Scientific journal

Advances in current natural sciences

ISSN 1681-7494

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 0,775

Лесопарки муниципального образования (МО) «город Екатеринбург» – важнейшая часть экологического каркаса города. Они, выполняя разнообразные экологические и социальные функции, формируют условия жизни человека в мегаполисе. Полезные функции лесных насаждений определяются их количественными и качественными характеристиками. Поэтому эффективность ведения хозяйства в лесопарках города во многом зависит от степени изученности лесоводственно-таксационных и ландшафтных показателей насаждений, их устойчивости и жизненного состояния.

В нашей стране основные сведения о лесах получают при лесоустройстве, которое проводится с периодичностью 10 и более лет. Городские леса находятся под постоянным влиянием различных антропогенных факторов, которые определяют специфические особенности роста, ухудшают состояние, снижают устойчивость насаждений. Поэтому здесь материалы лесоустройства, получаемые с определенной периодичностью и характеризующиеся невысокой точностью, не могут являться надежной основой для осуществления лесохозяйственных и лесопарковых мероприятий.

В лесопарках актуальной задачей является организация постоянного мониторинга за ростом и состоянием насаждений. На наш взгляд, перспективным подходом при выполнении этой задачи может являться применение математико-статистическим методов, на которых базируется государственная инвентаризация лесов (ГИЛ) [1].

В настоящее время при проведении ГИЛ в России используется метод случайного размещения пробных площадей, что, по работам некоторых исследователей, является неоптимальным. Преимущества регулярного размещения постоянных кластеров по территории заключаются в более полном покрытии территории [2]. Применение математико-статистических методов при изучении лесов и организации мониторинга требует специальных исследований.

Цель исследования: оценка возможности применения методических рекомендаций по проведению ГИЛ для организации мониторинга насаждений в лесопарках, формирование (выделение) лесных страт и определение количества пробных площадей в них с соблюдением требований к случайной выборке.

Непрерывный мониторинг за лесными насаждениями лесопарков в первую очередь необходим для своевременного выявления и прогнозирования развития процессов, негативно воздействующих на лесные экосистемы и оценки изменений состояния лесов под воздействием антропогенных факторов.

Материалы и методы исследования

В основу исследований положены методические рекомендации по проведению ГИЛ [1]. В основе ГИЛ лежат математико-статистические методы исследования, основанные на теории вероятностей и законах математической статистики [3, 4]. При этом под генеральной совокупностью понимают все леса, расположенные на территории объекта исследований, а под выборочной – статистически репрезентативную часть генеральной совокупности, при оценке которой получают необходимую информацию обо всей генеральной совокупности. Метод основан на рациональном сочетании случайной и систематической выборок.

Выборочную совокупность представляют пробные площади. Для получения статистически достоверных результатов по генеральной совокупности с заданной точностью они закладываются с учётом специальных требований к объему выборочной совокупности, случайности ее формирования и репрезентативности.

При проведении ГИЛ для уменьшения количества закладываемых пробных площадей производится стратификация исследуемой территории путем группировки лесных насаждений в более однородные группы (лесные страты). При этом исходят из того, что в выделяемых стратах изменчивость запасов должна быть достоверно ниже, чем в генеральной совокупности. Для стратификации используются таксационные характеристики выделов последнего лесоустройства. При выделении страт применяется Единая схема стратификации лесов Российской Федерации. Лесные страты формируются с учётом следующих характеристик (критериев стратификации): породы (группы пород), группы возраста и уровня производительности (классов бонитета) насаждений. В зависимости от этих характеристик Методическими рекомендациями предусмотрено выделение 49 страт [1].

В методических рекомендациях по проведению ГИЛ предусмотрено определение количества пробных площадей по объекту работ на основе изменчивости запасов и установленной целевой точности определения общего запаса по данному объекту с использованием следующего уравнения:

(1)

где N – количество пробных площадей по страте в пределах лесопарков, шт.;

s2 – дисперсия запасов древесины;

t – значение критерия Стьюдента (1,96 с вероятностью 0,95);

х – среднее значение запаса древесины, м3/га;

g – целевая точность (0…1).

Среднее значение (x) рассчитывается по формуле

х = Σ хi* ai/ Σai, (2)

где хi – запас выдела на гектаре, м3/га;

ai – площадь выдела, га.

Дисперсия запасов (s2) при простой выборке определяется по формуле

s2 = 1 / n – 1* Σ (хi – х)2 * wi, (3)

где n – количество выделов;

wi – вес выдела.

Вес выдела (wi) устанавливается по соотношению площадей выделов по формуле

wi = ai * n / Σai. (4)

В нашей работе количество пробных площадей определялось дифференцированно по выделенным стратам.

Объектом исследований явились насаждения 15 лесопарков, находящихся в областной собственности. Они представляют собой так называемое «зелёное кольцо» города и занимают площадь 12094,8 га. Лесопарки существенно различаются по площади, таксационной структуре произрастающих на их территории лесных насаждений и уровню техногенных нагрузок [5].

Результаты исследования и их обсуждение

В основу исследований положены материалы лесоустройства 2008 г. Площади всех 15 лесопарков по данным лесоустройства приведены в табл. 1.

Данные табл. 1 свидетельствуют, что лесопарки МО «город Екатеринбург» существенно различаются по площади. Самым крупным является лесопарк Южный. Его площадь составляет 2167 га (17,9 % от общей площади лесопарков города). В то же время площадь Мало-Истокского лесопарка занимает всего 11 га (0,1 %).

В соответствии с Единой схемой стратификации лесов Российской федерации лесные насаждения лесопарков корректно группируются в 29 лесных страт. Причём наибольшая площадь (3995,7 га) приходится на 10 лесную страту, которая объединяет светлохвойные спелые и перестойные высокопроизводительные (Iа–II классов бонитета) насаждения. Второе место по площади (1446,5 га) занимает 11 страта, в которую сгруппированы светлохвойные спелые и перестойные среднепроизводительные (III–V классов бонитета) насаждения. Примерно одинаковыми площадями характеризуются 4 (1044,2 га) и 37 (1081,5 га) страты. Причем 4 страта объединяет светлохвойные средневозрастные высокопроизводительные насаждения, а 37 – мелколиственные спелые и перестойные высокопроизводительные. Общая площадь остальных 25 выделенных в лесопарках города лесных страт составляет 4818,1 га. Более детально распределение площадей насаждений лесопарков по лесным стратам показано на рисунке.

В целом приведённые материалы свидетельствуют, что в лесопарках города по площади доминируют хвойные виды, а среди них сосна. Преобладают насаждения высокой производительности (2 класс бонитета и выше). Возрастная структура лесопарков далека от оптимальной. Она характеризуется существенным накоплением спелых и перестойных насаждений. Данное обстоятельство косвенно свидетельствует о низкой устойчивости лесопарковых насаждений.

Ход исследований по определению количества пробных площадей рассмотрим на примере четырёх основных лесных страт (4, 10, 11 и 37), на долю которых приходится более 62 % от общей площади лесопарков. С этой целью по каждой из страт с использованием повыделенной базы лесоустроительных данных проводилась оценка изменчивости запасов насаждений. Основные статистические показатели распределения запасов насаждений в указанных лесных стратах представлены в табл. 2.

Анализ приведённых в табл. 3 данных позволяет отметить следующее. По всем четырём лесным стратам наибольшей продуктивностью характеризуются насаждения в Московском лесопарке. Насаждения 4 и 10 страт наименьшие запасы имеют в Калиновском лесопарке, а 11 и 37 – в Шарташском. Обращают на себя внимание существенные различия между лесопарками по запасам насаждений одних и тех же страт. Так, по четвертой страте средний запас насаждений в Московском лесопарке (407 м3) на 153 м3 больше, чем в Калиновском (254 м3). Различия между этими лесопарками по запасам насаждений 10 страты составляют 121 м3. При сопоставлении средних запасов насаждений Московского и Шарташского лесопарков по 11 и 37 стратам получаются примерно такие же результаты. На наш взгляд, такое положение главным образом объясняется различиями лесопарков по средней полноте насаждений.

Анализ коэффициентов вариации, приведённых в табл. 3, показывает, что однородность лесных страт по запасам насаждений существенно различается по исследуемым лесопаркам. Наиболее однородны выделенные лесные страты в Железнодорожном и Московском лесопарках, а наименее – в Калиновском. В целом приведённые материалы свидетельствуют в пользу расчёта количества пробных площадей по каждой страте отдельно для каждого лесопарка.

На данном этапе для определения объёма работ и планирования эксперимента мы ограничились определением необходимого количества пробных площадей в целом для выделенных в лесопарках города лесных страт. Расчёты проводились по изложенной выше методике с использованием формул (1)–(4). Целевая точность определения запаса принята равной 10 %. Использованные при расчётах показатели и итоговое количество пробных площадей по основным лесным стратам приведены в табл. 4. Анализ данных табл. 2 и 4 показывает, что количество пробных площадей по отдельным стратам зависит от их однородности по запасам. Так, для четвёртой страты (светлохвойные средневозрастные высокопроизводительные насаждения) при изменчивости запаса 25,9 % расчётное количество пробных площадей составляет 24, а для 10 страты (светлохвойные спелые и перестойные высокопроизводительные насаждения) при изменчивости запаса 19,9 % – всего 16. Причем площадь 4 страты почти в четыре раза меньше, чем 10. Лесные страты существенно различаются по средней площади выделов (по стратам она колеблется от 1,4 до 10,3 га), а также по плотности размещения пробных площадей. Например, в 4 страте одна пробная площадь приходится на 43,5 га, в 10 – на 249,7 га, в 11 – на 65,5 га, а в 37 – на 41,6 га. Такие результаты вполне предсказуемы, когда в алгоритме расчёта пробных площадей не учитывается площадь объекта (страты).

Лесопарки города существенно различаются не только по естественным условиям произрастания насаждений, но и по уровню антропогенных нагрузок. Это обстоятельство требует корректного распределения рассчитанного для той или иной страты количества пробных площадей между лесопарками. Наиболее простым вариантом решения этой задачи является разделение общего количества пробных площадей страты на основе удельного веса лесопарков по площади данной страты. В этом случае количество пробных площадей по страте в пределах конкретного лесопарка можно определить по формуле

Ni = Nc* Sci / Sc, (5)

где Ni – количество пробных площадей по страте в пределах лесопарка, шт.;

Nc – общее количество пробных площадей по страте в объекте исследований, шт.;

Sci – площадь страты в пределах лесопарка, га;

Sc – площадь страты в объекте исследования, га.

Распределение пробных площадей основных лесных страт по пяти лесопаркам показано в табл. 5.

Таблица 5

Распределение пробных площадей лесных страт по лесопаркам

Заключение

В лесопарках, находящихся под постоянным антропогенным прессом, чрезвычайно актуальной задачей является организация постоянного мониторинга за ростом и состоянием насаждений. Результаты проведенных исследований свидетельствуют, что перспективным подходом при выполнении этой задачи является применение математико-статистических методов, положенных в основу государственной инвентаризации лесов. Выделение лесных страт в соответствии с Единой схемой стратификации лесов Российской Федерации и математико-статистический подход в определении количества пробных площадей и территориальном их размещении позволят проводить мониторинговые и оценочные исследования в лесопарках по единой (сопоставимой) схеме с государственной инвентаризацией лесов. Однако, учитывая роль, функции и месторасположение лесопарков в существующую методику проведения ГИЛ, могут быть внесены изменения, уточняющие и детализирующие мониторинговые исследования, при сохранении основополагающих подходов государственного мероприятия. В частности, для лесопарков актуальна более дифференцированная стратификация насаждений, которую следует проводить с учётом страт, представленных в Единой схеме. Указанные страты в лесопарках необходимо разделить на более однородные части (подстраты) с учётом показателей, определяющих жизненное состояние и экологические функции насаждений. Такими показателями, безусловно, являются полнота, возраст и порода (преобладающая порода). В настоящее время в Единой схеме стратификации лесов Российской Федерации первый показатель не учитывается, а учёт второго производится опосредованно через группы возраста. При стратификации насаждений лесопарков их группировка по возрасту, на наш взгляд, должна проводиться более дифференцированно – по классам возраста. Включение в страту насаждений разных пород (например, сосны, лиственницы и кедра) при работе в лесопарках также не совсем корректно. Здесь более обоснованной является стратификация насаждений по преобладающим породам.