Структурная организация и картирование болот национального парка «Водлозерский»

Государственный национальный парк «Водло-зерский» (площадь 468921 га) расположен на европейском Севере России, на территории восточной части Республики Карелии и западной части Архангельской области. Его протяженность с севера на юг составляет 135 км, а с запада на восток 25 км. Важнейшими ландшафтнообразующими экосистемами парка являются болота и заболоченные леса. Заболоченность его территории составляет 294 тыс. га или 63 %. Из них 192 тыс. га (43 %) занимают открытые болота, 102 тыс. га (21 %) лесные болота и заболоченные леса. Высокая степень заболоченности территории парка обусловлена прогрессирующим процессом болотообразования и торфона-копления, который длится более 8 тыс. лет. В настоящее время в большей части территории парка сложилось динамическое равновесие между болотными, лесными и водными экосистемами.

Болота Водлозерского парка изучаются нами с 1987 г [1, 6, 8]. Основными объектами исследований являются фитоценозы, фации или болотные участки, болотные массивы и болотные системы. Они представляют собой различные по площади территориальные выделы растительного покрова, имеют границы и находятся под воздействием определенных ведущих факторов, обусловливающих их свойства и структуру. Каждому их них соответствует свой уровень структурной организации, изучение которой предполагает применение разных методов [4, 5]. В последнее время структурная организация болотной биоты парка активно выявляется нами на синтезированных (многозональных) цветных космических снимках SPOT и Landsat (разрешение 20 – 30 м). При этом одна их первоочередных задач исследований заключалась в определении оптимального масштаба космического снимка для идентификации на нем объектов структуры. Исследования проводились на основе прог раммы MapInfo. В настоящей статье представлены основные результаты проведенной работы.

Болотные участки (фациальный уровень структуры болотной биоты)

В начале отметим, что объекты ценотического уровня (фитоценозы) организации болот парка на космических снимках не распознаются. Они выделяются и детально обследуются только при наземных геоботанических исследованиях болотных участков.

Болотный участок (болотная фация) рассматривается как основная надфитоценотическая территориальная единица растительности болот [4]. Нижняя граница участка определяется по деятельному горизонту, в топях – по границе распространения живых корней. Верхняя граница определяется верхними ярусами сообществ. Протяженность участка в горизонтальной плоскости устанавливается по характеру растительного покрова, т. е. на основании границ фитоценозов или их комплексов. На фациальном уровне организации болот определяющими являются комплекс факторов среды (режим увлажнения, химический состав деятельного горизонта торфяной почвы и т.д.), а также разнообразие форм микрорельефа (кочки, гряды, мочажины, вторичные озерки, сфагновые ковры и др.). На болотах Водлозерского национального парка по растительному покрову и экологическим условиям выделено 46 видов болотных фаций. Их названия устанавливались по доминирующим растительным формациям или группам ассоциаций и их комплексам. При этом учитывались особенности структуры растительного покрова болотных участков. По режиму водно-минерального питания и стадии развития фации подразделяются на 7 типов: евтрофный (Е), мезоевтрофный (МЕ), мезотрофный (М), мезо-олиготрофный (МО), олиготрофный (О), дистроф-ноолиготрофный (ДО) и дистрофный (Д). Среди них наибольшим разнообразием отличаются фации М -16 видов, О - 9 МО - 8 видов фаций. Выявлено 4 вида евтрофных, 5 - мезоевтрофных и по 2 вида дис-трофных и дистрофноолиготрофных фаций [1, 8].

На космических снимках оптимальным масштабом, при котором можно провести границу между болотными участками является 1: 20 000 – 1:50 000. По типу растительности и режиму водноминерального питания дешифрируются и выделя- ются 9 групп болотных участков: олиготрофные сфагновики сосново-кустарничково-морошковые, олиготрофные сфагновики грядово(кочковато)-мочажинные, олиготрофные сфагновики пушицевые, олиготрофные сфагновики кустарничковоморошковые, мезотрофные и мезоолиготрофные сфагновики осоковые, мезотрофные и мезоевтроф-ные сфагновики древесно-травяные, мезотрофные сфагновики на грядах и травяные в мочажинах (болотные участки аапа типа), мезоевтрофные травя-но-гипново-сфагновые (ключевые болотные участки), дистрофные грядово-мочажинные с деградирующим сфагновым покровом. В таком масштабе на основе космических снимков и с учетом полевых наземных исследований, составлена электронная карта «Типы болотных участков южной части территории Водлозерского парка».

Болотные массивы (мезоструктурный уровень организации болотной биоты)

В отечественном болотоведении болотным массивом называют болото, формирующееся в одной болотной котловине [2, 3]. На этом уровне действуют закономерности в распределении болотных участков в ряду центр-периферия болотного массива. На основе наземных исследований, на территории Водлозерского парка мы выделили 10 типов болотных массивов, различающихся по режиму водно-минерального питания, структуре и растительному покрову. Выделение типов болот проводилось по Т. К. Юрковской [7]. Здесь доминируют олиготрофные сфагновые грядово-мочажинные (печорско-онежские) и мезотрофные с кустарничково-травяно-сфагновыми грядами, травяно-сфагновыми и травяными мочажинами, вторичными озерками (онежско-печорские аапа) болота. Встречаются бедные по видовому составу флоры дис-трофные болота с вересково-воронично-лишай-никовыми грядами, вторичными озерками, денудированными и сфагновыми мочажинами (южнопри-беломорские), а также богатые мезоевтрофные и евтрофные травяно-гипново-сфагновые [1]. Выделенные типы отражают региональные особенности растительности болотной биоты региона.

Болотные массивы, площадью 200 и более гектаров, мы выделяем на космических снимках масштаба 1:100000, а менее 200 гектаров - 1:50000. При таком масштабе в болотных контурах (полигонах) выделяются доминирующие и второстепенные типы болотных участков в ряду центр-периферия, и на этом основании определяется тип болотного массива. Важным является возможность прослеживать на снимке возможные нарушения стока болотных вод в ближайшие водоприемники. Известно, что нарушение стока почвенно-грунтовых вод с болотного массива обуславливает динамику его растительного покрова, а, следовательно, динамику его пространственной структуры [3]. Всего на космических снимках мы выделяем и картируем 6 типов болотных массивов: дистрофный и дистрофно- олиготрофный грядово-мочажинно-озерковый, олиготрофный сфагновый грядово(кочковато)-мочажинный, олиготрофный сосново-кустарничково-пушицево-сфагновый, мезотрофный аапа, ме-зотрофный травяно(осоково)-сфагновый и мезо-трофный древесно-травяно-сфагновый.

Болотные системы (ландшафтный уровень организации болотной биоты)

Болотная система - это сложный болотный объект из слившихся болотных массивов в процессе своего развития. Болотные массивы соединяются друг с другом узкими логовидными протоками, которые прорезают лесные суходолы, или заболоченными лесами.

Это уровень структуры и ее объекты - болотные системы дешифрируется на космическом снимке масштаба 1: 150 000 - 1: 250 000. Здесь происходит генерализация цветовых спектров пикселей. Наблюдается преобладание какого то одного или нескольких цветовых спектров над другими, присущими или всей болотной системе или ее части. Например, по данным наземных исследований, в состав болотной системы Саймох входит целый ряд типов болотных массивов. Они хорошо различаются по цвету пикселей на снимке масштаба 1:100000. Но на снимке масштаба 1: 150000 - 1:250000 за счет генерализации система в своем контуре имеет 2 доминирующих спектра пикселей: светлозеленый, характерный для олиготрофных сфагновых грядово-мочажинных болотных массивов и ярко-красный - для аапа болот. И действительно, система Саймох более чем на 60 % состоит из болотных массивов этих двух типов.

Следует также отметить, что в масштабе 1:250000 хорошо дешифрируются на снимках и болотные водотоки, связь их с внешними водоприемниками. Мы считаем, что макроструктурный уровень организации является основным при бассейновом подходе исследования болотной биоты парка. Разработка бассейнового районирования болотной биоты являются важнейшими задачами болотоведческих исследований в парке на ближайшие пять лет.

Региональный уровень организации болотной биоты парка

Выделяется еще региональный уровень, объекты которого болотные районы или провинции . Космические снимки мелкого масштаба (1: 1000000 - 1:2000000) позволяют исследовать особенности структуры болотной биоты парка на региональном уровне ее организации. На этом уровне за счет генерализации пикселей происходит и генерализация болотных выделов. В результате на снимке выявляются местоположение и границы наиболее крупных по площади болотных систем. По доминирующему цвету пикселей возможно установить класс типов болотных массивов, их которых состоят эти болотные системы. В целом болотная биота парка состоит из олиготрофных и мезоолиготроф-ных сфагновых и сосново-сфагновых болот.

На основе ГИС-технологий мы разработали новый метод обзорного мелкомасштабного картирования болотной биоты Водлозерского парка. Суть метода заключается в следующем. На космическом снимке территории парка в масштабе 1:100000 выделяются болотные массивы, тип которых по дешифровочным признакам устанавливается и маркируется на карте внемасштабным символом соответствующей окраски (на пример, в виде круга). Он ставится в центре массива. Далее эта карта символов преобразуется в мелкомасштабную электронную карту, на которой появляется цветовая гамма внемасштабных знаков, отражающих пространственное распределение болотных массивов того или иного типа. Анализ такой карты позволил нам выделить болотные районы на территории парка с доминирующими типами болотных массивов.

Таким образом, структурная организация болотной биоты парка в достаточной мере отражается на космических снимках его территории. Современные ГИС - технологии позволяют подбирать нужный масштаб снимка, на котором корректно дешифрируются пространственные объекты каждого структурного уровня: болотные участки, болотные массивы, болотные системы.