Имитационное моделирование динамики земель лесного фонда

О сновными территориальными единицами управления в области использования, охраны, защиты, воспроизводства лесов являются лесничества и лесопарки (статья 23 Лесного кодекса Российской Федерации). Для них устанавливают расчетную лесосеку, проводят лесоустройство, разрабатывают и утверждают лесохозяйственные регламенты.

В соответствии с приказом Рослесхоза от 27.05.2011 № 191 «Об утверждении порядка исчисления расчетной лесосеки» расчетную лесосеку исчисляют по каждому лесничеству и лесопарку отдельно для эксплуатационных и защитных лесов по хозяйствам (хвойному, твердолиственному и мягколиственному) с распределением общего объема допустимого ежегодного изъятия древесины для каждого хозяйства по преобладающим породам. Кроме того, расчетную лесосеку определяют отдельно для сплошных и выборочных рубок спелых и перестойных древостоев, а также при рубке погибших и поврежденных насаждений и уходе за лесом, исключая молодняки I класса возраста. Она устанавливается на срок действия регламента лесничества, лесопарка, т. е. на срок не менее 10 лет.

В России наибольшее распространение получили сплошные рубки спелых и перестойных насаждений. При исчислении расчетной лесосеки используют 4 метода: лесосека равномерного пользования, первая возрастная, вторая возрастная и интегральная лесосеки (приказ Рослесхоза от 27.05.2011 № 191). Выбор того или иного метода определяется, прежде всего, возрастной структурой лесов. Использование этих методов позволяет решать задачу обеспечения постоянного объема использования лесов на лесном участке в течение определенного периода времени, который колеблется в зависимости от установленного возраста рубки, – в большинстве случаев от 40 лет при первой возрастной лесосеке для хвойного хозяйства (20 лет для мягколиственного хозяйства) до 100 лет и более при лесосеке равномерного пользования (приказ Рослесхоза от 19.02.2008 № 37 «Об установлении возрастов рубок»).

Для лесного участка, арендуемого с целью заготовки древесины, устанавливается верхняя граница предельно допустимого ежегодного объема изъятия древесины (расчетная лесосека). Специальных правил определения допустимого объема пользования на арендуемых лесных участках нет, поэтому при расчетах используют методы, утвержденные для лесничеств и лесопарков. Срок действия аренды – 49 лет, поэтому при исчислении допустимого объема заготовки древесины сплошными рубками расчеты обычно ведут на период, близкий к периоду аренды.

При отсутствии другой информации каждый из названных методов исчисления расчетной лесосеки позволяет значительно снижать неопределенность и риск последствий принятия решений относительно перспектив использования лесов на данной территории. Фактически расчетные лесосеки, определенные по четырем названным методам, представляют собой лесосеку равномерного пользования на тот или или иной период времени.

Выбор конкретного объема расчетной лесосеки – неформальная процедура. Поэтому для обоснования расчетной лесосеки проводят ее исчисление по всем четырем методам, а затем выбирают один из вариантов (приказ Рослесхоза от 27.05.2011 № 191).

Расчеты осуществляются на несколько десятилетий вперед, однако, если учесть реальное время воспроизводства спелых насаждений в нашей климатической зоне, этого часто недостаточно. Исследования показывают, что в лесном хозяйстве расчеты должны проводиться на период не менее двух оборотов рубки или на период оборота капитала (для многих отраслей промышленности он составляет 1–2 года) [1]. Только в этом случае можно оценить долговременные последствия принимаемых решений об объеме расчетной лесосеки.

На практике при обосновании выбора той или иной расчетной лесосеки часто используют графический метод, так называемый график поспевания насаждений. График поспевания придает большую наглядность динамике площадей спелых насаждений на планируемый период времени, вплоть до принятого возраста рубки [2].

Что будет после достижения этого срока – не рассматривается.

Прогресс в области компьютерного моделирования динамических процессов позволяет применять имитационное моделирование динамики земель лесного фонда на любое число лет вперед и снимает, таким образом, ограничения, которые свойственны применяемым методам определения расчетной лесосеки.

Для решения поставленной задачи предлагается использовать пакет имитационного моделирования iThink. Его преимуществом является то, что модель исследуемого объекта строится на экране компьютера посредством сочетания всего четырех графических символов: резервуаров, потоков, конвертеров и стрелок (рис. 1). Компьютер воспринимает эти символы, преобразуя их в программный код посредством языка программирования «Динамо». После ввода исходных данных можно начинать процесс имитации. Результаты вычислений выдаются в форме таблиц и графиков. Исследователю нет необходимости знать языки программирования, поэтому созда- вать и анализировать модели может каждый специалист, исследующий ту или иную проблему.

Главное достоинство метода имитационного моделирования – возможность рассчитать различные варианты развития событий на долгосрочную перспективу, учесть возможное изменение тех или иных факторов, влияющих на объем использования лесов.

В качестве примера для моделирования выбрано 4 варианта возрастной структуры древостоев ели на лесном участке площадью 3 750 га, возраст рубки – 81 год (табл. 1).

Расчетная лесосека исчисляется в кубических метрах, но в данном случае ее расчет ведут в гектарах, которые в любой момент могут быть пересчитаны в кубические метры исходя из среднего количества деревьев и средних объемов стволов на единицу площади.

Для каждого из вариантов определяли расчетную лесосеку на 200 лет (более двух оборотов рубки). Размер лесосеки равномерного пользования остался неизменным на протяжении всего возраста моделирования, так как в формуле учитывается

площади насаждения той или иной группы возраста от площади вырубок до площади спелых и перестойных насаждений

потоки, символизирующие переход с течением времени площади насаждения одной группы возраста в площадь другой группы возраста, а также переход площади спелых и перестойных насаждений в площадь вырубок обозначение констант и формул о----► информационные потоки

Рис.1. Модель динамики земель лесного фонда

Таблица 1. Варианты проведения исследований

Вариант Распределение площадей древостоя по группам возраста, га молодняки средневозрастные приспевающие спелые и перестойные 1 2000 1000 500 250 2 250 2000 1000 500 3 500 250 2000 1000 4 1000 500 250 2000 только общая площадь насаждений. Расчетная лесосека равномерного пользования составляла:

для эксплуатационных лесов

2000+1000+500+2503750

=      = 46,3 га/год при возрасте рубки 81 год;

для защитных лесов:

2000+1000+500+2503750

=      = 37,1 га/год при возрасте рубки 101 год.

I Вариант 1 '    ■ Вариант 2 Вариант 3 г Вариант 4

Рис. 2. Динамика первой возрастной расчетной лесосеки

Рис. 3. Динамика второй возрастной расчетной лесосеки

Лесосека равномерного пользования, рассчитанная по нижней границе класса возраста рубки, – наибольшая из всех лесосек для всех вариантов возрастной структуры. Это объясняется тем, что такая лесосека является истощитель-ной, так как постепенно площадь спелых и перестойных лесов сокращается до минимума, равного годичной площади рубки. В результате снижения площади спелых и перестойных насаждений рубка леса может прекратиться из-за невозможности размещения делянок по срокам примыкания.

Динамика первой возрастной, второй возрастной и интегральной лесосек приведена на рис. 2–4. Наиболее изменчивой оказалась первая возрастная лесосека для всех вариантов возрастной структуры лесов участка. Она колебалась, с периодом примерно 30 лет, постепенно приближаясь к равновесному состоянию, равному лесосеке равномерного пользования, которую рассчитывали по верхнему пределу класса возраста рубки. Это равновесие достигается за пределами двух оборотов рубки.

Вторая возрастная и интегральная лесосеки также варьируют, однако обе они приходят в равновесное состояние быстрее, чем первая возрастная лесосека: вторая возрастная – примерно к 140 годам, а интегральная лесосека – за пределами 200 лет.

Еще одна особенность рассматриваемых методов исчисления расчетной лесосеки посредством имитационного моделирования заключается в следующем. Устойчивое значение возможного годичного объема пользования, которое устанавливается с течением времени, заметно ниже для интегральной расчетной лесосеки (несколько более 34,1 га/год), чем для первой и второй возрастной лесосек (более 37 га/год).

Более отчетливо это проявляется при сравнении накопленных за период моделирования площадей расчетных лесосек (табл. 2). Интегральная лесосека во всех вариантах возрастной структуры является наименьшей в связи с тем, что поддерживается относительно большая площадь спелых и перестойных насаждений. Таким же образом можно объяснить, что наибольшая накопленная сумма площадей принадлежит первой возрастной лесосеке, за исключением первого варианта возрастной структуры с наименьшей площадью спелых и перестойных древостоев.

В отличие от существующей практики определения расчетной лесосеки как постоянной величины на предстоящие 10 лет предлагаемый подход обеспечивает возможность ежегодного уточнения расчетной лесосеки, что особенно актуально в условиях ее неполного использования. Появляются возможности более глубокого анализа перспектив использования лесов с учетом вариантов стратегии лесовосстановления, что, в принципе, невозможно без экспериментов на компьютерных моделях. Это свидетельствует о больших потенциальных возможностях использования метода имитационного модели-

Таблица 2. Суммарные площади расчетных лесосек по вариантам возрастной структуры лесов планируемого лесного участка

Вид лесосек	Вариант возрастной структуры
	1	2	3	4
Первая возрастная	7 244,18	7 857,96	7 947,40	7 713,12
Вторая возрастная	7372,28	7 731,84	7 680,48	7 577,72
Интегральная	6 636,83	7 096,90	7 178,65	7 025,47

рования при анализе перспектив использова- ния лесов.