CC BY
7
УДК 630*5
Хвойные бореальной зоны. 2018. Т. XXXVI, № 4. С. 334-337
КАРТОГРАФИРОВАНИЕ РАСТИТЕЛЬНЫХ ФОРМАЦИЙ ЗАПОВЕДНИКА «АЗАС» НА ОСНОВЕ МАТЕРИАЛОВ ЛЕСОУСТРОЙСТВА
С. К. Фарбер1, Н. С. Кузьмик1, Н. И. Молокова2, Е. В. Горяева1
1 Институт леса им. В. Н. Сукачева СО РАН, Федеральный исследовательский центр «Красноярский научный центр СО РАН» Российская Федерация, 660036, г. Красноярск, Академгородок, 50/28 E-mail: sfarber@ksc.krasn.ru, natalia_5791@mail.ru, gor-elka@yandex.ru Государственный природный заповедник «Азас» Российская Федерация, 668530, Республика Тыва, Тоора-Хем, Агбаан, 20 E-mail: azasmolokova@mail.ru
Работа посвящена возможности картографирования в ГИС-среде лесных земель по данным лесоустроительных материалов, адаптированных к задачам организации территории для ведения охотничьего хозяйства, а также мониторинга охотничьих ресурсов, выполняемого в том числе в государственных природных заповедниках. Методика картографирования основана на выделении биотопов охотничьих видов животных и оценке их качественного состояния по материалам лесоустройства и их классификация в ГИС-среде. Результат выполнения этапов методики - карта растительных формаций заповедника, включающая различные информационные слои с возможностью добавления новых.
Показано, что картографирование на основе лесоустроительных материалов позволяет обобщать не только лесотаксационные данные, но также в полной мере использовать, накопленную к настоящему времени информацию о системной - ландшафтной организации территории.
Ключевые слова: лесоустройство, ландшафт, фация, урочище, картографирование, дешифрирование, цифровая модель местности (ЦММ).
Conifers of the boreal area. 2018, Vol. XXXVI, No. 4, P. 334-337
MAPPING OF PLANT FORMATIONS OF "AZAS" NATURAL RESERVE ON THE BASIS OF FOREST PLANNING MATERIALS
S. K. Farber1, N. S. Kuzmik1, N. I. Molokova2, E. V. Goryaeva1
1Sukachev Institute of Forest SB RAS, Federal Research Center "Krasnoyarsk Science Center SB RAS" 50/28, Akademgorodok, Krasnoyarsk, 660036, Russian Federation E-mail: sfarber@ksc.krasn.ru, natalia_5791@mail.ru, gor-elka@yandex.ru
2Federal State Budgetary Institution State Natural Reserve "Azas" 20, Agbaan, Toora-Khem, Republic of Tuva, 668530, Russian Federation E-mail: azasmolokova@mail.ru
The work is devoted to the possibility of mapping forest lands in GIS-environment, based on forest planning materials, adapted to the tasks of organizing the territory for hunting, and monitoring of hunting resources, including those in state nature reserves. The method of mapping is based on allocation of biotopes of hunting species of animals and assessment of their qualitative state on the materials of forest planning and their classification in GIS-environment. The result of the method steps is - map of plant formations of the reserve, which includes various information layers with the possibility of adding new ones.
The paper shows that mapping based on forest planning materials allows us to generalize not only forest inventory data, but also to make full use of the information, accumulated to date on the system - landscape organization of the territory.
Keywords: forest planning, landscape, facies, natural landmark, mapping, interpretation, digital terrain model (DTM).
ВВЕДЕНИЕ
С появлением материалов аэрокосмических съемок при составлении карт растительности появилась возможность значительного сокращения объемов
наземных исследований. Д. М. Киреев [2] формулирует принципы ландшафтного картографирования, основанные на дешифрировании фотографических изображений; В. Б. Сочава [6; 7] - построения иерар-
хической структуры геомеров [8]; В. А. Первунин [3] - геоботанического картографирования на ландшафтной основе. Интерпретация материалов аэрокосмических съемок в сочетании с наземными исследованиями позволила установить, что рельеф и геологический состав поверхностных отложений, являются решающими лесорастительными факторами [5]. Дальнейшее развитие методик картографирования связано с использованием ГИС [1].
В настоящее время с помощью инструментария ГИС анализируются данные цифровых моделей рельефа (ЦМР) и цифровых космических снимков. Следует признать достаточную для картографирования эффективность оценок показателей рельефа по ЦМР, которые используется в качестве входов при контурном дешифрировании. Что же касается характеристик растительного покрова, то их дешифрирование методами контролируемой и неконтролируемой классификации пикселей космических снимков зачастую сопровождается недопустимыми ошибками [9]. Спектральные яркости различных объектов на поверхности земли даже в пределах одного спутникового снимка зачастую пересекаются, что собственно и является определяющей причиной ошибок дешифрирования. В. Н. Седых [4] в этой связи отметил, что, несмотря на наличие огромных достижений в области применения космических снимков, все попытки получить в автоматическом режиме таксационные показатели в параметрах традиционной таксации лесов остаются безуспешными.
Следует признать, что на сегодняшний день данные лесоустройства - это наиболее полные и точные сведения о лесных землях. Инвентаризация лесов проводится по инструктивно утвержденным технологиям, предусматривающих использование снимков и наземной глазомерной и измерительной таксации. На основе материалов лесоустройства ведется лесохозяй-ственное и лесопромышленное производство. Планы лесонасаждений и планшеты - выходные материалы лесоустройства представляют распределение по поверхности земли полигонов - лесотаксационных вы-делов и их показатели.
В настоящее время лесоустроительная информация доступна не только в бумажном варианте, но и в виде векторного слоя лесотаксационных выделов. Поля атрибутивной таблицы содержат значения отдельных таксационных показателей. При необходимости содержание атрибутивной таблицы может редактироваться, с образованием дополнительных полей. В соответствие с решаемыми задачами средствами ГИС характеристики могут как обобщаться, так и напротив детализироваться, а картографирование производиться по любому полю. Отсюда следует принципиальная возможность адаптации базы данных лесотаксационных выделов не только для решения лесных, но и других, связанных с лесом научно-практических задач. Цель настоящей работы -картографирование лесных земель на основе базы лесоустроительных данных, адаптированной к задачам организации территории для ведения охотничьего хозяйства, а также государственного мониторинга охотничьих ресурсов, выполняемого
в том числе в государственных природных заповедниках. При осуществлении мониторинга охотничьих ресурсов (приказ Минприроды РФ № 344 от 06.09.2010 г.) оценивается площадь категорий среды обитания, численность и состояние охотничьих ресурсов. Основой для получения этой информации в заповеднике, в дополнение к системе наблюдений за численностью животных на ключевых участках и маршрутах, может служить карта растительных формаций, выполненная в ГИС-среде на основе лесоустроительных материалов.
МЕТОДИКА
Биотопы охотничьих видов животных - это категории (типы) среды обитания охотничьих ресурсов. Для оценки качественного состояния биотопов не требуется полное таксационное описание насаждений лесотаксационных выделов. Достаточно выявления покрытых и непокрытых лесом земель, типологической принадлежности насаждений, включающей выявление породного состава, травяно-кустарникового яруса, напочвенного покрова, а также возрастной структуры древостоя [11].
Принимается следующая структура биотопов:
- ландшафты высотно-поясных комплексов (ВПК);
- биотопы уровня генерализации межхозяйственного охотустройства (урочища);
- биотопы уровня генерализации внутрихозяйственного охотустройства (фации).
Исходные материалы:
- данные массовой таксации заповедника в формате файлов ГИС АгсМар (11 739 описаний лесотакса-ционных выделов);
- ЦМР, представленная данными SRTM;
- Схема типов леса и нелесных сообществ.
Последовательность картографирования:
- пространственный анализ ЦМР, с получением классификации местоположений по входам абсолютная высота, экспозиция, уклон (ВЭУ);
- создание в атрибутивной таблице лесотаксацион-ных выделов полей ВЭУ, ФАЦИИ,, УРОЧИЩА, ВПК;
- слияние одноименных фаций, урочищ и ВПК в виде отдельных векторных слоев.
Результат выполнения этапов методики - карта растительных формаций заповедника. Легенда карты должна отвечать целям картографирования, в нашем случае легенда включает характеристику рельефа, описание типов леса и нелесных сообществ, основные лесотаксационные показатели.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Год лесоустройства заповедника «Азас» - 2015. Таксация выполнена по 3-му разряду дешифровочным методом при нормативном количестве наземных гла-зомерно-измерительных описаний. Атрибутивная таблица векторного слоя лесотаксационных выделов содержит большое количество полей. Смысловое содержание лесотаксационных выделов отвечает задачам организации и ведения лесного хозяйства. Смысловое содержание и величина охотхозяйствен-ных (для заповедника - биотопических) выделов будет напрямую зависеть от варианта комбинации
исходных данных лесотаксационных выделов. Выбор варианта комбинации определяется задачами картографирования. Анализ базы данных лесотаксацион-ных выделов производится средствами ГИС. Результат анализа - формирование поля(ей), содержащих искомые характеристики лесных земель определенного уровня генерализации.
ВПК заповедника представлены высокогорными, горно-таежными, лесостепными и подтаежными ландшафтами. Степные, луговые, кустарниковые и болотные лесотаксационные выдела в заповеднике встречаются фрагментарно, что не позволяет обособлять их в виде отдельных полигонов ВПК. В Схеме типов леса и нелесных сообществ приведены верхние и нижние пределы абсолютных высот ВПК. Эти величины при оконтуривании ландшафтов используются как ориентировочные, с их последующей корректировкой, выполняемой посредством визуального сличения с планом лесонасаждений.
В качестве единиц межхозяйственного охоту-стройства (в заповеднике - структуризации биотопов) рассматриваются смежные лесотаксационные выдела. Критерии объединения: для насаждений и редин принимаются во внимание первая в составе древесная порода (преобладающая), равенство класса бонитета и принадлежность к группе типов леса. Не покрытые лесом земли, как отдельные биотопы не выделяются. Данный уровень генерализации биотопов соответствует ландшафтному таксону - урочище.
В качестве биотопов внутрихозяйственного охоту-стройства также рассматриваются смежные лесотак-сационные выдела. Критерии объединения: для насаждений и редин принимаются во внимание первые
3 породы древостоя, равенство класса бонитета и принадлежность к группе типов леса; для не покрытых лесом земель - тождественность наименований. В таксационных описаниях не было предусмотрено определение коренной породы, поэтому погибшие насаждения (в заповеднике это гари) и производные лиственные насаждения, рассматриваются в качестве отдельных биотопов. Указанный уровень генерализации биотопов соответствует ландшафтному таксону -фация.
Заповедник «Азас» расположен в пределах трапеции SRTM 56-02. Для индексации местоположений приняты входы:
- абсолютные высоты, градация 100 м;
- склоны северной экспозиции (0-90, 270-360) град.;
- склоны южной экспозиции (90-270) град.;
- плоские местоположения с уклонами (поймы водотоков и водоразделы);
- склоны средней крутизны с уклонами от 3 -х до 20-ти град.;
- крутые склоны с уклонами более 20-ти град.
Первому высотному поясу отвечают высоты до
1000 м, второму от 1001 м до 1100 м и т. д. Северная экспозиция - 1, южная - 2. Уклоны до 3-х градусов обозначаются индексом 1, до 20 градусов - 2, более 20 градусов - 3. Две градации экспозиции и три градации уклонов образуют шесть типов местоположе-
ний. Поставим впереди индекс высотного пояса, далее следуют индексы экспозиции и уклона. Например, выражение 2-1-2 - отвечает абсолютным высотам от 1001 м до 1100 м, склонам северной экспозиции крутизной от 3 до 20 град.
Результатом анализа ЦМР является получение растровых поверхностей абсолютных высот, экспозиций и уклонов местности. Посредством их комбинирования создается общая растровая поверхность Combine. Атрибутивная таблица Combine дополняется полем ВЭУ (высота, экспозиция, уклон) со значениями индексов местоположений. Поле ВЭУ должно присутствовать также и в атрибутивной таблице слоя лесотаксационных выделов. Для этого произведена конвертация растра Combine в векторный слой с последующим его пространственным соединением со слоем лесотаксационных выделов. Поле ВЭУ при выполнении этой операции сохраняется в атрибутивной таблице в качестве дополнительного.
Для насаждений и редин заполнение поля ФАЦИИ произведено посредством сцепления условных обозначений первых 3-х пород деревьев формулы состава. Например, насаждение 2-го класса бонитета с формулой породного состава 7Б1Ос1Л1С запишется как БОсЛ2. Для непокрытых лесом земель фация отождествляется с категорией земель лесотаксацион-ного выдела. Заполнение поля УРОЧИЩА произведено в соответствии с характеристикой фаций, посредством указания преобладающей породы древостоя и класса бонитета. Заполнение поля ЛАНДША Ф-ТЫ произведено на основе поля ВЭУ, в соответствии со схемой типов лесов и нелесных сообществ заповедника. К высокогорным ландшафтам отнесены ле-сотаксационные выдела расположенные на абсолютных высотах более 1800 м, к горно-таежным - от 1100 м до 1800 м, к перистепным, лесостепным и подтаежным - до 1100 м.
Полигоны одноименных фаций, урочищ и ландшафтов объединены с образованием отдельных векторных слоев. Карта растительных формаций сформирована на основе материалов лесоустройства посредством наложения слоев фаций урочищ и ландшафтов в ГИС проекте. Содержание карты при необходимости может редактироваться, так как связи фаций урочищ и ВПК с исходным слоем лесотаксацион-ных выделов сохранены. После редактирования карта представлена в виде растрового изображения.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В основе рассматриваемой методики картографирования растительных формаций лежит максимально полное использование лесоустроительных материалов. В сравнении с традиционным картографированием, за счет использования векторного слоя лесотакса-ционных выделов и атрибутивной таблицы, включающей подробную таксационную характеристика вы-делов, получаем:
- значительное сокращение наземных работ (цикл лесоустроительных работ предусматривает закладку пробных площадей и производство ходовой таксации);
- максимально подробное контурное и аналитическое дешифрирование лесотаксационных выделов, выполненное по аэрокосмическим снимкам;
- возможность формирования различных вариантов смыслового содержания ландшафтных таксонов, соответствующих задачам картографирования, в частности, отражение категорий среды обитания охотничьих ресурсов;
- программные средства для редактирования, поскольку ландшафтная карта сохраняет связь с полигонами и атрибутивной таблицей лесотаксационных выделов.
Дополнительные характеристики, которые могут понадобиться для решения определенных научно -практических задач, выявляются из других источников. Важна сама возможность формирования новых информационных векторных слоев (или полей). Так, характеристику почвенного покрова можно взять, например, из схемы типов леса и нелесных сообществ, использовать существующую или разработать новую почвенную карту. Картографирование почв можно осуществить по упрощенным методикам. И. В. Флоринский [10] описывает метод, получения прогнозных карт физических, химических и биологических характеристик почв, основанный на использовании ЦМР, и результатов наземных почвенных съемок. Таким образом, картографирование на основе лесоустроительных материалов, выполненное на примере заповедника «Азас», позволяет обобщать не только лесотаксационные данные, но также в полной мере использовать, накопленную к настоящему времени информацию о системной - ландшафтной организации территории.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Калашников Е. Н. Комплексное картографирование лесных ландшафтов : автореф. дис. ... д-ра биол. наук. 2002. 49 с.
2. Киреев Д. М. Методы изучения лесов по аэроснимкам. Новосибирск : Наука, 1977. 212 с.
3. Первунин В. А. Принципы картографирования структуры растительного покрова таежных геокомплексов // Ландшафтные методы лесного картографирования. Красноярск, 1987. С. 62-72.
4. Седых В. Н. Лесная таксация и лесная картография на современном этапе // Лесная таксация и лесоустройство. 2007. № 1 (37). С. 48-54.
5. Седых В. Н. Аэрокосмический мониторинг лесного покрова. Новосибирск : Наука, 1991. 239 с.
6. Сочава В. Б. Введение в учение о геосистемах. Новосибирск : Наука, 1978. 318 с.
7. Сочава В. Б. Географические аспекты Сибирской тайги. Новосибирск : Наука, 1980. 256 с.
8. Сочава В. Б. Учение о геосистемах. Современный этап комплексной физической географии. М. : Изд-во АН СССР, 1972. № 3. С. 20.
9. Фарбер С. К., Кузьмик Н. С., Брюханов Н. В. Погрешности дешифрирования лесов Приангарья методом классификации пикселей спутникового снимка // Сибирский лесной журнал. Краснорярск, 2016. С. 56-67
10. Флоринский И. В. Картографирование почвы на основе цифрового моделирования рельефа (по данным кинематических GPS съемок и почвенных наземных съемок) // Исследование Земли из космоса. 2009. № 6. С. 56-65.
11. Шишикин А. С., Фарбер С. К. Инновационная технология охотустройства // Экосистемы Центральной Азии: исследования, сохранение, рациональное использование : материалы XIII Убсунурского меж-дунар. симпозиума (4-7 июля 2016 г., Кызыл). Кызыл, 2016. С. 241-244.
REFERENCES
1. Kalashnikov E. N. Kompleksnoye kartografirova-niye lesnykh landshaftov : avtoref. dis. ... d-ra biol. nauk. 2002, 49 s.
2. Kireyev D. M. Metody izucheniya lesov po aer-osnimkam. Novosibirsk : Nauka, 1977, 212 s.
3. Pervunin V. A. Printsipy kartografirovaniya struktury rastitel'nogo pokrova tayezhnykh geokomp-leksov // Landshaftnyye metody lesnogo kartografirovaniya. Krasnoyarsk, 1987, S. 62-72.
4. Sedykh V. N. Lesnaya taksatsiya i lesnaya karto-grafiya na sovremennom etape // Lesnaya taksatsiya i lesoustroystvo. 2007, № 1 (37), S. 48-54.
5. Sedykh V. N. Aerokosmicheskiy monitoring lesnogo pokrova. Novosibirsk : Nauka, 1991, 239 s.
6. Sochava V. B. Vvedeniye v ucheniye o geosiste-makh. Novosibirsk : Nauka, 1978, 318 s.
7. Sochava V. B. Geograficheskiye aspekty Sibirskoy taygi. Novosibirsk : Nauka, 1980, 256 s.
8. Sochava V. B. Ucheniye o geosistemakh. Sovre-mennyy etap kompleksnoy fizicheskoy geografii. Moscow, Izd-vo AN SSSR, 1972, № 3, S. 20.
9. Farber S. K., Kuz'mik N. S., Bryukhanov N. V. Pogreshnosti deshifrirovaniya lesov Priangar'ya metodom klassifikatsii pikseley sputnikovogo snimka // Sibirskiy lesnoy zhurnal. Krasnoryarsk, 2016, S. 56-67
10. Florinskiy I. V. Kartografirovaniye pochvy na os-nove tsifrovogo modelirovaniya rel'yefa (po dannym kin-ematicheskikh GPS s"yemok i pochvennykh nazemnykh s"yemok) // Issledovaniye Zemli iz kosmosa. 2009, № 6, S. 56-65.
11. Shishikin A. S., Farber S. K. Innovatsionnaya tekhnologiya okhotustroystva // Ekosistemy TSentral'noy Azii: issledovaniya, sokhraneniye, ratsional'noye ispol'-zovaniye : materialy XIII Ubsunurskogo mezhdunar. sim-poziuma (4-7 iyulya 2016 g., Kyzyl). Kyzyl, 2016, S. 241-244.
© Фарбер С. К., Кузьмик Н. С., Молокова Н. И., Горяева Е. В., 2018
Поступила в редакцию 14.03.2018
Принята к печати 31.08.2018
