CC BY
9
УДК 502.63 Э01: 10.34736/РМС.2020.109.2.005.30-34
Пожарный режим ландшафтов мезоэкотона «Малый Сырт - Прикаспийская низменность»
С.С. Шинкаренко1,2, к. с.-х. н., shinkarenkos@vfanc.ru В.В. Дорошенко2, dor.valerya@yandex.ru А.Н. Берденгалиева2, berdengalieva@mail.ru 1ФНЦ агроэкологии РАН, г. Волгоград, РФ 2Волгоградский государственный университет, г. Волгоград, РФ
В статье исследуются сезонные, многолетние и пространственные закономерности пожарного режима ландшафтов переходной зоны «Малый Сырт - Прикаспийская низменность». Авторы используют многолетний архив данных детектирования очагов активного горения (термоточек) и методы геоинформационной обработки. На основе пространственного анализа и выборок по атрибутивным данным сформированы массивы термоточек в разрезе сезонных, многолетних, ландшафтных особенностей региона. Показано, что в большинстве муниципальных районов преобладают летние пожары на пастбищах и летне-осенние - на пахотных землях. Авторы установили, что динамика горимости всех типов подстилающей поверхности и родов ландшафтов характеризуется отрицательными коэффицен-тами линейных трендов. Наибольшее снижение числа очагов активного горения произошло на
пахотных землях. Констатируется, что во всех рассматриваемых муниципальных районах произошло снижение количества пожаров в 2010-2019 гг. по сравнению с первым десятилетием XXI в.: от 25% в Федоровском районе до 70% в Питерском районе Саратовской области. Разработанные электронные карты могут быть использованы для оптимизации мероприятий противопожарной профилактики в исследуемом регионе.
Ключевые слова: ландшафтные пожары, мониторинг, Волгоградская область, геоинформационные технологии, дистанционное зондирование Земли
Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ в рамках проекта 19-45-340003 (территория Волгоградской обл.) и в рамках гранта Президента РФ для поддержки молодых ученых - кандидатов наук МК-321.2019.5 (Саратовская обл. и Западный Казахстан).
Выявление закономерностей изменения состояния ландшафтов с учетом особенностей рельефа, пространственной дифференциации почв и растительности в переходной зоне Малый Сырт - Прикаспийская низменность послужит основой для ландшафтного планирования мелиоративных работ и организации сельскохозяйственного производства в сложных меняющихся условиях изучаемого экотона [3, 7]. Влияние ландшафтных пожаров как экзогенного фактора динамики состояния растительности также должно быть учтено при анализе геосистем территории исследования [6]. Практически ежегодные степные пожары характерны для большей части аридной зоны России и сопредельных территорий [2]. Целью данной работы является определение пожарного режима геосистем изучаемой территории: определение пространственных и временных закономерностей пожаров в зависимости от типа подстилающей поверхности и ландшафтных условий. Территория исследований включает 14 районов Волгоградской и Саратовской областей в России и два района Западно-Казахстанской области республики Казахстан.
Материалы и методика исследований. Исследование основано на геоинформационной обработке и анализе многолетнего архива очагов активного горения MODIS (термоточки): с 2001 по 2019 гг. Термоточки представляют собой центро-
иды пикселей, соответствующих температурным аномалиям, размером примерно 1000x1000 м (1 км2) [8, 9]. Расчет количества очагов горения на 100 км2 примерно соответствует горимости (доле выгоревшей площади). Из-за динамичности пожаров травянистой растительности полученная оценка горимости будет ниже фактической, поскольку съемка спутником охватывает только фронт пожара, в то время как гарь быстро остывает, и не фиксируется как пожар. Однако наличие многолетнего ряда детектирования активного горения и анализ динамики плотности термоточек для одной и той же территории дает достаточно адекватное представление о закономерностях пожарного режима для нелесных и малолесных территорий [1, 5].
Архив термоточек был обработан с помощью ов-релейных операций в программе QGIS: определено количество очагов горения в разрезе муниципальных районов, границ типов и родов ландшафтов [4], а также типов подстилающей поверхности. Статистическая обработка выполнена в программе Microsoft Office Excel.
Результаты и обсуждение. Среди рассматриваемых муниципальных районов преобладают летние пожары: в семи районах - в сентябре, в двух районах - в июле (рис. 1). В Западном Казахстане наибольшее количество очагов активного горения отмечено в августе. Для четырех районов ха-
рактерно преобладание весенних пожаров. Только в Старополтавском районе наиболее пожарный месяц - октябрь. Пожары в конце лета характерны
51
Ей
В таблице 1 показано сезонное распределение пожаров в изучаемых муниципальных районах.
для естественных зональных ландшафтов, весенние и осенние пожары связаны с сельскохозяйственными палами на пахотных землях.
Наиболее равномерно в течение сезона пожары распределены в Советском и Ровенском районах.
Район Доля пожаров, %
Весна Лето Осень
Быковский 28,6 43,2 28,2
Николаевский 22,1 35,2 42,7
Палласовский 21,9 39,9 38,3
Старополтавский 22,5 44,7 32,9
Александрово-Гайский 18,5 23,4 58,1
Дергачёвский 23,5 31,8 44,7
Ершовский 18,1 38,3 43,6
Краснокутский 15,5 40,1 44,4
Новоузенский 12,8 41,7 45,5
Питерский 29,1 46,0 24,9
Ровенский 26,7 39,6 33,7
Советский 35,5 32,3 32,1
Фёдоровский 5,2 76,7 18,2
Энгельсский 23,8 29,5 46,8
Жанибекский 8,4 71,8 19,8
Казталовский 4,0 83,5 12,5
Самый пожароопасный месяц
[_] Апрель
Г 1 Июль Ю5 Август I I Сентябрь ■ Октябрь ¡7."."! Границы регионов
0 50 100 ISO Z00 KM
:п
15 iB 51
Рисунок 1- Наиболее пожароопасные месяцы в муниципальных районах
Таблица 1 - Сезонное распределение ландшафтных пожаров в муниципальных районах
Для районов Западного Казахстана и Федоровского района характерен ярко выраженный пик пожаров летом - более 70% всех очагов активного горения. В районах с преобладанием осенних пожаров также велика доля летних. Только в Александрово-Гайском и Энгельсском районах количество осенних термоточек превышает летнее более чем на 50%. В целом по всему региону на летние пожары приходится 56% всех очагов активного горения, на осенние - 29,5% и 14,5% термоточек отмечается весной.
Безусловный интерес представляет определение горимости территории - доля выгоревших ландшафтов в общей площади районов. На рисунке 2 показана плотность активных очагов горения на 100 км2, которая выражает горимость. Более 3% ежегодно выгорает в Ершовском, Крас-нокутском и Дергачевском районах Саратовской области. В Волгоградской и Западно-Казахстанской областях горимость не превышает 2%, выделяется только Палласовский район с 2,6% го-римости. В реальности горимость пастбищных ландшафтов выше, поскольку для больших пожаров плотность термоточек снижается [5]. Во всех рассматриваемых муниципальных районах происходит снижение количества пожаров в 2010-
49
Всего на территории исследований горимость во втором десятилетии текущего века снизилась на 43% по сравнению с первым десятилетием. Снижение числа пожаров характерно для всех родов ландшафтов. Наиболее заметно снизилась гори-мость пустынных ландшафтов - примерно на 70%, и полупустынных аллювиально-аккумулятивных
2019 гг. по сравнению с первым десятилетием XXI в. Количество фиксируемых очагов активного горения сократилось на 25-35% в Федоровском, Ер-шовском, Кранокутском и Палласовском районах. Снижение числа термоточек на 40-50% характерно для Энгельсского, Советского, Ровенского, Дергачевского районов Саратовской области и Западного Казахстана. Более чем на 50% число очагов активного горения снизилось в Новоузен-ском, Алекснадрово-Гайском, Быковском, Николаевском и Старополтавском районах. Наибольшее снижение горимости произошло в Питерском районе (на 68,6%).
В ландшафтном отношении наиболее подвергнутые пожарам территории относятся к степным денудационно-эрозионным и полупустынным озерно-аллювиально аккумулятивным (табл. 2).
Ландшафты степного типа практически полностью распаханы, и пожары связаны с сельскохозяйственными палами, по этой причине наибольшая горимость отмечается осенью.
Полупустынные ландшафты используются большей частью в качестве пастбищ. При недостаточных нагрузках происходит накопление ветоши, которое приводит к травяным пожарам в летний наиболее жаркий и засушливый период.
и ландшафтах речных долин - на 51,3% и 53,5% соответственно. Среди степных ландшафтов наибольшее уменьшение числа очагов активного горения отмечено в денудауионно-эрозионных структурных и лессовых аккумулятивных (41,6% и 47,7% соответственно).
Рисунок 2 - Плотность термоточекв муниципальных районах
Таблица 2 - Сезонные особенности горимости различных ландшафтов
Тип ландшафта Род ландшафта Горимость, %
Весна Лето Осень
Степные Аллювиально-аккумулятивные 0,7 1,2 1,1
Делювиально-аккумулятивные 0,3 0,8 0,9
Денудационно-эрозионные 0,8 1,6 1,5
Лессовые аккумулятивные 0,4 1,0 1,2
Речные долины 0,4 1,0 0,8
Полупустынные Аллювиально-аккумулятивные 0,4 0,9 0,7
Денудационные структурные 0,5 0,7 0,2
Морские аккумулятивные 0,2 1,4 0,5
Озерно-аллювиально аккумулятивные 0,3 2,5 0,7
Речные долины 0,2 0,9 0,7
Солончаковые аккумулятивные 0,0 0,8 0,1
Пустынные Морские аккумулятивные 0,0 1,8 0,1
Около 40% всех очагов активного горения зафиксировано в летний период на пастбищных землях и сенокосах, всего же к этой категории относится 58,3% термоточек. Еще 40,2% очагов горения приходится на пахотные земли и только 1,5% на леса, водно-болотные угодья и урбанизированные территории. Такое распределение полностью соответствует соотношению площадей
указанных типов подстилающей поверхности. По этой причине более показательно распределение горимости. С точки зрения типов подстилающей поверхности наибольшей горимостью характеризуются леса и пахотные земли - 2,5-3% в год. Для большинства земель отмечается отрицательный тренд количества и плотность очагов активного горения (рис. 3).
ГЪрммостц
% В 1ТМ
"г-:!"-,-«"«';!;;;
гад
2(НШ 11)02
■ (<1|1П 1С VIII'
гШ зоне
- Машин
ПН)» 1(110
Моганка пашни
2031 2(114
Пяп4ищя
2111Й
* Леса
201К
2(12(1
Рисунок 3 - Динамика горимости различных типов подстилающей поверхности
Наибольшее снижение горимости характерно для пахотных земель и мозаики пашни с другими категориями. Горимость урбанизированных территорий и водно-болотных угодий (ВБУ) практически не менялась за весь анализируемый период.
Выводы. В результате исследования определены пространственные, многолетние и сезонные особенности пожарного режима мезоэкотона «Малый Сырт - Прикаспийкая низменность». Большая часть пожаров происходит летом на пастбищах и в летне-осенний период на пахотных землях. Динамика горимости всех типов подстилающей поверхности и родов ландшафтов характеризуется
отрицательными трендами. Наибольшее снижение числа очагов активного горения произошло на пахотных землях. Для дальнейшего анализа геоэко-лических последствий степных пожаров требуется геоинформационное картографирование выгоревших площадей. Полученные результаты станут основой для подбора спутниковых данных и определения выгоревших площадей. Также разработанные электронные карты могут быть использованы для оптимизации мероприятий противопожарной профилактики в исследуемом регионе.
Литература: 1. Барталев С.А., Егоров В.А., Ефремов В.Ю., Лупян Е.А., Стыценко Ф.В., Флитман Е.В. Оценка площади пожа-
ров на основе комплексирования спутниковых данных различного пространственного разрешения MODIS и Landsat-TM/ETM+ // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. - 2012. - Т.9. -№2. - С. 9-26.
2. Павлейчик В.М. Широтно-зональная неоднородность развития травяных пожаров в Заволжско-Ураль-ском регионе. Бюллетень Оренбургского научного центра УрО РАН. -2019. -2: 13c. [Электр. ресурс] (URL: http:// elmag.uran.ru:9673/magazine/Numbers/2019-2/Articles/ TAT-2019-2.pdf)
3. Рулев А.С., Юферев В.Г., Рулев Г.А. Почвенно-геомор-фологическая катена «Малый Сырт - Прикаспий» // Геоморфология. - 2020. - № 1. - С. 22-33.
4. Швиденко А., Щепащенко Д., МакКаллум Я. СД-РОМ «Леса и лесное хозяйство России» Международный институт прикладного системного анализа и Российская Академия наук. Лаксенбург, Австрия. 2007. URL: http:// www.iiasa.ac.at/Research/FOR/forest_cdrom/index.html
5. Шинкаренко С.С. Пожарный режим ландшафтов Северного Прикаспия по данным очагов активного горения // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. - 2019. - Т16. - № 1. - С. 121-133.
6. Шинкаренко С.С.,Берденгалиева А.Н. Анализ многолетней динамики степных пожаров в Волгоградской области // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. - 2019. - Т. 16. - № 2. -С. 98-110.
7. Юферев В.Г. Оценка рельефа ландшафтов экотона «Малый Сырт - Прикаспийская низменность» в Волгоградском Заволжье с использованием ГИС-технологий и данных дистанционного зондирования земли // Научно-агрономический журнал. - 2019. - № 4. - С. 20-23.
8. Giglio, L., et al. An enhanced contextual fire detection algorithm for MODIS // Remote Sens. Environ. - 2006. -Vol.87. - P-273.
9. Giglio L., Schroeder, W., Justice, C.O. The collection 6 MODIS active fire detection algorithm and fire products // Remote Sensing of Environment. 2016. — Vol. 178. - pp. 31-41.
10. Shinkarenko S.S., Doroshenko V.V., Berdengalieva A.N. Fire regime of landscapes in the Volgograd region according to remote sensing data // Advances in Engineering Research. Proceedings of the IV International Scientific and Practical Conference 'Anthropogenic Transformation of Geospace: Nature, Economy, Society' (ATG 2019). - 2020. - Vol. 191. - P. 269-273.
Fire Regime of Landscape of Mezoecoton «Maly Syrt - Caspian Low-Land»
12 S.S. Shinkarenko, K.S.-Kh.N., 2 V.V. Dorochenko, 2 A.N. Berdengalieva -
JFSC of Agroecology RAS, Volgograd, Russia 2Volgograd State University, Volgograd, Russia
The article presents the seasonal, long-term and spatial patterns of the fire regime of landscapes in the ecotone "Maly Syrt - Caspian Lowland". The authors use a long-term archive of data on the detection of center of active fires (hotspots) and geoinformation processing methods. On the basis of spatial analysis and samples based on attribute data, arrays of thermal points are formed in the context of seasonal, long-term, landscape features of the region. It has been shown that in most municipalities summer fires prevail on pastures and summer-autumn fires on arable lands predominate. The authors found that the dynamics of the burning behavior of all types of underlying surface and genera of landscapes is characterized by negative skin coefficients of linear trends. The largest decrease in the number of foci of active combustion occurred on arable land. It is stated that in all considered municipal areas there was a decrease in the number of fires in 20102019. in comparison with the first decade of the 21st century: from 25% in the Fedorovsky district to 70% in the Pitersky district of the Saratov region. The developed electronic maps can be used to optimize fire prevention measures in the studied region.
Keywords: landscape fires, monitoring, Volgograd region, geoinformation technologies, remote sensing
Translation of Russian References:
1. Bartalev S.A., Egorov V.A., Efremov V.Yu., Lupyan E.A., Stycenko F.V., Flitman E.V. Ocenka ploshchadi pozharov na osnove kompleksirovaniya sputnikovyh dannyh razlichnogo prostranstvennogo razresheniya MODIS i Landsat-TM/ETM+ [Fire area estimation based on aggregation of satellite data of various spatial resolutions MODIS and Landsat-TM/ETM+] // Sovremennye problemy distancionnogo zondirovaniya Zemli iz kosmosa [Modern problems of remote sensing of the Earth from space]. - 2012. - Vol.9. - issue 2. - P. 9-26.
2. Pavlejchik V.M. SHirotno-zonal'naya neodnorodnost' razvitiya travyanyh pozharov v Zavolzhsko-Ural'skom regione [Shirotno-zonal heterogeneity of development
of grass fires in the Zavolzhsko-Ural region]. Byulleten' Orenburgskogo nauchnogo centra UrO RAN [Bulletin of the Orenburg scientific center, Ural branch of RAS.] -2019. -2: 13c. [electronic resource] (URL: http://elmag.uran.ru:9673/ magazine/Numbers/2019-2/Articles/TAT-2019-2.pdf)
3. Rulev A.S., Yuferev V.G., Rulev G.A. Pochvenno-geomorfologicheskaya katena «Malyj Syrt - Prikaspij» [Soil-geomorphological catena «Small Syrt-Caspian]»// Geomorphology. - 2020. - issue 1. - Pp. 22-33.
4. Shvidenko A., Shchepashchenko D., MakKallum Ya. SD-ROM «Lesa i lesnoe hozyajstvo Rossii» Mezhdunarodnyj institut prikladnogo sistemnogo analiza i Rossijskaya Akademiya nauk. Laksenburg, Avstriya [SD-ROM «Forests and forestry of Russia» international Institute of applied systems analysis and the Russian Academy of Sciences. Laxenburg, Austria]. 2007. URL: http://www.iiasa.ac.at/ Research/FOR/forest_cdrom/index.html
5. Shinkarenko S.S. Pozharnyj rezhim landshaftov Severnogo Prikaspiya po dannym ochagov aktivnogo gore-niya [Fire regime of landscapes of the Northern Caspian region according to the data of active combustion centers] // Sovremennye problemy distancionnogo zondirovaniya Zemli iz kosmosa [Modern problems of remote sensing of the Earth from space]. - 2019. - Vol.16. - issue 1. - S. 121-133.
6. Shinkarenko S.S., Berdengalieva A.N. Analiz mnogo-letnej dinamiki stepnyh pozharov v Volgogradskoj oblasti [Analysis of long-term dynamics of steppe fires in the Volgograd region]// Sovremennye problemy distancionnogo zondirovaniya Zemli iz kosmosa [Modern problems of remote sensing of the Earth from space]. - 2019. - Vol. 16. - issue 2. - S. 98-110.
7. Yuferev V.G. Ocenka rel'efa landshaftov ekotona «Malyj Syrt - Prikaspijskaya nizmennosf» v Volgogradskom Zavolzh'e s ispol'zovaniem GIS-tekhnologij i dannyh distancionnogo zondirovaniya zemli [Assessment of landscape topography of the Small Syrt - Caspian lowland ecotone in the Volgograd Zavolzhye region using GIS technologies and earth remote sensing data]// Nauchno-agronomicheskij zhurnal[Scientific Agronomy journal]. - 2019. - № 4. - S. 20-23.
