Основные этапы разработки ландшафтно-типологической карты северного Сихотэ-Алиня (Хабаровский край)

География

Вестник ДВО РАН. 2016. № 5

УДК 911.3:577.4

Е.М. КЛИМИНА, А.В. ОСТРОУХОВ

Основные этапы разработки ландшафтно-типологической карты северного Сихотэ-Алиня

Рассматриваются этапы создания электронной ландшафтной карты северного Сихотэ-Алиня. Карта создана на основе комплекса геоинформационных методов и типологии геосистем внутриландшафтного ряда.

Ключевые слова: северный Сихотэ-Алинь, типология ландшафтов.

Main stages of creating a landscape and typological map of the Northern Sikhote-Alin (Khabarovsk Krai).

E.M. KLIMINA, A.V. OSTROUKHOV (Institute of Water and Ecological Problems, FEB RAS, Khabarovsk).

In this paper the stages of creating an electronic landscape map of the Northern Sikhote-Alin are considered. The map is based on integrated geoinformational methods and the typology of geosystems of the intra-landscape series.

Key words: the Northern Sikhote-Alin, landscape typology.

Для решения задач территориального планирования регионального и муниципального уровней необходима научно обоснованная картографическая информация, в том числе ландшафтная. Среди карт этой категории особое место отводится разномасштабным инвентаризационным картам ландшафтов (геосистем). Инвентаризация геосистем как особый вид научной деятельности представляет собой упорядочение и систематизацию знаний об исследуемой территории, сведение разнообразия ландшафтов по общим признакам (типологию) и определение их места в системе региональных структур (районирование). Ландшафтно-типологическая карта и формируемая на ее основе карта физико-географического районирования позволяют оценить природные условия конкретных территорий, динамику их изменений, выявить особенности функционирования и ресурсный потенциал территорий.

В Хабаровском крае ландшафтные исследования ведутся с 60-х годов прошлого столетия, но на начальном этапе они проводились под мелиоративные задачи и охватывали только локальные участки Среднеамурской низменности [1, 2]. В результате была разработана типология ландшафтов низменности (для местностей и урочищ). В этот же период осуществлялись комплексные и тематические исследования крупных территориальных объектов, включая северную часть Сихотэ-Алиня. Итогом этого этапа стало создание серии специализированных мелко- и среднемасштабных карт - геоморфологической, растительности бассейна Амура и др. [11, 12].

Начиная с 90-х годов ХХ в. приоритет концепции устойчивого развития территорий потребовал равнозначного учета социально-экономических и экологических условий при

*КЛИМИНА Елена Михайловна - кандидат географических наук, ведущий научный сотрудник, ОСТРОУХОВ Андрей Вячеславович - кандидат географических наук, старший научный сотрудник (Институт водных и экологических проблем ДВО РАН, Хабаровск). *Е-таП: kliminaem@bk.ru

планировании территорий различного административного ранга. Именно с этих позиций были разработаны ландшафтные карты Хабаровского края м-ба 1 : 2 500 000 [7] и территории северного Сихотэ-Алиня м-ба 1 : 500 000 с представленными на ней 102 ландшафтными выделами ранга типов местностей [5]. Оценка природно-ресурсного потенциала и экологического состояния территории способствовала подготовке ландшафтной карты Ванин-ского муниципального района м-ба 1 : 500 000 [9], а изучение рекреационного потенциала зоны влияния автодороги Лидога-Ванино завершилось составлением ландшафтной карты м-ба 1 : 250 000 [5].

Северный Сихотэ-Алинь, наиболее изученный в ландшафтно-картографическом плане, в настоящее время является опорным объектом для разработки методики оценки ландшафтного разнообразия территории Хабаровского края [6]. Именно эта задача ставилась нами при создании цифровой ландшафтно-типологической карты масштаба 1 : 250 000, составленной с применением комплекса геоинформационно-картографических методов (рис. 1).

Создание ландшафтной карты северного Сихотэ-Алиня включало несколько этапов: формирование морфогенетической основы, выявление основных растительных сообществ, разработку типологического ряда ландшафтов и легенды.

Для подготовки детальной морфогенетической карты рельефа территории использовались топографические карты масштабов 1 : 200 000, 1 : 500 000, геологическая карта и карта четвертичных отложений. Кроме того, применялись цифровые модели рельефа на основе данных дистанционного зондирования Земли. Важным источником информации стали гидрологически скорректированные данные SRTM (версия 4, пространственное разрешение 90 м/пиксель) (USGS HydroSHEDS. - http://hydrosheds.cr.usgs.gov/ dataavail.php). На основе их обработки в модулях Spatial Analyst и 3D Analyst программы ArcGIS 10.1 были получены следующие производные слои: уклонов поверхности; классов высот с заложением 100 м с интервалами 200, 500, 1000, 2000 м; плотности изолиний в радиусе 2 и 5 км; глубины (интенсивности) вертикального расчленения рельефа в радиусе 2 и 5 км [8].

Применение показателя векторной кривизны поверхности VRM (Vector Ruggedness Measure) [13, 14] (Vector Ruggedness Measure (Terrain Ruggedness). - http://www.arcgis. com/home/item.html?id=9e4210b3ee7b413bbb1f98fb9c5b22d4) позволяет провести количественную оценку степени расчленения территории путем измерения дисперсии векторов ортогональных поверхностей. Значения VRM низкие в пределах равнинных районов, средние - для территорий с крутыми, но монотонными склонами и высокие - в районах с крутыми склонами разной экспозиции [10, 14]. Для территории северного Сихотэ-Алиня показательVRM рассчитывался с несколькими уровнями детализации: 3 х 3 (ячейки 270 х 270 м), 6 х 6 (540 х 540 м), 11 х 11 (990 х 990 м) и 23 х 23 (2070 х 2070 м). Полученные результаты показали значимость пространственных параметров расчета индекса для отражения как локальных, так и обобщенных характеристик земной поверхности. Для задач классификации рельефа ландшафтно-инвентаризационной карты наиболее подходят результаты, полученные для ячейки размерностью 990 х 900 м, поскольку они позволяют учитывать степень расчлененности территории на различных высотных уровнях.

В качестве основы при выделении форм рельефа использовалась классификация, принятая при разработке Геоморфологической карты СССР масштаба 1 : 2 500 000 [3]. В пределах исследуемой территории выделено 4 высотных уровня, соответствующих классам рельефа: равнинный, предгорный, низко- и среднегорный с различными генезисом (глыбовые и складчато-глыбовые, вулканические хребты и нагорья, вулканические плато, аккумулятивные и денудационно-цокольные равнины) и характеристиками расчлененности (слабо-, средне-, сильнорасчлененные равнинного, платообразного и горного типов). Некоторые количественные показатели выделенных классов и типов рельефа отражены в табл. 1.

Рис. 1. Фрагмент ландшафтной карты северного Сихотэ-Алиня

Таблица 1

Морфометрические характеристики основных классов и генетических типов рельефа северного Сихотэ-Алиня

Классы рельефа ъ и S £ о о S а я о S 0 9 9 X 0 9 9 0} и >я зеобладающий разброс гсот в радиусе 2 км, м

S 3 о ш IS Ч w >я я я ч « Ш S (И >

С О О С &

Равнинные

Межгорных депрессий

Денудационно-цокольные 2075 134 2,7 0,001557 64

Аккумулятивные аллювиальные 4222 55 0,7 0,000171 10

Аккумулятивные морские 118 102 4,7 0,001772 22

Внутригорных понижений

Аккумулятивные и денудационные 896 294 2,8 0,002081 61

Вулканических плато на высотах до 200 м

Эрозионно-денудационные 3632 43 3,8 0,001107 42

Предгорные на высотах до 500 м

Эрозионно-денудационные, денудационные

Складчато-глыбовые и глыбовые 5845 186 6,4 0,006797 119

Вулканические 1360 95 6,6 0,006943 114

Вулканических плато 4823 263 5,8 0,006474 70

Низкогорные на высотах 500-1000 м

Эрозионно-денудационные, денудационные

Складчато-глыбовые и глыбовые 51 585 629 13,7 0,030159 254

Вулканические 19 765 513 12,7 0,024766 231

Вулканических плато 6762 630 4,7 0,006264 90

Среднегорные на высотах 1000-2000 м

Эрозионно-денудационные

Складчато-глыбовые и глыбовые 10 106 1293 19,9 0,060823 338

Вулканические 697 1190 20,2 0,062409 343

Вулканических плато 397 1087 10,3 0,024592 164

На следующем этапе создания ландшафтной карты территории северного Сихотэ-Алиня проводился анализ пространственной структуры растительного покрова. За основу взята карта «Типы местообитаний крупных хищников и копытных Сихотэ-Алиня», созданная с использованием спутниковых данных Landsat 7 (1999-2001 гг.) в масштабе 1 : 500 000 [4]. Ее корректировка и детализация выполнены по снимкам со спутников Landsat 5 и 7 с сенсорами TM, ETM+ и Aster (2009-2011 гг.). Обработка данных дистанционного зондирования Земли осуществлялась в программной среде ENVI 4.7 с применением алгоритма классификации с максимальным соответствием ключевым участкам, выделенным при проведении в 2010-2014 гг. полевых работ и анализа лесоустроительных карт. Кроме того, наличие каналов невидимого спектра (например, ближнего и дальнего инфракрасного) позволяет в результате обработки снимков рассчитывать дополнительные показатели, такие как NDVI (Normalized Difference Vegetation Index - нормализованный относительный индекс растительности) и Vegetation Suppression (индекс угнетения растительного покрова). В результате анализа снимков Landsat 7 была создана карта растительности территории северного Сихотэ-Алиня в масштабе 1 : 250 000.

Современные методы дешифрирования данных дистанционного зондирования обеспечили проведение объективной корреляции границ ландшафтных выделов с учетом

изменений реальной ситуации, связанных с постоянными воздействиями на геосистемы (рубки и лесные пожары). Объективность полученной информации верифицировалась данными, полученными в полевых условиях (рис. 2).

Результирующая карта ландшафтов Северного Сихотэ-Алиня реализована в виде ГИС-проекта в программной среде ArcGIS 10.1, включающего в себя топографическую основу в масштабном ряду 1 : 5 000 000-1 : 100 000, безоблачное покрытие территории данными ДЗЗ со спутника Landsat 7-8, геологическую карту территории в масштабе 1 : 500 000, цифровую модель рельефа территории на основе гидрологически скорректированных данных SRTM 4.1 и серию производных покрытий (карты уклонов, перепадов высот и т.д.). В совокупности сформирована база геоданных «Ландшафты северного Сихотэ-Алиня» в формате .mdb, отражающая основные характеристики и распространение геосистем.

т'О'Сгв 1зе*0'0"а тза'осге м0*0'0"в

^-^-^— -Километры

0 35 70 140 210 280

Рис. 2. Маршруты полевых работ. Северный Сихотэ-Алинь, Хабаровский край

Атрибутивная таблица покрытия включает в себя следующие параметры: класс рельефа и класс расчленения, класс растительности, характеристику пирогенного и антропогенного преобразования, площадь и периметр выдела.

По сходству доминирующих типов местности выявлены виды ландшафтов (низшая ступень региональной ландшафтной иерархии). Дифференциация ландшафта на уровне вида определяется прежде всего морфометрическими показателями - степенью расчлененности рельефа и литологическим составом пород. Так, горные территории по степени расчлененности объединены в группы сильно-, средне- и слаборасчлененные, которые характеризуют различное соотношение процессов эрозии и денудации. Литологический состав горных пород определяет свойства почв (подтипы), геохимические особенности территории и т.д. Еще одним важнейшим показателем дифференциации является наличие доминирующей лесорастительной формации.

Полученные пространственные параметры (площади и местоположения геосистем) позволили выявить соотношение ландшафтных выделов разных уровней иерархии и особенности внутриландшафтной структуры геосистем.

Исследуемая территория северного Сихотэ-Алиня является частью Сихотэ-Алин-ской ландшафтной области Амуро-Приморской ландшафтной страны и расположена в пределах двух природных зон. Три четверти (75,2 %) ее площади относится к бореальной зоне (с подзонами южнотаежной и подтаежной) и четверть (24,8 %) - к суббореальной широколиственной (табл. 2). Для данной подпровинции наиболее распространены геосистемы южнотаежных и подтаежных низкогорий (56,8 %), а также низкогорий широколиственно-лесной зоны (18,8 %). Среднегорные и предгорные геосистемы занимают примерно равные площади (10,0 и 9,1 % соответственно). На равнинные геосистемы приходится 5,3 % площади исследуемой территории.

Таблица 2

Площадь геосистем северного Сихотэ-Алиня

Геосистемы Площадь, тыс. км2 Доля площади северного Сихотэ-Алиня, %

Равнинные 5,9 5,3

Южнотаежные 3,03 2,7

Широколиственных лесов 2,87 2,6

Горные 105,5 94,7

Среднегорные 11,1 10,0

Гольцово-горно-тундровые 1,02 0,9

Подгольцово-редколесные и горно-таежные 10,08 9,1

Низкогорные 84,2 75,6

Южно- и подтаежные 63,31 56,8

Широколиственных лесов 20,9 18,8

Предгорные 10,2 9,1

Южно- и подтаежные 6,4 5,7

Широколиственных лесов 3,8 3,4

Всего 111,4 100,0

В соответствии с природными зонами и подзонами определены виды ландшафтов: в южно- и подтаежной подзоне их число составляет 68, в северной подзоне суббореаль-ных широколиственных лесов - 72. На морфоструктурном уровне на основе выявления доминантных и субдоминантных растительных формаций, включая производные, выделено 182 типа местности. По степени расчлененности и экспозиционным особенностям определено 375 типов урочищ.

Субмеридиональное простирание водораздела хребта, оказывающее влияние на климатические особенности западного и восточного склонов, наличие высотной поясности -основные факторы смещения широтных зон в меридиональном направлении и формирования обширного экотона. Эта особенность проявляется в усложнении внутриландшафт-ной структуры геосистем.

На рис. 3 представлено распространение типов местности, определяемых доминирующими растительными сообществами в пределах того или иного вида ландшафта. В пределах зоны широколиственных лесов (рис. 3А) преобладают геосистемы с хвойно-широколиственными и кедрово-еловыми лесами (более 50 % площади), но в ее северной части отмечено значительное участие пихтово-еловых лесов - среднетаежных ельников зеленомошных (15 % площади). Для всех видов геосистем характерна большая доля производных смешанных лиственных и широколиственно-мелколиственных лесов. В целом

Б ш я ? $

№ ш » Ж

ш № т ш 8 £

__ ш ш = т =

- - —

= = = = =

ТШ 1111 1111 =

1 п IV V 1 VI VII VIII 1 IX X XI

Ш1 02 аз в 4 885 ±16 Е 17  8 09

Рис. 3. Структура ландшафтов северного Сихотэ-Алиня: А - зона широколиственных лесов, Б - зона бореальных лесов (южнотаежная и подтаежная подзоны).

Видовые группы ландшафтов: 1-Ш - предгорья: складчато-глыбовые (I); вулканических плато (II), глыбовые (III); ГУ-У[ - низкогорья: складчатые и складчато-глыбовые (IV), вулканических гор (V), вулканических плато (VI); VП-XI - среднегорья: складчатые и складчато-глыбовые (VII), вулканических гор (VIII), вулканических плато (IX), складчатые и складчато-глыбовые с гляциальной обработкой (X), вулканических гор с гляциальной обработкой (XI).

Доминирующие лесорастительные сообщества: 1 - лиственничные, 2 - лиственничные с елью и елово-листвен-ничные, 3 - пихтово-еловые, 4 - кедрово-еловые, 5 - хвойно-широколиственные, 6 - широколиственные и широколиственно-мелколиственные, 7 - кедровостланиковые, 8 - молодые леса (без подразделения), 9 - гари и вырубки

в широколиственно-лесной зоне на территории предгорий и низкогорий преимущественное распространение имеют ландшафты складчато-глыбовые денудационно-эрозионные (63,5 и 76,4 % площади соответственно), где доминируют геосистемы с хвойно-широколи-ственными, широколиственными лесами и их производными. В пределах предгорий они занимают более 43 % площади данного вида геосистем, а для низкогорий этот показатель превышает 51 %. Общая площадь геосистем с пихтово-еловыми лесами составляет 8 %, кедрово-еловыми - 11,8 %.

В зоне тайги преобладают средне- и южнотаежные еловые леса, определяя формирование соответствующих геосистем (рис. 3Б). Для предгорных и низкогорных геосистем их доля составляет 30-40 %. Геосистемы с лиственничными и елово-лиственничными лесами занимают 17,5 % площади таежной зоны. В условиях среднегорий, где основные площади покрыты пихтово-еловыми зеленомошными лесами, также велика доля подголь-цовых ландшафтов с широким участием кедровостланиковых зарослей. Особенно это характерно для складчатых и складчато-глыбовых геосистем с гляциальной обработкой (более 50 %). Антропогенное воздействие проявляется в высокой доле гарей и вырубок по всем подклассам геосистем (до 30 % и более площади отдельных видов ландшафтов).

Таким образом, созданная ландшафтно-типологическая карта северного Сихотэ-Али-ня масштаба 1 : 250 000 отражает пространственные закономерности формирования ландшафтной структуры. Данная карта может служить основой для исследования пространственных трансформаций геосистем и анализа их представительности в пределах особо охраняемых природных территорий. Карта может быть также использована для обоснования планировочных решений в случае, если они требуют оценки ландшафтного разнообразия территории.

ЛИТЕРАТУРА

1. Анисимов В.М. Болота подгорной полосы Среднеамурской низменности и перспективы их использования // Биотические компоненты экосистем южной части Дальнего Востока. Хабаровск, 1973. С. 73-140.

2. Анисимов В.М. Типология болот северо-восточной части Среднеамурской низменности // Биотические компоненты экосистем южной части Дальнего Востока. Хабаровск, 1973. С. 67-72.

3. Геоморфологическая карта СССР. М-б 1 : 2 500 000. М.: ГУГК, 1986.

4. Ермошин В.В., Мурзин А.А., Арамилев В.В. Картографирование местообитаний крупных хищников и копытных Сихотэ-Алиня. Владивосток: Апельсин, 2011. 34 с.

5. Климина Е.М. Ландшафтно-картографическое обеспечение для территориального планирования (на примере Хабаровского края). Владивосток: Дальнаука, 2007. 132 с.

6. Климина Е.М., Мирзеханова З.Г. Разработка системы региональных показателей ландшафтного разнообразия слабоосвоенных территорий // География и природные ресурсы. 2014. № 1. С. 148-154.

7. Мирзеханова З.Г., Климина Е.М. Экологические критерии устойчивого развития ресурсоориентированных регионов: сохранение ландшафтного разнообразия // Тихоокеан. геология. 2011. Т. 30, № 6. С. 109-118.

8. Осинцева Н.В. Геоморфологическое картографирование: учеб. пособие. Томск: Дельта-план, 2004. 84 с.

9. Остроухов А.В. Ландшафтно-экологический анализ организации территории ресурсоориентированных регионов (на примере Хабаровского края): автореф. дисс. ... канд. геогр. наук. Хабаровск: ИВЭП ДВО РАН, 2009. 24 с.

10. Погорелов А.В., Думит Ж.А. Рельеф бассейна р. Кубани: Морфологический анализ. М.: ГЕОС, 2009. 207 с.

11. Сочава В.Б. Ботанико-географические соотношения в бассейне Амура // Амурская тайга (комплексные ботанические исследования). Л.: Наука, 1969. С. 5-15.

12. Чемеков Ю.Ф. Геоморфологическая карта Приамурья и смежных территорий. М-б 1: 1 500 000. М., 1960.

13. Hobson R.D. Surface roughness in topography: quantitative approach // Spatial analysis in geomorphology / ed. R.S. Chorley. N.Y.: Harper and Row, 1972. P. 221-245.

14. Sappington J.M., Longshore K.M., Thomson D.B. Quantifying Landscape Ruggedness for Animal Habitat Analysis: A Case Study Using Bighorn Sheep in the Mojave Desert // J. Wildlife Management. 2007. Vol. 71 (5). P. 1419-1426.