Анализ состояния древесно-кустарниковой и луговой растительности Волго-Ахтубинской поймы с помощью методов дистанционного зондирования земли (на примере полигона "Красный буксир")

DOI:

Одна из причин деградации древесно-кустарниковой и луговой растительности – это нерегулируемое воздействие человека на окружающую среду. В результате воздействия человека на агролесосистемы Волго-Ахтубинской происходит: вытаптывание травяного покрова и лесной подстилки, механическое повреждение деревьев, увеличение площади кострищ, замусоривание и загрязнение территории [7].

Антропогенное воздействие на Волго-Ахтубинскую пойму ведет к развитию на ее территории густой и разветвленной тропиноч-ной сети. Большая часть территории поймы оголена, а почва уплотнена до предельной плотности [11]. Таким образом, что травянистая растительность отсутствует даже под деревьями, это ведет к потере влаги в почве и развитию процессов эрозии.

Все это ведет к тому, что водно-физические свойства почвы на тропинке и вблизи нее существенно отличаются. Увеличивается объемный вес почвы при ее уплотнении. Это ведет к нарушению водно-воздушного режима почвы [8].

Важнейшими факторами, влияющими на луговую растительность Волго-Ахтубинской поймы, является сенокошение и выпас скота. Еще до наступления половодья скот начинают выпасать на лугах, а после спада воды, когда вырастает трава, ее косят. Из-за зарегулированности водного режима, половодье заканчивается раньше на 1–1,5 месяца, чем это было в середине XX века [16]. Поэтому косят сено и выпасают скот тоже раньше. Из-за развития современной техники сенокошение проводится довольно быстро. Таким образом, нагрузка на луговые экосистемы в последние годы существенно возросла [1].

Голуб В. Б. сравнивал видовое богатство луговой растительности Волго-Ахтубинской поймы в настоящее время с исследованиями, проведенными в 1928 г. группой геоботаников под руководством Л.Г. Раменского [4]. Был сделан вывод о том, что флористическое богатство лугов в настоящее время выше, чем в 1928 г. Однако, необходимо учитывать какие именно новые виды стали встречаться в Волго-Ахтубинской пойме. Автор отмечает, что произошел рост числа видов засухоустойчивых растений. Это говорит о ксерофитиза-ции и пастбищной дигрессии ландшафтов Вол-го-Ахтубинской поймы.

Для оценки состояния травянистого покрова наиболее эффективен метод аэрокосмических исследований. Достоинством данного метода является то, что с его помощью можно быстро дать объективную оценку состояния травянистой растительности и разработать карту деградации территории [12]. Полевые исследования древесно-кустарниковой растительности требуют большой затраты времени и денежных средств, что не позволяет обеспечить постоянный мониторинг лесных насаждений. Поэтому оценка древесно-кустарниковой растительности по данным космоснимков является наиболее эффективной [9].

Нанесение результатов исследований на карты делает информацию более наглядной, дает представление об особенностях пространственного распределения различных характеристик [14; 17; 18; 22], что существенно облегчает их анализ.

Признаком деградации травянистого покрова является уменьшение проективного покрытия. Наибольшая точность определения проективного покрытия достигается при значениях от 20 до 60 %, ошибка составляет менее 5 % [6]. Соотношение проективного покрытия и фототона травянистой растительности имеет корреляционную связь. Это позволяет дистанционно выявлять деградированные участки и прогнозировать их дальнейшее состояние. Чтобы установить диапазон фототона, проводится фотоэталонирование земель. Для анализа выбирают участок земли с установленным полевыми исследованиями уровнем деградации. Таким образом, данные дистанционного зондирования Земли проверяются исследованиями на местности.

С помощью наземных методов и фотофиксации создаются фотоэталоны отдельных деревьев и древостоев, затем устанавливается параметрическая связь с изображением данных объектов на космоснимке. Космосъемка позволяет осуществлять непрерывный мониторинг лесных насаждений с заданными сроками и периодичностью. Результатом является создание карт динамики сохранности древесно-кустарниковой растительности [10].

Существуют различные методы дешифрирования лесных насаждений. К ним относят визуальное дешифрирование [3] и фотограмметрические исследования с помощью различных программных комплексов. Визуальное дешифрирование производится при помощи специальных атласов. Изображение, на космоснимке сопоставляется с эталонным изображением в атласе, а затем переносится на карту. Таким образом, разрабатываются и обновляются тематические карты.

Масштаб и разрешение космоснимка зависит от размера объекта наблюдения и детализации. Низкое разрешение используется, когда требуется большая обзорность территории, а детальность объекта не так важна. Среднее разрешение (<30 м) имеет большую детальность, но меньшую полосу захвата. К таким спутникам относится Landsat 7, Landsat 8 [19; 21]. К спутникам высокого разрешения (до 0,5 м) относят WorldView и GeoEye [2].

Для мониторинга состояния лесных насаждений используют снимки масштаба 1: 20 000 с разрешением 10 м. (спутник SPOT) или 1: 5 000 с разрешением 1 м. (GeoEye, Ресурс-П). Для оценки состояния отдельно стоящих деревьев используют снимки спутника OrbView3 (разрешение 30 см в панхроматическом режиме и 1 м. в мультиспек-тральном) [5]. В последнее время наблюдается рост количества спутников дистанционного зондирования Земли, в том числе увеличение числа спутников высокого разрешения [19; 23].

Для оценки растительного покрова на региональном уровне используют снимки среднего разрешения. В том числе снимки Landsat-7 ETM+ [13; 20] и Landsat-8.

Последовательность обработки и анализа данных ДЗЗ состоит из следующих этапов [3]: отображение источника данных, улучшение изображения для облегчения дальнейшего анализа, географическая привязка, геометрическое трансформирование (приведение изображения к заданному масштабу и проекции), классификация снимка, его ГИС-анализ и обобщение результатов и составление отчета.

Для исследования и классификации растительного покрова были использованы космические мультиспектральные снимки спутника Landsat-8. Далее была проведена обработка снимка. Она заключалась в выделении пространственных объектов, классификации объектов на снимке и подсчете площади выделенных объектов на снимке [15; 24].

Полигон, выбранный для исследования, расположен на территории природного парка Волго-Ахтубинская пойма в окрестностях поселка Красный Буксир Среднеахтубинского района, Волгоградской области (координаты центра участка 48°44’7.63"СШ, 44°42’48.66"ВД). С юга участок исследования ограничен руслом ерика Гнилой, с севера грунтовой дорогой, с запада асфальтированной дорогой от поселка Красный Буксир в поселок Третья Карта, с востока руслом ерика Пахотный. Было выделено распределение угодий на полигоне «Красный Буксир» (см. рис. 1). На выбранном участке была произведена оценка экологического состояния и получена геокодированная информация (площадь, периметр, координаты). Полученные данные занесены в таблицу 1.

Далее была проведена экологическая оценка состояния древесной растительности на исследуемом участке «озеро Лотосов». Результаты оценки занесены в таблицу 3.

Произведена оценка состояния растительности на исследуемом участке. Травянистая растительность находится в неудовлетворительном состоянии. Только 15,2 % растительности находится на экологическом уровне «Норма», а уровень «Риск» и « Кризис» составляют 46,6 % и 29,2 % соответственно (см. рис. 2). К уровню: «Бедствие» отнесено 9 % травянистой растительности участка. Результаты занесены в таблицу 2.

Рис. 1. Распределение земель на полигоне «Красный Буксир»

Рис. 2. Карта сохранности травянистой растительности

Таблица 1

Распределение земель на полигоне «Красный Буксир»

Название	Площадь, га	% от общей площади
Водные объекты	5,04	9,58
Дорожно-тропиночная сеть	3,55	6,75
Древесная растительность	17,8	33,85
Травянистая растительность	26,2	49,82

Таблица 2

Оценка состояния травянистой растительности на полигоне «Красный Буксир»

Экологический уровень	Площадь, га	Площадь, %
Норма	3,97	15,2
Риск	12,2	46,6
Кризис	7,64	29,2
Бедствие	2,39	9,0
Всего	26,2	100

Таблица 3

Экологическая оценка состояния древесной растительности на полигоне «Красный Буксир»

Экологический уровень	Площадь, га	Площадь, %
Норма	4,9	27,53
Риск	5,98	33,60
Кризис	6,78	38,09
Бедствие	0,14	0,78
Всего	17,8	100

Состояние древесной, как и травянистой растительности неудовлетворительное, более 70 % находятся в состоянии «Риск» и «Кризис». И только менее 30 % находится в состоянии «Норма».

Таким образом, можно сделать вывод, что активное использование лесных и луговых ресурсов Волго-Ахтубинской поймы без проведения природоохранных мероприятий может привести к их деградации и уничтожению.