CC BY
11
НАУКИ О ЗЕМЛЕ EARTH SCIENCE
Преимущества зондирования для борьбы с угрозами и для повышения эффективности защиты и использования лесных массивов в алматинской области
республики Казахстан Advantages of remote sensing for fighting with threats and for increasing efficiency of protecting and using forestry in almaty province of the republic of Kazakhstan ^азакстан республикасынын алматы облысында орман алкабтарын пайдалану жэне
KорFаудыц тшмдШгш арттыруда жэне кауштшжпен куресуде кашыктыктан
бакылаудыц артыкшылыктары
DOI 10.24411/2658-3569-2019-13002
Серикбаева Гаухар,
Казахский национальный аграрный университет, Алматы
Аннотация: В данной статье проведен анализ преимуществ использования зондирования для регулирования хозяйственной и природоохранной деятельностей в Алматинской области. В работе приведены возможности для использования зондирования для уменьшения негативного воздействия угроз для лесных массивов.
Summary: The analysis of advantages of applying remote sensing for regulating economic and nature protection activities in Almaty province is made in this article. In the work potentials for applying remote sensing to minimise the negative impact of threats for forestry are defined.
Ацдатпа: Макалада Алматы облысында табигатты коргау жэне шаруашылыкты реттеуде кашыктыктан бакылауды пайдаланудыц артыкшылыктарына талдау жасалган. Зерттеу жумысында орман алкабтарына тенген каушт эсерлердi азаютуда кашыктыктан бакылауды пайдаланудыц мYмкiндiктерi кел^ршген.
Ключевые слова: зондирование лесов, лесные массивы Алматинской области, угрозы для лесов, охрана лесов, хозяйственная деятельность в лесу.
Key words: remote sensing of forests, forestry of Almaty province, threats for forests, protection of forests, economic activity in a forest.
Кшт сездер: орманды кдшьщтьщтан бакылау, Алматы облысыньщ орман алкабтары, орманга тенген кауш, орманды коргау, ормандагы шаруашылык кызметь.
Цель исследования - это выявить если зондирование имеет какие-нибудь преимущества для контроля хозяйственной деятельностей и защиты в лесных зонах Алматинской области.
Методология исследования - это использование дедуктивной эпистемология.
Практическая значимость исследования заключается в том, что приведены рекомендации для использования зондирования для повышения эффективности природоохранной и экономической деятельностей в лесах Алматинской области.
Результат исследования показал, что зондирование может помочь собрать необходимые данные, которые имеет важность для выработки стратегии реагирования на внешние угрозы и минимизации их воздействия на лесные массивы.
The research target is to identify whether remote sensing has any benefits for controlling economic activity and protection in forest areas of Almaty province.
The research methodology is using deductive epistemology.
The practical research significance is that recommendations for applying remote sensing to increase efficiency of nature protection and economic activities in forests of Almaty province.
The research result shows that remote sensing may help to collect the required data which has the significance for developing the reaction strategy to the external threats and for minimising their impact on forestry.
Зерттеудщ максаты Алматы облысында орман алкабтарын коргауда жэне ондагы шаруашылык кызметт ;ашы;ты;тан бакылаудыц арты;шылы;тарын аныкктау
Зерттеудщ методологиясы - дедуктивтш эпистемология эдiсi колданылды.
Практикалык мацыздыль^ы- Алматы облысныдагы орман алкабтарын коргау жэне экономикалы; кызметтщ тшмдшгш арттыруда кашыктыкктан бакылауды пайдаланудыц усыныстары келтсршген
Зерттеудщ нэтижеськашыктыктан бакылау орман алккабтарына тенген каушт азайтуга жэне сыртккы каушке карсы стратегияны жасауда мацызды мэлiметтердi жинактауга кемектеседi.
Огонь и пожары являются одной из основных угроз для лесов, и они играют огромную роль в прошлом, настоящем и будущем в саморегуляции экосистемы нашей планеты [1]. Наблюдение за динамическими и территориальными данными о пожарах имеет
фундаментальное значение в понимании экологических процессов и влияния антропогенной деятельности на разных участках хозяйственной деятельности, включая пахотные регионы [2]. Выжженные площади сельскохозяйственных земель могут выйти из оборота экономического использования если произойдут нарушения вегетационно-водного баланса [3]. Также необходимо учитывать, что лесные массивы играют огромную роль в поддержании водного баланса местности [4]. При больших пожарах возможно исчезновение больших вегетационных массивов, что может отразится на ухудшении водного баланса местности, которые может привезти к снижении плодородности близлежащих сельскохозяйственных земель [5].
Рисунок ниже показывает, что пожары можно подразделить на три категории.
Рисунок 1 - Виды пожаров Рисунок сверху показывает, что неадекватная хозяйственная деятельность может привезти к возгораниям на территориях хозяйственной деятельности в лесных массивах и прилегающих территориях.
Пожары, вызванные антропогенной деятельностью деструктивно отражаются на экосистемах [6]:
- неосторожность на производственных объектах;
- ошибки и просчеты на производственных комплексах;
- несоблюдения правил безопасности в сельскохозяйственных предприятиях;
- недостаточный уровень осведомленности населения об угрозах пожара;
- плохая конструкция зданий, которая привела к пожару в результате природного катаклизма;
- неправильное обращение и хранение взрывчатых веществ на производственных объектах;
- и т. д.
Пожары также могут быть природного происхождения и они имели место и до появления человека, что доказано палеоклиматическими и палеовегетационными исследованиями [7, 8].
Возгорание часто происходит в течении сухих или засушливых сезонов, и на территориях, где близко к почве расположены горючие природные полезные ископаемые [9]. Гроза также является наиболее частым источником возгорания больших площадей [10].
Низкая интенсивность горения после грозы или других природных катаклизмов играет важную роль в круговороте полезных и питательных веществ для вегетации, соблюдения разнообразия растительного мира и структуры растительного покрова почвы [11].
Однако стоит учитывать, что хозяйственная деятельности человека, а также экономическая деятельности предприятий в особенности, стали основным источником увеличений количества прецедентов возгорания: с конца XX века антропогенная деятельность начала сильнее давить на баланс экосистемы планеты, оказывая в основном негативное влияние [12].
Рисунок ниже показывает к чему может привезти увеличение частоты возгораний.
Рисунок 2 - Компоненты, которые имеет негативный эффект от большой частоты
пожаров.
Заметка: источник 13.
Рисунок сверху показывает, что большая частота возгораний или даже сезонные росты прецедентов пожара на определенной территории лесов вне зависимости от того имеется или нет какая-нибудь экономическая деятельность имеют отрицательное влияние на следующие компоненты [13]: - биосфера;
- педосфера или слой в котором происходят процессы связанные с образованием почвы и почвенного покрова;
- компоненты атмосферы.
Рисунок снизу показывает три основных эффекта пожаров в лесных массивах, которую надо учитывать в реалиях Алматинской области Республики Казахстан.
Рисунок 3 — Факторы негативного воздействия от пожаров н возгораний разной сложности, которые необходимо учитывать прн планировании и приме решений для хозяйственной и природоохранной деятельности в лесах прн климатических условиях Алматинской области.
Заметка: источники 14 - 19.
Рисунок сверху показывает, что возгорания плохо воздействуют на процесс протекания и образования вегетационных фаз [14, 15, 16]:
- уменьшение питательных веществ, необходимого для растительности,
- снижение общей биомассы;
- в особенности страдают деревья и кустарниковый покров, что может привезти к исчезновению представителей растительного и животного миров, которые чувствительны к пожарам, что плохо отражается на лесах.
Разрушительное воздействие высоких температур, сопровождаемое химическими выделениями при гари могут [17]:
- изменить химические характеристики почвы;
- нарушить естественные физические свойства почвы;
- привезти к эрозии, потере полезного почвенного покрова;
- привезти некоторые территории в лесах в непригодное состояние для проживания некоторых видов животных и растений до проведения дорогостоящих рекультивационных работ.
Парниковый эффект от возгораний отрицательно влияет на атмосферу и оставляет свою лепту в сторону нарушения экологической ситуации [18, 19].
Человечество влияет на пожары прямо и косвенно, что показано на рисунке ниже [20].
Факторы прямого воздействия, которые создают условие когда возможность быстрого ovinia значительных сопредельных территорий многократно увеличивается дтя возгорания
•ОЧпщенпе территорий под паСТбШЦя; ■подготовь эвыпл под а1рарные Нужды,
■осушение ООЛОТ Н ВОДНЫХ неточно сков, ♦не контр оштруемо -тфе зме рная охотничья пли Щкоташрская деятельность на маленькой территории, что в результате может прпвезтп к печеезновенпю некоторых предсташггепей сначала животного МИра, а потом в растительного; •непродуманное создание водной гафраструътуры и ГЭС
Факторы косвенного воздействие когда урбанизация, проведение инфраструктуры н индустриализация ландшафта создают предпосылки и серьешый потенциал при ошибках в хозяйственной деятельности
'Проведение дорог, которое оопегчлет Ьутешествие наслала р данную местность , в результате которого Чрезмерная экономическая деятельность может разрушить экосистему
•введение к экосистему новых представителей фауны л флоры без значительного ахалипгческого планирования, что может щжвезтп к снижению усточйчивостн иаст 11 тел ь ного покрова: •создание промышленных зон. которые у, ]|,[,|Ц- х;I кино..........шышч
могут вызвать пожары.
Рисунок 4 - Прямые и косвенные факторы от разрушения лесов, которые могут повысить возгораемость определенной территории в экономически-климатических условиях Апматниской области.
За-метка: источники 21 - 24.
Рисунок сверху показывает, что высушивание болот и другая деятельность направленная под сельскохозяйственные нужды, что нередко нарушает водный баланс, который является одним естественных защитных механизмов от пожаров, могут создать территории покрытые сухой травой, которые легко возгораемые при засушливой обстановке летних месяцев Алматинской области [21, 22]. Однако и косвенная деятельность в виде создания инфраструктуры и промышленности открывает возможности для возгорания из-за халатности, непрофессионализма, отсутствия контроля или после большого катаклизма [23, 24].
В результате вреда пожара как для безопасности страны и населения, так и для хозяйственной деятельности появляется необходимость наблюдения и сбора данных об участках возгорания как можно быстрее и детальней [25]. Зондирование участков земель,
объятых пламенем, является одним из методов сбора информации, необходимой для выработки стратегии противопожарных действий [26, 27]. Также следует учитывать, что каждый участок земли может обладать своими характеристиками, поэтому сбор информации путем зондирования до, во время и после пожара позволит создать динамические модели по борьбе с пожарами для данной местности.
Рисунок сверху показывает, что несмотря на то, что леса подвержены риску возгорания, особенно в сухие периоды, но их вырубка не решает данных проблем.
Исчезновение лесов создает экологические проблемы не только для Казахстана, но и оставляет свою лепту в глобальном изменении климата и исчезновении биологического разнообразия.
Чрезмерное и непродуманное эксплуатация лесных массивов, вырубка лесов под сельскохозяйственные, инфраструктурные и хозяйственные нужды, а также использование земель для сельскохозяйственной деятельности являются одними из сильных источников выработки парникового газа.
Рисунок ниже показывает некоторые причины обезлесивания.
Рисунок 3 — Некоторое факторы, которые могут привезти к исчезновению гтесов \"чибывающие реалин Алыатинской области
Рисунок сверху показывает, что экономическое развитие, давление на окружающую среду, создаваемое ростом населения, а также давление создаваемое институтами и бизнесом являются не последними факторами обезлесивания.
Урбанизация является не только фактором обезлесивания, но и причиной исчезновения природной среды обитания для многих представителей флоры и фауны. Если в 1800 г. только 2% мирового населения жила в урбанизированных площадях, то в 1900 г. - уже 15% глобального населения живет в больших и малых городах. Процесс роста числа городов и переезда населения туда ускорился в 1950-х годах. В 1950-х годах 70% населения Земли проживало в сельской местности. В 2007 г. впервые в письменной истории человечества населения городов и их агломераций превысило количество людей, проживающих в сельской местности. В 2017 г. уже 54% мирового населения проживало в городах. Учитывая тенденции экономического роста, миграции и урбанизации многие ученые прогнозируют дальнейший рост городского населения. Рост населения городов создает огромное давление на близлежащие территории. В случае наличия лесных массивов в зонах прилегающих к городам, то они скорее всего будут вырублены для сельскохозяйственных нужд, что прокормить городское население. Рост городов и поселков рядом с лесными массивами могут оставить свою лепту в обезлесивание и по следующим причинам: расчистка территорий под застройки, вырубка лесов под создание индустриальных и производственных зон.
Рисунок выше показывает еще один фактор обезлесивания, который связан с процессом урбанизации - это создание объектов инфраструктуры на месте лесных массивов. Строительство инфраструктуры, которое облегчает путь для ведения хозяйственной деятельности на территории лесов, также может негативно отразиться на местной фауне и влоре. Развитие торговли - это один из сильнейших факторов из-за которых исчезают леса. Также следует отметить роль индустриального производства для международной торговли, что нередко вело к исчезновению лесных массивов. Следует также учитывать рост потребности в мировом масштабе на древесину и лесоматериалы в мировом масштабе. Сельское хозяйства, ориентированное на массовое производство и завоевание сильных позиции по экспорту также является одним из причин обезлесивания, что особенно видно в Южной Америке и Юго-Восточной Азии.
Рисунок ниже показывает некоторые природные катаклизмы в условиях Алматинской области, которые могут повредить лесные массивы.
Рисунок 5 - Некоторое еиды катаклизмов и стихни, которые имеют природное происхождения, которые могут повредить или уничтожить лесные массивы Алматинской области.
Заметка: источник 60.
Рисунок выше показывает, что не только пожар имеет угрожающий эффект на поддержание баланса экосистемы лесов. Строгая охрана лесов более эффективна для восстановления лесов чем создание в лесных массивах территорий совместного пользования.
Мониторинг ситуаций последствий антропогенных или природных факторов, которые вредят почвенно-растительному балансу лесных биомов, и постоянный мониторинг нынешней ситуации в лесных массивах является одним из необходимых факторов для гармоничного экономико-экологического развития.
Зондирование является одним из оптимальных методов сбора данных о лесе для широкого круга задач от отслеживания нынешнего состояния распространения пламени до выявления последствий землетрясения или аварии на местном химкомбината рядом с лесными массивами.
В условиях Алматинской области есть два способа зондирования, которые можно использовать для сбора информации о состоянии лесов:
- получение изображений через аппараты спутниковой разведки позволяет получить представление о мезомасштабах лесного биома и о ландшафтных характеристиках экосистемы;
- использование дронов, различных летательных аппаратов дистанционного управления, средств аэрофотосъемки позволяет получить сведения о микротопографических характеристиках местности, в особенности почвенно-вегетационного слоя, а также получить информацию об основных представителях флоры.
Рисунок ниже показывает рекомендации для при использовании зондирования.
Рисунок выше показывает, что зондирование помогает выявить уровень разрушения лесной биомы, что позволяет выработать стратегию соответствующей нынешней ситуации в лесном массиве. Лесные массивы играют большую роль в поддержании водно-климатического баланса. Поэтому при полном уничтожении экосистемы леса желательно высадка нового массива лесной биомы.
В заключение, в условиях Алматинской области использование дронов для зондирования лесных массивов имеет огромный потенциал ввиду:
- простоты транспортировки по сравнению с привычными самолетами;
- оптимальности в использовании;
- более дешев в поддержании в работоспособном состоянии;
- массовое использование дронов может стать основой для зарождения конкурентоспособной индустрии летательных аппаратов в Алматинской области;
- развитие индустрии производства и обслуживания дронов в мировом масштабе может сделать эти аппараты дешевле и эффективней по мере глобального технологического прогресса.
Список использованной литературы
1. DeBano, L., Neary, D., & Ffolliott, P. (1998) Fire Effects on Ecosystems. New York: John Wiley & Sons.
2. Goldammer, J., & Furayev, V. (1996) Fire in Ecosystems of Boreal Eurasia. Boston: Kluwer Academic Publishers.
3. Mackey, B., Lindenmayer, D., & Grill, M. (2002) Wildlife, Fire and Future Climate: A Forest Ecosystem Analysis. Collingwood: CSIRO Publishing.
4. Kane, D., &, Yang, D. (2016) Northern Research Basins Water Balance. Wallingford: IAHS Press.
5. Devi, L. (2016) Climatic Characteristics and Water Balance: A Study of Uttar Pradesh. New Delhi: Concept Publishing Company.
6. Pausas, J., & Keeley, J. (2017) A burning story: the role of fire in the history of life. Bioscience, 59, pp. 593-601.
7. Paulo S., & Robert J. (2017) The Cerrados of Brazil: Ecology and Natural History of a Neotropical Savanna. New York: Columbia University Press.
8. Salgado-Labouriau, M., & Ferraz-Vicentini, K. (2016) Fire in the Cerrado 32,000 years ago. Current Research in the Pleistocene, 11, pp. 85-87.
9. Zektser, I., Marker, B., & Ridgway, J. (2017) Geology and Ecosystems. New York: Springer Science + Business Media, Inc.
10. Ramos-Neto, M., & Pivello, V. (2016) Lightning fires in a Brazilian Savanna National Park: Rethinking Management Strategies.Environmental Management, 26 (6), pp. 675-684.
11. Pivello, V. (2016) The use of fire in the cerrado and Amazonian rainforests of Brazil: past and present. Fire Ecology, 7 (1), pp. 24-39.
12. Goldammer, J.G. (1993) Historical Biogeography of Fire: Tropical and Subtropical: the Ecological, Atmospheric and Climatic Importance of Vegetation Fires. New York: JohnWiley & Sons, Ltd.
13. Pausas, J., & Keeley, J. (2017) A burning story: the role of fire in the history of life. Bioscience, 59, pp. 593-601
14. Moreira, A. (2016) Effects of fire protection on savanna structure in central Brazil. Journal of Biogeography, 27, p. 1021-1029.
15. Hoffmann, W., & Moreira, A. (2012) The role of fire in population dynamics of woody plants. In: Oliveira, P.S., Marquis, R.J. (2012),The Cerrados of Brazil: Ecology and Natural History of a Neotropical Savanna. New York: Columbia University Press.
16. Silveira, L., de Almeida Jacomo, A.T., Diniz Filho, J.A.F.,& Rodrigues, F.H.G. (2015) Impact of wildfires on the megafauna of Emas National Park, central Brazil. Oryx, 33, pp. 108-114.
17. Certini, G. (2016) Effects of fire on properties of forest soils: a review. Oecologia, 143, pp. 1-10.
18. Levine, J., Cofer, W., Cahoon, D., & Winstead, E. (2015) Biomass burning — a driver for global change. Environmental Science and Technology, 29, pp. 120-125.
19. Bowman, D.M.J.S., Balch, J.K., Artaxo, P., Bond,W.J., Carlson, J.M., Cochrane, M.A., Antonio, C.M.D., Defries, R.S., Doyle, J.C., Harrison, S.P., Johnston, F.H., Keeley, J.E., Krawchuk, M.A., Kull, C.A., Marston, J.B., Moritz, M.A., Prentice, I.C., Roos, C.I., Scott, A.C., Swetnam, T.W., van der Werf, G.R., & Pyne, S.J. (2009) Fire in the Earth System. Science, 324 (5926), pp. 481-484.
20. Agee, J. (1996) Fire Ecology of Pacific Northwest Forests. Washington, D.C.: Island Press.
21. Hardesty, J., Myers, R., & Fulks, W. (2015) Fire, ecosystems and people: a preliminary assessment of fire as a global conservation issue. Fire Management, 22, pp. 78-87.
22. Lal, R., M. Suleimenov, & Stewart, B. (2017) Climate Change and Terrestrial Carbon Sequestration in Central Asia. London: Taylor and Francis.
23. Gerold, G., Fremerey, M., & Guhardja, E. (2014) Land Use, Nature Conservation and the Stability of Rainforest Margins in Southeast Asia. Berlin: Springer-Verlag.
24. Thomson, N. (2011) Fire Hazards in Industry. Oxford: Butterworth-Heinemann.
25. Durigan, G., Ratter, J.A. (2016) The need for a consistent fire policy for Cerrado conservation. Journal of Applied Ecology, 53, pp. 11-15.
26. Giglio, L., Randerson, J., Van Der Werf, G.R., Kasibhatla, P., Collatz, G., Morton, D., & Defries, R. (2017) Assessing variability and long-term trends in burned area by merging multiple satellite fire products.Biogeosciences, 7, pp. 1171-1186.
27. Pereira, J. (2013) Remote sensing of burned areas in tropical savannas. International Journal of Wildland Fire, 12, pp. 259-270.
