CC BY
23
••• Известия ДГПУ. Т. 11. № 3. 2017
••• DSPU JOURNAL. Vol. 11. No. 3. 2017
НАУКИ О ЗЕМЛЕ
Науки о Земле / Earth Science Оригинальная статья / Original Article УДК 91
Исследование механизмов дефляции в Северо-Западном Прикаспии индикационными методами для целей охраны и оптимизации почвенных ресурсов
© 2017 Алахвердиев Ф. Д., Набиев О. С.
Дагестанский государственный педагогический университет, Махачкала, Россия; e-mail: gazem73@mail.ru; kuchaev_rasul@mail.ru
РЕЗЮМЕ. Цель данного исследования - выявить и показать основные закономерности и особенности механизмов дефляции в Северо-Западном Прикаспии. Методы. Для объективации механизмов разрушения, переноса и преобразования почвенных частиц воздушными массами в процессе дефляции в работе используются методы индикационных исследований, что позволяет дать научное обоснование прогнозированию и предупреждению эрозии на почвах изучаемой территории. Результаты. Ветровая эрозия производит значительные изменения в рельефе сельскохозяйственных угодий в соответствии с условиями их хозяйственного использования. В генетическом строении почвенного покрова происходят также глубокие изменения в механическом и химическом составе почвы. Выводы. Полученные данные о механизме и структуре всего воздушно-почвенного потока, начиная с момента его формирования, т. е. в зоне выдувания, и заканчивая переносом и отложением почвенных частиц ветром в зоне аккумуляции, позволяют повысить уровень научной обоснованности регионального перераспределения и рационального использования почвенных ресурсов, а также своевременно принять меры по охране окружающей среды.
Ключевые слова: дефляция, почва, ветер, эрозия, пыльная буря, мезорельеф, эоловые процессы.
Формат цитирования: Алахвердиев Ф. Д., Набиев О. С. Исследование механизмов дефляции в Северо-Западном Прикаспии индикационными методами для целей охраны и оптимизации почвенных ресурсов // Известия Дагестанского государственного педагогического университета. Естественные и точные науки. 2017. Т. 11. № 3. С. 90-95.
Analysis of Deflation Mechanisms in the North-Western Caspian Sea Region by Means of Indicating Methods of Protection and Optimization Soil Resources
© 2017 Fazil D. Alahverdiev, Oleg S. Nabiev
Dagestan State Pedagogical University, Makhachkala, Russia; e-mail: gazem73@mail.ru; kuchaev_rasul@mail.ru
ABSTRACT. The aim of this study is to identify and demonstrate the main regularities and peculiarities of the deflation mechanisms in the North-Western Caspian Sea region. Methods. Methods of indicating research are applied to examine the mechanisms of devastation, portage and transformation of soil particles by air mass in deflation process. These methods help to establish a scientific rational for predicting and preventing erosion on the soils of the explored region. Results. Soil drifting cause considerable changes in the farmlands relief according to the conditions of its agricultural exploration. Bold changes in chemical and mechanical composition of the soil occur in the genetic structure of soil mantle. Conclusion. The analysis of mechanism and structure of air and soil mass from the moment of its formation in a blowing out zone to the portage and soil particles deposit caused by wind in the zone of accumulation allows to raise the level of scientific rational for regional redistribution and reasonable exploration of soil resources and helps to take measures for the environment protection.
Keywords: deflation, soil, wind, erosion, dust whril, mesorelief, eolian activity.
For citation: Alahverdiev F. D., Nabiev O. S. Analysis of Deflation Mechanisms in the North-Western Caspian Sea Region by Means of Indicating Methods of Protection and Optimization Soil Resources. Dagestan State Pedagogical University. Journal. Natural and Exact Sciences. 2017. Vol. 11. No. 3. Pp. 90-95. (In Russian).
Введение
Будучи базой существования наземных экосистем, почва представляет собой важный предмет приоритетных изысканий как фундаментальных, так и прикладных наук. Масштабы проявления ветровой эрозии почвенного покрова Земли уже носят глобальный характер и имеют тенденцию к расширению. По данным государственного учета на территории сельскохозяйственных угодий Российской Федерации подвержено эрозии более 28 % почв, в том числе ветровой эрозии свыше 16 млн га. Причем к категории эродированных и опасных в отношении эрозии почв в Поволжском и СевероКавказском регионах относится до 90 % площади сельскохозяйственных угодий. Настоящее исследование актуально и ориентировано на изучение механизмов дефляции в Северо-Западном Прикаспии.
Материал и методы исследования
Цель работы - показать, что для успешного решения проблем теории и практики ветровой эрозии почвы следует использовать различные методы, соответствующие разномасштабным природным явлениям, из которых складывается ветровая эрозия почвы. Так, механизмы дефляции возможно изучить индикационными методами, которые применяются к изучению дефляционных процессов на территории СевероЗападного Прикаспия.
Явление ветровой эрозии почвы зарождается на границе твердой и газообразной сред (почвы и воздуха), развивается в прилегающем к Земле слое атмосферы и завершается на земной поверхности водной или почвенной [1; 2]. Для того чтобы ветровая эрозия
почвы началась, необходимо, чтобы скорость ветра превышала некоторую величину, называемую критической [7; 6]. После этого почвенные частицы начинают двигаться, колеблются, перекатываются или скользят по поверхности, совершают скачки или переносятся ветром в подвижном состоянии [4]. При этом формируется почвенный поток переменного состава, структуры и размеров, некоторые компоненты потока подвергаются обтачиванию, истиранию при взаимодействии с поверхностью. Качество почвы, переносимой ветром, зависит от его скорости: по имеющимся в литературе данным суммарный перенос почвы (кг/м/с) ветром постоянной скорости над однородной по эродируемости поверхностью возрастает, достигая максимума на некотором расстоянии от края, а затем несколько снижается
[5].
Полученные результаты и их обсуждение
Итак, главная роль в развитии дефляции принадлежит ветру. Скорость движения воздушного потока по мере приближения к поверхности земли падает, причем наиболее существенное уменьшение скорости потока наблюдается непосредственно у поверхности (рис. 1).
Изменение скорости ветра определяется, с одной стороны, неровностями поверхности почвы и её покрова (шероховатостью), а с другой - турбулентным обменом: ветер влияет на частицы через турбулентное трение, характеризующее силу воздействия потока на подстилающую поверхность. Увеличение шероховатости поверхности почвы способствует развитию ветровой эрозии, хотя ско-
рость ветра в приземном слое несколько па-
дает.
2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Рис. 1. Кривые скорости ветра на различных высотах. Условные обозначения:
1 - на высоте 12 м, 2 - на высоте 2 м, 3 - на высоте 1 м
Если шероховатость существенно повышает прочность поверхности, то она играет положительную роль, хотя повышает турбулентное трение. Эта особенность имеет очень важное практическое значение при разработке мероприятий по борьбе с ветровой эрозией. Она показывает, что шероховатость может играть и положительную и отрицательную роль в борьбе с дефляцией.
Чтобы правильно и эффективно проводить борьбу с ветровой эрозией, необходимо знать механизм разрушения и переноса почвенных частиц в процессе дефляции: процесс ветровой эрозии проявляется в виде воздушно-почвенного потока, где движение отдельных частиц складывается из следующих стадий: отрыва частиц (преодоления сил сцепления), подъема их на некоторую высоту, перемещения и, наконец, отложения. Причем, в каждой стадии движения на частицу действуют различные силы, кроме того, в зависимости от размера, удельного веса и формы почвенные частицы перемещаются перекатыванием по поверхности, скачкообразно и во взвешенном состоянии; однако в конечном итоге развитие ветровой эрозии обусловливается энергией движущегося потока воздуха.
Известно, что воздух обладает вязкостью, которая вызывает трение. Частицы тонким слоем как бы прилипают к поверхности твердых тел (в данном случае к поверхности почвы), образуя пограничный слой. На гладкой, ровной поверхности толщина вязкого слоя воздуха составляет не более 0,05 мм. У поверхности почвы из-за ее шероховатости штилевая зона больше. При увеличении скорости ветра и достижении некоторой ее критической величины увеличивается и турбулентное трение, достигая такой силы, которая преодолевает силы сцепления частиц, выступающих за пределы пограничного слоя, и отрывает их. После того как мелкие частицы почвы окажутся вытолкнутыми за пределы пограничного слоя, они под воздействием вертикального обмена движутся вверх и горизонтальными потоками перемещаются за пределы поля. В отдельных случаях пыль поднимается до высоты 6 км и уносится на расстояние свыше тысячи километров. Ветровая эрозия начинается при достижении определенной критической величины турбулентного трения, которой соответствует критическая скорость ветра. Величина критической скорости зависит от целого ряда причин: типа почв, состояния
приземного слоя воздуха в конкретное время, характера поверхности поля, степени эродированности данной площади, ориентированности длинных сторон поля относительно активных эрозионных ветров и т. д. Поэтому более правильно говорить о критической скорости ветровой эрозии почв с учетом не только механического и структурного состава, но и всего комплекса условий эродируемой территории.
Почва по своему механическому составу разнородна, поэтому критическую скорость можно рассматривать лишь как свойство данного субстрата в данных условиях. Так, по нашим данным, перевиваемые пески Тер-ско-Кумского массива приходят в движение при скорости ветра 3,5 м/с на высоте 15 см или 5 м/с на высоте флюгера, а пыльные бури на супесчаных темно-каштановых почвах Северо-Западного Прикаспия возникают при 3-4 м/с на высоте 15 см и 8 м/с на высоте флюгера, на подверженных дефляции участках бурых песчаных и супесчаных почв Астраханского песчаного массива - 5 м/с у поверхности и 9 м/с на высоте флюгера.
Наши наблюдения за последние десять лет показывают, что процесс переноса почвы зимой идет одновременно со снегом, поэтому в такие годы в снежных сугробах наблюдаются темные прослойки. При особенно неблагоприятных климатических условиях перенос почвенного мелкозема зимой может принимать вид пыльных бурь, которые происходят чаще в дни с пониженной относительной влажностью воздуха. Низкая относительная влажность воздуха способствует более быстрому просыханию поверхности поля, тем самым и развитию дефляции. Пыльные бури в большинстве своем бывают при положительной температуре воздуха. Следует заметить, что в дни, когда проявлялась ветровая эрозия, даже минимальная температура воздуха в 96-97 % случаев отмечена выше 0 0, а в среднем в 70 % случаев - 4-10 0С.
Развитию ветровой эрозии способствуют пониженная влажность воздуха и повышенная температура. В этом случае интенсифицируется турбулентный обмен и повышается дефицит влажности, что обусловливает более интенсивное испарение с поверхности почвы и тем самым подготавливает ее верхний слой для развития процессов дефляции.
В Северо-Западном Прикаспии ветровая эрозия достигает максимального развития в теплый период года. Состоянию неустойчивости атмосферы соответствует понижение температуры с высотой, что наиболее вероятно в летнее время и в дневные часы, когда сильно нагревается поверхность почвы и за счет излучаемой длинноволновой радиации нагреваются приповерхностные слои воздуха.
Влияние мезорельефа на процессы ветровой эрозии определяется изменением скорости ветра на различных участках склонов и законами физики.
Мезорельеф поля оказывает влияние на скорость ветра и влажность верхнего слоя почвы и тем самым способствует развитию ветровой эрозии на ветроударных склонах, в результате чего на поле с выраженным мезорельефом наблюдаются очаги дефляции. Поэтому при разработке мероприятий по борьбе с ветровой эрозией следует учитывать мезорельеф территории и преобладающее направление активных эрозионных ветров.
Существенно влияют на состояние поверхности почвы осадки. Под воздействием ударов дождевых капель почвенные комки разрушаются и поверхность выравнивается. При этом на пашне образуются места, наиболее сильно подверженные ветровой эрозии. Несомненно, осадки играют определенную положительную роль в предотвращении развития процессов ветровой эрозии. Однако влажность почвы сама по себе не может полностью предохранить от воздействия ветра, особенно почвы с большой влажностью и малой влагоемкостью. Следует также отметить, что процессы ветровой эрозии меньше проявляются во влажном климате вследствие более интенсивного развития растительности.
Изучая пустыни, отечественные ученые пришли к выводу, что рельеф песков, его формы и ориентированность в основном являются как бы отпечатком движения воздуха в приземном слое [8], это подтверждается и нашими наблюдениями на территории Северо-Западного Прикаспия.
Ветровая эрозия на поле проявляется неравномерно, способствуя созданию микрорельефа и все более крупных форм неровностей. В результате эродирования формиру-
ется своеобразный эоловый почвенный комплекс.
На развитие процессов дефляции большое влияние также оказывают физико-химические свойства почвы. Под влиянием ветровой эрозии в составе почвы увеличивается содержание песчаной фракции и уменьшается количество пылеватых и илистых частиц, причем наиболее сильно этот процесс выражен на почвах легкого механического состава. Изменение механического состава, потеря тонких фракций влекут за собой уменьшение органического вещества, азота, фосфора и других элементов питания растений. Так, в неоднократно эродированных супесчаных почвах по сравнению с такими же неэродированными почвами содержание гумуса снизилось в 2,5-8,0 раза, вало-
1. Гендугов В. М., Глазунов Г. П. Ветровая эрозия почвы и запыление воздуха. М. : Физма-тлит, 2007. 240 с.
2. Глазунов Г. П. Основы теории потерь почвы от ветровой эрозии // Почвоведение. 2001. № 12. С. 1493-1502.
3. Глазунов Г. П. Эрозия почв // Глобалистика: энциклопедия. М. : Радуга, 2003. 1328 с.
4. Догелевич М. И. Защита почв от ветровой эрозии на Украине. Львов, 1967. 119 с.
5. Кошкин Г. Е. Эффективность почвозащитных мероприятий // Землеведение. 1988. № 5. С. 42-43.
1. Gendugov V. M., Glazunov G. P. Vetrovaya eroziya pochvy i zapylenie vozdukha [Wind erosion of soil and air dustiness]. Moscow, Fizmatlit Publ., 2007. 240 p. (In Russian)
2. Glazunov G. P. Fundamentals of the theory of soil loss from wind erosion. Pochvovedenie [Soil science]. 2001. No. 12. Pp. 1493-1502. (In Russian)
3. Glazunov G. P. Erosion. Globalistika: entsi-klopediya [Globalistics: the encyclopedia]. Moscow, Raduga Publ., 2003. 1328 p. (In Russian)
4. Dogelevich M. I. Zashchita pochv ot vetrovoy erozii na Ukraine [Soils protection from wind erosion in the Ukraine]. Lvov, 1967. 119 p. (In Russian)
5. Koshkin G. E. Effectiveness of soil conservation measures. Zemlevedenie [Physical Geography]. 1988. No. 5. Pp. 42-43. (In Russian)
6. Mirtskhulava Ts. E., Nadirashvili V. S. Forecast for the wind erosion. Doklady VASKhNIL [Re-
вого азота - 1,5-3,0 раза, валового калия -почти в 2 раза, водорастворимого фосфора -в 1,5-6,0 раза и подвижного калия - почти в 2 раза [9].
Заключение
Ветровая эрозия, возникая в результате взаимодействия ветра с подстилающей поверхностью, представляет собой сложное и комплексное явление, которое можно изучать индикационными методами. Процесс ветровой эрозии проявляется достаточно четко в СевероЗападном Прикаспии и производит значительные трансформации в рельефе почвы, в генетическом строении почвенного покрова, а также вносит глубокие изменения в механический и химический состав почвы, что необходимо учитывать в практике защиты и оптимизации почвенных ресурсов.
6. Мирцхулава Ц. Е., Надирашвили В. С. Прогноз начала ветровой эрозии // Доклады ВАСХНИЛ. 1977. № 5. С. 36-38.
7. Семенов О. Е. О критической скорости ветра, определяющей начало дефляции // Труды Казахского НИИ гидрометеорологического института. 1972. Вып. 49. С. 55-63.
8. Федорович Б. А. Вопросы происхождения и формирования песчаного рельефа пустынь // Труды Института географии АН СССР. 1948. Вып. 7. № 39. С. 160-183.
9. Чакветадзе Е. А. Ветровая эрозия темно-каштановых супесчаных почв Северного Казахстана. М. : Наука, 1967. 142 с.
ports of V. I. Lenin All-Union Academy of agricultural Sciences]. 1977. No. 5. Pp. 36-38. (In Russian)
7. Semenov O. E. About the critical wind speed that determines the beginning of deflation. Trudy Kazakhskogo NII gidrometeorologicheskogo insti-tuta [Proceedings of the Kazakh research hydro-meteorological Institute]. 1972. Vol. 49. Pp. 5563. (In Russian)
8. Fedorovich B. A. Questions of origin and formation of the sandy deserts relief. Trudy Insti-tuta geografii AN SSSR [Proceedings of the Institute of Geography of the Academy of Sciences of the USSR]. 1948. Vol. 7. No. 39. Pp. 160-183. (In Russian)
9. Chakvetadze E. A. Vetrovaya eroziya temno-kashtanovykh supeschanykh pochv Severnogo Kazakhstana [Wind erosion of dark brown sandy loam soils of Northern Kazakhstan]. Moscow, Nauka Publ., 1967. 142 p. (In Russian)
Литература
References
СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРАХ Принадлежность к организации
Алахвердиев Фазиль Джалалович, доктор биологических наук, профессор, кафедра географии и методики преподавания, факультет биологии, географии, химии (ФБГХ), Дагестанский государственный педагогический университет (ДГПУ), Махачкала, Россия; e-mail: gazem73@mail.ru
Набиев Олег Селимович, кандидат биологических наук, доцент, кафедра географии и методики преподавания, ФБГХ, ДГПУ, Махачкала, Россия; e-mail: kuchaev_rasul@mail.ru
Принята в печать 25.07.2017 г.
INFORMATION ABOUT THE AUTHORS Affiliations
Fazil D. Alahverdiev, Doctor of Biology, professor, the chair of Geography and Its Teaching Methods, the faculty of Biology, Geography, Chemistry (FBGCh), Dagestan State Pedagogical University (DSPU), Makhachkala, Russia; e-mail: gazem73@mail.ru
Oleg S. Nabiev, Ph. D. (Biology), assistant professor, the chair of Geography and Its Teaching Methods, FBGCh, DSPU, Makhachkala, Russia; e-mail: kuchaev_rasul@mail.ru
Received 25.07.2017.
Науки о Земле / Earth Science Оригинальная статья / Original Article УДК 911. 2
Влияние современных климатических изменений на динамику растительного покрова южной части предгорных ландшафтов Дагестана (по материалам дистанционного зондирования Земли)
© 2017 Гаджимурадова З. М. 1 Атаев З. В. 1 2, Братков В. В. 3
1 Дагестанский государственный педагогический университет, Махачкала, Россия; e-mail: zaira9737@mail.ru; zagir05@mail.ru 2 Прикаспийский институт биологических ресурсов, Дагестанский научный центр РАН, Махачкала, Россия; e-mail: zagir05@mail.ru 3 Московский государственный университет геодезии и картографии,
Москва, Россия; e-mail: vbratkov@mail.ru
РЕЗЮМЕ. Цель. Рассматривается возможность применения спектральных индексов для картирования ландшафтов восточной части Предгорного Дагестана, повышающих точность выделения контуров как растительного покрова и природно-территориальных комплексов (ПТК). Методы. Анализируется распределение вегетационного индекса NDVI по различным типам растительности изучаемой территории, которое позволяет более точно картографировать ПТК с различным характером растительности. Для этого были отобраны и обработаны сцены, отражающие состояние местности на 1987, 2002 и 2017 гг. Результаты. Спектральные индексы, вычисляемые на основе данных дистанционного зондирования, позволяют более точно, по сравнению с традиционными методами, основанными на полевом картографировании, выделять основные типы растительности. Полевое ландшафтное картографирование позволяет более точно выделять типы растительности, тогда как вегетационные индексы позволяют довольно точно определять такие свойства растительного покрова, как плотность древостоя и др. Сочетание данных методов позволяет увеличить точность ландшафтного картографирования. Выводы. Выявлено, что до 1995 г. на изучаемой территории чаще отмечались условия, характерные для сухих и типичных степей с развитием травянистых сообществ. К 1987 г. преобладали травянистые и кустарни-
ково-травянистые сообщества. Начиная с 1995 г. отмечается улучшение условий увлажнения, которое привело к уменьшению площади травянистых группировок за счет увеличения площади высокобони-тетных лесных ПТК.
Ключевые слова: природно-территориальный комплекс, ландшафт, растительный покров, фитомас-са, дистанционное зондирование, спектральный индекс ИОУ!, предгорный ярус Дагестана.
Формат цитирования: Гаджимурадова З. М., Атаев З. В., Братков В. В. Влияние современных климатических изменений на динамику растительного покрова южной части предгорных ландшафтов Дагестана (на примере дистанционного зондирования Земли) // Известия Дагестанского государственного педагогического университета. Естественные и точные науки. 2017. Т. 11. № 3. С. 95-103.
Influence of Current Climate Change on the Vegetation Cover Dynamics in the Southern Part of Dagestan Foothill Landscapes (based on the earth's remote sensing data)
© 2017 Zaira M. Gadzhimuradova 1, Zagir V. Ataev 1 2, Vitaliy V. Bratkov 3
1 Dagestan State Pedagogical University, Makhachkala, Russia; e-mail: zaira9737@mail.ru; zagir05@mail.ru
2 Caspian Institute of Biological Resources, Dagestan Scientific Center, RAS, Makhachkala, Russia; e-mail: zagir05@mail.ru 3 Moscow State University of Geodesy and Cartography, Moscow, Russia; e-mail: vbratkov@mail.ru
ABSTRACT. Aim. It is regarded the possibility of using spectral indices for mapping the landscapes of the Eastern part of Foothill Dagestan, improving the contours accuracy as a vegetation cover and natural-territorial complexes (NTC). Methods. It is analyzed the distribution of vegetative index NDVI for various types of vegetation in the study area, which allows more accurate mapping of the NTC with different vegetation characteristics. For this purpose the scenes reflecting the condition of the terrain for 1987, 2002 and 2017 were selected and processed. Results. Spectral indexes calculated on the basis of remote sensing data make it possible to isolate the main types of vegetation more accurately than traditional methods based on field mapping. The Field landscape mapping makes it possible to more accurately distinguish vegetation types, while vegetative indexes allow rather accurately determining such properties of vegetation cover as the density of a forest stand, etc. The combination of these methods makes it possible to increase the accuracy of landscape mapping. Conclusions. It was revealed that before 1995 the conditions characteristic for dry and typical steppes with the development of grassy communities were more often observed in the study area. By 1987 grassy and shrub-grassy communities prevailed. There is improvement in moisture conditions since 1995, which led to a decrease in the area of grassy groups at the expense of increasing in the area of high-quality forest of NTC.
Keywords: natural-territorial complex, landscape, vegetation cover, phytomass, remote sensing, spectral index NDVI, foothill stage of Dagestan.
For citation: Gadzhimuradova Z. M., Ataev Z. V., Bratkov V. V. Influence of Current Climate Change on the Vegetation Cover Dynamics in the Southern Part of Dagestan Foothill Landscapes (based on the earth's remote sensing data). Dagestan State Pedagogical University. Journal. Natural and Exact Sciences. 2017. Vol. 11. No. 3. Pp. 95-103. (In Russian)
Постановка проблемы
На территории Северного Кавказа традиционно выделяются горные и равнинные ландшафты, которые относятся к таким единицам физико-географического районирова-
ния, как Большой Кавказ и Предкавказье, соответственно. Однако в пределах Дагестана ландшафты подразделяются не только на равнинные и горные, но отдельно выделяется еще и предгорный
геоморфологический и ландшафтный яруса [1-3; 5]. Данную схему разделения ландшафтов территории на горные, предгорные и равнинные для Чеченской республики предлагает и У. Т. Гайрабеков [12].
Предгорные ландшафты характеризуются целым рядом отличий от смежных равнинных и горных ландшафтов. Во-первых, здесь отмечается разнообразие местоположений, обусловленное в том числе и литологий пород: от почти плоских поверхностей до склонов крутизной до 15-20°. Во-вторых, климатические условия здесь характеризуются существенно большей изменчивостью, чем смежные ландшафты [4; 6-10]. И, наконец, здесь отмечается гораздо большее разнообразие растительности: типичны как травянистые фитоценозы (степи, лугостепи), кустарники (шибляки и др.), так и леса (преимущественно дубовые и грабово-дубовые). Эти особенности и делают привлекательными данные ландшафты для оценки влияния на них современных климатических условий.
Материал и методы исследования
Для оценки изучения растительного покрова территории в последние десятилетия широко применяются разнообразные спектральные индексы, которые вычисляются на основе данных дистанционного зондирования Земли. Опыт их использования для картографирования ландшафтов Северного Кавказа рассмотрен В. В. Братковым и др. [11].
Наряду с картографированием ландшафтов данные дистанционного зондирования Земли и спектральные индексы, получаемые на их основе, применяются для оценки динамики растительных группировок. Этот процесс протекает под воздействием природных и антропогенных факторов. К числу первых относятся климатические изменения, которые регистрируются существующей гидрометеорологической сетью и выражаются в изменении гидротермических условий. Антропогенные факторы обусловлены хозяйственной деятельностью человека, которая в условиях Предгорного Дагестана сводится к использованию земель под сельскохозяйственные культуры, выпас скота и, возможно, вырубку отдельных фрагментов лесов. Природные и антропогенные воздей-
ствия, таким образом, могут приводить к таким последствиям, как увеличение или сокращение площадей разных группировок растительности, изменению положения отдельных границ (например, верхней границы леса) и т.п. Отслеживать эти воздействия довольно удобно с применением данных дистанционного зондирования Земли.
Результаты исследования
Нами для выявления изменений в пределах южной части Предгорного Дагестана были оценены современные климатические условия по данным метеостанции «Сергока-ла» (519 м). Сведения о климатических условиях последних лет имеются на сайтах rp5.ru и pogodaiklimat.ru. Анализ данных по этой метеостанции до 2010 г. приводится в работе Ш. Ш. Заурбекова [13]. В этой связи мы остановимся на изменении такого интегрального климатического показателя как гидротермический коэффициент (ГТК) Г. Т. Селянинова (рис. 1), наиболее сильно влияющего на характер растительности. Данный показатель позволяет оценить условия периода активной вегетации. Так, величина ГТК больше 1,6 характеризует избыточно влажную зону, 1,6-1,3 - лесную влажную зону, 1,3-1,0 - лесостепь (недостаточное увлажнение), 1,0-0,7 - степь (засушливая зона), 0,70,4 - сухую степь (очень засушливая зона), 0,4 и меньше - полупустыню и пустыню [16].
Как видно из представленных на рисунке 1 данных, минимальная величина ГТК опускалась до 0,43 в 1995 г., а максимальная величина составляла 1,25 в 1967 г. За весь период средняя величина ГТК составила 0,75, что соответствует условиям степей (засушливая зона). Однако представленные данные довольно хорошо иллюстрируют, что, во-первых, отмечается существенная погодичная разница в условиях увлажнения, и, во-вторых, отмечаются периоды с улучшением и ухудшением этих условий. Так, начиная с 1995 г. гораздо чаще отмечались более влажные условия, чем сухие. Естественно предположить, что данные климатические тренды (улучшение условий увлажнения периода активной вегетации) могут найти свое отражение в структуре растительного покрова.
Для оценки изменения растительного покрова на изучаемой территории были использованы снимки серии Landsat, имеющиеся в свободном доступе. После необходи-
мой предварительной их обработки (геометрическая и атмосферная коррекция) был рассчитан такой традиционный спектральный/вегетационный индекс, как NDVI [14; 15]. Для сопоставимости данных использовались снимки, отражающие спектральные свойства растительного покрова на период с температурами более +15°. В частности, были отобраны и обработаны сцены, отражающие состояние местности на 19 июля 1987 г., 06 сентября 2002 г. и 22 августа 2017 г. (рис. 2).
Площади NDVI для тестового полигона по состоянию на 1987, 2002, и 2017 гг. иллюстрируют таблица 1 и рисунок 3.
Как уже отмечалось, величины NDVI в пределах 0-0,3 в целом соответствуют травяной растительности, 0,31-0,6 - кустарниковой, и более 0,6 - древесной.
В 1987 г. наиболее широко были представлены природно-территориальные комплексы (ПТК), для которых значение NDVI составляло 0,2-0,3 - 655,6 км2. Довольно близкие площади занимали ПТК с величинами NDVI 0,1-0,2 и 0,3-0,4, которые в целом соответствуют травянистой и, отчасти, кустарниковой растительности. Доля ПТК с древесно-кустарниковым характером растительности составляла от 5 до 10 %, при этом наименьшую площадь занимали леса с наиболее высокой плотностью древостоя.
Рис. 1. Изменение гидротермического коэффициента Селянинова по данным метеостанции «Сергокала» за 1965-2016 гг. (пунктирная линия - линейный тренд, сплошная - полиноминальный)
2002 г.
2017 г.
Рис. 2. Состояние местности и величины NDVI по снимкам 1987, 2002, и 2017 гг. (слева снимок в оптическом диапазоне, справа - величина NDVI; контуром на снимке выделена граница предгорных ландшафтов)
Таблица 1
Значения величины NDVI южной части предгорных ландшафтов Дагестана
NDVI 1987, км2 % 2002, км2 % 2017, км2 %
0-0,1 1,3 0,1 5,9 0,2 4,5 0,2
0,1-0,2 441,5 17,3 228,4 9,0 114,6 4,5
0,2-0,3 655,6 25,7 571,3 22,4 477,2 18,7
0,3-0,4 358,7 14,1 436,4 17,1 510,0 20,0
0,4-0,5 276,3 10,8 310,8 12,2 336,0 13,2
0,5-0,6 249,6 9,8 273,3 10,7 283,3 11,1
0,6-0,7 236,6 9,3 271,4 10,6 261,0 10,2
0,7-0,8 196,8 7,7 301,4 11,8 280,0 11,0
0,8-0,9 132,3 5,2 149,8 5,9 282,1 11,1
2548,7 100,0 2548,7 100,0 2548,7 100,0
700,0
600,0
500,0
400,0
300,0
200,0
100,0
0,0
ни
0-0,1 0,1-0,2 0,2-0,3 0,3-0,4 0,4-0,5 0,5-0,6 0,6-0,7 0,7-0,8 0,8-0,9 ■ 1987 ■ 2002 ■ 2017
Рис. 3. Изменение величины NDVI южной части предгорных ландшафтов Дагестана
В 2002 г. также, как и ранее, наибольшая площадь приходилась на ПТК с травянистым характером растительности - на долю NDVI от 0,2-0,3 приходилось 22,4 % изучаемой территории. При этом следует отметить сокращение площадей, занятых наименее продуктивными сообществами с величиной NDVI 0,10,2, почти вдвое по сравнению с 1987 г., а также увеличение площадей, занятых древес-но-кустарниковой растительностью (величины NDVI от 0,3 до 0,6). Что касается собственно древесных ПТК, то их доля возросла до 10,6 и 11,8 % для типичных лесов, и до 5,9 % - для наиболее высокопродуктивных.
В 2017 г. наибольшую площадь занимали ПТК с величиной NDVI 0,3-0,4 - 510 км2 или 20 % территории тестового полигона. Достаточно широко также были представлены растительные сообщества, для которых величина NDVI составляла 0,2-0,3 (18,7 %), хотя их доля по сравнению с предшествующими моментами исследований сократилась. Что касается наиболее высокопродуктивных сообществ - кустарниковых, древес-но-кустарниковых и древесных, то их доля довольно близка: от 336,0 км2 (13,2 %) для ПТК с величиной NDVI 0,4-0,5 до около 282 км2 (11 %) для ПТК с величиной NDVI 0,50,6 и 0,8-0,9.
Заключение
Литература
1. Атаев З. В. Ландшафтный анализ низко-горно-предгорной полосы Северо-Восточного Кавказа // Известия Дагестанского государ-
Сопоставляя данные, характеризующие изменение гидротермического коэффициента и сведения о площадях, занимаемых различными градациями NDVI, можно отметить следующее. Во-первых, примерно до 1995 г., и особенно в 1986-1990 гг., на изучаемой территории чаще отмечались условия, характерные для сухих и типичных степей (ГТК< 0,7), что способствовало развитию травянистых сообществ степного типа. Результат этого периода довольно хорошо отразился на распределении значения NDVI в 1987 г., когда преобладали травянистые и кустарниково-травянистые сообщества. Начиная с 1995 г. отмечается улучшение условий увлажнения, проявившиеся в том, что чаще преобладали годы с величиной ГТК > 0,7 и даже более 1,0. Эти условия привели к тому, что площадь травянистых группировок стала сокращаться, тогда как на территориях, занятых лесами, стала увеличиваться площадь высокобонитетных ПТК. Несмотря на то, что с 2010 г. условия увлажнения незначительно ухудшились и заметно увеличилась амплитуда их изменения, продолжился рост площадей, занятых кустарниковыми сообществами, а также произошло значительное увеличение площади, занятых ПТК с величиной NDVI более 0,8 почти в 2 раза.
ственного педагогического университета. Естественные и точные науки. 2008. № 1. С. 59-67.
2. Атаев З. В. Применение ГИС-технологий в морфометрическом анализе ландшафтов горноравнинной контактной полосы (на примере Северо-Восточного Кавказа) // Мониторинг. Наука и технологии. 2012. № 2. С. 30-36.
3. Атаев З. В. Предгорные ландшафты как пространственно-временные экотоны (на примере Северного Кавказа) // Ландшафтоведе-ние: теория, методы, ландшафтно-экологическое обеспечение природопользования и устойчивого развития. Материалы XII Международной ландшафтной конференции, 22-25 августа 2017 г. Тюмень-Тобольск: Издательство Тюменского государственного университета, 2017. Т. 2. С. 298-303.
4. Атаев З. В., Братков В. В. Реакция ландшафтов Северного Кавказа на современные климатические изменения // Юг России: экология, развитие. 2014. № 1 (30). С. 141-157.
5. Атаев З. В., Братков В. В., Гаджимурадова З. М. Геоморфологическая дифференциация ландшафтных поясов Дагестана // Мониторинг. Наука и технологии. 2013. № 4. С. 7-10.
6. Атаев З. В., Братков В. В., Гаджимурадова З. М., Заурбеков Ш. Ш. Климатические особенности и временная структура предгорных ландшафтов Северо-Восточного Кавказа // Известия Дагестанского государственного педагогического университета. Естественные и точные науки. 2011. № 1. С. 92-96.
7. Братков В. В., Атаев З. В. Современная климатическая изменчивость предгорных ландшафтов Северо-Восточного Кавказа // Известия Дагестанского государственного педагогического университета. Естественные и точные науки. 2015. № 1 (30). С. 74-80.
8. Братков В. В., Атаев З. В., Байсиева Л. К. Временная неоднородность климатических условий предгорных ландшафтов СевероВосточного Кавказа // Юг России: экология, развитие. 2013. Т. 1. № 1 (26). С. 6-11.
1. Ataev Z. V. Landscape analysis of the low-foothill strip of the North-Eastern Caucasus. Izvestiya Dagestanskogo gosudarstvennogo ped-agogicheskogo universiteta. Estestvennye i tochnye nauki [Proceedings of Dagestan State Pedagogical University. Natural and Exact Sciences]. 2008. No. 1. Pp. 59-67. (In Russian)
2. Ataev Z. V. Application of GIS-technologies in the morphometric analysis of landscapes of the mountain-plain contact strip (on the example of the North-Eastern Caucasus). Monitoring. Nauka i tekhnologii [Monitoring. Science and technology]. 2012. No. 2. Pp. 30-36. (In Russian)
3. Ataev Z. V. Foothill landscapes as spatiotemporal ecotones (on the example of the North Caucasus). Landshaftovedenie: teoriya, metody, landshaftno-ekologicheskoe obespechenie pri-
9. Братков В. В., Атаев З. В., Байсиева Л. К., Гаджимурадова З. М. Влияние длительновре-менных климатических изменений на структуру предгорных ландшафтов Северо-Восточного Кавказа // Известия Дагестанского государственного педагогического университета. Естественные и точные науки. 2013. № 1 (22). С. 7680.
10. Братков В. В., Заурбеков Ш. Ш., Атаев З. В. Мониторинг современных климатических изменений и оценка их последствий для ландшафтов Северного Кавказа // Вестник РАЕН. 2014. № 2. С. 7-16.
11. Братков В. В., Кравченко И. В., Туаев Г. А., Атаев З. В., Абдулжалимов А. А. Применение вегетационных индексов для картографирования ландшафтов Большого Кавказа // Известия Дагестанского государственного педагогического университета. Естественные и точные науки. Т. 10. № 4. 2016. С. 97-111.
12. Гайрабеков У. Т., Гайрабекова М. Т. Структура и особенности природных ландшафтов Чеченской Республики // Вестник Чеченского государственного университета. 2014. № 1.С. 159-166.
13. Заурбеков Ш. Ш. Современные климатические изменения и их влияние на ландшафтную структуру региона (на примере Северного Кавказа). Автореф. дис. ... докт. геогр. наук. Краснодар, 2012. 48 с.
14. Использование дистанционного зондирования Земли для задач изучения, сохранения и восстановления природы / ДЗЗ для экологических задач. Часть 2: Леса. [Электронный ресурс] / Режим доступа: 1пИр:/^И^1аЬ.ш^/ДЗЗ_ для_э кологических_задач_Часть_2: _Леса. [дата обращения: 03.09.2016 г.]
15. Черепанов А. С., Дружинина Е. Г. Вегетационные индексы // Геоматика. 2011. № 2. С. 98-102.
16. Чирков Ю. И. Основы агрометеорологии. Л. : Гидрометеозидат, 1975. 138 с.
rodopol'zovaniya i ustoychivogo razvitiya. Materi-aly XII Mezhdunarodnoy landshaftnoy konfer-entsii, 22-25 avgusta 2017 g. [Landscape science: theory, methods, landscape-ecological support of nature management and sustainable development. Materials of the XII International Landscape Conference, August 22-25, 2017]. Tyumen-Tobolsk: Tyumen State University. Publ., 2017. V. 2. Pp. 298-303. (In Russian)
4. Ataev Z. V., Bratkov V. V. The reaction of the landscapes of the North Caucasus to current climatic changes. Yug Rossii: ekologiya, razvitie [South of Russia: ecology, development]. 2014. No. 1 (30). Pp. 141-157. (In Russian)
5. Ataev Z. V., Bratkov V. V., Gadzhimuradova Z. M. Geomorphological differentiation of the landscape zone of Dagestan. Monitoring. Nauka i
References
tekhnologii [Monitoring. Science and technology]. 2013. No. 4. Pp. 7-10. (In Russian)
6. Ataev Z. V., Bratkov V. V., Gadzhimuradova Z. M., Zaurbekov Sh. Sh. The Climatic features and temporal structure of the foothill landscapes of the North-Eastern Caucasus. Izvestiya Dage-stanskogo gosudarstvennogo pedagogicheskogo universiteta. Estestvennye i tochnye nauki [Proceedings of Dagestan State Pedagogical University. Natural and Exact Sciences]. 2011. No. 1. Pp. 92-96. (In Russian)
7. Bratkov V. V., Ataev Z. V. Current climatic variability of foothill landscapes of the NorthEastern Caucasus. Izvestiya Dagestanskogo gosudarstvennogo pedagogicheskogo universi-teta. Estestvennye i tochnye nauki [Proceedings of Dagestan State Pedagogical University. Natural and Exact Sciences]. 2015. No. 1(30). Pp. 74-80. (In Russian)
8. Bratkov V. V., Ataev Z. V., Baysiyeva L. K. Temporal heterogeneity of climatic conditions of the North-Eastern Caucasus foothill landscapes. Yug Rossii: ekologiya, razvitie [South of Russia: ecology, development]. 2013. Vol. 1. No. 1(26). Pp. 6-11. (In Russian)
9. Bratkov V. V., Ataev Z. V., Baysieva L. K. Gadzhimuradova Z. M Influence of the long-term climate changes on the structure of the NorthEastern Caucasus foothill landscapes. Izvestiya Dagestanskogo gosudarstvennogo pedagogicheskogo universiteta. Estestvennye i tochnye nauki [Proceedings of Dagestan State Pedagogical University. Natural and Exact Sciences]. 2013. No. 1(22). Pp. 76-80. (In Russian)
10. Bratkov V. V., Zaurbekov Sh. Sh., Ataev Z. V. Monitoring of current climate changes and assessment of their consequences for the landscapes of the North Caucasus. Vestnik RAEN [Bul-
СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРАХ Принадлежность к организации
Гаджимурадова Заира Магомедовна,
аспирант, кафедра географии и методики преподавания, факультет биологии, географии и химии (ФБГХ), Дагестанский государственный педагогический университет (ДГПУ), Махачкала, Россия; e-mail: zaira9737@mail.ru
Атаев Загир Вагитович, кандидат географических наук, профессор, кафедра географии и методики преподавания, ФБГХ, проректор-начальник управления научных исследований, ДГПУ; ведущий научный сотрудник, лаборатория биогеохимии, Прикаспийский институт биологических ресурсов (ПИБР), Дагестанский научный центр (ДНЦ) Российской академии наук (РАН), Махачкала, Россия; e-mail:
letin of the Academy of Natural Sciences]. 2014. No. 2. Pp. 7-16. (In Russian)
11. Bratkov V. V., Kravchenko I. V., Tuaev G. A., Ataev Z. V., Abdulzhalimov A. A. Application of the vegetation indices for mapping landscapes of the Greater Caucasus. Izvestiya Dagestanskogo gosudarstvennogo pedagogicheskogo universiteta. Estestvennye i tochnye nauki [Proceedings of Dagestan State Pedagogical University. Natural and Exact Sciences]. T. 10. No. 4. 2016. Pp. 97111. (In Russian)
12. Gairabekov U. T., Gairabekov M. T. Structure and features of the natural landscape of the Chechen Republic. Vestnik Chechenskogo gosudarstvennogo universiteta [Bulletin of Chechen State University]. 2014. No. 1.Pp. 159-166. (In Russian)
13. Sovremennye klimaticheskie izmeneniya i ikh vliyanie na landshaftnuyu strukturu regiona (na primere Severnogo Kavkaza) [Modern climate changes and their impact on the landscape structure of the region (on the example of the North Caucasus)]. Extended abstract of Ph. D. (Geography) dissertation. Krasnodar, 2012. 48 p. (In Russian)
14. Using of the remote sensing of the Earth for the purposes of studying, preserving and restoring nature / remote sensing for environmental purposes. Part 2: Forests. [Electronic resource]. Mode of access: http://wiki.gislab.ru/w/DZZ_for_ ecological_tasks_Part_2:_Less. accessed: 03.09. 2016]
15. Cherepanov A. S., Druzhinina E. G. Vegetation indices. Geomatika [Geomatics]. 2011. No. 2. Pp. 98-102. (In Russian)
16. Chirkov Yu. I. Osnovy agrometeorologii [Fundamentals of agrometeorology]. L. : Gidrome-teozidat, 1975. 138 p. (In Russian)
INFORMATION ABOUT THE AUTHORS Affiliations
Zaira M. Gadzhimuradova, postgraduate, the chair of Geography and Its Teaching Methods, the faculty of Biology, Geography and Chemistry (FBGCh), Dagestan State Pedagogical University (DSPU), Makhachkala, Russia; e-mail: zaira9737@mail.ru
Zagir V. Ataev, Ph. D. (Geography), professor, the chair of Geography and Its Teaching Methods, FBGCh, vice-rector, the head of the Science Researches Management, DSPU; leading researcher, the laboratory of Biogeo-chemistry, Caspian Institute of Biological Resources (CIBR), Dagestan Scientific Centre (DSC), Russian Academy of Sciences (RAS), Makhachkala, Russia; e-mail: zagir05@mail.ru Vitaliy V. Bratkov, Doctor of Geography, professor, the head of the chair of Geography,
zagir05@mail.ru
Братков Виталий Викторович, доктор географических наук, профессор, кафедра географии, факультет геодезии и картографии (ФГК), Московский государственный университет геодезии и картографии (МГУГиК), Москва, Россия; e-mail: vbrat-kov@mail.ru
the faculty of Geodesy and Cartography (FGC), Moscow State University of Geodesy and Cartography (MSUGiC), Moscow, Russia; e-mail: vbratkov@mail.ru
Принята в печать 29.06.2017 г.
Received 29.06.2017.
