ОЦЕНКА СОСТОЯНИЯ ЛЕСОПОЛОС СТАВРОПОЛЬСКОГО КРАЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ДАННЫХ ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ ЗЕМЛИ И ГЕОИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

Полушковский Борис Викторович; Турун Павел Петрович; Сутормина Элла Николаевна; Белова Анна Валерьевна

Науки о Земле / Earth Science Оригинальная статья / Original Article УДК 528.88

DOI: 10.31161/1995-0675-2020-14-3-105-110

Оценка состояния лесополос Ставропольского края с использованием данных дистанционного зондирования Земли и геоинформационных технологий

Северо-Кавказский федеральный университет Ставрополь, Россия; e-mail: boris_pol@rambler.ru; turun_geo61@mail.ru;

sutormina_ella@mail.ru; gis_anna@mail.ru

РЕЗЮМЕ. Цель. В статье анализируется возможность оценки современного состояния лесозащитных насаждений в Ставропольском крае на основе данных дистанционного зондирования. Методы. При помощи фотограмметрического и картометрического методов проанализированы космоснимки для двух модельных территорий Ставропольского края (Грачевского и Туркменского районов). Применение геоинформационных технологий позволило с помощью картографического метода оценить текущее состояние лесополос. Результаты. Лесозащитные насаждения в восточных районах Ставропольского края (на примере Туркменского района) находятся в более плохом состоянии, чем лесополосы в центральных и западных районах (Грачевский район). По результатам формирования карты лесополос и проведения классификации выявлено, что не нарушенных лесополос в Грачевском районе оказалось на 35 % больше, чем в Туркменском. В разной степени разрушенных лесополос в Туркменском районе больше как в количественном отношении, так и по занимаемой ими площади. Вывод. Сложные климатические условия на востоке Ставропольского края неблагоприятным образом влияют не только на сельскохозяйственные культуры, но и на лесозащитные насаждения. Предложенную методику исследования можно использовать для других территорий Ставропольского края для более полного исследования состояния лесополос региона.

Ключевые слова: данные дистанционного зондирования, дешифрирование, лесополосы, картографирование лесополос, геоинформационные системы.

Формат цитирования: Полушковский Б. В., Турун П. П., Сутормина Э. Н., Белова А. В. Оценка состояния лесополос Ставропольского края с использованием данных дистанционного зондирования Земли и геоинформационных технологий // Известия Дагестанского государственного педагогического университета. Естественные и точные науки. 2020. Т. 14. № 3. С. 105-110. DOI: 10.31161/1995-0675-2020-14-3-105110

Assessment of the Forest Belts State in the Stavropol Territory Using Earth's Remote Sensing Data

and Geoinformation Technologies

North Caucasus Federal University Stavropol, Russia; e-mail: boris_pol@rambler.ru; turun_geo61@mail.ru;

sutormina_ella@mail.ru; gis_anna@mail.ru

ABSTRACT. Aim. The article analyzes the possibility of assessing the current state of forest protection plantations in the Stavropol Territory based on remote sensing data. Methods. It have been analyzed space images for two model areas of the Stavropol Territory (Grachevsky and Turkmensky regions) using photo-grammetric and cartometric methods. The use of geoinformation technologies made it possible to assess

the forest belts current state by the cartographic method. Results. Protective plantations in the eastern regions of the Stavropol Territory (for example, the Turkmen Region) are in a worse condition than the forest belts in the central and western regions (Grachevskiy Region). According to the results of the forest belts map formation and the classification, it have been revealed that there were 35 % more undisturbed forest belts in the Grachevskiy Region than in the Turkmen one. There are more destroyed forest belts in the Turkmen Region to varying degrees both in quantitative terms and in the area they occupy. Conclusion. Difficult climatic conditions in the east of the Stavropol Territory adversely affect not only agricultural crops, but also forest protection plantations. The proposed research methodology can be used for other territories of the Stavropol Territory for a more complete study of the forest belts state in the region.

Key words: remote sensing data, decryption, forest belts, forest belts mapping, geographic information systems.

For citation: Polushkovskiy B. V., Turun P. P., Sutormina E. N., Belova A. V. Assessment of the Forest Belts State in the Stavropol Territory Using Earth's Remote Sensing Data and Geoinformation Technologies. Dagestan State Pedagogical University. Journal. Natural and Exact Sciences. 2020. Vol. 14. No. 3. Pp. 105110. DOI: 10.31161/1995-0675-2020-14-3-105-110 (In Russian)

Введение

Для всей территории России характерна значительная разбалансированность сельскохозяйственных земель. В ряде субъектов земли сельскохозяйственного назначения занимают значительную часть всех земель региона. Так, в Ставропольском крае, доля земель сельскохозяйственного назначения составляет 92 % [6]. В то же время, территория Ставрополья (и особенно восточные районы) относятся к регионам с рискованным земледелием [5], поэтому для ряда районов региона значение лесозащитных насаждений трудно переоценить.

Лесополосы в Ставропольском крае выполняют в основном ветрозащитную функцию, улучшают водный режим почвы путем задержания снега и препятствуют ветровой эрозии [2].

Материал и методы исследования

На территории Ставропольского края лесополосы высаживались в отдельные периоды 60-80 гг. XX века, с 90-х гг. системные мероприятия по поддержанию и развитию сети лесополос не проводились, поэтому на сегодняшний день лесополосы края имеют различное состояние, которое мы попытались систематизировать и описать в виде нескольких категорий: целая лесополоса; незначительно разрушенная; значительно разрушенная; полностью разрушенная; категория не определима. Лесополосы оценивались визуально, с использованием данных дистанционного зондирования - снимков, доступных в сервисе Google Maps, при этом отбирались наиболее свежие из имеющихся материалов (как правило, за 20182019 гг.). Пространственное разрешение данных снимков составляло около 2,5 м, что позволяет при помощи фотограмметрического метода достаточно точно выделять лесополосы, ширина которых обычно со-

ставляет 12-25 м. За разные года в сервисе Google Maps доступны снимки с различным разрешением и сделанные в разные времена года. Для проведения анализа были отобраны снимки, сделанные в теплое время года (т. к. на снимках, сделанных зимой, снежный покров не позволяет надежно идентифицировать лесополосы) [1].

На сегодняшний день лесополосы края имеют различное состояние, которое мы попытались систематизировать и описать в виде нескольких категорий: целая лесополоса; незначительно разрушенная; значительно разрушенная; полностью разрушенная; категория не определима (рис. 1).

Для отработки методики исследования были выбраны два района Ставропольского края - Грачевский район, расположенный в центральной части региона, и восточный Туркменский район. Таким образом, мы постарались выделить районы, имеющие максимальные климатические различия.

Грачевский район расположен в центральной части края и имеет площадь 179,4 тыс. га. Район имеет сельскохозяйственную специализацию, общая площадь сельскохозяйственных угодий района составляет 156 тыс. га, из которых 108 тыс. га занимает пашня [3].

Туркменский район Ставропольского края является одним из восточных районов, находящихся в зоне рискованного земледелия. Район расположен в северовосточной части края, имеет сельскохозяйственную специализацию, площадь земли сельскохозяйственного назначения - 239,2 тыс. га, из них пашня - 180,0 тыс. га [4].

По материалам дистанционного зондирования на космоснимке были выделены лесополосы и классифицированы по приведенным выше критериям (рис. 2).

1 - целая 2 - незначительно 3 - значительно 4 - полностью 5 - категория

лесополоса разрушенная разрушенная разрушенная не определима

Рис. 1. Категории визуального выделения лесополос

Рис. 2. Структура защитных лесополос Грачевского (слева) и Туркменского (справа) районов

Оцифровка лесополос и дальнейшая обработка проводилась с использованием ГИС MapInfo Professional 15.0. В процессе оцифровки из района исследования были исключены территории населенных пунктов, а также оцифровке не подвергались те области, где защитные лесополосы между полями отсутствуют.

Результаты и обсуждение Всего на территории Грачевского района по данным ДЗЗ было выделено 1503 лесополосы общей площадью 5,78 тыс. га, что составляет 3,7 % от общей площади земель

сельскохозяйственного назначения в районе. В Туркменском районе было выделено 2069 лесополос общей площадью 9,46 тыс. га - около 4 % от общей площади земель сельскохозяйственного назначения в районе. В процессе векторизации и классификации лесополос в ГИС Мар^о, было выявлено, что распределение лесополос различных категорий на территории обоих районов не следует каким-либо пространственным закономерностям (рис. 3). Лесополосы разной степени сохранности располагаются бессистемно.

Рис. 3. Процесс оцифровки и классификации лесополос в ГИС MapInfo

Характеристика лесополос Грачевского и Туркменского районов

Таблица 1

№ Категория лесополосы Количество лесополос (шт) Площадь лесополос (Га)

п/п Грачевский Туркменский Грачевский Туркменский

1 Целая лесополоса 849 746 3000 4012

2 Незначительно разрушенная 386 654 1558 3060

3 Значительно разрушенная 171 515 787,3 1851

4 Полностью разрушенная 73 141 249,2 482,8

5 Категория не определима 24 13 183,7 56,32

Итого: 1503 2069 5778,2 9465,12

Рис. 4. Процентное соотношение лесополос разных категорий в Грачевском (слева) и Туркменском (справа) муниципальных районах

Полученные в ходе векторизации кос-моснимков количественные данные были сведены в табл. 1.

Проанализировав распределение лесополос по категориям, можно сделать выво-

ды о том, что в обоих выбранных районах значительно различается количество целых, не разрушенных лесополос: в Грачевском районе их 56,49 % от общего числа, а в Туркменском районе - 36,06 %. Незначи-

тельно разрушенных лесополос в Туркменском районе больше, чем Грачевском (31,61 % против 25,68 %). Такая же ситуация со значительно разрушенными и полностью разрушенными лесополосами -ситуация в Грачевском районе обстоит намного лучше. Суммарно в Туркменском районе доля значительно и полностью разрушенных лесополос составляет 31,7 %, т. е. почти треть от общего количества на территории района. Это вызывает определенные опасения, ведь деградация лесополос будет продолжаться и в дальнейшем.

Лесополосы, категорию которых не удалось классифицировать по материалам дистанционного зондирования - это лесополосы, находящиеся на стыках склеенных снимков, в областях с высокой облачностью и т. д. В целом их количество не велико (1,60 % от общего количества лесополос в Грачевском районе и 0,63 % в Туркменском). Для их дальнейшей идентификации необходимо либо применять дополнительные съемки (например, данные крупномасштабных аэрофотосъемок), либо запланировать полевые выезды на местности для визуальной оценки состояния.

Заключение

Таким образом, в результате проведенного исследования, состояние лесополос

1. Гурьев А. Т., Алешко Р. А., Торхов С. В., Трубин Д. В. Тематическая обработка спутниковых снимков лесных территорий на основе структурных моделей. Архангельск: ИПЦ САФУ, 2013. 164 с.

2. Защитное лесоразведение в СССР / под ред. Павловского Е. С. М.: Агропромиздат, 1986. 264 с.

3. Администрация Грачевского муниципального района Ставропольского края // Официальный сайт администрация Грачевского муниципального района [Электронный ресурс]. -URL: https://www.adm-grsk.ru (дата обращения: 30.03.2020)

4. Администрация Туркменского муниципального района Ставропольского края // Официальный сайт администрация Туркменского

1. Gur'ev A. T., Aleshko R. A., Torkhov S. V., Trubin D. V. Tematicheskaya obrabotka sput-nikovykh snimkov lesnykh territoriy na osnove strukturnykh modeley [Thematic Processing of Satellite Images of Forest Areas Based on Struc-

Грачевского района Ставропольского края можно оценить в общем как достаточно хорошее. Лесополосы Туркменского района находятся в более плохом состоянии -это видно по меньшему числу целых лесополос и большему количеству разрушенных разной степени. Для предотвращения дальнейшей деградации и разрушения лесополос необходимо наладить работу по восстановлению существующих лесополос и обустройству новых защитных лесных насаждений. Этот процесс должен проводиться целенаправленно органами государственной власти на территории всего региона, так как большая часть сельскохозяйственных угодий перешла в частную собственность. В связи с тем, что в процессе межевания земель площадь лесополос зачастую вычиталась из площади полей (по просьбе заказчика работ), определить фактического собственника лесополос становится затруднительным. Часть работ по их восстановлению может быть возложена на выявленных собственников, но в целом это достаточно затратные мероприятия и требуют внимания и вложений государства. Решение этой проблемы в настоящее время позволит сохранить плодородие почв в будущем.

муниципального района [Электронный ресурс]. - URL: http://www.turkmenskiy.ru (дата обращения 30.03.2020)

5. Атлас земель Ставропольского края. Ставрополь, 2000. 118 с. [Электронный ресурс]. -URL: http://mshsk.ru/dzz/atlasSK.pdf http://mshsk.ru/dzz/atlasSK.pdf (дата обращения 30.03.2020)

6. Региональный доклад о состоянии и использовании земель Ставропольского края // Федеральная служба государственной регистрации, кадастра и картографии (Росреестр) [Электронный ресурс]. - URL: http://www.stavreg.ru/index.php/12-napolnenie/750-regionalnyy-doklad-o-sostoyanii-i-ispolzovanii-zemel-stavropolskogo-kraya (дата обращения 30.03.2020)

tural Models]. Arkhangelsk, IPC NArFU Publ., 2013. 164 p. (In Russian)

2. Zashchitnoe lesorazvedenie v SSSR [Protective Afforestation in the USSR]. Pavlovskiy E. S. (ed.) Moscow, Agropromizdat Publ., 1986. 264 p. (In Russian)

Литература

References

3. Administratsiya Grachevskogo munitsi-pal'nogo rayona Stavropol'skogo kraya // Ofitsi-al'nyy sayt administratsiya Grachevskogo munitsi-pal'nogo rayona [Administration of the Grachev-skiy Municipal District of the Stavropol Territory. Official Site of the Grachevskiy Municipal District Administration]. Available at: https://www.adm-grsk.ru (accessed 30.03.2020) (In Russian)

4. Administratsiya Turkmenskogo munitsi-pal'nogo rayona Stavropol'skogo kraya // Ofitsi-al'nyy sayt administratsiya Turkmenskogo muni-tsipal'nogo rayona [Administration of the Turkmen Municipal District of the Stavropol Territory. Official Site of the Turkmen Municipal District Administration]. Available at: http://www.turkmenskiy.ru (accessed 30.03.2020) (In Russian)

СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРАХ Принадлежность к организации

Полушковский Борис Викторович,

кандидат географических наук, доцент кафедры физической географии и кадастров, Северо-Кавказский федеральный университет (СКФУ), Ставрополь, Россия; e-mail: boris_pol@rambler.ru

Турун Павел Петрович, кандидат географических наук, доцент кафедры физической географии и кадастров, СКФУ, Ставрополь, Россия; e-mail:

turun_geo61 @mail.ru

Сутормина Элла Николаевна, кандидат географических наук, доцент кафедры физической географии и кадастров, СКФУ, Ставрополь, Россия; e-mail: sutormina_ella@mail.ru

Белова Анна Валерьевна, кандидат географических наук, доцент кафедры физической географии и кадастров, СКФУ, Ставрополь, Россия; e-mail:

gis_anna@mail.ru

5. Atlas zemel' Stavropol'skogo kraya [Atlas of the Stavropol Territory]. Stavropol, 2000. 118 p. Available at: http://mshsk.ru/dzz/atlasSK.pdf http://mshsk.ru/dzz/atlasSK.pdf (accessed 30.03.2020) (In Russian)

6. Regional'nyy doklad o sostoyanii i ispol'zovanii zemel' Stavropol'skogo kraya // Fed-eral'naya sluzhba gosudarstvennoy registratsii, kadastra i kartografii (Rosreestr) [Regional Report on the State and Use of Land in the Stavropol Territory. Federal Service for State Registration, Cadastre and Cartography (Rosreestr)]. Available at: http://www.stavreg.ru/index.php/12-napolnenie/ 750-regionalnyy-doklad-o-sostoyanii-i-ispolzovanii-zemel-stavropolskogo-kraya (accessed 30.03. 2020) (In Russian)

AUTHORS INFORMATION Affiliations

Boris V. Polushkovskiy, Ph.D. (Geography), Associate Professor, Department of Physical Geography and Cadastres, North Caucasus Federal University (NCFU), Stavropol, Russia; e-mail: boris_pol@rambler.ru

Pavel P. Turun, Ph.D. (Geography), Associate Professor, Associate Professor, Department of Physical Geography and Cadastres, NCFU, Stavropol, Russia; e-mail: turun_geo61 @mail.ru

Ella N. Sutormina, Ph.D. (Geography), Associate Professor, Department of Physical Geography and Cadastres, NCFU, Stavropol, Russia; e-mail: sutormina_ella@mail.ru

Anna V. Belova, Ph.D. (Geography), Associate Professor, Department of Physical Geography and Cadastres, NCFU, Stavropol, Russia; e-mail: gis_anna@mail.ru

Принята в печать 02.09.2020 г.

Received 02.09.2020.

ASSESSMENT OF THE FOREST BELTS STATE IN THE STAVROPOL TERRITORY USING EARTH’S REMOTE SENSING DATA AND GEOINFORMATION TECHNOLOGIES