Мониторинг состояния


Для сохранения и восстановления во многом утраченных средообразующих и средозащитных свойств лесов парка остро необходима организация мониторинга за состоянием и динамикой его экосистем. Это является основной задачей типологической группы Ботанического сада УрО РАН (Иванова и др., 2010). С данной целью проводятся:

– организация серии постоянных и временных пробных площадей, охватывающих основное разнообразие природных ландшафтов, типов растительных сообществ и направлений динамики биогеоценозов (Иванова, Золотова, 2011);

– получение количественных данных о структуре и динамике растительных сообществ (древостоя, подроста древесных видов, травяно-кустарничкового и мохового ярусов) по наиболее перспективным отечественным и зарубежным методикам (Ivanova, Zolotova, 2011);

– выявление альфа- и бета-разнобразия  лесных экосистем, динамических тенденций лесной растительности в зависимости от экотопа и разрушающего воздействия (Иванова, Быстрай, 2010; Иванова, Золотова, 2011);

– описание растительности в соответствии с международными стандартами эколого-флористического направления Браун-Бланке и требованиями международного «Кодекса фитосоциологической номенклатуры».

Фундаментальными задачами являются:

а) разработка в рамках нелинейной динамики теоретико-методологических и методических основ диагностики и мониторинга кризисных процессов в лесах;

б) выявление механизмов минимизации антропогенной трансформации лесной растительности;

в) поиск интегрального индикатора «динамической» безопасности лесной растительности, учитывающего нелинейную динамику дигрессивно-демутационных процессов и возможность возникновения нелинейных обратных связей между различными компонентами лесных экосистем, а также качество лесохозяйственных систем управления; разработка методик его расчета.

В горных условиях проблема организации мониторинга резко усложняется многообразием природных ландшафтов и типов лесорастительных условий, в каждом из которых интенсивные рубки и другие формы антропогенного воздействия приводят к формированию чрезвычайно мозаичного по структуре растительного покрова. В связи с этим традиционный подход к мониторингу  состояния растительности, основанный на небольшом количестве пробных площадей, характеризующих отдельные (часто случайные) стадии дигрессивно-демутационных смен, без учета направлений динамики, оказывается чрезвычайно малоинформативным и не отвечает всем требованиям. Типологической группой Ботанического сада УрО РАН предлагается на основе принципов генетической типологии (Колесников, 1956; Санников, 1970; Цветков, 2009; Фильрозе и др., 1999) структурирование огромной информации о динамике лесов в удобной для пользователя форме (в виде спектров рядов развития биогеоценозов) и корректное проведение самого анализа современными статистическими методами (Okland, Eilertsen, 1993; Уланова, 1995) и методами нелинейной динамики (Гилмор, 1984; Быстрай, Пивоваров, 1989). Традиционные статистические методы анализа данных позволяют корректно проводить сравнение текущего состояния описываемых лесных экосистем, оценивать достоверность различий между ними, но не пригодны для получения их динамических характеристик, прогноза будущих состояний, оценки устойчивости развития. В связи с этим для целей мониторинга привлекаются методы нелинейной динамики. В основе разрабатываемых методик лежат работы И. Пригожина (1973), Р. Гилмора (1984) и др. Разрабатывается теоретико-методическая основа для универсального подхода к описанию, анализу и моделированию экосистем (Ланкин, Иванова, 2011). Для моделирования привлекаются методы Концепции Адаптивной Самоорганизации сложных природных систем (КАС) (Ланкин, Хлебопрос, 2001; Ланкин, 2009). Верификация моделей проводится на основе оригинального отечественного направления лесной науки – генетической лесной типологии (Колесников, 1956).

Работа по организации мониторинга за состоянием и динамикой растительности планируемого природного парка «Истоки Исети» ведется с 1999 года. К настоящему времени, несмотря на сильную нарушенность растительности региона, найдены участки старовозрастных (140200-летних) условно-коренных лесов во всех основных типах лесорастительных условий (Колесников и др., 1974), в них заложены пробные площади. В широком градиенте условий изучено формирование лесной растительности на сплошных вырубках. Для отдельных типов леса прослежена восстановительно-возрастная динамика экосистем от вырубок 4–5-летней давности до древостоев 55-летнего возраста. В рамках теории катастроф построена математическая модель данного процесса. Основные результаты работы изложены в статьях (Иванова, 2000; Быстрай, Иванова, 2010; Иванова, Быстрай, 2010; Ivanova, Novogorodova,  Chetkina, 2000; Иванова и др., 2011).

Таким образом, для целей мониторинга типологической группой Ботанического сада УрО РАН разрабатывается принципиально новый комбинированный подход: синтез генетической лесной типологии и синергетики (нелинейной динамики), который обеспечит объективную оценку устойчивости природных экосистем и обоснованное прогнозирование их состояния. Он позволит выявить кризисные ситуации в развития лесов и своевременно проводить необходимые природо-лесоохранные мероприятия. Следовательно, возможна разработка оптимальной системы управления природным парком, позволяющая получить максимальный  эффект при минимальных экономических затратах.