CC BY
0УДК 528.94
DOI: 10.24412/cl-37200-2024-65-72
ОПЫТ ГЕОИНФОРМАЦИОННОГО КАРТОГРАФИРОВАНИЯ РАСТИТЕЛЬНОСТИ ПРИРОДНОГО ПАРКА «РОВЕНЬСКИЙ» (БЕЛГОРОДСКАЯ ОБЛАСТЬ)
GEOINFORMATION MAPPING OF VEGETATION OF THE NATURAL PARK "ROVENSKY" (BELGOROD REGION)
*Алексеенко НА.1,2, "Курамагомедов Б.М.1,3
*Alekseenko N.A.1,2, **Kuramagomedov B.M.1,3
1Институт географии РАН, Москва, Россия 2Московский государственный университет, Москва, Россия 3Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики», Москва, Россия institute of Geography, Russian Academy of Sciences, Moscow, Russia 2Moscow State University, Moscow, Russia 3National Research University Higher School of Economics, Moscow, Russia
E-mail: *valtuz@mail.ru, **bashir.kura@igras.ru
Аннотация. В заповеднике Белогорье для оптимизации хранения и последующего анализа накопленных данных и материалов за столетнюю историю создается база пространственных данных, которая содержит данные как переменные при выполнении анализа, моделирования и картографирования. Для того, чтобы представление информации было географичным, требуется наличие карты природных контуров, в качестве которой было решено использовать карту растительности для всех участков заповедника, в том числе, для природного парка Ровеньский. Ее создание проводилось путем полевого дешифрирования космических снимков. Основными источником для проведения дешифрирования послужили снимки съемочной системы SPOT-4 и SPOT-6.
По результатам полевых описаний были разработаны легенды для карт растительности пяти участков парка, а затем созданы карты масштаба 1:5 000. Сильно различающаяся размерность выделов привела к сильному объединению названий таксонов, многообразие типов растительности - к невозможности в крупном масштабе создать единую легенду для упрощения любого анализа в последующем. Объединить все типы растительности удалось на карте масштаба 1:25 000.
Ключевые слова: природный парк, карта растительности, база пространственных данных.
Abstract. A spatial database is being created in the Zapovednik Belogorye to store and structure data obtained over the last century. This database contains information for analysis, modeling and mapping. А map of any natural contours (landscape, vegetation, etc.) is required to organize data showing geographic content. It was decided to use a vegetation map for all areas of the Zapovednik, including the Rovensky Natural Park. Its creation was carried out by field interpretation of space images. The main sources for decryption were images from the SPOT-4 and SPOT-6 shooting systems.
Based on the results of field descriptions, legends were developed for vegetation maps of five areas of the park, and then maps were created at a scale of 1:5,000. The natural park's vegetation patches have very different sizes and there are so many different types of vegetation in the park that it is impossible to create a single legend at a scale of 1:5 000 for any subsequent analysis. It was possible to combine all types of vegetation on a map at a scale of 1:25 000.
Key words: natural park, vegetation map, spatial database.
Введение. Столетний архив данных наблюдений, мониторинга, научных изысканий заповедника Белогорье уже более десяти последних лет собирается в электронном виде, что вызвало необходимость организации и структурирования данных в базы данных (БД). С учетом пространственной составляющей, имеющейся у данных, собираемых в заповедниках, БД спроектирована с учетом этой особенности, которая в свою очередь служит источником для пространственного анализа и картографирования. Ранее были обоснованы структуры, этапы создания БД ООПТ, в т. ч. и применение в качестве базовых пространственных данных, карты природных контуров (собственно карты природных контуров, ландшафтов, растительности и пр.). В заповеднике Белогорье стали создаваться для этой цели на отдельные участки крупномасштабные карты растительности. Эти карты показывают распределение растительных сообществ, а их анализ позволяет выявить динамику, изменения и связи с другими компонентами среды [1].
Региональный природный парк «Ровеньский» (I II I) основан в 1998 г., а в 1999 г. придан в ведение заповеднику Белогорье. Первые пять лет в парке была собственная дирекция в п.г.т. Ровеньки. Парк расположен на юге Ровеньского района Белгородской области в степной зоне и состоит из 14 участков, 6 из которых памятники природы площадью 0,01 га. Его участки включают ландшафты северной разнотравно-злаковой (типчаково-ковыльной) степи, меловых обнажений, байрачных лесов, водно-болотных комплексов. В парке произрастает 7 видов растений из Красной Книги РФ - полынь беловойлочная (Artemisia hololeuca M. Bieb. ex Besser), копеечник украинский (Hedysarum ucrainicum Kaschm.), иссоп меловой (Hyssopus cretaceus Dubj.), пион тонколистный (Paeonia tenuifolia L.), ирис (касатик) низкий (Iris humilis Georgi), ятрышник болотный (Orchis palustris Jacq.), ковыль перистый (Stipa pennata L.). Много редких южных растений - ясенец голостолбиковый (неопалимая купина) (Dictamnus gymnostylis Steven), вьюнок линейчатый (Convolvulus lineatus L.), бородач обыкновенный (Bothriochloa ischaemum (L.) Keng) и др., в степях доминируют ковыли Лессинга (Stipa lessingiana Trin. & Rupr.) и волосатик (Stipa capillata L.) [2, 3].
В качестве заповедной части в бессрочное пользование отведены земельные участки: урочище Зеленая роща и участок леса, расположенный в 0,5 км к югу от него (общей площадью 50 гектаров), меловые откосы на правом берегу реки Сарма северо-западнее с. Нагольное (площадью 15 гектаров), левобережный пойменный участок реки Айдар, южнее х. Двуречье (150 гектаров) и ряд участков с режимом охраны, соответствующим региональным комплексным заказникам, общей площадью 1288,06 га. Все ландшафтные комплексы парка имеют несомненную природную ценность [4-6].
Материалы и методы. В августе 2011 г. сотрудниками заповедника и учеными сторонних организаций под руководством директора А.С. Шаповалова проводились работы по изучению растительности участков ПП. Они являются необходимой составляющей для дальнейшей работы, точкой отсчета для изучения степной зоны европейской России именно на этой территории, потому что ранее детальных исследований здесь не велось. Эти материалы использовались для последующего составления карт растительности разных участков ПП.
Стоит отметить, что описания были составлены в процессе полевого дешифрирования высокодетальных космических снимков съемочных систем SPOT-4 и SPOT-6, которое относится к эталонному типу. Снимки SPOT-6 имеют высокое пространственное разрешение (спектральное - 6 м и 1,5 м - панхроматическое), что позволяет производить точную привязку данных полевых исследований. Снимки имели зеленый, красный и инфракрасный каналы съемки, и даты, соответствующие сезону полевых работ.
Эталонное дешифрирование используется, когда необходимо исследовать достаточно большие территории. Основной смысл данного вида работ заключается в создании неких эталонных областей, в которых характеристики объектов являются типичными для ряда других аналогичных областей на снимке. Они определяются в ходе подготовительного этапа в результате изучения разных картографических материалов (топографические карты, схемы районной планировки, кадастровые карты и пр.), авторского и автоматизированного дешифрирования снимков района исследований в подходящем масштабе (рисунок 1).
Результатом предварительного дешифрирования является карта определяемых исследователем выделов по совокупности каких-либо признаков. Например, на участке ПП «Айдар» учитывались формы рельефа, их крутизна, грунты, и ботаником к.б.н. Г.Н. Лысенко характеризовался растительный покров этого контура и состав доминирующих видов. После этого по разработанным оптимальным маршрутам производилось дешифрирование непосредственно на эталонных участках. Информация, собранная на подобном участке, соответственно, принимается за истину и для остальных участков, имеющих схожие характеристики (рисунок 2).
При составлении полевых геоботанических описаний использовалась эколого-морфологическая классификация растительности, основанная на учете структурно-морфологических признаков сообществ, состава их доминирующих и дифференцирующих видов. Систематизация растительных сообществ осуществляется на основе доминирования видов определенной жизненной формы в составе основных ярусов сообществ. Помимо доминирующих видов в качестве диагностических признаков при типизации фитоценозов учитываются детерминантные, характерные для определенных условий местообитаний -индикаторные виды. Иногда дополнительно рассматривались экологические критерии, определяющие территориальную приуроченность выделенных таксонов [5].
При полевых работах было описано 275 контуров, определяемых на снимках. Описание включало: местоположение точки, перечень доминирующих видов, название ассоциации, характеристику рельефа и отдельные примечания (грунт, хозяйственное использование, степень антропогенного воздействия и пр.).
Рисунок 1. Результат автоматизированной обработки снимков (разный синтез каналов и различные алгоритмы обработки).
Рисунок 2. Результат предварительного дешифрирования - рабочие материалы для полевых исследований.
Растительные сообщества в ходе обработки полевых данных, были объединены в 13 групп: лесная растительность (природная), антропогенная древесно-кустарниковая растительность, заросли караганы кустарниковой, проективное покрытие которой превышает 50%, кустарниковые степи с доминированием караганы кустарниковой, степные сообщества
формации Stipeta capillatae, степные сообщества формации Festuceta valesiacae, сообщества формации Cariceta humilis, лугово-степные сообщества с доминированием корневищных злаков, сообщества переувлажненных экотопов, сообщества меловых обнажений, сообщества с доминированием качима метельчатого (Gypsophilapaniculata L.), сообщества с доминированием полыней, разнотравные и сорняковые сообщества часто на нарушенных местопроизрастаниях (таблица 1).
Каждая из групп, в свою очередь могла подразделяться на несколько подгрупп. Например, в степных сообществах формации Stipeta сapillatae были выделены: А) чистые Stipa capillata, Stipeta capillatae purum, Б) с содоминированием Festuca valesiaca, часто с объединением ксерофитного разнотравья: Euphorbia stepposa Zoz ex Prokh., E. seguieriana Neck, Crinitaria villosa (L.) Grossh, Gypsophila paniculata, С) с содоминированием Festuca valesiaca Gaudin, часто с объединением мезофитного разнотравья: Salvia nutans L., Eryngium campestre L., D) с содоминированием Festuca valesiaca c примесью или содоминированием корневищных злаков: Bromopsis riparia (Rehmann) Holub, Bromopsis inermis (Leyss.) Holub, Koeleria cristata (Ledeb.) Schult, Е) с содоминированием Festuca valesiaca c примесью караганы кустарниковой, Caragana frutex (L.) K. Koch, F) с содоминированием Elytrigia repens (L.) Nevski, G) с содоминированием многочисленных видов степного разнотравья: Gypsophila paniculata, Scabiosa ochroleuca L., Onosma tanaitica Klokov, Euphorbia stepposa, Salvia nutans, Eryngium campestre, Euphorbia seguieriana. [3, 7, 8].
Создание карты осуществлялось с использованием ПО ArcGIS PRO. Составленный набор исходных векторных геоинформационных слоев был сведен в базу пространственных данных (БПД). Для удобства все вышеперечисленные материалы помещались в таблицу содержания (Table of content) послойно в единой проекции WGS1984UTM зоны 55N. Эта необходимость возникает в связи с широким применением в природоохранной практике методов пространственного моделирования, где они используются в качестве переменных, например, при выявлении местообитаний редких видов или прогнозировании моделей биоразнообразия при климатических изменениях. Помимо слоя с растительностью в БПД вносится и другая пространственная информация (экспозиция склона, крутизна, нарушенность, близость к антропогенным объектам и пр.), т.к. иная организация данных в силу его недостаточной структурированности и систематизации создает сложности доступа к огромному массиву накопленного материала в заповедной системе.
Названия растительных сообществ задавались в атрибутивной таблице уже после оцифровки выделов. Помимо слоя с растительными сообществами были также созданы слои с реками, границами, населенными пунктами, дорогами.
С помощью таблиц (таблица 1), детального изучения космических снимков и дополнительной научной литературы, были разработаны легенды для каждого участка парка. Разработка легенды является основополагающим этапом при составлении карты, не менее важный момент - размерность выделяемых таксонов. И тот, и другой этап были достаточно сложны для прохождения.
Переход от классификации объектов к самой легенде - первый шаг к картографической генерализации и организации имеющегося материала. Даже при таком крупномасштабном картографировании, как в данном случае (1:5 000 для каждого участка), на картах не удалось показать, как хотелось бы, и как позволяли полевые описания, распространение ассоциаций, групп и классов ассоциаций. Все картографируемые подразделения растительности пришлось подчинить в легенде более высоким ступеням классификационной схемы именно из-за размерности таксонов (некоторые из них были чрезвычайно малы, а некоторые несоразмерно велики), но те и другие были очень важны.
Далее на основе атрибутивных данных с помощью методов геоинформационного анализа, например, таких как объединение смежных объектов или наложение слоев, выполнялась корректировка геометрии ареалов с учетом информации о землепользовании согласно данным из Единого государственного реестра недвижимости.
Надо отметить, что идея создать единую легенду для всех участков ПП не была реализована в виду сильного разброса видов растительных ассоциаций участков парка, находящихся в различных ландшафтах. Участки «Айдарский» (рисунок 3), «Лысая гора» и «Сарма» - правые склоны с выходами мела долин рек Айдар и Сарма с прилегающей правобережной поймой, участок «Нижесеребрянский» (рисунок 4) - левобережная невысокая боровая терраса в комплексе с засоленными лугами. Участок «Нагольное» представляет собой
отдельно стоящий меловой останец, занятый на плакоре и склонах северной и северо-восточной экспозиций луговыми степями с мозаичным вкраплением участков кальцефитной растительности с доминированием Artemisia salsoloides Willd и сопутствующим кретофильным комплексом видов. Таким образом, растительный покров природного парка «Ровеньский» носит достаточно пёстрый характер (рисунок 5), что обусловлено действием разнообразных экологических факторов, прежде всего эдафических: контрастных почвообразующих пород, сложной пластики рельефа, выходов грунтовых вод, растительности, животного мира и хозяйственной деятельности человека.
Таблица 1
Обобщающая таблица растительных сообществ (фрагмент)
1 ЛЕСНЫЕ Формации (природные)
А Поименный лес в долине р Айдар
В Фрагменты квазикоренных лесных сообществ на плакоре
И Анфопоге^ ая древесно-кустарниковая растепьн&стъ
А Посадки лесных культур и фрагменты лесополос
В Спонтанные древесно-кустарниковые заросли на местах антропогенных нарушений
III ЗАРОСЛИ КАРАГАНЫ (ПРОЕКТИВ ПОКРЫТИЕ >50%)
А Заросли караганы с примесью терна степного, вяза и спиреи
В Заросли караганы с содоминированием в травянистом ярусе дернованных злаков
С Заросли караганы с содоминированивм в травянистом ярусе корневищных злаков
IV КУСТАРНИКОВЫЕ СТЕПИ с доминированием караганы кутцевой
А с содоминированивм дернованных злаков
В с содоминированием корневищных злаков
V Стетые сообщества формации 5йре1а сарШа1ае
А чистые
В с содомишфовэнием Ре&иса уаЫмса часто с объединением ксерофитного разнотравья
С с coóoMuHUf с содомита )ованием festuca vafesiaca часто с объединением мезофитного разнотравья
D Юванием festuca vafestaca с примесью или содоминированием корневищных зла ко
Е с содоминированием festuce vafesieсв с примесью караганы кущевой
F с содоминированивм Efytnqia repens
G с содоминированием многочисленных видов степного разнотравья
VI СгегЙле'йЗЬбщества формации Festuceta valesiacae
А с содоминированием Stipe сapi/fata часто с Объединением ксерофитного разнотравья
В с содоминированием Stipa capiffala с примесью корневищных злаков
С с содашнированием Sttpa capiffata с примесью разнотравья
D с содошинированием Carexhumifis
Е с содоминированием корневищных злаков
Е с содоиишфованием многочисленных видов степного разнотравья
VH ^^^^^НФоршции Canceta humilis
А с содоминированием дерновинных злаков
В с содоминированием полыни солянковидной на выходах мела
VIII Лугово-стет сообщества с доминированием корневищных злаков
А с доминированием мятлика узколистого
В с доммифованием костра берегового
С С ДОМИНИрОЕ с доминироЕ |анием костра безостого
D анием вейника наземного
Е с доминированием пырея ползучего
IX СООБЩЕС1 ВА ПЕРЕУВЛАЖНЕННЫХ ЭКОТОПОВ
X СООБЩЕС1 ВА МЕЛОВЫХ ОБНАЖЕНИИ
XI СООБЩЕС1 В С ДОМИНИРОВАНИЕМ КАЧИМА МЕТЕЛЬЧАТОГО
XII СООБЩЕС1 ВА С ДОМИНИРОВАНИЕМ ПОЛЫНЕЙ
XIII Разнотавны в и сорняковые сообщества часто в нарушенных экотопах
Основным правилом оформления карт растительности признается то, что качественный фон (цветовая гамма, штриховые обозначения) присваиваются основному сюжету карты, т.е. типологическим подразделениям растительного покрова согласно расположению их в легенде карты. При этом традиционно (в отечественной картографии) подбор цветовой шкалы, тональность оттенков выбираются в соответствии с эколого-географическим принципом. Логика построения легенды приводит к присвоению оттенков одного цвета определенному типу растительности, при этом, например, вся луговая растительность ассоциативно показывается оттенками зеленого, степная - желто-коричневого и т.д.
Рисунок 3. Карта растительности участка «Айдар».
Рисунок 4. Карта растительности участка «Нижнесеребрянский».
Рисунок 5. Карта растительности Ровеньского природного парка.
Заключение. Выполнение работ по картографированию растительного покрова исключительно по литературным обзорам и материалам дешифрирования данных дистанционного без наземных полевых обследований затруднителен в крупным масштабах. Каждая созданная на отдельные участки ПП «Ровеньский» карта масштаба 1:5 000 -самостоятельное произведение, с собственной легендой, что еще раз подтвердило растительное разнообразие природного парка. Попытка создать карту на всю территорию парка с общей легендой привела к сильной генерализации, но при этом получилась целостная картина, отражающая общие черты и закономерности распределения растительности. Масштаб карты 1:25 000.
Работа выполнена по Госзаданию FMWS-2024-0009 №1023032700199-9.
Список литературы
1. Алексеенко Н.А. Создание карты растительных сообществ заповедника «Белогорье» для организации пространственных данных // Лесостепь Восточной Европы: структура, динамика и охрана: Материалы Междунар. науч. конф. Пенза: Изд-во ПГУ, 2013. С. 352-354.
2. Колчанов А.Ф. Растительность Белгородского края и её охрана вплоть до XX столетия // Науч. ведомости Белгород. ун-та. 1996. № 3. С. 102-132.
3. Решетникова Н.М., Степанова Н.Ю. Дополнения к флоре Белгородской области (по материалам 2013 года) // Бюллетень Московского общества испытателей природы. Отдел биологический. 2015. Т. 120. № 3. С. 65-69.
4. Заповедник «Белогорье» [Электронный ресурс]. URL: http://www.zapovednik-belogorye.ru/ (дата обращения: 01.02.2024).
5. Огуреева Г.Н., Котова Т.В., Емельянова Л.Г. Экологическое картографирование. Биогеографические подходы. Учеб. пособие. М.: Географический факультет МГУ, 2010. 160 с.
6. Тишков А.А., Белоновская Е.А., Золотухин Н.И., Титова С.В., Царевская Н.Г., Чендев Ю.Г. Сохранившиеся участки степей как основа будущего экологического каркаса Белгородской области // Аридные экосистемы. 2020. Т. 26. № 1 (82). С. 43-53.
7. Алексеенко Н.А., Лысенко Г.Н., Шаповалов А.С. Создание геоботанической карты природного парка «Ровеньский» по результатам полевого дешифрирования // Геоэкологические и биоэкологические проблемы Северного Причерноморья: Материалы IV Междунар. науч.-практ. конф. Тирасполь, 2012. С. 9-11.
8. Золотухин Н.И. Встречаемость сосудистых растений в сообществах с ковылем перистым (Stipa pennata L.) в Алтайском, «Белогорье», Тигирекском и Центрально-Черноземном заповедниках // Проблемы изучения и восстановления ландшафтов лесостепной зоны: историко-культурные и природные территории: Сб. науч. статей. Тула, 2018. С. 78-89.
