Поиск
Найти:
Подписка/отписка
на рассылку новостей
ISSN 2070-7401 (Print), ISSN 2411-0280 (Online)
Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса
физические основы, методы и технологии мониторинга окружающей среды, потенциально опасных явлений
и объектов

  

Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2022. Т. 19. № 5. С. 147-163

Анализ влияния почвенно-климатических условий на сохранность государственных защитных лесных полос на основе данных Sentinel-2

А.А. Выприцкий 1 , С.С. Шинкаренко 2 
1 Федеральный научный центр агроэкологии, комплексных мелиораций и защитного лесоразведения РАН, Волгоград, Россия
2 Институт космических исследований РАН, Москва, Россия
Одобрена к печати: 18.10.2022
DOI: 10.21046/2070-7401-2022-19-5-147-163
Государственные защитные лесные полосы (ГЗЛП) создавались 50–70 лет назад для противодействия процессам деградации агроландшафтов, улучшения микроклиматических условий, повышения урожайности и биоразнообразия. Всего было создано восемь ГЗЛП, пять из которых пролегают через Волгоградскую обл. Данный регион расположен в достаточно контрастных условиях: почвенный покров сменяется от чернозёмов на севере региона до светло-каштановых и солонцов на юге и юго-востоке. Норма осадков, соответственно, снижается с 450 до 280 мм в год. Расположение Волгоградской обл. в таких разнообразных условиях делает её подходящим регионом для анализа влияния почвенно-климатических факторов на состояние различных компонентов агроландшафтов, включая полезащитные лесные насаждения и ГЗЛП. Цель данного исследования состоит в определении сохранности ГЗЛП Волгоградской обл. на основе спутниковых изображений Sentinel-2 и выявлении закономерностей влияния на неё климатических условий и почвенного покрова. Большинство существующих исследований ГЗЛП используют натурные методы, всеобъемлющий мониторинг ГЗЛП в пределах региона по материалам дистанционного зондирования не проводился. Высокое пространственное разрешение Sentinel-2 (10 м/пиксель) позволило выделить покрытую лесом площадь внутри проектных границ ГЗЛП на основе использования экспертного порога значений NDVI (англ. Normalized Difference Vegetation Index — нормализованный разностный вегетационный индекс) в конце лета – начале осени, когда облиственные деревья имеют значительно большие значения данного вегетационного индекса в сравнении с убранными полями и естественной травянистой растительностью. В результате работ выделено 23,4 тыс. га проектной площади ГЗЛП, в том числе 21,3 тыс. га участков ГЗЛП с сомкнутостью полога более 0,3. Эта величина соответствует материалам официальной статистики. Подтверждено ухудшение состояния насаждений ГЗЛП по мере продвижения на юг от зоны чернозёмов до светло-каштановых почв. Установлена сильная связь сохранности ГЗЛП с гидротермическими условиями: для среднемноголетней годовой суммы осадков R = 0,79, для среднегодовой температуры R = –0,69. Связь сохранности ГЗЛП аппроксимируется логистической функцией с R2 = 0,74. В условиях, когда норма осадков меньше 400 мм в год, сохранность ГЗЛП не превышает 70 %, при сумме осадков менее 360 мм в год насаждения практически полностью распадаются. Полученные картографические материалы могут использоваться для планирования и оптимизации лесотехнических мероприятий по уходу и созданию новых насаждений ГЗЛП.
Ключевые слова: защитное лесоразведение, дистанционное зондирование, картографирование, Волгоградская область, древесно-кустарниковая растительность, агролесомелиорация
Полный текст

Список литературы:

  1. Агролесомелиорация. 5-е изд., перераб. и доп. / под. ред. акад. РАСХН А. Л. Иванова, К. Н. Кулика. Волгоград: ВНИАЛМИ, 2006. 746 с.
  2. Антонов С. А. Анализ пространственного положения защитных лесных насаждений на основе геоинформационных технологий и данных дистанционного зондирования Земли // ИнтерКарто. ИнтерГИС. Геоинформац. обеспечение устойчивого развития территорий: материалы международ. конф. M.: Изд-во Московского ун-та, 2020. Т. 26. Ч. 2. С. 408–420. DOI: 10.35595/2414-9179-2020-2-26-408-420.
  3. Барталев С. А., Егоров В. А., Жарко В. О., Лупян Е. А., Плотников Д. Е., Хвостиков С. А., Шабанов Н. В. Спутниковое картографирование растительного покрова России. М.: ИКИ РАН, 2016. 208 c.
  4. Барталев С. А., Богодухов М. А., Жарко В. О., Сидоренков В. М. Исследование возможностей использования данных ICESat-2 для оценки высоты лесов России // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2022. Т. 19. № 4. С. 195–206. DOI: 10.21046/2070-7401-2022-19-4-195-206.
  5. Выприцкий А. А. Электронное картографирование государственных защитных лесных полос в Волгоградской области // Грани познания. 2021. № 3(74). С. 9–14.
  6. Жарко В. О., Барталев С. А., Егоров В. А. Исследование возможностей оценки запасов древесины в лесах Приморского края по данным спутниковой системы Proba-V // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2018. Т. 15. № 1. С. 157–168. DOI: 10.21046/2070-7401-2018-15-1-157-168.
  7. Засоба В. В., Чеплянский И. Я., Поповичев В. В. Семидесятилетний опыт создания государственных защитных лесных полос в степной зоне России // Живые и биокосные системы. 2019. № 27. С. 3.
  8. Лесной план Волгоградской области на 2009–2018 годы. Утвержден постановлением Главы Администрации Волгоградской области № 144 от 11.02.2009. 211 с. URL: https://oblkompriroda.volgograd.ru/upload/iblock/8c4/Lesnoy-plan-Volgogradskoy-oblasti.pdf.
  9. Лупян Е. А., Прошин А. А., Бурцев М. А., Балашов И. В., Барталев С. А., Ефремов В. Ю., Кашницкий А. В., Мазуров А. А., Матвеев А. М., Суднева О. А., Сычугов И. Г., Толпин В. А., Уваров И. А. Центр коллективного пользования системами архивации, обработки и анализа спутниковых данных ИКИ РАН для решения задач изучения и мониторинга окружающей среды // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2015. Т. 12. № 5. С. 263–284.
  10. Лупян E. А., Барталев С. А., Балашов И. В., Егоров В. А., Ершов Д. В., Кобец Д. А., Сенько К. С., Стыценко Ф. В., Сычугов И. Г. Спутниковый мониторинг лесных пожаров в 21 веке на территории Российской Федерации (цифры и факты по данным детектирования активного горения) // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2017. Т. 14. № 6. С. 158–175. DOI: 10.21046/2070-7401-2017-14-6-158-175.
  11. Манаенков А. С., Костин М. В. Современное состояние и возобновительный потенциал лесообразующих пород на обыкновенном черноземе // Лесное хозяйство. 2007. № 5. С. 26–28.
  12. Манаенков А. С., Костин М. В. Состояние и перспектива возобновления защитных лесонасаждений на южном черноземе // Лесное хозяйство. 2009. № 3. С. 18–20.
  13. Манаенков А. С., Костин М. В., Шкуринский В. А., Сурхаев Г. А., Лепеско В. В., Кладиев А. К., Узолин А. И., Зеленяк А. К., Панов В. И., Петелько А. И. Методическое руководство по повышению долговечности широкополосных защитных лесных насаждений на юге европейской территории России. Волгоград: ВНИАЛМИ, 2013. 56 с.
  14. Нарожняя А. Г., Чендев Ю. Г. Изучение современного экологического состояния лесных полос с использованием ГИС и ДДЗ // ИнтерКарто. ИнтерГИС. Геоинформац. обеспечение устойчивого развития территорий: материалы международ. конф. M: Изд-во Московского ун-та. 2020. Т. 26. Ч. 2. С. 54–65. DOI: 10.35595/2414-9179-2020-2-26-54-65.
  15. Национальный доклад «Глобальный климат и почвенный покров России: опустынивание и деградация земель, институциональные, инфраструктурные, технологические меры адаптации (сельское и лесное хозяйство)» / под ред. Р. С.-Х. Эдельгериева. М.: Изд-во МБА, 2019. Т. 2. 476 с.
  16. Почвенная карта Волгоградской области. Киев: ПКО «Картография» ГУГК СССР, 1989. Масштаб 1:400 000.
  17. Рулев А. С., Юферев В. Г., Анопин В. Н., Рулев Г. А. Геоинформационный анализ состояния придорожных лесных насаждений // Изв. Оренбургского гос. аграр. ун-та. 2014. № 3(47). С. 42–45.
  18. Рулев А. С., Кошелева О. Ю., Шинкаренко С. С. Оценка лесистости агроландшафтов юга приволжской возвышенности по данным NDVI // Изв. Нижневолжского агроуниверситет. комплекса: наука и высшее образование. 2016. № 4(44). С. 24–32.
  19. Терехин Э. А. Пространственный анализ особенностей формирования древесной растительности на залежах лесостепи Центрального Черноземья с использованием их спектральных признаков // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2020. Т. 17. № 5. С. 142–156. DOI: 10.21046/2070-7401-2020-17-5-142-156.
  20. Терехин Э. А. Многолетние изменения спектрально-отражательных признаков залежных земель в различных природно-климатических условиях европейской территории России в начале XXI века // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2021. Т. 18. № 5. С. 111–122. DOI: 10.21046/2070-7401-2021-18-5-111-122.
  21. Терехин Э. А. Влияние лесистости залежных земель лесостепи на спектрально-отражательные характеристики по данным Sentinel-2 // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2022. Т. 19. № 4. С. 223–235. DOI: 10.21046/2070-7401-2022-19-4-223-235.
  22. Терехов А. Г., Макаренко Н. Г., Пак И. Т. Автоматический алгоритм классификации снимков Quickbird в задаче оценки полноты леса // Компьютерная оптика. 2014. Т. 38. № 3. С. 580–583. DOI: 10.18287/0134-2452-2014-38-3-580-583.
  23. Ткаченко Н. А., Кошелев А. В. Картографирование защитной лесистости агроландшафтов волгоградского Заволжья // Вестн. АПК Ставрополья. 2017. № 2(26). С. 137–143.
  24. Турчин Т. Я., Чеплянский И. Я., Ермолова А. С., Баканов И. А. Современное состояние насаждений государственной защитной лесной полосы «Воронеж – Ростов-на-Дону» в связи с типом культур и почвенными условиями // Вестн. Поволжского гос. технолог. ун-та. Сер.: Лес. Экология. Природопользование. 2021. № 3(51). С. 41–58. DOI: 10.25686/2306-2827.2021.3.41.
  25. Ховратович Т. С., Барталев С. А., Кашницкий А. В. Метод детектирования изменений лесов на основе попиксельной оценки проективного покрытия древесного полога по разновременным спутниковым изображениям // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2019. Т. 16. № 4. С. 102–110. DOI: 10.21046/2070-7401-2019-16-4-102-110.
  26. Чеплянский И. Я., Засоба В. В., Поповичев В. В. Лесные и нелесные земли в государственных защитных лесных полосах в России // Актуальные проблемы лесного комплекса. 2018. № 51. С. 91–95.
  27. Чеплянский И. Я., Турчин Т. Я., Ермолова А. С. Дистанционный мониторинг государственных защитных лесных полос степной зоны европейской части России // Изв. высш. учеб. заведений. Лесной журн. 2022. № 3. С. 44–59. DOI: 10.37482/0536-1036-2022-3-44-59.
  28. Чимитдоржиев Т. Н., Дмитриев А. В., Кирбижекова И. И., Шерхоева А. А., Балтухаев А. К., Дагуров П. Н. Дистанционные оптико-микроволновые измерения параметров леса: современное состояние исследований и экспериментальная оценка возможностей // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2018. Т. 15. № 4. С. 9–24. DOI: 10.21046/2070-7401-2018-15-4-9-24.
  29. Шинкаренко С. С., Барталев С. А. Сезонная динамика NDVI пастбищных ландшафтов Северного Прикаспия по данным MODIS // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2020. Т. 17. № 4. С. 179–194. DOI: 10.21046/2070-7401-2020-17-4-179-194.
  30. 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. DOI: 10.21046/2070-7401-2019-16-2-98-110.
  31. Шинкаренко С. С., Дорошенко В. В., Берденгалиева А. Н., Комарова И. А. Динамика горимости аридных ландшафтов России и сопредельных территорий по данным детектирования активного горения // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2021. Т. 18. № 1. С. 149–164. DOI: 10.21046/2070-7401-2021-18-1-149-164.
  32. Шинкаренко С. С., Барталев С. А., Васильченко А. А. (2022а) Метод картографирования защитных лесных насаждений на основе разновременных спутниковых изображений высокого пространственного разрешения и бисезонного индекса леса // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2022. Т. 19. № 4. С. 207–222. DOI: 10.21046/2070-7401-2022-19-4-207-222.
  33. Шинкаренко С. С., Дорошенко В. В., Берденгалиева А. Н. (2022б) Динамика площади гарей в зональных ландшафтах юго-востока европейской части России // Изв. Российской акад. наук. Сер. геогр. 2022. Т. 86. № 1. С. 1–12. DOI: 10.31857/S2587556622010113.
  34. Шихов А. Н., Дремин Д. А. Закономерности повреждения ветровалами лесов европейской территории России и Урала: анализ по спутниковым данным // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2021. Т. 18. № 3. С. 153–168. DOI: 10.21046/2070-7401-2021-18-3-153-168.
  35. Begimova M. Climate indicators for forest landing and evaluation of forest shelterbelts // E3S Web Conf. 2021. V. 227. Art. No. 02004. 7 p. DOI: 10.1051/e3sconf/202122702004.
  36. Harris I., Osborn T. J., Jones P., Lister D. Version 4 of the CRU TS monthly high-resolution gridded multivariate climate dataset // Scientific Data. 2020. No. 7. Art. No. 109. 19 p. DOI: 10.1038/s41597-020-0453-3.
  37. Koshelev A. V., Tkachenko N. A., Shatrovskaya M. O. Decoding of forest belts using satellite images // IOP Conf. Ser.: Earth and Environmental Science. 2021. V. 875. Art. No. 012065. 9 p. DOI: 10.1088/1755-1315/875/1/012065.
  38. Loupian E. A., Bourtsev M. A., Proshin A. A., Kashnitskii A. V., Balashov I. V., Bartalev S. A., Konstantinova A. M., Kobets D. A., Radchenko M. V., Tolpin V. A., Uvarov I. A. Usage Experience and Capabilities of the VEGA-Science System // Remote Sensing. 2022. V. 14. No. 1. Art. No. 77. 19 p. https://doi.org/10.3390/rs14010077.
  39. Rulev A. S., Pugacheva A. M. Formation of a New Agroforestry Paradigm // Herald of the Russian Academy of Sciences. 2019. V. 89. No. 5. P. 495–501. DOI: 10.1134/S1019331619050071.
  40. Smirnov V. O., Zelentsova M. G., Krainyuk E. S. Practical Application Peculiarities of Geo-Information Technologies While Planning the Protective Forest Belts // IOP Conf. Ser.: Earth and Environmental Science. 2021. V. 666. Art. No. 042005. DOI: 10.1088/1755-1315/666/4/042005.
  41. Terekhin E. A. Spatiotemporal Spectral-Response Assessment of the Forest Cover of Small Dry Valleys in the Central Russian Forest–Steppe // Izvestiya, Atmospheric and Oceanic Physics. 2021. V. 57. No. 12. P. 1566–1575. DOI: 10.1134/S0001433821120215.
  42. Vassilev K. V., Assenov A. I., Velev N. I., Grigorov B. G., Borissova B. B. Distribution, Characteristics and Ecological Role of Protective Forest Belts in Silistra Municipality, Northeastern Bulgaria // Ecologia Balcanica. 2019. V. 11. Iss. 1. P. 191–204.