Студенту

УДК 630.5: 630.44
И.Н.Павлов (СибГТУ)

К методике картирования куртинного усыхания деревьев с применением геоинформационных технологий

В нижнем течении р. Караульной (южная тайга) на прилегающих сопках в последнее десятилетие наблюдается интенсивная куртинная гибель сосны обыкновенной. Усыханию подвержены деревья всех размеров или всех классов Крафта. Погибают экземпляры, не испытывающие каких-либо признаков угнетения, с хорошо развитой кроной. Продолжительность жизни хвои, ее размеры, прирост побегов не отличаются от средних значений по древостою. При этом гибель наступает очень быстро. В ряде случаев отмечена гибель сосны после образования текущего прироста с несформировавшейся хвоей. Что, видимо, свидетельствует о разрушении флоэмы в предшествующий осенне-весенний период. Образуются очаги диаметром 10-30 м, в дальнейшем сливающиеся в полосы. Часто наблюдается гибель деревьев по периметру существующих окон в древостое. Куртинное усыхание, наличие плодовых тел Armillaria mellea, а также ряд других признаков  свидетельствуют о фитопатогенном характере гибели хвойных. Несмотря на отсутствие плодовых тел корневой губки, не следует исключать ее участия в разрушении изучаемых древостоев. Исключительно быстрая гибель отдельных деревьев сосны, ослабленных грибами биотрофного комплекса, вызвана их интенсивным заселением  малым сосновым лубоедом (Blastophagus minor Hart.). Летом 2004 г. приходилось  видеть деревья сосны с разреженной, но зеленой кроной и отработанным насекомыми по периметру стволом. Для усохших деревьев характерна более высокая частота встречаемости рака-серянки.
Процессы интенсивного изреживания носят ярко выраженные пространственные закономерности. Каждый очаг обычно начинается с инфицирования одного, реже не­скольких деревьев, от которых гриб (Armillaria mellea или Heterobasidion annosum) распространяется более или менее равно­мерно во все стороны, вызывая поражение здоровых деревьев и последую­щее их отмирание [3, 6]. Следовательно, и форма пробной площади должна соответствовать биологии изучаемого процесса (имеющей кольцевой характер), т.е. быть овальной или круглой.  Закладка круглой площади значительно проще, в свою очередь овал может быть сформирован путем последовательного заложения двух или более круговых площадок.
Применение круговых площадок нашло широкое применение при исследовании возобновления, для изучения фитогенного поля древесных пород (травостой описывается на квадратных площадках в 0.1 м2, располагающихся по трансектам, пересекающим подкроновое пространство по радиусу или по секущей [4]), при таксации лесосек (круговые реласкопические площадки, перечет на круговых площадках постоянного радиуса) [2]. При количественной оценке структуры древостоя используется сочетание круговых учетных площадок (радиусом, равным максимальной длине главных латеральных корней деревьев) с размещением по центру квадратных площадок [5]. На квадратных площадках осуществляется учет подроста и факторов среды, определяется расстояние до деревьев, входящих в круговую площадку
Классические методы картирования предполагают разбивку исследуемой территории регулярной сеткой с шагом 2, 5 или 10 метров в зависимости от густоты древостоя [1].  Небольшие размеры ячеек обеспечивают точное определение координат отдельных элементов древостоя. Исследования требуют больших трудозатрат, однако окупаются высокой степенью точности съемки.
Для снижения трудоемкости при сохранении точности предлагается использовать при таксации и картировании древостоя круговые пробные площади (ПП) переменного радиуса (где нет густого подроста и подлеска). За центр площади принимается место, обеспечивающее хорошую просматриваемость стволов окружающих деревьев и (или), при изучении кольцевых процессов – точка влияния (распространения). Способ хорошо зарекомендовал себя при изучении кольцевых процессов распространения агрессивных видов грибных возбудителей.
В центре инфекции, на месте погибших и взятых в качестве моделей деревьев устанавливается буссоль (для определения угла по лимбу между направлениями на С (0о) и на центр картируемого дерева) и шпилька с мерным шнуром (если не используется дальномер) (рис. 1). Данные заносятся в таблицу (табл. 1). Представленная на рисунке схема построена автоматизировано по данным таблицы с помощью программного обеспечения, работающего в качестве расширения ArcView GIS 3.2. ГИС-приложение предназначено для хранения картографической информации с пробных площадей и автоматизации расчета таксационных показателей.
Геоинформационные технологии позволяют осуществлять любую сегментацию пробной площади. Для изучения процессов расширения очагов (предел распространения инфекции) и последующего возобновления в «окнах» проведена оценка таксационных показателей по кольцам, различно удаленным от центра.
В случае если удаленное дерево не просматривается из-за рядом стоящего ствола, применяется простой способ определения горизонтальной поправки (рис. 2). В программном  обеспечении предусмотрен пересчет координат с учетом угла, засеченного по видимой части мерного шеста и поправки (Pa).
Хорошей проверкой точности картирования является пересечение двух пробных площадей при формировании овальной ППП. Деревья, измеренные из разных центров и относящиеся одновременно к двум пробным площадям, при автоматизированной визуализации накладываются точно друг на друга.
На полигоне (10,8 га), заложено 13 круговых ППП общей площадью 1,17 га. Таксационная характеристика представлена в таблице 2.
Характеристика  живых деревьев составлена по данным, полученным с ППП. При характеристике  сухостоя учитывались замеры на пробных площадях и полигоне. Несмотря на бросающееся в глаза при маршрутном обследовании древостоя усыхание наиболее крупных деревьев сосны, для погибших деревьев характерны меньшие средние значения диаметра (69 %) и высоты (81 %). Причина заключается в  присутствии в  куртинах деревьев  низших классов Крафта, усыхающих в первую очередь.
Состав-  9С1Л +Ос едБ.  Полнота- 1.0.
Живой напочвенный покров представлен (в скобках доля участия в проективном покрытии): осочка большехвостая (50 %); орляк (16 %); мхи (10 %);   черника (16 %);  на костянику и др. растения приходится 18 %. В подлеске доминирует спирея  (50 %); роза морщинистая (38 %),                            встречаются значительно реже ива (10%) и рябина (2 %).
Количество подроста в пересчете на крупный составляет по породам (на га): сосна - 77; лиственница - 2; ель - 8; пихта- 20; береза 212; осина- 414. Итого – 733 шт/га.
Размещение усыхающих деревьев на полигоне неравномерно. Сливаясь усыхающие куртины образуют очаги овальной формы до 1 га. (рис. 3). Выделение осуществлено с помощью процедуры кластерного анализа (программа STATGRAPHICS Plus). Характерная форма овала (вытянутость с северо-востока на юго-запад) возможно, определяется рельефом, господствующими ветрами, направлением водотока. Границы очагов четко невыражены, т.к.  внутри очага, как правило, остаются живые деревья.
Из биогенных факторов, вызывающих  ослабление сосны, нельзя исключать воздействие рака-серянки. На полигоне явные признаки заболевания  на 1 га имеют 9 деревьев. Размещение рака-серянки на полигоне носит случайный характер.

Выводы:

1. Закладка круговых постоянных пробных площадей с картированием из центра через измеряемые угол и расстояние имеет значительные преимущества (в сравнении с методами, предполагающими разбивку исследуемой территории регулярной сеткой) при изучении кольцевых процессов, например распространения агрессивных видов грибных возбудителей. При значительном снижении трудоемкости сохраняется высокая точность определения координат. Программное обеспечение, работающее в качестве расширения ArcView GIS, позволяет не только производить автоматизированную визуализацию, но и осуществлять расчет таксационных показателей. Геоинформационные технологии позволяют осуществлять расчет по любым сегментам пробной площади (кольцо, сектор).
2. Наблюдаемая активизация процесса куртинного усыхания сосны обыкновенной, вызываемая грибами биотрофного комплекса может быть следствием целого комплекса факторов: отмечаемое изменение климата; увеличение техногенной нагрузки; рубки главного пользования, ранее проведенные на данной территории; рубки ухода (в то же время не установлено зависимости роста заболевания от незаконной рубки отдельных деревьев); достижение определенных возрастных стадий (приспевания, спелости); интенсивный отпад осины, обеспечивающий распространение болезни; отсутствие низовых пожаров;  значительное увеличение численности малого соснового лубоеда. Можно предположить, что главными факторами являются сочетание климатических изменений (увеличение осадков и температуры), благоприятных для развития болезни с оптимальным состоянием древостоя (значительный отпад лиственных в предыдущие 10-20 лет, мощная подстилка)

Список литературы

1. Емшанов Д.Г. Методы пространственной экологии в изучении лесных экосистем. - Киев, Меркьюри Глоуб Юкрейн,  1999. -220 с.
2. Наставление по отводу и таксации лесосек в лесах  Российской Федерации. - М., 1993.- 72 с.
3. Негруцкий С. Ф.  Корневая губка. — 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Агропромиздат, 1986, — 196 с.
4. Самойлов Ю.И. Структура фитогенного поля на примере одиночных дубов Quercus robur (Fagaceae) // Ботанический журнал. - 1983. - Т.68. - № 8 - С. 1022-1034.
5. Санникова Н.С. Микроэкосистемный анализ ценопопуляций древесных растений. –Екатеринбург: Наука. Уральское отделение, 1992. -56 с.
6. Соколов Д.В. Корневая гниль от опенка и борьба с ней. – М.: «Лесная промышленность», 1964. – 183 с.

Таблица 1
Фрагмент ведомости картирования и обмера круговых ППП

Порода	Диаметр, см	Высота, м	Расстояние, м	Угол, град	Горизонтальная поправка (+ по часовой; - против часовой), м	Примечание	Время усыхания, (лет назад)
С	22,3	18,0	15,3	2,00
С	15,5	9,5	13,1	3,00
С	11,5	8,5	16,3	5,00
С	15,8	11,0	14,6	5,10
С	28,0	18,5	5,5	8,00
С	31,3	23,0	15,6	8,05
С	23,0		15,3	16,55		пень	2-4
Б	19,5	17,0	6,9	18,20
С	30,0	23,5	0,0	0,00		модель №41	>3

Таблица 2
Таксационная характеристика насаждений, поврежденных грибами биотрофного комплекса

Порода	Возраст, лет	Высота, м	Диаметр, см	Запас, м3/га	Характеристика сухостоя
					Высота	Диаметр	Запас, м3/га
							на полигоне	на ППП
Сосна	90	22,8	29,4	357,6	18,4	20,2	4,8	15,6
Осина	85	17,5	20,8	16,5	16,3	19,6	-	5,1
Береза	85	15,9	13,0	9,7	10,8	6,8	-
Лиственница	90	23,0	31,9	16,8	-	-	-	-

Рисунок 1. Фрагмент круговой площади: ? –угол, град; ? -расстояние от центра площади до дерева, м;  - сухостой сосны; - сосна обыкновенная; - пень (в ArcView принадлежность к определенной породе установлена цветом) – береза повислая

Рисунок 2. Способ определения горизонтальной поправки для «закрытых» деревьев: 1 – дерево; 2- «закрытое» дерево; 3- мерный шест;4 –буссоль;  ? -расстояние от центра площади до дерева, м; Pa –горизонтальная поправка; N –направление на север.

Рисунок. 3. Распределение погибших деревьев на полигоне (процедура кластерного анализа, Ward's Distance Metric: Squared Euclidean).