ПРИКЛАДНЫЕ РАБОТЫ
Полезное издание: обзор методов осушения лесных земель
с учетом региональных особенностей территории В. Пахучий, Б. Бабиков В 2001 г. в издательстве Сыктывкарского лесного института было выпущено учебное пособие "Осушение лесных земель: региональные аспекты". Авторы издания — д.с.-х.н. В.В. Пахучий, ведущий научный сотрудник отдела лесобиологических проблем Севера Института биологии Коми НЦ УрО РАН, и профессор Б.В. Бабиков, заведующий кафедрой почвоведения и гидромелиорации Санкт-Петербургской государственной лесотехнической академии. Скромное по объему — всего 10 печатных листов — учебное пособие охватывает все вопросы, связанные с осушением лесных земель, и одновременно является первой попыткой изложения методов региональной гидромелиорации применительно к осушению лесных земель в Республике Коми. Слово "мелиорация" происходит от латинского слова melioratio, что означает улучшение. Гидротехнические мелиорации включают комплекс мероприятий, направленных на регулирование водного режима почв, и заключается в осушении избыточно увлажненных земель и орошении земель с недостаточным увлажнением. Гидротехнические мелиорации лесных земель, проводимые совместно с лесоводственными, лесокультурными и другими лесохозяйственными мероприятиями, являются мощным средством повышения производительности лесных земель. При помощи осушительных мелиораций улучшается водный и воздушный режимы, и как следствие — питательный режим почв. В результате существенно повышается плодородие почв. Высокая эффективность осушения избыточно увлажненных лесных земель доказана более чем вековым опытом. Первые работы по осушению лесных земель в России были начаты в 30-40-х годах XIX в. в нескольких лесных дачах Петербургской губернии. Особого внимания заслуживают результаты осушительных работ в Лисинской лесной даче, проводившиеся в начале 40-х годов XIX в. Первый русский проект осушения был составлен воспитанником Петербургского лесного института лесоводом И.Г. Войнюковым для первого отделения Лисинской лесной дачи (Хейновское болото) в 1846 г. На выставке в Париже проект Войнюкова был награжден Золотой медалью. Высокую эффективность осушительных работ, проведенных по этому проекту, можно наблюдать и в настоящее время. Наибольший объем осушительных работ в России выполнен с 1873 по 1894 гг. Эти работы вели Западная и Северная экспедиции по осушению болот. Западная экспедиция под руководством генерала Жилинского работала в Полесье, Владимирской, Рязанской, Московской и Тверской губерниях. Северная экспедиция под руководством Августиновича проводила осушение в Петербургской, Новгородской, Псковской, Олонецкой и Прибалтийских губерниях. Эти экспедиции проводили изыскания и строительство осушительных каналов на сельскохозяйственных и лесных землях. Часть осушительных каналов сохранилась и действует до настоящего времени. Общая площадь экстенсивно осушенных земель в 1917 г. составила 1.2 млн. га. За первые 20 лет после 1917 г. в стране было осушено около 300 тыс. га заболоченных земель и болот. Работы по осушению лесных земель наиболее интенсивно стали развиваться в конце 50-х, начале 60-х годов, особенно после образования в 1965-1969 гг. лесных машинно-мелиоративных станций (ЛММС). В настоящее время общая площадь осушенных лесных земель в Российской Федерации составляет около 4500 тыс. га. В Республике Коми такие работы выполняются с 1969 г. Общая площадь осушенных лесных земель здесь приближается к 100 тыс. га, что составляет около 2 % от объема лесоосушения в России. В настоящее время гидротехнические мелиорации избыточно увлажненных лесных земель являются важной составляющей систем лесохозяйственных мероприятий. Системный подход в лесоводственной науке имеет две взаимосвязанные стороны — временную и пространственно-территориальную или региональную. Региональный подход в лесоводстве и гидромелиорации лесных земель предполагает обязательный учет территориального положения объектов вследствие различия их лесорастительных условий. В связи с этим целесообразно различать общую и региональную гидромелиорации лесных земель. Общая гидромелиорация опирается на базовые положения гидравлики, гидрологии, гидрометрии, болотоведения, лесоведения и лесоводства, апробированные технологические схемы изыскания, проектирования, строительства и эксплуатации осушительных систем. Региональная гидромелиорация основывается на учете специфики физико-географических условий регионов и особенностей реакции ландшафтов на регулирование водного режима, предлагает проектные решения для конкретных территорий. Это особенно важно с точки зрения охраны окружающей среды, сохранения биоразнообразия и устойчивости лесных сообществ. Общая и региональная гидромелиорация тесно связаны между собой. Новые знания, получаемые при изучении результатов гидромелиорации избыточно увлажненных лесных земель в конкретных районах, обогащают и дополняют общие представления о природе заболоченных и болотных лесов, их реакции на изменение водного режима почв, возможном влиянии таких работ на окружающую среду. В то же время полная и качественная реализация всего комплекса гидромелиоративных мероприятий, включающего изыскания, проектирование, строительство и эксплуатацию осушительных систем, невозможна без учета опыта, накопленного общей гидромелиорацией. В учебном пособии изложены основные положения гидротехнических мелиораций избыточно увлажненных лесных земель. Рассмотрены теоретические предпосылки, основные направления и задачи региональной гидромелиорации и особенности методики региональных гидромелиоративных исследований. В связи с целесообразностью включения гидромелиорации в системы лесохозяйственных мероприятий, обеспечивающих устойчивое управление лесным хозяйством, необходимо учитывать, что критерии устойчивого управления лесами и индикаторы для их оценки подбирают с учетом возможности использования существующих информационных потоков по лесному хозяйству. Каждый критерий может характеризовать территориальную единицу на уровне не ниже субъекта федерации. Реализация критериев устойчивого управления лесами на уровне лесхоза определяется другими документами (правилами, инструкциями, указаниями и т.д.). В связи с этим показано, что проблематично разделение индикаторов для естественно дренированных и осушенных лесных земель. Предложена схема гидромелиоративного районирования Республики Коми, учитывающая специфику и многообразие природных условий территории, однородность районов по лесорастительным условиям, сходство по лесоводственному эффекту осушения и требования охраны природы. В учебном пособии приведены общие положения о выделении гидромелиоративного фонда, изложены представления о требованиях растений к водно-воздушному режиму почв, причинах избыточного увлажнения, категориях осушаемых земель и объектах осушения. На основе опыта проведения гидромелиоративных работ, накопленного на протяжении более 170 лет, описаны способы осушение земель в лесном хозяйстве. Рассмотрены конструкции осушительных сетей и действие осушительных каналов при различном строении почвенного профиля. Приведены нормы осушения лесных земель, садов, лесопарков, питомников. Дано понятие санитарно-гигиенической нормы осушения. Важным вопросом теории и практики лесоосушения является определение расстояний между регулирующими каналами. Как правило, вопросы оптимизации расстояний между осушительными каналами решаются с учетом специфики физико-географических условий региона. Применительно к условиям Республики Коми приведено обоснование расстояний между регулирующими осушителями на основе лесоводственного метода и опыта изучения роста леса на осушенных слабооторфованных лесных землях. В связи с большим значением проектирования продольного и поперечного профиля каналов в учебном пособии изложены принципы и методы обоснования параметров осушительных и регулирующих каналов, в том числе на основе гидрологических и гидравлических расчетов. В работе нашли отражение вопросы дренажа и специальных способов осушения, изысканий и проектирования осушительных систем, их эксплуатации и производства гидромелиоративных работ. Вопросы лесоводственной эффективности осушения изложены на основе материалов региональных исследований. Особую ценность представляют разделы, в которых приведены данные, характеризующие изменение роста леса после осушения на объектах старого лесоосушения. Объекты старого осушения представляют большую ценность для гидромелиоративной науки с точки зрения разработки моделей роста осушенных насаждений, оценки влияния длительного осушения на древостои и окружающую среду. Исследования в Пезмогском и Позтыкеросском лесничествах Корткеросского лесхоза Республики Коми позволяют выполнить такую оценку для участков, где осушение было выполнено в 1940 г. В работе убедительно показано, что достижение рекордных величин урожайности, прироста в высоту, по запасу может привести к снижению устойчивости насаждений. В связи с этим рассмотрены методические подходы к оценке устойчивости насаждений на осушенных лесных землях. Общественности хорошо знакомы дискуссии о воздействии осушения на состояние окружающей среды, ландшафты и экосистемы. Следует признать, что осушение лесных земель вызывает изменение некоторых экологических характеристик, снижаются уровни почвенно-грунтовых вод на осушенных землях, изменяются соотношения расходных статей водного баланса, изменяются состав растительности и ее качественные и количественные показатели. Особенно значительны изменения при осушении болот. Если осушение совпадает с засушливыми годами, сопровождающимися неурожаями, то их объясняют осушением земель. Еще в прошлом веке А.П. Чехов устами героя повести "Палата № 6" говорил "... а неурожаи у нас оттого, что осушили Пинские болота...". Хотя известно, что благодаря осушению резко подняты урожаи на заболоченных землях Полесья. В засушливых 70-х годах нашего столетия, когда москвичи страдали от дыма на улицах, значительную часть лесных пожаров объясняли осушением. В сырые годы, когда реки выходят из берегов, затапливая поймы и поля, причиной затопления вновь считают осушение. Пересыхание рек тоже часто связывают с осушением. Однако для подтверждения сказанного надо иметь факты. Величины количественных и качественных изменений, вызванных осушением, следует оценивать на основе данных научных исследований. Дискуссия о роли болотных ландшафтов в формировании водного режима территории также имеет давнюю историю. Одни исследователи рассматривали болота как накопители влаги и регуляторы стока, другие, наоборот, считали болота в основном потребителями воды. Известный гидролог Е.В. Оппоков считал, что болота подобно лесам являются наибольшими испарителями влаги в природе, а не источниками влаги в меженный период. Отсутствие водорегулирующей роли болот и особенно прекращение с них стока летом объясняется громадным расходом влаги с болот на испарение и малой степенью их дренированности. Исследованиями, проведенными в различных научных учреждениях, установлено, что суммарное испарение с поверхности болот оказывается близким к величине испарения с водной поверхности. Повышенный расход влаги на испарение приводит к уменьшению стока. Как установлено, сток воды в болотах происходит преимущественно в верхнем деятельном горизонте, ограниченном в основном глубиной 0.3-0.5 м. Поэтому при понижении уровней грунтовых вод ниже деятельного горизонта сток с болот, особенно атмосферного питания, прекращается или происходит крайне медленно. Известно, что значительная часть рек Севера вытекает из болот. Однако, оценивая роль болот в водном питании рек, следует учитывать характер их образования с учетом возраста болот и рек. Большинство рек европейской части РФ имеют более раннее происхождение, чем болота. Формирование большей части речных долин происходило за счет соединения протоками озерных систем. Озера после образования речных долин являлись первоначальными истоками рек. С течением времени, по мере евтрофирования озер, происходило их постепенное зарастание и формирование на их месте болот. Поэтому большинство рек равнинной части страны в современную эпоху вытекает из болот, бывших когда-то озерами. Сток из озер в реки определяется величиной уклона и площадью живого сечения истока. Чем больше ширина русла реки и выше уровень воды в озере, тем больше сток реки. После зарастания озера сток с болот происходит путем фильтрации через грунт, что резко снижает расход и объем стока. Если в открытых водотоках скорость течения может достигать сотен и тысяч метров в сутки, то при фильтрации воды через грунт скорость в равнинных условиях не превышает метра или долей метра в сутки. Влияние осушения на сток пока изучено слабо. Исследования института лесоведения РАН, кафедры почвоведения и гидромелиорации Санкт-Петербургской государственной лесотехнической академии, а также ученых из Прибалтики позволяют сделать определенные выводы. Показано. что дренирование болот и заболоченных лесов приводит к выравниванию стока в течение года, увеличению меженного стока и снижению пика весеннего паводка в связи с увеличением аккумулирующей способности верхних слоев осушенных почв, рядом изменений лесоводственно-таксационной характеристики насаждений на таких участках и их влияния на статьи расхода поступающей влаги. В 1992 г. на конференции ООН по окружающей среде и развитию в Рио-де-Жанейро была принята "Конвенция о биологическом разнообразии". На европейской конференции министров лесного хозяйства (Хельсинки, 1993) был принят документ об общих принципах устойчивого лесного хозяйства и использования лесных ресурсов в Европе. Согласно принятому документу под стратегией устойчивого управления лесами подразумевается организация лесного хозяйства, обеспечивающая сохранение ресурсов леса и создающая условия для выполнения им в настоящем и будущем экологических и социально-экономических функций на местном, национальном и международном уровнях. Лесные ресурсы — это важный источник социального и экономического развития России и особенно ее многолесных регионов. Поэтому сохранение биоразнообразия лесных экосистем следует рассматривать как важную государственную задачу. При решении методических вопросов оценки биоразнообразия целесообразно учитывать, что в фитоценологии наиболее распространены индексы разнообразия. По мнению некоторых авторов более удобен индекс Шеннона, который и был использован в расчетной части пособия при оценке видового разнообразия на осушенных лесных землях. Вопрос о влиянии на биоразнообразие осушения заболоченных лесных земель исследован недостаточно. Имеются отдельные работы, в которых приводятся количественные характеристики биоразнообразия до и после осушения лесных земель, полученные на основе традиционных методов гидромелиоративных исследований или путем сравнения индексов биоразнообразия по Шеннону. Известно, что после осушения уменьшается количество видов в живом напочвенном покрове — гидрофитов (росянка, клюква, отдельные виды сфагновых мхов и т.д.). Однако необходимо учитывать также другие результаты гидромелиорации. Регулирование водного режима почв после осушения приводит к увеличению площади открытых водных пространств. Кавальеры (отвалы грунта) привлекают представителей орнитофауны, устраивающих здесь порхалища, собирающих мелкий галечник. В проводящих каналах (собирателях, магистральных) поселяются бобры, представители ихтиофауны (например, в условиях Республики Коми — хариус). Каналы, зарастающие древесной и кустарниковой растительностью, многократно усиливают опушечный эффект и привлекают мелких птиц. При планировании хозяйственных мероприятий, направленных на сохранение биоразнообразия на объектах гидромелиорации, должна быть обоснована целесообразность сохранения исходного сообщества с точки зрения набора видов, представленных в нем в настоящее время. Одним из основных направлений сохранения биоразнообразия является выделение и охрана ключевых биотопов — участков, на которых не проводятся никакие хозяйственные мероприятия. Необходимо учитывать, что при определении размеров ключевых участков и выборе места их расположения неизбежен субъективизм. Поэтому большое значение имеет количественная оценка биоразнообразия на объектах хозяйственного воздействия, в том числе на мелиорируемых площадях. Изменение видового состава ярусов лесного фитоценоза и производительности насаждений на объектах гидромелиорации происходит на протяжении длительного периода времени. В определенных условиях осушение участков лесных площадей дает толчок серии смен, продолжающихся в течение 100-150 лет. В связи с этим представляет интерес оценка биоразнообразия на объектах старого осушения. В качестве объектов исследования влияния гидромелиорации на биоразнообразие взяты опытные участки вблизи пос. Лисино, где осушение было выполнено в 40-е годы прошлого столетия. В результате расчета индексов биоразнообразия с применением натуральных логарифмов показано следующее. Через 140 лет после осушения индекс биоразнообразия для древесного яруса на контрольном участке (сосняк осоково-сфагновый) составляет 0.52, в сосняках-черничниках — 0.66-0.74, в сосняках кислично-черничных — 0.65-0.86, в сосняках-кисличниках — 0.67-0.81, т.е. наблюдается закономерное возрастание индекса биоразнообразия при переходе от насаждений на неосушенных участках к насаждениям на осушенных участках, а также увеличение данного показателя в ряду от сосняков-черничников к соснякам-кисличникам. Индекс биоразнообразия для мохово-лишайникового яруса на контроле (0.50) меньше, чем в насаждениях, сформировавшихся после осушения, где данный показатель изменяется в пределах от 0.83 до 1.33. Индекс биоразнообразия травяно-кустарничкового яруса на контроле 1.86, а в насаждениях на осушенных участках — 1.27-1.88.Таким образом, длительное (около 140 лет) гидромелиоративное воздействие привело к увеличению биоразнообразия древесного и мохово-лишайникового ярусов. В качестве основных мер по совершенствованию лесного хозяйства на объектах гидромелиорации для сохранения биоразнообразия могут быть предложены направления, согласующиеся с рекомендациями по сохранению биоразнообразия лесных экосистем России. Они включают выполнение экспериментальных работ для проверки технологий гидромелиоративных мероприятий, рубок главного пользования, рубок ухода, лесных культур, методов охраны и защиты леса на объектах гидромелиорации, обеспечивающих сохранение биоразнообразия применительно к конкретному региону и предприятию лесного хозяйства. При выборе объектов гидромелиорации, проведении гидромелиоративных работ должно быть обеспечено сохранение эталонных, уникальных и особо ценных экосистем, их территориальных сочетаний и местообитаний редких видов. Кроме этого, необходимо поддерживать и развивать научно-опытные лесные хозяйства и лесные экологические станции с целью организации мониторинга в границах конкретных облесенных речных бассейнов, а также разработки технологий рационального использования лесных ресурсов с сохранением биоразнообразия. В завершающей главе учебного пособия рассмотрены проблемы и перспективы применения компьютерных технологий при осушении лесных земель. В перспективе при решении вопросов планирования и организации гидромелиоративных мероприятий они будут находить все более широкое применение. Это, прежде всего, связано с необходимостью оперативного учета гидромелиоративного фонда и мелиоративных систем и оценки их состояния. Возможные направления использования компьютерных технологий — это повышение уровня проектирования, оптимизация проектных решений с учетом природоохранных требований, исследование гидрологических процессов, компьютерное моделирование. В гидромелиоративной практике наиболее широкое применение компьютерные системы находят в топографических работах, проектировании осушительных систем, расчете объема земляных работ, составлении смет, при согласовании проектных решений с требованиями землеустройства, выполнении дорожно-строительных работ, строительстве каналов и сооружений, разработке электронных карт. Последнее прямо связано с реализацией идей ГИС (геоинформационных систем). С помощью ГИС могут быть получены данные в виде лесных карт, таблиц таксационных или других описаний. Для объектов осушения могут быть получены описания насаждений с характеристикой древостоев элементов леса, ярусов и насаждений в целом, выполнены любые выборки насаждений по заданным таксационным характеристикам, сформированы отчеты по специальным вопросам, например, выводу карт с дифференцированием площадей по типам и группам типов леса, составлены прогнозы по динамике таксационных показателей с течением времени. Необходимо учитывать, что используемые системы позволяют работать с массивами данных в электронных таблицах, что расширяет возможности анализа данных, объединенных в этих массивах. Важное направление работы при выборе объектов лесоосушения, проектировании гидромелиоративных мероприятий связано с оценкой природоохранной роли конкретных избыточно увлажненных лесных территорий. Геоинформационные системы позволяют оперативно обновлять информацию об особо охраняемых природных территориях, ягодниках, открытых болотах или других категориях лесных земель, осушение которых нецелесообразно или малоэффективно и использовать ее при решении вопросов об исключении таких объектов из схем лесоосушения. В разделе приведены общие представления об организации геоинформационных систем. Рассмотрен пример организации базы картографических данных ГИС для Ухтинского лесничества Ухтинского лесхоза Республики Коми, где выполнен достаточно большой объем лесоосушительных работ и с 1982 г. проводятся гидромелиоративные исследования. Рассмотренная ГИС сформирована в среде GeoDraw/GeoGraf (векторный топологический редактор для создания цифровых карт/геоиформационная система для конечного пользователя). Показано, что определенное значение при решении вопросов освоения избыточно увлажненных земель в Республике Коми может иметь ГИС "Торфяные ресурсы", разрабатываемая научно-техническим центром АГИКС РК (автоматизированная геоинформационная кадастровая система Республики Коми) и государственным унитарным предприятием "Комимелиоводхозпроект". Назначение данной ГИС — формирование карто-графической и справочно-информационной баз данных о торфяных месторождениях республики, их количественная и качественная характеристики. С электронной картой, на которой нанесены контуры торфяных месторождений, связана база данных, характеризующая конкретные месторождения, участок месторождения или торфопроявление. В заключение можно отметить, что учебное пособие несомненно будет полезно студентам специальности "лесное и лесопарковое хозяйство" при освоении курса гидротехнических мелиораций лесных земель, выполнении лабораторных работ и курсового проекта по данной дисциплине. Оно также может быть использовано специалистами в области гидромелиорации лесных земель, лесоведения и лесоводства, лесной экологии и биогеоценологии и охраны окружающей среды при решении вопросов повышения продуктивности лесных земель, сохранения биоразнообразия и устойчивости таежных экосистем.
Логотип -
Начало -
Общие
сведения -
Структура -
Научная деятельность 4627 посещений с 08.04.2002 |