8. Методологические основы лесной таксации

Лесная таксация осуществляет методическое, математическое и информационное обеспечение исследований, проводимых в лесоведении на уровне наблюдения, описания и эксперимента. При этом лесная таксация включает фрагменты математических закономерностей, разработанных специалистами на эмпирическом уровне, которые могут быть использованы как для реализации научных разработок в практике лесного хозяйства, так и для обоснования теоретических вопросов лесоведения и совершенствования методов таксации. Материалы исследований роста деревьев, полученные с использованием методов лесной таксации, должны быть использованы для их аппроксимации Законом спирально-логарифмического кумулятивного роста.

А.З. Швиденко [43] дал оценку исторического развития отечественной лесной таксации, определил ее место в лесоведении, перспективы ее развития и возможности математического моделирования процессов в лесоведении:

«Лесная таксация родилась и столетиями формировалась как сугубо прикладная полуэмпирическая наука. Изменения в мировоззрении человечества, приход к пониманию леса как важнейшего элемента устойчивости биосферы существенно меняют содержание этого предмета. С одной стороны, лесная таксация должна служить теоретической и нормативно-справочной основой количественного описания лесных экосистем для разнообразных, главным образом экологически ориентированных, целей; с другой – ее предназначение^: сугубо утилитарно как набор методов и нормативов практического обеспечения процесса управления лесами и многоцелевого лесопользования. Эта двуединая сущность лесной таксации предопределяет как последовательное (хотя пока и робкое) проникновение в сферу ее деятельности методов, свойственных фундаментальным биологическим наукам, так и отчетливую ее зависимость от сегодняшних потребностей практики. Практические запросы лесного сектора определяются социально-экономическим положением в стране; и в зависимости от того, каким образом две названные особенности лесной таксации будут вос­требованы нынешними и будущими путями развития России, во многом зависит судьба этой отрасли знания. В настоящей работе сделана попытка взгля­нуть на особенности современной таксации как методологической основы информации о лесах, исходя из цивилизованных принципов взаимоот­ношения человека и леса, учитывая современные тенденции мирового развития и российскую специ­фику. Разумеется, не менее важный вопрос заклю­чается в том, каким образом эта информация долж­на служить правильному управлению лесами, то есть лесоустройству и практическому лесному хозяйст­ву, но эта тема заслуживает отдельного подробного анализа.

Определяя лес­ную таксацию, в соответствии с исторической традицией, как науку о количественном описании лесных экосистем в статике и динамике, мы должны рассматривать как структурные элементы этих систем (то, что Н.В. Третьяков называл морфологией насаждений), так и основные процессы функционирования, по крайней мере на породном и экосистемном уровнях» [43].

Отечественная теория лесной таксации к 1990-м годам оформилась, считает А.З. Швиденко, в достаточно организованную область знаний, включающую теоретические воззрения, методические и модельные подходы к оценке четырех основных объектов леса (заготовленная древесина, отдельное дерево, древостой й лесной массив). Однако на границе третьего тысячелетия опреде­ляющей чертой методологии лесной таксации оставалась ее эмпирическая обусловленность, ограниченная практическими потребностями лесохозяйственного производства и лесопользования. Древесина рас­сматривалась как основной и почти исключительный предмет учeтa. Раздававшиеся периодически призывы о необходимости учета всех лесных про­дуктов и экологизации лесной таксации су­щественным образом ситуации не меняли.

«Сегодняшнее развитие идеологии лесного дела происходит под влиянием требований, рассматривающих лес как основной стабилизирующий элемент географического ландшафта, преимущественно с точки зрения эко­логической безопасности человеческого общества, то есть полноты выполнения лесным покровом соци­альный й экологических функций.

Методология познания и объяснения леса как природного образования, равно^: как и общая философия взаимоотношения леса и человека, достаточно глубо­ко осознаны мировым сообществом [43].

Практически все объекты лесной таксации, считает А.З. Швиденко, представляют собой сложную, нечеткую, слабо организованную открытую динамическую систему, образуемую слож­ным переплетением стохастических процессов раз­ной скорости и характеристических времен. «Сис­темный подход является единственным общеметодологическим базисом, способным представить максимум информации о структуре и функционировании лесного покрова на различных временных и пространственных масштабах. Содержательной основой системного описания является экосистемно-ландшафтный подход, свидетельствующий, что достаточное знание может быть получено только из рассмотрения леса как экосистемы (лесного био­геоценоза) в конкретном ландшафте с закономерностями обмена веществом и энергией ландшафта.

Ряд иных предпосылок определяющим образом влияет на научный базис нынешнего этапа развития лесной таксации. 1) это большой прогресс, достигнутый фундаментальными науками – экологией, физиологией растений, биохимией, биофизикой и другими, что позволяет существен­ным образом расширить рассмотрение явлений в лесу на процессном уровне, то есть непосредственно оценивать как факторы внешней среды (прихо­дящая солнечная радиация, влажность, элементы минерального питания и т.д.) в рамках того или иного режима ведения хозяйства определяют структуру и функционирование лесных экосистем; 2) перспективы принципиально новых практических приложений современных средств дистанционного зондирования земной по­верхности в комбинации с такими элементами как GPS, лазерные профилографы и пр.; 3) возможности, предоставляемые современными информационными технологиями (СИТ), понимая последние в широком смысле – от их влияния на методологию процесса познания до технических решений, определяющих содержание, точность и оперативность информации о лесе. Технически это предполагает хранение пространственно-параметрической информации в виде ГИС, а всего накопленного знания – в виде информационно-поисковых систем, баз знаний и систем искусствен­ного интеллекта.

Методологически именно СИТ являются той основой, которая позволяет практиче­ски реализовать системный подход на основе ра­ционального сочетания наземных и дистанционных способов измерений, геоинформационных систем и регио­нальных экологических моделей. Существенны и иные предпосылки, такие, например, как продвину­тые методология и техника экологического (в част­ности, лесотаксационного) моделирования, наличие нового поколения лесотаксационных измерительно-регистрирующих приборов».

Названные предпосылки предопределяют необходимость анализа и пересмотра общей мето­дологии и модельной основы лесной таксации, включая существующий понятийный аппарат и классификации, равно как и базовые общеметодологические альтернативы» [43].

Существует единственная, считает А.З. Швиденко, научно обосно­ванная и практически приемлемая форма отраже­ния системных структур – комплекс многомерных математических моделей. Сегодня проблемы сложности вычислений не существует, и есть все возможности выбора формы моделей. Неизбежность существенного расширении моделирования «процессного» типа предопределя­ется не только накоплением знания о механизме функционирования лесных экосистем как законо­мерного следствия прогресса научного познания. Проблема перехода к моделированию процессного типа не тривиальна, и практические следствия ее неоднозначны. Во-первых, пока суще­ствуют серьезные научно- методические проблемы.

Во-вторых, нет практической возможно­сти оперативно пересоставить все нормативы динамики и продуктивности лесов, созданные в течение столетий (равно как и нет полностью осознанной методики их составления на новой основе).

Наряду с приведенными выше обоснованными положениями методологии лесной таксации и направлений моделирования происходящих в лесу процессов, сформулированными А.З. Швиденко, представляется целесообразным с целью более полного обоснования методологии и методических основ лесной таксации систематизировать известное разнообразие способов и приемов лесной таксации, разработав схему их функциональной классификации, и определить сферы применения в лесоведении.

Широкий спектр происходящих в лесу явлений, процессов, существующих закономерностей, которые должны быть учтены при разработке классификаций способов лесной таксации и определении сфер их применения, включают как эмпирический, так и фундаментальный уровни познания в лесоведении.

В связи с применением способов лесной таксации в настоящем и будущем лесоведения целесообразно разработать методологические основы и унифицированные способы лесной таксации, в которых должны быть учтены особенности лесных объектов, явления, процессы и закономерности, определяющие формирование древесной растительности, составляющей древостой, подрост и подлесок; разработка таких унифицированных таксационных способов исследования позволит добиться повышения их научной эффективности в различных направлениях лесоведения.

Приведенный ниже краткий перечень объектов и явлений, процессов, их определений, и содержания [1], оказывающего влияние на особенности применения в исследованиях способов лесной таксации, не претендует на завершенность и подлежит корректировке специалистами лесной таксации с творческим участием ученых лесоводов, специализирующихся в соответствующих направлениях лесоведения. Перечень включает:

1. Свойства и закономерности морфогенеза:

– изомерия;

– биоритмика (годичные ритмы);

– типы и виды симметрии;

– Закономерности биотектоники, дендротектоники;

– закономерности дифференцировки клеток, тканей, органов, алгоритмики формирования дерева и его структур;

– особенности динамики напряжений структур дерева;

– закономерности роста организмов,

– свойства золотой логарифмической спирали.

2. Закономерности внутривидовой изменчивости древесных растений: формы и категории изменчивости по С.А. Мамаеву.

3. Закономерности строения и функционирования биогеоценоза. Наиболее сложной из систем, рассматриваемых в лесоведении, является биогеоценоз [1].

Биогеоценоз – однородный участок земной поверхности с определённым составом живых (биоценоз) и косных (приземный слой атмосферы, солнечная энергия, почва и др.) компонентов, объединённых обменом вещества и энергии в единый природный комплекс. Совокупность биогеоценозов образует биогеоценотический покров Земли, то есть всю биосферу, а отдельно биогеоценоз представляет собой её элементарную единицу.

За рубежом в аналогичном значении чаще используют термин «экосистема», хотя последний более многозначен и употребляется также по отношению к искусственным комплексам организмов. Экосистемы могут иметь произвольные границы (от капли воды до биосферы в целом), в то время как Биогеоценоз всегда занимают определённую территорию.

В биогеоценоз входят также: приземный слой атмосферы с её газовыми и тепловыми ре­сурсами, почва, вода, все химические компоненты, вовлечённые в биотический круговорот. Постоянный приток солнечной энергии – необходимое условие существования биогеоценоза. Каждый биогеоценоз характеризуется определенной однородностью абиотических условий и состава биоценоза, то есть в его пределах не проходит резких биоценотических, микроклиматических, почвенных и гидрологических границ. Для формирования всего облика биогеоценоза на суше наиболее важная роль принадлежит высшим растениям, которые, продуцируя органическое вещество, дают начало всем трофическим цепям биогеоценоза, служат субстратом для многих животных и микроорганиз­мов, активно влияют на микроклимат биогеоценоза и находятся в тесной взаимосвязи с поч­венными и гидрологическими условиями. Поэтому характеру растительности придают ведущее значение при выявлении границ отдельных биогеоценозов, принимая, что они совпада­ют с границами фитоценозов. Хотя в пре­делах биогеоценозов осуществляется биогенный круговорот веществ, они представляют собой незамкнутые системы. Отдельные биогеоценозы связаны между собой потоками вещества и энергии (главным образом стоком минеральных и органических веществ с водой, но также движениями воздушных масс и миграциями животных).

Биогеоценоз – динамичная система, в ходе раз­вития которой с постепенным замедлением происходит накопление массы живого вещества и усложнение её структуры. Вместе с тем биогеоценозам присуща определённая устойчивость во времени, являющаяся результатом длительной адаптации живых компонентов друг к другу и к компонентам косной среды. Рациональное использование и охрана природных биогеоценозов невозможны без знания их структуры и функционирования.

Совокупность всех живых организмов биоценоз – включает продуцентов (главным образом зелёные растения), образующих органическое вещество, а также консументов (животные) и редуцентов (микроорганизмы), живущих за счёт готовых органических веществ и осуществляющих их разложение до простых минеральных компонентов, снова потребляемых растениями. В биогеоценоз входят также: приземный слой атмосферы с её газовыми и тепловыми ре­сурсами, почва, вода, все химические компоненты, вовлечённые в биотический круговорот. Постоянный приток солнечной энергии – необходимое условие существования биогеоценоза. Каждый биогеоценоз характеризуется определенной однородностью абиотических условий и состава биоценоза, то есть в его пределах не проходит резких биоценотических, микроклиматических, почвенных и гидрологических границ. Для формирования всего облика биогеоценоза на суше наиболее важная роль принадлежит высшим растениям, которые, продуцируя органическое вещество, дают начало всем трофическим цепям биогеоценоза, служат субстратом для многих животных и микроорганиз­мов, активно влияют на микроклимат биогеоценоза и находятся в тесной взаимосвязи с поч­венными и гидрологическими условиями. Поэтому характеру растительности придают ведущее значение при выявлении границ отдельных биогеоценозов, принимая, что они совпада­ют с границами фитоценозов. Хотя в пре­делах биогеоценозов осуществляется биогенный круговорот веществ, они представляют собой незамкнутые системы. Отдельные биогеоценозы связаны между собой потоками вещества и энергии (главным образом стоком минеральных и органических веществ с водой, но также движениями воздушных масс и миграциями животных).

4. Закономерности взаимоотношений компонентов лесного биогеоценоза:

– строения, динамики и роста древостоев;

– сопряженных связей компонентов леса со средой;

– влияния густоты древостоев на их рост и строение;

– сопряженных связей таксационных характеристик деревьев в древостое.

– внутривидовых конкурентных взаимоотношений деревьев;

– межвидовых конкурентных взаимоотношений деревьев;

– дифференциации деревьев в древостое;

5. Лесотаксационное обоснование принципов природного районирования лесов;