CC BY
22
УДК 528.873 DOI: 10.34736/FNC.2022.119.4.004.24-29
Оценка современных процессов опустынивания в Республике Дагестан на примере локального песчаного массива
И
Валерия Витальевна Дорошенко , м.н.с., doroshenko-vv@vfanc.ru, ORCID 0000-0003-3253-1132,
Вера Васильевна Балынова, лаборант-исследователь -лаборатория геоинформационного моделирования и картографирования агролесоландшафтов -
Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Федеральный научный центр агроэкологии, комплексных мелиораций и защитного лесоразведения Российской академии наук» (ФНЦ агроэкологии РАН), e-mail: info.vfanc.ru, 400062, Университетский проспект, 97, Волгоград, Россия
В настоящей статье представлены результаты камерального и полевого исследования локальных процессов опустынивания на примере песчаного массива в Ногайской степи, засушливой местности, относящейся к Терско-Кумской низменности. Исследуемый участок административно относится к Ногайскому муниципальному району Республики Дагестан. В рамках исследования проведено камеральное ретроспективное дешифрирование материалов дистанционного зондирования Земли (Sentinel с пространственным разрешением 10 м) за пятилетний период (с 2017 по 2022 гг.). Полученные векторные материалы проанализированы в геоинформационной среде «QGIS 3.4», в статье приведены количественные данные, отражающие динамику площади массива. Общая площадь открытых песков увеличилась более чем в три раза, в результате пыльных бурь три небольших массива были объединены в один. Во время полевого исследования проведены измерения толщины наносов в различных точках участка, проведена фото- и видео-фиксация. По результатам дешифрирования и полевого обследования составлена схема песчаного массива с указанием толщины наносов и ключевых точек. Результаты исследований подтверждают общую для юга европейской части России тенденцию к резкому увеличению площадей открытых песков в связи с увеличением количества и интенсивности пыльных и песчаных бурь, ухудшением условий увлажнения и ростом поголовья скота.
Ключевые слова: Республика Дагестан, Ногайская степь, опустынивание, ГИС-технологии, геоинформационный анализ, дистанционное зондирование.
Работа выполнена в рамках государственного задания ФНЦ агроэкологии РАН НИР № 122020100311-3 «Теоретические основы функционирования и природно-антропогенной трансформации агролесоландшафт-ных комплексов в переходных природно-географических зонах, закономерности и прогноз их деградации и опустынивания на основе геоинформационных технологий, аэрокосмических методов и математико-картографического моделирования в современных условиях», НИР № 122020100405-9 «Картографическое моделирование состояния, функционирования и динамики процессов опустыненных территорий с применением информационных технологий», НИР № 122020100406-6 «Теоретические основы и математико-кар-тографические модели функционирования агролесомелиоративных систем в защите почв от дефляции».
Поступила в редакцию: 05.10.2022 Принята к печати: 05.12.2022
Опустынивание - деградация земель в сухих субгумидных, полузасушливых и засушливых районах вследствие влияния разнообразных факторов. Особенно активно данный процесс развивается в южных регионах России, где наблюдается значительное увеличение площадей открытых песков и дефлированных территорий [3, 4, 8,
I 10].
59 Актуальность исследования обусловлена ин-
£ тенсификацией процессов опустынивания в реги-
^ оне и увеличением количества и силы пыльных
™ бурь, что приводит к образованию очагов опустынивания и участков, занятых песками, а также
>| значительному изменению контуров и площадей
0 существующих очагов [9]. Район исследования ак-
1 тивно используется для выпаса скота, в связи с чем ° увеличение площадей песков представляет серьез езную угрозу для сельскохозяйственного живот-£ новодства. В результате песчаных и пыльных бурь ? наносится серьезный вред инженерной инфра-I структуре региона, засыпаются песком дороги с
асфальтированным покрытием и образуются глубокие выдутые рытвины на проселочных дорогах, что приводит к значительному ухудшению транспортной доступности для отдаленных населенных пунктов и чабанских точек (кошар) (рис. 1).
Целью исследования является проведение анализа развития песчаного массива с использованием дистанционных и полевых методов.
На территории Республики Дагестан было проведено камеральное дешифрирование разновременных мультиспектральных материалов дистанционного зондирования Земли, а также было проведено полевое исследование песчаного массива. Методика дешифрирования основывается на положении о том, что распределение пикселей растрового космического снимка по изображению, цвету и фототону позволяет судить о характеристиках объекта на момент съемки, в том числе в ретроспективе [3]. Камеральное картографирование с использованием материалов космической съемки позволяет с достаточной точностью и
И - Для контактов / Corresponding author 24
меньшими трудозатратами определять очертания и площади песчаных массивов, проводить ретроспективное картографирование и планировать мелиоративные мероприятия для предотвращения дальнейшего роста массива. Однако для увеличе-
ния точности обработки изображения необходимо проведение либо предварительного полевого эталонирования, либо последующей наземной верификации результатов на ключевых участках [3].
Рисунок 1. Нарушенная в результате пыльной бури линия электропередачи (слева вверху); частично засыпанная в результате пыльной бури дорога с асфальтовым покрытием (слева внизу); выдувание полотна грунтовой дороги
(справа) (44.619 с.ш., 45.951 в.д.; 06.09.2022 г.)
Материалы и методика исследований. Исследуемый песчаный массив находится в северной части Ногайского муниципального района Республики Дагестан. Данная местность имеет незначительный уклон и находится на территории Тер-ско-Кумской низменности, точнее - на территории Ногайской степи. Климат вышеуказанной территории засушливый, годовое количество осадков составляет менее 300 мм (по данным ближайшей метеостанции в г. Южносухокумске). В последние годы отмечаются засухи и частые пыльные бури, что создает благоприятные условия для развития процессов опустынивания в регионе [1, 5, 6, 9]. В зоне исследования площади опустынивания и деградированных территорий значительно возросли за последние десятилетия [7].
Основной сельскохозяйственной специализацией региона является животноводство, преимущественно разведение овец и коз и отгонное животноводство, что обуславливает высокую сезонную нагрузку на пастбища и увеличивает риск развития деградации и опустынивания. Лишенные растительности вследствие превышения пастбищной нагрузки участки более уязвимы для ветровой эрозии, а при совместном воздействии этих факторов в условиях недостаточного увлажнения образуются песчаные массивы и подвижные пески [7].
Для ретроспективного картографирования методом визуального экспертного дешифрирования были выбраны находящиеся в свободном доступе мультиспектральные спутниковые снимки Sentinel с пространственным разрешением 10 м. Для выявления границ песчаного массива и зарастающих травянистой и кустарниковой растительностью участков составлено композитное изображение в комбинации «естественные цвета» (рис. 2).
Важным фактором при выборе снимков для ретроспективного картографирования являлись песчаные бури. Интенсивные и частые песчаные и пыльные бури стали развиваться в зоне исследования с 2018 года; очень интенсивные пыльные у бури наблюдались в сентябре-октябре 2020 года, о в июне 2021 года; в 2022 году мощные пыльные р бури наблюдались в мае, а также в августе. Даты g космической съемки подобраны таким образом, | чтобы отражать состояние местности до и после С самых масштабных пыльных бурь за рассматрива- | емый период. у
Для дешифрирования песков и растительности g визуальным способом применялись прямые де- ™ шифровочные признаки: цвет, структура. Выяв- 1 ленные по результатам дешифрирования объекты ¡2 были внесены в векторные слои для последующей 0 обработки [11]. 2
Рисунок 2. Динамика развития песчаного массива (44.618 с.ш., 45.959 в.д.) на космических снимках Sentinel: 1. состояние на 21.07.2017; 2. состояние на 07.08.2020; 3. состояние на 08.10.2020; 4. состояние на 06.05.2021; 5. состояние на 15.07.2021; 6. состояние на 11.04.2022; 7. состояние на 08.06.2022; 8. состояние на 03.09.2022
Обработка материалов космической съемки, геоинформационный анализ, а также создание и редактирование векторных слоев производилось в программной среде «QGIS 3.4», статистическая обработка данных проводилась в «MS Excel».
Полевое обследование проводилось в сентябре 2022 года с использованием измерительных
приборов для установления мощности песчаных наносов, были выделены ключевые точки обследованных песчаных гряд и проведена фото и видео-фиксация.
Результаты и обсуждение. Ретроспективное картографирование позволило выявить динамику развития песчаного массива (табл. 1).
Таблица 1 - Динамика площади песчаного массива
Дата съемки Площадь массива (га) Площадь открытых песков (га) Площадь, покрытая растительностью (га)
Июнь 2017 104 81 23
Август 2020 317 315 2
Октябрь 2020 >1000 >1000 3
Май 2021 357 356 1
Июнь 2021 355 348 7
Апрель 2022 372 308 64
Июнь 2022 345 332 13
Сентябрь 2022 389 332 57
Площадь песчаного массива непрерывно возрастала в течение 5 лет, наиболее значительное уве-гч ■'
^ личение этой площади наблюдается между 2017 и
59 2021 годами. В 2017 году существовало три узких и
£ протяженных крупных песчаных массива со сред-
^ ней площадью 26,3 га, в 2020 году после пыльных
га бурь в конце сентября и начале октября образовался единый массив [8]. Общая площадь массива
>| за исследуемый период увеличилась более чем в 3
0 раза с образованием песчаных наносов толщиной
1 от 10 см до 5 м, а также выдуванием протяженных ° котловин, самые глубокие точки которых находятся ся более чем на 2 м ниже средней высоты поверх-£ ности, окружающей массив почвы. После пыльных ? бурь осенью 2020 г. образовались наносы общей I площадью более 3 тыс. га, перенесенные ветром
или перекрытые растительностью уже к маю 2021 г. Площадь, занятая растительностью на открытом песке, варьирует не только в связи с пыльными бурями, но и в зависимости от времени года - в весенний период наблюдается наиболее активная вегетация [2].
По результатам камерального дешифрирования разновременных данных дистанционного зондирования Земли и полевых измерений составлена схема песчаного массива (рис. 3). На схеме изоли-нейным способом отмечены мощности песчаных наносов как высоты относительно прилегающей местности. Как понижения, так и возвышенности имеют вытянутую форму, соответствующую преобладающему направлению ветров (восточному) и направлению движения песчаных бурь [9].
УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
® Сельскохозяйственные постройки растительность
• Поврежденные опоры ЛЭП пески
• Точки максимальных высот н-+ ЛЭП
• Точки минимальных высот
Толщина наносов (м)
+3 — +1-2 О -1-2
1: 10 ООО
Рисунок 3. Схема исследованного песчаного массива (состояние на сентябрь 2022 г.)
Такая форма микрорельефа соответствует понятию песчаных гряд, которые формируются в условиях регулярных ветров в одном направлении путем выдувания песка из понижений и отложения его на образующиеся между понижениями гряды. При дальнейшем воздействии ветра песок продвигается вдоль гряды и способствует ее удлинению. Наиболее высокие точки располагаются вблизи
восточных оконечностей возвышенностей.
Растительность на открытом песке в сентябре 2022 г. представлена солянкой сорной (курай, Salsola tragus L.) - однолетним сорным растением, относящимся к жизненной форме перекати-поле (рис. 4). Как видно на рисунке 2, значительные по площади участки были заняты солянкой сорной в течение полугода.
Рисунок 4. Солянка сорная (курай) на исследуемом песчаном массиве (06.09.2022 г.)
Дальнейшее развевание песков в западной части массива, занятых солянкой сорной, не происходило, в том числе во время интенсивной пыльной бури, продолжавшейся с 18 по 25 августа. Наибольшие территории, занятые солянкой сорной, относились к участкам с толщиной песчаных наносов не более метра, находящимся на окраине массива. Полученные данные о скорости разрастания солянки сорной могут быть использованы при составлении проектов фитомелиорации песчаных массивов и барханов. Солянка сорная является плохо поедаемым видом для травоядных, в связи с чем отсутствует угроза уничтожения растительности скотом. При этом распространение курая происходит в основном самосевом [2].
В результате пыльных и песчаных бурь четыре группы хозяйственных построек, относящихся к кошарам, были полностью окружены и засыпаны песком, что привело к их запустению. Дальнейшее использование данных строений в сельскохозяйственных целях не представляется возможным.
Заключение. В результате ретроспективного картографирования с использованием космических снимков выявлен значительный рост площади исследуемого песчаного массива в Ногайском районе Республики Дагестан. Полевые исследования подтвердили результаты дешифрирования, позволили определить видовой состав растительности на открытых песках.
Резкое увеличение площади песчаного массива оказало значительное негативное влияние на располагающиеся поблизости хозяйственные постройки. Причиной развития массива представляется влияние песчаных бурь, на что указывает толщина наносов и форма элементов микрорельефа в границах песчаного массива, вытянутых в направлении преобладающих ветров.
Использованная в процессе исследования методика, включающая предварительное ретроспективное картографирование и последующую полевую верификацию результатов, показала высокую точность. Полученные материалы позволяют оценивать скорость разрастания растений, способствующих закреплению открытых песков, и могут быть использованы при планировании мелиора-
тивных мероприятий.
Литература:
1. Абдулаев К.А., Магомедова А.З. Климатические условия северной части приморской низменности Дагестана // Известия Дагестанского государственного педагогического университета. Естественные и точные науки. 2007. № 1(1). С. 113-120.
2. Ибрагимов К.М., Гамидов И.Р., Умаханов М.А. Экологическое состояние и научные аспекты повышения продуктивности деградированных Кизлярских пастбищ // Горное сельское хозяйство. 2017. № 4. С. 50-55.
3. Кулик К. Н. Агролесомелиоративное картографирование и фитоэкологическая оценка аридных ландшафтов. - Волгоград: изд. ВНИАЛМИ, 2004. 248 с.
4. Кулик К.Н., Петров В.И., Юферев В.Г., Ткаченко Н.А., Шинкаренко С.С. Геоинформационный анализ опустынивания северо-западного Прикаспия // Аридные экосистемы. 2020. Т. 26. № 2(83). С. 16-24.
5. Магидов С.Х. Антропогенная деятельность и ари-дизация климата северной равнинной зоны Дагестана // Труды Института геологии Дагестанского научного центра РАН. 2016. № 67. С. 326-329.
6. Стасюк Н.В., Добровольский Г.В., Залибеков З.Г. [и др.] Оценка деградации и опустынивания почвенного покрова северного равнинного Дагестана // Экология. 2004. № 3. С. 172-178.
7. Усманов Р.З., Баламирзоев М.А., Котенко М.Е., Бабаева М.А., Осипова С.В. Проблемы борьбы с деградацией и опустыниванием Кизлярских пастбищ в связи с ариди-зацией климата и антропогенных воздействий на природные экосистемы // Юг России: экология, развитие. 2010. №3. С. 117-122.
8. Шинкаренко С.С., Барталев С.А. Оценка площади опустынивания на юге европейской части России в 2021 г. // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2021. Т. 18. № 4. С. 291-297. DOI 10.21046/2070-7401-2021-18-4-291-297
9. Шинкаренко С.С., Барталев С.А. Последствия пыльных бурь на юге европейской части России в сентябре-октябре 2020 г. // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2021. Т. 17. №7. С. 270-275.
10. Шинкаренко С. С. Пространственно-временная динамика опустынивания на Черных землях // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2019. Т. 16. № 6. С. 155-168.
11. Zolotokrylin A.N., Titkova T.B. A new approach to the monitoring of desertification centers. Arid Ecosystems, 2011. Vol. 1. No. 3. P. 125-130. DOI: 10.1134/S2079096111030127
cn DOI: 10.34736/FNC.2022.119.4.004.24-29
™ Assessment of Contemporary Desertification Processes in the
I Republic of Dagestan on the Example of a Local Sand Massif
| Valeriya V. Doroshenko™, Junior Researher, doroshenko-vv@vfanc.ru, ORCID 0000-0003-3253-1132,
H Vera V. Balynova, Laboratory Assistant-Researcher -
>1 Laboratory of Geoinformation Modeling and Mapping of Agroforestry Landscapes -
0 Federal State Budget Scientific Institution "Federal Scientific Centre of Agroecology, Complex Melioration and
1 Protective Afforestation of the Russian Academy of Sciences" (FSC of Agroecology RAS), e-mail: info@vfanc.ru, o 400062, Universitetskij pr-t., 97, Volgograd, Russia
0
£ Abstract. This article presents the results of Nogai steppe, an arid area belonging to the Terek? a cameral and field study of local desertification Kuma lowland. The investigated site administratively
1 processes on the example of a sandy massif in the belongs to the Nogai municipal district of the
Republic of Dagestan. As part of the study, a cameral retrospective decryption of Earth remote sensing materials (Sentinel with a spatial resolution of 10 m) was carried out over a five-year period (from 2017 to 2022). The obtained vector materials are analyzed in the geoinformation software "QGIS 3.4", the article presents quantitative data reflecting the dynamics of the sandy massif area. The total area of open sands has more than tripled, as a result of dust storms, three small massifs have been combined into one. During the field study, measurements of the sediments thickness were carried out at various points of the site, photo
Received: 05.10.2022
Translation of Russian References:
1. Abdulaev K.A., Magomedova A.Z. Klimaticheskie usloviya severnoj chasti primorskoj nizmennosti Dagestana [Climatic conditions of the northern part of the coastal lowland of Dagestan]. Izvestiya Dagestanskogo gosudarstvennogo pedagogicheskogo universiteta. Estestvennye i tochnye nauki [Proceedings of the Dagestan State Pedagogical University. Natural and exact sciences]. 2007. 1(1). pp. 113-120.
2. Ibragimov K.M., Gamidov I.R., Umakhanov M.A. Ekologicheskoe sostoyanie i nauchnye aspekty povysheniya produktivnosti degradirovannykh Kizlyarskikh pastbishch [Ecological state and scientific aspects of increasing productivity of degraded Kizlyar pastures]. Gornoe sel'skoe khozyajstvo [Mountain agriculture]. 2017. 4. pp. 50-55.
3. Kulik K.N. Agrolesomeliorativnoe kartografirovanie i fitoekologicheskaya otsenka aridnykh landshaftov [Agroforestry mapping and phytoecological assessment of arid landscapes]. Volgograd.VNIALMI Publ. house. 2004. 248 p.
4. Kulik K.N., Petrov V.I., Yuferev V.G., Tkachenko N.A., Shinkarenko S.S. Geoinformatsionnyj analiz opustynivaniya severo-zapadnogo Prikaspiya [Geoinformation analysis of the north-western Near-Caspian region desertification]. Aridnye ekosistemy [Arid ecosystems]. 2020. T. 26. 2(83). pp. 16-24.
5. Magidov S.Kh. Antropogennaya deyatel'nost' i aridizatsiya klimata severnoj ravninnoj zony Dagestana [Anthropogenic activity and aridization of the northern plain zone of Dagestan climate]. Trudy Instituta geologii Dagestanskogo nauchnogo tsentra RAN [Works of the Institute of Geology of the Daghestan Federal Research Centre of the Russian Academy of Sciences]. 2016. 67. pp. 326-329.
6. Stasyuk N.V., Dobrovol'skij G.V., Zalibekov Z.G. [et al.] Otsenka degradatsii i opustynivaniya pochvennogo
and video fixation was carried out. Based on the results of decryption and field survey, a diagram of the sand massif was drawn up indicating the thickness of sediments and key points. The research results confirm the general trend for the south of the European part of Russia towards a sharp increase in the area of open sands due to an increase in the number and intensity of dust and sand storms, deterioration of humidification conditions and an increase in livestock.
Keywords: Republic of Dagestan, Nogai steppe, desertification, GIS technologies, geoinformation analysis, remote sensing
Accepted: 05.12.2022
pokrova severnogo ravninnogo Dagestana [Assessment of the northern flatland Dagestan soil cover degradation and desertification]. Ekologiya [Ecology]. 2004. 3. pp. 172-178.
7. Usmanov R.Z., Balamirzoev M.A., Kotenko M.E., Babaeva M.A., Osipova S.V. Problemy bor'by s degradatsiej i opustynivaniem Kizlyarskikh pastbishch v svyazi s aridizatsiej klimata i antropogennykh vozdejstvij na prirodnye ekosistemy [Problems of combating degradation and desertification of Kizlyar pastures in connection with climate aridization and anthropogenic impacts on natural ecosystems]. Yug Rossii: ekologiya, razvitie [South of Russia: ecology, development]. 2010. 3. pp. 117-122.
8. Shinkarenko S.S., Bartalev S.A. Otsenka ploshchadi opustynivaniya na yuge evropejskoj chaste Rossii v 2021 g [Assessment of the desertification area in the south of the European part of Russia in 2021]. Sovremennye problemy distantsionnogo zondirovaniya Zemli iz kosmosa [Contemporary problems of remote sensing of the Earth from space]. 2021. T. 18. 4. pp. 291-297. DOI 10.21046/20707401-2021-18-4-291-297
9. Shinkarenko S.S., Bartalev S.A. Posledstviyapyl'nykh bur' na yuge evropejskoj chasti Rossii v sentyabre-oktyabre 2020 g [Consequences of dust storms in the south of the European part of Russia in September-October 2020]. Sovremennye problemy distantsionnogo zondirovaniya Zemli iz kosmosa [Contemporary problems of remote sensing of the Earth from space]. 2021. T. 17. 7. pp. 270-275.
10. Shinkarenko S.S. Prostranstvenno-vremennaya dinamika opustynivaniya na Chernykh zemlyakh [Spatial and temporal dynamics of desertification on Black lands]. Sovremennye problemy distantsionnogo zondirovaniya Zemli iz kosmosa [Contemporary problems of remote sensing of
the Earth from space]. 2019. T. 16. 6. pp. 155-168. jy _ a
Цитирование. Дорошенко В.В., Балынова В.В. Оценка современных процессов опустынивания в Республике Дагестан м
на примере локального песчаного массива // Научно-агрономический журнал. 2022. №4(119). С. 24-29. DOI: 10.34736/ Ч
FNC.2022.119.4.004.24-29 о
Авторский вклад. Авторы настоящего исследования принимали непосредственное участие в планировании, й
выполнении и анализе данного исследования, ознакомились и одобрили представленный окончательный вариант. у
Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов. н
Citation. Doroshenko V.V., Balynova V.V. Assessment of Contemporary Desertification Processes in the Republic of л
Dagestan on the Example of a Local Sand Massif. Scientific Agronomy Journal. 2022. 4(119). pp. 24-29. DOI: 10.34736/ .
FNC.2022.119.4.004.24-29 (11
Author's contribution. Authors of this research paper have directly participated in the planning, execution, or analysis of this .
study. Authors of this paper have read and approved the final version submitted. 0
Conflict of interest. Authors declare no conflict of interest. 2
