CC BY
100
УДК 911.2:910.27
АНАЛИЗ ДИНАМИКИ НАРУШЕННОСТИ ТЕМНОХВОЙНЫХ ЛЕСОВ СЕВЕРНОГО СИХОТЭ-АЛИНЯ НА ОСНОВЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ
СПУТНИКОВЫХ ДАННЫХ
© 2011 Е.М. Климина, А.В. Остроухов
Институт водных и экологических проблем ДВО РАН, Хабаровск
Поступила в редакцию 21.04.2011
В работе проводится анализ динамики нарушенности темнохвойных лесов северного Сихотэ-Алиня под влиянием антропогенных нагрузок (рубок и пожаров) на основе использования данных дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ). Впервые для этой территории созданы карты пирогенной трансформации исследуемых геосистем, определены её масштабы, интенсивность и степень повторного прогорания. Выявлено, что наибольшему воздействию подверглись природные комплексы низкогорий и предгорий с пихтово-еловыми лесам, а так же вулканических плато. Представлена карта, отражающая динамику изменения площади темнохвойных лесов восточных склонов северного Сихотэ-Алиня. Полученные данные говорят о сокращении площади темнохвойных лесов, уменьшающейся за исследуемые 30 лет со скоростью 0,54% в год.
Ключевые слова: ключевые ландшафтные территории, темнохвойные леса, дистанционное зондирование Земли
В условиях интенсивного ресурсного освоения сокращаются площади типичных ландшафтов, выполняющих важные средообразую-щие функции. Для обоснования необходимости их включения в экологический каркас территории в качестве ключевых ландшафтных территорий, первоочередной задачей является проведение инвентаризации, объективно отражающей их состояние и специфику пространственного распределения. По мнению А.А. Чибилева и В.М. Павлейчика [1] значимость ключевых ландшафтных территорий заключается в отражении ландшафтного разнообразия региона и выполнении функций сохранения эталонов зональных, редких и находящихся под угрозой исчезновения геосистем. Одним из важнейших показателей в оценке степени нарушенности геосистем является трансформации коренных растительных сообществ, связанных с рубками и пожарами.
В общей структуре факторов, влияющих на динамику таежных геосистем юга Дальнего Востока, доля лесных пожаров наиболее высока. Так, для южных районов Хабаровского края она оценивается в 61%. Другим важным фактором является проведение рубок (22,7%)[2]. Особенно уязвимыми являются темнохвойные леса, ареалы которых из-за постоянного антропогенного пресса (лесозаготовки), слабой устойчивости к пожарам,
Климина Елена Михайловна, кандидат географических наук, доцент, старший научный сотрудник лаборатории оптимизации регионального природопользования. E-mail: Kliminaem@bk.ru
Остроухов Андрей Вячеславович, кандидат географических наук, научный сотрудник лаборатории оптимизации регионального природопользования. E-mail: ostran2004@bk. ru
уменьшаются и фрагментируются, что делает проблему их сохранения весьма актуальной [3]. Актуальность сохранения геосистем с доминированием темнохвойных лесов связана с тем, что среди субъектов РФ Хабаровский край выделяется самой большой площадью лесных земель с преобладанием ели и пихты (53,8% от их общей площади в ДФО). В то же время отмечена тенденция общего снижения площади земель, занятых пихтово-еловыми лесами: за период с 1983 по 2007 гг. она сократилась на 16,5% [2]. В значительной степени эти процессы коснулись геосистем северного Сихотэ-Алиня, что определяет необходимость охраны сохранившихся темно-хвойных геосистем как типичных ландшафтов. В тоже время возникает сложность в оценке степени трансформации природных комплексов. Это связано с тем, что данные лесничеств не имеют географической привязки, существующие данные не всегда достоверно отражают сложившуюся ситуацию, преимущественно занижая размеры послепожарных и послерубочных изменений. Такие ограничения делают актуальным использование данных дистанционного зондирования земли (ДЗЗ).
В качестве объекта исследований взята территория восточного макросклона Северного Сихотэ-Алиня в пределах Ванинского и Советско-Гаванского муниципальных районов Хабаровского края. Суммарная площадь районов составляет 5,2% от площади края, где проживает 6,6% от числа его жителей. Для этих районов характерен интенсивный характер лесозаготовок, ориентируемых на экспорт древесины, начиная с 60-х гг. ХХ в. По схеме ландшафтного районирования Хабаровского края оба района расположены
в пределах подобласти Восточного макросклона северного Сихотэ-Алиня (Сихотэ-Алиньская физико-географическая область Амуро-Сахалин-ской физико-географической страны). Территория исследуемых районов является преимущественно низкогорной (54% площади). Доля средне-горий составляет чуть более 19%. Значительны по площади геосистемы вулканических плато -более 20%, а узкая полоса равнин вдоль побережья Татарского пролива охватывает менее 1% территории. В пределах данной территории выявлено 9 видовых групп ландшафтов [4].
Наиболее распространены горно-таеж-ные слаборасчлененные низкогорья с лиственнично-мелколиственными; мелколиственными лесами на буро-таежных почвах (33% площади). Около 21% территории занято средне- и слаборасчле-ненными низкогорными и предгорными геосистемами с пихтово-еловыми травяно-зеленомош-ными лесами и неморальными элементами на буро-таежных почвах. Среднегорные геосистемы средне- и слаборасчлененные с пихтово-еловыми травяно-зелено-мошными лесами на буро-таежных почвах занимают 4,1%, а с лиственнично-мелколиственными и лиственничными лесами -14,8% площади этих районов. 1/5 часть территории - низкогорные вулканические плато с лист-веннично-мелколиственными, мелколиственными, фрагментами темнохвойных лесов на буро-таежных оглеенных почвах [5].
Таким образом, роль темнохвойных геосистем в формировании облика данных территорий весьма высока. В пределах Северного Сихо-тэ-Алиня растительные формации с елью аян-ской и пихтой белокорой образуют высотный пояс растительности, нижняя граница которого находится на высоте около 300 м, а верхняя достигает 1000 м [3], формируя пояс горно-таежных темнохвойных лесов. Оценка площадных и временных характеристик трансформации природных комплексов на данной территории под влиянием пожаров и лесозаготовок производилась на основе дешифрирования данных ДДЗ среднего пространственного разрешения разных лет. Использовались материалы со спутников ЬаМ8а1 17, сенсоров ММ8 (1973-1976 гг.), ТМ (1988-1992 гг.), ЕТМ+ (2000, 2005 гг.), находящиеся в свободном доступе на сервере проекта Ьа^а! [6]. Для выделения территорий, пройдённых пожарами и рубками, использовались каналы невидимого спектра: для сенсоров ЬаМ8а1 ТМ и ЕТМ+ - 4 и 5
каналы - ближний и средний инфракрасный (760-900 и 1550-1750 нм), для сенсора Landsat MMS - 3 и 4 каналы в ближнем инфракрасном спектре (700-800 и 800-1100 нм). Такой выбор обусловлен низкими яркостными характеристиками линии поглощения хлорофилла (здоровой растительности) и высокими показателями отражения в линии поглощения воды (показатели сухости и прогрева поверхности) [7]. При дешифровке массивов темнохвойных лесов наряду с каналами 4 и 5 (ближним и средним инфракрасными диапазонами) использовались каналы видимого спектра (1-3: синий, зелёный, красный), главным образом зелёный, для которого характерны максимальные значения в линии поглощения пигментов хвои [8]. Обработка материалов проводилась в программной среде ERDAS IMAGINE 8.7 и ArcGIS 9.3.
На основе автоматической и экспертной дешифровки для масштабов 1: 500000 (для данных сенсоров MMS (пространственное разрешение 80 м)) и 1: 200000 (данные сенсоров ТМ и ЕТМ+ (пространственное разрешение 30 м)), были выделены территории пройденные пожарами и вырубками в 1975, 1990, 2000 и 2005 гг. (±1 год) (табл. 1). Расчеты показали, что самые большие площади пожаров были характерны для 2000 г. (на снимках этого года отражены также и результаты постпирогенной ситуации 1998 г. -года катастрофических лесных пожаров). К сожалению, пространственное разрешение данных с сенсора MMS (80 м/пикс.) не позволяет выделить площади рубок 1975 г., когда на этих территориях также прошли крупные пожары. В целом за 30-летний период в результате пожаров и рубок трансформации подверглась 1/3 часть территории Ванинского и Советско-Гаванского районов.
Далее рассматривалась повторяемость прохождения пожаров по территориям, подверженных в предыдущие годы пожарам и рубкам (табл. 2). Сопоставление космоснимков дает представление о том, что старые гари и вырубки в значительной степени являлись местами неоднократного прохождения пожаров. По данным ДЗЗ 2000 г. выявлено, что 36,3% новых гарей от их общей площади за этот год возникло на месте старых, а по данным за 2005 г. - 37,7% гарей этого года прошли по старым гарям и вырубкам. Снижение площади повторного прохождения пожаров в 2005 г. связано с небольшим количеством очагов возгорания в данном году.
Годы Площади вырубок и гарей, га (% от общей площади территории)
гари вырубки итого
1975 295604 (7) не выдел. 295604 (7)
1990 444852 (10,7) 50733 (1,2) 495585 (11,9)
2000 601435 (14,4) 73807 (1,8) 675242 (16,2)
2005 47910 (1,1) 32092 (0,8) 80002 (0,9)
Итого за 1975-2005 гг. 1175732 (28,3) 126374 (3) 1302106 (31,3)
Таблица 1. Площади вырубок и гарей в пределах Ванинского и Советско-Гаванского районов
Таблица 2. Доля гарей от площади гарей и вырубок предыдущих лет
1990, % 2000, % 2005, %
гари вырубки гари вырубки гари вырубки
доля от гарей и вырубок 1975г. 19,4 6 не выявл. не выявл.
доля от гарей и вырубок 1990г. 41 35,7 2 3,9
доля от гарей и вырубок 2000г. 1,1 0,6
Анализ пространственной локализации разновременных гарей показал, что за истекшие 30 лет наиболее значительному пирогенному воздействию подверглись геосистемы низкого-рий, предгорий, вулканических плато с пихтово-еловыми травяно-зеленомошными леса-ми, площадь гарей в пределах которых составила более 1/3 от их площадей. Фрагментация приводит к снижению размеров площадей контуров темно-хвойных лесов при увеличении доли мелколиственно-лиственничных, лиственнично-мелколист-венных и мелколиственных массивов (табл. 3) (рис. 1).
Результаты обработки данных ДЗЗ за исследуемые годы показали, что степень фрагментации темнохвойных лесов весьма существенна. Она выражается в том, что при увеличении количества выделов происходит уменьшение площади и протяжённости контуров данных вы-делов (максимальных площадей в 3,2 раза, средних - в 2,5 раза, общей суммы площади - в 1,7
С точки зрения ландшафтного разнообразия происходит значительное упрощение ландшафтной структуры, выражающееся в снижении доли типичных геосистем (пихтово-еловых), роста площадей длительно производных лист-веннично-мелколиственных, а также полностью трансформированных геосистем с переходом в категорию «пустыри». Доля таких территорий растет особенно в пределах высоко уязвимых геосистем среднегорий и сильно расчлененных низкогорий. Анализ ситуации по лесхозам, представленных на территории данных районов, подтвердил высокие показатели общей доли нелесных земель в структуре лесных (от 10,8% до 29,9% по данным за 2005 г.). При высокой доле гарей в составе общей площади нелесных земель (от 44,4% до 85,5%), доля пустырей изменяется от 7,8% до 37,8%.
раза, максимальных периметров - почти в 3 раза), усиление мелкоконтурности выделов. Размещение темнохвойных формаций в пределах доминирующих типов местностей на территории исследуемых районов, отражено в табл. 4.
Хорошо видно, что во всех типах местности с присутствием тёмнохвойных лесов, происходит снижение доли площадей данных формаций. В пределах среднегорных геосистем их сокращение в среднем составило 15%, для низкогорных и предгорных мелкосопочных с пихтово-еловыми травяно-зеленомош-ными лесами с неморальными элементами - 35%, для вулканических плато - 13%. За исследуемые 30 лет сокращение площади темнохвойных лесов происходило со скоростью 0,54 % в год. Результаты проведенного дешифрирования отражают высокую степень пирогенной изменённости геосистем, которая проявляется в изменении (иногда весьма значительном) отдельных компонентов и структуры геосистем в целом.
Рассмотрим теперь положение темнохвой-ных лесов относительно ООПТ. Самые большие площади охраняемых темнохвойных массивов сосредоточены на территории Ботчинского заповедника и его охранной зоны (133,3 тыс. га) -13,7% всех пихтово-еловых лесов этих районов. Это единственный крупный охраняемый массив на восточном склоне Северного Сихотиэ-Алиня. В двух имеющихся здесь заказниках - Тумнин-ском и Мопау - темнохвойные леса охватывают площадь 22,4 тыс. га (2,3%). Значительная фрагментация лесов и небольшие площади контуров в заказниках не позволяют считать их достаточными для сохранения. Кроме того, юридический статус заказников не предполагает запрета лесозаготовок.
Таблица 3. Фрагментация выделов темнохвойных лесов в пределах Ванинского и Советско-Гаванского районов Хабаровского края
Годы Кол-во выделов Площадь, га П ериметр, км
макс. среднее значение сумма макс. среднее значение сумма
1975 137 456734 12004 1644647 2005 60,2 8242
1990 167 183214 7855 1311887 1175 48,1 8031
2000 203 163610 5282 1072371 694 39,1 7940
2005 199 141043 4886 972275 697 39,9 7938
И&РОд
Рис. 1. Изменение границ массивов темнохвойных лесов за 1975-2005 гг.
Таблица 4. Динамика площадей пихтово-еловых массивов в пределах доминирующих типов местностей (1975-2005 гг.)
Типы местности Доля геосистем в общей площади, % Доля пихтово-еловых лесов в % от общей площади геосистем
1975 г. 2005 г.
среднегорий средне- и слаборасчлененных с пихтово-еловыми травяно-зеленомошными лесами на буро-таежных почвах 4,1 60,1 47,8
среднегорий средне- и слаборасчлененных с лиственнично-мелколист-венными, мелколиственными лесами на буро-таежных почвах 14,8 25,2 20,4
низкогорий слаборасчлененных с производными лиственнично-мелко-лиственными; мелколиственными лесами на буро-таежных почвах 33,0 31,3 17,4
низкогорий средне- и слаборасчлененных с пихтово-еловыми травяно-зелено-мошными лесами с неморальными элементами на буро-таежных почвах 20,6 62,4 36,5
низкогорных плато с лиственнично-мелколиственными, мелколиственными, фрагментами темнохвойных лесов на буро-таежных оглеенных почвах 20,6 43,2 20,7
Выводы: полученные результаты позволяют рассматривать съёмку как эффективный инструмент для мониторинга нару- ' шенных лесных территорий, который позволяет отслеживать трансформацию лесных территорий, даёт возможность определить состояние повреждённой территории (вырубки, гари), прогнозировать дальнейшую трансформацию 2 повреждённой территории (возможность вторичного возникновения лесных пожаров). В ^ пределах восточных склонов северного Сихо- 4' тэ-Алиня пирогенная трансформация приводит к существенному снижению ландшафтного разнообразия, проявляющегося в увеличении степени фрагментированности геосистемных 5 выделов, сокращении доли коренных темно-хвойных лесов. Это, в свою очередь, способствует изменению ряда характеристик геосистем не только уровня урочищ, но также и местности. Высокая степень трансформации темно-хвойных геосистем восточных склонов Сихо-тэ-Алиня, которая проявляется в постоянном сокращении общей площади, раздробленности 6 контуров, уменьшению их размеров при не- 7' достаточной представлености в ООПТ, определяет необходимость сохранения их как «ключевых ландшафтных территорий» - эталонов зональных геосистем.
Работа выполнена при финансовой поддержке 8 гранта РФФИ-Правительства Хабаровского края 1005-98011 и проекта ДВО РАН № 10-Ш-В-09-235.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
Чибилев, А.А. Ключевые ландшафтные территории (географические аспекты сохранения природного разнообразия) / А.А. Чибилев, В.М. Пав-лейчик // Вестник Оренбургского госуниверситета. Спец. выпуск (67). Оренбург: ОрГУ, 2007. С. 4-8.
Лесной комплекс Дальнего Востока России: аналитический обзор. - Хабаровск: РИОТИП, 2008. 185 с.
Манько, Ю.И. Ель аянская. - Л.: Наука, 1987. 279 с. Климина, Е.М. Ландшафтно-картографическое обеспечение территориального планирования (на примере Хабаровского края). - Владивосток: Дальнаука, 2007. 132 с.
Климина, Е.М. Оценка антропогенной динамики ландшафтов восточного макросклона северного Сихотэ-Алиня на основе данных дистанционного зондирования / Е.М. Климина, А.В. Остроухов // ИнтерКарто/ИнтерГИС-16. Устойчивое развитие территорий: Теория ГИС и практический опыт: Матер. междунар. научн. конф. (Ростов-на-Дону (Россия), Зальцбург (Австрия), 3-4 июля 2010 г.). - Ростов н/Д: Изд-во ЮНЦ РАН, 2010. С. 237242.
NASA WIST, https://wist.echo.nasa.gov. Бейчук, О.Н. Использование материалов многозональной космической съёмки с целью выявления изменений в лесном фонде Белгородской области / О.Н. Бейчук, С.В. Парахин // Вестник ВГУ. Серия География. Геоэкология. 2006. №2. С. 62-68. Данилова, И.В. Методика составления карт лесных территорий на основе данных космической съёмки (на примере Красноярского края) // География и природные ресурсы. 2007. №4. С. 104145.
THE ANALYSIS OF DARK-CONIFEROUS FORESTS DISTURBANCE DYNAMICS IN NORTHERN SIKHOTE-ALIN ON THE BASIS OF USING
THE SATELLITE DATA
© 2011 EM. Klimina, A.V. Ostroukhov Institute of Water and Ecological Problems FEB RAS, Khabarovsk
In work analysis of dark coniferous forests disturbance dynamics in northern Sihote-Alin under the influence of anthropogenous loadings (fellings and fires) on the basis of using the data of Earth distance sounding (EDS) is carried out. For the first time for this territory maps of pyrogenic transformations of investigated geosystems are created, its scales, intensity and degree of a repeated burn-out are defined. It is revealed that to the greatest influence natural complexes of low mountains and foothills with fir-fur-tree forests have undergone, and also volcanic plateaus. The map reflecting the dynamics of change the area of dark-coniferous forests of north Sihote-Alin east slopes is presented. The obtained data speaks about reduction of the area of dark-coniferous forests, decreasing during investigated 30 years with speed of 0,54% a year.
Key words: main landscape territories, dark-coniferous forests, Earth distance sounding
Elena Klimina, Candidate of Geography, Associate Professor, Senior Research Fellow at the Laboratory of Optimization the Regional Nature Management. E-mail: Kliminaem@bk.ru Andrey Ostroukhov, Candidate of Geography, Research Fellow at the Laboratory of Optimization the Regional Nature Management. E-mail: ostran2004@bk.ru
1QQQ
