Использование ГИС в лесном хозяйстве и лесной промышленности

ArcInfo − ведущего программного обеспечения для географических информационных систем. Интегрированный пакет ArcInfo − типичное инструментальное средство для разработки и эксплуатации ГИС широкого назначения. Он предназначен для создания геоинформационных систем и обеспечивает ввод, обработку, анализ данных и составление географических карт с использованием персонального компьютера. ArcView позволяет визуализировать (представить в виде цифровой карты) большие объемы статистической информации, имеющей географическую привязку. В среде создаются и редактируются карты всех масштабов: от планов земельных участков до карты мира. ArcView применим в основном для простого анализа, выборки, статистики, а также для представления данных и оформления вывода на печать. Главная особенность

ArcView − простота загрузки табличных данных типа файлов dBASE и данных с серверов баз, для отображения, запросов, обработки и организации таких данных в удобном для восприятия и анализа виде. У ArcView удобный, многооконный интерфейс, а у ArcInfo − командная строка. На начальном этапе данные программные продукты использовались в основном в исследовательских целях, для осуществления лесного мониторинга, лесопожарного мониторинга во ВНИИЛМЕ, Центре по проблемам экологии и продуктивности лесов РАН, Международном институте леса, предприятиях Авиалесоохраны.

СУБД-L – система управления базами данных в лесном хозяйстве. Является прототипом СОЛИ-1 (система обработки лесоустроительной информации), использовавшейся в лесоустройстве Центролеспроектом с 1990 г.

ПЕТРОЛЕСПРО (PLP) – система управления базами данных в лесном хозяйстве. Это подсистема ЛУГИС, упоминавшейся выше. Является прототипом системы обработки лесоустроительной информации СОЛИ-2, ранее использовавшейся в лесоустройстве.

АСУЛР − автоматизированная система управления лесными ресурсами. Предназначена для работы с данными учета лесного фонда.

 

ГЛАВА 3. СИСТЕМА МОНИТОРИНГА ЛЕСОВ НА БАЗЕ ГИС 

 

Мониторинг – это наблюдение за состоянием окружающей среды (атмосферы, гидросферы, почвенного и растительного покрова, а также техногенных систем) с целью ее контроля, прогноза и охраны. Различают глобальный, региональный и локальный уровни мониторинга. Мониторинг проводится с помощью телевизионных изображений, аэро- и космоснимков, а также путем сбора данных с наземных и морских станций. Космический мониторинг позволяет оперативно выявлять очаги и характер изменений окружающей среды, прослеживать интенсивность процессов и амплитуды экологических сдвигов, изучать взаимодействие техногенных систем. ГИС обеспечивает оперативное обновление исходной информации об объекте, что свидетельствует о целесообразности использования ГИС-технологий при реализации идей мониторинга, в т. ч. и лесного, под которым понимается система наблюдений, оценки и прогноза состояния и динамики лесного фонда. Система мониторинга, проводимая с известной периодичностью, должна удовлетворять потребность пользователей в информации в зависимости от направления мониторинга (например, лесопожарного, лесопатологического, лесопромышленного, лесохозяйственного). В то же время она базируется на таксационных и лесоводственных методах исследования. При этом, в зависимости от целей и задач, детализация лесоводственно-таксационных методов может быть различной, а сами методы достаточно сложными и трудоемкими, например, при мониторинге малонарушенных насаждений.

При решении такой задачи прежде всего необходимо установить принципиальную возможность отнесения экспериментальных участков к малонарушенным. Важнейшее условие − ненарушенность насаждений под воздействием каких-либо антропогенных воздействий в последние десятилетия. Кроме этого, должно быть обеспечено сохранение опытных участков в качестве объектов мониторинга в будущем. В мониторинговых насаждениях недопустимы никакие воздействия человека. Постоянные пробные площади закладываются в типичных климатических и почвенных (лесорастительных) условиях и типах леса. Желательно выделение четырех групп сукцессионных стадий (фаз):

1) возобновительная фаза, например, после лесных пожаров, ветровалов,

буреломов, после вспышек болезней и вредителей;

2) фаза молодняков;

3) фаза спелых насаждений;

4) фаза распада.

Прежде всего, планируется закладка таких объектов на минеральных почвах. Позднее возможно включение насаждений на торфяных почвах и насаждений других типов леса. Насаждения для мониторинга должны представлять собой типичные примеры определенных типов растительных условий и типов леса в конкретной растительной зоне. Минимальная площадь насаждения – 2 га.

Целью является закладка, по возможности, наиболее полной серии типов лесорастительных условий, типов леса и сукцессионных фаз в различных растительных зонах. Следует также учитывать возможность доступа к мониторинговым насаждениям.

Самостоятельным вопросом является размещение пробных площадей в границах насаждения. Предлагается закладывать круговые пробные площади. В каждом насаждении рекомендуется закладка двух различных кластеров пробных площадей. Первый кластер представлен пробными площадями с учтенными на них крупными деревьями, диаметр которых на высоте груди превышает 50 мм. На этой же территории закладывается кластер пробных площадей, на которых учитываются мелкие деревья (их высота более 0,5 м, а диаметр на высоте груди менее 50 мм) и подрост.

За мелкими деревьями и подростом наблюдения проводятся на девяти круговых пробных площадях одинакового размера. Их радиус 5,64 м, а площадь − 100 м2.Каждая пробная площадь разделена на 20 одинаковых по площади секций. Учет мелких деревьев и подроста выполняется отдельно на каждой секции. Кластер пробных площадей организован следующим образом. Центральная пробная площадь находится на пересечении линий, ориентированных по странам света. Центры четырех пробных площадей располагаются на расстоянии 22,36 м от точки пересечения линий и, соответственно, от центра первой пробной площади. Центры еще четырех пробных площадей располагаются на расстоянии 70,71 м от центра первой пробной площади и являются центрами пробных площадей для мониторинга крупных деревьев.

Учет деревьев с диаметрами на высоте груди более 50 мм осуществляется на пяти круговых площадях. Центральная круговая пробная площадь находится в точке пересечения ориентированных по странам света линиях. Четыре сателлитные пробные площади располагаются на данных линиях на расстоянии 70,71 м от центральной пробной площади. При закладке таких кластеров должно быть обеспечено сохранение буферной зоны вокруг них шириной не менее 10 м. Если это условие не выполняется, то удаление сателлитных пробных площадей от центральной пробной площади уменьшается до 60, 50, 40 м. Если и в этом случае буферная зона не может быть обеспечена, то кластер на данном участке не рекомендуется закладывать вообще.

Размеры центральной пробной площади для учета деревьев с диаметром на высоте груди более 50 мм устанавливаются в зависимости от густоты таких деревьев на участке (табл. 1).

 

Таблица 1 - Размеры центральных в кластере пробных площадей в древостоях с различной густотой

Густота деревьев, шт./га	Размер пробной площади, м2	Радиус пробной площади, м	Количество деревьев на пробной площади, шт.
<1000	2500	28,21	<250
1000-2000	1600	22,57	160-320
>2000	900	16,93	>180

 

Радиус и площадь сателлитных пробных площадей устанавливаются в зависимости от количества крупных деревьев (диаметр на высоте груди более 50 мм) на центральной пробной площади (табл. 2).

 

Таблица 2 - Размеры сателлитных в кластере пробных площадей в древостоях с различной густотой

Количество деревьев на центральной пробной площади, шт.	Размеры сателлитной пробной площади, м2	Радиус сателлитной пробной площади, м
<1000	500	12,61
1000-2000	320	10,09
>2000	180	7,57

 

Достаточно четко регламентируется закрепление положения центров пробных площадей на местности. Так, рекомендуется отмечать центры пробных площадей столбиками (брусками) сечением 50 х 50 мм из древесины хвойных пород, если возможно из лиственницы. Высота столбика над поверхностью земли 75−100 см. Верх столбика, 30 см, рекомендуется покрасить. Номер эксперимента указывается на южной стороне столбика, а номер центральной пробной площади − на его северной стороне. Номера других пробных площадей указываются на верхней (торцевой) части столбика. При указании номера пробной площади эксперимента можно ограничиться указанием только последней цифры номера.

В случае если в одном и том же выделе будут расположены три или более кластеров, закладка сателлитных пробных площадей и соответствующих им пробных площадей для учета мелких деревьев и подроста необязательна. В этом случае допускается, что на центральных пробных площадях будет получено достаточно информации об изменчивости деревьев и подроста.

Крупные деревья отмечаются горизонтальной линией длиной 10−15 см на высоте 1,3 м со стороны, направленной к центру кластера. Деревья идентифицируются определением для каждого из них породы, положения и диаметра на высоте груди. На каждом десятом дереве над отметкой высоты 1,3 м закрашивается кружок диаметром 5 см, начиная с дерева под номером 1.

Разработаны специальные формы (ведомости), в которые вносится общая информация о каждом экспериментальном кластере. Положение каждого кластера должно быть описано достаточно детально для того, чтобы не было затруднений с проведением повторных измерений. Рекомендуется вкладывать в комплекты документов копии карт с указанием на них положения экспериментальных кластеров. Мониторинговые данные, полученные при учете крупных деревьев, и характеристика мелких деревьев и подроста также отражаются в специальных формах.

В общей характеристике эксперимента обязательно должно быть указано, использованы или нет старые пробные площади (опытные участки) или экспериментальный кластер заложен в полном соответствии с руководством по закладке постоянных пробных площадей в ненарушенных лесах. В общей характеристике эксперимента должны быть отражены:

- номер эксперимента (один и  тот же номер не повторяется  дважды);

- порядковый номер измерения;

- номер и размеры пробной  площади;

- уклон участка (приводится, если  уклон превышает 10º);

- экспозиция (СВ, В, ЮВ, Ю, ЮЗ, З, СЗ, С, изменяющаяся  экспозиция);

- год измерений (две последние  цифры; так, для 1994 указывается 94);

- месяц измерений (так, для июня  указывается 06); день измерений;

- положение пробной площади (описывается положение сателлитны пробных площадей по отношению к центральной пробной площади);

Для записи результатов учета крупных деревьев используется форма, в которой отражена информация о номере эксперимента, исполнителе, дате выполнения учетных работ. Большое значение придается детальному описанию положения деревьев, их размеров и дополнительной информации о состоянии деревьев. Все деревья на пробных площадях нумеруются от центра к периферии слева направо (т. е. по ходу часовой стрелки). Используется радиальная система картирования деревьев. Дерево идентифицируется с помощью указания породы, его положения и размеров. Если используется отличающийся от градусной системы способ, это указывается в форме (например, 1/400; 1/6400; 1/6000 и т. д.). Указывается расстояние от центра пробной площади до центра дерева. Диаметры деревьев измеряются в двух направлениях: по радиусу пробной площади и перпендикулярно к этому радиусу.

Кроме этого, приводится характеристика деревьев по ряду не измеряемых показателей. В их число входит, в частности, положение дерева в пологе (доминирующее, угнетенное, занимающее пограничное положение). Указывается статус дерева: живое, упавшее, мертвое, отсутствующее (только для случая повторных измерений). На центральной пробной площади в систематическом порядке отбираются модельные деревья, по которым будут устанавливаться объемы стволов, а также соотношение протяженности кроны и высоты ствола. Поэтому для каждого из них измеряется высота ствола и высота расположения нижней части кроны. На сателлитных пробных площадях измеряются только диаметры деревьев и характеризуется их положение в пологе. Минимальное количество модельных деревьев устанавливаются в зависимости от количеств деревьев на пробной площади (табл. 3).

Модельные деревья предлагается отбирать по 5-сантиметровым классам толщины деревьев на высоте 1,3 м. В качестве модельных отбираются только живые деревья. В число модельных обязательно включают пять самых крупных по размерам деревьев на пробной площади. Остальные деревья отбираются, как указывалось выше, в систематическом порядке в зависимости от общего количества деревьев на пробной площади. Так, при количестве деревьев на пробной площади 200 и более отбирается каждое четвертое дерево. При количестве деревьев 70−99 − каждое второе и т. д. В 5-сантиметровых градациях предпочтение отдается более крупным по размерам деревьям.

 

Таблица 3 - Нормативы количества модельных деревьев на пробной площади

Количество деревьев на пробной площади, шт.	Минимальное количество модельных деревьев, шт.
<=29	Все
30-49	30
50-69	35
70-99	40
100-149	45
150-199	48
>=200	50

 

Для мертвых деревьев целесообразно принять следующую классификацию: крона полностью отмерла, корневая система полностью отмерла, связь между кроной и корневой системой нарушена (ствол сломан или корни оборваны, кора полностью разрушена).

Внешнее описание деревьев дополняется характеристиками: упавшее дерево; наклонившийся или искривленный ствол; слом ствола, при этом корни и пень в почве; фаутное дерево (гниль ствола, корней); повреждения ствола; слом вершины; изменение вершины, двух- или многовершинность; сброс листьев или хвои с живых ветвей из-за внешних причин; изменение цвета хвои и листьев вследствие недостатка элементов питания, заболеваний, заморозков или аэротехногенного загрязнения; опадение ветвей, если это не типично для данной породы.