CC BY
16
УДК 528.8
1 2 Д.С. Дубовик , М.В. Якутия
1СГГА, Новосибирск
2ИПА СО РАН, Новосибирск
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МЕТОДОВ ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ В МОНИТОРИНГЕ СТЕПНЫХ ЭКОСИСТЕМ ТУРАНО-УЮКСКОЙ КОТЛОВИНЫ
D.S. Dubovik1, M.V. Yakutin2 Siberian State Academy of Geodesy (SSGA) 10 Plakhotnogo Ul., Novosibirsk, 630108, Russian Federation Institute of Soil Science and Agrochemistry (ISSA) 18 Sovetskaya Ul., Novosibirsk, 630099, Russian Federation
USE OF REMOTE SENSING IN MONITORING OF STEPPE ECOSYSTEMS IN TURAN-UYUK DEPRESSION
The purpose of the present research consist in construction of a landscape map on Turan-Uyuk depression. The map was compounded under the data of a decoding of space snapshots. Nine kind of landscapes were discharged on a landscape map. The field area has compounded 17,3 %, and the area of steppe pastures has compounded 10 % from the general area of a flat part of Turan-Uyuk depression. The hardly degraded pastures compound 22 % from common area of pastures.
Из всех типов наземных экосистем, степные экосистемы испытывают наибольшее воздействие со стороны человека с древнейших исторических времён до наших дней. Сухие степи задолго до появления человека на Земле служили естественными пастбищами для десятков миллионов травоядных животных. Сегодня на этих пастбищах пасется домашний скот. Его численность и биомасса близки к тем, что имели дикие копытные 3-4 века назад.
Система ведения кочевого скотоводства складывалась в течение длительного исторического периода и определялась совокупностью природных и хозяйственных факторов. Выполнение этих условий приводило к локализации антропогенного воздействия на растительный покров. В настоящее время для Тувы характерна смена традиционных видов отгонного скотоводства полустационарным, что связано с появлением постоянных центров. Следствием этого является сокращение числа и дальности перекочёвок, сосредоточению скота вблизи посёлков, летовок в одних и тех же местах. В местах значительного скопления населения и домашних животных наблюдаются процессы деградации степных экосистем [1, 2].
Индикаторами деградации экосистем выступают любые нарушения компонентов - изменения состава, структуры; ухудшение естественных качеств компонентов; на последних стадиях дигрессии возможно отсутствие биотических компонентов и зонального экотопа [3].
В степях Тувы в ходе длительной адаптации установилось уникальное соотношение надземной и подземной массы растительности, которое составляет 1 : 30 и даже 1 : 40. Мощный запас питательных веществ в корнях гарантирует быстрое восстановление надземных частей растений после
поедания их скотом. Естественная степная растительность с мощной корневой системой является лучшим закрепителем почвы. Распашка и замена степной растительности культурными злаками с неизбежностью привели к усилению эрозионных процессов.
В современном научно-исследовательском арсенале имеется большое количество различных методов определения жизненного состояния и жизненности различных видов, популяций и состояния экосистем. Однако все эти научные методы, будучи основанными на количественной параметризации структурных и особенно функциональных характеристик биоты и среды обитания, достаточно сложны, трудоёмки и дороги [1, 2]. Экологический мониторинг с использованием этих методов часто затруднен.
Дистанционное исследование обеспечивает быстрый и эффективный способ получения информации об использовании земель, состоянии экосистем, степени нарушенности природных и природно-антропогенных комплексов. Среди физических методов, применяемых в экологическом мониторинге в настоящее время, особое место занимают оптические дистанционные методы, основанные на использовании закономерностей взаимодействия излучения с веществом, на знании оптических свойств исследуемых объектов, на понимании сущности оптических явлений, протекающих в природной среде [4].
Оптические и радиационные свойства экосистем непосредственно определяются, в первую очередь, растительным покровом, а там, где покрытие растительности меньше 30-40 %, также и почвами. Растительность и почвы представляют ту физическую деятельную поверхность, которая формирует отражение, падающего солнечного света и собственное излучение. Основные экобиоморфы растительности и классы типов почв характеризуются специфическими оптическими свойствами [5].
В настоящее время в России в отличие от многих стран отсутствует единая информационная система обеспечения исследований окружающей среды. Ведущиеся в различных организациях и ведомствах работы по изучению природно-антропогенных систем разрознены, и получаемые при этом важные результаты не всегда доступны для массового пользователя. Более того, отсутствуют единые стандарты представления и хранения экологической информации и развития технологий ее обработки [6].
Цель данного исследования состояла в анализе соотношения площадей природных и антропогенно-трансформированных объектов в равнинной части Турано-Уюкской котловины Республики Тыва.
Исходные растровые изображения были получены из ресурсов Google Maps. Размер собранного растра составил 8*4,5 тысячи точек. Полученное от Google Maps изображение зарегистрировано в проекции Меркатора (Universal Transverse Mercator (WGS 84)), в MapInfo, по 8 контрольным точкам, координаты которых получены при помощи Google Earth. Ошибки точек не превышают 4-х пикселей. Зона UTM 46. При определении контуров для некоторых участков котловины использовались данные Google Earth высокого разрешения (Quick Bird), снимок Landsat 7 ETM+ с различными комбинациями каналов.
Граница Турано-Уюкской котловины проведена примерно по горным склонам, где постоянные высоты гор достигают 1 300-1 500 метров и лесной покров становится постоянным. Средние высоты в равнинной части котловины колеблются от 800 до 880 метров, понижение поверхности в равнинной части котловины в целом идёт с запада на восток, конечный водоток - р. Бий-Хем, с высотой уреза около 665 метров возле впадения р. Уюк. Высота реки Уюк в месте впадения р. Туран - около 810 метров, высота р. Туран, возле г. Туран примерно 855 метров. Мелкие горы внутри котловины имеют высоту не более 1 100-1 200 метров над уровнем моря.
Путём сравнения характерных окрасок с данными Google Earth высокого разрешения были определены контура девяти типов местности (рис. 1).
Рис. 1. Ладшафтно-экологическая картосхема Турано-Уюкской котловины: 1 лесные массивы; 2 - горные степи и луга; 3 - луга; 4 - болота; 5 - пашни; 6 степные пастбища под умеренным выпасом; 7 - сильно деградированные
степные пастбища
Картосхема отрисована в масштабе М 1 : 100 000. Приблизительные ошибки при определении площадей лесов, пашни, травяных экосистем горных склонов и населенных пунктов составляют не более 10 %. Площади остальных выделенных типов местности определены с ошибкой до 20 %. Некоторые контура могут быть ошибочно опознаны, и для более подробного и полного их анализа необходимо полевое дешифрирование.
Большие площади территории котловины, являющиеся, по сути, сильно пересечённой местностью, выделены в общий контур горных склонов - в основном это южные склоны невысоких гор с неоднородным покрытием. Во многих местах мелкие водотоки, расчленяя склоны, спускаются в долину, образуют конус выноса и переходят в контура луговой или болотной растительности.
На территориях, занятых степными пастбищами в равнинной части котловины, были выделены участки сильно деградированных пастбищ и степных пастбищ под умеренным выпасом.
На основании ландшафтной карты были вычислены площади различных ландшафтных участков (табл. 1).
Таблица 1. Площади дешифрированных объектов в Туранской котловине
№ Тип местности Площадь Площадь (%
п/п (км2) )
1 Лесные массивы различной плотности и состава,
подавляющая часть из которых - хвойные породы горных 683,69 30,8
склонов
2 Травяные экосистемы горных склонов 606,67 27,3
3 Пашни используемые или заброшенные 382,92 17,3
4 Пойменные луга 187,46 8,4
5 Заболоченные территории, местами с мелкими, до 200 метров в диаметре озёрами 121,69 5,5
6 Озёра 4,75 0,2
7 Степные пастбища под умеренным выпасом 173,27 7,8
8 Сильно деградированные степные пастбища 48,57 2,2
9 Населённые пункты 10,23 0,505
Общая площадь равнинной части Турано-Уюкской котловины по данным дешифрирования составила 2 219,25 км2. Травяные экосистемы занимают 1
Л
015,97 км (45,78 % площади равнинной части котловины).
Суммарная длина всех водотоков - 417,3 км, длина обозначенных на картосхеме полевых и грунтовых дорог - 247,9 км, длина федеральной трассы М-54 в пределах картосхемы - 68 км, протяженность границы с Красноярским краем в пределах картосхемы - 50,1 км.
Общая площадь пашни составляет 382,92 км2 (17,3 % площади равнинной
Л
части котловины). Степные пастбища занимают 221,84 км (10 % площади равнинной части котловины), из них сильно деградированы 21,9 %.
Одним из лимитирующих факторов отгонного животноводства является наличие водопоев. В горно-степных, горно-лесостепных и горно-лесных районах ими являются реки, а в равнинных и горно-пустынных - родники и
колодцы. В юго-восточной части Тувы концентрация поголовья скота отмечается в местах с повышенной плотностью водопоя: у мелких озер, в солончаковых впадинах, возле родников и колодцев. Именно там наблюдается максимальное нарушение и сбитые пастбища, на которых фиксируется смена коренного растительного сообщества сорными видами растений с преобладанием ядовитых - слабопоедаемых и непоедаемых [1].
По данным составленной ландшафтно-экологической картосхемы оказалось, что в Турано-Уюкской котловине основные площади сильно деградированных пастбищ, также как во всей Тыве, приурочены к населенным пунктам и водопоям.
Последнее обследование состояния пастбищ на севере Центральной Азии показало, что около 75 % пастбищ деградированы в той или иной степени и нуждаются в различных мероприятиях по улучшению [7]. Составленная ландшафтно-экологическая картосхема Турано-Уюкской котловины не позволяет без дополнительного полевого обследования оценить степень нарушенности всех степных пастбищ. Но на основании составленной картосхемы уже на данной стадии ее исполнения становится возможным оценить площади и местоположение наиболее нарушенных участков степных пастбищ, и принять меры к проведению комплекса мероприятий для их восстановления.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Ондар С.О. Проблемы устойчивости экосистем и оценка их современного состояния / С.О. Ондар, Н.И. Путинцев, А.Ч. Ашак-оол и др. / Кызыл: ТувИКОПР СО РАН, 2000. - 182 с.
2. Востокова Е.Л. Совместная Российско-Монгольская комплексная биологическая экспедиция. Биологические ресурсы и природные условия Монголии // Т. XXXIX Экосистемы Монголии: распространение и современное состояние / Е.Л. Востокова, П.Д. Гунин, Е.И. Рачковская и др. - М.: Наука, 1995. - 326 с.
3. Гунин П.Д. Современные процессы деградации и опустынивания экосистем восточноазиатского сектора степей и лесостепей // Современные глобальные изменения природной среды. В 2-х томах. Т. 2. / П.Д. Гунин, И.М. Микляева. - М.: Научный мир. - 2006. -С.389-412.
4. Зятькова Л.К. У истоков аэрокосмического мониторинга природной среды / Л.К. Зятькова, Б.С. Елепов. - Новосибирск: СГГА, 2007. - 380 с.
5. Виноградов Б.В. Аэрокосмический мониторинг экосистем / Б.В. Виноградов. - М.: Наука, 1984. - 320 с.
6. Савиных В.П. Информационные технологии в системах экологического мониторинга / В.П. Савиных, В.Ф. Крапивин, И.И. Потапов. - М.: ООО Геодезкартиздат, 2007. - 392 с.
7. Эксперимент "Убсу-Нур". Коллективная монография. Ч. 1. Наземные исследования / Бугровский В.В. и др. - М.: Интеллект, 1995. - 272 с.
© Д.С. Дубовик, М.В. Якутия, 2009
