Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Оценка состояния ООПТ Северо-Запада России и разработка рекомендаций по его улучшению

ВАК РФ 06.03.02, Лесоустройство и лесная таксация

Автореферат диссертации по теме "Оценка состояния ООПТ Северо-Запада России и разработка рекомендаций по его улучшению"

На правах рукописи

005531252

Фам Ань Кыонг

ОЦЕНКА СОСТОЯНИЯ ООПТ СЕВЕРО - ЗАПАДА РОССИИ И РАЗРАБОТКА РЕКОМЕНДАЦИЙ ПО ЕГО УЛУЧШЕНИЮ (на примере Ленинградской области)

06.03.02. - «Лесоведение, лесоводство, лесоустройство и лесная таксация»

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Санкт-Петербург - 2013

- 4 2013

005531252

Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном лесотехническом университете имени С. М. Кирова

Научный руководитель:

доктор сельскохозяйственных наук профессор Любимов Александр Владимирович

Официальные оппоненты:

доктор биологических наук профессор Ковязин Василий Федорович

кандидат селькохозяйственных наук, Березин Виктора Иванович

Ведущая организация: Северо - Западный проектно - изыскательский

институт лесного хозяйства «Северо — Западный лесхозпроект»

Защита состоится «¿Г» 06 2013 года в --/■/ часов на заседании диссертационного совета Д 212.220,02 при Санкт-Петербургском государственном лесотехническом университете им. С. М. Кирова по адресу: 194021, г. Санкт-Петербург, Институтский переулок, дом 5, Зал заседаний Ученого Совета.

С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотеке С аист -Петербургского государственного лесотехнического университета им. С. М. Кирова.

Автореферат разослан «х/У » 0^/ 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета /^^ЦхОл^ ЖигуновА. В.

Список принятых сокращений

АКМ Аэрокосмические методы

ДКМ Дистанционно - контактный мониторинг

МДЗЗ Материалы дистанционного зондирования Земли

ООІТГ Особо охраняемая природная территория

ЛР Лесной резерват

ОЗУЛ Особо защитные участки леса

птк Природный территориальный комплекс

РКЗ Региональный комплексный заказник

гпз Государственный природный заповедшпс

пдк Предельно допустимая концеїгтрация

ПДВ Предельно допу стимый выброс

ОС Окружающая среда

СПб Санкг — Петербург

ло Ленинградская область

ДЗ Дистанционное зондирование

СУБД Система управления базами данных

СЦК Система цифрового картографирования

тм Тяжелые металлы

СКЯ Спектральный коэффициент яркости

ви Вегетационный индекс

Ж) VI Нормализованный разностный вегетационный индекс

ВЗС Видимая зона спектра

БИК Близкая инфракрасная зона спектра

ют Вегетационный индекс для красной зоны электромагнитного спектра

ЇШВ Панхроматический диапазон электромагнитного спектра

ОБУВ Ориентировочные безопасные уровни воздействия

ДБА Характеристика шума в децибелах

ЭМР Электромагнитная радиация

ЭМС Электромапштный спектр

Введение: общая характеристика диссертационного исследования.

Актуальность темы. Состояние окружающей среды (ОС) становится актуальнейшей проблемой промышленно развитых регионов России. Средства объективного контроля и данные долгосрочных наблюдений свидетельствуют о том, что практически повсеместно имеет место негативная динамика показателей ОС и процесс этот кажется необратимым. По мнению большинства экологов, создаваемая современным обществом технологическая компонента является антагонистической ко всей биоте, включая человека. В связи с этим, возникает настоятельная необходимость в систематическом отслеживании динамики состояния ГГОС и объективной оценке процессов, происходящих в их экосистемах. Для решения данной проблемы необходима оперативная, достоверная и точная информация об объектах, явлениях и процессах на анализируемых территориях и совокупность эталонных экосистем, сравнением с которыми можно объективно оценить скорость и направление изменений параметров ОС. В качестве источника исходных данных могут быть использованы материалы дистанционных съемок, методологической основой

решения поставленных задач является картографический метод анализа состояния окружающей среды, а в качестве природных эталонов должны быть использованы ООПТ. Санкт - Петербург и Ленинградская область являются промышленно развитыми и населенными субъектами федерации России, отдельные районы которых характеризуются неблагоприятным состоянием ОС. Именно поэтому данный регион и был выбран для разработки рекомендаций по использованию ДМ, современных информационных технологий и природных эталонов для контроля состояния ОС, ее сохранения и улучшения.

Целью диссертационного исследования является разработка рекомендаций по непрерывной оценке состояния ОС на ООПТ и мероприятий по ее сохранению. Современные ГИС обеспечивают возможность анализа и синтеза исходных данных, организованных послойно. В процессе ДКМ можно оценить состояние всех компонентов ПТК от геологического фундамента до состояния атмосферы, включая воды, почвы, растительный и животный мир.

Для реализации поставленной цели были решены следующие задачи:

1. Изучить историю, современное состояние и перспективы развития ООПТ, как природных эталонов и экологически безопасного лесопользования.

2. Сделать анализ химических, биологических и геоэкологических методов оценки состояния отдельных компонентов экосистем и ОС на ПТК.

3. Исследовать информационные возможности материалов современных съемочных систем наземного, авиационного и спутникового базирования и возможности их использования для ДКМ состояния ООПТ;

4. Проанализировать методы формирования баз данных, их структуру и использование для достижения цели диссертационного исследования;

5. Модифицировать применение показателей спектральной яркости для оценки состояния всех компонентов лесных экосистем;

Объектом исследования является совокупность ООПТ, пробных площадей и ВГГГ на землях комплексного заказника «Лисинский», комплексный заказник «Гряда Вярямянселькя», Нижнесвирский ГПЗ, этнопарк «Вепсский Лес», ООПТ СПб и ЛО, материалы наземных и дистанционных съемок; карты ООПТ; их классификаторы, каталоги и описания.

Предметом исследования являются принципы организации данных, характеризующих состояние ПТК, пространственное размещение промышленных выбросов, а также других факторов воздействия на лесные экосистемы. Структура данных о химических и оптических свойствах объектов на ООПТ, получаемых в результате ДЭЗ и явилась основным предметом исследования.

Исследование базируется на биологическом методе оценки воздействия неблагоприятных факторов на лесные экосистемы. геохимических методах определения концентраций веществ-загрязнителей. математике -статистических методах моделирования растительных покровов; на материалах дистанционных съемок и картографическом методе анализа пространственно определенных объектов IБурде. 19901.

Достоверность результатов исследования определяется большим массивом калиброванных исходных данных, верифицированных методик их

обработки, анализа и представления. Достоверность подтверждается результатами экспериментальной проверки разработанных рекомендаций на ООПТ — региональном комплексном заказнике «Гряда Вярямянселькя».

Положения, выносимые на защиту:

L Предложения по использованию геоэкологических и геохимических методов оценки состояния ПТК в заданных районах субъектов федерации;

2. Рекомендации по разработке и использованию многофункциональных баз картографических и атрибутивных данных ГИС для совершенствования систем ООГГГ и их использования в качестве природных эталонов;

3. Рекомендации по использованию МДЗЗ для выявления проблемных участков в промышленно развитых районах субъектов федерации;

4. Предложения по совершенствованию систем ООПТ.

Научная новизна результатов исследования состоит в разработке рекомендаций по применению новых технических средств, материалов дистанционного зондирования и методов их использования для оценки и совершенствования систем ООПТ для сохранения исторического облика территорий;

Личный вклад. Сбор полевого материала был выполнен при личном участи автора. Постановка задач, разработка методики исследования, обработка материалов, анализ полученных результатов и формулирование рекомендаций были выполнены лично автором.

Практическое значение результатов. Разработанные выводы и рекомендации используются при совершенствовании сети ООПТ и ОЗУ в лесах Северо - Запада России. Они Moiyr быть использованы исследователями и практиками, связанными с разработкой природоохранных концепций, проектированием и совершенствованием сетей ООПТ, а также специалистами -экологами, занимающимися оценкой состояния ОС. Результаты исследований являются особо значимыми для специалистов в области охраны лесных ресурсов, сохранения биоразнообразия в ландшафтах Северо-Запада России.

Апробация результатов диссертаиионного исследования. Результаты исследования изложены в 4 научных статьях, опубликованных в рекомендованных ВАК изданиях и 5 публикациях общего списка. Программа и методика исследования докладывались на трех ежегодных НТК лесохозяйственного факультета СПбГЛТУ и заседаниях кафедры лесной таксации, лесоустройства и ГИС.

Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав и заключения. В библиографический список включены работы 180 авторов, 8 из которых опубликованы на иностранных языках. Диссертационная работа изложена на 179 страницах, таблиц 28, рисунков 19.

1. Состояние изученности проблемы

В главе первой сделан обзор и анализ теории и практики устройства, инвентаризации и моделирования лесов России, проанализированы ООПТ Росси и мира, а также современные методы экологического мониторинга состояния ОС с использованием МДЗЗ, фитоиндикации и геохимии ландшафта.

Необходимость оценки обширных и труднодоступных лесов России привела к разработке методов эффективного использования МДЗЗ. Эффективность использования МДЗЗ еще более повысилась, когда началось применение цифровой съемки с возможностью обработки результатов автоматически, в реальном масштабе времени. Современные ИВК и цифровые МДЗЗ технологичны, а результаты удовлетворяют стандартам качества.

Из проанализированных методов оценки состояния ОС был выбран самый технологичный — метод фитоиндикации. Метод позволяет использовать преимущества биологическго, оптического, геохимического и информационного подхода к организации ДКМ состояния среды на ООГТТ.

Анализ результатов работ предшественников позволил сформулировать алгоритм совершенствования системы информационного обеспечения ООПТ и сопредельных территорий. ДКМ обеспечивает актуализацию данных о лесном фонде ООПТ и оценку состояния насаждений для ее последующей корреляции с состоянием окружающей среды. Дистанционный мониторинг предоставляет возможность количественно оценить изменения в состоянии насаждений под воздействием естественных и техногенных факторов.

2. Программа и методика исследования. Объем и характеристика экспериментального материала.

Для достижения заявленной цели и решения поставленных задач исследования были сформулированы следующие программные вопросы:

1. Оценка современного состояния региональных сетей особо охраняемых природных территорий, охраны типичных и уникальных Ш К, методов сохранения и улучшения окружающей среды;

2. Изучение методов оценки состояния экосистем и ПТК в целом;

3. Анализ доступных МДЗЗ с оценкой их пригодности для решения поставленных задач;

4. Исследование показателей спектральной яркости дешифрируемых объектов с определением их пригодности для ранней диагностики изменений состояния окружающей среды;

5. Разработка методики и техники оценки состояния ОС на ООПТ и сопредельных территориях;

6. Создание элементов ГИС-технологии ДКМ;

7. Разработка рекомендаций по совершенствованию сетей ООПТ и их использования в качестве природных эталонов для оценки состояния среды на сопредельных территориях.

В основу решения поставленных задач был положен метод экологического картирования с использованием ГИС — технологий и МДЗЗ.

Целью экологического картографирования является анализ выявленной пространственной и временной изменчивости факторов природной среды, воздействующих на состояние экосистем и здоровье человека. Для достижения этой цели требуется выполнить сбор, анализ, оценку, интеграцию, территориальную интерпретацию пространственно определенных данных и

создать географически корректное картографическое представление весьма многообразной и трудносопоставимой экологической информации.

Картографическое обеспечение практической природоохранной деятельности было реализовано при оценке состояния конкретной ООПТ, характеризующейся особым целевым назначением и направленностью природоохранной деятельности - РКЗ «Гряда Вярямянселькя».

Для сбора исходных данных, их предварительной обработки и оценки были использованы МДЗЗ и результаты контактных обследований ООПТ и сопредельных территорий. Метод основан на сплошном изучении яркостных характеристик объектов систематическом пробоотборе по вершинам квадратов в рамках заданной сетки.

Для решения поставленных задач были использованы:

• Архивные и современные черно-белые и цветные спектрозональные аэрофотоснимки РКЗ «Лисинскй» в виде контактных отпечатков и негативов. Использовались снимки практически всех сезонов года.

• Цифровые черно-белые и цветные аэроснимки залетов 2004 г. Лисинского лесничества. Оригинальные масштабы снимков варьировали в пределах от 1:500 до 1:25000. Точные значения масштаба цифровых снимков определялись их регистрацией в системе координат электронных карт, открытых в оболочках ГИС Maplnfo и IDRTS1 for Windows.

• Черно-белые и цветные синтезированные космические снимки Ленинградской области, сделанные в рамках национальных и международных программ 'Landsat", "SPOT", «Монитор - М», «Ресурс» и др.;

• Космические снимки ООПТ Ленинградской области высокого и сверхвысокого разрешения ("Ikonos", «QuickBird» и «OrbView_3») с разрешением на местности, равным единицам и долям метра;

• 67 постоянных пробных площадей и 43 эталонных выдела, заложенных в типичных насаждениях ООПТ пропорционально их встречаемости в лесном фонде исследованных объектов и детально опознанные на МДЗЗ;

• Данные о спектральной яркости эталонных объектов в зависимости от атмосферно-оптических условий, сезона года и фенологического состояния растительных сообществ. Сведения о спектральной яркости объектов были получены из базы данных КСЯ, опубликованной во Всемирной информационной сети в 2008 - 2009 гг.;

Краткая характеристика материалов, собранных на ООПТ СПб и Ленинградской области В процессе сбора исходных данных с использованием разрабатываемой ГИС была составлена генерализованная до масштаба 1:50000 электронная векторная карта всех существующих, проектируемых и планируемых ООПТ Санкт - Петербурга и Ленинградской области (рис. 1).

В качестве атрибутивных данных, характеризующих ООПТ СПб и ЛО, были использованы их паспортные данные, дополненные результатами собственных обследований. К их числу относятся: таксационные показатели,

определенные на пробных площадях; результаты замеров спектральной яркости крон отдельных деревьев, площадок полога древостоев и насаждений в целом. Производились замеры энергетических потоков, отраженных от подроста, подлеска, напочвенного покрова и обнаженных почв.

Особое внимание уделялось сбору данных о концентрации тяжелых металлов и других вредных веществ в растительном покрове, почве, открытых, грунтовых и поверхностных водах. Геохимические данные сводились в отдельные таблицы, связанные с другими таблицами с помощью СУБД.

Отдельно учитывались сведения о таком важном «факторе беспокойства», как шум от автомобильных и железных дорог, а также от хозяйственной деятельности на территории ООГТТ и за ее пределами.

Таким образом, собранные и первоначально обработанные (структурированные) материалы полностью соответствовали условиям решаемых задач.

дополненная и откорректированная по результатам исследования.

3. Разработка геоинформационной системы «Мониторинг состояния окружающей среды на ООПТЛенинградской области и СПб» Дистанционно - контактный мониторинг основан на совместном использовании разнообразных исходных данных, которые, зачастую, бывают разнокачественными и трудносопоставимыми. При решении поставленных задач возникает необходимость ввода собранных данных, их преобразования, калибровки, обработки по единым методикам, анализа и тематического представления для последующего многоцелевого использования.

При создании ГИС для ДКМ необходимо оценить пригодность уже разработанных оболочек профессиональных ГИС, совместимость форматов баз данных, возможность совместного использовании блоков и модулей нескольких ГИС - оболочек (в рамках единой внешней СУБД), а также уровень комфортности интерфейса.

В качестве основы создаваемой ГИС могут быть использованы оболочки ArcGIS, Maplnfo и ArcView для работы с векторными файлами, а также «IDRISI» в любой версии, начиная с «IDRISI for Windows» для обработки изображений в виде файлов в растровых форматах. Принципиальные различия в процедурах обработки векторных и растровых файлов делает их совместную обработку проблематичной. Оптимальным вариантом решения этой задачи является раздельная обработка растров и векторов, векторизация растров и экспорт результатов в базу картографических данных ГИС - основы.

При создании ГИС для ДКМ были предусмотрены три значимых уровня: общий (топографический), специальный (тематический) и экологический (мониторинговый) для оценки состояния среды на ООПТ.

Общий (топографический) уровень является единым для ГИС любой конфигурации и целевого назначения. В картографической базе данных представлены векторные топокарты всего масштабного ряда (до 1:10000).

Базы картографических и атрибутивных данных специального (тематического) уровня состоят из таблиц, моделирующих специфику ООПТ, объектов и полигонов особого интереса. В базу данных мониторинговой ГИС были включены объекты, способные повлиять на изменение экологической обстановки изучаемого региона:

1. Морские, речные порты и пристани - позиционирование, источники экологических проблем;

2. Продуктопроводы (нефте- и газопроводы) — позиционирование экологических данных, источник экологических проблем;

3. Линии связи и электропередач - позиционирование, источник электромагнитного воздействия на окружающую среду;

4. Промышленные предприятия, как источник экологических проблем;

5. Карьеры различного назначения;

6. Сельскохозяйственные угодья (эрозия, удобрения);

7. Лесные земли (нелегальные рубки, пожары, энтомовредители);

8. Земли, выведенные из состава лесного фонда (карьеры и др.);

9. Болота (торфоразработки, пожары);

10.Свалки промышленных и бытовых отходов;

11.Несанкционированные свалки промышленных и бытовых отходов;

12.Полигоны для хранения и переработки особо токсичных промышленных отходов;

13.Объекты и земли специального назначения (объекты на землях обороны, МВД, министерств и ведомств).

Для проектируемой мониторинговой ГИС на ООПТ и ОЗУЛ предусмотрено неограниченное количество слоев, с помощью которых можно с

заданной детальностью картографически и математике — статистически моделировать изучаемые объекты.

Кроме того, база данных экологического (мониторингового) уровня должна включать следующие информационные слои:

1. Пробных площадей многоцелевого назначения;

2. Эталонных выделов для обобщенных результатов геохимических, морфологических, яркостных и таксационных наблюдений;

3. Точек пробоотбора геохимических образцов;

4. Профилей отбора образцов для геохимических, спектральных и лесоводственно — таксационных анализов;

5. Точек экологического мониторинга;

Создаваемая ГИС имеет две отдельных СУБД для графических и семантических данных. При этом в качестве СУБД семантических данных может использоваться одна из широко распространенных СУБД реляционного типа (Oracle, FoxBase, FoxPro, PARADOX и др.). Выбранная СУБД семантических данных имеет интерфейс с СУБД графических данных. Она обеспечивает хранение и манипулирование графическими объектами; послойное представление графических данных; произвольную выборку и отображение любых фрагментов графических изображений.

Ядром этой подсистемы является Система Цифрового Картографирования (СЦК), исполняющая функции ввода, редактирования оперативного просмотра и интерактивных измерений цифровых карт и изображений. СЦК обеспечивает комфортную среду для пользователей. Важной представляется технология совмещения растрового и векторного форматов данных.

Пользовательский интерфейс, как подсистема создаваемой ГИС, отвечает требованиям физического и психологического комфорта пользователя. Интерфейс адаптируется под конкретного пользователя, сочетает возможности интерактивного ввода текстовых и графических меню. Он обеспечивает многооконное отображение данных с возможностью открывать неограниченное количество окон, связь с окнами различных изображений и фрагментов одного и того же изображения, представленных в разных масштабах.

Ландшафтно-географическая классификация территории ООПТ с выделением природных, промышленных и урбанизированных территориальных комплексов

К настоящему времени сложилась практика ведения хозяйственной деятельности в рамках политических и административно - хозяйственных границ, проведенных, зачастую, вопреки географическим закономерностям в строении территорий и здравому смыслу. В результате развития наук о Земле становится очевидной необходимость перехода к иным принципам классификации территорий и организации хозяйственной деятельности в них.

За основу деления области на ландшафты принята классификация, предложенная А. Г. Исаченко (рис. 2), скорректированная результатами

исследований Д. М. Киреева и мезоклиматическим районированием Ленинградской области, выполненным А. В. Грязькиным.

Одним из основных допусков, положенных в основу данного исследования, явилась идея о необходимости защиты всех ландшафтов с желательным сохранением их исторического облика, уникальных, редких и типичных ПТК с набором присущих им видов растительного и животного мира.

ООПТ должны присутствовать в достаточной степени во всех ландшафтах региона. Они должны быть размещены, по возможности, равномерно в пределах территории субъекта федерации. Выполнение этих условий способствует охране ОС региона и практических работ, направленных на инвентаризацию природных ресурсов, включая лесные.

На рисунке 2 приведена схема размещения ООПТ СПб и ЛО, выполненная с помощью разработанной ГИС. Количество ООПТ, их общая площадь и процент покрытия территории региона создают впечатление достаточности, но размещение ООПТ по территории свидетельствует о существенных недостатках в организации их сети.

Рисунок 2. Схема размещения особо охраняемых природных территорий СПб и

Ленинградской области в пределах совмещенного ландшафтного зонирования.

При закладке ООПТ в Ленинградской области были допущены просчеты, типичные для большинства субъектов федерации России. Наиболее обеспеченными ООПТ являются периферийные части области (рисунок 2), Именно вдоль границ Ленинградской области с другими субъектами «Большого Северо - Запада» находятся Нижнесвирский заповедник и этнопарк «Вепсский Лес», сосредоточены памятники природы и другие ООПТ.

Наблюдается выраженный дисбаланс в распределении ООПТ по ландшафтам области. В некоторых ландшафтах произошла неоправданная концентрация ООПТ, а в других - практически полное их отсутствие (рис.2).

Выход из сложившегося положения заключается в совершенствовании номенклатуры ООПТ. В классификации российских ООПТ отсутствует такая

важнейшая категория, как «охраняемый ландшафт» - природоохранный комплексный заказник регионального значения.

В номенклатуре ООПТ отсутствуют категории, предназначенные для преимущественной охраны уникальных, редких и типичных для данного ландшафта лесных экосистем. Такого рода ООПТ широко распространены в большинстве стран Европы, в Соединенных Штатах Америки и в Канаде.

К ООПТ категории «Лесные резерваты» относятся покрытые лесом участки, имеющие особое значение для сохранения биоразнообразия и являющиеся ключевыми для нормального функционирования лесных экосистем. Лесными резерватами могут быть насаждения, локализованные в отдельных таксационных выделах; в пределах фации или урочища.

Относительно небольшие размеры лесных резерватов обеспечивают минимум проблем при их закладке, а ключевое положение на географической подложке приводит к повышенной значимости этих ООПТ при охране окружающей среды и сохранении исторического облика ландшафтов.

В качестве основы для предварительного отбора ЛР должны быть использованы сведения об особо защитных участках, выделяемых при первичном устройстве и периодической инвентаризации лесов региона.

В соответствии с критериями отбора ОЗУ и с помощью созданной мониторинговой ГИС была просканирована база атрибутивных данных лесов Ленинградской области, полученная за последнее десятилетие. В результате были отобраны 850 точек, присвоение которым статуса лесных резерватов было бы целесообразным. Даже чисто формальное отнесение выдела, фации или урочища к категории ООПТ создает необходимость экологической экспертизы при проведении хозяйственных мероприятий на ее территории.

Схема размещения проектируемых лесных резерватов, кластерами по 10, приведена на рисунке 3.

Проект размещения ЛР направлен на восполнение пробелов в обеспечении защиты отдельных ландшафтов ЛО. Густота размещения и приуроченность ЛР к водотокам разных уровней повышает их природоохранное значение. ЛР обеспечивают миграцию биологических видов в пределах ПТК разных рангов и обеспечивают возможность воссоздания старовозрастных лесов и популяций тех биологических видов, существование которых невозможно без больших массивов спелых и перестойных насаждений.

В результате закладки лесных стационаров площадь ООПТ может увеличиться на 3500 га и приблизиться к 10% от общей площади ЛО.

Особенности оценки состояния ОС на ООПТ в зависимости от статуса и

целевого назначения

Инвентаризация ЛР производится с использованием приемов и методов лесной таксации, модифицированных в соответствии с новыми техническими возможностями. В зависимости от типа охраняемого участка и особенностей зонирования его территории, могут применяться методы сплошной измерительной, сплошной и выборочной перечислительной, измерительно -глазомерной таксации, а также рационального сочетания дешифрирования

материалов дистанционных съемок с наземными обследованиями ключевых участков. Особо охраняемый лесной участок, локализованный в пределах отдельного таксационного выдела, является базовым при разработке методов и приемов инвентаризации J1P.

Технической основой картографирования границ JIP являются материалы дистанционных съемок. Одной из главных и сложных задач инвентаризации полигональных объектов является оцифровка границ. При оцифровке границ выделов возникает неопределенность позиционирования линий - буферность (fuzzy set). Естественные границы выделов не являются строго определенными и допускают варианты при проведении линий.

Для оценки уровней неопределенности оцифровки площадных объектов были использованы цветные спектрозональные аэрофотоснимки М 1:10000 и 1:15000 Лисинского РКЗ (площадь 10.2 тыс. га) и Нижнесвирского ГПЗ (площадь полигона - 7.5 тыс. га).

Рисунок 3. Проект совершенствования сета ООПТ Ленинградской области с учетом требований дистанционно - контактного мониторинга и сохранения исторического облика ландшафтов (Схема размещения лесных резерватов).

Результаты исследования показывают, что независимо от масштаба снимков 2/3 всех выделов опознаются надежно. Вместе с тем, при использовании крупномасштабных АФС, точность дешифрирования границ несколько уменьшается за счет «размывания контуров». Позиционирование границ около 20% выделов вызывало определенные трудности и примерно 20% выделов «растворялись» в окружающих участках.

Большинство границ в лесах ЛО являются искусственными и более отчетливыми на всех видах и типах материалов дистанционных съемок.

При оцифровке границ по снимкам, приведенным к масштабу 1:10000 варьирование граничных линий легко опознаваемых полигонов оценивается в 5 -7 м. 83% всех линий не выходили за пределы 3 м буферной зоны. Вторая группа выделов отличалась несколько худшими показателями: 87% всех линий укладывались в 10 м зону, тогда как для 93% выделов третьей группы была необходима 25 - метровая буферная зона.

При инвентаризации JIP должны быть получены результаты картографирования территории резервата с использованием технологии «Field Map» (или равноценной) и стереограмметрической обработки КС: данные геопозиционирования деревьев, подроста (подлеска) и топографических объектов;

При оценке достоверности и точности результатов инвентаризации лесов ООПТ необходимо придерживаться сложившихся рекомендаций: недопустимыми считаются только ошибки в определении преобладающей породы, группы возраста, группы производительности (lrpynna включает 1...2 классы бонитета; вторая - 3...4; третья - 5 и четвертая - 5а...5б классы бонитета); группы полнот (1 группа - 0.3...0.4; вторая - 0.5...0.7 и третья - 0.8...1.0). Новые требования к нормативам точности открывают широкие перспективы применению МДЗЗ, не сказываясь на точности учета лесного фонда [Архипов, 1999].

4. Оценки экологического состояния ООПТ Санкт-Петербурга и Ленинградской области

Экологическое состояние ООПТ зависит от совместного воздействия природных и антропогенных факторов. Воздействие природных факторов с заданной достоверностью и точностью оценивается дешифрированием МДЗЗ -многозональных или гиперспектральных изображений ООПТ из космоса.

Для оценки антропогенных факторов были использованы геохимические методы оценки концентрации вредных веществ, поступивших в воздушный и водный бассейн, выпадающих на почву, травяной напочвенный покров и на полог древостоев.

Методика геохимической оценки состояния окружающей среды ООПТ была разработана на примере зеленых насаждений (включая городские леса) Приморского района Санкт-Петербурга.

Аналитические исследования проводились по сертифицированным методикам при геоэкологической лаборатории РГПУ им. А. И. Герцена.

При выборе мест закладки точек мониторинга был использован принцип их систематического и пропорционального размещения на точечных, линейных и площадных объектах. На территории Приморского района 180 точек мониторинга, доступных в любой сезон года, были размещены в 7 садах, 1 парке, 24 скверах, на 6 бульварах и 51 улице.

Результаты анализа содержаний элементов в листве зеленых насаждений в сравнении с их содержанием в почвогрунтах приведены в таблице 1.

На рисунке 4 приведены поэлементные графики поведения поллютантов в листве и почвогрунтах Приморского района.

Для определения зависимости элементного состава листвы от элементного состава почвы рассчитывались коэффициенты корреляции и отношения концентрации веществ в листве к их концентрации в почве.

Расчет отношения концентрации компонента в листве к концентрации в почве показал, что такие элементы как Мл, Ре, N1, Си, 7лл, 8г имеют тенденцию к концентрации в почвенном покрове (являются литофильными), и только Р накапливается в растительности (биофильный элемент).

Отношения концентрации компонента в летней и осенней листве показал, что такие элементы как А1, 81, С1, Са, 'П, Ва, Мп, Ре, Вг и Эг имеют тенденцию к повышению концентрации в осенней листве. Р, 8, К и Шз проявляют четко выраженную склонность к накоплению в летней листве.

почвогрунтах Приморского района

N1, Си и 7п. не характеризуются какой-либо закономерностью накопления в зависимости от времени отбора листвы.

Накопление тяжелых металлов усиливается от биогенных ландшафтов к промышленным зонам и несанкционированным свалкам. В промышленных ландшафтах выявленные содержания большинства токсикантов в 2-4 раз превышают фоновые значения. Во всех ландшафтах происходит накопление свинца, кадмия, цинка, меди, молибдена, кобальта, марганца и вольфрама.

Для ООПТ и городских лесов Санкт-Петербурга наиболее остро стоит проблема загрязнения почв свинцом, цинком и кадмием. Значительное количество свинца и других тяжелых металлов оседает в придорожной полосе на расстоянии 30 м от дороги.

Содержание тяжелых металлов первого и второго класса опасности в лесных почвах Приморского района, превышает допустимые значения. Особенно высоким является превышение по мышьяку - 7,85 и хрому - 7,91.

Полученные данные позволяют разделить загрязненные в процессе техногенеза почвы на три зоны:

1) локальные аномалии очень сильного загрязнения, где содержание ТМ в почвах превышает допустимую норму в 5-25 раз;

2) зона сильного загрязнения - количество подвижных форм ТМ в почвах значительно и, как правило, выше ПДК в 3-4 раза;

3) зона умеренного загрязнения - количество подвижных форм ТМ в почвах обычно не превышает по содержанию Ъл - 1,5-2 и Си - 1,3-2,2 раза.

Техногенез способствует деградации природной среды и особенно почв, как основного депонента загрязняющих веществ.

Организация ДКМ возможна с использованием различных нефотографических изображений, которые в настоящее время доступны всем пользователям без ограничения. К их числу относятся МДЗЗ всего масштабного ряда, пространственного разрешения и спектральной чувствительности. По современным спутниковым снимкам распознаются таксационные характеристики объектов инвентаризации: кроны отдельного дерева, группы деревьев (куртины), выдела, квартала и их экологическое состояние.

Рисунок 5. Распределение свинца в почвогрунтах городских лесов Приморского района

Санкт - Петербурга.

ттШШЯ

Условные обозначен»« Pb-АДКкрасногвардейский Карт* прамкмрпаяированньи

Komypa с ийивкой

Ügg 8Д> 8« ЩЩв.ГС. (JS

ШЦ: *».: ШШ '.se-

1.S1 -7.13

г,а-т ■»■'В

0 SOS 5 G10

1____________1_________f

значений

Рисунок 6. Карта - схема превышения свинца в почвогрунтах Приморского района

относительно ПДК.

В работах предшественников [Кринов, 1941; Белов, 1959; Арцыбашев, 1959; Кропов, 1966] установлено, что листва или хвоя одного дерева, находящаяся в разных частях кроны, имеет различную спектральную яркость. Для решения практических задач целесообразно использовать суммарные значения яркости, измеренные для точек и площадок, в контуры которых попадают не только освещенные и затененные участки крон отдельных деревьев, но и части крон соседних деревьев, а также промежутки между ними.

В таблице 1 приведены значения коэффициентов спектральной яркости здоровой хвои и листвы отдельных деревьев РКЗ «Лисинский». Такие данные можно рекомендовать для использования в качестве эталонов при оценке степени воздействия природных и антропогенных факторов на древостой.

Таблица 1

КСЯ отдельных деревьев, определенных для различных МДЗ (июль 2010 г.)

Порода Тип сенсора Длина волны, нм

450 550 675 795 850

Сосна SPOT 5 2.2 4.1 3.2 26 25

LSTTM+ 3.3 4.8 3.4 23 24

Ikonos 2.0 6.2 3.4 21 22

Береза SPOT 5 1.7 4.7 2.3 35 39

LSTTM+ 3.3 4 3.1 ЗО ЗО

Ikonos 2.3 5.1 3.4 34 34

Осина SPOT 5 2.4 4.1 2.2 37 42

LSTTM+ 1.9 4.9 2.2 36 39

Ikonos 2.2 4.6 5.0 39 39

Ель SPOT 5 1.1 3.2 2.2 12 13

LSTTM+ 1.2 4.1 2.9 17 15

Наиболее очевидными и значимыми являются сезонные изменения КСЯ. Они логичны, подчиняются строгим закономерностям и могут быть использованы при мониторинге растительных покровов и при наблюдении лесов в зимний период, когда густой полог лиственных не маскирует хвойные в составе насаждений. Сезонные изменения коэффициентов спектральной яркости исследовались в насаждениях РКЗ «Лисинский» и «Вярямянселькя».

Причины резких различий спектральной яркости полога чистых ельников в разные сезоны года заключаются в частичной или полной маскировке зеленой хвои изморозью или снегом на еловых лапах.

Результаты обработки исходных данных подтверждаются результатами работ предшественников и показывают закономерную связь спектральной яркости полога насаждений с их фенологическими фазами. В смешанных насаждениях наблюдается возрастание яркости вблизи 650 нм и ее уменьшение в стандартных диапазонах длин волн 750, 850 и 1050 нм.

Отражение растительного покрова в красной и БИК зонах спектра тесно связано с объемом и состоянием его зеленой фитомассы. Для того чтобы количественно оценить состояние растительности, широко применяется нормализованный разностный вегетационный индекс NDVI, с помощью которого характеризуют плотность растительности, оценивают приживаемость культур, рост растений и продуктивность угодий. Индекс рассчитывается как

разность значений отражения в ближней инфракрасной и красной областях спектра, деленная на их сумму.

Т\ПЛ'1 помогает выявить проблемные зоны угнетенной растительности, давая возможность принимать наиболее верные в долгосрочной перспективе решения, направленные на повышение прироста. Участки с различным состоянием лесной растительности или объемом зеленой фитомассы

Рисунок 7. Куртины елового сухостоя в пологе здоровых насаждений (Кв.195. ПСЗ «Лисинский»),

Вегетационные индексы не дают абсолютных количественных показателей исследуемого свойства, но позволяют оценивать свойства растительного покрова, которые могут быть интерпретированы с привлечением полевых данных пересчитанных в абсолютные значения.

5. Оценка динамики состояния окружающей среды на ООПТ и примыкающих регионах ДКМ может служить для оценки состояния окружающей среды на ООПТ и сопредельных территориях, а также для совершенствования сетей особо охраняемых территорий. Мероприятия, выполняемые в рамках ДКМ, могут быть использованы в двух режимах: в наблюдательном - оценочном и в созидательном - для создания новых и повышения статуса уже существующих ООПТ.

В качестве примера можно привести особенности использования разработок при оценке состояния ОС на РКЗ «Гряда Вярямянселькя».

Оценка исходного состояния окружающей среды на ООПТ включала анализ материалов, характеризующих следующие компоненты: атмосферный воздух, акустическую нагрузку, электромагнитное излучение, радиационную обстановку, существующее состояние водных объектов: поверхностных, грунтовых, почвенных вод и поверхностных стоков; состояние почв, физико — химическое состояние объекта, результаты бактериологических и паразитологических исследований,

Расчет количества выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух выполнен с использованием программы «Магистраль-Город» версии

2.3.3.41, основой которой является «Методика определения выбросов автотранспорта для проведения сводных расчетов загрязнения атмосферы городов», утверждена приказом Госкомэкологии России от 16.02.1999 № 66.

В общем объеме выбрасываемых автотранспортом в атмосферу загрязняющих веществ, преобладающими являются оксид углерода - 266,42 тонн в год (82,36% от общего объема выбросов), сумма углеводородов нефти 33,28 тонн в год (10,29 %) и диоксид азота 19,24 тонн в год (5,95%).

Анализ полученных результатов, позволяет сделать вывод, что выбросы загрязняющих веществ в атмосферу не создадут концентраций, превышающих санитарные нормы качества атмосферного воздуха.

Расчёт уровня шума от автомобильного транспорта выполнен в соответствии с действующим нормативным документом: СНиП 23-03-2003 «Защита от шума».

Вычисленная зона акустического дискомфорта по всей полосе пересечения составляет 75 м. Уровень воздействия не превышает предельно -допустимых уровней шума на границе зоны акустического дискомфорта.

Самым активным загрязнителем подземных вод на Вярямяселькя является транспорт. Выхлопные газы автомобилей, содержащие оксиды и диоксиды углерода, азота, серы, сажу, несгоревшие углеводороды и тяжелые металлы, оседают в придорожную почву. В целом отработанные газы автомобильных двигателей содержат более 200 соединений, большинство из которых токсичны. Инфильтрация атмосферных и талых вод сквозь почву несет загрязнители к грунтовым водам.

Применение противогололедных солей на дорогах сильно и негативно сказывается на качестве грунтовых вод, что хорошо заметно в колодезной воде придорожных деревень и на условиях произрастания растений.

На обочине шоссе и в 5 м от нее минерализация грунтовых вод составляет 2,5-2,7 г/л. При удалении от дороги на 30 м минерализация снижается до 1,6-1,9 г/л, на 40-50 м - до 1,0-1,4 г/л.

Оценка антропогенного и техногенного воздействия на растительность была выполнена в соответствии с рекомендациями, разработанными в процессе данного исследования.

Заключение

В процессе исследования были получены следующие результаты:

• Среди российских ООПТ отсутствуют такие важные категории, как «охраняемый ландшафт» и «лесной резерват», которые могут обеспечить сохранение исторического облика уникальных, редких и типичных территорий на протяжении значимого периода;

• Уровень защищенности ландшафтов ЛО неодинаков и значительно варьирует по всем показателям в пределах субъекта федерации. Отдельные ландшафты не защищены ООПТ даже низшего ранга;

• Приуроченные к ключевым участкам, ЛР служат своеобразными «островами - накопителями» биоразнооюразия и обеспечивают миграцию

представителей растительного и животного мира в пределах 1ТГК разных рангов. Запроектированные для JIO JIP могут обеспечить более высокий уровень защищенности лесных экосистем и ОС. Необходимость экологической экспертизы при проведении хозяйственных мероприятий в границах резервата заставляет продуманно относиться к их выбору;

• Для оценки состояния ООПТ разработаны рекомендации по совершенствованию информационного обеспечения экспертизы, устройства и инвентаризации лесов охраняемой территории:

- предложена всероссийская система регистрации ООПТ. В ее основу положена система цифрового кодирования ООПТ с позиционированием в единой системе административного деления и географических координат (широта - долгота). Каждой категории ООПТ присвоен порядковый номер - код ООПТ:

001- Биосферные заповедники;

002 — Государственные природные заповедники;

003 — Национальные парки;

004 - Природные парки;

005 — Этнографические парки;

006 - Государственные комплексные заказники (федеральные);

007 - Комплексные заказники (региональные);

008 — Видовые заказники;

009 - Памятники природы;

010 — Дендропарки;

011 - Сады;

012 — Лесные резерваты;

013 - Охраняемые ландшафты и т.п.;

Для привязки ООПТ каждая страна кодируется трехзначным порядковым номером (007 - Российская Федерация); субъект федерации (047 -Ленинградская область); административный район (017 - Тосненский район Ленинградской области); лесничество (018 — учебное лесничество), участковое лесничество (001 - Лисинское участковое лесничество);квартала (206); таксационный выдкл (017), а географическая регистрация - координатами

ООПТ Страна Субъект Федерации Адм. Район Леснич Участк Леснич Квартал Таксац. Выдел Геогр. Координаты

006 007 047 017 018 001 206 019 СШиВД

Таким образом, полная номенклатура РКЗ «Лисинский» состоит из 8 групп кодов: 00600704701701800120659.446230.6721;

- разработана ГИС для обслуживания ДКМ, методической основой которого является картографический метод исследования. С помощью мониторинговой ГИС были составлены электронные карты ООПТ СПб и ЛО;

- разработаны предложения о внесении изменений в базы атрибутивных данных ООПТ, в результате которых «экологизируется» подход к характеристике ПТК ООПТ. В частности, в базах атрибутивных данных предусмотрена текущая характеристика экологического состояния воздушного

и водного бассейнов, грунтовых и почвенных вод, растительных покровов и почв;

предложена методика и техника периодических обследований геохимических параметров ООПТ с систематическим пополнением баз атрибутивных и картографических данных;

- на примере РКЗ «Гряда Вярямянселькя» сформулирована и реализована методика оценки воздействия антропогенных и техногенных факторов на все компоненты ООПТ, включающая количественную оценку влияния промышленных выбросов, «фактора беспокойства» - шумов; последствий эксплуатации промышленных объектов в границах ООПТ. Впервые предлагается учитывать весь комплекс факторов, участвующих во взаимодействии и влияющих на состояние среды ООПТ;

- разработаны предложения по совершенствованию инвентаризации лесов ООПТ с использованием МДЗЗ и ГПС-технологий. В основу совершенствования технологии инвентаризации лесов ООПТ положены методы автоматизированного и интерактивного дешифрирования цифровых спутниковых снимков по яркостным характеристикам дешифрируемых объектов;

- произведен анализ поведения показателей СЯ объектов ландшафтной оболочки Земли в зависимости от природных и техногенных факторов;

- разработаны предложения по использованию КСЯ и ВИ для ранней диагностики «проблемных» участков на ООПТ, появление которых вызывается естественными и техногенными факторами. В связи с тем, что до настоящего времени яркостные характеристики использовались только для обнаружения нарушений в экосистемах, была предпринята попытка дифференциации реакций в зависимости от причин, их вызывающих.

Результаты диссертационного исследования используются в учебном процессе СПбГЛТУ имени С. М. Кирова и РГПУ имени А. И. Герцена.

По теме диссертации были опубликованы следующие работы:

1. Фам Ань Кыонг. Национальный парк Ба Бе во Вьетнаме: влияние экотуризма и антропогенных факторов на ООПТ // Научно-технический журнал «Вестник МАНЭБ». Т.14, №4. Санкт-Петербург, 2010, с. 50-55.

2. Фам Ань Кыонг, Буров В., Клименко В. В., Лыонг Нгуен Нгок Нга. Исследование точности лесных карт, составленных с использованием государственных топоосиов М 1:200000 и 1:100000 II Научно-технический журнал «Вестник МАНЭБ». Т.14, №6. Санкт-Петербург, 2010, с. 19-22.

3. Фам Ань Кыонг, Буров В., Клименко В. В., Лыонг Нгуен Нгок Нга. Оперативное совмещение цифровых аэрокомоснимков и карт по опроным точкам в геоннформацнонной системе дистанционного экологического мониторинга // Научно-технический журнал «Вестник МАНЭБ». Т.14, №6. Санкт-Петербург, 2010, с. 26-27.

4. Фам Ань Кыонг, Дружинин A.C., Лыонг Нгуен Нгок Нга, Шабнов К. В. Разработка и исследование технологии создания и обновления топографических и тематических карт по космическим сканерым

снимкам с использованием архивных мелкомасштабных аэроснимков //

Научно-технический журнал «Вестник МАНЭБ». Т. 14, №6. Санкт-Петербург, 2010, с. 65-70.

5. Фам Ань Кыонг. ГИС для оценки состояния среды на урбанизированных территориях. Н'Ш в лесном хозяйстве, охране природы и ландшафтном строительстве. Под общей редакцией д. г. н., проф. А. С. Алексеева, д. с.-х. н., проф. А. В. Любимова и к.с.-х.н., доц. С. В. Вавилова. СПбГЛТУ,: СПб, 2012., с. 85 - 88.

6. Фам Ань Кыонг. Разработка ГИС сбора, обработки и визуализации данных для мониторинга состояния среды на ООПТ. НТП в лесном хозяйстве, охране природы и ландшафтном строительстве. Под общей редакцией д. г. н., проф. А. С. Алексеева, д. с.-х. н., проф. А. В. Любимова и к.с.-х.н., доц. С. В. Вавилова., СПбГЛТУ,: СПб, 2012, с. 74 - 77.

7. Фам Ань Кыонг, Любимов А. В, Мальцев Р. Моделирование лесов, как средство решения проблем информационного обеспечения устойчивого развития лесного комплекса и ООПТ // Научно - технический прогресс в лесном хозяйстве, охране природы и ландшафтном строительстве. 9 (1) Под общей редакцией д. г. н., проф. А. С. Алексеева и д. с.-х. н, проф. А. В. Любимова, к.с.-х.н, доц. С. В. Вавилова). СПбГЛТУ,: СПб, 2013, с. 65-68.

8. Фам Ань Кыонг, Краснов B.C., Краснов М.В. Дмитриева Е.А.Обзор применения ГИС в экологическом мониторинге лесных ресурсов // Научно -технический прогресс в лесном хозяйстве, охране природы и ландшафтном строительстве. 9 (1). Под общей редакцией д. г. н, проф. А. С. Алексеева и д. с.-х. н, проф. А. В. Любимова, к с.-х.н, доц. С. В. Вавилова. СПбГЛТУ,: СПб, 2013, с.47-53.

9. Фам Ань Кыонг, Любимова Т. Ю, Чыонг Нгуен Конг. Применение материалов дистанционных съемок и ГИС при инвентаризации особо охраняемых лесов. // Научно - технический прогресс в лесном хозяйстве, охране природы и ландшафтном строительстве. 9 (1). Под общей редакцией д. г. и, проф. А. С. Алексеева и д. с.-х. н, проф. А. В. Любимова, к.с.-х.н, доц. С. В. Вавилова. СПбГЛТУ,: СПб, 2013, с. 68-71.

Просим принять участие в работе диссертационного Совета Д 212.220.02 или прислать Ваш отзыв на автореферат в трёх экземплярах с заверенными подписями по адресу 194021, Санкт-Петербург, Институтский пер, 5, Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет им. С. М. Кирова, Учёный совет.

ФАМ АНЬ КЫОНГ АВТОРЕФЕРАТ

Подписано в печать с оригинал-макета 16.04.13. Формат 60x84/16. Бумага офсетная. Печать трафаретная. Уч .-изд. л. 1,0. Усл.-печ. л. 1,5. Тираж 100 экз. Заказ № 108. С 3 а.

Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет Издательско-полиграфический отдел СПбГЛТУ 194021, Санкт-Петербург, Институтский пер., 5.

Текст научной работыДиссертация по сельскому хозяйству, кандидата сельскохозяйственных наук, Фам Ань Кыонг, Санкт-Петербург

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЛЕСОТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ имени С. М. Кирова

00

На правах рукописи

Фам Ань Кыонг

ОЦЕНКА СОСТОЯНИЯ ООПТ СЕВЕРО - ЗАПАДА РОССИИ И РАЗРАБОТКА РЕКОМЕНДАЦИЙ ПО ЕГО УЛУЧШЕНИЮ (на примере Ленинградской области)

06.03.02. - "Лесоведение, лесоводство, лесоустройство и лесная таксация"

Диссертация на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

СО £

^ Научный руководитель: доктор сельскохозяйственных наук,

^ профессор А. В. Любимов

О я СМ 2

Санкт- Петербург - 2013

СОДЕРЖАНИЕ

Стр.

Список принятых сокращений 5

Введение. 7

1. Состояние изученности проблемы 13

1.1. Роль лесоустройства в решении проблем охраны окружающей среды 13

1.2. Моделирование лесов, как средство решения проблем информационного обеспечения устойчивого развития лесного комплекса и ООПТ 15

1.3. Особо охраняемые природные территории России и субъектов федерации 17

1.3.1. Классификация ООПТ 17

1.3.2. Анализ состояния системы ООПТ России 21

1.3.3. Особо защитные участки лесов 24

1.3.4. Старовозрастные и естественные леса; леса высокой природоохранной ценности. 25

1.4. Современные методы оценки состояния окружающей среды 28

1.4.1. Контактные методы фитоиндикации при организации экологического мониторинга 28

1.4.2. Дистанционные методы экологического зондирования окружающей среды 34

1.5. Выводы 47

2. Программа и методика исследования. Объем и характеристика \ экспериментального материала 50

2.1. Программа исследования 50

2.2. Методика исследования 50

2.2.1. Картографический метод оценки экологического состояния территории 51

2.2.2. Дистанционно - контактный метод оценки состояния природных территориальных комплексов ООПТ и окружающей среды на примыкающих территориях Санкт - Петербурга и Ленинградской области 59

2.3. Объем и характеристика исходных материалов и объектов 59

2.3.1. Характеристика исходных материалов 5 9

2.3.2. Общая характеристика натурных материалов, использованных для оценки состояния ООПТ СПб и ЛО 61

2.4. Выводы 67

3. Разработка геоинформационной системы «мониторинг состояния окружающей среды в ООПТ Ленинградской области и Санкт-Петербурга» 68

3.1. Структура геоинформационной системы для дистанционно -контактного мониторинга 71

3.2. Ландшафтно-географическая классификация территории ООПТ с выделением природных, промышленных и урбанизированных территориальных комплексов 79

3.3. Особенности оценки состояния ПТК и ОС в ООПТ в зависимости от статуса и целевого назначения 87

3.3.1. Инвентаризация лесных резерватов Ленинградской области с оценкой их состояния 87

3.3.2. Инвентаризация площадных объектов: лесов существующих особо охраняемых территорий разных рангов. 93

4. Оценки экологического состояния ООПТ Санкт-Петербурга и Ленинградской области 96

4.1. Оценка экологического состояния ООПТ при устройстве и периодической инвентаризации особо охраняемых лесов 96

4.2. Оценка экологического состояния экосистем ООПТ и прилегающих территорий с использованием геохимических методов определения концентраций вредных веществ в компонентах ПТК 101

4.2.1. Методический подход к оценке геохимии ландшафтов ООПТ 101

4.2.2. Методика организации мониторинга за состоянием и поведением загрязняющих среду веществ на ООПТ, в городских лесах и зеленых насаждениях Санкт-Петербурга 103

4.2.3. Результаты оценки концентраций вредных веществ 106

4.3. Химическое загрязнение почв ООПТ и городских лесов Санкт -Петербурга 112

4.4. Систематическое отслеживание состояния экосистем ООПТ методами дистанционно - контактного мониторинга 118

4.4.1. Спектральная яркость древесных пород и полога насаждений 119

4.4.2. Спектральная яркость крон отдельных деревьев и полога насаждений 121

4.4.3. Особенности использования спектральной яркости для дистанционно - контактного мониторинга за состоянием лесных экосистем ООПТ 128

5. Оценка динамики состояния окружающей среды в ООПТ и примыкающих регионах 13 5

5.1. Краткая характеристика ГПКЗ «Гряда Вярямянселькя» 135

5.2. Оценка воздействия техногенных и антропогенных факторов на окружающую среду ООПТ и прилегающих территорий 142

5.2.1. Оценка воздействия на атмосферный воздух 142

5.2.2. Анализ результатов расчета приземных концентраций загрязняющих веществ в атмосферном воздухе 146

5.2.3. Оценка акустического воздействия на окружающую среду (фактор беспокойства) 150

5.2.4. Оценка воздействия на водные объекты (поверхностные и подземные воды) 157 Заключение 162 Библиографический список 167

СПИСОК ПРИНЯТЫХ СОКРАЩЕНИЙ

АФС - Аэрофотоснимок

АК Аэрокосмический

АКФС Аэро и космические фотоснимки

АИПС Автоматические информационно - поисковые системы

АСК Автоматические системы картографирования

АСИС Автоматические справочно-информационные системы

БД - База данных Совокупность сведений, числовых и качественных показателей, используемых при анализе и расчётах; свод информации.

БЗ База знаний

БИК Близко инфракрасный диапазон

ВПТ Выделы перечисленной таксации

ГИ Геоинформационный

ГИС Географическая информационная система

ГЭ - Геоэкология Комплексная наука на стыке экологии и географии

ГЛОНАСС Глобальная наблюдательная спутниковая система

ГПС Глобальная позиционирующая система

ГЛФ- Государственный лесной фонд Все леса на территории РФ независимо от видов собственности, целевого назначения и использования

ДС Дистанционная съемка

ДЗ - Дистанционное зондирование Наблюдение поверхности земли авиационными и космическими средствами, оснащёнными различными видами съемочной аппаратуры

дзз Дистанционное зондирование Земли

Дм- Дистанционные методы Методы изучения наземных объектов и космических тел неконтактным путём на значит, расстоянии (с воздуха или из космоса) различными приборами в разных областях спектра. ДМ позволяют оценивать региональные особенности изучаемых объектов, выявляемые на больших расстояниях.

ИАС Информационно-аналитическая система

ИВТ Информационно-вычислительная техника

ИВК Информационно-вычислительный комплекс

ИК - Инфракрасный диапазон Спектральная область между красным концом видимого света (с длиной волны "к = 0,74 мкм) и микроволновым излучением (X ~ 1—2 мм)

КЗ Картографические знаки

КИ Картографическая информация

КИКПР Комплексная инвентаризация и картографирование природных ресурсов

КФС Космический снимок

ЛУ Лесоустройство

ЛРМ Линейное разрешение на местности

ло Ленинградская область

ЛУОЛХ Лисинский учебно-опытный лесхоз

НБ МДС Национальная библиотека материалов дистанционных съемок

нсгз Нижнесвирский государственный заповедник

оэкк Оптико-электронная кадровая камера

опл Опытно-показательный лесхоз

ОЗУ - Особо Классификационная единица, объединяющая

защитный участок относительно небольшие участки лесов, имеющие важное значение в выполнении специфических водоохранных, защитных и других функций, выделяемые в лесах любой группы, не отнесенных к категориям защитности, в которых установлен более строгий режим ведения лесного хозяйства и лесопользования.

ООПТ Особо охраняемая природная территория

ПЗС - Прибор с Общее обозначение класса полупроводниковых приборов,

зарядовой связью в которых применяется технология управляемого переноса заряда в объеме полупроводника.

ПК Персональные компьютеры

ПТК Природный территориальный комплекс

РБД Реляционная база данных

свд Система визуализации данных

СКИ Системы картографической информации.

СУБД - Система управления базой Совокупность программных и лингвистических средств общего или специального назначения, обеспечивающих

данных управление созданием и использованием баз данных

ТЗ Техническое задание

ТЗБХ Тосненский завод бытовой химии

ТИК Тепловой инфракрасный диапазон

УОЛХ Учебно-опытный лесхоз

эмс Электромагнитный спектр

A-code Работа GPS- навигатора в наименее точном режиме

C/A-code Работа GPS- навигатора в промежуточном режиме

GBFRA Глобальный учет ресурсов бореальных лесов

GFRA Глобальный учет лесных ресурсов

GPS Система спутникового геопозиционирования

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Состояние окружающей среды становится актуальнейшей проблемой промышленно развитых регионов России. Средства объективного контроля и данные долгосрочных наблюдений свидетельствуют о том, что практически повсеместно наблюдается негативная динамика показателей состояния окружающей среды и процесс это кажется необратимым. Более того, по мнению большинства экологов, создаваемая современным обществом технологическая компонента является антагонистической ко всей биоте, включая человека. В связи с этим, возникает настоятельная необходимость в систематическом отслеживании динамики состояния природных территориальных комплексов и объективной оценке процессов, происходящих в их экосистемах. Для решения данной проблемы необходима, во-первых, оперативная, достоверная и точная информация об объектах, явлениях и процессах на анализируемых территориях и, во-вторых, совокупность эталонных экосистем, сравнением с которыми можно объективно оценить скорость и направление в изменениях состояния окружающей среды регионов. В качестве источника исходных данных могут быть использованы материалы дистанционных съемок, методологической основой решения поставленных задач является картографический метод анализа состояния окружающей среды, а в качестве природных эталонов должны быть использованы особо охраняемые природные территории субъекта федерации. Субъекты федерации Северо-Запада России и, в частности, Санкт - Петербург и Ленинградская область являются промышленно развитыми и населенными субъектами федерации России, отдельные районы которых характеризуются неблагоприятным состоянием окружающей среды. Именно поэтому данный регион и был выбран для разработки рекомендаций по использованию дистанционных методов, современных информационных технологий и природных эталонов для контроля за состоянием среды с целью ее сохранения и улучшения.

Целью диссертационного исследования является разработка рекомендаций по непрерывной оценке состояния окружающей среды ООПТ, региона и мероприятий по ее сохранению и улучшению. Цель исследования достигается использованием ландшафтно - экологического подхода к оценке состояния природных территориальных комплексов, методов дистанционного зондирования их компонентов и геоинформационных технологий обработки полученных материалов. Современные геоинформационные технологии обеспечивают возможность анализа и синтеза исходных данных, организованных послойно. Таким образом, в процессе дистанционно -контактного мониторинга можно оценить состояние всех компонентов природных территориальных комплексов по отдельности и во взаимосвязи: от геологического фундамента до состояния атмосферы, включая почвы, растительный и животный мир.

Для реализации поставленной цели в диссертационном исследовании были сформулированы и решены следующие задачи:

1. Изучить историю, современное состояние и перспективы развития природоохранной деятельности в России, включая деятельность по развитию особо охраняемых природных территорий, как природных эталонов; рациональное, экологически безопасное лесопользование; охрану лесов от пожаров; их защиту от вредителей, болезней, неблагоприятных факторов среды и антропогенных воздействий.

2. Сделать анализ химических, биологических и геоэкологических методов оценки состояния, как отдельных компонентов экосистем, так и окружающей среды природных территориальных комплексов в целом.

3. Исследовать информационные возможности материалов современных съемочных систем наземного, авиационного и спутникового базирования, а также возможности использования их материалов для информационного обеспечения объективной оценки состояния окружающей среды заданного региона;

4. Оценить рынок современных геоинформационных систем и технологий, а также особенности их использования для оценки состояния ООПТ Ленинградской области и решения проблем охраны окружающей среды субъекта федерации;

5. Проанализировать методы формирования баз картографических и атрибутивных данных, их структуру и возможности использования для достижения цели диссертационного исследования;

6. Модифицировать методы использования показателей спектральной яркости для оценки экологического состояния всех компонентов лесных экосистем и природных территориальных комплексов в целом;

7. Разработать и апробировать предложения по использованию методов дистанционно - контактного мониторинга и природных эталонов для объективной оценки состояния природных территориальных комплексов субъектов федерации и сохранения исторического облика уникальных и типичных ПТК.

Объектом исследования является совокупность ООПТ и пробных площадей и участков, расположенных на землях АК и ГИС-полигона «Лисинский», Нижнесвирского государственного природного заповедника, этнопарка «Вепсский Лес», ООПТ Санкт - Петербурга и Ленинградской области, а также материалы наземных и дистанционных съемок; данные, используемые для создания традиционных и электронных карт территории: топографические и тематические карты на жестких носителях или в растровом (оцифрованном) виде, цифровые векторные карты и их классификаторы, а также каталоги, описания и др.

Предметом исследования является изучение и оценка принципов организации данных, характеризующих состояние отдельных компонентов и ПТК в целом, пространственное размещение промышленных выбросов, а также других факторов воздействия на природные территориальные комплексы и лесные экосистемы. Структура данных о химических и оптических свойствах объектов, явлений и процессов на землях субъекта федерации и ООПТ,

получаемых в результате наземной, авиационной и космической съемки и явилась основным предметом исследования. В процессе исследования были изучены законодательные и нормативные документы: Лесной Кодекс РФ, действующая лесоустроительная инструкция, инструкция по инвентаризации национальных парков, инструкции и технические руководства по созданию картографических произведений (топографических и лесных тематических карт в растровых и векторных форматах); руководства по применению АФС и КС при создании картографических произведений и картографическо-атрибутивных баз полнокомпонентных профессиональных ГИС.

Исследование базируется на биологическом методе оценки воздействия природных, антропогенных и техногенных факоров на экосистемы, геохимических методах определения концентраций поллютантов и веществ, воздействующих на состояние компонентов экосистем, математико - статистических методах моделирования оптических характеристик экосистем на материалах дистанционных съемок и картографическом методе анализа пространственно определенных объектов [Бурде, 1990/.

Достоверность результатов исследования определяется большим массивом калиброванных исходных данных, верифицированных методик их обработки, анализа и представления и подтверждается результатами экспериментальной проверки разработанных рекомендаций на реальной модели сформированных баз картографических и атрибутивных данных.

Положения, выносимые на защиту:

1. Предложения по использованию геоэкологических и геохимических методов оценки состояния ПТК в заданных районах субъектов федерации;

2. Рекомендации по разработке и использованию многофункциональных баз картографических и атрибутивных данных геоинформационных систем для совершенствования систем особо охраняемых природных территорий и их использования в качестве природных эталонов;

3. Рекомендации по использованию материалов дистанционного зондирования для оперативной оценки состояния всех компонентов ПТК и выявления проблемных участков в промышленно развитых районах субъектов федерации в реальном масштабе времени;

4. Предложения по совершенствованию систем особо охраняемых природных территорий и их использованию в качестве природных эталонов.

Научная новизна результатов исследования состоит в разработке рекомендаций по применению новых технических средств и материалов дистанционного зондирования с целью совершенствования систем особо охраняемых природных территорий и их последующего использования в качестве природных эталонов и объектов для отработки новых технических средств и технологий;

Личный вклад. Сбор полевого материала был выполнен лично автора. Разработка методики исследования, обработка материалов, анализ полученных результатов и формулирование рекомендаций были выполнены лично автором.

Практическое значение результатов. Разработанные в процессе данного исследования выводы, предложения и рекомендации используются при совершенствовании сети особо защитных участков в лесах Северо - Запада Рос�