CC BY
50
УДК 528.721.28
В.И. Кравцова1
ПРОСТРАНСТВЕННАЯ СТРУКТУРА ЭКОТОНА ТУНДРА-ТАЙГА НА ПЛАТО ПУТОРАНА (ПО КОСМИЧЕСКИМ СНИМКАМ СВЕРХВЫСОКОГО РАЗРЕШЕНИЯ)2
По космическим снимкам сверхвысокого разрешения и материалам полевых наблюдений впервые определены дешифровочные признаки и выявлены особенности структуры изображения лесной и лесотундровой растительности плато Путорана. Составлена карта растительности в масштабе 1:5000, иллюстрирующая сложную структуру переходной зоны тундра—тайга.
Ключевые слова: тундра, тайга, лесотундра, дешифрирование, космические снимки, сверхвысокое разрешение, типы растительности.
Введение. Постепенный переход между зонами тундры и северной тайги — так называемый экотон тундра—тайга — привлекает к себе внимание в связи с проблемами климатических колебаний [5, 6, 10, 11]. Как одно из последствий глобального потепления климата рассматривается возможное смещение границ природных зон, в частности изменение северных пределов распространения лесной растительности [9]. Нечеткая выраженность границ северных лесов, постепенный переход от сплошных лесных массивов к разрозненным участкам редколесий и мелколесий, группам деревьев и отдельным деревьям [1] трансформирует эту проблему в изучение структуры переходной зоны и оценку ее изменений под воздействием климатических факторов.
Постановка проблемы. Динамика северной границы леса и структуры экотона тундра—тайга в связи с климатическими изменениями исследуется в рамках международного проекта PPS Arctic-BENEFITS, в котором участвуют ученые Канады, Норвегии, Великобритании и России. В российской части проекта предусматривается изучение динамики северной границы леса по наземным и дистанционным материалам на равнинных и горных ключевых участках в европейской и азиатской частях России [12]. Экспедиционные исследования по этому проекту проводятся на Кольском п-ове (в Хибинах и в равнинном районе вблизи оз. Канентъявр), в Центральной Сибири — на Таймыре и в горном районе плато Путорана. В статье представлены материалы исследований в последнем из перечисленных ключевых районов.
Материалы и методы исследований. Ключевой район. В ключевом районе на плато Путорана полевые исследования выполняли на участке "Лама" (рис. 1), расположенном на 2 км южнее оз. Лама (от его средней части), на северном склоне хр. Сухие горы, достигающем высоты 1070 м. Участок занимает нижнюю часть склона хребта ниже 600 м и спускается в долину
Рис. 1. Положение ключевого района и ключевого участка "Лама" на плато Путорана
левого притока р. Омон-Юрях. Типичные для плато Путорана плоские вершинные поверхности траппов с каменистыми тундрами лежат за пределами исследуемой территории, но ступенчатые склоны со скалистыми уступами, обрывами и каменистыми россыпями входят в нее. На ключевом участке такие ступенчатые склоны занимают его южную часть; северная же часть включает нижнюю зону склонов и долину реки, занятые преимущественно редкостойными лиственничными лесами. Выбранный район хорошо передает своеобразие переходной зоны тундра—тайга на плато Путорана, это определяется тем, что зона приходится на ступенчатые склоны, обрамляющие плоские вершинные поверхности. Они образуют лестницы траппов, ступенчатый профиль которых обусловливает изменения в структуре экотона при движении от каменистых тундр на плато, гребнях и в верхних частях склонов к лесной зоне в средних частях склонов.
Предусмотренные проектом PPS Arctic-BENEFITS интенсивные полевые исследования, проведенные летом 2010 г., в которые входили геоботанические описания, определение морфометрических характеристик деревьев, взятие кернов для выявления возрастной
1 Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, географический факультет, лаборатория аэрокосмических методов кафедры картографии и геоинформатики, вед. науч. с., докт. геогр. н., e-mail: valentinamsu@yandex ru
2 Подготовлено по Международному проекту PPS Arctic при финансовой поддержке Программы ведущих научных школ (3405.2010.5), госконтракта НОЦ (№ 14.740.11.0200) и РФФИ (грант 10-05-00267).
структуры древостоев, спектрометрирование, почвенные исследования, были сосредоточены на линии профиля (трансекта), протягивающегося на 1 км с юга на север в средней части горного склона. Фиксация видового состава растительности и спектрометрирование по профилю выполнялись с шагом 2 м. Интенсивные полевые исследования проведены также на 6 пробных площадках размером 20x20 м, выбранных в разных высотных зонах с разными типами растительных сообществ.
Изучение и картографирование пространственной структуры растительного покрова ключевого участка в целом проведено на основе дешифрирования космических снимков. Появившиеся в 2000-х гг. снимки сверхвысокого субметрового разрешения позволяют с большой детальностью изучать растительный покров вплоть до идентификации отдельных деревьев. Для ключевого участка "Лама" использован снимок со спутника GeoEye, полученный за год до выполнения полевых работ (19.08.2009) с разрешением 0,5 м в панхроматическом и 2 м в четырех спектральных каналах (табл. 1), синтезированный в варианте синтеза RGB 4-3-2 с добавлением панхроматического канала. Выполнено дешифрирование фрагмента снимка на участок 1500x800 м; площадь картографируемого участка выбрана таким образом, что трансект, на котором проводились полевые исследования, проходит по его центральной части и все пробные площадки расположены в его пределах, что обеспечило возможность использования полевых наблюдений при работе со снимками. Дешифрирование проводилось по отпечаткам масштаба 1:2000 (в этом масштабе схема дешифрирования составляет 6 листов формата А4) при обращении в процессе работы к снимкам масштаба 1:1000, оптимального для распознавания представленных в этом районе типов растительности. По завершении дешифрирования карта растительности представлена в масштабе 1:5000.
Таблица 1 Спектральные диапазоны съемки со спутника GeoEye
Номер Зона Спектральный интервал, нм Разрешение, м
1 Синяя 450—510 2,0
2 Зеленая 520—580 2,0
3 Красная 655—690 2,0
4 Ближняя инфракрасная 780—920 2,0
5 Панхроматическая 450—800 0,5
Обсуждение результатов. Содержание карты. Составленная по результатам дешифрирования снимков карта растительности представлена на рис. 2. Легенда этой карты (табл. 2) характеризует в общих чертах породный состав и сомкнутость древесного яруса, доминирующие виды кустарникового, кустарничкового и напочвенного ярусов, а также характерные эдафиче-ские условия произрастания. Легенда построена таким
образом, что пространственное размещение выделяемых в ней категорий позволяет определить положение трех главных границ, исследование динамики которых предусмотрено проектом PPS Arctic [12]: а) forest line — северная (верхняя) граница леса, которой соответствует граница лиственничного редколесья на каменистых россыпях и курумах; тип 5 в легенде; б) tree line — граница произрастания отдельных деревьев, ей соответствует верхний предел распространения лиственничной редины на каменистых россыпях и куру-мах с лиственницами высотой 2 м и более при расстоянии между деревьями >20 м (тип 4 в легенде);
Таблица 2
Легенда
к схеме дешифрирования растительности эталонного участка "Лама"
Номер типа Характеристика
1 Каменистые поверхности — крупноглыбовые россыпи, осыпи, незадернованные курумы с фрагментами каменистой кассиопово-дриадовой тундры с альпийским разнотравьем на высоте более 500 м
2 Отдельные низкорослые деревья лиственницы и кусты ольхи (высотой <2 м при расстоянии между деревьями >20 м) на каменистых россыпях
3 Заросли кустарниковой ольхи на каменистых поверхностях (кустарниковая ольховниковая тундра)
4 Лиственничная редина на каменистых россыпях и ку-румах (деревья высотой >2 м при расстоянии между ними >20 м)
5 Лиственничное редколесье на каменистых россыпях и курумах (расстояние между деревьями ~10 м)
6 Лиственничный лес ольховниковый, голубично-зеле-номошный на выположенных участках каменистых поверхностей
7 Лиственничное редколесье, багульниковое зеленомош-ное на заросших осыпях, курумах и каменистых грядах старых селевых выносов
8 Лиственничное редколесье, ерниковое лишайниково-зеленомошное на выположенных участках склонов
9 Лиственничное редколесье с участием березы, ерни-ковое лишайниково-зеленомошное на выположенных участках склонов
10 Разреженный березово-лиственничный лес, ольховый, голубично-багульниковый зеленомошный на пологих склонах
11 Лиственнично-березовый лес, ольховый багульнико-во-голубичный осоково-зеленомошный на крутых участках склонов и вдоль водотоков (густое березовое криволесье с отдельными лиственницами)
12 Лиственнично-березово-ольховый лес, багульниково-голубичный в межгрядовых ложбинах и на лавинно-селевых конусах выноса (заросли ольхи с отдельными лиственницами)
13 Ольховые и березово-ивово-ольховые заросли вдоль водотоков, на приречных участках и островах
я
и
л -
К
о
о
г* £
о и
Г5
и
о |
О
о
ЬО
3?
^ ЕЗг ЕЗз [23^ Е235
13 О
100 м
_I
Рис. 2. Карта растительности ключевого участка "Лама", составленная по космическим снимкам сверхвысокого разрешения. Условные обозначения см. в табл. 2
в) некоторый аналог crummholz line — границы распространения стланиковых форм деревьев; в исследуемом районе за нее принят верхний предел распространения кустарниковой ольховниковой тундры и низкорослой ольхово-лиственничной редины с высотой деревьев <2 м и расстоянием между ними >20 м; эта линия соответствует границе между типами 2, 3 и каменистыми поверхностями с фрагментами кассио-пово-дриадовой тундры (тип 1 в легенде).
Рис. 3. Особенности структуры изображения различных растительных сообществ на космических снимках сверхвысокого разрешения. Пояснения см. в тексте
Дешифровочные признаки растительных сообществ.
Все показанные на карте растительные сообщества имеют свои особенности изображения на космических снимках сверхвысокого разрешения. Они различаются по яркостным, но главным образом по структурным характеристикам, обеспечивающим своеобразный для каждого типа рисунок изображения, наиболее характерные из них представлены на рис. 3. Каждый из выделенных в легенде типов растительных сообществ имеет свои дешифровочные признаки, различаясь по цвету изображения (в нашем случае речь идет о цвете изображения на цветном синтезированном снимке в варианте синтеза RGB 4-3-2, наиболее часто используемом для дешифрирования растительности, при котором растительность изображается оттенками красного цвета, а каменистые поверхности — синим), но основные различия создают структура и рисунок изображения. Различия дешифровочных признаков разных типов растительных сообществ проявляются наиболее четко при увеличении снимков до масштаба 1:1000, оптимального для визуального дешифрирования снимков данного разрешения. Ниже дана краткая характеристика дешифровочных признаков типов растительных сообществ, выделенных на карте, что представляет интерес, поскольку исследователи-географы только начинают работать со снимками столь высокого разрешения.
1. Каменистые россыпи с фрагментами каменистой травянисто-кустарничковой (дриадово-кассиопо-вой с альпийским разнотравьем) тундры. Каменистые поверхности надежно выделяются по синему цвету изображения. Фрагменты тундровой растительности, отмеченные вблизи профиля в поле, из-за их малых размеров на снимке практически не видны, но в более высокой части хребта разрозненные фрагменты таких тундр площадью несколько сотен квадратных метров выделяются на синем фоне каменистых россыпей в виде бледно-розовых пятен, обычно приуроченных к выположенным ступеням между уступами траппов.
2. Каменистые поверхности с отдельными низкорослыми деревьями лиственницы и кустами ольхи (низкорослая редина, расстояние между деревьями >20 м). Низкорослые деревья выделяются на синем фоне каменистых поверхностей в виде светлых точек и мелких пятен округлой формы диаметром 1—2 мм (1—2 м на местности) (рис. 3, I). При малой высоте и диаметре крон ольха и лиственница не различаются по форме кроны. Падающая тень не всегда четко выражена. Ответ на вопрос: чем вызваны малые размеры деревьев — их угнетенностью, обусловленной неблагоприятными условиями существования на границе с тундровой зоной, или здесь наблюдается появление подроста и продвижение древесной растительности в связи с улучшением климатических условий? — может дать лишь анализ возрастной структуры, особенно важный для таких древостоев.
3. Другой вид растительных сообществ тундровой зоны — заросли кустарниковой ольхи (кустарниковая ольховниковая тундра) — четко выделяется на снимках по розоватому или оранжевому цвету и характер-
ной округло-зернистой структуре, образованной плохо сформированными кронами кустов ольхи (рис. 3, II). Из-за небольшой высоты кустов (до 2 м) и их плотного размещения падающая тень обычно не образуется, а зернистая структура обусловлена различиями в яркости освещенных и затененных частей крон.
4. Еще типичнее для каменистых склонов верхнего пояса гор, каменистых россыпей и курумов лиственничные редины из высоких деревьев лиственницы, которые при значительном расстоянии между деревьями (>20 м) образуют древостои с довольно регулярным размещением. Здесь кроны лиственниц достаточно крупны (диаметр 3—5 м). Их изображения на снимке приобретают выпукло-вогнутую подковообразную форму, так как ярко освещенная солнцем южная сторона выделяется в виде светлой выпуклой дуги, а противосолнечная часть кроны затенена и вместе с просвечивающим иногда стволом образует темный противосолнечный клин (рис. 3, III). При этом цвет крон деревьев, стоящих на каменистой поверхности, голубоватый, а при образовании под деревьями хотя бы небольших задернованных участков розоватый. В противосолнечном направлении от крон протягиваются четкие длинные контуры падающих теней деревьев, превышающих размеры крон в несколько раз. По длине тени при известных параметрах съемки (ее направление и высота Солнца) и углах наклона поверхности возможно определение высоты деревьев; для такого определения в автоматизированном режиме разработаны специальные алгоритмы [8]. Четко выделяющиеся параллельные полосы теней составляют характерную черту изображения этого типа растительных сообществ.
5. Лиственничное редколесье на каменистых россыпях и курумах отличается от предыдущего типа главным образом плотностью древостоя — деревья здесь расположены на расстоянии ~10 м одно от другого. Как и в предыдущем случае, на синем фоне каменистого материала осыпей или курумов выделяются яркие светлые контуры крон лиственниц с характерной для них выпукло-вогнутой формой, имеющие обычно голубоватый оттенок, а при образовании под деревьями небольших задернованных участков розоватый. Характерно изображение длинных полос падающих теней деревьев. Благодаря теням весь контур каменистого склона или курума с редколесьем имеет крупнополосчатую структуру изображения.
6. На выположенных участках каменистых поверхностей, где образуются условия для накопления грунтовых вод, среди лиственничного редколесья появляются заросли ольхи и формируются задернованные участки с напочвенным покровом из зеленых мхов и кустарничков. В результате здесь образуются небольшие, но многочисленные участки лиственничного леса ольховникового голубично-зеленомошного. Они контрастно выделяются на снимках среди синих каменистых поверхностей по яркому розово-оранжевому цвету изображения, обусловленному зеленой листвой ольхи и зеленой растительностью напочвенного яруса; для них характерна неровная крупнозер-
нистая и мелкопятнистая структура изображения (рис. 3, IV). Светлые пятна сложной конфигурации создаются группами крон ольхи, неразличимых индивидуально; среди них выделяются кроны лиственниц с характерной для них подковообразной формой. Для этих лесов характерен оранжево-розовый оттенок в средних частях лесных выделов, где развит кустар-ничковый ярус, и голубоватый оттенок на периферии выделов, на границах с осыпями, где сквозь кроны просвечивает каменистый материал.
7. Лиственничное редколесье, формирующееся на заросших, задернованных осыпях, курумах, каменистых грядах, с багульниковым кустарничковым и зеленомошным напочвенным ярусом по характеру изображения довольно близко к лиственничным редколесьям на каменистых поверхностях. Хорошо видны кроны лиственниц подковообразной формы, имеющие голубоватый оттенок на темном синем фоне подстилающей поверхности; четко выделяются штрихи теней лиственниц.
8. Лиственничное редколесье, формирующееся на выположенных участках склонов северной экспозиции с ерниковым кустарничковым и лишайниково-зеленомошным напочвенным ярусом, имеет очень выразительный "штриховой" рисунок изображения (рис. 3, V). Яркие светлые кроны лиственниц подковообразной формы видны здесь на фоне светлого ер-никового яруса не столь четко, как на каменистых поверхностях, но темные падающие тени лиственниц на ровном фоне этого яруса, имеющего слабозаметную мелкозернистую структуру, выделяются очень четко, образуя параллельно-полосчатый рисунок.
9. Близкий к предыдущему тип лиственничного редколесья ерникового лишайниково-зеленомошного, но с участием березы, имеет и близкие дешифровоч-ные признаки. Однако вклинивающиеся пятна групп берез, кроны которых создают крупнозернистую структуру, местами нарушают строгий параллельно-полосчатый рисунок, образованный падающими тенями лиственниц.
10. На более низких участках пологих склонов плотность древостоев увеличивается и редколесья сменяются разреженными лесами из лиственницы и березы с участием ольхи в кустарниковом ярусе, с разным соотношением этих пород при различных условиях произрастания. Характер изображения леса при увеличении сомкнутости древостоя меняется (рис. 3, VI), все меньше остается просветов между кронами, в которых могли бы отобразиться падающие на наземный ярус тени деревьев, видны лишь фрагменты теней высоких лиственниц, сохраняющие общую ориентировку в противосолнечном направлении. В форме крон отдельных наиболее высоких лиственниц, поднимающихся над общим пологом леса, сохраняется их подковообразная конфигурация; невысокие же лиственницы теряют эту особенность, поэтому разделение пород по форме крон становится невозможным.
11. На крутых участках склонов с близким залеганием или выходами грунтовых вод, а также вдоль водотоков лес сильно сгущается, береза становится преобладаю-
щей породой, лиственницы сохраняются лишь единично, появляется кустарниковый ольховый ярус, а в напочвенном покрове — травянистая растительность, осоки. Изображение такого лиственнично-березового леса ольхового багульниково-голубично-осокового (рис. 3, VII) характеризуется пятнисто-крупнозернистой "муаровой" структурой; неровные, имеющие сложную конфигурацию светлые пятна групп крон разделяются затененными участками просветов между ними. Падающие тени деревьев не отображаются, характерная для разреженных лесов и редколесий параллельная полосчатость рисунка здесь отсутствует.
12. На лавинно-селевых конусах выноса и в ложбинах между каменистыми грядами, оставленными селевыми потоками, распространены заросли ольхи и березы (начальная стадия восстановления растительности после уничтожения лиственничного леса при катастрофе) с единичными лиственницами, сохранившимися после схода лавин и селей. Наличием склоновых отложений и достаточным увлажнением объясняется развитие густых зарослей кустарников и достаточно мощного кустарничкового яруса. Такой лиственнично-березово-ольховый лес багульниково-голубичный имеет характерные для него черты изображения (рис. 3, VIII) — ровную зернисто-муаровую структуру и светло-оранжевый цвет, обусловленный сочетанием ярких белых освещенных макушек крон и более темных оранжевых, коричневатых неосвещенных частей крон. На этом однородном зернисто-муа-ровом фоне четко выделяются коричневые полосы-штрихи — тени отдельных высоких лиственниц, падающие на более низкий полог крон ольхи и поэтому размытые и сложноконтурные, но сохраняющие параллельную ориентировку в противосолнечном направлении.
13. Ольховые и березово-ивово-ольховые заросли вдоль водотоков, на приречных участках и островах имеют практически такое же, как в предыдущем случае, изображение, но только без вкрапления теней лиственниц.
Особенности структуры экотона тундра—тайга, выявленные по составленной карте. Составленная в результате дешифрирования космических снимков карта (рис. 2) демонстрирует специфические особенности структуры экотона тундра—тайга в этом районе. В его верхней по рельефу зоне, приходящейся на южную часть участка картографирования, среди каменистых поверхностей лестницы траппов на высоте 570 м встречены фрагменты кустарничковой кассио-пово-дриадовой тундры с альпийским разнотравьем, индицирующие тундровую зону. Граница между тундрой и лесотундрой опускается до 500 м в северном направлении, по водоразделу, но с обеих сторон от него, особенно западнее, она занимает более высокие позиции в связи с отепляющим и увлажняющим влиянием соседних долин боковых притоков. Ниже этой границы тундровой зоны вплоть до высоты 350 м расположена зона лесотундры, имеющая на этом участке ширину от 400 до 600 м. Эта широкая зона, включаю-
щая несколько ступеней лестницы траппов, состоит из трех дугообразных поясов.
Верхний пояс, занимающий высотный интервал 450—500 м, не имеет сплошного растительного покрова, характеризуется дискретностью и состоит из островов растительности на фоне каменистой поверхности. Выше других поднимаются редины низкорослой ольхи и лиственницы на каменистой поверхности; деревья здесь имеют высоту до 2 м при расстоянии между отдельными деревьями более 20 м (тип 2 в легенде карты). Второй вид островков растительности — это участки зарослей кустарниковой ольхи (тип 3 в легенде), которые можно считать кустарниковой тундрой и рассматривать в качестве некоего аналога стла-никовой растительности в других регионах (т.е. аналога crummholz в терминах проекта PPS Arctic). Такой тип растительности превалирует в этом поясе, занимая 50% его площади. Третий вид — островки лиственничного редколесья на каменистой поверхности, в которых деревья имеют высоту >2 м при расстоянии между ними около 10 м (тип 5 на карте). И, наконец, четвертый вид растительности в этом поясе — небольшие участки лиственничного леса с густым ольховым кустарниковым ярусом (тип 6 на карте), которые хорошо выделяются на снимке красноватым цветом.
Второй пояс лесотундровой зоны, занимающий высотный интервал 400—450 м, — это каменистый пояс уступов и осыпей, обычный для лестницы траппов на склонах плато Путорана. Между камнями встречаются маленькие фрагменты кустарничковой растительности, отдельные кусты ивы и ольхи, но сплошного растительного покрова он практически не имеет.
Третий пояс, занимающий высотный интервал 350—400 м, представляет собой главным образом лиственничные редины на каменистой поверхности, где одиночные высокие лиственницы (высотой >2 м, но нередко 10—15 м) находятся одна от другой на расстоянии более 20 м (тип 4 на карте); такие редины в этом поясе чередуются с островами лиственничного редколесья (расстояние между деревьями 10 м) на каменистых поверхностях (тип 5 на карте) и с множеством небольших островков лиственничного леса с густым ольховым кустарниковым ярусом (тип 6 на карте), как упоминалось выше, хорошо выделяющихся по оранжево-розовому цвету на снимке. Такие островки расположены обычно в нижних выположенных частях каменных потоков и осыпей, где каменистый материал несколько мельче и скапливаются подземные воды. Эти лиственнично-ольховые островки концентрируются вдоль нижних границ пояса каменистого материала.
Три охарактеризованных концентрически расположенных пояса и определяют различия в структуре переходной лесотундровой зоны, сменяющейся ниже по склонам лесами. Горные склоны на высоте ниже 350 м полностью залесены. В большинстве случаев это лиственничные разреженные леса, обычно без кустарникового яруса, но с различным кустарничковым ярусом и травяно-моховым напочвенным покровом. На
задернованных каменистых поверхностях крутых участков склонов и заросших курумах с разреженными лиственничными лесами развит багульниково-зелено-мошный напочвенный ярус (тип 7 на карте). Для выположенных участков склонов характерны разреженные лиственничники с багульниково-ерниковым кустарничковым ярусом (тип 8 на карте). При небольшом увеличении крутизны склонов и смене северной экспозиции на северо-западную или северо-восточную к лиственнице добавляется береза (тип 9 на карте), а затем примесь березы увеличивается, она становится преобладающей в древостое, и, кроме того, появляется ольховый кустарниковый ярус (тип 10 на карте). На наиболее крутых склонах и участках выходов грунтовых вод появляются густые заросли кривоствольной березы с отдельными лиственницами и с густым кустарниковым ярусом из ольхи с ивой (тип 11 на карте).
В долине притока р. Омон-Юрях, пересекающего картографируемый участок на севере, правый склон долины крутой, здесь каменистые осыпи заросли лиственничным редколесьем с багульниково-зелено-мошным нижним ярусом (тип 7 на карте). Для левого берега реки характерно чередование каменистых гряд старых селевых потоков, сходивших с левого склона долины, с межгрядовыми понижениями. Гряды заросли лиственничным редколесьем с багульниково-зеле-номошным нижним ярусом (тип 7 на карте), а в понижениях между ними, вдоль водотоков, так же как и на берегах реки и островах, распространены заросли ольхи с березой и ивой (тип 13 на карте). На лавинно-селевых конусах левого склона долины (средние части конусов), где лавины сходили относительно недавно, также развиты густые заросли ольхи и ивы, а на периферийных частях конусов — ольховые леса с участием лиственницы (тип 12 на карте).
Заключение. Для района плато Путорана характерна очень сложная структура переходной зоны тундра—тайга. Эта зона включает концентрические подзоны с постепенным уменьшением тундровой и увеличением лесной составляющих. Для каждой подзоны характерен свой набор древесно-кустарниковых и кустарничковых сообществ: сложное сочетание пятен кустарниковой ольховниковой тундры и редин из низкорослых деревьев на каменистых россыпях с мелкими участками ольховниковых лиственничных лесов в верхней части этой зоны, а в нижней части лесотундровой зоны — сочетание лиственничных редколесий и редин на каменистых россыпях также с островами ольховниковых лиственничных лесов. Картина переходной лесотундровой зоны в целом осложнена ступенчатостью склонов, для которых характерны уступы разновозрастных траппов, образующие своеобразные лестницы: полосы каменистых уступов и осыпей под ними не дают в полной мере развиваться тундровой растительности. Поэтому эта зона представлена в основном каменистой тундрой лишь с фрагментами травянисто-кустарничковой тундры.
Выявить и закартографировать эти структурные элементы оказалось возможным только благодаря ис-
пользованию снимков сверхвысокого субметрового разрешения. Хотя результирующая карта представлена в статье в масштабе 1:5000, дешифрирование тех компонентов, которые определяют выделенные сообщества древесно-кустарниковой растительности, потребовало работы со снимками в масштабе 1:1000. К таким компонентам относятся размер и форма крон деревьев, наличие и характер изображения теней, разделение изображения разных древесных ярусов, характер напочвенного покрова в редколесьях и рединах. На основе сочетания этих компонентов и их отображения на снимках определены дешифровочные признаки различных растительных сообществ исследованного района, которые можно использовать для широкого регионального изучения растительности по аналогичным снимкам.
Для определения временной динамики распространения древесной растительности (что предусматривается задачами проекта PPS Arctic) и изменений структуры переходной зоны тундра—тайга разновременные материалы должны обеспечивать выявление того же сложного набора компонентов структуры. Это означает, что в будущем для определения изменений границ распространения древесной растительности необходимо будет использовать снимки со сходными характеристиками разрешения. Для ретроспективных же исследований динамики северной границы леса в данном районе полученные к настоящему времени дистанционные материалы малопригодны; приходится заменять определение динамики северной границы леса исследованиями изменений структуры экотона тундра—тайга с использованием косвенных показателей — сомкнутости древостоев, оценки вегетационных индексов. Обращение к архивным аэрофотоснимкам, давшее положительные результаты на локальном уровне для равнинных [4] и горных [7] районов Кольского п-ова, в данном случае неперспективно: наиболее крупный масштаб аэрофотосъемки подобных районов 1:30 000 (выполнявшейся для составления топографических карт масштаба 1:25 000) не обеспечивает выделение необходимых компонентов структуры.
Таким образом, имеющиеся дистанционные материалы пока не обеспечивают решения ретроспективной задачи для этого региона, хотя и позволяют с большой детальностью изучать современную структуру растительных сообществ экотона тундра—тайга. Переход от высокодетальных снимков к снимкам менее высокого разрешения, архив которых доступен для всей лесотундровой зоны и которые, кроме того ретроспективно перекрывают период потепления с 80-х гг. ХХ в., продолжает оставаться неполностью решенной задачей, несмотря на некоторые успехи на пути ее решения [5, 8]. Для получения достоверной картины динамики северной границы леса в период потепления климата наиболее надежным средством представляется анализ возрастной структуры древо-стоев, который может показать количество укоренившихся деревьев в годы с изменением метеоусловий — температуры и количества осадков [12].
В будущем для определения изменений структуры лесотундровой зоны и границ распространения лесов в исследуемом районе перспективны космические снимки сверхвысокого разрешения; на основе проведенного анализа структуры переходной зоны можно выделить наиболее важные объекты мониторинга.
Значение выполненного нами исследования не ограничивается проблемой экотона тундра—тайга, а имеет более широкий выход, поскольку это первый опыт дешифрирования снимков сверхвысокого разрешения, подкрепленного детальными полевыми наблюдениями. С появлением снимков сверхвысокого разрешения исследователи-природоведы впервые сталкиваются с изображениями столь высокой детальности. Прежний опыт дешифрирования аэрофотоснимков ограничивался снимками масштаба 1:30 000, редко 1:10 000, и практически никогда дешифров-щику-топографу, географу или лесоведу не приходилось работать со снимками масштаба 1:1000 (за исключением специальных локальных экспериментов). В инструкциях по аэрофототопографической съемке в крупных масштабах древесная растительность рассматривается не как объект съемки, а как мешающий, маскирующий объект, в связи с чем даны рекомендации выполнять аэросъемку в период отсутствия ли-
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Горчаковский П.Л., Шиятов С.Г. Фитоиндикация условий среды и природных процессов в высокогорьях. М.: Наука, 1985. 209 с.
2. Инструкция по топографической съемке в масштабах 1:5000, 1:2000, 1:1000 и 1:500 // ГУ геодезии и картографии при СМ СССР. М.: Недра, 1985. 152 с.
3. Концепция развития отрасли геодезии и картографии до 2020 года (утверждена распоряжением Правительства РФ от 17.12.2010 № 2378-р). URL: http://правительство.рф/ media/2010/12/31/38121/file/2378-pril/doc (дата обращения 12.03.2011).
4. Кравцова В.И., Лошкарева А.Р. Динамика лесотундровой растительности на севере Кольского полуострова в связи с климатическими изменениями: исследование по разновременным аэрокосмическим снимкам // Мат-лы Меж-дунар. конф. ИнтерКарто-ИнтерГИС-15. 29 июня—5 июля 2009 г. Пермь, 2009. Т. 1. C. 297—307.
5. Кравцова В.И., Лошкарева А.Р. Исследование северной границы леса по космическим снимкам разного разрешения // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 5. География. 2010. № 6. С. 49—57.
6. Михеева А.И. Пространственная изменчивость положения верхней границы леса в Хибинах (по материалам дистанционного зондирования) // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 5. География. 2010. № 4. С. 18—22.
ствы [2] и нет никаких рекомендаций по дешифрированию растительности.
Сейчас, когда с 2000 г. ведутся съемки со спутников Ikonos, QuickBird, WorldView, GeoEye, EROS и др., все больше расширяется территория съемки нашей страны и, кроме того, в перспективе, с 2014 г., будут выполняться съемки с отечественного картографического спутника сверхвысокого разрешения [3], остро ощущается необходимость освоения новых дистанционных материалов, в том числе оценка возможностей и разработка методов дешифрирования. Выявленные нами особенности изображения и де-шифровочные признаки различных растительных сообществ горных северотаежных, притундровых лесов и переходной зоны тундра—тайга уже теперь можно использовать при работе со снимками сверхвысокого разрешения в аналогичных районах.
Подобный поиск дешифровочных признаков различных типов природных объектов целесообразно распространить и на другие районы нашей обширной страны. Без такой подготовительной работы не удастся эффективно использовать новые возможности, открывающиеся для географов с появлением снимков сверхвысокого разрешения.
7. Михеева А.И. Исследование изменений верхней границы леса по аэрокосмическим снимкам // Геодезия и картография. 2011. № 1. С. 31—36.
8. Новичихин А.Е., Тутубалина О.В. Интеграция алгоритмов обработки космических снимков сверхвысокого пространственного разрешения для автоматизированного дешифрирования лесной растительности // Земля из космоса — наиболее эффективные решения. 2009. № 3. С. 40—42.
9. Прогноз климатической ресурсообеспеченности Восточно-Европейской равнины в условиях потепления XXI века. М., 2008. 292 с.
10. Шиятов С.Г., Мазепа В.С., Моисеев П.А., Братухи-на М.Ю. Изменения климата и их влияние на горные экосистемы национального парка "Таганай" за последние столетия // Влияние изменения климата на экосистемы. М., 2001. Ч. 2. С. 16—31.
11. Шиятов С.Г., Терентьев М.М., Фомин В.В. Прост -ранственно-временная динамика лесотундровых сообществ на Полярном Урале // Экология. 2005. № 2. С. 1—8.
12. Rees G., Tutubalina O., Tommervik G. et al. Mapping of the Eurasian Circumboreal Forest-Tundra Transition Zone by Remote Sensing. CBVM meeting, Helsinki, 3—6 November 2008. P. 1—7.
Поступила в редакцию 17.05.2011
V.I. Kravtsova
SPATIAL STRUCTURE OF TUNDRA-TAIGA ECOTONE WITHIN THE PUTORANA PLATEAU (BASING ON VERY HIGH-RESOLUTION SPACE IMAGERY)
Interpretation keys and specific features of the structure of the Putorana Plateau forest and forest-tundra vegetation image were determined using space imagery of very high resolution and field observation data. The vegetation map at the scale of 1:5000 was compiled which shows very complex spatial structure of the tundra-taiga ecotone.
Key words: tundra, taiga, forest-tundra, interpretation, space imagery, very high resolution, vegetation types.
