Оценка динамичности экосистем под влиянием пыльных бурь (на примере востока Ставропольского края)
Автор: Дорошенко В.В.
Журнал: Природные системы и ресурсы @ns-jvolsu
Статья в выпуске: 4 т.14, 2024 года.
Бесплатный доступ
В настоящей статье приводятся результаты оценки динамичности экосистем на территории восточных районов Ставропольского края (Левокумского, Нефтекумского, Курского, Степновского района). Актуальность исследования обусловлена изменениями в режиме пыльных бурь на территории Прикаспийской низменности и резким увеличением площадей открытых песков. Исследуемая территория относится к историческому региону аридных Кизлярских пастбищ и много десятилетий подвергается антропогенным нагрузкам; деградация пастбищ требует тщательного мониторинга изменения их состояния. Оценка динамичности экосистем проводилась на основе результатов визуального дешифрирования данных дистанционного зондирования Земли и интерполяции динамики площадей открытых песков на основе регулярной сетки со стороной 2 км. По процентному значению динамичности экосистемы были разделены на типы от стабильных до динамичных. Построены схемы динамичности экосистем для двух периодов - относительно устойчивого (с 2000 по 2016 г.) и динамичного (с 2017 по 2023 г.). В период относительной устойчивости большая часть территории оставалась стабильной или относительно устойчивой, тогда как в динамичный период практически вся территория Левокумского и Нефтекумского района относились к средне динамичному и динамичному типу. Полученные данные могут использоваться при планировании мер по борьбе с опустыниванием в пострадавших районах.
Опустынивание, пыльные бури, мониторинг, ставропольский край, дистанционное зондирование, гис-технологии
Короткий адрес: https://sciup.org/149147574
IDR: 149147574 | DOI: 10.15688/nsr.jvolsu.2024.4.3
Текст научной статьи Оценка динамичности экосистем под влиянием пыльных бурь (на примере востока Ставропольского края)
DOI:
Особенностью Прикаспийской низменности, в том числе, восточных районов Ставропольского края (Левокумского, Нефтекумского, Курского, Степновского района), является аридизация климата, являющаяся устойчивой тенденцией повышения среднегодовых температур и снижения годового количества осадков. На фоне таких климатических изменений и высокой антропогенной нагрузки (данная территория является частью Кизлярских пастбищ, в течение многих десятилетий использующихся для выпаса малого рогатого скота) с 2017 г. проявляется учащение и интенсификация пыльных бурь [11]. Увеличивающиеся в результате дефляции площади открытых песков представляют угрозу для продовольственной безопасности в регионе в связи со снижением поголовья, а также для транспортной доступности отдаленных населенных пунктов и скотоводческих точек [4; 10].
Выявление наиболее динамичных областей необходимо для планирования маршрутов полевых обследований, выбора периодичности картографирования при дистанционном мониторинге, а также при планировании мероприятий по борьбе с опустыниванием [1; 2; 6–9; 13; 15].
Материалы и методы
Выбор периодичности повторного картографирования основывается на методике Б.В. Виноградова [3]. Согласно классификации Б.В. Виноградова, по скорости экзодина-мических смен экосистемы подразделяются на типы в соответствии с соотношением ежегодных изменений площадей; для каждого типа установлена оптимальная периодичность повторных наблюдений (см. таблицу).
Так, для стабильных экосистем (изменения менее 0,5 % общей площади в год) требуется повторное картографирование раз в 8–10 лет, тогда как для динамических экосистем (изменения более 3 % общей площади в год) требуется инвентаризация изменений каждый год. Карты динамичности площадей песков составляются для периода 2000–2023 гг. (с учетом переломного периода в 2017 г.).
Описанные в таблице значительные периоды повторяемости картографирования связаны с тем, что ежегодное получение данных с использованием аэрофотосъемки в ХХ в. было затруднительным и дорогостоящим. Современные методики подразумевают использование материалов космической съемки с повторяемостью 7–14 дней. Также одним из ключевых отличий является сплошной
Динамичность экосистем и оптимальная повторяемость наблюдений
Типы экосистем |
Ежегодные изменения площади, % |
Периодичность повторных наблюдений, лет |
Стабильные |
<0,5 |
8–10 |
Относительно устойчивые (умеренно динамичные) |
1 |
6–8 |
Средне динамичные |
2 |
3–5 |
Динамичные |
>3 |
1–2 |
Примечание. Источник: [1].
сбор прямых данных на всю исследуемую территорию, без применения выборочного способа [14].
Учет всех факторов количественной динамики экосистем дистанционными методами невозможен, в связи с чем картографирование проводилось только для простых экосистем – площадей территорий, занятых открытыми песками, на основе регулярной сетки со стороной 2 км. Открытые пески дешифрировались визуальным способом с использованием спутниковых снимков «Landsat» и «Sentinel», предоставляющих мультиспект-ральные растровые данные достаточного пространственного разрешения и контрастности для выявления открытых песков и областей их зарастания [12; 14]. Для создания изоли-нейной карты применялась интерполяция данных ячеек регулярной сетки.
Климатические данные, необходимые для определения повторяемости пыльных бурь и среднегодовых сумм осадков, были получены с помощью сервиса «Погода и климат» .
Результаты и обсуждение
Большая часть (2,9 тыс. из 5,3 тыс. объектов) выявленных массивов открытых песков имеет площадь менее 1 га и располагается на востоке Степновского и в Курском районах – в области проведения большого количества лесомелиоративных работ на Терских песках. Данные очаги дефляции являются стабильными, мало изменяются как в течение года, так и за весь период исследования, в связи с чем площадь открытых песков на территории этих районов изменялась слабо (до 20 % за 30 лет) [4; 10].
С помощью архива климатических данных определена динамика пыльных бурь в динамичный период. Всего за 2017–2022 гг. метеостанциями зарегистрировано 84 пыльные бури общей продолжительностью 146 дней, из них 40 дней пришлось на весенний, 65 – на летний и 41 день – на осенний период. Чаще всего за исследуемый период пыльные бури случались в августе и сентябре (31 и 30 дней соответственно), эти месяцы почти в каждый год отмечались по наибольшей общей продолжительности пыльных бурь;
реже всего – в ноябре (2 дня). Преобладающим направлением ветра было восточное в более чем 80 % дней), изредка отмечались северное, северо-западное, северо-восточное, западное, южное и юго-восточное направления [5].
Схема динамичности экосистем (см. рисунок) представляет собой отображение среднегодового процента изменения площади песков, рассчитанное по формуле:
-
л St = f S 2 S x ioo l /t,
I S )/ где S – общая площадь исследуемой территории; S1 – площадь открытых песков в предыдущий год; S2 – площадь открытых песков в текущий год исследования; t – количество лет в исследуемом периоде.
Так, по результатам картографирования и интерполяции полученных результатов можно выделить два периода динамичности открытых песков на северо-востоке Ставропольского края – период относительной устойчивости (2000–2016 гг.) и динамичный период (2017–2023 гг.), связанный в том числе с активным возобновлением растительности на эоловых песках (см. рис. 1). Изменения растительного покрова в результате чрезмерной пастбищной нагрузки и воздействия пыльных бурь можно отнести к катастрофическим сменам (сукцессиям). Происходят посткатастрофические смены – вторичные демутационные сукцессии [3].
На юго-востоке пески за весь рассматриваемый период остаются стабильными и относительно устойчивыми, за исключением граничащего с Республикой Дагестан участка (восток Курского района) средней динамичности в 2020–2023 годах.
В 2023 г. климатические условия резко отличались от 2020–2022 гг., в том числе годовое количество осадков. В связи с этим высокая динамичность на территории Левокумского и Нефтекумского районов обеспечена не увеличением, а резким сокращением площадей открытых песков за счет разрастания псаммофитов – преимущественно, однолетников: солянка сорная (Salsola tragus L.), кумарчик (Agriophyllum pungens (Vahl) Link ex A. Dietr.), паслен рогатый (Solanum cornutum Lam.). Данная растительность является сорной в пастбищном отношении и, в связи с осенним отмиранием, не может полноценно закреплять пески. В связи с развивающимся на территории исследования семенным опустыниванием, естественное восстановление пастбищных фитоценозов невозможно без мероприятий по обогащению видового состава путем посева или подсева семян кормовых и многолетних трав, собранных на территории заказников и других участков сохранившейся исконной степи [11].
Заключение
Оперативная оценка динамичности экосистем даже по одному параметру позволяет в сжатые сроки установить оптимальную периодичность мониторинга и выявить требующие применения мер по борьбе с опустыниванием участки, что особенно важно в условиях возрастающей аридизации климата на территории юга Европейской части России.
Список литературы Оценка динамичности экосистем под влиянием пыльных бурь (на примере востока Ставропольского края)
- Аль-Чаабави, М. Р. А. Геоинформационный анализ состояния сельскохозяйственных земель на юге Ирака / М. Р. А. Аль-Чаабави, Е. А. Иванцова, В. Г. Юферев //Природные системы и ресурсы. - 2022. - Т. 12, № 1. - С. 38-44. - DOI: https:// doi.org/10.15688/nsr.jvolsu.2022.1.5
- Аль-Чаабави, М. Р. А. Определение состояния земель сельскохозяйственного назначение в провинции Майсан (Ирак) на основе пространственных данных / М. Р. А. Аль-Чаабави, Е. А. Иванцова // Успехи современного естествознания. -2022.- № 8. - С. 7-12.
- Виноградов, Б. В. Основы ландшафтной экологии / Б. В. Виноградов. - М.: ГЕОС, 1998. - 418 с.
- Дорошенко, В. В. Геоинформационный анализ динамики площадей очагов опустынивания в восточной части Ставропольского края / В. В. Дорошенко // Природные системы и ресурсы. - 2022. -Т. 12, № 2. - С. 59-66. - DOI: https://doi.org/10.15688/ nsr.jvolsu.2022.1.8
- Дорошенко, В. В. Пыльные бури на востоке Ставропольского края в 2017-2022 гг. / В. В. Дорошенко // Вопросы степеведения. - 2023. - № 3. -С. 41-48.
- Иванцова, Е. А. Геоинформационный анализ и оценка современного состояния орошаемых земель территории Сарпинской низменности / Е. А. Иванцова, И. А. Комарова // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: Наука и высшее профессиональное образование. - 2024. -№ 2 (74). - С. 60-67.
- Иванцова, Е. А. Использование геоинформационных технологий и космических снимков для анализа агроландшафтов / Е. А. Иванцова, И. А. Комарова // Известия Нижневолжского агроунивер-ситетского комплекса: Наука и высшее профессиональное образование. - 2021. - № 2 (62). - С. 357-366.
- Иванцова, Е. А. Характер взаимодействия антропогенно-трансформированных экосмистем юга России / Е. А. Иванцова, В. В. Но-вочадов // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: Наука и высшее профессиональное образование. - 2019. - № 3 (55). - С. 79-86.
- Комарова, И. А. Лесомелиоративная оценка агроландшафтов Сарпинской низменности по данным дистанционного зондирования / И. А. Комарова, Е. А. Иванцова // Успехи современного естествознания. - 2020. - № 9. - С. 7-12.
- Кулик, К. Н. Агролесомелиоративное картографирование и фитоэкологическая оценка аридных ландшафтов / К. Н. Кулик. - Волгоград: Изд-во ВНИАЛМИ, 2004. - 248 с.
- Лапенко, Н. Г. Растительность степных фи-тоценозов и особенности ее вегетации в условиях Ставропольского края / Н. Г. Лапенко, Ф. В. Еро-шенко, И. Г. Сторчак // Аграрный вестник Урала. -2020. - № 2 (193). - С. 9-19.
- Мелихова, А. В. Картографирование процессов опустынивания в Астраханском Заволжье с применением ГИС-технологий / А. В. Мелихова // Научно-агрономический журнал. - 2023. -№ 3 (122). - С. 40-45.
- Дистанционные исследования и картографирование состояния антропогенно-трансформированных территорий юга России / В.В. Новоча-дов [и др.] // Известия Нижневолжского агроуни-верситетского комплекса: Наука и высшее профессиональное образование. - 2019. - № 1 (53). -С. 151-158.
- Юферев, В. Г. Опустынивание земель сельскохозяйственного назначения в Черноземельском районе Калмыкии / В. Г. Юферев, А. И. Беляев, К. П. Синельникова // Известия Нижневолжского аг-роуниверситетского комплекса: Наука и высшее профессиональное образование. - 2022. - № 4 (68). -С. 465-473.
- Forman, R. T. T. Landscape Ecology / R. T. T. Forman, M. Godron. - N. Y.: Willey, 1986.