Наукові основи оптимізації лісоаграрних ландшафтів рівнинної частини України

, (5)

де Н - середня висота лісосмуги у віці А років, м; Hб - висота у базовому віці, яка, для узгодження даних про об'єкт дослідження із загальнобонітетною шкалою М.М. Орлова, прийнята рівною середнім значенням наведених у ній висот для 30-річних деревостанів установлених класів бонітету, м.

Одержані за рівнянням 5 висоти реалізовані у ТХР білоакацієвих лісосмуг, фрагмент яких наведений у табл. 2. В основу алгоритму складання ТХР лісосмуг покладено виявлені закономірності й зв'язки таксаційних показників наявної частини деревостану та відпаду. Таблиці ходу росту складені за розробленою програмою на ПК з використанням комп'ютерного забезпечення Excel. Моделі одержаних нормативів ув'язані із загальнобонітетною шкалою М.М. Орлова у 30-річному віці.

На основі розроблених нормативів та виявлених закономірностей, а саме кореляційної залежності запасу від середньої висоти, складена стандартна таблиця сум площ перетинів та запасів для білоакацієвих лісосмуг, причому показники наводяться як у розрахунку на 1 га, так і на 1 погонний км ряду лісосмуги.

Загалом розроблені нормативи не мають аналогів. Порівняльна характеристика проведена із акацієвими масивними насадженнями степового регіону (Давидов М.В., 1987). Як свідчать одержані результати, інтенсивність росту у висоту стрімко падає з віком лісосмуг, тобто насадження ростуть за спадним типом росту. Значна інтенсивність росту у молодому віці пояснюється якісною агротехнікою підготовки ґрунту та регулярним доглядом за культурами протягом перших 5-7 років. Аналогічна картина спостерігається і з сумою площ перетинів. Порівняння абсолютних повнот масивних і смугових насаджень підтверджує очікувані тенденції у значній перевазі сум площ перетинів смугових насаджень над масивними. Явище великої інтенсивності росту дерев лісосмуг у висоту внаслідок більшого світлового приросту досліджено рядом авторів (Пилипенко О.І., 1992, 1994; Юхновський В.Ю., 1984 та ін.). Як правило, сума площ перетинів лісосмуг перевищує аналогічний показник масивних насаджень у 1,5-1,8 раза. Різниця між абсолютними повнотами смугових і масивних насаджень становить 70-80% у базовому віці і зменшується до 40-45% з досягненням віку стиглості.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Таблиця 2

Хід росту білоакацієвих полезахисних лісових смуг (дані на 1 га)

Размещено на http://www.allbest.ru/

Внаслідок більших приростів за діаметром та значного збігу стовбурів у лісосмугах порівняно з масивними насадженнями спостерігається також велика різниця і у видових числах. Вона коливається в межах 3-8% у середньовікових насадженнях і досить відчутна у молодняках (до 18%).

У практиці застосування НДД часто постає питання контролю об'ємів стовбурів, вибраних у лісостанах під час рубок догляду або інших заходах (цільових, самовільних рубках тощо). У таких випадках слід використовувати залежність товщини пенька від діаметра на висоті грудей із подальшим застосуванням нормативів обліку лісової продукції. Для масивних насаджень такі моделі розроблено С.М. Кашпором і А.А. Строчинським (1987).

Моделювання залежностей між діаметром на висоті грудей та окоренковим діаметром (діаметром майбутнього пенька) для порід, що зростають у лісосмугах виконано із залученням експериментального матеріалу для основних лісоутворювальних порід, які ростуть у лісосмугах. Сформований масив даних нараховує 314 модельних дерев, у тому числі дуба, акації, берези, ясена і клена по 137, 72, 48, 26 і 31 моделі відповідно.

Табличні нормативи залежностей між товщиною пенька d0 (в корі або без кори) та діаметром на висоті грудей розроблені на основі моделей 6 і 7, оскільки надійніші результати дають залежності між відносними величинами.

, (6)

. (7)

Порівняльний аналіз розроблених нормативів з існуючими для масивних насаджень (табл. 3) вказує на більшу збіжистість стовбурів у смугових насадженнях. З віком спостерігається тенденція до зменшення діаметра на висоті грудей при одній і тій же товщині пенька у смугових насадженнях порівняно з масивними. У дубових лісосмугах ця величина не виходить за межі 5%, а в березових досягає 9%. Одержані нормативи (діаметр пенька - діаметр на висоті грудей) можна використовувати як проміжний етап для подальшого визначення об'ємів стовбурів, вибраних у полезахисних лісових смугах під час рубок догляду та інших лісогосподарських заходах.

Таблиця 3

Порівняльна характеристика залежностей між товщиною пенька та діаметрами на висоті грудей дерев, що ростуть у масивних насадженнях і лісових смугах

Розроблені нормативи рубок догляду для лісосмуг дуба. Вони узгоджуються з інструктивними вимогами (Інструкція…, 1979; Лохматова М.А., 1980; Б.Ф. Остапенка, 1995) і рекомендаціями для формування оптимальних зональних конструкцій полезахисних лісосмуг (Сазонова І.М., 1980; Штофеля М.О., 1992; Пилипенка О.І., Юхновського В.Ю., 2000 та ін.). Динаміка запасу вибірки полезахисних лісових смуг слугує нормативною основою для рубок догляду в дубових лісосмугах, створених за деревно-тіньовим типом. Для змішаних насаджень розробка нормативів рубок догляду повинна враховувати біологічні особливості порід, біометричні показники дерев, особливо у частині формування поточного об'ємного приросту, та інші характеристики.

НАУКОВІ ОСНОВИ ЕКОЛОГО-ЕКОНОМІЧНОЇ ОПТИМІЗАЦІЇ ЛІСОАГРАРНИХ ЛАНДШАФТІВ

Аналіз літературних джерел з питань оптимізації природокористування (Ісаченка А.Г., 1980; Генсірука С.А., 1982; Соколова В.Е., 1992 та ін.), оптимального функціонування ландшафтів (Сочави В.Б., 1978; Солнцева В.Н., 1981; Лопирева М.І., 1985; Паулюкявичуса Г.Б., 1989; Ісаченка А.Г., 1991; Реймерса Н.Ф., 1991та ін.) оптимізації лісових екосистем (Г.Б. Паулюкявичуса, 1978; М'якушка В.К., 1992; Генсірука С.А., 1995; Голубця М.А., 1997, 2000; Пили-пенка О.І., 1994; Кучерявого В.П., 1999, 2001 та ін.) і власних досліджень дозволив зробити науково-обґрунтоване визначення процесу оптимізації лісоаграрного ландшафту і, власне, її дефініції.

Оптимізація лісоаграрного ландшафту - це система заходів, спрямованих на охорону й поліпшення природних умов життя людей, збереження та відтворення природних ресурсів на основі змодельованої науково-обґрунтованої структури земельного фонду. Під оптимальним лісоаграрним ландшафтом слід розуміти такий територіальний комплекс, у якому співвідношення природних і антропогенних компонентів перебуває у стійкій рівновазі і забезпечуються умови для підвищення їх біологічної продуктивності та поліпшення довкілля.

Дослідження та узагальнення даних вітчизняних зарубіжних вчених у сфері екологічних, географічних, аграрних і лісомеліоративних наук дозволило сформульовані принципи конструювання оптимальних лісоаграрних ландшафтів. До основних принципів відносяться: принцип адекватності, сутність якого полягає у копіюванні та використанні утворювальними ландшафтами закономірностей розвитку довкілля; принцип сумісності - утворювальні антропогенні елементи повинні бути взаємопов'язаними з природними компонентами; відповідність фітоценозу умовам місцезростання (агролісомеліоративне районування, добір порід, взаємодія порід у заново створених фітоценозах); принцип пріоритету фітомеліорації - врахування перетворювального впливу рослинності на довкілля; принцип просторового і видового різноманіття середовища - як наповнення структури ландшафту різнорідними рослинними угрупуваннями з метою підвищення його стійкості до антропогенних навантажень; принцип обліку мікрозональності природних умов, тобто особливостей території (гідрологічні, ґрунтові, мікрокліматичні та інші) та їх урахування в мікрозональному аспекті - горизонтальному і вертикальному; принцип природного балансу та економічності, суть якого полягає в тому, щоб у господарській діяльності забезпечити просте, а потім і розширене відтворення життєво важливих факторів природного середовища, окремих його компонентів.

Формування оптимального екологічно стійкого ландшафту рекомендується вести шляхом послідовної розробки концепцій, програм, проектів агролісомеліоративного впорядкування на базі врахування природного потенціалу, що передбачає раціональне використання земельних ресурсів і такого екологічного навантаження, яке сприяло б не тільки самозбереженню функціональних зв'язків існуючих природних компонентів, але і їх поліпшенню та збагаченню.

Розроблена програма оптимізації структури земельного фонду лісоаграрного ландшафту, критерієм оптимальності якої слугує максимальна врожайність основної зернової культури (озимої пшениці) за умови дотримання нормативних екологічних показників, до яких відноситься: досягнення оптимальної полезахисної лісистості сільськогосподарських угідь і загальної лісистості території (водозборів), раціональної структури сільськогосподарських угідь (рілля, луки, пасовища, багаторічні насадження). Програма написана на мові “Borland Pascal 7.1” з використанням симплекс-методу. Блок-схема програми проілюстрована рис. 5. У програмі задіяні: нормативи прибавок урожаю пшениці в залісеному полі; моделі полезахисної лісистості; нормативи оптимальної лісистості водозборів; відсоток ріллі, лук, пасовищ, садів.

Фрагмент оптимізованих даних лише двох елементів структури земельного фонду (рілля та полезахисні лісові смуги) десяти агрогосподарств Могилів-Подільського району Вінницької області наведено в табл. 4.

Таблиця 4

Результати оптимізації структури земельного фонду (рілля та лісосмуги) лісоаграрних ландшафтів Могилів-Подільського району Вінницької області

Аналіз даних табл. 4 свідчить, що для одержання максимального валового урожаю зернових, за умови дотримання оптимального співвідношення “рілля-луки-пасовища-лісові насадження”, необхідно зменшити площу ріллі до 37-52%. Водночас у результаті зменшення ріллі, за фіксованою полезахисною лісистістю для лісостепової зони у 2,2%, програма оптимізувала площі лісосмуг. За умови фактичної низької полезахисної лісистості (<1%) площі лісосмуг збільшилися, а у ряді випадків (ландшафти КСП ім. Шевченка, “Світанок”, “Прогрес”, “Промінь”, “Перемога”) зменшилася, що пояснюється різким падінням долі ріллі (з 70% до 40-50%) і наявністю існуючих лісосмуг (>1%) у структурі лісоаграрного ландшафту. У новій структурі земельного фонду також оптимізуються площі лук і пасовищ, з доведенням їх до нормативних величин. За наявністю нормативів обводнення територій у програму можна внести відповідні корективи.

Розкрито місце і роль географічних інформаційних систем, які слугують могутнім інструментом для ефективного проектування та успішного виконання агролісомеліоративних програм - забезпечення впровадження оптимізаційних моделей на практиці землекористування.

Під час екологічної і економічної оцінки створюваного лісоаграрного ландшафту рекомендовано використання наступних екологічних показників: рекреаційна ємкість, облісненість сільськогосподарських угідь, розораність, обводненість території, об'єм газообміну і конденсації пилу. Виявлено, що еколого-економічна ефективність лісоаграрних ландшафтів вища на 20-30% і більше (у ряді випадків - у 1,5-2 раза), ніж відкритих територій.

Важливим етапом у реалізації одержаних оптимізаційних моделей є управління процесом оптимізації ландшафтів і цілеспрямований вплив на них, постійне стеження за тим, чи набувають вони бажаних оптимізованих рис. У цьому безперечна роль агролісомеліоративного моніторингу та агролісомеліоративних управлінських структур різних рівнів.

ВИСНОВКИ

У дисертації наведено теоретичне узагальнення та експериментальне обґрунтування оптимальних лісоаграрних ландшафтів рівнинної України, що відкриває новий напрямок вирішення проблеми підвищення продуктивності і поліпшення екологічного стану аграрних територій. Проведено аналіз антропогенного впливу на агроландшафти, що зумовило їх трансформацію і призвело до погіршення екологічної ситуації. Виявлено залежності між основними агролісомеліоративними параметрами лісоаграрного ландшафту, розроблено модель оптимізації структури земельного фонду, складено лісотаксаційні нормативи для лісової компоненти ландшафту, а також сформульовано основні принципи формування оптимальних ландшафтів рівнинної України.

Оптимізація лісоаграрного ландшафту - це система заходів, спрямованих на охорону й поліпшення природних умов життя людей, збереження та відтворення природних ресурсів на основі змодельованої науково-обґрунтованої структури земельного фонду. Ліс і поле - єдина екологічна система. Оптимізація лісоаграрних екосистем веде до оптимізації її складових частин (співвідношення площі лісу і поля, структури захисних лісових насаджень та їх просторового розміщення, добору дерево-чагарникових порід тощо).

Розроблена уніфікована схема лісоаграрного ландшафту, яка показує чітке місце елементів кожного рівня у ландшафтній системі, висвітлює взаємозв'язки і взаємовпливи лісівничих компонентів із природними і антропогенними факторами, слугує основою для оптимізації природокористування перш за все через раціональну організацію земельного фонду і системи захисних лісових насаджень. Параметрична структура лісоаграрного ландшафту й обґрунтовані в ній агролісомеліоративні показники становлять базу для моделювання залежностей між ними, їх кількісного оцінювання і розробки оптимізаційних моделей.

Cукупність антропогенних навантажень зумовила значні трансформації агроландшафтів і сформувала сучасну екологічну ситуацію: сприятлива екологічна ситуація збереглася на даний час лише на 11% площі; ландшафти із задовільною, конфліктною, передкризовою і кризовою екологічною ситуацією займають відповідно 18%, 22%, 25% і 24% території України. Загальна закономірність загострення екологічної ситуації в Україні простежується із північного заходу на південний схід і пов'язана із природними закономірностями, історією розвитку сільського господарства та лісорозведенням. Заходи щодо зменшення антропогенних впливів зводяться до нормування навантажень на лісоаграрні ландшафти, формування збалансованого еколого-економічного розвитку з урахуванням специфіки конкретного регіону, підняттям ролі лісової політики, яка повинна проводитись у контексті загальної концепції сталого розвитку України.

Обґрунтовано поняття стійкості лісоаграрного ландшафту, його складної властивості, що проявляється у сукупності різних форм. Критерієм порушення стійкості ландшафту є відмова - подія виходу ландшафту з області допустимих або нормальних станів. Розроблені показники кількісної оцінки стійкості лісоаграрних ландшафтів, які слугують основою для вирішення ряду важливих проблем агролісомеліорації та сучасного ландшафтознавства: нормування антропогенних навантажень на ландшафти, обґрунтування схем оптимальної організації території, оптимізації структури земельного фонду.

Доказана необхідність організації агролісомеліоративного моніторингу лісоаграрних ландшафтів, першочерговими задачами якого є обґрунтування методів збору, обробки, передачі та інтерпретації системи показників, які у повній мірі характеризували б лісову й аграрну компоненти лісоаграрного ландшафту. Агролісомеліоративний моніторинг є невід'ємною складовою системи екологічного моніторингу України і його організаційна, територіальна та функціональна організація ґрунтується на спільних принципах.

Розроблені моделі оптимальної полезахисної лісистості агроландшафтів залежно від ґрунтово-кліматичної зони, генотипу ґрунтів, кількості рядів та ширини полезахисних лісових смуг. Оптимальна полезахисна лісистість на глинястих і суглинкових ґрунтах становить 1,2-6,2%, а на супіщаних і піщаних - 2,7-11,2%. З переміщенням у меридіальному напрямку (з півночі на південь) та зміною механічного складу ґрунту (глинясті - піщані) лісистість зростає від 1,5% до 11,2%.

Встановлено, що основні агролісомеліоративні показники за їхньою значущістю в лісоаграрному ландшафті розміщуються в такій послідовності: еродованість земель > середньозважений ухил > лісистість загальна і полезахисна > відсоток луків і багаторічних трав > захищеність полів > захисна висота лісових смуг > розораність території > заяруженість ландшафту.

Розроблена трифакторна регресійна модель, яка описує залежність еродованих земель від лісистості території, полезахисної лісистості та комплексу екостабілізуючих факторів - відсотку луків і багаторічних насаджень. Для любого лісоаграрного ландшафту, адміністративного району, регіону за моделлю можна розрахувати таке оптимальне співвідношення площ лісів, захисних насаджень, луків та багаторічних насаджень, при яких еродованість земель буде зведена до мінімуму.

Встановлені кількісні показники біологічної продуктивності лісової компоненти лісоаграрного ландшафту. Максимальні запаси біомаси сконцентровані у стовбурній деревині, кореневій системі і корі. Надземна біомаса в цілому від сумарних запасів становить 81,7%, коренева система - 18,3%. У переведенні на 1 га захисних лісових насаджень кількість сухої біомаси становить 335,8 т, а на 1 га земельних угідь - 10,1 т.

За дослідженнями фіторізноманіття лісоаграрних ландшафтів України доповнено асортимент деревно-кущових порід для захисних лісонасаджень такими декоративними таксонами: Acer tegmentosum Maxim., Chamaecytisus spp., Crataegus sanguinea Pall., Crataegus meyeri A.Pojark., Crataegus rhipidophylla L., Crataegus monogyna var. kyrtostyla Lge., Daphne mezereum L., Genista tinctoria L., Laburnum anagyroides Medik., Rubus caesius L., Sambucus racemosa L., Sorbus torminalis [L.] Crantz., Staphylea pinnata L., Tilia tomentosa Moench.

Розроблена система нормативів (таблиці ходу росту, стандартні таблиці сум поперечних перетинів і запасів) для таксації дубових та білоакацієвих полезахисних лісових смуг дозволить виробництву збільшити точність таксації під час інвентаризації лісосмуг; слугуватиме нормативною основою для призначення рубок догляду у смугових насадженнях; прогнозувати ріст лісосмуг; виступати однією із основних передумов визначення економічної ефективності смугових насаджень.

Порівняння абсолютних повнот масивних і смугових насаджень стверджує очікувані тенденції у великій перевазі сум площ перетинів смугових насаджень над масивними. Різниця між абсолютними повнотами смугових і масивних насаджень становить 70-80% в базовому віці і зменшується до 40-45% з досягненням віку стиглості.

За результатами моделювання окоренкового збігу у лісосмугах складені нормативи залежностей між товщиною пенька та діаметром на висоті грудей для основних деревних порід - дуба, берези, ясена, клена, липи. Порівняльний аналіз розроблених нормативів з існуючими для масивних насаджень показав більшу збіжистість стовбурів у смугових насадженнях. З віком спостерігається тенденція зменшення діаметра на висоті грудей при одній і тій же товщині пенька у смугових насадженнях у порівнянні з масивними. У дубових лісосмугах ця величина не виходить за межі 5%, а у березових сягає 9%. Нормативи і моделі залежності (діаметр пенька - діаметр на висоті грудей) можна використовувати як проміжний етап для подальшого визначення об'ємів стовбурів, вибраних у лісомеліоративних насадженнях під час рубок догляду або інших лісогосподарських заходах.

Розроблені нормативи рубок догляду у дубових лісових смугах, які включають вибірку маси стовбурів, що характеризують природний відпад у лісових смугах. Для змішаних насаджень розробка нормативів рубок догляду повинна враховувати біологічні особливості порід, біометричні показники дерев, особливо у частині формування поточного об'ємного приросту, та інші характеристики. У всіх випадках як у чистих, так і в змішаних за складом полезахисних лісових смугах, слід особливо відноситися до зрідження (омолодження) наявного чагарнику. Із появою нормативів зріджування чагарнику можуть вноситись корективи у частину деревостану, що вибирається у сторону її деякого збільшення.

Сформульовані основні принципи конструювання оптимальних лісоаграрних ландшафтів: адекватності (копіювання та використання агроландшафтами природних закономірностей); сумісності (взаємозв'язок з природними компонентами); відповідності фітоценозу умовам місцезростання (агролісомеліоративне районування, добір порід, взаємодії порід у заново створених фітоценозах); пріоритету фітомеліорації - врахування перетворювального впливу рослинності на довкілля; просторового і видового фіторізноманіття - наповнення структури ландшафту різнорідними рослинними угрупуваннями з метою підвищення його стійкості до антропогенних навантажень; обліку мікрозональності природних умов, тобто особливостей території (гідрологічні, ґрунтові, мікрокліматичні та інші) та їх урахування в мікрозональному аспекті - горизонтальному і вертикальному; природного балансу та економічності (забезпечення простого і надалі розширеного відтворення життєво важливих факторів природного середовища, окремих його компонентів).

Формування оптимального екологічно стійкого ландшафту рекомендується вести шляхом послідовної розробки концепцій, програм, проектів агролісомеліоративного впорядкування на базі врахування природного потенціалу, що передбачає раціональне використання земельних ресурсів і такого екологічного навантаження, яке сприяло б не тільки самозбереженню функціональних зв'язків існуючих природних компонентів, але й їх поліпшенню і збагаченню.

Розроблена програма оптимізації структури земельного фонду лісоаграрного ландшафту, критерієм оптимальності якої слугує максимальна врожайність основної зернової культури - озимої пшениці за умови дотримання нормативних екологічних показників: оптимальної полезахисної лісистості, лісистості водозбору, раціональної структури сільськогосподарських угідь (рілля, луки, пасовища, багаторічні насадження). Програма написана на мові “Borland Pascal 7.1” з використанням симплекс-методу.

Важливим етапом у реалізації одержаних оптимізаційних моделей є управління процесом оптимізації ландшафтів і цілеспрямований вплив на них, постійне стеження за тим, чи набувають вони бажаних оптимізованих рис. У цьому безперечна роль агролісомеліоративного моніторингу та агролісомеліоративних управлінських структур різних рівнів.

Могутнім інструментом для ефективного проектування та успішного виконання агролісомеліоративних програм є застосування географічних інформаційних систем, здатних забезпечити проектні та виконавчі органи різнорідною просторовою інформацією. Такі функції ГІС як перекриття, об'ємність, бази даних, ефективність проектування мають непересічне значення для забезпечення впровадження оптимізаційних моделей в агролісомеліорації.

Обґрунтування схем і проектів агролісомеліоративного впорядкування необхідно здійснювати шляхом екологічної й економічної оцінки створюваного лісоаграрного ландшафту. У цьому плані рекомендуємо використовувати такі екологічні показники: рекреаційна ємкість, облісненість сільськогосподарських угідь, розораність, обводненість території, об'єм газообміну і конденсації пилу. Виявлено, що еколого-економічна ефективність лісоаграрних ландшафтів вища на 20-30% і більше (у ряді випадків - у 1,5-2 раза), ніж відкритих територій.

СПИСОК ОСНОВНИХ ПРАЦЬ, ОПУБЛІКОВАНИХ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ:

Монографія

Юхновський В.Ю. Лісоаграрні ландшафти рівнинної України: оптимізація, нормативи, екологічні аспекти. - К.: Інститут аграрної економіки, 2003. - 273 с.

Статті у журналах та збірниках наукових праць:

Штофель М.А., Юхновский В.Ю. Нормативы целевых рубок ухода в дубовых полезащитных лесных полосах // Совершенствование ведения лесного хозяйства и защитного лесоразведения. - К.: УСХА, 1988. - С. 58-62 (автором особисто закладено дослідні об'єкти, проведено камеральну обробку матеріалів, виконано моделювання вибірки за запасом).