CC BY
25
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
Информация об авторах Тимурбекова Айгуль Кулахметовна, кандидат технических наук, профессор кафедры «Технология и безопасность пищевых продуктов», НАО «Казахский национальный аграрный исследовательский университет» (050010, Республика Казахстан, г. Алматы, ул. Проспект Абая 8), e-mail: timurbekova_aigul@mail.ru
Молдакаримов Алмаз Абилхаирович, магистр, инженер Астанинского филиала ТОО «Казахский научно-исследовательский институт перерабатывающей и пищевой промышленности», Ph.D.-докторант кафедры ««Технология хлебопродуктов и перерабатывающих производств» АО «Алма-тинский технологический университет» (010000, Республика Казахстан, г. Астана, проспект Аль-Фараби 47), e-mail: mister_almaz89@mail.ru
Муслимов Нуржан Жумартович, доктор технических наук, член-корр. АСХН РК, ТОО «Казахский научно-исследовательский институт перерабатывающей и пищевой промышленности», (010000, Республика Казахстан, г. Астана, проспект Аль-Фараби 47), e-mail: n.muslimov@inbox.ru Оспанов Абдыманап Абубакирович, академик КазНАЕН, доктор технических наук, профессор кафедры «Технология и безопасность пищевых продуктов», НАО «Казахский национальный аграрный исследовательский университет» (050010, Республика Казахстан, г. Алматы, проспект Абая, 8), e-mail: ospanov_abdymanap@mail.ru
Далабаев Асхат Болатулы, магистр техники и технологии, научный сотрудник Астанинского филиала ТОО «Казахский научно-исследовательский институт перерабатывающей и пищевой промышленности» (010000, Республика Казахстан, г. Астана, проспект Аль-Фараби 47), mail: dala-baev_askhat@mail.ru
DOI: 10.32786/2071-9485-2022-03-26 ASSESSMENT OF SPATIAL STRUCTURE OF TREE AND SHRUB PLANTATIONS OF THE CITY OF VOLGOGRAD ACCORDING TO MULTISPECTRAL SATELLITE IMAGES
1 2 1 A.Sh. Khuzhakhmetova , V.P. Voronina , S.E. Lazarev
1Federal State Budget Scientific Institution «Federal Scientific Center of Agroecology, Complex Melioration and Protective Afforestation of the Russian Academy of Science», Volgograd 2 Volgograd State Agrarian University, Volgograd
Received 10.07.2022 Submitted 18.08.2022
The research was carried out on the topic of the State Assignment of the Federal Scientific Center for Agroecology, Integrated Land Reclamation and Protective Afforestation of the Russian
Academy of Sciences: "Formation of multifunctional cluster dendrological expositions and their renovation into bioresource artificial and landscaped landscape spaces of recreational type in low-forest regions of Russia" (Registration number: 121041200195-4) financing The Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation
Abstract
Introduction. Studies of the spatial structure of tree plantations in the city of Volgograd are fragmentary. Most scientific papers are devoted to the study of the state of the dendroflora of urbanized territories and the influence of environmental factors of the habitat on it. Remote sensing methods are one of the main tools for studying the spatial distribution of green spaces with the participation of plants of various ecological groups. In this regard, the purpose of this work was to assess the spatial structure of tree plantations in the city of Volgograd according to multispectral satellite images. Object. The object of the study was tree plantations of eight administrative districts of the city: Traktorozavodsky, Krasnook-tyabrsky, Dzerzhinsky, Voroshilovsky, Sovetsky, Kirovsky, Krasnoarmeysky, Central district. Materials and methods. The study and evaluation of the spatial structure were carried out using the results of the calculation of the normalized relative vegetation index. Results and conclusions. As a result of the conducted research, a method for calculating the area of tree plantations based on multispectral satellite images has been developed. Optimal combinations of phenological phases of woody and herbaceous vegetation development for their spatial differentiation in the dry-steppe conditions of the Volgograd region have been determined. The database of space satellites for 2017-2022 is analyzed. and a snapshot with
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
the maximum difference in the values of the normalized relative index for territories covered with woody and herbaceous vegetation was revealed - santinel 2 dated May 14, 2021, and a threshold value of NDVI greater than 0.45 for mapping tree stands was calculated. The level of representation of tree plantations within the boundaries of administrative districts and the city of Volgograd as a whole is determined. It is revealed that the distribution of woody plants on the territory of the city is uneven. In the spatial structure, it is possible to distinguish a conditional latitude and longitude zone, which is associated with a number of ecological, geographical and anthropogenic factors. Based on the data obtained, a scheme of the dendrological framework of Volgograd has been developed and territories promising for the creation of landscaping facilities with the participation of various types of woody plants have been identified.
Keywords: normalized relative vegetation index, dendroflora, tree and shrub plantations, urban forest cover, mapping
Citation. Khuzhakhmetova A.Sh., Voronina V.P., Lazarev S.E. Evaluation of the spatial structure of tree plantations of the city of Volgograd according to multispectral satellite images. Proc. of the Lower Volga Agro-University Comp.2022. 3(67). 218-232 (in Russian). DOI: 10.32786/2071-9485-2022-03-26.
Author's contribution. All the authors of this study were directly involved in the planning, execution or analysis of this study. All the authors of this article have read and approved the submitted final version.
Conflict of interest. The authors declare that there is no conflict of interest.
УДК 712.4:625.77
ОЦЕНКА ПРОСТРАНСТВЕННОЙ СТРУКТУРЫ ДРЕВЕСНО-КУСТАРНИКОВЫХ НАСАЖДЕНИЙ ГОРОДА ВОЛГОГРАДА ПО ДАННЫМ МУЛЬТИСПЕКТРАЛЬНЫХ КОСМИЧЕСКИХ СНИМКОВ
А. Ш. Хужахметова1, кандидат сельскохозяйственных наук, ведущий научный сотрудник В. П. Воронина2, доктор сельскохозяйственных наук, профессор С. Е. Лазарев1, старший научный сотрудник
1ФГБНУ «Федеральный научный центр агроэкологии, комплексных мелиораций и защитного лесоразведения Российской академии наук», г. Волгоград 2Волгоградский государственный аграрный университет, г. Волгоград
Дата поступления в редакцию 10.07.2022 Дата принятия к печати 18.08.2022
Исследования выполнены по теме Государственного задания Федерального научного центра агроэкологии, комплексных мелиораций и защитного лесоразведения РАН «Формирование полифункциональных кластерных дендрологических экспозиций и их реновации в биоресурсные искусственные и озелененные ландшафтные пространства рекреационного типа в малолесных регионах России» (Регистрационный номер: 121041200195-4) финансирование Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
Актуальность. Исследования пространственной структуры древесно-кустарниковых насаждений города Волгограда носят фрагментарный характер. Большинство научных работ посвящено изучению состояния дендрофлоры урбанизированных территорий и влияния на нее экологических факторов среды обитания. Одним из главных инструментов изучения пространственного распределения зеленых насаждений с участием растений различных экологических групп являются методы дистанционного зондирования. В связи с этим целью данной работы стала оценка пространственной структуры древесно-кустарниковых насаждений города Волгограда по данным мультиспектральных космических снимков. Объект и методы. Объектом исследования служили древесно-кустарниковые насаждения восьми административных районов города: Тракторозавод-ского, Краснооктябрьского, Центрального, Дзержинского, Ворошиловского, Советского, Кировского, Красноармейского. Изучение и оценка пространственной структуры проводились с использованием результатов расчета нормализованного относительного индекса растительности (NDVI). Результаты и выводы. В результате проведенных исследований отработана методика расчета пло-
219
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
щади древесно-кустарниковых насаждении по данным мультиспектральных космических снимков. Определены оптимальные сочетания фенологических фаз развития древесно-кустарниковой и травянистой растительности для их пространственной дифференциации в сухостепных условиях Волгоградской области. Проанализирована база космосников за 2017-2022 гг. и выявлен снимок с максимальной разницей значений нормализованного относительного индекса для территорий, покрытых древесно-кустарниковой и травянистой растительностью - santinel 2 от 14 мая 2021 г., а также рассчитано пороговое значение NDVI больше 0,45 для картографирования древесно-кустарниковых насаждений. Определен уровень представленности древесно-кустарниковых насаждений в границах административных районов и города Волгограда в целом. Выявлено, что распределение древесно-кустарниковых растений на территории города носит неравномерный характер. В пространственной структуре можно выделить условную широтную и долготную поясность, которая связана с рядом эколого-географических и антропогенных факторов. На основе полученных данных разработана схема дендрологического каркаса г. Волгограда и определены территории, перспективные для создания объектов озеленения с участием различных видов древесно-кустарниковых растений.
Ключевые слова: нормализованный относительный индекс растительности, дендрофлора, древесно-кустарниковые насаждения, лесистость городских территорий, картографирование.
Цитирование. Хужахметова А. Ш., Воронина В. П., Лазарев С. Е. Оценка пространственной структуры древесно-кустарниковых насаждений города Волгограда по данным мультиспек-тральных космических снимков. Известия НВ АУК. 2022. 3(67). 218-232. DOI: 10.32786/20719485-2022-03-26.
Авторский вклад. Все авторы настоящего исследования принимали непосредственное участие в планировании, выполнении или анализе данного исследования. Все авторы настоящей статьи ознакомились с представленным окончательным вариантом и одобрили его.
Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Введение. Древесно-кустарниковые насаждения являются важным структурным элементом городских зеленых насаждений [13]. Особое значение для формирования комфортной городской среды они имеют в регионах с жестким аридным климатом. Деревья наиболее эффективно очищают и увлажняют воздух, снижают силу ветра, уровень шума, улучшают радиационный и температурный режимы, формируют благоприятные микроклиматические условия.
Волгоград является одним из самых жарких городов России. Для него характерны сухое жаркое продолжительное лето и теплая осень, короткая сухая весна и холодная зима [15]. По данным СНиП 23-01-99 «Строительная климатология», он занимает пятое место по среднелетней температуре среди региональных центров Российской Федерации после Астрахани, Махачкалы, Элисты и Грозного.
Город расположен на границе Волго-Донского сухостепного, Волго-Уральского и Ергенинско-Сарпинского полупустынных агролесомелиоративных районов. Неблагоприятные климатические условия являются главным лимитирующим фактором, определяющим возможность выращивания древесно-кустарниковых растений [2, 4].
Древесно-кустарниковые насаждения на территории города расположены неравномерно. Кроме зональных, сухостепных и полупустынных ландшафтов, городская черта включает интразональные байрачные и пойменные сообщества. Естественные лесные насаждения приурочены к долинам малых рек, берегам водохранилищ и пойменной территории р. Волга. На участках с сухостепными и полупустынными условиями встречаются только искусственные посадки.
Исследования пространственной структуры древесно-кустарниковых насаждений города Волгограда носят фрагментарный характер. Большинство научных работ посвящено изучению состояния дендрофлоры и влиянию на нее экологических условий
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
[6-8, 16]. Отдельно необходимо отметить ряд работ, посвященных картографированию ландшафтов г. Волгограда и зеленых насаждений, в частности по данным мультиспек-тральных космических снимков с использованием нормализованного относительного индекса растительности (NDVI) [5, 9, 12]. Картографирование древесно-кустарниковых насаждений проводилось ранее только для агролесоландшафтов пригородной зоны г. Волгограда [3, 10] или для отдельных объектов озеленения.
В связи с этим целью данной работы стала оценка пространственной структуры древесно-кустарниковых насаждений города Волгограда по данным мультиспектраль-ных космических снимков.
В задачи исследования входило:
• отработать методику расчета площади древесно-кустарниковых насаждений на урбанизированных территориях сухостепной и полупустынной зоны Волгоградской области по данным мультиспектральных космических снимков;
• определить уровень представленности древесно-кустарниковых насаждений в границах административных районов и города Волгограда в целом;
• выявить общие закономерности распределения древесно-кустарниковых насаждений и определить территории с оптимальными лесорастительными условиями, перспективными для формирования и развития городского дендрологического каркаса.
Материалы и методы. Город Волгоград является областным центром Волгоградской области. Его площадь составляет 859 км2. Население, по состоянию на 2021 год - 1 004 763 человек. С восточной стороны Волгограда протекает река Волга, с запада от города проходят государственные лесные полосы: Камышин - Волгоград и Волгоград - Элиста - Черкесск, созданные 1940-1950 годах для борьбы с суховеями и песчаными бурями. Территорию города пересекают пять малых рек: Мокрая Мечетка, Царица, Отрада, Ельшанка, Сухая Мечетка и многочисленные балки.
Пространственными объектами для проведения исследования стали территории восьми административных районов города: Тракторозаводский, Краснооктябрьский, Центральный, Дзержинский, Ворошиловский, Советский, Кировский, Красноармейский. Основная часть городских территорий находится на правом крутом берегу р. Волга. Исключение составляет Кировский район, территория которого включает остров Сарпинский -самый большой речной остров Волги, расположенный в Волго-Ахтубинской пойме, а также Советский район, территория которого протянулась на запад до Береславского водохранилища, относящегося к водосборному бассейну р. Дон (рисунок 1).
Для выявления, картографирования и оценки пространственной структуры дре-весно-кустарниковых насаждений г. Волгограда использовались результаты расчета нормализованного относительного индекса растительности (normalized difference vegetation index, NDVI), который широко используется для количественной оценки растительного покрова в научной и производственной деятельности.
NDVI отражает активность вегетации растений. Положительные его значения характерны для территорий с растительным покровом. Увеличение значений индекса свидетельствует об улучшении состояния и усилении роста растений. NDVI связан с показателями продуктивности, биомассы и структурой растительного покрова. Кроме этого, увеличение или уменьшение значений нормализованного относительного индекса растительности связано с особенностями сезонного развития различных экологических групп растений [11, 17]. В связи с этим для качественного пространственного разграничения объектов с различной долей участия растений разных экологических групп важно выявить оптимальные фенологические фазы для проведения исследований и определить космоснимки, сделанные в период их наступления.
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
Рисунок 1 - Административное деление г. Волгограда Figure 1 - Administrative division of Volgograd
Для выявления границ древесно-кустарниковых насаждений на территории г. Волгограда была проанализирована база мультиканальных космических снимков за 2017-2022 гг. с использованием автоматизированного просмоторщика EO browser на портале Sentinel Hub, принадлежащем «Лаборатории географических информационных систем Синергиз». Преимуществом данного просмоторщика является возможность расчета и визуализации индекса нормализованной активности в автоматизированном режиме, что значительно ускоряет обработку и анализ большого количества космоснимков.
Проведенный анализ позволил выделить снимок с максимальной разницей значений нормализованного относительного индекса для территорий, покрытых древесно-кустарниковой и травянистой растительностью - santinel 2 от 14 мая 2021.
Дальнейшая обработка материалов проводилась в программе Quantum GIS 3.18. Для расчета NDVI использовали спектральные каналы в красной (Red) и ближней инфракрасной (near infrared, NIR) зонах (1).
NDVI =
(.NIR-Red) (.NIR+Red).
(1)
В процессе полевого дешифрирования полученных данных было определено пороговое значение NDVI больше 0,45, в соответствии с которым выполнено картографирование древесно-кустарниковых насаждений.
Дополнительный контроль качества автоматизированного определения границ древесно-кустарниковых насаждений проводили по гибридному снимку, включающему слой с разработанной картой древесно-кустарниковых насаждений и спутниковые
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
снимки высокого разрешения MAXAR, сделанные в различные временные промежутки. Для визуализации участков карты в данной работе в качестве фонового слоя использовался снимок спутника MAXAR (октябрь 2021 г.).
На основе разработанной карты древесно-кустарниковых насаждений г. Волгограда была рассчитана лесистость городских территорий, которая определялась по отношению площади территорий, покрытых древесно-кустарниковыми насаждениями, к общей площади городских районов и города в целом. Кроме этого, проанализирована пространственная структура и определена площадь древесно-кустарниковых насаждений, приходящихся на одного человека.
Результаты и обсуждение. Существующие методики выявления древесно-кустарниковых насаждений с использованием мультиспектральных космических снимков основываются на определении пороговых значений NDVI, которые определяются в процессе полевого дешифрирования картографических материалов [14, 17]. Так, по данным Шевела С. Ю. и Погорелова А. В., для ландшафтов Краснодарского края характерно следующее соответствие классов растительности и других природных объектов показателю NDVI (Landsat 7 от 9 августа 2000 г.): широколиственный лес - 0,380,52; хвойный лес - 0,35-0,5; кустарники и кустарниковая растительность - 0,36-0,46; орошаемые пахотные земли - 0,08-0,33 [17].
Большое значение для количественной и качественной оценки растений различных жизненных форм и экологических групп имеет фенологическая фаза развития, во время которой проводилась космофотосъемка. Учеными из ФНЦ агроэкологии РАН установлено, что в Волгоградском Заволжье в течение вегетационного сезона наблюдаются два цикла NDVI: первый - в период развития эфемеров и эфемероидов (май) и второй - в конце лета и начале осени, когда вегетирует галофитная растительность [11].
Флора большинства урбанизированных территорий претерпевает сильную антропогенную трансформацию, в результате которой значительно изменяется доля участия растений различных экологических групп. В травянистом ярусе начинают преобладать быстрорастущие пионерные и сорные растения. По сравнению с естественными растительными сообществами на территории города Волгограда снижается количество аборигенных степных эфемеров и эфемероидов, что приводит к сдвигу первого пика NDVI.
В долинах малых рек и крупных балок г. Волгограда большие площади занимают тростниковые насаждения, пик значений NDVI которых приходится на конец мая - начало июня. К середине мая тростниковые заросли имеют еще низкий индекс вегетационной активности, что позволяет выделять на их фоне древесно-кустарниковые растения, активно вегетирующие в этот период (рисунок 2). Эфемеры и эфемероиды пойменных растительных сообществ о. Сарпинский Кировского района и полуостровных территорий Красноармейского района в отличие от степных растений развиваются не на открытых пространствах, а под пологом леса, что не вызывает серьезных помех при картографировании древесно-кустарниковых насаждений на этих территориях (рисунок 3).
В сухостепных условиях Волжского правобережья, по сравнению с полупустынными районами Заволжья, на протяжении вегетационного периода происходит значительное накопление биомассы в травянистых растительных сообществах. В весенний период последующего года растительные остатки (мортмасса) закрывают отрастающие растения, что также приводит к сдвигу первого пика NDVI на вторую половину - конец мая.
Таким образом, космические снимки, сделанные в середине мая, являются оптимальным материалом для расчета индекса NDVI в целях пространственного разграничения древесно-кустарниковых и травянистых растений в условиях г. Волгограда. Анализ базы данных космоснимков sentinel 2 на портале Sentinel Hub за 2017-2022 гг. показал, что оптимальными для картографирования являются мультиканальные снимки от 14 мая 2021 года. Расчеты, проведенные с помощью растрового калькулятора Quantum
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА: НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
GIS, позволили построить NDVI снимок города Волгограда. По результатам полевого и камерального дешифрирования данного снимка было определено пороговое значение больше 0,45 для картографирования древесно-кустарниковых насаждений.
Рисунок 2 - Фрагмент карты древесно-кустарниковых насаждений г. Волгограда (Тракторозаводский район, среднее течение р. Мокрая Мечетка)
Figure 2 - A section of the map of tree plantations in Volgograd (Traktorozavodsky district, middle course of the Wet Mechetka river)
Рисунок 3 - Фрагмент карты древесно-кустарниковых насаждений г. Волгограда (Кировский район, северо-западная часть о. Сарпинский)
Figure 3 - Section of the map of tree
plantations in Volgograd (Kirovsky district, north-western part of Sarpinsky Island)
Тем не менее контроль качества карты древесно-кустарниковых насаждений г. Волгограда, построенной по данным нормализованного относительного индекса растительности, с использованием выбранного снимка позволил выявить некоторые ошибки автоматического картографирования. Так, значительная ручная корректировка потребовалась для территории Волгоградского аэропорта, где проводятся регулярные покосы травостоя. Сбор и вывоз сухих растительных остатков приводит к отсутствию мортмассы в весенний период, поэтому значения NDVI этих территорий уже к середине мая могут накладываться на пороговые значения, характерные для показателей древесно-кустарниковых растений.
Вторая группа помех также связана с антропогенными факторами. Высокий индекс вегетационной активности в середине мая имеют поля, засеянные озимой пшеницей. В границах городской черты они иногда встречаются на сельскохозяйственных землях западной части Советского района. Поля обычно имеют строгие геометрические формы, поэтому легко дешифрируются на картографических материалах и удаляются в ручном режиме.
Третья группа - элитные объекты озеленения с системами автоматического орошения, где фиксируются высокие значения МСУТ на протяжении всего вегетационного сезона. Выявлять и корректировать такие объекты также не составляет труда, т.к. в процентном соотношении они вносят незначительный вклад в формирование городских зеленых насаждений. Большинство городских газонов на территории объектов озеленения общего пользования имеет удовлетворительное состояние и индекс их вегетационной активности не превышает пороговых значений, характерных для древесно-кустарниковых растений.
Волгоградская область относится к малолесным регионам. По данным Комитета лесного хозяйства Волгоградской области по оценке эффективности деятельности за 2012 год, площадь лесов составляла 480,4 тыс. га, а лесистость территории - 4,3 %. Са-
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА: НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
мой низкой лесистостью (1,8 %) отличаются заволжские и южные районы на границе с которыми расположен город Волгоград. Несмотря на это, наши расчеты показали, что территория самого города отличается высоким процентом лесистости - 17,06 % - при общей площади древесно-кустарниковых насаждений 146,53 км2 (таблица 1).
Таблица 1 - Представленность древесно-кустарниковых насаждений в границах административных районов и города Волгограда
Table 1 - Representation of tree plantations within the boundaries
of administrative districts and t ie city of Volgograd
Название Площадь района, км2 Площадь древес-но- кустарниковых насаждений, км2 Лесистость, % Население (2021 г.), чел. Площадь древесно-кустарниковых насаждений на 1 чел., м2
Тракторозаводский 72,5 14,83 20,46 134459 110,3
Краснооктябрьский 39 6,68 17,13 142738 46,8
Дзержинский 75 11,38 15,17 180271 63,1
Центральный 14,2 2,03 14,30 84428 24,0
Ворошиловский 29,1 5,13 17,63 77409 66,3
Советский 271,4 24,42 9,00 127676 191,3
Кировский 221,9 57,74 26,02 97843 590,1
Красноармейский 136,0 24,32 17,88 159939 152,1
Всего 859 146,53 17,06 1004763 145,8
Высокий процент лесистости городской территории, по сравнению с территорией области, объясняется рядом причин. Во-первых, в городскую черту входит о. Сарпинский -самый крупный речной остров, на территории которого расположены большие по площади естественные древесно-кустарниковые насаждения. Во-вторых, территория города имеет значительную протяженность вдоль р. Волги, включает несколько пойменных террас и долин малых рек, отличающихся хорошими лесорастительными условиями. В-третьих, на территории города создано много искусственных насаждений и объектов озеленения.
Пространственное распределение древесно-кустарниковых насаждений по административным районам города определяется особенностями их эколого-географического положения. Так, самой высокой лесистостью (26,02 %) отличается Кировский район, включающий в себя территорию о. Сарпинский. Низкая плотность населения и высокий процент лесистости определяют высокую площадь древесно-кустарниковых растений. На территории острова древесно-кустарниковые насаждения распределены более или менее равномерно, однако наиболее облесенной является северная часть, что связано с особенностями его гидрологии. В южной части расположено большое количество озер, ериков, заливов и понижений, затапливаемых во время весеннего паводка. Распределение древесно-кустарниковых насаждений на правобережной территории Кировского района отвечает общегородской тенденции, в соответствии с которой основная часть древесно-кустарниковых массивов сосредоточена в долинах балок, на склонах Ергеней и в прибрежной зоне р. Волги (рисунок 4).
В отличие от Кировского, минимальный процент лесистости (9 %) приходится на Советский район, основная часть которого расположена на водораздельных территориях Волго-Донского междуречья. Несмотря на низкий процент лесистости, по площади древесно-кустарниковых растений, приходящихся на одного человека (191,3 м2), он занимает второе место, что связано с низкой плотностью населения на его территории. В центральной части района древесно-кустарниковые растения встречаются преимущественно в защитных лесных насаждениях: вдоль полей, авто
225
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА: НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
и железнодорожных магистралей. Исключение составляют территории трех поселков, входящих в состав городской черты: Горьковского, Песчанки, Гули Королевой. Возрастает процент лесистости в западной части района, рядом с Береславским и Варваровским водохранилищами, где расположено несколько крупных дачных массивов и поселки Горный и Майский (рисунок 5).
Рисунок 4 - Древесно-кустарниковые насаждения на территории Кировского района г. Волгограда
Figure 4 - Distribution of tree
stands on the territory Kirovsky district of Volgograd
Рисунок 5 - Древесно-кустарниковые насаждения на территории Советского района г. Волгограда
Figure 5 - Distribution of tree stands on the territory Sovetsky district of Volgograd
В восточной части, кроме долин балок и пойменных террас р. Волги, большая доля участия древесно-кустарниковых растений в объектах общего пользования приходится на зеленые зоны вдоль пр. Университетского, ул. Электролесовской и ул. Слесарной.
Тракторозаводский район занимает второе место по лесистости территории (20,46 %), которая, на наш взгляд, связана с его территориальными и планировочными особенностями. Территория района включает долины рек Сухой Мечетки, Мокрой Мечетки и ее левого притока - реки Орловки. В северной и северо-западной части большой процент территорий принадлежит дачным массивам и одноэтажной жилой застройке.
В отличие от большинства других районов города Волгограда, одно из крупных промышленных предприятий на его территории (Волгоградский алюминиевый завод) расположено не в прибрежной зоне р. Волга, а в центральной части, что позволило сформировать вокруг него санитарно-защитные зеленые зоны с высокой долей участия древесно-кустарниковых насаждений (рисунок 6). Наименьшую площадь имеет Центральный район города Волгограда (14,2 км2). Он характеризуется высокой плотностью населения и, как следствие, самой низкой площадью древесно-кустарниковых насаждений, приходящихся на одного человека - 24,0 м2. Большую территорию занимают дре-весно-кустарниковые насаждения Государственного историко-мемориального музея-заповедника «Сталинградская битва». На остальной части в объектах озеленения общего и ограниченного пользования преобладают групповые посадки, исключение составляют только небольшие древесно-кустарниковые массивы между ул. Чуйкова и Набережной 62-й Армии, ул. Пархоменко и Приволжской железной дорогой, а также на левом склоне долины реки Царица (рисунок 7).
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА: НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
Рисунок 6 - Древесно-кустарниковые насаждения на территории Тракторозаводского района г. Волгограда
Figure 6 - Distribution of tree stands on the territory Traktorozavodsky district of Volgograd
Рисунок 7 - Древесно-кустарниковые
насаждения на территории Центрального района г. Волгограда
Figure 7 - Distribution of tree stands on the territory The Central district of Volgograd
Лесистость Краснооктябрьского района составляет 17,13 %. По сравнению с соседним, Тракторозаводским районом, Краснооктябрьский имеет более высокую плотность населения, в связи с чем площадь древесно-кустарниковых насаждений, приходящихся на 1 чел. на его территории составляет всего 46,8 м2 Из городских районов он занимает предпоследнее место по обеспеченности древесно-кустарниковыми растениями на душу населения. Относительно низкий процент лесистости и обеспеченности жителей района древесно-кустарниковыми растениями отчасти можно объяснить городскими планировочными решениями. На территории района находится несколько крупных промышленных предприятий, расположенных вдоль р. Волги в непосредственной близости от жилых районов. В условиях плотной городской застройки отсутствует возможность сформировать вокруг них полноценные санитарно-защитные зоны, а дефицит площади на их территории приводит к сокращению древесно-кустарниковых насаждений внутри предприятий. На этом фоне особую роль играют объекты озеленения общего пользования, расположенные вдоль пр. им. В. И. Ленина. Древесно-кустарниковые растения на этих территориях выполняют не только функции санитар-но-защитной зоны, но и являются важным структурным элементом дендрологического каркаса Краснооктябрьского района и города в целом (рисунки 8, 9).
Близкие показатели обеспеченности жителей древесно-кустарниковыми насаждениями имеют Дзержинский (63,1 м2/чел.) и Ворошиловский (66,3 м2/чел.) районы города Волгограда, однако по характеру распределения древесно-кустарниковых насаждений они имеют ряд существенных отличий. Так, на территории Ворошиловского района наиболее облесенные участки расположены равномерно по его периметру: в долинах рек Царицы, Ельшанки, на склонах и нижних пойменных террасах р. Волги, а также в искусственных защитных насаждениях западной части района (рисунок 10). В Дзержинском районе крупные древесно-кустарниковые массивы расположены в основном в юго-западной незастроенной части в долинах крупных балок, являющихся левыми притоками р. Царица. Остальная часть района с жилой застройкой, промышленными зонами и Волгоградским аэропортом облесена достаточно слабо. Исключение составляет древесный массив, находящийся в непосредственной близости от ТРК «Мармелад», ограниченный улицами Землячки, Космонавтов и Покрышкина (рисунок 11).
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА, НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
Рисунок 8 - Древесно-кустарниковые насаждения на территории Краснооктябрьского района г. Волгограда
Figure 8 - Distribution of tree stands on the territory Krasnooktyabrsky district of Volgograd
Рисунок 9 - Древесно-кустарниковые насаждения (ВМЗ «Красный Октябрь» и прилегающие жилые районы)
Figure 9 - Distribution of tree stands (VMZ "Krasny Oktyabr" and adjacent residential areas)
Неравномерное распределение древесно-кустарниковых насаждений характерно также для Красноармейского района города Волгограда. На его территории расположены два крупных речных полуострова, образованных затоном Красноармейским и затоном Татьянка. К ним приурочена значительная часть древесно-кустарниковых насаждений. В юго-западной части расположена Чапурниковская балка, на территории которой находится самая крупная на юго-востоке европейской территории России дубрава площадью 166 га [1] (рисунок 12). В центральной части района берет начало ВолгоДонской судоходный канал, вдоль которого также расположено несколько крупных древесно-кустарниковых массивов. На остальной части территории древесно-кустарниковые растения представлены крайне слабо, а на территории промышленной зоны в Заканалье они практически полностью отсутствуют (рисунок 13).
Рисунок 10 - Древесно-кустарниковые
насаждения на территории Ворошиловского района г. Волгограда
Figure 10 - Distribution of tree stands on the territory Voroshilovsky district of Volgograd
Рисунок 11 - Древесно-кустарниковые насаждения на территории Дзержинского района г. Волгограда
Figure 11 - Distribution of tree stands on the territory Dzerzhinsky district of Volgograd
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА: НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
Рисунок 12 - Древесно-кустарниковые насаждения Чапурниковской балки (Красноармейский район г. Волгограда)
Figure 12 - Tree plantations of Chapur-nikovskaya beam (Krasnoarmeysky district of Volgograd)
Рисунок 13 - Древесно-кустарниковые
насаждения на территории Красноармейского района г. Волгограда
Figure 13 - Distribution of tree stands on the territory Krasnoarmeysky district of Volgograd
Отдельно необходимо отметить расположенные в непосредственной близости от городской черты, а на некоторых участках входящие в ее состав защитные государственные лесные полосы: Камышин - Волгоград, Волгоград - Степной - Черкесск, а также древесно-кустарниковые насаждения Зеленого кольца города Волгограда, расположенные в Городищенском районе Волгоградской области. Расчеты показали, что в настоящее время в состав государственных лесных полос от верховьев р. Сухая Мечет-ка до Чапурниковской балки входит 9,53 км2 жизнеспособных древесно-кустарниковых насаждений. Несмотря на то, что территориально большая часть этих насаждений размещена за городской чертой, они являются главным структурным элементом городского дендрологического каркаса. Располагаясь преимущественно на водораздельных территориях, государственные лесные полосы становятся главной преградой на пути огромных масс песчаной пыли и суховеев, проникающих на территорию города с западных степных территорий Волго-Донского междуречья (рисунок 14).
В целом распределение древесно-кустарниковых растений на территории города носит неравномерный характер. В пространственной структуре можно выделить условную широтную и долготную поясность, которая связана с рядом эколого-географических и антропогенных факторов. Самый верхний (западный) пояс представлен полностью искусственно созданными древесно-кустарниковыми насаждениями в составе государственных лесных полос. Ниже располагается пояс естественных бай-рачных лесов и искусственных защитных зеленых насаждений в границах Трактороза-водского, Ворошиловского, Кировского, Красноармейского и Городищенского лесничеств. Второй пояс представлен древесно-кустарниковыми растениями в составе защитных насаждений, протянувшимися с севера на юг вдоль крупных автомобильных и железнодорожных магистралей, а также озеленительными и частично сохранившимися естественными насаждениями на склонах и террасах р. Волги. Долготная поясность древесно-кустарниковых насаждений связана с пересекающими городскую территорию долинами малых рек, крупных балок и прибрежными территориями Волго-Донского судоходного канала. Третий, менее выраженный, но важный пояс древесно-кустарниковых растений образуют системы защитных насаждений вдоль автомобиль-
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА: НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
ных и железнодорожных магистралей. Четвертый пояс - насаждения пойменных террас и склоновые территории правого берега Волги. В качестве отдельного структурного элемента необходимо выделить естественные пойменные древесно-кустарниковые насаждения острова Сарпинский и речных полуостровов Красноармейского района, имеющих слабую взаимосвязь с основными городскими территориями. Широтная поясность в пространственном распределении древесно-кустарниковых насаждений приурочена к долинам малых рек, крупных балок и береговой зоне Волго-Донского судоходного канала.
Рисунок 14 - Государственные лесные полосы, расположенные у западных границ г. Волгограда
Figure 14 - State forest strips located near the western borders of Volgograd
В условиях аридного климата пояса древесно-кустарниковых насаждений являются наиболее активными и взаимосвязанными в экологическом отношении элементами, которые формируют качественную и комфортную городскую среду для жизни горожан. Они выполняют ряд важных экологических функций и могут рассматриваться в качестве системных насаждений в рамках единого дендрологического каркаса г. Волгограда. Государственные лесные полосы выполняют барьерную функцию, предотвращают проникновение на территорию города с прилегающих степных территорий огромных масс сухого воздуха и песчаной пыли. Байрачные леса в верховьях балок в комплексе с искусственными насаждениями предотвращают развитие водной эрозии почв. Защитные насаждения вдоль авто-, ж/д магистралей и промышленных предприятий снижают негативное влияние промышленных выбросов и других типов загрязнения на жилые городские районы. По долинам малых рек и крупных балок происходит циркуляция и распределение воздушных масс между городскими территориями и прилегающей акваторией р. Волги. В комплексе пояса древесно-кустарниковых растений представляют собой систему экологических коридоров, по которым происходит распределение полезной энтомо- и орнитофауны, обеспечивающей устойчивость и долговечность насаждений.
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
Значительным потенциалом для формирования крупных древесно-кустарниковых массивов в пределах городской черты обладают пойменные территории в среднем и нижнем течениях малых рек. В настоящее время поймы рек претерпевают сильную антропогенную трансформацию. В результате неконтролируемой хозяйственной деятельности на территории дачных массивов, зарегулирования стока с помощью дамб и других гидротехнических сооружений происходит заиливание и засоление пойменных террас, что приводит к развитию сукцессионных процессов. Древесно-кустарниковые насаждения постепенно сменяются травянистыми растительными сообществами с преобладанием Phragmites australis. Таким образом, для сохранения и восстановления древесно-кустарниковых насаждений на этих территориях необходимо проведение комплекса гидромелиоративных мероприятий, направленных на коренное улучшение неблагоприятного водного режима.
В условиях дефицита площади на территории застроенных густонаселенных районов особый вклад в формирование древесно-кустарниковых насаждений вносят склоны между пойменными и надпойменными речными террасами правого берега Волги. Не представляя особого интереса для размещения объектов городской инфраструктуры, они отличаются хорошими лесорастительными условиями, что делает их весьма перспективными территориями для создания крупных древесно-кустарниковых массивов в условиях плотной городской застройки.
Выводы. Проведенные исследования позволили отработать методику расчета площади древесно-кустарниковых насаждений в крупных населенных пунктах в сухо-степных условиях юга Европейской части России, а также определить оптимальные сочетания фенологических фаз развития древесно-кустарниковой и травянистой растительности для их пространственной дифференциации по данным мультиспектральных космических снимков. Рассчитано пороговое значение NDVI больше 0,45 для картографирования древесно-кустарниковых насаждений с использованием мультиспек-тральных снимков santinel 2 второй-третьей декады мая. Определен уровень представленности древесно-кустарниковых насаждений в границах административных районов и города Волгограда в целом. Установлено, что средняя лесистость территории города Волгограда составляет 17,06 %, а обеспеченность древесно-кустарниковыми растениями - 145,8 м2/чел. Анализ пространственного распределения древесно-кустарниковых насаждений позволил выявить недостатки и проблемные моменты создания и содержания объектов озеленения с участием древесно-кустарниковых растений. Так, главным недостатком является неравномерное распределение насаждений и, как следствие, низкая лесистость жилых районов г. Волгограда. Большинство крупных древесных массивов расположены на значительном удалении от густонаселенных районов города и могут рассматриваться только как защитные лесные насаждения специального назначения. Многие из них имеют неудовлетворительное состояние и не представляют особого интереса для организации рекреационной деятельности.
Библиографический список
1. Брылев В. А., Буруль Т. Н., Сергеева А. С. Ландшафтные особо охраняемые заказники Южной части Волгоградской агломерации // Вестник Воронежского государственного университета. Серия: География. Геоэкология. 2017. № 3. С. 101-107.
2. Выявление эффективности применения биологического разнообразия хозяйственно ценных растений в лесомелиоративных комплексах сухостепного региона / А. В. Семенютина, А. Ш. Хужахметова, В. А. Семенютина, Д. В. Сапронова // Московский экономический журнал. 2019. № 9. С. 2.
3. Картографирование ландшафтной структуры пойменных экосистем нижней Волги (на примере острова Сарпинский) / А. С. Рулев, З. П. Дорохина, О. Ю. Кошелева, С. С. Шинка-ренко // Научная жизнь. 2017. № 11. С. 48-56.
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
4. Кулик К. Н., Рулев А. С., Ткаченко Н. А. Изменения климата и агролесомелиорация // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование. 2017. № 2 (46). С. 58-67.
5. Кулик К. Н., Кошелева О. Ю., Кошелев А. В. Ландшафтная дифференциация территории Г. Волгограда // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование. 2014. № 4 (36). С. 27-32.
6. Лазарев С. Е. Формовое разнообразие и декоративные свойства представителей рода Robinia в условиях сухой степи // Научно-агрономический журнал. 2020. № 2 (109). С. 42-50.
7. Лазарев С. Е., Семенютина А. В. Перспективность видов и форм рода Robinia L. Для лесозащитных и озеленительных насаждений // Успехи современного естествознания. 2020. № 8. С. 11-17.
8. Мобилизация дендрологических ресурсов и пути сохранения их биоразнообразия в малолесных регионах / А. В. Семенютина, И. П. Свинцов, А. Ш. Хужахметова [и др.]. Волгоград: Федеральный научный центр агроэкологии, комплексных мелиораций и защитного лесоразведения Российской академии наук, 2021. 288 с.
9. Рулев А. С., Кошелева О. Ю. Опыт картографирования ландшафтной структуры города Волгограда // Вестник Воронежского государственного университета. Серия: География. Геоэкология. 2010. № 2. С. 19-24.
10. Рулев А. С., Кошелева А. Ю., Шинкаренко С. С. Оценка лесистости агроландшафтов Юга Приволжской возвышенности по данным NDVI // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование. 2016. № 4 (44). С. 32-39.
11. Рулев А. С., Канищев С. Н., Шинкаренко С. С. Анализ сезонной динамики NDVI естественной растительности Заволжья Волгоградской области // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2016. Т. 13. № 4. С. 113-123.
12. Связь сезонной динамики температуры поверхности и NDVI урбанизированных территорий засушливой зоны (на примере Волгоградской агломерации) / С. С. Шинкаренко, О. Ю. Кошелева, О. А. Гордиенко [и др.] // Исследование Земли из космоса. 2021. № 4. С. 72-83.
13. Семенютина А. В., Ноянова Н. Г. Региональная специфика озеленения малых городов Южной сухостепной зоны // Известия высших учебных заведений. Лесной журнал. 2019. № 6 (372). С. 146-159.
14. Фетисов Д. М., Жучков Д. В., Горюхин М. В. Оценка уровня озеленения города Биробиджана с применением мультиспектральных данных // Биосфера. 2021. Т. 13. № 4. С. 170-179.
15. Характер и направленность изменений климатических параметров Волгоградской области / В. В. Мелихов, А. А. Зибаров, Н. П. Мелихова, А. В. Романова // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование. 2019. № 1 (53). С. 60-67.
16. Характеристика и особенности ростовых процессов древесных растений в засушливом регионе / А. Ш. Хужахметова, В. А. Семенютина, С. Е. Лазарев [и др.] // Вестник Казанского государственного аграрного университета. 2021. Т. 16. № 2 (62). С. 60-64.
17. Шевела С. Ю., Погорелов А. В. Вегетационный индекс NDVI как индикатор ландшафтов Краснодарского края // Географические исследования Краснодарского края. Краснодар: Кубанский государственный университет, 2010. С. 262-268.
Информация об авторах Хужахметова Алия Шамильевна, ведущий научный сотрудник, лаборатория биоэкологии древесных растений, ФНЦ агроэкологии РАН, кандидат сельскохозяйственных наук (Россия, 400062, Волгоград, Университетский проспект, 97), ORCID: 0000-0001-5127-8844, e-mail: avfanc@yandex.ru Воронина Валентина Павловна, доктор сельскохозяйственных наук, профессор кафедры «Агроэкология и лесомелиорация ландшафтов», Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Волгоградский государственный аграрный университет» (Россия, 400002, Волгоград, Университетский проспект, 26, e-mail: v.p.voronina@mail.ru. Лазарев Сергей Евгеньевич, старший научный сотрудник, лаборатория биоэкологии древесных растений, ФНЦ агроэкологии РАН, кандидат сельскохозяйственных наук (Россия, 400062, Волгоград, Университетский проспект, 97), ORCID: 0000-0001-6473-6242, e-mail: , e-mail: hortus@yandex.ru
