Оценка динамики по годам соотношения площади степных пастбищ, находящихся в различных стадиях пастбищной дигрессии в северной части Центральной Монголии

Монголия имеет резко континентальный климат. Рост и развитие растений осуществляется в летний период, начиная с апреля, происходит активный рост, в июле по всей территории наблюдается самый интенсивный период, в конце августа начинается постепенное снижение роста, в конце сентября — начале октября растения засыхают [4].

Территория северной части Центральной Монголии (рис.1), характеризуется разными эколого-климатическими условиями и охватывает различные географические зоны, пояса, типы ландшафта. Сельское хозяйство и экономическое положение всей территории так же неоднородно, природные изменения в последние годы протекают по-разному.

В соответствии с предлагаемым физико-географическим районированием (Атлас МНР, 1990) территория северной части Центральной Монголии находится на стыке трех крупных физико-географических областей: Хангайско-Хэнтэйской горной области, области сводово-глыбового Хангайского хребта и области средневысотных гор бассейна р. Селенги и Орхона. Особенности природной структуры этих физико-географических областей позволяют выделить на территории района наших обследований три физикогеографических подрайона: 1) средневысотных гор с лесостепью и котловин бассейна р. Селенги; 2) низких гор с сухостепной растительностью и котловин бассейнов р. Орхон и Толу; 3) сухостепных и экспозиционно-лесных средневысотных сводово-глыбовых гор и котловин западной части нагорья Хангай (рис. 1) [8].

Рис. 1. Местоположение района исследований на карте Монголии

Цель работы — выявить характер изменения степной растительности в cеверной части Центральной Монголии в зависимости от пастбищной дигрессии с помощью NDVI (Normalized Difference Vegetation Index). Нормализованный разностный индекс растительности (NDVI) — это индекс, который представляет стандартный метод сравнения интенсивности зеленого цвета растительности между спутниковыми изображениями за период 2000–2010 гг.

Район и методы исследований

Объект исследования — растительность деградированных пастбищ со I — слабой, II — умеренной, III — сильной и IV — очень сильной степенью дигрессии на территории трех аймаков: в сомоне Ундур-Улаан Архангайского аймака, в сомоне Дашинчилэн Булганского аймака, в сомоне Бамсумбэр и Алтанбулаг Центрального аймака [7].

Полученные результаты полевых исследований послужили ключевыми основаниями для расшифровки спутниковых изображений поверхности Земли. В исследовании мы использовали спутниковые изображения поверхности земли с пространственным разрешением 250 метров в среднем диапазоне, снятые радиоспектрометром MODIS, который является одним из ключевых съемочных приборов, установленных на борту американских спутников TERRA (на орбите с 1999 г.), осуществляющих исследования. Aреалы пастбищ, находящихся в разных стадиях дигрессии, определяли, используя космическое изображение, полученное с 2000 по 2010 год со спутника Ландстат (США) [1, 6].

Мы вводили данные по фитомассе растительного покрова, полученные в результате полевых экспедиционные исследований, и метеорологические данные в программу ArcGIS.10 и, используя метод Kriging, ежегодно определяли показатели NDVI. В программы ENVI на языке IDL /MVC/ вводили изображение средних NDVI для периода май — сентябрь каждого года и определяли NDVI.

Величина индекса NDVI может колебаться от — 0 до 1.0, но величина индекса растительности обычно колеблется от 0.1 до 0.7.

NDVI вычисляется по следующей формуле:

где,

NIR — отражение в ближней инфракрасной области спектра

RED — отражение в красной области спектра

Полученные индексные изображения классифицированы с выделением 5 классов вегетационного индекса NDVI.

В результате анализа временных рядов данных NDVI с 2000 по 2010 год рассчитаны значения для мая и сентября каждого года по северной части Центральной Монголии в различных природных зонах.

Обработка материалов проводилась с использованием геоинформационной системы ArcGis 10.2. Диапазон величин индекса был разделен на 5 классов (табл. 1):

Таблица 1

Значения NDVI и соответствующие им стадии дигрессии пастбищ

Значения NDVI	Характеристика стадии дигрессии
< 0.2	Очень сильная
0.2-0.4	Сильная
0.4-0.6	Умеренная
0.6-0.8	Слабая
0.8 <	Очень слабая

Результаты исследования и обсуждение

На основании анализа данных NDVI за период 2000–2010 гг. составлены карты распределения NDVI и его относительной изменчивости для северной части Центральной Монголии (рис. 2). На примере этой территории показано, что преобладающим фактором, влияющим на изменение вегетационного индекса NDVI, является климатический фактор (рис. 2).

Рис. 2. Распределение среднего вегетационного индекса NDVI по годам для северной части Центральной Монголии (май — сентябрь 2000 — 2010 гг., пояснения в тексте)

Рис. 2a. Распределение среднего вегетационного индекса NDVI по годам для северной части Центральной Монголии (май — сентябрь 2000–2010 гг., пояснения в тексте)

Water

< 0.0

0.0 - 0.2

0.2 - 0.4

0.4 - 0.6

0.6 - 0.8

0.8 - 1.0

Из рис. 2 видно, что в Хангай-Хэнтэйской горной стране — провинции сводово-глыбового нагорья Хангай — вегетационный индекс имеет преимущественно 0,4–0,8. В подпровинции лесостепных среднегорий и котловин бассейна р. Селенги, подпровинции сухостепных низкогорий и котловин бассейнов р. Орхон и Туул и подпровинции сухостепных, степных и экспозиционно-лесных котловин западной части нагорья Хангай преобладает вегетационный индекс 0,2–0,4.

В северной и западной части территории Хангайских гор, среднегорий, Хэнтэйских гор по лесостепной территории, в долинах больших р. Селенги, Орхон вегетационный индекс NDVI имеет обычно более 0,8.

Результаты оценки с помощью NDVI интенсивности пастбищной дигрессии на территории северной части Центральной Монголии с 2000 по 2010 г. показаны на рис. 3.

Рис. 3. Динамика площади территорий с разной степенью пастбищной дигрессии в северной части Центральной Монголии в течение 11 лет (%)

от общей площади по оценке с помощью NDVI

Площадь территории степных пастбищ с фактическим отсутствием дигрессии или с очень слабой пастбищной дигрессией (0,8<) составляет очень небольшой процент и все годы практически не изменяется, несколько увеличившись лишь в 2002 г.

Территории со слабой степень дигрессии (0,6–0,8) занимают значительно большую площадь и за период наблюдений так же практически не изменяются.

Наибольший процент на обследованной территории занимают площади степных пастбищ, затронутые умеренной и сильной пастбищной дигрессией. Площадь таких территорий значительно изменяется по годам, резко увеличиваясь в

2003, 2006 и 2008 годах — в случае территорий с умеренной дигрессией и в 2002, 2005 годах — в случае территорий с сильной дигрессией.

Степные пастбища, подверженные очень сильной дигрессии, занимают незначительные площади и процент их от общей площади обследованной территории по годам меняется незначительно, заметно увеличиваясь лишь в 2007 году.

Следует отметить, что более резкие отклонения размеров площадей с той или иной степенью дигрессии могут быть связаны с тем, что некоторые годы (2002, 2003, 2006, 2008) были более засушливые.

В степной зоне северной части Центральной Монголии растительный покров изменялся в зависимости от факторов погоды, но в настоящее время эти изменения происходят и из-за неправильной человеческой деятельности, интенсивного, бессистемного и избыточного выпаса скота по сравнению с кормовым запасом пастбищ.

Изучение стадий дигрессии степных пастбищ с помощью NDVI в северной части Центральной Монголии показало целесообразность использования NDVI для исследования динамики состояния растительного покрова.

Заключение

Наблюдения в течение 11 лет с помощью метода NDVI на территории северной части Центральной Монголии (табл. 2) показали возможность определения этим методом соотношения площади степных пастбищ, находящихся в стадиях слабой, умеренной, сильной и очень сильной дигрессии, а также динамики этого соотношения по годам. Наиболее обычны степные пастбища с умеренной и сильной пастбищной дигрессией.

В 2002, 2003, 2005, 2006, 2008 гг. отмечалось резкое увеличение площадей с умеренной и сильной дигрессией. Такие скачки объясняются тем, что в эти годы погодные условия были засушливы. Территории с очень сильной дигрессией в среднем занимают небольшие площади (1.6±0.4). В 2002, 2007 гг. так же происходило увеличение площадей с очень сильной дигрессией (до 4,3%).