Мониторинг лесов

Лесные экосистемы, представляющие собой комплекс флоры и фауны всех размеров, типов и форм, а также кислорода, двуокиси углерода, минералов и мертвого органического вещества занимают приблизительно 1/3 земной суши и продуцируют 2/3 первичной продукции на ней. По оценкам специалистов, около 92% всей растительной биомассы сосредоточена в лесах.

Усиление антропогенного воздействия на леса, уменьшение площади лесов ведет к деформации баланса круговорота вещества и энергии в природе.

Такая ситуация привела к задаче по созданию системы наблюдения за состоянием, изменением лесных экосистем в пространстве и во времени, а также разработке методик по оценке этого состояния и прогнозированию изменения динамики трансформации лесов в будущем. Такая система получила название мониторинга лесов.

Вообще, существует два подхода к пониманию сущности мониторинга лесов - мониторинг антропогенного воздействия и мониторинг лесных ресурсов.

1. Мониторинг лесов – система слежения за состоянием лесных экосистем, подверженных антропогенному воздействию.

2. Мониторинг лесов - система наблюдения и оценки воздействий на лес, включающая, кроме загрязнения, также пожары, рекреацию, вредителей, ошибки в лесохозяйственной и лесопромышленной деятельности.

В первом случае задачей мониторинга лесов является выявление размеров повреждения лесов и изучение причинно-следственных взаимосвязей, вызывающих ухудшение состояния лесных насаждений.

Во втором случае мониторинг лесов адекватен задачам лесоустройства и выполняет функции контроля и управления лесными ресурсами.

Лес является одной из сложных наземных экосистем, обладающих ландшафтно-географической изменчивостью, динамическим состоянием и длительным периодом жизни древостоя. Поэтому эффективность лесного мониторинга зависит от комплексности исследования, т.е. наблюдения за различными элементами окружающей среды, зонально-типологического подхода, одновременного слежения на различных уровнях (глобальном, региональном и локальном).

Для глубокого и правильного понимания процессов, проходящих внутри лесной экосистемы, для изучения изменений, вызванных внешними факторами, для определения реакции системы на эти изменения, для определения устойчивости системы к этим воздействиям необходима идентификация компонентов лесной экосистемы, определение взаимоотношений между ними и спецификация механизмов, благодаря которым в лесной экосистеме происходят изменения. Следует отметить, что лесная экосистема является открытой, т.е. она имеет вход и выход. Входами являются: солнечная энергия, осадки, а выходами - древесина, животный мир, рекреационные ценности.

В рамках мониторинга лесов должны ре­шаться следующие главные задачи:

1) изучение и картографи­рование лесных земель (обновление кадастра лесных ресурсов);

2) охрана лесов от пожаров;

3) оценка санитарно-лесопатологического состояния лесных экосистем;

4) контроль за лесопользованием и другими видами хозяйственной деятельности;

5) всесторонний учет различных изменений в лесном фонде, обусловленных естественными и антропогенными факторами.

Функции лесного мониторинга дифференцированы в зависимости от его уровня. Так, на локальном уровне происходит:

1) сбор и обработка данных ресурсной и социальной характеристик лесов;

2) оценка качества лесохозяйственных мероприятий, ресурсно-экологическая и кадастровые оценки;

3) учет текущих изменений, актуализация учетных данных, прогноз состояния экосистемы.

Основным источником данных для локального мониторонга служит сеть постоянных маршрутных ходов и пробных площадей, закладываемых на длительный срок, где регулярно, по единой методике проводится сбор необходимых данных. Эти данные пополняются данными гидрометеослужбы, а также данными, полученными в результате проведения учета лесного фонда и лесопатологических обследований.

Функции регионального мониторинга заключаются в следующем:

1) интеграция данных локального мониторинга, информационное обеспечение специальных видов мониторинга;

2) обобщенная оценка состояния лесов, оценка оптимальности ведения лесного хозяйства, а также оценка оптимальности природной инфраструктуры и выделение экологического каркаса территории;

3) анализ динамики лесного фонда и состояния лесов, учет текущих изменений, разработка, моделирование и прогноз динамики лесного фонда региона.

Мониторинг лесного фонда можно разбить на два вида: фоновый и специализированный.

Фоновый мониторинг проводится в (условно) неповрежденных древостоях и осуществляется лесоустройством.

Специализированный мониторинг подразделяется на:

1) мониторинг лесных пожаров;

2) мониторинг санитарно-лесопатологический;

3) мониторинг лесохозяйственной деятельности и др.

К наиболее известному способу оперативного получения информации об изменениях в крупных лесных массивах относится широкое использование материалов аэрокосмических съемок и автоматизированных методов обработки и ана­лиза поступающих данных. Сбор данных в рамках системы аэрокосмического монито­ринга лесов (АКМЛ) проводится на различных уровнях. Пер­вая, (обзорная) ступень наблюдений, - дистанционное зондиро­вание с автоматических и пилотируемых космических лета­тельных аппаратов (КЛА), которое должно обеспечивать регу­лярный, не реже раза в год, а в отдельных случаях (например, для обнаружения лесных пожаров) даже 2-3 раза в сутки - контроль над всей территорией лесофонда, который предпо­лагает распознавание всех необходимых природных и антропогенных объектов, интерпретацию их свойств и комплексную оценку возможных экологических нарушений. Вторая ступень мониторинга лесов - авиационная (аэро­съемки и аэровизуальные наблюдения), третья - наземные обследования. Указанные мероприятия проводятся только для сбора данных, отсутствующих в материалах дистанционного зондирования с КЛА. Задача ставится таким образом, чтобы аэрокосмические измерения обеспечивали получение основ­ного объема информации, а наземные обследования осуществ­лялись лишь при нехватке или низкой разрешающей способ­ности данных дистанционного зондирования. Иными словами, в подобной ситуации фактически применяется оптимизацион­ная модель: минимум затрат труда и финансовых средств – максимум необходимой информации.

Задачи изучения лесного фонда и обновления накопленных данных успешно решаются средствами аэрокосмического мо­ниторинга на основе широкого использования материалов дис­танционного зондирования. По мнению специалистов, дистанционное зондирование целесообразно использовать, прежде всего, для решения лесопожарных задач:

1) наблюдения за сходом снежного покрова, фенологиче­ским состоянием лесов, общей метеорологической обстанов­кой, влажностью горючих материалов и нарастанием степени пожарной опасности лесных территорий;

2) обнаружение и оценка параметров лесных пожаров при любом состоянии атмосферы;

3) прогнозирование распространения огня по элементам ландшафта и слежение за динамикой лесных пожаров.

Спутниковые методы наблюдения применяются для опера­тивной оценки общей метеорологической, санитарно-лесопатологической и пожарной обста­новки, обнаружения лесных пожаров и слежения за их динамикой. Самолетное зондирование осуществляется в целях вы­явления очагов загорания и детальной оценки пожарной опас­ности. На основе материалов дистанционного зондирования составляются оперативные и долгосрочные прогнозы, производится расчет необходимых материально-технических ресурсов для предупреждения и ликвидации пожаров. Соответствующие данные направляются затем лесохозяйственным органам для использования в практической деятельности.

В последние годы санитарно-лесопатологическое состояние многих лесных экосистем стремительно ухудшается. Ущерб, наносимый лесам насекомыми-вредителями, сопоставим с потерями от лесных пожаров. Значительное неблагоприятное влияние на лесные насаждения оказывают также ветровалы, буреломы, усиливающееся загрязнение атмосферы (кислотные дожди). Поэтому к числу важнейших задач аэрокосмического мониторинга лесов относятся оперативный учет и прогнозирование массового размножения насекомых-вредителей, оценка степени повреждения лесной растительности в результате выброса загрязняющих веществ в воздушный бассейн, выявление других негативных процессов, слежение за локализацией и ликвидацией потенциально опасных естественных и антропогенных воздействий на лесные ландшафты.

Организация мониторинга лесов требует развития специальной географической информационной системы (ГИС). Геоинформационная система (ГИС) - автоматизированная система, ориентированная на решение проблем мониторинга окру­жающей среды, планирования и управления ресурсами и обес­печивающая ввод, хранение, доступ, анализ и вывод информа­ции о Земле. Она включает в себя базы картографических, так­сационных и других данных, согласованных во времени и в пространстве и характеризирующих лесной фонд в статике и динамике. Наличие баз данных обеспечивает всесторонний анализ имеющихся материалов о лесном фонде и выдачу соответствующих сведений в картографической, статической, тек­стовой или иной форме (на бумажных носителях или экране дисплея) для управления лесохозяйственным производством, осуществления многоцелевого лесопользования, решения задач охраны окружающей среды. Для эффективного функционирования системы монито­ринга лесов создаются банки данных различных уровней:

1) детальные (повыдельные), содержащие информацию по каждому таксационному выделу, которая собирается при инвен­таризации лесных насаждений, в том числе картографические материалы в масштабе лесоустроительных планшетов (в боль­шинстве районов России - 1:10 000 - 1:25 000, в северно-вос­точной части страны - 1:50 000 - 1:100 000);

2) локальные, содержащие генерализованную информацию для карт масштаба 1:200 000 - 1:500 000 (в картографии под термином «генерализация» понимается отбор главного, существенного и его целе­направленное обобщение, предполагающее отображение объ­ектов на карте соответственно ее значению,тематике и масштабу в пределах нескольких относительно крупных выделов - лесных кварталов, урочищ и т.д.);

3) региональные, содержа­щие генерализованную информацию для карт масштаба 1:2 500 000-1:5 000 000.

Специальная ГИС предоставляет возможность посредством анализа материалов аэрокосмических съемок выявлять и фик­сировать в базе данных различные изменения, происходящие в лесном фонде в результате антропогенных воздействий и эко­логических нарушений, пожаров, повреждения лесов насеко­мыми-вредителями, болезнями, ветровалами и т.п. Для реше­ния указанной задачи предусмотрен ввод в базу данных всей картографической информации в единой системе координат, привязанной к топографической основе. Это позволяет пере­носить в автоматизированном режиме на топографические кар­ты границы лесного фонда, лесохозяйственных предприятий, лесничеств, кварталов, таксационных выделов, а соответст­вующие цифровые данные включать в единую общегосударст­венную ГИС, содержащую информацию о всех лесо- и землепользователях, о геологическом строении территории, рельефе, дорожной и водной сети и т.д.