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. № 6. С. 108-123

Многолетняя динамика NDVI аридных пастбищных ландшафтов Европейской России и сопредельных территорий

С.С. Шинкаренко 1 , С.А. Барталев 1 
1 Институт космических исследований РАН, Москва, Россия
Одобрена к печати: 28.10.2022
DOI: 10.21046/2070-7401-2022-19-6-108-123
Представлены результаты анализа многолетней динамики средних и максимальных значений NDVI (англ. Normalized Difference Vegetation Index — нормализованный разностный вегетационный индекс) за вегетационный период для пастбищ юго-востока Европейской России и Западного Казахстана по данным MODIS (англ. Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer) за 2001–2020 гг. Существующие исследования трендов состояния ландшафтов часто не разделяют пастбищные и пахотные земли, не учитывают пастбищные нагрузки либо ограничены территориями отдельных стран, регионов или тестовых участков. В настоящей работе проведён корреляционный анализ многолетних рядов NDVI, сумм осадков за гидрологический и календарный годы, средней годовой температуры воздуха, максимальной температуры воздуха за вегетационный сезон и пастбищных нагрузок. Установлена значимая положительная корреляция с суммами осадков за гидрологический год на 98 % площади пастбищ, для 44,5 % пастбищ — наиболее сильная отрицательная корреляция с температурами воздуха, ещё для 55 % — с пастбищными нагрузками. На площади в 20 млн га (24 % исследованных пастбищ) отмечен значимый отрицательный тренд среднего значения NDVI за вегетационный сезон. Для 72 % пастбищ характерны отрицательные тренды сумм осадков, на 83 % пастбищ выявлен значимый тренд роста нагрузок, также для 59 % пастбищ отмечен положительный тренд увеличения максимальной за вегетационный сезон температуры. Таким образом, в результате исследований установлены закономерности многолетней динамики NDVI аридных пастбищ России и сопредельных территорий, выявлены ключевые факторы снижения их продуктивности: ухудшение условий увлажнения, рост температуры воздуха и пастбищных нагрузок.
Ключевые слова: пастбищные нагрузки, дистанционное зондирование, MODIS, Северный Прикаспий, Западный Казахстан
Полный текст

Список литературы:

  1. Бананова В. А., Лазарева В. Г. Тенденции изменения ботанического разнообразия под влиянием опустынивания в республике Калмыкия // Аридные экосистемы. 2014. Т. 20. № 2(59). С. 87–96.
  2. 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.
  3. Брейдо М. Д., Жирин В. М., Барталев С. А., Бахтинова Е. В. Определение некоторых характеристик кормовых ресурсов пустынных пастбищ по аэрокосмической информации // Исслед. Земли из космоса. 1989. № 3. С. 66–76.
  4. Власенко М. В., Кулик А. К., Салугин А. Н. Оценка экологического состояния и потерь продуктивности аридных пастбищных экосистем Сарпинской низменности // Аридные экосистемы. 2019. Т. 25. № 4(81). С. 71–81.
  5. Ерошенко Ф. В., Барталев С. А., Лапенко Н. Г., Самофал Е. В., Сторчак И. Г. Возможности дистанционной оценки состояния и степени деградации природных кормовых угодий // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2018. Т. 15. № 7. С. 53–66. DOI: 10.21046/2070-7401-2018-15-7-53-66.
  6. Есмагулова Б. Ж., Ткаченко Н. А. Лесомелиоративное картографирование пастбищ на Урдинских песках (в пределах Бокейординского района Западно-Казахстанской области) // Изв. Нижневолжского агроуниверситет. комплекса: наука и высшее проф. образование. 2016. № 2(42). С. 127–134.
  7. Золотокрылин А. Н., Виноградова В. В. Соотношение между климатическим и антропогенным факторами восстановления растительного покрова юго-востока европейской России // Аридные экосистемы. 2007. Т. 13. № 33–34. С. 7–16.
  8. Золотокрылин А. Н., Черенкова Е. А., Титкова Т. Б. Аридизация засушливых земель европейской части России и связь с засухами // Изв. Российской акад. наук. Сер. географ. 2020. Т. 84. № 2. С. 207–217. DOI: 10.31857/S258755662002017X.
  9. Кулик К. Н., Есмагулова Б. Ж., Кошелева О. Ю., Мушаева К. Б., Шинкаренко С. С. Изменение фитоценозов волго-уральского междуречья под влиянием пастбищных нагрузок // Вестн. Воронежского гос. ун-та. Сер. География. Геоэкология. 2016. № 4. С. 25–32.
  10. Лазарева В. Г., Бананова В. А., Нгуен В. З. Картирование растительности Сарпинской низменности в пределах Республики Калмыкия методами дистанционного зондирования и ГИС // Успехи современного естествознания. 2017. № 12. С. 178–183.
  11. Лобойко В. Ф., Есмагулова Б. Ж., Ткаченко Н. А. Фитоэкологическая оценка и лесомелиоративное картографирование песчаного массива «Кандагаш» Западно-Казахстанской области республики Казахстан // Изв. Нижневолжского агроуниверситет. комплекса: наука и высшее проф. образование. 2017. № 2(46). С. 211–218.
  12. 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.
  13. 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.: ООО «Издательство МБА», 2019. Т. 2. 476 с.
  14. О нормах нагрузки скота на пастбища на территории Республики Калмыкия: Постановление Правительства Республики Калмыкия от 27 апреля 2006 года № 158 (ред. от 31.03.2014 № 116). https://docs.cntd.ru/document/460200682.
  15. Рулев А. С., Канищев С. Н., Шинкаренко С. С. Анализ сезонной динамики NDVI естественной растительности Заволжья Волгоградской области // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2016. Т. 13. № 4. С. 113–123. DOI: 10.21046/2070-7401-2016-13-20-113-123.
  16. Рябинина Н. О., Канищев С. Н., Шинкаренко С. С. Современное состояние и динамика степных геосистем юго-востока Русской равнины (на примере природных парков Волгоградской области) // Юг России: экология, и развитие. 2018. № 1. С. 116–127. DOI: 10.18470/1992-1098-2018-1-116-127.
  17. Спивак Л. Ф., Витковская И. С., Терехов А. Г., Батырбаева М. Ж. Мониторинг долговременных изменений растительного покрова аридных и полуаридных зон Казахстана с использованием данных дистанционного зондирования // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2011. Т. 8. № 1. С. 163–169.
  18. Тельнова Н. О. Выявление и картографирование многолетних трендов NDVI для оценки вклада изменений климата в динамику биологической продуктивности агроэкосистем лесостепной и степной зон Северной Евразии // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2017. Т. 14. № 6. С. 97–107. DOI: 10.21046/2070-7401-2017-14-6-97-107.
  19. Титкова Т. Б., ЗолотокрылинА. Н. Мониторинг подверженных опустыниванию земель Республики Калмыкия // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2022. Т. 19. № 2. С. 130–141. DOI: 10.21046/2070-7401-2022-19-2-130-141.
  20. Шинкаренко С. С. Оценка влияния выпаса на ландшафты Приэльтонья // Научное обозрение. 2015. № 14. С. 10–15.
  21. Шинкаренко С. С. Пространственно-временная динамика опустынивания на Чёрных землях // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2019. Т. 16. № 6. С. 155–168. DOI: 10.21046/2070-7401-2019-16-6-155-168.
  22. Шинкаренко С. С., Барталев С. А. (2020а) Последствия пыльных бурь на юге европейской части России в сентябре – октябре 2020 г. // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2020. Т. 17. № 7. С. 270–275. DOI: 10.21046/2070-7401-2020-17-7-270-275.
  23. Шинкаренко С. С., Барталев С. А. (2020б) 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.
  24. Шинкаренко С. С., Барталев С. А. Оценка площади опустынивания на юге европейской части России в 2021 г. // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2021. Т. 18. № 4. С. 291–297. DOI: 10.21046/2070-7401-2021-18-4-291-297.
  25. Шинкаренко С. С., Ткаченко Н. А., Барталев С. А., Юферев В. Г., Кулик К. Н. Пыльные бури на юге европейской части России в сентябре – октябре 2020 г. // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2020. Т. 17. № 5. С. 291–296. DOI: 10.21046/2070-7401-2020-17-5-291-296.
  26. 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.
  27. Шинкаренко С. С., Дорошенко В. В., Берденгалиева А. Н. Динамика площади гарей в зональных ландшафтах юго-востока европейской части России // Изв. Российской акад. наук. Сер. географ. 2022. Т. 86. № 1. С. 122–133. DOI: 10.31857/S2587556622010113.
  28. Chen T., Tang G., Yuan Y., Guo H., Xu Z., Jiang G., Chen X. Unraveling the relative impacts of climate change and human activities on grassland productivity in Central Asia over last three decades // Science of the Total Environment. 2020. V. 473. Art. No. 160469. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2020.140649.
  29. Dedova E. B., Goldvarg B. A., Tsagan-Mandzhiev N. L. Land Degradation of the Republic of Kalmykia: Problems and Reclamation Methods // Arid Ecosystems. 2020. V. 10. No. 2. P. 140–147. DOI: 10.1134/S2079096120020043.
  30. Dubinin M., Lushekina A., Radeloff V. C. Climate, Livestock, and Vegetation: What Drives Fire Increase in the Arid Ecosystems of Southern Russia? // Ecosystems. 2011. V. 14. P. 547–562. DOI: 10.1007/s10021-011-9427-9.
  31. Hankerson B. R., Schierhorn F., Prischchepov A. V., Changxing D., Eisfelder C., Muller D. Modeling the spatial distribution of grazing intensity in Kazakhstan // PLoS One. 2019. V. 14. No. 1. P. e0210051. DOI: 10.1371/journal.pone.0210051.
  32. 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. DOI: 10.1038/s41597-020-0453-3.
  33. Hu Y., Han Y., Zhang Y. Land desertification and its influencing factors in Kazakhstan // J. Arid Environments. 2020. V. 180. Art. No. 104206. DOI: jaridenv.2020.104203.
  34. Karimova T. Y., Lushchekina A. A., Neronov V. M. Saiga Populations of Russia and Kazakhstan: Current Status and Retrospective Analysis of Some Biological Parameters // Arid Ecosystems. 2021. V. 11. No. 2. P. 164–172. DOI: 10.1134/S2079096121020074.
  35. Kulik K. N., Petrov V. I., Rulev A. S., Kosheleva O. Y., Shinkarenko S. S. On the 30th anniversary of the “General plan to combat desertification of Black lands and Kizlyar pastures” // Arid Ecosystems. 2018. V. 8. No. 1. P. 5–20. DOI: 10.1134/S2079096118010067.
  36. Kulik K. N., Petrov V. I., Yuferev V. G., Tkachenko N. A., Shinkarenko S. S. Geoinformational Analysis of Desertification of the Northwestern Caspian // Arid Ecosystems. 2020. V. 10. No. 2. P. 98–105. DOI: 10.1134/S2079096120020080.
  37. Li Z., Huffman T., McConkey B., Townley-Smith L. Monitoring and modeling spatial and temporal patterns of grassland dynamics using time-series MODIS NDVI with climate and stocking data // Remote Sensing of Environment. 2013. V. 138. P. 232–244. DOI: 10.1016/j.rse.2013.07.020.
  38. Liang L., Wenpeng D., Huimin Y., Lin Z., Yu D. Spatio-Temporal Patterns of Vegetation Change in Kazakhstan from 1982 to 2015 // J. Resources and Ecology. 2017. V. 8. No. 4. P. 378–384. DOI: 10.5814/j.issn.1674-764x.2017.04.009.
  39. Liu W. T., Kogan F. N. Monitoring regional drought using the Vegetation Condition Index // Intern. J. Remote Sensing. 1996. V. 17. No. 14. P. 2761–2782. DOI: 10.1080/01431169608949106.
  40. Loupian E., Burtsev M., Proshin A., Kashnitskii A., Balashov I., Bartalev S., Konstantinova A., Kobets D., Radchenko M., Tolpin V., Uvarov I. Usage Experience and Capabilities of the VEGA-Science System // Remote Sensing. 2022. V. 14. No. 1. Art. No. 77. DOI: 10.3390/rs14010077.
  41. Spivak L., Vitkovskaya I., Batyrbayeva M., Terekhov A. Detection of Desertification Zones Using Multiyear Remote Sensing Data // NATO Science for Peace and Security Series C: Environmental Security Use of Satellite and In-Situ Data to Improve Sustainability. Springer, 2010. P. 235–241.
  42. Yan J., Zhang G., Ling H., Han F. Comparison of time-integrated NDVI and annual maximum NDVI for assessing grassland dynamics // Ecological Indicators. 2022. V. 136. Art. No. 108611. DOI: 10.1016/j.ecolind.2022.108611.
  43. Zhang G., Biradar C. M., Xiao X., Dong J., Zhou Y., Qin Y., Zhang Y., Liu F., Ding M., Thomas R. Exacerbated grassland degradation and desertification in Central Asia during 2000–2014 // Ecological Applications. 2018. V. 28. No. 2. P. 442–456. DOI: 10.5061/dryad.12bd9.
  44. Zolotokrylin A. N., Titkova T. B., Bazha S. N., Syrtypova S. H. D. Trends in Livestock Numbers and Spectral Properties of the Pasture Surface: Case Study of the Middle Gobi Aimag of Mongolia // Arid Ecosystems. 2018. V. 8. No. 3. P. 153–160. DOI: 10.1134/S2079096118030095.