Использование спутниковых технологий при исследованиях на объектах гидромелиорации в Республике Коми

УДК 630*237.2:582:475

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СПУТНИКОВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ПРИ

ИССЛЕДОВАНИЯХ НА ОБЪЕКТАХ ГИДРОМЕЛИОРАЦИИ В

РЕСПУБЛИКЕ КОМИ

USING OF SATELLITE TECHNOLOGIES AT RESEARCHES ON OBJECTS OF HYDROMELIORATION IN THE KOMI REPUBLIC

Пахучий В.В.

Pakhuchiy V.V. (Saint-Petersburg state forest technical university, Syktyvkar forest

institute, RF)

Дана оценка возможности применения спутниковых технологий при изучении роста леса на объектах лесоосушения в Республике Коми. Показано, что перспективным методом исследований является использование вегетационных индексов.

The assessment of possibility for application of satellite technologies for studying growth of the forests on forest drainage objects in the Komi Republic is given. It is shown that a perspective method of researches is use of vegetative indexes.

Ключевые слова: Республика Коми, леса на заболоченных землях, осушение, спутниковые технологии, вегетационные индексы.

Key words: The Komi Republic, forests on peatlands, drainage, satellite technologies, vegetative indexes.

В работе приведены результаты исследований на объектах гидромелиорации с произрастающими на них смешанными с преобладанием темнохвой-ных пород насаждениями. Наряду с лесоводственно-таксационными методами в работе использованы элементы спутниковых технологий При этом достаточно широко используются спектральные или вегетационные индексы. Одним из наиболее часто используемых является индекс NDVI (Normalized Difference Vegetation Index - нормализованный разностный индекс растительности). Целью работы являлась оценка возможности использования индексов NDVI и LWCI (Leaf Water Content Index - индекс содержания влаги в листьях) при гидролесомелиоративных исследованиях.

Объекты исследования представлены участками в Нижне-Омринском участковом лесничестве Троицко-Печорского лесничества Республики Коми, на которых в 1989 г. было выполнено осушение. Объект труднодоступен, что свидетельствует о целесообразности использования при исследовании насаждений дистанционных методов. Для сравнения использовали данные, полученные в Корткеросском лесничестве, где осушение выполнено в 1976 г. Характеристика насаждений на объектах исследования приводились ранее [2,

3].

Для Троицко-Печорского лесничества использованы снимки спутника Landsat для дат: 30.07.1992 г. и 19.07.1999 г. Т.е. съемка выполнена через 3 и 10 лет после строительства осушительной сети. При исследованиях в Корткеросском лесничестве использовали снимок 25.06. 2009 г., т.е. съемка выполнена через 33 года после осушения.

Расчет индекса NDVI выполнен по формуле: NDVI=

где NIR - значение отражения в ближней инфракрасной области спектра;

RED - значение отражения в красной области спектра. Индекс содержания влаги в листьях (LWCI - Leaf Water Content Index) рассчитан по формуле [4]:

LWCI=-ln[1-

где MIR1 - значение отражения в средней инфракрасной области спектра.

Для работы в среде ГИС и получения значений пикселей использовали открытую географическую информационную систему Quantum GIS (QGIS). Удаление рядов пикселей от каналов определяли по кратчайшему расстоянию от их центров до каналов с использованием инструмента QGIS «Измерить линию».

В работе приведены количественные оценки индексов NDVI и LWCI на объекте исследования (табл. 1) и их изменение в зависимости от положения участка на межканальной полосе.

Таблица 1- Индексы NDVI и LWCI на опытных объектах по данным съемки 1992 и 1999 гг.

Серия Даты съемки

опытных 30.07.1992 г. 19.07. 1999 г.

участков NDVI LWCI NDVI LWCI

1 0,43-0,50 0,031-0,052 0,40-0,49 0,12-0,19

2 0,42-0,49 0,010-0,048 0,42-0,46 0,13-0,16

3 0,43-0,50 -0,004-0,048 0,36-0,43 0,12-0,16

4 0,42-0,47 0,002-0,061 0,40-0,44 0,13-0,17

Согласно данным табл. 1 индекс NDVI изменяется от 0,36 до 0,50. Индекс LCWI изменяется от -0,004 до 0,17. В результате изучения изменения индекса NDVI на межканальных пространствах установлено, что в 1992 г., т.е. через 3 года после осушения, связь между индексом NDVI и расстоянием до канала слабая отрицательная недостоверная ^=0,07; Ко,о5=0,37; N=29). В 1999 г., т.е. через 10 лет после строительства осушительной сети, связь между рассматриваемыми показателями также отрицательная, но близкая к средней по тесноте и достоверная на 10% уровне значимости ^=0,35; Ко,о5=0,37; Кодо=0,32; N=29). Это согласуется с представлением о данном индексе как относительной характеристике фитомассы, количественные оценки которой при выраженном лесоводственном эффекте осушения должны быть больше вблизи каналов.

Для оценки возможного влияния на изменчивость индекса NDVI на объекте гидромелиорации мощности торфа использовали данные, полученные в Корткеросском лесничестве (табл. 2).

Таблица 2- Зависимость NDVI от удаления до осушительных каналов

№ Показатель N R Коэффициенты уравнения Y+AX+B Мощность торфа, м

X Y A B

1 L NDVI 12 0,63 -0,00080 0,5407 0,15-0,25

2 L NDVI 19 0,50 -0,00050 0,5281 0,15-0,30

3 L NDVI 25 0,24 -0,00020 0,5157 0,15-0,40

4 L NDVI 32 0,09 -0,00009 0,5083 0,15-0,60

5 Т NDVI 19 0,29 -0,09240 0,5340 0,15-0,30

6 Т NDVI 32 0,37 -0,04880 0,5221 0,15-0,60

Примечание: L,м - расстояние до ближнего канала; NDVI - нормализованный разностный индекс растительности; N - повторность опыта (количество пробных площадей); Т - мощность торфа, м; R - коэффициент корреляции.

Анализ данных табл. 2 показывает, что при выравнивании выборки включенных в анализ пробных площадей по мощности торфа коэффициент корреляции и коэффициент регрессии увеличиваются. Коэффициент корреляции между индексом NDVI и расстоянием до ближнего канала без дифференцирования участков по мощности торфа достигает 0,63 и достоверен на 5% уровне значимости. Индекс NDVI недостоверно или слабо достоверно на 5% уровне значимости зависит от мощности торфа.

Для индекса LWCI, характеризующего содержание влаги в листьях, связь с расстоянием до канала через 3 года после осушения (1992 г.) в Троиц-ко-Печорском лесничестве достоверная положительная ^=0,44; К<);05=0,37; N=29), а через 10 лет после строительства осушительной сети (1999 г.) - достоверная отрицательная ^=0,55; К<);05=0,37; N=29). При объяснении различной направленности связи между рассматриваемыми показателями, видимо, можно допустить следующее. Осушение выполнено на участках с насаждениями высокого возраста. В первые годы после осушения у старых деревьев, произрастающих вблизи каналов, может наблюдаться стрессовое состояние, выраженное в большей степени, чем у деревьев на середине межканального пространства, где уровни воды после осушения опускаются на меньшую глубину. Поэтому вблизи каналов индексы LCWI меньше, чем на середине межканальной полосы. С течением времени после осушения происходит адаптация деревьев к изменившемуся водному режиму почв. В результате вблизи каналов индексы LCWI больше, чем на середине межканальной полосы.

Необходимо учитывать, что также как и NDVI индекс LWCI является относительной оценкой, зависящей от условий и времени съемки, освещенности, состояния атмосферы, разрешения сенсора, ширины спектральных каналов. Значения яркости ближних к осушительным каналам пикселей, а значит и результаты расчета индексов зависят от доли включаемой в них площади насаждений и открытых пространств просек. В последнем случае на оценки индекса, видимо, может влиять почвенный фон просек, а также различия в продуцировании фитомассы насаждением и, например, моховой, травяной, кустарниковой или кустарничковой растительностью на просеках.

Таким образом, при гидролесомелиоративных исследованиях дополнительная новая информация может быть получена на основе дистанционных методов. При этом перспективным является использование вегетационных индексов. В средней подзоне тайги Республики Коми на объектах гидролесомелиорации нормализованный разностный индекс растительности NDVI увеличивается при приближении к осушительным каналам и с течением времени после осушения. На мелкозалежных торфяниках при изучении зависимости индекса NDVI от расстояния до осушительных каналов необходимо учитывать мощность торфа.

Индекс содержания влаги в листьях LWCI в первые годы после строительства гидромелиоративной сети достоверно положительно ^=0,44; Ко,05=0,37; N=29), а через 10 лет достоверно отрицательно ^=0,55; К<),05=0,37; N=29) зависит от расстояния до осушительных каналов. Это указывает на возможность использования индекса LWCI для оценки адаптационных процессов в насаждениях на объектах гидромелиорации.

Список использованных источников

1. Пахучая, Л. М. Лесоводственная эффективность гидромелиорации темнохвойных с участием кедра сибирского насаждений на крайнем северо-востоке европейской части России / Л. М. Пахучая // ИВУЗ «Лесной журнал». - 2009. - № 4. - С. 7-11.

2. Пахучий, В.В. Факторы продуктивности осушенных насаждений Европейского Северо-Востока [Текст] / В. В. Пахучий. - Сыктывкар, Коми НЦ УрО РАН, 1991. - 104 с.

3. Елсаков, В. В. Технологии дистанционного зондирования в исследовании свойств растительных сообществ бассейна р. Новая Нерута / В. В. Елсаков, С. Н. Плюснин, В. М. Щанов // Вестник Института биологии Коми НЦ УрО РАН. - 2006. - № 2 (100). - С. 315319.