Моделирование и оценка состояния и динамики сосновых древостоев от уровня грунтовых вод с целью рационального использования ресурсов лесных болот тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 11.00.11, кандидат сельскохозяйственных наук Корепанов, Дмитрий Анатольевич

• Корепанов, Дмитрий Анатольевич
• кандидат сельскохозяйственных наук
• 1999

Оглавление диссертации кандидат сельскохозяйственных наук Корепанов, Дмитрий Анатольевич

Введение

1 Состояние вопроса и анализ литературных источников

1.1. Режим почвенно - грунтовых вод (ПГВ)

1.2. Влияние осушения на рост леса

1.3. Электрометрические методы исследования неоднородностей в гидролесомелиорации

1.4. Имитационные модели взаимосвязи лесной растительности и гидрологического режима почвы

1.4.1. Общие принципы моделирования природных процессов

1.4.2. Моделирование динамики болотных экосистем

1.4.3. Модель влияния лесоосушения на гидрологический цикл речного водосбора

1.4.4. Водобалансные модели лесных почв

Winsoil" и "Vamps"

2. Программа, методика и объекты исследований

2.1. Программа и объекты исследований

2.2. Закладка и обработка пробных площадей

2.3. Традиционная методика проведения замеров УГВ

2.4. Электроразведочные способы определения границ подповерхностных неоднородностей

3. Физические данные модели взаимосвязи уровня грунтовых вод и продуктивности насаждений

3.1. Водобалансная модель продуктивности древостоев лесных болот

3.2. Уровень грунтовых вод и продуктивность насаждений

3.3. Влияние осадков на динамику грунтовых вод

3.4. Влияние УГВ на скорость стока

3.5. Температурный режим почв 51 3.6 Комплексная модель "Продуктивность древостоя - грунтовые воды" 56 4 Количественные зависимости для влияющих факторов модели

4.1. Осадки

4.2. Испарение

4.3. Перехват

4.4. Поток воды в почве

4.5. Тепловой поток в почве

4.6. Теплопроводность

4.7. Влияние снега на тепловой режим почвы

4.8. Нижние граничные условия для теплопроводности

4.9. Промерзание почвы

4.10. Упрощенный метод моделирования оптимального уровня грунтовых вод 86 5. Состояние и динамика продуктивности древостоя от уровня грунтовых вод.

5.1. Зависимость запаса древостоя от уровня грунтовых вод. Аналитическая модель

5.2. Проверка адекватности модели состояния 97 древостоя

5.3. Водобалансная модель динамики грунтовых вод

ВЫВОДЫ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Моделирование и оценка состояния и динамики сосновых древостоев от уровня грунтовых вод с целью рационального использования ресурсов лесных болот»

В настоящее время земельный фонд России находится в критическом состоянии. В государственном докладе "О состоянии и использовании земель Российской Федерации за 1994 год" [56] отмечается, что природопользование при существенном сокращении мероприятий по охране и рациональному использованию почв и земельных ресурсов углубляет процессы деградации земель. Водный режим почвы наиболее динамичная составляющая комплекса экологических факторов и наиболее подвержена антропогенным воздействиям. По данным Совинтервода, в условиях избыточного увлажнения находятся 16,1 млн. га сельскохозяйственных угодий, общая площадь земель различного назначения, подтопленных водохранилищами, составляет 866,1 тыс. га. В зонах орошаемого земледелия в результате, плохого состояния водоотводных коллекторов нарушается водный баланс на значительных площадях, что сказывается не только на мелиоративном состоянии орошаемых земель, но и на гидрологическом режиме территорий, прилегающих к орошаемым массивам. По данным мелиоративного кадастра, площадь переувлажненных земель только на уровне грунтовых вод выше 1,5 метров составляет 296 тыс. га.

Деградационные процессы в почве усугубляет сокращение лесных массивов. Возрастающая хозяйственная деятельность, расширение населенных пунктов, рост промышленных центров обуславливают необходимость отвода для них дополнительных территорий из земель лесного фонда. Поэтому тенденция сокращения этой категории земель будет в дальнейшем сохранятся. Основная часть (94%) из общей площади земельного фонда России (1,7 млрд. га), включая леса покрыта растительностью. Однако, отсутствие надежной системы учета и мониторинга не позволяет дать полномасштабную объективную оценку состояния лесных ресурсов. Применительно к лесным экосистемам важнейшей задачей является установление оптимальных параметров водного, воздушного и теплового режимов почв, обеспечивающих формирование высокопродуктивных насаждений.

Одним из эффективных мероприятий, способствующих повышению продуктивности и устойчивости лесных фитоценозов, является поддержание оптимального и сохранение естественного водного режима местообитаний. Особенно чувствительны к смене экологических условий развития болотные массивы (9,2% земель лесного фонда), где малейшее антропогенное влияние вызывает существенные качественные и количественные изменения. Поэтому выявление параметров оптимального водного режима и отклонений от него, приводящих к снижению продуктивности и устойчивости лесных экосистем, имеет большое научное и практическое значение для народного хозяйства России в целом и Волго - Вятского региона в частности, где площадь гидролесомелиоративного фонда составляет 1324,4 тыс. га.

Цель и задачи. Целью является разработка аналитической модели влияния грунтовых вод осушаемых лесных болот на продуктивность насаждений, с учетом почвенно - климатических условий Волго - Вятского региона и обоснование ее параметров.

Для достижения указанной цели ставятся следующие задачи:

- выявление комплекса экологических факторов, влияющих на продуктивность сосновых насаждений;

- определение продуктивности сосновых насаждений аналитическим методом в зависимости от режима грунтовых вод и комплекса почвенно - климатических факторов;

- построение имитационной модели влияния грунтовых вод на продуктивность сосновых насаждений на основе системного подхода;

- теоретическое и экспериментальное обоснование способа импульсной электроразведки для получения параметров модели осушаемых лесных болот;

- составление методики применения импульсной электроразведки уровня грунтовых вод;

- проведение полевых исследований для обоснования параметров модели;

- разработка рекомендаций по практическому применению разработанной модели.

Научная новизна. На основе данных полевых исследований в Волго - Вятском регионе построена имитационная модель влияния грунтовых вод на продуктивность сосновых насаждений, разработана система мониторинга за уровнем грунтовых вод на болотах с комплексом измерительных устройств, получены аналитические зависимости для расчета влияния уровня грунтовых вод на состояние и динамику продуктивности сосновых древо-стоев.

Практическая значимость определяется возможностью применения модели для расчетов в системе пользования лесными болотами. Получена универсальная аналитическая зависимость для определения запаса сосновых насаждений в условиях осушаемых лесных болот. Разработанный комплекс измерительной аппаратуры может быть применен при мониторинге уровня грунтовых вод и поиске подповерхностных неоднородностей и в частности при определении кривой депрессии и глубины залегания грунтовых вод.

Апробация. Материалы исследований представлялись на Всероссийских конференциях "Взаимодействие человека и природы на границе Европы и Азии" (Самара, 1996г.); "Гидротехническая мелиорация лесных земель, ведение лесного хозяйства и вопросы экологии" (пос. Варнавино - Санкт - Петербург, 1997г.); "Гидролесомелиорация и эффективное использование земель лесного фонда" (Вологда - Кирилов, 1998г.). Отдельные положения работы докладывались на научных конференциях в г. Йошкар - Оле в 1996 - 1999гг.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 12 печатных работ.

Достоверность результатов основывается на достаточном объеме экспериментального материала и его обработке методами математической статистики с применением ПЭВМ и применении методов системного анализа для построения аналитических моделей. Приборы, использованные в лабораторном и полигонном эксперименте, а также специально разработанный для полевых исследований комплекс аппаратуры импульсного электромагнитного зондирования и профилирования при определении уровня грунтовых вод прошли метрологическую поверку.

Личный вклад автора заключается в обосновании темы, определении целей и задач исследований, закладке опытных объектов в Кировской области и Республике Мари Эл, разработке средств импульсной электроразведки, методики их практического использования и в получении аналитических зависимостей для 9 расчета влияния уровня грунтовых вод на состояние и динамику продуктивности сосновых древостоев.

На защиту выносятся следующие вопросы:

- имитационная модель влияния уровня грунтовых вод осушенных болот на продуктивность древостоя;

- универсальная аналитическая зависимость для определения запаса спелых сосновых насаждений в условиях осушаемых лесных болот;

- теоретические основы и комплексы для измерения уровня грунтовых вод способом импульсной электроразведки.

- результаты лабораторных и полигонных измерений подповерхностных неоднородностей на осушенных болотах.

Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 5 разделов, заключения списка использованной литературы в количестве 112 наименований и приложений. Основное содержание изложено на 122 страницах машинописного текста, ^иллюстрировано 38 рисунками и 4 таблицами. Приложение включает 17 страниц с 24 таблицами.