Картографическое моделирование лесистости для адаптивно-ландшафтного обустройства водосборов (на примере бассейна Р. Ольховка Волгоградской области)

АГРОНОМИЯ И ЛЕСНОЕ ХОЗЯЙСТВО

УДК 634.93:521

КАРТОГРАФИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ЛЕСИСТОСТИ ДЛЯ АДАПТИВНО-ЛАНДШАФТНОГО ОБУСТРОЙСТВА ВОДОСБОРОВ

А. С. Рулев, член-корреспондент РАН О. Ю. Кошелева, кандидат сельскохозяйственных наук

Всероссийский научно-исследовательский институт агролесомелиорации, г. Волгоград

В статье обосновывается необходимость предварительной картографической оценки лесистости водосборного бассейна по космоснимкам высокого разрешения с применением современных ГИС-технологий для целей адаптивно-ландшафтного обустройства территории. Предлагаемый подход реализуется на примере водосборного бассейна р. Ольховка Волгоградской области.

Ключевые слова: водосбор, естественная лесистость, искусственная лесистость, изолинейное картографирование, адаптивно-ландшафтное обустройство земель.

Многолетние исследования и практический опыт эксплуатации защитных лесных насаждений (ЗЛН) в агролесоландшафтах свидетельствует о главенствующей и долговременной их роли в процессах функционирования агротерриторий. Экологическая роль лесомелиоративных насаждений подробно рассмотрена в многочисленной научной литературе [1, 4, 6], здесь мы отметим лишь следующее. В агролесоландшафтах лесным полосам отводится роль экологических коридоров, т.е. основных магистралей вещественно-энергетического обмена как на региональном уровне (водосборные бассейны крупных рек), так и на локальном уровне (овражно-балочный водосбор). Таким образом, основным назначением лесомелиоративных насаждений является управление процессами энерго- и массопереноса воздушных и водных потоков на водосборе. Именно в силу важности указанной функции, в общей системе адаптивно-ландшафтного обустройства территории не последнее место занимает необходимость создания в границах конкретного агролесоландшафта оптимальной защитной лесистости. Для различных природных зон этот показатель варьирует. Считается [3], что защитная лесистость агроландшафта высокая, если лесистость >50 %, средняя - при лесистости от 15 до 50 % и низкая - при лесистости <15 %. Защитная лесистость пашни является нормативной при 5-8 %.

В данной статье мы ставим своей задачей показать возможности и обосновать необходимость предварительной картографической оценки пространственного размещения ЗЛН в агролесоландшафте по космоснимкам высокого разрешения с применением современных ГИС-технологий. Сделаем это на примере водосборного бассейна реки Ольховки в Волгоградской области.

Объект исследования - река Ольховка, которая является правым притоком реки Иловли и протекает в меридиональном направлении по территории Котовского и Ольховского районов Волгоградской области. Принадлежит к бассейну Дона. Река берет свое начало северо-восточнее села Попки в Котовском районе, течёт на юго-запад, протекая через село, затем поворачивает на юг. У южной окраины хутора Киреево Ольхов-

ка принимает левый приток - Чертолейку. Длина Ольховки составляет 77,9 км, вместе с Чертолейкой - 116,5 км. Площадь водосборного бассейна Ольховки (вместе с Черто-лейкой) составляет 915,7 км2. Имея такие небольшие показатели длины и площади бассейна, Ольховка относится к категории малых рек.

Для изучения пространственного размещения ЗЛН в границах водосборного бассейна реки Ольховки воспользуемся методикой изолинейного картографирования. Изолинейные карты дают возможность снимать количественную информацию в любой точке с детальностью, обусловленной разрешением базового космического изображения, и вычислять математико-статистические показатели с необходимой точностью. Кроме того, изолинейные карты дают представление об абстрактном «рельефе» явления, на них хорошо читаются максимумы и минимумы распределения, их удобно коррелировать с другими изолинейными картами [2].

На первоначальном этапе для построения изолинейной карты лесистости н а космоснимке поднимаются все лесные насаждения, которые предполагается учесть при оценке лесистости, - естественные байрачные и пойменные леса, искусственные полезащитные и прибалочные лесные полосы. Затем создается (накладывается на космо-снимок) регулярная геометрическая (например, квадратная) сетка. Внутри каждого квадрата сетки определяют площадь ЗЛН. Полученные цифры делят на площадь квадрата и таким образом вычисляют для каждого из них показатель лесистости. Возможны варианты разделения лесистости на естественную и искусственную и раздельный подсчет площадей для каждой. В таком случае на выходе мы получим 3 карты: естественной лесистости, искусственной лесистости и карту общей лесистости водосбора.

Все методические процедуры последовательно выполняются с использованием ГИС-пакетов MapInfo (оцифровка космоснимка, оформление карт) и Surfer (непосредственно изолинейное картографирование) [5]. Растровой основой в нашей работе послужил космический снимок QuickBird масштаба 1:146 500, охватывающий территорию 1920 км2. Для получения данных о лесистости территории понадобилось создать регулярную сетку из 48 квадратов по 40 км каждый.

В результате процедуры изолинейного картографирования были последовательно получены 3 карты лесистости водосборного бассейна реки Ольховка: естественной лесистости (рис. 2а), искусственной лесистости (рис. 2б) и общая карта лесистости водосбора (рис. 2в). Анализ каждой из карт позволяет четко выделить ареалы-максимумы и ареалы-минимумы лесистости. Так, на карте естественной лесистости сразу же можно выделить 2 ареала-максимума с лесистостью > 5 %.

а) б) в)

Рисунок 2 - Карты лесистости водосбора р. Ольховка а) естественная лесистость; б) искусственная; в) общая лесистость

Лесистость. %

О 2 5 10 более

0 2 5 И» более

Лесистость, % 0 5 10 15 более

44°ЗТ

Первый из них расположен в северо-восточной части водосбора, в верховьях рек Ольховки и Чертолейки. Здесь по склонам и днищам балок Ольховка, Калмыкова, Немецкая, Липовая и Березовая произрастают байрачные леса Ольховый Лиман, Придорожный, Колодезный, Калмыков, Дубровки. Относительная удаленность этих лесов от крупных населенных пунктов способствовала их сохранению.

Второй ареал-максимум естественной лесистости наблюдается в южной части водосборного бассейна и приурочен к пойме реки Иловли.

На остальной территории водосборного бассейна естественная лесистость не превышает 2-5 % и представлена в основном небольшими массивами древесно-кустарниковой растительности в пойме реки Ольховка. Особенно низка естественная лесистость на приводораздельных склонах к центральной части русел Ольховки и Чертолейки. Это связано с особенностями недостаточного режима увлажнения временно пересыхающих и обмелевающих русел этих речек.

Анализ карты искусственной лесистости выявил приуроченность ареалов с лесистостью более 5 % к местам локализации крупных массивов защитных лесных насаждений, в основном из 40-50-летних дуба черешчатого и вяза мелколистного.

На остальной территории агролесомелиоративный фонд представлен полезащитными ЗЛН, не образующими завершенной системы. Обращают на себя внимание ареалы-минимумы лесистости на сильно расчлененных овражно-балочной сетью склонах восточной экспозиции к реке Ольховке и склонах западной экспозиции к реке Чер-толейке. На этих склонах полностью отсутствуют прибалочные и приовражные лесонасаждения, а общая лесистость достигает 2 % лишь благодаря редкой сетке полезащитных полос. Современное состояние ЗЛН повсеместно неудовлетворительное, они находятся в запущенном состоянии, повреждены самовольными рубками, болезнями и вредителями.

В таблице 1 представлены расчетные данные по соотношению территорий водосбора с различной лесистостью.

Таблица 1 - Площади, занимаемые участками с различной лесистостью

Лесистость Диапазоны лесистости, %

0-2 2-5 5-10 >10

Естественная 188,6 20,6 497,2 54,3 204,2 22,3 25,6 2,8

Искусственная 257,3 28,1 376,4 41,1 250,0 27,3 32,0 3,5

0-5 5-10 10-15 >15

Общая 265,6 382,8 200,5 66,8

29,0 41,8 21,9 7,3

. Примечание. В числителе - площадь, км2; в знаменателе - доля от общей площади водосбора, %

Если сравнить данные таблицы с нормативными показателями, то получится, что 69,2 % водосбора имеют искусственную лесистость ниже нормативной, т.е. <5 %, а на остальных 30,8 % территории водосбора нормативная искусственная лесистость (> 5 %) обеспечивается не за счет равномерно распределенной и завершенной системы ЗЛН, а за счет отдельно расположенных крупных лесных массивов. На сильно эродированных землях, действительно нуждающихся в агролесомелиоративном обустройстве, ЗЛН либо от-

4

сутствуют полностью, либо представлены отдельными полезащитными полосами, не оказывающими существенного стабилизирующего эффекта в рамках всего водосбора.

Анализ карты общей лесистости водосборного бассейна Ольховки отражает уже выявленные ранее закономерности в пространственном распределении лесных насаждений. Во-первых, наличие двух локусов в северо-восточной и южной частях водосбора с высокими показателями лесистости (свыше 10 %), приуроченных к байрачным, пойменным лесам и крупным искусственным массивам. Во-вторых, практически «голая», с точки зрения лесистости, центральная, занимающая 70,8 % от всей площади, часть водосбора. Защитная лесистость агроландшафта низкая (<15 %) практически на всей территории водосбора и лишь на 7,3 % его площади она будет средняя. И если низкие показатели естественной лесистости в центральной части водосбора частично объясняются природно-климатическими факторами, то низкая искусственная лесистость обусловлена лишь человеческим фактором.

Таким образом, высокий процент распаханности территории, наряду с динамично развивающейся овражно-балочной сетью и низкими показателями лесистости, делают особенно актуальным разработку проектов агролесомелиоративного обустройства именно центральной части водосборного бассейна реки Ольховки.

Процедура картографирования лесистости ЗЛН с применением ГИС-технологий играет огромную роль в общей системе адаптивно-ландшафтного обустройства водосборов, так как позволяет в кратчайшие сроки без финансовых затрат на рекогносцировочные выезды провести предварительную оценку агролесомелиоративной обустроенности территории, а также отследить динамику деградации или уничтожения естественной и искусственной растительности, проконтролировать ход лесовосстанови-тельных работ. Тем самым закладывается основа системы экологического мониторинга сельскохозяйственных земель.

Успешная реализация процедуры компьютерного изолинейного картографирования лесистости на примере водосбора реки Ольховки позволяет сделать вывод о возможности применения данного подхода и в других агроландшафтах различного территориального охвата.

Библиографический список:

1. Агролесомелиорация [Текст]/ Под ред. А.Л. Иванова и К.Н. Кулика. - Волгоград: ВНИАЛМИ, 2006. - 746 с.

2. Берлянт, А.М. Картография [Текст]/ А. М. Берлянт. - М.: КДУ, 2011. - 464 с.

3. Ивонин, В.М. Проектирование лесомелиоративных систем агроландшафтов [Текст]/ В.М. Ивонин, В.А. Тертерян. - Ростов-на-Дону: Изд-во СКНЦ ВШ, 2002. - 72 с.

4. Павловский, Е.С. Концепция современной агролесомелиорации [Текст]/ Е. С. Павловский. - Волгоград, 1992. - 38 с.

5. Силкин, К.Ю. Геоинформационная система Golden Software Surfer 8 [Текст]. - Воронеж, 2008. - 66 с.

6. Тищенко, В.В. Экологическая роль лесомелиоративных насаждений в системе адаптивно-ландшафтного земледелия [Текст]/ В.В. Тищенко //Защитное лесоразведение в Российской Федерации. - Волгоград: ВНИАЛМИ, 2011. - С. 254-258.

E-mail: vnialmi@yandex.ru