Мониторинг деградированных ландшафтов биосферного заповедника «Черные земли» с использованием материалов разновременной космической съемки

№ 1, 2009 г.

ФЕДОРОВА Н. Л.

МОНИТОРИНГ ДЕГРАДИРОВАННЫХ ЛАНДШАФТОВ БИОСФЕРНОГО ЗАПОВЕДНИКА «ЧЕРНЫЕ ЗЕМЛИ» С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МАТЕРИАЛОВ РАЗНОВРЕМЕННОЙ КОСМИЧЕСКОЙ СЪЕМКИ

Опустынивание пастбищных угодий Калмыкии является одной из главных и актуальных проблем в современном природопользовании. Согласно взглядам З.Г. Залибекова (2002), «опустынивание является высшей стадией аридной деградации, при которой нарушается структурно-функциональная организация наземных экосистем и формируются необратимые изменения» (4).

Одним из доминирующих факторов опустынивания является пастбищная дигрессия. Степной дигрессионый ряд, по Г.Н. Высоцкому (1915), представляет собой последовательную смену следующих стадий: 1) снижается обилие крупнодерновинных злаков и увеличиваются мелкодерновинные злаки; 2) доминируют мелкодерновинные злаки; 3) доминируют полукустарнички; 4) превалируют непоедаемое разнотравье, эфемеры и эфемероиды.

Некоторые исследователи различают различные стадии пастбищной дигрессии в зависимости от типа ландшафтов. Так, по В.А. Банановой (1986), в пустынной полупесчаной и песчаной степи Черноземельских пастбищ слабую стадию опустынивания индуцирует увеличение обилия типчака беккери (.Festuca beckeri), тонконога стройного (Koeleria gracilis), умеренную - полынь песчаная {Artemisia arenaria), сильную - кияк (Leymus racemosus), кумарчик пустынный (Agriophyllum arenarium). При пастбищной дигрессии происходит смена коренного сообщества группой новых, кратковременных фитоценозов.

Восстановление деградированных пастбищных угодий в псаммофитных степях и на пустынных ландшафтах Черных земель происходит по следующему сукцессионному ряду (Мяло и др., 2004). На 1 стадии сукцессии участки развеянных песков занимают группировки однолетников-эфемеров и корневищных псаммофитов Leymus racemosus. На 2 стадии их сменяют сообщества псаммофитов, представленных стержневыми многолетниками. На этой стадии наблюдается увеличение содержания в песках пылеватых фракций, что придает им свойства связнопесчаных почв. На 3 стадии - формирование вторичных песчано-степных сообществ. Это связано с внедрением в сообщества псаммофильных злаков: житняк ломкий (Agmpymn fragile), Koeleria gracilis и Carex stenophylla (осоки узколистной), дерновины и корневища которых скрепляют субстрат и способствуют накоплению тонких фракций. На 4 стадии -внедрение дерновинных ковылей тырса и сарептского {Stipa capillata, S. sareptana). Дерновины способствуют скреплению песчаного субстрата, а вегетативные побеги и ветошь снижают интенсивность переноса песка. Далее образуются зональные пустынно-степные полукустарничковые сообщества с участием полыней и кохии.

Проблемы опустынивания (деградация земель) в аридных условиях отражены в трудах ученых (Б. В. Виноградов, 1984; С. В. Зонн, 1995; В.И. Петров, 1989; К.Н. Кулик,1996 и др.). Разработаны технологии и мероприятия по борьбе с опустыниванием, а также приняты программы на федеральном и региональном уровнях. Исследования на территориях, где происходит восстановительная сукцессия деградированных аридных экосистем, приобретают актуальность.

Изучение пастбищных экосистем в настоящее время необходимо проводить с использованием современных методов исследований. Это использование разновременной космической съемки и геоинформационных технологий. Для эффективного управления пастбищными экосистемами, подвергшимся процессам опустынивания, необходимо знать масштабы опустынивания на современном этапе, динамику площадей открытых и закрепленных песков. Эти методы позволяют одновременно повысить точность и сократить сроки получения достоверной информации.

Проводимые нами исследования предусматривали ежегодный мониторинг состояния пастбищных экосистем на территории биосферного заповедника «Черные земли» и прилегающих к нему территорий. Биосферный заповедник «Черные земли» расположен в северо-западной части Прикаспийской низменности. Территория заповедника представляет собой слабоволнистую низменную равнину с общим уклоном на юго-восток от 0 до - 29 м.

Исследования 2005-2008гг. проводились методом инструментального топоэкологического профилирования черноземельских пастбищ, который включал: отбор проб для изучения морфологической структуры и солевого режима почв; описание видового состава, обилия, проективного покрытия, биологической продуктивности, фитоценотической структуры растительных сообществ на ключевых участках. Ключевые участки расположены в

ВЕСШИКИНСТШУТА

трех зонах (заповедная зона, охранная зона и зона выпаса), охватывающих территорию Яшкупъского района и биосферный заповедник «Черные земли» (рис. 1).

Рис. 1 Картосхема расположения ключевых участков в пределах биосферного заповедника

«Черные Земли» и его буферной зоны

Методика картографо-аэрокосмического анализа деградированных ландшафтов включала использование топографических, геоботанических карт различного масштаба: топокарга 1982г. («Улан-Хот» Ь-38-ХХШ, «Утта» Ь-3 8-ХУП) М. 1:200000; карг геобоганичесиаш обследования ЮжНИИ Гипрозем (1993 г.) М. 1:50000 (свх. «28 Армии» и свх. «Тавн-Гашун» Яшкупъского района). Для изучения динамики деградированных ландшафтов (открытые пески) нами были использованы материалы дистанционного зондирования: сканерного снимка цветного синтеза (1,2,3) с ИСЗ «Ьап<ка1-7», сканер ЕТМ+2001г. Наилучшими спектральными диапазонами для выявления де1радированных ландшафтов являются синтез трех - четырех зон спектра: 460-520 нм, 640-680 нм, 790-890 нм. Деградированные ландшафты оцифровывались в разных векторных слоях для каждой из трех зон в программе «Март&», что позволяет просчитать их площади. Для сравнительного изучения масштабов опустынивания нами выполнена векторизация изогибс рельефа с топографических карт (М. 1:200000,1982).

С целью выделения наиболее деградированных участков почв и более точной оценки степени деградации по данным космических фотоснимков (КФС) была использована методика аэрокосмического картографирования и дешифрирования, предложенная Б.В.Виноградовым (1984) и дополненная КН. Куликом (1996). Дешифровочным признаком оц енки деград ации почв является отсутствие или наличие растительного покрова на ключевых участках.

Основные работы по контурному дешифрированию проводят с использованием черно-белых и цветных КФС в разных диапазонах спектра от 0,4 до 0,8 мкм. Оптимальным для дешифрирования фшшкшогаческих условий являются снимки, выполненные в узких зонах спектра: 510-600 нм, 600-700нм, 700-850 нм. В зоне510-600нм наиболее отчетливо распознаются территории, подвергшиеся опустыниванию (8). Данные дешифрирования сведены в таблице №1.

Таблица 1

Площади о»^сгьшенныхтерритсрий на клнневыхучаспсах в зоне зашвсдаюгорежима, охранной зоны и в зоне выпаса

\ Годы 1982 г. 2001 г.

\ свх. «Улан-Хол» Ь-38-ХХШ, «Утта» L-38- ИСЗ «Landsat-7» ЕТМ + 2001г

\ ХУП) М. 1:200000

\ raía площадь шах площадь общая min площадь max площадь общая

\ открытых открытых площадь открытых открытых площадь

Участки \ песков, км2/% песков, км2 /% открытых песков, км2 песков, км2/ % песков, км2/«/«. открытых песков, км2

Заповедная 0,03 118.97 301,92 0,007 30,68 79,88

зона 0,009 39,4 0,008 38,4

Охранная зона 0,007 76.63 156,9 0,03 1,167 4,36

0,004 48,84 0,68 26,76

Зона выпаса 0.16 142.3 237,95 0.06 10.14 24,63

0,067 59,8 0,24 41,16

№ 1, 2009 г.

На ключевом участке, расположенном в выпасаемой зоне, при анализе геоботанических карт ЮжНИИ Гипрозем (1993) выявлены растительные сообщества. В 1993г. на данном участке произрастали следующие ассоциации: сильносбитые однолетниково-белополынные, очень сильносбитые однолетниково-ковыльные, однолетниковые, процент участия в проективном покрытии которых, соответственно: 10%, 60%, 30%. Анализ инструментального профилирования 2008 г. показал, что растительность представлена следующими ассоциациями: Роа bulbosa-Lepidium ruderale-Stipa capillata, Роа bulbosa-Stipa capillata, Artemisia lerchiana-Agropyron sibiricum-Stipa capillata, Carex stenophylla-Stipa capillata на пологоволнистой равнине суглинистых вариантах бурых полупустынных почв. Как показывают наши наблюдения, на данном участке отмечается задернованность ковылем (Stipa capillata), который играет значительную роль в формировании фитоценозов, а именно: за его счет снижается перевевание субстрата. Процент обилия дерновинных злаков достигает (30-40%) на данном участке, что указывает на наличие восстановительной сукцессии природных компонентов и повышения гумусового состава (9).

Результаты проведенных исследований показывают, что трансформация растительных сообществ на изучаемой территории происходит следующим образом: в заповедной части и охранной части, на бывших очагах дефляции, идет в сторону формирования песчаного варианта опустыненной степи, где доминирующую роль играют дерновинные злаки {Stipa sareptana, Stipa capillata)-, в зоне выпаса - демугация растительного покрова происходит медленнее. В ходе сукцессии изменяется степень постоянства флористического состава формирующихся сообществ. Число постоянных видов увеличивается незначительно, что указывает на замедленность процесса стабилизации растительности. Данные по характеристике флористической определенности сообществ также свидетельствуют о невысокой степени постоянства их состава. В ходе сукцессии происходит упрощение эколого-ценотической структуры растительности, при сравнении с растительностью окружения наблюдается перераспределение экологических групп и жизненных форм вследствие увеличения доли однолетников, бурьянисгой растительности и монодоминатных групп.

1. Бананова В.А. Методические указания по изучению процессов опустынивания аридных территорий Калмыцкой АССР. -Элиста: Изд-воКГУ, 1986. -С 55.

2. Виноградов Б.В. Аэрокосмический мониторинг экосистем. -М. : Наука, 1984. - 320 с.

3. Высоцкий Г.Н. Ергеня. Культурно-фитологический очерк // Труды бюро по прикл. ботанике. -Петроград, 1915.-Т.8.-№ 10-11.

4. Залибеков. З.Г Изменение почвенного покрова под влиянием процессов опустынивания // Почвоведение. -2002. -№ 12. -С. 1445-1451.

5. Зонн C.B. Опустынивание природных ресурсов аграрного производства Калмыкии за последние 70 лет и меры борьбы с ними // Сб. Биота и природная среда Калмыкии.-Москва-Элиста, 1995.-С. 19-52.

6. Кулик К.Н. Агролесомелиоративное картографирование Северо-Западного Прикаспия [Применение аэрокосмических методов]: автореф. дисс.... д-ра с.-х.наук/ Всерос.НИИ агролесомелиорации,- Волгоград, 1996.-48 с.

7. Мяло Е.Г., Левит О.В. Современное состояние и тенденции развития растительного покрова Черных земель //Аридные экосистемы. -1996. -Т2. -№2-3. -С. 145-151.

8. Применение аэрокосмических методов в агролесомелиорации: Метод, рекомендации / ВНИИ агролесомелиорации. -Москва, 1991. -56 с.

9. Федорова Н.Л. Сравнительная характеристика пастбищных экосистем на опустыненных территориях Северо-Западного Прикаспия // Вестник ин-та. -2008. -№2. -С. 66-71.