Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Создание оценочных карт лесорастительного потенциала на геотопологической основе

ВАК РФ 11.00.01, Физическая география, геофизика и геохимия ландшафтов

Текст научной работыДиссертация по географии, кандидата географических наук, Солодов, Алексей Анатольевич, Санкт-Петербург

РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

им. А.И.Герцена

На правах рукописи.

Солодов Алексей Анатольевич

СОЗДАНИЕ ОЦЕНОЧНЫХ КАРТ ЛЕСОРАСТИТЕЛЬНОГО ПОТЕНЦИАЛА НА ГЕОТОПОЛОГИЧЕСКОЙ ОСНОВЕ.

Специальность 11.00.01. диссертация на соискание ученой степени кандидата географических наук

Научный руководитель -доктор географических наук, профессор Игнатенко И.В.

Санкт-Петербург 1998

Содержание.

Содержание...........................................................................................2

Введение..............................................................................................5

Глава 1. Закономерности дифференциации природных условий

на локальном уровне организации геосистем.........................11

1.1. Исторические корни геотопологической концепции....................11.

1.2. Местоположение: понятие и сущность...........................................18

1.3. Геотопологические параметры местоположения............................22

1.4. Геотопологическая обусловленность эдафо и микроклимата........25

1.5. Геотопологические аспекты биологической продуктивности растений.............................................................................................34

1.6. Опыты тематического и оценочного картографирования на топографической и ландшафтной основе........................................38

Глава 2. Геотопологические аспекты радиального прироста

сосновых насаждений в пределах Среднего Полужья...............41

2.1. Экологически значимые показатели физико-географической характеристики района исследований............................................42

2.2. Радиальный прирост сосны в зависимости от местоположения...56

2.2.1. Характеристика дендрополигонов.............................................56

2.2.2. Методика сбора и обработки дендроиндикационной информации................................................................................60

2.2.3. Фактические данные о радиальном приросте сосны................63

2.2.4. Определение экологической устойчивости насаждений по отношению к сезонной и годовой динамике природных процессов...................................................................................69

2.2.5. Радиальный прирост сосны и осушительная мелиорация........76

2.2.6. Формирование слоев ранней, поздней и годичной древесины в связи с условиями климата и топологии местообитания..........................................................................79

2.2.6.1. Влияние атмосферных осадков на прирост сосны

в связи с условиями местопроизрастания.........................83

2.2.6.2. Влияние температуры воздуха на прирост сосны

в связи с условиями местопроизрастания..........................89

2.2.7. Ритмические составляющие в приросте сосен различных

. местообитаний..........................................................................93

2.2.8. Сходные тенденции в динамике прироста насаждений различных местообитаний........................................................98

Глава 3. Создание оценочных карт лесорастительного потенциала

на геотопологической основе....................................................104

3.1 Принципы оценочного картографирования лесорастительного

потенциала......................................................................................104

3.1.1. Лесоводческое картографирование.........................................108

3.2. Методика создания оценочных карт лесорастительного

потенциала...................................................................................112

3.2.1. Технико-методические аспекты создания оценочных карт... 117 3.2.1.1. Оценка микроклиматических условий

местоположений...............................................................117

3.2.1.1.1. Прямая солнечная радиация при ясном небе и

нормальной облачности.............................................118

3.2.1.1.2. Рассеянная солнечная радиация при ясном небе и

нормальной облачности..............................................123

3.2.1.1.3. Фотосинтетически активная солнечная радиация......124

3.2.1.1.4. Заморозкоопасность.....................................................125

3.2.1.1.5. Ветровое воздействие...................................................125

3.2.1.2.. Оценка почвообразующих пород.....................................128

3.2.1.2.1. Теплообеспеченность...................................................131

3.2.1.2.2. Гранулометрический состав почвообразующих

пород, гумусированность и запасы элементов питания........................................................................131

3.2.1.2.3. Рельеф и гумусированность почв..............................133

3.2.1.2.4. Заболачиваемость.......................................................134

3.3. Определение потенциальной продуктивности по ФАР.................135

3.4. Присвоение ранга параметру лесорастительного потенциала.......135

3.5. Общие моменты в методике построения тематических микроклиматических карт...............................................................136

3.6. Проверка карты лесорастительного потенциала.............................136

Заключение............................................................................................147

Литература.............................................................................................151

Приложения...........................................................................................168

/

ВВЕДЕНИЕ.

Таежные территории занимают более половины площади России. Они характеризуются значительным разнообразием природных условий, а соответственно природно-экологического и природно-ресурсного потенциалов, которые необходимо учитывать при рациональной хозяйственной деятельности.

Еще античные ученые отмечали различную степень пригодности земельных участков для тех или иных видов хозяйственной деятельности. Один из самых блестящих представителей агрономической литературы античного Рима Луций Колумелла (I в.н.э.) уделял большое внимание вопросу выбора места жительства. "При осмотре имения, - писал он, - надо обращать особое внимание на два пункта: здоровый климат и плодородную почву; если одно из этих качеств отсутствует, а человек тем не менее хочет там хозяйничать, то он тронулся в уме, и его следует отдать родне под опеку..." /Катон, Варрон, Колумелла, стр. 38/. Действительно, с точки зрения экологии, различные местоположения отличаются друг от друга по своим потенциальным возможностям обеспечивать нормальную жизнедеятельность живых организмов и их сообществ, т.е. по своему природно-экологическому потенциалу. Весьма значимой в настоящее время, с научной и практической точек зрения, становится разработка единой системы взаимосвязанных принципов и методов, позволяющих на основе выявления природной специфики различных местоположений получать интегральные показатели их экологических, а следовательно, и ресурсных свойств.

Природно-экологический потенциал таежных территорий огромен, но в настоящее время используется далеко не полностью. Одна из причин этого -отсутствие научно обоснованной инвентаризации и природно-экологической оценки этих земель, недоучет геотопологических закономерностей.

В продолжение длительного периода лес традиционно рассматривался как устойчивая экосистема, находящаяся под влиянием стабильных природных факторов. Такая точка зрения преодолевается в ходе изучения динамики лесной растительности под влиянием динамики климата, пожаров, накопления опада и других факторов оказывающих воздействие, на качество лесорастительных условий. Не лучшим образом отражаются на продуктивности древостоев современные изменения атмосферы, повреждения, причиняемые насекомыми и болезнями, рубками ухода и вытаптыванием в пригородных "зеленых поясах". Несмотря на очевидность подобных воздействий, о которых прекрасно было известно, методы ведения лесного хозяйства и оценка будущей продукции насаждений основывались на допущении о стабильности факторов роста. Данное заблуждение было подвергнуто критике лишь в середине 80-х годов в связи с работами по биоиндикации. Очевидно, что весь предыдущий этап эксплуатации лесов ознаменован перерубом заложенным уже в расчетной лесосеке.

В связи с продолжительной хозяйственной эксплуатацией таежной зоны, обусловившей их значительную деградацию, важной задачей становится определение лесорастительного потенциала нарушенных земель, которых только в Северо-Западном регионе к 1993 г. существовало 1364000 га, /Состояние окружающей среды.1995/ по данным не флористического характера. Проведение оценочного картографирования, предваряющего работы по лесовозабновлению, способствует формированию наиболее продуктивных насаждений, возможных в пределах того или иного местообитания. Несмотря на продолжительные обсуждения вопроса, на данный момент не существует метода, позволяющего проводить достоверную, недорогую и доступную широкому кругу специалистов оценку лесорастительных условий.

Актуальность темы исследования. Создание методики для определения физических величин микроклиматических условий на основе

географического положения местности, фоновых климатических условий и геотопологических параметров местоположения, привлечение данных о характере почвообразующих пород, а также комплексная оценка всех учтенных факторов относительно конкретных видов лесообразующих пород, позволяет говорить о достаточно точной, научно обоснованной методике оценки не только лесорастительных условий земель лесного фонда, на которых проводится апробация метода, но и других территорий.

Автоматизация расчетов, при помощи специально созданной для этих целей компьютерной программы, позволяет избежать нерентабельных из-за своей высокой себестоимости и продолжительности натурных наблюдений, а также проводить оперативные исследования по выявлению микроклиматической неоднородности территорий, оценивать комфортность местообитаний для некоторых лесообразующих пород, решать задачи по рациональному размещению насаждений, определять их потенциальную продуктивность. Создание метода приближает воплощение идеи программных лесов предложенной в 60-х годах В.Г.Нестеровым>поскольку результаты проведенных оценок являются компонентами входящими в природно-экологический потенциал.

Актуальность нашего исследования заключается в том, что разработка проблемы оценки лесорастительных условий имеет не только научное значение (связанное с раскрытием методологии, концептуальных положений и теории), но прикладное (направленное на оценку лесорастительного потенциала земель).

Объект исследования - пространственная неоднородность природно-экологических факторов и ПРП, обусловленная литогенной основой.

Предмет исследования - методические основы выявления неоднородности ПРП, дистанционного определения, картографирования и оценки физических величин и коэффициентов природных факторов и лесорастительного потенциала в целом по геотопологическим параметрам местоположения.

Цель исследования - теоретическое обоснование и практическая разработка метода оценки и картографирования лесорастительных условий на геотопологической основе.

Современное состояние вопроса позволяет заключить, что для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1/ выявить факторы, определяющие различия, природно-экологического потенциала внутри локальных территорий, установить его вклад в формировании фитоценотических и бонитировочных показателей насаждений на уровне отдельных местообитаний; 2/ проанализировать возможность применения геотопологической карты (карты местоположений) в качестве основы для проведения оценочного картографирования; 3/ найти оптимальный алгоритм создания оценочных карт лесорастительного потенциала; 4/ создать компьютерную программу, позволяющую получать разнообразные экологические характеристики местообитаний по их геотопологическим параметрам; 5/ провести оценку и картографирование элементов микроклимата на геотопологической основе; 6/ провести оценку и картографирование лесорастительного ПЭП ключевого участка на геотопологической основе.

Для решения поставленных задач были использованы следующие методы исследования: анализ географической и лесохозяйственной литературы, а также бонитировочных документов и картографических материалов находящихся в распоряжении лесного хозяйства; проведение полевых дендроиндикационных и микроклиматических исследований; статистический и графовый анализ дендроиндикационной информации; алгоритмирование процесса оценки лесорастительных условий; наблюдение; сравнение; обобщение; качественный и количественный анализ результатов картографирования и оценок.

Научная новизна исследования состоит в том, что впервые разработана методика оценки и картографирования лесорастительных условий на геотопологической основе с привлечением данных о литологии

почвообразующих пород. Кроме того, предлагаемый автором подход, коренным образом отличается от ставших традиционными в ландшафтоведении, а также, хотя и в меньшей степени, микроклиматологии, обобщающих заключений относительно характера подстилающей поверхности, поскольку основан на строгом определении и фиксации на карте однородных по своим геотопологическим параметрам местоположений, выделение которых не требует проведения полевых исследований и производится на базе топографических карт.

Теоретическая значимость диссертационной работы заключается: в разработке теоретического обоснования методики оценки лесорастительных условий на геотопологической основе; распределении факторов влияющих на формирование сосновых насаждений в различных местопроизрастаниях района Среднего Полужья по их экологической значимости.

Практическая значимость заключается в расчете и картографировании эдафо- и микроклиматических показателей; учете толерантности растений к условиям среды7в совокупности с вышеозначенными картографическими и расчетными данными; точной и комплексной оценке территории по степени ее комфортности для произрастания Pinus sylvestris L. Решение задачи по созданию метода оценки природно-экологического потенциала территорий^ позволило вплотную подойти к решению проблемы не только качественной, но и стоимостной оценки земель.

Достоверность результатов исследования обеспечивается проведением натурных наблюдений и камеральных работ в соответствии с современными методами исследования, привлечением комплекса разноплановых данных - геоморфологических, микроклиматических, эдафических, дендрометрических и др., а также согласованностью результатов с данными лесной таксации.

Апробация исследования. Материалы диссертации были представлены на Герценовских чтениях 1994, 1995, 1996 гг.; Всероссийской конференции с международным участием "Микроклимат ландшафтов" (СПб, 1995);

Межгосударственном совещании XXIII пленума геоморфологической комиссии РАН (Волгоград, 1996) по проблемам специализированного геоморфологического картографирования; Второй межгосударственной конференции по актуальным проблемам экологического образования и охраны природной Среды (Архангельск, 1998).

На защиту выносятся: 1/ алгоритм оценки лесорастительных условий на геотопологической основе с привлечением информации о литологии почвообразующих пород; 2/ специфические методы расчета и картографирования микроклиматических показателей на основе геотопологических параметров местоположения; 3/ методика создания частных микроклиматических карт на геотопологической основе; 4/ методика оценки лесорастительного потенциала на геотопологической основе; 5/ методика создания синтетических оценочных карт лесорастительного потенциала.

Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, списка литературы и приложений. Объем диссертации составляет 150 страниц, с учетом библиографии и приложений - 184 страницы. В диссертации представлены 26 таблиц, 18 рисунков. Библиография содержит 193 источника.

и

Глава 1.

Закономерности дифференциации природных условий на локальном уровне организации геосистем.

1.1. Исторические корни геотопологической концепции.

Относительная однородность окружающей среды} в пределах ландшафтно-геоэкологического пространства, позволяет дифференцировать его на различные по размерам части, в пределах которых отсутствуют существенные различия в экологических свойствах. Это положение возможно использовать в качестве приоритетного при проведении ландшафтно-геоэкологических исследований. Данный подход получил название геотопологической концепции или концепции геотопологического детерминизма. Геотопологическая концепция 2 или учение о местоположениях^ базиру ется на общем положении о зависимости физико-географических и экологических свойств объектов и большей части субъектов антропологического воздействия, от их взаимного расположения в геоэкологическом пространстве.

Впервые систематика и фиксация на карте элементов земной поверхности^ была проведена еще в начале нашего века отечественными геоботаниками д при создании карт типов местопроизрастаний или фитотопологических карт (Высоцкий, 1904; Первухин, 1934 и др.). В.Н. Сукачев /1975/ рассматривал рельеф земной поверхности как набор многообразных местопроизрастаний растительных сообществ или местоположений фитоценозов (биогеоценозов), в чьих пределах

и « и

растительность, являясь для животных кормовой и жилои базой, в значительной мере определяет состав, плотность и распределение фауны. В ландшафтоведении было развито близкое к биогеоценозу понятие - фация.

Основную роль