Фрагментация горных лесов при строительстве олимпийских объектов в Сочи

Ивонин В.М., Егошин А.В. (ecoid@yandex.ru); Научно-исследовательский институт горного лесоводства и экологии леса, г. Сочи

Fragmentation of mountain forests during facilities construction for the Olympic Games in Sochi-2014

Фрагментация лесов – это расчленение лесных массивов различными рубежами на участки. Этот процесс приводит к изоляции популяций, возникновению краевого (опушечного) эффекта, создаёт помехи при опылении растений и распространении семян, а также при миграции животных, вызывает инвазии и другие негативные последствия.

Процесс фрагментация отмечен во многих регионах мира, ему посвящены многочисленные публикации. Так, результаты исследований фрагментации лиственных лесов Северной Америки изложены в монографии Ричарда Яхнера [10]. Ухудшение качества среды обитания изолированных популяций на юго-востоке США представлено в работе [7]. В Амазонии эти негативные последствия ощущаются даже на крупных лесных фрагментах площадью от 100 до 1000 га [8]. В Канаде фрагментация лесов происходит в основном вследствие сельскохозяйственного производства [6].

В настоящее время основная причина фрагментации горных лесов в районе Красной Поляны (Сочи) – строительство туристских олимпийских объектов горного кластера. При фрагментации проявляется краевой (опушечный) эффект буковых и буково-пихтовых лесов, который выражен в снижении приростов деревьев, а также в повышении объемов сухостоя и захламленности. При этом в опушечной зоне происходит накопление подроста (особенно мелкого и среднего), снижение воздушно-сухой массы лесной подстилки, увеличение воздушно-сухой массы живого напочвенного покрова за счёт светолюбивых видов с уменьшением видового разнообразия [2]. Негативные последствия фрагментации усиливаются и в результате того, что в зонах опушек леса и на изолирующих рубежах (лыжные и иные трассы) активизируется эрозия почв [3, 4].

Фрагментацию буковых, буково-пихтовых лесов, субальпийских криволесий и редколесий при олимпийском строительстве мы исследовали в 2010-2012 гг. на территории Краснополянского участкового лесничества ФГБУ «Сочинский национальный парк», в местах размещения горно-туристского центра ОАО «Газпром» (хребет «Псехако»), спортивно-туристского комплекса «Горная Карусель», горноклиматического курорта «Альпика-Сервис» и горнолыжного курорта «Роза-Хутор» (хребет «Аибга»). Такие исследования обычно проводят с использованием ландшафтных индексов [5] и с помощью технологий геоинформационных систем (ГИС), позволяющих на качественном и количественном уровне определить негативное влияние рубежей фрагментации на леса [10].

Подобная методика была адаптирована нами к условиям исследований в районе Красной Поляны. При этом использовались карты Google (от 08.09.2010 г.) и программное обеспечение ArcGIS 10. На географически привязанные карты Google наносили рубежи фрагментации, которые конвертировали в растр. Затем с помощью набора инструментов приложения ArcGIS ArcToolbox для каждого рубежа фрагментации рассчитывали зону его негативного влияния, которую также конвертировали в растр. В результате была получена растровая сетка (GRID), где каждому квадрату площадью 100кв.м присваивались следующие значения: 1 – рубеж фрагментации; 2 – площадь опушечной (краевой) зоны, испытывающей негативное влияние рубежа; 3 – внутренняя площадь фрагмента, не испытывающая заметного негативного влияния. Далее «склеивали» эти растры с получением результирующей растровой сетки (рис. 1).

На следующем этапе осуществлялась генерализация результирующей растровой сетки и формировался слой лесных фрагментов. Затем с помощью инструментов пространственного анализа ArcGIS для каждого фрагмента рассчитывали показатели: площадь; периметр; максимальная ширина фрагмента – двойной максимальный радиус окружности, вписанной в фрагмент; площадь опушечной (краевой) зоны, испытывающей негативное влияние рубежей фрагментации; внутренняя площадь фрагмента, не испытывающая такого негативного влияния.

Для каждого фрагмента находили следующие индексы: показатель контакта фрагмента с изолирующими рубежами – отношение периметра фрагмента к его общей площади (м/кв.м); коэффициент негативного воздействия изолирующих рубежей на лесную обстановку фрагмента – отношение площади опушечной (краевой) зоны к общей площади фрагмента; а также коэффициент деградированности лесной обстановки в результате фрагментации – отношение площади опушечной зоны к внутренней площади лесного фрагмента, не испытывающей негативного влияния.

Было выделено 5 типов рубежей фрагментации: притоки реки Мзымта (естественные рубежи); лесные дороги; лыжные трассы; технологические трассы и подъёмники; поселения, комплекс трамплинов, стадионы и объекты инфраструктуры. При экспериментальном изучении негативных процессов фрагментации лесов [2] нами определена ширина распространения краевого (опушечного) эффекта по типам рубежей: 0 (естественные рубежи); 10 метров (лесные дороги); 25 (лыжные и технологические трассы); 30 (подъёмники); 50 метров (поселения, комплекс трамплинов, стадионы и прочее).

Примеры выявленной фрагментации горных лесов приведены на рисунке 2. На нем показаны лесные фрагменты, окрашенные в различные цвета и наложенные на космические снимки. Анализируя данные верхнего фрагмента, можно заключить, что на территории горно-туристского центра ОАО «Газпром» размеры лесных фрагментов изменяются в широком диапазоне: от 100кв.м до сотен гектаров. Эти фрагменты в основном вытянуты вдоль склонов. Большое разнообразие конфигурации и площади лесных и луговых фрагментов наблюдается на территории спортивно-туристского комплекса «Горная карусель» (внизу-слева на рис. 2), лесных фрагментов – на территории горнолыжного курорта «Роза Хутор» и горноклиматического курорта «Альпика-Сервис» (внизу-справа).

В результате проведенных расчетов оказалось, что в ходе строительства туристских олимпийских объектов горного кластера (на конец 2010 г.) всего было образовано 259 лесных фрагментов площадью от 100 до 6030900 кв.м, в среднем – 16 га. Периметры лесных фрагментов изменяются от 40 до 26960 м, в среднем составляя 579,7 км; максимальная ширина фрагмента – от 10 до 1878 м, при среднем значении 142 м; площадь краевой зоны, испытывающей негативное влияние рубежей – от 0 (реки и другие естественные рубежи) до 477532 кв.м, в среднем – 2,2 га; внутренняя площадь фрагмента, не испытывающая негативного влияния – от 0 до 5747800 кв.м, при среднем значении 13,6 га.

По этим значениям были рассчитаны: показатель контакта фрагментов с изолирующими рубежами, коэффициент негативного воздействия изолирующих рубежей на лесную обстановку фрагмента и коэффициент деградированности лесной обстановки в результате фрагментации.

При исследованиях фрагментации наиболее значимым показателем явился коэффициент негативного воздействия изолирующих рубежей на лесную обстановку фрагмента (КНВФ), тесно связанный с площадями фрагментов (коэффициент детерминации равен 0,689). Эти связи представлены на рис. 3а, а теоретическая кривая этих связей – на рис. 3б. На теоретической кривой выделены участки, характеризующие: слабый уровень деградации лесной обстановки (КНВФ менее 0,02 при площадях лесных фрагментов, изменяющихся от 49 до 603га и более); средний уровень (КНВФ изменяется в пределах от 0,02 до 0,04 при площадях фрагментов от 49 до 4,5 га); сильный уровень (КНВФ от 0,04 до 0,055 при площадях фрагментов, равных 4,5 – 1,5 га); очень сильный уровень (КНВФ от 0,055 до 0,065 при площадях фрагментов от 1,5 до 1 га); катастрофический уровень (КНВФ изменяется от 0,065 до 1,0 при площадях лесных фрагментов от 1 га до нуля).

Общие площади лесных фрагментов, с различными уровнями деградации, наложенные на космические снимки, представлены для территории строительства горно-туристского центра ОАО «Газпром» на хребте «Псехако» (см. рис. 4), а аналогичные данные для территории строительства олимпийских объектов на хребте «Аибга» приведены на рис. 5. На этих рисунках видно, что на территории строительства туристских олимпийских объектов горного кластера лесные фрагменты большей частью представлены слабым и средним уровнями деградации лесной обстановки, что подтверждается данными, сведенными в таблицу. По данным этой таблицы, всего при строительстве туристских олимпийских объектов горного кластера образовано 259 лесных фрагментов на общей площади 3865,94 га.

Характеристика площадей лесных фрагментов.

Максимальное количество фрагментов было образовано в результате реконструкции ГКК «Альпика-Сервис» и строительства ГЛК «Роза-Хутор» (145 шт.), минимальное – при строительстве СТК «Горная карусель» (27 шт.). Суммарная площадь лесных фрагментов соответственно составила 1668,79 и 697,44 га. Территория ГТЦ ОАО «Газпром» по этим показателям занимала промежуточное положение.

Минимальное количество мелких фрагментов (меньше 1,5 га) отмечено на территории СТК «Горная карусель». Поэтому на этом объекте катастрофический и очень сильный уровни деградации лесной среды проявились на площади фрагментов 5,96 га. Примерно одинаковое количество мелких фрагментов отмечено на территориях ГТЦ ОАО «Газпром» (70 шт.), а также ГКК «Альпика-Сервис» и ГЛК «Роза Хутор» (74 шт.). Площади фрагментов с катастрофическим и очень сильным уровнем деградации лесной среды на этих объектах были также близки (соответственно 36,81 и 36,29 га).

Лесные фрагменты площадью менее 1-1,5 га представляют собой группы деревьев, в которых лесная среда полностью деградирована или находится в кризисном состоянии: насаждения сильно ослаблены, лесная подстилка нарушена или уничтожена, в живом напочвенном покрове доминируют луговые и сорные травы. При контакте таких фрагментов с технологическими дорогами в вегетационный период происходит запыление живого напочвенного покрова, подлеска и подроста.

Наибольшее количество крупных лесных фрагментов (8 шт.) на площади 1225,96 га отмечено на территории ГКК «Альпика-Сервис» и ГЛК «Роза Хутор». Здесь негативное влияние рубежей фрагментации проявляется лишь в краевой (опушечной) зоне шириной 25-35 метров. В глубине таких фрагментов нами не отмечено негативного влияния изолирующих рубежей на состояние лесной среды.

На территории СТК «Горная карусель» единственный крупный фрагмент занимает площадь 506,6 га, а на территории ГТЦ ОАО «Газпром» 5 крупных фрагментов занимают 1034,95 га. Под полог таких лесных фрагментов (обозначены зелёным цветом на рис. 4, 5) мы рекомендуем переселять редкие и находящиеся под угрозой исчезновения растения с территорий застройки (обозначены на этих рисунках штриховкой) и фрагментов, лесная среда которых характеризуется катастрофическим и очень сильным уровнями деградации (обозначены оранжевым и красным цветом).

Таким образом, в ходе экспериментальных исследований было выделено 5 описанных выше типов рубежей фрагментации горных лесов при строительстве туристских олимпийских объектов в районе Красной Поляны и определена ширина распространения негативного краевого (опушечного) эффекта по типам рубежей.

Используя возможности ГИС-технологий, было установлено общее число лесных фрагментов (259 шт.) в регионе исследований и их количественные показатели (следующие геометрические параметры: периметр; ширина; площадь краевой зоны, испытывающей негативное влияние; внутренняя площадь фрагмента, не испытывающая негативного влияния), по которым можно их достаточно полно охарактеризовать.

По предложенным показателям рассчитаны следующие коэффициенты: контакта фрагмента с изолирующими рубежами (изменяется от 0,0037 до 2,3333 м/кв.м), негативного воздействия изолирующих рубежей на лесную обстановку фрагмента (от 0 до 1), деградированности лесной обстановки под влиянием фрагментации (КНВФ, изменяется от 0 до 63). Как указано выше, наиболее значимым показателем явился коэффициент КНВФ, тесно связанный с площадями лесных фрагментов.

Для хранения полученных данных, управления ими, проведения пространственного анализа и моделирования была разработана ГИС «Фрагментация горных лесов при олимпийском строительстве», что позволило выделить и количественно охарактеризовать все лесные фрагменты с различными уровнями деградации лесной обстановки на территории обследованных олимпийских объектов.

Мелкие лесные фрагменты (группы деревьев с площадью меньше 1,5 га) характеризуются катастрофическим или очень сильным уровнем деградации лесной обстановки. При контакте таких фрагментов с технологическими дорогами живой напочвенный покров, подлесок и подрост в вегетационный период запылен.

Крупные фрагменты (от 49 до 603 га и более, общая площадь 2767,51 га) характеризуются слабым уровнем деградации лесной среды, а явное негативное влияние рубежей фрагментации здесь проявляется лишь в краевой зоне.

По результатам проведенных работ предложен ряд мер по ослаблению негативного воздействия на лесные массивы в зоне олимпийского строительства.

Литература

1. Ивонин В.М., Пиньковский М.Д., Егошин А.В. и др. Реабилитация лесных экосистем, нарушенных в ходе строительства объектов Олимпиады-2014. // Под ред. В.М. Ивонина.- Сочи, 2012.- 250 с.
2. Ивонин В.М., Пиньковский М.Д., Егошин А.В. Фрагментация горных лесов при размещении объектов Олимпиады – 2014. // Лесное хозяйство, 2012.- №1.- С. 31-34.
3. Ивонин В.М., Пиньковский М.Д., Егошин А.В. Эрозия почв, нарушенных при строительстве объектов Олимпиады-2014. // Экология урбанизированных территорий, 2011.- №2.- С. 55-61.
4. Ивонин В.М., Пеньковский Н.Д., Степаницкий В.Б. Почвозащитная роль горных лесов в районах строительства олимпийских объектов. // Лесное хозяйство. 2009. №6.- С. 22-25.
5. Усова И.П. Оценка фрагментации лесов с использованием ландшафтных индексов (на примере восточно-белорусской ландшафтной провинции). // Актуальные проблемы геоботаники.- III Всероссийская школа-конференция. — II часть. — Петрозаводск: Карельский научный центр РАН, 2007. — C. 250-253.
6. Belanger L., Grenier M. Agriculture intensification and forests fragmentation in the St. Lawrence valley, Quebec, Canada. // Landscape Ecology. 2002. — Vol. 17. — P. 495-507.
7. Dickson James G. Wildlife of southern forests: habitat and management. // WA USA: Hancock House Publishers, 2001.- 473 p.
8. Julian Evans. The Forests Handbook: An overview of forest science. // Bodmin, Cornwall, 2001.- 401p.
9. Kornak R., Dutton J. Tropical Forest Fragmentation. // Environmental Applications of GIS.- Электронный ресурс.- https://www.e-education.psu.edu.
10. Yahner, Richard H. Eastern Deciduous Forest: Ecology and Wildlife Conservation. // Minneapolis: University of Minnesota Press, 200.- 279 p.

Рис. 1. Результирующая растровая сетка (GRID) фрагментации лесов в районе Красной Поляны.	Рис. 2. Фрагментация горных лесов: 1) на хребте Псехако (ГТЦ ОАО «Газпром»); 2) на хребте Аибга (СТК «Горная карусель»); 3) на хребте Аибга (ГЛК «Роза Хутор» и ГКК «Альпика-Сервис»).	Рис. 3. Связи коэффициентов негативного воздействия фрагментации с площадями лесных фрагментов (А) и теоретическая кривая этих связей (Б).
Рис. 4. Общие площади лесных фрагментов с различными уровнями деградации на территории ГТЦ ОАО «Газпром» (зелёный цвет – слабый уровень; светло зелёный – средний; жёлтый – сильный; оранжевый – кризисный уровень; красный – катастрофический).	Рис. 5. Общие площади лесных фрагментов с различными уровнями деградации на территории: 1 – СТК «Горная карусель»; 2 – ГКК «Альпика-Сервис»; 3 – ГЛК «Роза Хутор» (зелёный цвет – слабый уровень; светло зелёный – средний; жёлтый – сильный; оранжевый – кризисный уровень; красный – катастрофический).