Геоэкология
УДК 502.08:502.5:911.3 Б01: 10.24412/1728-323Х-2024-4-72-77
ДИНАМИКА СРЕДНЕГОРНЫХ КУЛЬТУРНО-ИСТОРИЧЕСКИХ ЛАНДШАФТОВ ЧЕЧНИ И ИНГУШЕТИИ ПО ГОТОВЫМ ДЛЯ АНАЛИЗА НАБОРАМ ПРОСТРАНСТВЕННЫХ ДАННЫХ
Л. А. Петров, аспирант кафедры физической географии мира и геоэкологии географического факультета МГУ имени М. В. Ломоносова, leonid_petrov_1997@mail.ru, г. Москва, Россия
Аннотация. В статье рассматривается современная динамика изменений ландшафтного покрова и землепользования староосвоенного горного региона за 20-летний период. Исходными материалами для выявления ключевых трендов трансформации землепользования и земельного покрова послужили готовые для анализа тематические данные лаборатории GLAD Университета Мэриленда, для их верификации и корректировки были использованы полевые материалы, ландшафтные карты и космические снимки картографических электронных сервисов. Было определено три группы изменений землепользования и земельного покрова в среднегорной полосе Чечни и Ингушетии, каждая из которых включала несколько типов трансформации природно-территориальных комплексов, характеризующих как положительные с точки зрения продуктивности ландшафтов тренды, так и негативные. В целом, большая часть изменений на территории объекта обусловлена процессами естественной динамики и связана с трансформацией природно-территориальных комплексов из-за различных склоновых и флювиальных процессов, инициированных как естественными, так и антропогенными факторами, и в значительной степени приуроченных к долинам горных рек. Региональная дифференциация изменений позволила определить Ингушский сценарий трансформации землепользования и земельного покрова как наиболее типичный для сред-негорных районов Северного Кавказа.
Abstract. The article examines the current changes in the land use and land cover dynamics of the old-developed mountainous region over a 20-year period. The initial data for identifying key trends in the transformation of land use and land cover were the thematic data from the GLAD laboratory of the University of Maryland ready for analysis. To check and correct them, field materials, landscape maps and satellite images of electronic cartographic services were used. Three groups of land use and land cover changes were identified in the mid-mountain zone of Chechnya and Ingushetia. Each of the groups included several types of transformation of environmental complexes, characterizing both positive and negative trends in terms of landscape productivity. In general, most of the changes in the territory of the study object are caused by processes of natural dynamics. They are associated with the transformation of environmental complexes, largely confined to mountain river valleys, due to various slope and fluvial processes initiated by both natural and anthropogenic factors. The regional differentiation of the changes made it possible to determine the Ingush scenario of land use and land cover transformation as the most typical for the mid-mountain regions of the North Caucasus.
Ключевые слова: геоинформационное моделирование, динамика ландшафтов, землепользование, земельный покров, горные районы.
Keywords: geoinformation modeling, landscape dynamics, land use, land cover, mountain areas.
Введение. Среднегорная полоса Чечни и Ингушетии — староосвоенный регион, «вмещающий ландшафт» вайнахских горцев, который в первой половине XX века претерпел масштабную депопуляцию и переселение значительной части местного населения на нижние высотные уровни [1]. Между тем это крайне динамичная среда с пониженной устойчивостью к внешним воздействиям, для которой свойственны очень интенсивные процессы вертикального и латерального переноса вещества и энергии [2]. Анализ динамики горных ландшафтов рассматривается как одно из критически важных свойств для устойчивого развития горных территорий, которое может быть выражено при помощи геоинформационного моделирования [3].
Динамикой горных ландшафтов Северного Кавказа занимались различные исследовательские коллективы, как отечественные [4—7], так и зарубежные [8, 9]. Помимо привычных методов автоматизированного дешифрирования космических снимков с контролируемой классификацией по эталонным участкам, реализуемых в ГИС-среде [5], в Google Earth Engine [9] либо c использованием пакетов R [8], в последние годы при оценке трансформации ландшафтного покрова горных районов Северного Кавказа популярность набирают [4—6] готовые для анализа классифицированные растровые тематические продукты — последовательно обработанные данные Landsat ARD лаборатории Global Land Analysis and Discovery Университета Мэриленда, времен-
Рис. 1. Территория объекта исследования с выделенными границами этнотерриториальных обществ
на спутниковом снимке Google
ной диапазон которых в настоящее время составляет 20 лет (с 2000 по 2020 г.).
В границах текущего объекта исследования (рис. 1) располагаются пять ингушских этнотерриториальных обществ (шахаров) и 30 чеченских обществ [10]. Целью данной работы является использование данных GLAD ARD для выявления ареалов изменений землепользования и ландшафтного покрова среднегорных районов Чечни и Ингушетии, верификации и корректировки диагностированных автоматизированным путем типов трансформации и составления собственной типологии изменений землепользования и земельного покрова на территорию объекта исследования.
Методика геоэкологической оценки изменений земельного покрова по данным GLAD ARD
Готовые для анализа данные GLAD ARD1 по динамике ландшафтного покрова за период с 2000 по 2020 г. стали основой для построения в программной среде ArcGIS 10.5 комбинированного индекса изменений землепользования и земельного покрова на основе трех тематических растровых слоев: изменения лесопокрытых площадей (forest dynamic type), обрабатываемых угодий (cropland; с 2003 по 2019 г.) и застроенных территорий (built-up area extent and change) (рис. 2). Данные по динамике нивально-гляци-ального пояса в данном исследовании не рассматриваются ввиду несоответствия специфике объекта исследования.
1 https://glad.geog.umd.edu/ard/home
Статистически значимыми и характеризующими тренды землепользования, а не статичные состояния земельного покрова, стали уникальные значения комбинированного индекса, воспроизведенного как результат конкатенации значений первичных индексов. В рамках исследуемой территории они получили следующую интерпретацию:
• 121 — деградация лугов из-за антропогенного и экзогенного геодинамического естественного фактора;
• 220 — увеличение открытых травянистых экосистем за счет сокращения л есопокрытых площадей;
• 221 — увеличение площадей под застройкой за счет сокращения лесопокрытых площадей;
• 320 — увеличение лесопокрытых площадей за счет зарастания лугов;
• 132 — новые обрабатываемые угодья в зоне застройки;
• 140 — залежи;
• 130 — увеличение пахотных угодий;
• 142 — залежи в зоне старой застройки. Далее на основе космических снимков электронных сервисов Bing, Google, а также полевых данных, полученных в ходе Северокавказских комплексных экспедиций [11], и составленной на их основе ландшафтной карты в программном обеспечении QGIS производилась верификация идентифицированных результатов по изменениям земельного покрова. Всего было выделено три группы изменений в зависимости от драйверов, которые им способствуют (рис. 3): интенсификация землепользования (группа 1), заброс угодий и последующая естественная экореабилитация
Площадь застройки и ее изменения с 2000 по 2020 г. (Built-up area extent and change)
Первичные данные
Тип динамики лесов I Сельскохозяйственные I Сельскохозяйственные
с 2000 по 2020 г. I угодья в 2003 г. I угодья в 2019 г.
(Forest dynamic tipe) I (Cropland) I (Cropland)
1 — стабильная площадь лесов, 2000—2020 гг.
2 — утрата площади лесов, 2001—2020 гг.
3 — увеличение площади лесов, 2000—2020 гг.
4 — леса, пострадавшие от нарушений или деградации древостоя, связанного с замещением лесов, 2001—2020 гг.
0 — нет с.-х. угодий или нет данных в 2003 г.
0 — нет с.-х. угодий или нет данных в 2019 г.
1 — с.-х. угодья в 2003 г. 1 — с.-х. угодья в 2019 г.
Комбинированный индекс с.-х. угодий
0 — незастроенные территории в 2000—2020 гг.
1 — расширение застройки в 2000—2020 гг.
2 — стабильная застроенная площадь в 2000—2020 гг.
1 - - за пределами объекта
исследования
2 ( =00) — иная категория
земельного покрова
3 ( =00)" — расширение с.-х. угодий
4 (= =10) — сокращение с.-х. угодий
5 (= =11) — постоянные с.-х. угодий
Комбинированный индекс изменений землепользования и земельного покрова
Рис. 2. Схема построения комбинированного индекса изменений землепользования и земельного покрова
Категории изменения землепользования и земельного покрова 1
1. Изменение землепользования 2. Экореабилитация 3. Естественная динамика ландшафтов
1.1. Расширение обрабатываемых угодий за счет естественных лугостепей (по индексу 132) 2.1. Зарастание лугов древесной растительностью (по индексу 320) 3.1. Сокращение лесов, формирование лесных опушек (ландшафтов лесо-лугового типа, либо послелесных лугов) — по индексу 220
2.2. Экореабилитация бывших пахотных угодий, в особенности террасированных (формирование залежей) — по индексу 140
1.21. Расширение на заброшенных террасированных склонах (по индексу 130)
3.2. Обнажения подстилающих пород в горно-лесном поясе из-за обвально-осыпных процессов — по индексу 220
1.3. Крупномасштабная застройка на месте бывших обрабатываемых угодий (по индексу 130)
3.3. Деградация пойменно-русловых лесов, снижение сомкнутости из-за флювиальных и эррозионных процесов (по индексу 130)
1.4. Личное подсобное плодоовощное хозяйство (огораживание) либо ИЖС на месте бывших пахотных угодий (по индексу 142)
3.4. Деградированный почвенно-растительный покров травянистых и кустарниковых фитоценозов, обнажение коренных подстилающих пород (естественные процессы) — по индексам 121, 130, 132
1.5. Вырубки либо карьеры (по индексу 220)
1.6. Сокращение лесов на месте новых инфраструктурных объектов (по индексу 220 + 221) 3.5. Закустаривание (по индексу 140)
3.6. Олуговение деградированного почвенно-растительного покрова на сухостепных склонах южной экспозиции (по индексу 140)
1.7. Деградированный почвенно-растительный покров луговых фитоценозов из-за строительства дорог, застройки (по индексу 121)
Рис. 3. Группы и типы смены землепользования и земельного покрова среднегорной Чечни и Ингушетии
за период с 2000 по 2020 г.
(группа 2), естественная динамика ландшафтов (группа 3).
Каждая группа также была разбита на типы переходов земельного покрова. Наиболее обширная категория связана с фактором нарастания антропогенной нагрузки: она представлена разнообразными типами, иллюстрирующими смену землепользования, наиболее выраженный среди которых связан с увеличением застроенных территорий, в особенности крупных туристско-рек-реационных кластеров и дорожной инфраструктуры, а также с возрастанием доли частной собственности на землю. Группа экореабилитации представлена двумя типами: зарастанием пастбищных и сенокосных лугов древесной растительностью и формированием залежей на месте бывших обрабатываемых угодий. Группа, описывающая естественную динамику ландшафтов, характеризует, как и негативные с точки зрения продуктивности фитоценозов процессы (деградация лесных и луговых сообществ), так и положительные, связанные с увеличением сомкнутости травянистого покрова сухостепных склонов южной экспозиции либо с увеличением площадей, занятых кустарниками в формациях шибляка аридных котловин.
Результаты геоэкологической оценки по данным GLAD ARD
В ходе проведенного анализа было установлено (рис. 4), что 70 % всех приходящихся на сред-негорную часть Чечни и Ингушетии за период с 2000 по 2020 г. связано с деградацией луговых (47 %) и лесных (23 %) фитоценозов из-за склоновых процессов, связанных с естественной динамикой ландшафтов. Также локально встречаются ареалы деградации пойменно-русловых лесов (2 %) и трансформации лесных растительных сообществ на луговые (2 %), что, вероятно, объясняется экстенсивным характером природопользования местных сообществ. В противовес последнему типу изменения землепользования за 20 лет были отмечены и участки увеличивающихся ле-сопокрытых площадей (1 %), в основном приуроченные к субальпийским лугам на границе Чечни и Ингушетии.
Среди изменений, обусловленных антропогенным фактором, больше всего выделяется деградация луговых (14 %) и лесных (6 %) экосистем из-за возведения масштабных инженерно-технических сооружений в рамках проектов по развитию современной туристско-рекреацион-ной инфраструктуры, обустройству дорожной сети либо строительства частных домовладений. Важное значение также имеет тренд закрепления земель бывших обрабатываемых угодий на
■
7"" 1
6' (N 1
^ 5х я 1
л 4^ Э г ■
о 3 ц : 1.
И 2^
1' л/ ггт
°^34 32 17 16 14 33 31 15 21 36 13 35 22 12 11
Рис. 4. Структура типов изменений землепользования и земельного покрова среднегорной полосы Чечни
и Ингушетии. Значения кодификаторов см. на рис. 3
напашных террасах за личными подсобными хозяйствами (3 %). В Аргунском ущелье Чечни встречаются современные вырубки и карьеры в поясе горных широколиственных лесов (1 %).
Различия Чечни и Ингушетии (рис. 5) заключаются в том, что в среднегорной части Ингушетии выше доля площади территории, на которой за рассматриваемый двадцатилетний период произошли изменения землепользования и земельного покрова (9 %о против 4 %о в Чечне), и характер этих изменений соответствует общим трендам, которые выделены на территории объекта исследования в целом. Для Чечни характерны более специфичные типы трансформации земле -пользования и земельного покрова, к примеру, приватизация бывших пахотных угодий на напашных террасах и формирование на их основе современной системы расселения, представленной дисперсными частными домовладениями («14»).
Из наиболее распространенных типов естественной трансформации земельного покрова следует отметить, что по сравнению с Чечней в Ингушетии деградация луговых сообществ «34» имеет более широкое распространение (50 % против 46 %), в то время как деградации лесов «32» больше подвержены горно-лесные ландшафты Чечни (24 % против 22 % в Ингушетии). Антропогенный фактор деградации естественных ландшафтов имеет аналогичную региональную специфику: в Ингушетии отчетливо выделяется тип деградации почвенно-растительного покрова лугов «17» (20 %) из-за строительства разнообразных по функциональному назначению инфраструктурных объектов в Джейрахском ущелье, в то время как в Чечне наиболее подвержены деградации горно-лесные ландшафты «16» в районе ВТРК Ведучи на землях общества Чанты, а также на месте прокладки современной дорожной инфраструктуры в Галанчожском районе. Деградация
50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0
_ al
И
I I 1 1
_ 1 . -1 1 - и | ШШШ n
ч\ чг
чЬ
ч^
'V4 "0
ч
Тип перехода земельного покрова Доля Ингушетии, % Доля Чечни, %
& о\о
Рис. 5. Соотношение типов изменений землепользования и земельного покрова среднегорных ландшафтов Чечни и Ингушетии.
Значения кодификаторов см. на рис. 3
лесов пойменно-русловых комплексов «33» более распространена в Ингушетии в долинах рек Терек и Асса. Вырубки и карьеры «15», появившиеся в период с 2000 по 2020 г., встречаются только в среднегорной части Чечни.
Также для Чечни характерны типы трансформации земельного покрова, описывающие увеличение продуктивности семиаридных ландшафтов горных степей, шибляков и фриганоидов («22», «35», «36»). Типы возобновления распашки «12» или расширения площадей пахотных угодий за счет лугопастбищ «11» имеют крайне низкие значения (<0,5 %) и больше характерны для нижней в гипсометрическом отношении в границах объекта исследования части Аргунского ущелья (земли обществ Шатой и Чухой).
Заключение. Анализ геоэкологического состояния территории среднегорной полосы Чечни и Ингушетии, заключающийся в выявлении трендов трансформации землепользования и земельного покрова за первые 20 лет текущего тысячелетия, а также их распространения, выполненный на основе готовых для анализа данных тематических растров GLAD, позволил сделать вывод о высоком вкладе факторов естественной динамики в трансформации свойств природно-территори-альных комплексов. Также было установлено,
что наиболее значительным антропогенным фактором трансформации культурно-исторических ландшафтов объекта исследования является широкомасштабное кластерное туристско-рекреа-ционное освоение и частное домовладельческое освоение.
Кроме того, данная методика позволила выявить региональные различия и генезис инициирующих их факторов, которые происходят в среднегорных л андшафтах двух смежных республик — Чечни и Ингушетии. В публикациях, рассмотренных в вводной части данной статьи и посвященных динамике изменения ландшафтов на различных ключевых участках среднегорной и высокогорной зоны Северного Кавказа, отмечаются более близкие к Ингушскому сценарию тренды трансформации земельного покрова и практик землепользования.
Соответственно, при наличии материалов, позволяющих произвести верификацию результатов автоматизированного анализа, данные GLAD ARD по различным категориям земельного покрова могут быть успешно использованы в качестве основы для исследования актуальных изменений природно-территориальных комплексов на уровне типов ландшафтов для обеспечения устойчивого развития горных территорий.
Библиографический список
1. Колбовский Е. Ю., Петрушина М. Н., Петров Л. А., Гагаева З. Ш. Культурные ландшафты гор Северного Кавказа: подходы к исследованию, реконструкции и сохранению // Устойчивое развитие горных территорий. — 2019. — Т. 11, № 3. — С. 397—412. DOI: 10.21177/1998-4502-2019-11-3-397-412.
2. Huber U. M., Bugmann H. K. M., Reasoner M. A. Global Change and Mountain Regions. An Overview of Current Knowledge. — Dordrecht, Netherlands: Springer, 2005. — 650 p.
3. Гуня А. Н., Колбовский Е. Ю., Гайрабеков У. Т. Картографо-геоинформационное обеспечение устойчивого развития горных регионов // ИнтерКарто. ИнтерГИС. — 2019. — Т. 25, № 1. — С. 47—65. DOI: 10.35595/2414-9179-20191-25-47-65.
4. Петрушина М. Н., Гуня А. Н., Колбовский Е. Ю., Пуреховский А. Ж. Динамика горных ландшафтов Северного Кавказа при современном изменении климата и усилении антропогенного воздействия // Известия РАН. Серия географическая. — 2024. — Т. 87, № 7. — С. 1032—1049. DOI: 10.31857/S2587556623070130.
5. Алексеева Н. Н., Гуня А. Н., Черкасова А. А. Динамика земельного покрова на горных охраняемых природных территориях Северного Кавказа (на примере национального парка «Алания») // Вестник Московского университета. Серия 5: География. — 2021. — № 2. — С. 92—102.
6. Пуреховский А. Ж., Гуня А. Н., Колбовский Е. Ю. Динамика высокогорных ландшафтов Северного Кавказа по данным дистанционного зондирования в 2000—2020 гг. // Известия ДГПУ. Естественные и точные науки. — 2022. — Т. 16, № 2. — С. 72—84. DOI: 10.31161/1995-0675-2022-16-2-72-84.
7. Пуреховский А. Ж., Петров Л. А., Колбовский Е. Ю., Сонюшкин А. В. Использование Больших данных для оценки экореабилитации культурных ландшафтов горной Чечни // Известия ДГПУ. Естественные и точные науки. — 2022. — Т. 16, № 4. — С. 83—93. DOI: 10.31161/1995-0675-2022-16-4-83-93.
8. Buchner J., Yin H., Frantz D. et al. Land-cover change in the Caucasus Mountains since 1987 based on the topographic correction of multi-temporal Landsat composites // Remote Sensing of Environment (2020) 248. — P. 111967. DOI: 10.1016/ j.rse.2020.111967.
9. Rizayeva A., Nita M. D., Radeloff V. C. Large-area, 1964 land cover classifications of Corona spy satellite imagery for the Caucasus Mountains // Remote Sensing of Environment (2023) 284. — P. 113343. DOI: 10.1016/j.rse.2022.113343.
10. Сулейманов А. С. Топонимия Чечено-Ингушетии: в IV ч. (1976—1985 гг.).— Грозный: Чечено-Ингушское книжное изд-во, 1976.
11. Ландшафты Аргунского государственного историко-архитектурного и природного музея-заповедника / А. Н. Гуня, М. Н. Петрушина, У. Т. Гайрабеков [и др.] // Северокавказская комплексная экспедиция: Труды. — Вып. 2. — Грозный: Изд-во «АЛЕФ», 2021. — С. 43—94.
DYNAMICS OF MID-MOUNTAIN CULTURAL AND HISTORICAL LANDSCAPES OF CHECHNYA AND INGUSHETIA BASED ON SPATIAL ANALYSIS OF READY DATASETS
L. A. Petrov, Postgraduate, Department of World Physical Geography and Geo-ecology, Faculty of Geography, Lomonosov Moscow State University, leonid_petrov_1997@mail.ru, Moscow, Russia
References
1. Kolbovsky E. Yu., Petrushina M. N., Petrov L. A., Gagaeva Z. Sh. [Cultural Landscapes of the Mountains of the North Caucasus: Approaches to Research, Reconstruction and Preservation. Sustainable development of mountain territories. 2019. Vol. 11. No. 3. P. 397-412 [In Russian]. DOI: 10.21177/1998-4502-2019-11-3-397-412.
2. Huber U. M., Bugmann H. K. M., Reasoner M. A. Global Change and Mountain Regions. An Overview of Current Knowledge. Dordrecht, Springer, 2005. 650 p.
3. Gunya A. N., Kolbovsky E. Yu., Gairabekov U. T. GIS-modeling and Mapping for Sustainable Development of Mountain Regions. InterCarto. InterGIS. 2019. Vol. 25, No 1. P. 47-65 [In Russian]. DOI: 10.35595/2414-9179-2019-1-25-47-65.
4. Petrushina M. N., Gunya A. N., Kolbovsky E. Yu., Purekhovsky A. Zh. Dynamics of Mountain Landscapes of the North Caucasus under Modern Climate Change and Increased Anthropogenic Impact. Izvestiya Rossiiskoi Akademii Nauk. Seriya Geograficheskaya. 2023; 87 (7): 1032-1049 [In Russian]. https://doi.org/10.31857/S2587556623070130.
5. Alekseeva N. N., Gunya A. N., Cherkasova A. A. Land Cover Dynamics during Recent 30 Years (A case Study of the "Alanya" National Park, the Northern Caucasus). Vestnik Moskovskogo Universiteta. Seria 5, Geografia [Moscow University Bulletin. Series 5, Geography]. 2021. No. 2. P. 92—102 [In Russian].
6. Purekhovsky A. Zh., Gunya A. N., Kolbovsky E. Yu. Dynamics of High-Mountain Landscapes in the North Caucasus According to Remote Sensing Data in 2000—2020. DSPU Journal. Natural and Exact Sciences. 2022. Vol. 16, No. 2. P. 72—84 [In Russian]. DOI: 10.31161/1995-0675-2022-16-2-72-84.
7. Purekhovsky A. Zh., Petrov L. A., Kolbovsky E. Yu., Sonyushkin A. V. Big Data for Assessing the Ecological Rehabilitation of Cultural Landscapes in Mountainous Chechnya. DSPU Journal. Natural and Exact Sciences. 2022. Vol. 16, No. 4. P. 83—93 [in Russian]. DOI: 10.31161/1995-0675-2022-16-4-83-93.
8. Buchner J., Yin H., Frantz D. et al. Land-cover change in the Caucasus Mountains since 1987 based on the topographic correction of multi-temporal Landsat composites. Remote Sensing of Environment. 2020. Vol. 248. P. 111967. DOI: 10.1016/ j.rse.2020.111967.
9. Rizayeva A., Nita M. D., Radeloff V. C. Large-area, 1964 land cover classifications of Corona spy satellite imagery for the Caucasus Mountains. Remote Sensing of Environment. 2023. Vol. 284. P. 113343. DOI: 10.1016/j.rse.2022.113343.
10. Suleimanov A. S. Toponimiya Checheno-Ingushetii: v IV chastyah (1976—1985 gg.). [Toponymy of Chechen-Ingushetia: in IV parts (1976—1985)]. Grozny: Chechen-Ingush Publ., 1976 [in Russian].
11. Gunya A. N., Petrushina M. N., Gairabekov U. T. et al. Landshafty Argunskogo gosudarstvennogo istoriko-arhitekturnogo i prirodnogo muzeya-zapovednika [Landscapes of the Argun State Historical, Architectural and Natural Museum-Reserve]. North caucasus complex expedition. Proceedings. Issue 2. Grozny, ALEF Publ., 2021. P. 43—94 [In Russian].