознавания лесной породы (кедровый стланик) или группы пород (темнохвойный лес). С помощью априорной информации (карты лесов, элементы топографии и др.) формируется предварительная растровая маска и контрольная выборка пикселей для определения границ класса в многомерном спектральном пространстве. Далее осуществляется кластеризация изображений в границах растровой маски и отбор кластеров попадающих в пространственную область контрольной выборки, ограниченную порогами [µ±2σ]. При необходимости обучающая выборка проходит процедуру фильтрации с применением не спектральных признаков.

Разработан тематический инструмент выделения на спутниковом изображении однородных в спектральном отношении участков леса. Для этого используется локальная статистика (спектральные сигнатуры) опорной выборки в спектральных каналах, которая формируется либо интерактивно пользователем на экране компьютера, либо на основе заранее подготовленной выборке (метод описан в пункте 1). Пороговые решающие правила при выделении контуров объектов могут назначаться двумя способами: метод параллелепипеда и на основе евклидова расстояния в многомерном пространстве. Объект расширяется на изображении до тех пор, пока пикселы - кандидаты будут удовлетворять заданным решающим правилам. Инструмент создан в среде ArcGIS 9 и применим для изображений различного пространственного разрешения (приложение 1, рис.7). Созданный инструментарий является основой для разработки автоматического алгоритма классификации лесов на основе локально-адаптивной статистики.

Усовершенствована методика картографирования и оценки дефолиации лесов (верхний полог древостоев), поврежденных насекомыми-вредителями и лесными пожарами с использованием разновременных спутниковых изображений. Выполнена проверка полученных результатов с использованием данных наземных наблюдений и лесоинвентаризации. Обработаны спутниковые наборы данных MODIS за период с 2003 по 2008 гг. Полученные результаты будут интегрированы в единый банк данных для оценки вероятности усыхания лесов от факторов непирогенного характера в различных регионах России. Эти данные необходимы для моделирования состояния и динамики лесов в условиях глобального изменения климата.



ПРОГРАММА ПРЕЗИДИУМА РАН

«БИОРАЗНООБРАЗИЕ И ДИНАМИКА ГЕНОФОНДОВ»,

ПОДПРОГРАММА

«Разнообразие и экологический потенциал лесных экосистем России»

Проект: «Разработка методологических основ оценки и сохранения биоразнообразия лесных экосистем»



Руководитель – ак. А.С. Исаев

Основными задачами подпрограммы являлись:



  1. Разработка методологических основ оценки и сохранения биоразнообразия лесных экосистем

  2. Исследование взаимосвязей между биогеохимическими циклами и биоразнообразием лесных экосистем.

  3. Развитие методов дистанционного мониторинга и картографирования лесов Северной Евразии

Методология мониторинга биоразнообразия лесов базируется на концептуальном подходе, учитывающем пространственно-временную динамику лесных экосистем. Ключевой проблемой в организации мониторинга лесов является разработка унифицированных методов и индикаторов для оценки биоразнообразия, а также интеграция таких оценок для биосистем разного иерархического уровня.

В разработке методологических подходов мониторинга лесов особый интерес представляет выявление и характеристика основных стадий восстановительных сукцессий, позволяющих оценить динамическое разнообразие на отдельных этапах лесообразовательного процесса.

Исследовались взаимосвязи между биогеохимическими циклами и биоразнообразием. Показано, что в ходе аутогенных сукцессий видовой состав растительности бореальных лесов закономерно изменяется, видовое богатство возрастет. Многочисленные наблюдения показали, что живые организмы влияют на плодородие почв таким образом, что субстрат становится более благоприятным для их роста и развития, а циклы элементов более замкнутыми. Определены основные признаки климаксовых лесных экосистем европейской России как эталонных объектов, характеризующихся оптимальным составом биоразнообразия.

Для исследования динамики биоразнообразия лесных экосистем использованы различные методы математического анализа, позволяющие нормировать протекающие процессы и прогнозировать текущие изменения. Для решения задач стратегии природопользования реализована технология сценарного моделирования, что позволяет учитывать разные варианты ограничений лесохозяйственного, экономического и экологического характера.

Важным содержанием работ по проекту является подготовка новой цифровой карты наземных экосистем Северной Евразии, выполненной на основе алгоритма и автоматизированной системы динамического картографирования. В этих целях разработан комплекс программ, позволяющий классифицировать леса по различным параметрам современного лесного компьютерного картографирования. Карта 2007 -2008 г.г. разработана с использованием новой методики построения композитных изображений по данным прибора Terra-MODIS с пространственным разрешением 250 метров. Это открывает широкие перспективы ее использования не только на национальном, но и региональном уровне для выполнения государственных задач и международных обязательств по следующим приоритетным направлениям:


  • оценка и мониторинг биоразнообразия лесов;

  • оценка и прогноз динамики биогеохимических циклов углерода;

  • оценка древесных и недревесных ресурсов;

  • мониторинг лесных пожаров;

  • лесопатологический мониторинг;

  • учет текущих изменений в составе и структуре лесов России.

По теме проекта в 2008 г. опубликовано 2 монографии: «Мониторинг биоразнообразия лесов России: методология и методы».М.: «Наука», 2008 г., «Питательный режим почв северотаежных лесов», М.: Наука, 2008 г. подготовлен специальный выпуск журнала «Лесоведение».

Проект «Питательный режим почв и биоразнообразие лесных экосистем» Руководитель –д.б.н. Н.В.Лукина

Показано, что питательный режим почв в значительной степени определяется парцеллярной и микропарцеллярной структурой лесных биогеоценозов, определяющей высокое биоразнообразие лесов. Древесные растения (ель, сосна, пихта, кедр) отличаются между собой по составу опада и структуре крон. Кислотность органогенных горизонтов почв под елью, так же как и под пихтой, т.е. позднесукцессионными видами, значительно ниже, чем под сосной. Под елью и пихтой накапливается значительно больше оснований, чем под сосной обыкновенной, а также под кедром. Это объясняется высоким содержанием оснований в опадающей хвое ели и пихты, в их стволовых и кроновых водах, а также пониженным количеством осадков, проникающих под полог ели и пихты, что препятствует вымыванию оснований из органогенных горизонтов почв. Доминантами межкроновых микропарцелл в сосновых лесах являются лишайники и зеленые мхи (сосняки лишайниковые, лишайниково-зеленомошные). Повышенная кислотность органогенных горизонтов почв сосновых микропарцелл по сравнению с межкроновыми лишайниковыми и зеленомошными микропарцеллами, связана с высоким содержанием кислого и грубого гумуса под кронами. В широко распространенных ельниках чернично-зеленомошных, почвы еловых микропарцелл характеризуются повышенным содержанием элементов питания, по сравнению с межкроновыми микропарцеллами.. Зеленомошные микропарцеллы отличаются от чернично-зеленомошных высокой кислотностью, высоким содержанием Al и Fe и низким содержанием оснований в органогенных горизонтах, что связано с пониженной по сравнению с черникой аккумуляцией кальция в зеленых мхах. В разнотравных ельниках межкроновые разнотравные микропарцеллы отличаются высокой концентрацией доступных для растений соединений элементов питания благодаря опаду трав (крупных папоротников, герани, воронца, цицербиты и др.).
Проект: «Дистанционный мониторинг и картографирование лесов Северной Евразии»

Руководитель: чл.-корр. РАН Г.Н. Коровин

Разработана методика подготовки опорных данных для формирования спектральных сигнатур и классификации наземных экосистем Северной Евразии. Основная цель методики является создание наборов пикселей для управляемой классификации тематических классов карты наземных экосистем, отвечающих требованию - минимум внутриклассовых расстояний и максимум межклассовых расстояний спектральных яркостей спутниковых изображений Modis. Это достигается за счет выбора для каждого класса пикселей со спектрально-однородными яркостями и высоким уровнем разделимости по отношению к другим классам. Для этого производится:



  • подбор информации об объекте по имеющимся тематическим, топографическим картам и материалам учета лесного фонда для определения пространственного положения на космических снимках исследуемого класса.

  • определение генеральной совокупности спектральных яркостей класса изображений Modis на основе вышеперечисленных наборов данных

  • последовательная фильтрация аномальных пикселей исследуемого объекта в каналах (красный, ближний и средний ИК) композитных изображений Modis, полученных в зимний, весенний, летний и осенний сезоны. Для этого используется кластерный анализ изображений и отбор кластеров пересекающихся с генеральной совокупностью. Определение среднего значения яркостей µ и дисперсии σ отобранных кластеров в каналах композитных изображений Modis.

  • Дополнительный отбор пикселей кластеров, находящихся в диапазоне [µ±σ], где µ - среднее значение, σ - дисперсия спектральных яркостей генеральной совокупности в канале.

  • Комплексный анализ отобранных пикселей классов с тематическими и топографическими картами (рельеф) для пространственной локализации класса с учетом условий местопроизрастания растительности и высотной поясности.

Выполнена подготовка опорных выборок для лесных классов карты наземных экосистем, которые использовались для их распознавания методом локально-адаптивной классификации по спутниковым изображениям спектрорадиометра Modis, разработанной в ИКИ РАН.

Совместно с ИКИ РАН выполнена классификация сезонных композитных изображений Modis, позволившая получить первую версию карты наземных экосистем России с пространственным разрешением 250 метров.

Проведена выборочная визуальная оценка полученной карты с использованием картографических материалов лесоустройства, изображений высокого пространственного разрешения Landsat-ТМ (30 м) и SPOT-HRV (20 м) и выборочных космических снимков системы Google Earth для выявления грубых ошибок классификации и их устранения.
Фундаментальные исследования Президиума РАН



  1   2   3   4   5   6   7


База данных защищена авторским правом ©ekollog.ru 2017
обратиться к администрации

войти | регистрация
    Главная страница


загрузить материал