CC BY
0УДК 528.88
DOI: 10.24412/cl-37200-2024-1390-1394
ВЫЯВЛЕНИЕ ДЕГРАДИРОВАННЫХ ТЕРРИТОРИЙ В ВОСТОЧНОЙ ЧАСТИ РЕСПУБЛИКИ КАЛМЫКИЯ С ПРИМЕНЕНИЕМ ГИС-ТЕХНОЛОГИЙ
IDENTIFICATION OF DEGRADED TERRITORIES IN THE EASTERN PART OF THE REPUBLIC OF KALMYKIA USING GIS TECHNOLOGIES
Федорова Н.Л.1, Джамбинов В.Е.2, Арилов Д.М.3 Fedorova N.L.1, Dzhambinov V. E.2, Arilov DM.3
БНУ РК «Институт комплексных исследований аридных территорий», Элиста, Россия The Institute of Complex Research of Arid Areas, Elista, Russia
E-mail: 1bekeevan@yandex.ru, 2d.love.i@mail.ru, 3vlad-djambinov14@yandex.ru
Аннотация. В данном исследовании проводился анализ развития процессов деградации земель в Республике Калмыкия, а именно определение открытых очагов песков и прилегающих к ним территорий. В результате проведенных исследований выявлено расположение на местности открытых очагов песков, степень их зарастания растительными сообществами, состав и структура растительных сообществ, произрастающих на заросших песчаных массивах. В статье приведены данные по площадям открытых песчаных массивов и дефлированных земель вокруг кошар с их географической привязкой на территории Юстинского и Яшкульского районов. По современным данным сканерных снимков ИСЗ «Landsat-8» OLI/TIRS за 2023 г. открытые дефляционные очаги песков в Юстинском районе сосредоточены в его центральной и юго-восточной части, в Яшкульском районе - на юго-восточной и северо-восточной части территории. В Юстинском районе площадь открытых дефляционных очагов в 2023 году составила 112,35 км2 (11 235 га). В Яшкульском районе площадь открытых дефляционных очагов в 2023 году - 108,31 км2 (10 831 га). Выявлено, что в настоящее время мелкие развеваемые пески (до 100 га) занимают в Юстинском районе 97% (7 300 га) от общей площади песков 11 235 га, а средние (от 100 до 400 га) - 3% (3890 га). В Яшкульском районе наблюдается такая же ситуация: доля открытых песков до 100 га составила 97% (6 734 га). Большей частью эти пески новообразованные.
Ключевые слова: открытые песчаные массивы, деградированные территории, ГИС-технологии, Республика Калмыкия.
Abstract. This study analyzed the development of land degradation processes in the Republic of Kalmykia, namely the identification of open sand centers and adjacent territories. As a result of the research the location of open sand areas, the degree of their overgrowth with plant communities, the composition and structure of plant communities growing on the overgrown sand massifs were revealed. The article presents data on the areas of open sand massifs and deflated lands around koshars with their geographical reference in the territory of Yustinsky and Yashkul districts. According to the modern data of scanner images of the "Landsat-8" OLI/TIRS satellite for 2023, the open deflationary centers of sand in Yustinsky district are concentrated in its central and southeastern part, in Yashkul district - in the southeastern and northeastern part of the territory. In Yustinsky district the area of open deflationary centers in 2023 amounted to 112.35 km2 (11 235 ha). In Yashkulsky district the area of open deflation centers in 2023 amounted to 108.31 km2 (10,831 ha). It has been revealed that at present, shallow deflationary sands (up to 100 ha) occupy 97% (7,300 ha) of the total area of sands of 11,235 ha in Yustinsky district, and medium sands (from 100 to 400 ha) - 3% (3,890 ha). The same situation is observed in Yashkul district: the share of open sands up to 100 ha amounted to 97% (6,734 ha). Most of these sands are newly formed.
Key words: open sand massifs, degraded territories, GIS technologies, Republic of Kalmykia.
Введение. Экстремальные климатические условия Калмыкии (малое количество осадков и их неравномерность, высокая годовая амплитуда абсолютных температур воздуха) в сочетании с усилением антропогенного пресса (распашка малопригодных земель, крупномасштабные работы по мелиорации, перегруз пастбищ овцами тонкорунных пород, техногенные воздействия, антропогенные пожары) привели к широкому развитию процессов деградации природных экосистем Калмыкии.
Деградация земель - потеря продуктивности земель в аридных, полуаридных и засушливых областях земного шара, вызванная природно-антропогенными факторами. Типы деградации различны: эродированность в результате водной или ветровой эрозии, переувлажнение, засоление, заболачивание. Крайним проявлением деградации земель является образование открытых очагов песков.
Отсутствие систематизации и отображения на карте геоданных по деградированым территориям и результатов их анализа негативно влияет на эффективность сельскохозяйственного производства. Одним из наиболее перспективных направлений повышения эффективности управления сельскохозяйственным производством является использование информационных систем на базе геоинформационных технологий. Использование ГИС-технологий при геоэкологических исследованиях позволяет проводить оценку состояния ландшафтов и определять характер происходящих изменений. Особенно важны ГИС-технологии в управлении сельскохозяйственным производством в регионах с рискованным земледелием.
Цель работы - оценка современного состояния деградированных территорий пустынной зоны на основе геоинформационных технологий и пространственных баз данных.
Задачи исследования:
1. Определение площадей открытых очагов развеваемых песков по материалам актуальной космической съемки в Яшкульском и Юстинском районах.
2. Геоботаническая характеристика ключевых полигонов Молодежненского СМО Яшкульского района, Бергинского СМО Юстинского района.
3. Создание карто-схем ключевых объектов исследования.
Программа и методика исследования. Исследования проводились в соответствии с поставленными задачами и состояли из нескольких последовательных этапов с использованием методов ГИС-технологий, дистанционного зондирования Земли и широким применением методов ландшафтно-экологического профилирования [1-5]. Проведен сбор и анализ картографических и космических материалов с их пространственно-временной привязкой и выходными характеристиками. С целью создания топоосновы объектов исследований были отвекторизованы в программе ГИС MapInfo Professional топографические карты М.1:100000 по 2 административным районам республики: Яшкульского (L-38-043 - L-38-046, L-38-054 - L-38-058, L-38-066 - L-38-070, L-38-079 - L-38-081), Юстинского (L-38-020 - L-38-022, L-38-032 - L-38-034, L-38-044 - L-38-047, L-38-057 - L-38-059). С топографических карт выполнена векторизация изогипс рельефа, отметок высот, кошар, дорог, населенных пунктов. В качестве ключевых полигонов в 2022-2023 году были выбраны Молодежненское СМО Яшкульского района и Бергинское СМО Юстинского района. В результате геопозиционирования и векторизации геоботанической карты ключевого объекта были созданы ГИС-макеты Бергинского и Молодежненского СМО в программе MapInfo Professional 2019. Векторные слои ГИС-каждого макета включают: слой почвенного покрова с указанием растительных сообществ и урожайности, населённые пункты, асфальтированные дороги, а также слои с указанием артезианских колодцев и кошар.
В качестве базовой космической информации использованы снимки с искусственного спутника Земли (ИСЗ) «Landsat-8» камера OLI-TIRS за 2022-2023 гг. Обработка серии цветных синтезированных космоизображений (синтез каналов) производилась в программе «MultiSpecW64» с использованием спектральных диапазонов, наиболее оптимальных для выявления пустынной растительности (0,5-0,6; 0,6-0,7 и 0,8-1,1 мкм). Дешифрирование снимков проводилось с использованием компьютерных методов и программ, обеспечивающих как визуальное, так и автоматизированное распознавание объектов на снимке.
Экспедиционные выезды на объекты исследования с целью дешифрирования открытых очагов дефляции и деградированных природных ландшафтных контуров по материалам дистанционного зондирования состоялись в сентябре 2022 года, в мае и сентябре 2023 г. по двум районам республики: Яшкульского и Юстинского. Исследования проводились экспедиционными и детально-маршрутным методами. Также в пределах каждого района изучались ключевые участки-профили Бергинского СМО Юстинского района и Молодежненского СМО Яшкульского района. Изучение ключевых участков включали: 1) дешифрирование космических снимков на местности; 2) геоботаническое описание, отбор укосов на биологическую продуктивность. Описание растительного покрова проводилось в соответствии со стандартными геоботаническими методиками: общее проективное покрытие (ОПП), проективное покрытие (ПП) видов, высота травостоя, обилие по шкале Друде, жизненность, фенофаза, а также отбор растительных укосов на определение воздушно-сухого веса. При оценке фитоценотического разнообразия сообществ использовали принцип выделения видов фитоценозов на основании выделения сообществ, видового состава, доминирования видов [6-8]. Для определения видовой принадлежности растений использовали ряд определителей
высших сосудистых растений [9-12]. Анализ жизненных форм растений основан на подходах И.Г. Серебрякова(1962).
Во время полевого этапа было выполнено 22 геоботанических описания, отобрано на биологическую продуктивность 37 укосов. При полевых исследованиях координаты определяли с помощью прибора спутникового позиционирования (GPS - «Garmin»).
Результаты и их обсуждение. Юстинский район расположен на северо-востоке Республики Калмыкия. Площадь территории района - 7 996 км2, из них 754,2 тыс. гектаров составляют сельскохозяйственные угодья [14]. Территория Яшкульского района расположена в восточной части Республики Калмыкия, площадью 11 769 км2 [15].
Основной особенностью климата района исследования является сухое и жаркое лето, малоснежная холодная зима, с редкими сильными морозами, достигающими до -34-36°C. Среднегодовая температура воздуха +10,5°С - +12,7°С [16]. По данным метеостанций Юста, Яшкуль, Утта среднее количество выпадающих осадков в год - 180-220 мм. Периодически повторяются сильные засухи, частые суховеи.
Характер почвенного покрова определяется климатическими условиями, рельефом местности и почвообразующими породами. Зональными почвами Юстинского района исследования являются бурые полупустынные почвы. Значительные площади заняты неразвитыми песчаными почвами, площади которых увеличиваются в направлении к юго-востоку. В северной и северо-западной частях района получили распространение солонцы полупустынные с зональными светло-каштановыми почвами разной степени солонцеватости. В северо-восточной части, в месте выхода территории района к Волге, сформировались аллювиально-луговые и дерново-насыщенные частично засоленные почвы. Зональными почвами Яшкульского района также являются бурые полупустынные почвы [17]. Зональные бурые полупустынные солонцеватые почвы чаще образуют однородные массивы, иногда формируют комплексы с автоморфными мелкими и средними солонцами, лугово-бурыми полупустынными почвами. Почвообразующие породы - древнекаспийские суглинки, супеси, пески. Легкосуглинистые бурые полупустынные почвы образуют комплексы с солонцами и лугово-бурыми полупустынными почвами на участках, где значителен процент солонцов. В соответствии с ботанико-географическим районированием [18, 19] территория исследования Юстинского района расположена в Евразиатской степной и Сахаро-Гобийской пустынной областях подзоны северных пустынь. Территория Яшкульского района расположена в Сахаро-Гобийской пустынной области в подзоне северных пустынь.
По результатам полевых исследований (2022-2023 гг.) было выполнено уточнение природных контуров материалов дистанционного зондирования 2023 г. На основе выполненного анализа составлены карты расположения песчаных массивов Юстинского и Яшкульского районов Республики Калмыкия.
Карта-схема Юстинского района содержит 18 векторных слоев: мелко-, среднебугристые пески (3 слоя), крупнобугристые пески (3 слоя), грядовобугристые пески (2 слоя), равнинные участки между песчаными буграми, дефлированные земли вокруг кошар, точки высот, населенные пункты, каналы, антропогенные водоемы, асфальтированные дороги, улучшенные грунтовые дороги, граница районов.
Карта-схема Яшкульского района содержит 15 векторных слоев: мелко-, среднебугристые пески (3 слоя), участки на слабоволнистой супесчаной и пологоволнистой песчаной равнине (3 слоя), дефлированные земли вокруг кошар, точки высот, населенные пункты, каналы, антропогенные водоемы, асфальтированные дороги, улучшенные грунтовые дороги, граница районов. В пределах каждого типа выполнено описание топоэкологичских профилей на песках разной степени зарастания и наиболее типичных фитоценозов.
Легенда построена по принципу выделения песков с разной степенью зарастания (открытые пески - общее проективное покрытие (ОПП) до 10%; полузаросшие - ОПП от 10 до 50%; заросшие - ОПП >50%) на разных формах рельефа с использованием эколого-фитоценотической классификации.
В результате полевых рекогносцировочных, маршрутных и полустационарных исследований были выявлены деградированные территории с открытыми, полузаросшими и заросшими песками, а также дефлированные земли вокруг кошар (таблицы 1, 2).
Таблица 1
Площади песков Юстинского района Республики Калмыкия (по состоянию на 30.09.2023 г.)
Общее проективное Площадь В % от общей
Категория песков покрытие растительности песков, площади
на песках, % км2 песков
Открытые пески 0-10 112,35 18,1
Слабозаросшие пески 10-50 190,89 30,8
Заросшие пески >50 316,72 51
Итого песков всех категорий 619,96 100
Дефлированные земли вокруг кошар 591,86
По современным данным сканерных снимков ИСЗ «Landsat-8» OLI/TIRS за 2023 г. открытые дефляционные очаги песков в Юстинском районе сосредоточены в его центральной и юго-восточной частях, в Яшкульском районе - на юго-восточной и северо-восточной частях территории. В Юстинском районе площадь открытых дефляционных очагов в 2023 году составила 112,35 км2 (11 235 га). В Яшкульском районе площадь открытых дефляционных очагов в 2023 году - 108,31 км2 (10 831 га).
Выявлено, что в настоящее время мелкие развеваемые пески (до 100 га) занимают в Юстинском районе 97% (7 300 га) от общей площади открытых песков 11 235 га, а средние (от 100 до 400 га) - 3% (3890 га). В Яшкульском районе наблюдается такая же ситуация: доля открытых песков до 100 га составила 97% (6 734 га). Большей частью эти пески новообразованные.
Таблица 2
Площади песков Яшкульского района Республики Калмыкия (по состоянию на 30.09. 2023 г.)
Общее проективное Площадь В % от общей
Категория песков покрытие растительности песков, площади
на песках, % км2 песков
Открытые пески 0-10 108,31 25,83
Слабозаросшие пески 10-50 90,53 21,59
Заросшие пески >50 220,53 52,59
Итого песков всех категорий 419,37 100
Дефлированные земли вокруг кошар 522,9
Выявлены деградированные земли вокруг кошар, площадь которых в Юстинском районе составила 591,83 км2 (59 183 га), в Яшкульском районе - 522,9 км2 (52 290 га). Эти территории представляют собой оголенные без растительности земли животноводческих стоянок, вокруг которых отмечаются сбитые пастбища со стадией пастбищной дигрессией (IV-V) и доминированием сорных и рудеральных видов: гармалы (Peganum garmala), дескурайнии Софьи (Descurainia sophia), гулявника высокого (Sisymbrium altissimum), эбелека (Ceratocarpus arenarius), костра (Anisantha tectorum), солянки сорной (Salsola tragus).
Заключение. Таким образом, проведенные исследования позволили определить точные площади открытых песчаных массивов с их географической привязкой на территории Юстинского и Яшкульского районов, определить площади песков по категориям их зарастания растительностью (открытые, зарастающие, заросшие) и площади дефлированных земель вокруг кошар и выявить масштабы деградации ландшафтов.
Список литературы
1. Виноградов Б.В. Аэрокосмический мониторинг экосистем. М.: Наука, 1984. 320 с.
2. Гарбук С.В., Гершензон В.Е. Космические системы дистанционного зондирования Земли. М.: Изд-во А и Б, 1997. 296 с.
3. Методические указания по изысканиям и проектированию мероприятий комплексного освоения песков юга и юго-востока Европейской части СССР/ под общ. Ред. В.Н. Виноградова, В.Н. Тарасюка. Москва: ВАСХНИЛ, 1985. 78 с.
4. Методика ландшафтно-хозяйственной классификации песчаных земель засушливых областей юго-востока европейской части СНГ/ разработана А.С. Манаенковым, Н.С. Зюзь, К.Н. Куликом. Москва: Россельхозакадемия, 1997. 47 с.
5. Геоинформационные системы в региональных исследованиях: теория, методология, практика (на материалах Республики Калмыкия): учеб. пособие/ колл. авторов С.С. Уланова, М.М. Чемидов, О.Ю. Кондышев, Е.В. Никитенко, К.В. Маштыков, Н.Л. Федорова, И.А. Горяев; М-во образования и науки Республики Калмыкия, Ин-т комплекс. исслед. арид. территорий; под общ. ред. Н.В. Ходыковой. Элиста: ИКИАТ, 2019. 168 с.
6. Цаценкин И.А. Естественные кормовые ресурсы Западного Прикаспия и вопросы их рационального использования // Вопросы освоения пастбищных земель в полупустынных и пустынных районах СССР. М.; Л.: 1957. С. 95-107.
7. Полевая геоботаника / под общ. ред. Е.М. Лавренко и А.А. Корчагина: В 5 т. М.; Л.: Наука. 1959-1976. Т. 3. 1964. 442 с.; Т. 4. 1972. 336 с.
8. Джапова P.P. Изменения структуры степных и пустынных фитоценозов при пастбищном использовании в условиях Калмыцкой АССР // Экология растений степной зоны: межвузов. сб. науч. тр. Элиста, 1983 С. 62-66.
9. Маевский П.Ф. Флора средней полосы европейской части России. Москва: Т-во научных изданий КМК, 2006. 600 с.
10. Флора Нижнего Поволжья Т. 1 // Определители по флоре и фауне России. Вып. 6 / отв. ред. А.К. Скворцов (споровые, голосеменные, однодольные). М.: Т-во научных изданий КМК, 2006. 435 с.
11. Флора Нижнего Поволжья Т. 2, часть 1, часть 2 (раздельнолепестные двудольные цветковые растения) / Определители по флоре и фауне России. Вып. 13 // отв. ред. Н.М. Решетникова; Главный ботанический сад им. Н.В. Цицина РАН. М.. Т-во научных изданий КМК, 2018. 497 с.
12. Черепанов С.К. Сосудистые растения России и сопредельных государств (в пределах бывшего СССР). Л.: Наука, 1995. 990 с.
13. Серебряков И.Г. Экологическая морфология растений. Жизненные формы покрытосемянных и хвойных. М.: Высш. шк., 1962. 378 с.
14. Официальный сайт администрации Юстинского районного муниципального образования Республики Калмыкия [Электронный ресурс]. URL: https://yustinskoeyustinskoe-r08.gosweb.gosuslugi.ru (дата обращения: 05.12.2023).
15. Официальный сайт Яшкульского районного муниципального образования Республики Калмыкия [Электронный ресурс]. URL: http://www.yashkulrmo.ru (дата обращения: 05.12.2023).
16. Агроклиматические ресурсы Калмыцкой АССР. Л.: Гидрометеоиздат, 1974. 172 с.
17. Болышев Н.Н. Почвенный покров природных районов восточного склона Ергеней и западной части Прикаспийской низменности [текст] // Вестн. Моск. ун-та. Сер. Биология почв. 1959. № 1. С. 54-65.
18. Карта растительности Европейской части СССР. М 1 : 2 500 000 / Отв. ред. Т.И. Исаченко, В.М. Лавренко. АН СССР, Бот. ин-т им. В.Л. Комарова. 1980.
19. Сафронова И.Н. Фитоэкологическое картографирование Северного Прикаспия [текст] // Геоботаническое картографирование 2001-2002. СПб., 2002. С. 44-65.
