Журнал

О журнале Новости Редколлегия Информация для авторов и рецензентов Публикационная этика Дискуссия Контакты ЛИЧНЫЙ КАБИНЕТ:
отправка и рецензирование статей
Архив
Том 21, 2024
Номер 1 Номер 2 Номер 3 Номер 4 Номер 5
Том 20, 2023
Номер 1 Номер 2 Номер 3 Номер 4 Номер 5 Номер 6
Том 19, 2022
Номер 1 Номер 2 Номер 3 Номер 4 Номер 5 Номер 6
Том 18, 2021
Номер 1 Номер 2 Номер 3 Номер 4 Номер 5 Номер 6
Том 17, 2020
Номер 1 Номер 2 Номер 3 Номер 4 Номер 5 Номер 6 Номер 7
Том 16, 2019 г.
Номер 1 Номер 2 Номер 3 Номер 4 Номер 5 Номер 6
Том 15, 2018 г.
Номер 1 Номер 2 Номер 3 Номер 4 Номер 5 Номер 6 Номер 7
Том 14, 2017 г.
Номер 1 Номер 2 Номер 3 Номер 4 Номер 5 Номер 6 Номер 7
Том 13, 2016 г.
Номер 1 Номер 2 Номер 3 Номер 4 Номер 5 Номер 6
Том 12, 2015 г.
Номер 1 Номер 2 Номер 3 Номер 4 Номер 5 Номер 6
Том 11, 2014 г.
Номер 1 Номер 2 Номер 3 Номер 4
Том 10, 2013 г.
Номер 1 Номер 2 Номер 3 Номер 4
Том 9, 2012 г.
Номер 1 Номер 2 Номер 3 Номер 4 Номер 5
Том 8, 2011 г.
Номер 1 Номер 2 Номер 3 Номер 4
Том 7, 2010 г.
Номер 1 Номер 2 Номер 3 Номер 4
Выпуск 6, 2009 г.
Том 1 Том 2
Выпуск 5, 2008 г.
Том 1 Том 2
Выпуск 4, 2007 г.
Том 1 Том 2
Выпуск 3, 2006 г.
Том 1 Том 2
Выпуск 2, 2005 г.
Том 1 Том 2
Выпуск 1, 2004 г.
Том 1
Поиск
Найти:
Подписка/отписка
на рассылку новостей
Ваш e-mail:
подписаться отписаться
English version
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. 2023. Т. 20. № 1. С. 144-159

Пространственно-временной анализ фрагментации лесного покрова Среднего Поволжья с использованием ландшафтных индексов и спутниковых данных Landsat

О.Н. Воробьёв 1 , Э.А. Курбанов 1 , С.А. Лежнин 1 , А.В. Губаев 1 , Д.М. Дергунов 1 , Л.В. Тарасова 1 
1 Поволжский государственный технологический университет, Йошкар-Ола, Россия
Одобрена к печати: 13.01.2023
DOI: 10.21046/2070-7401-2023-20-1-144-159
Проведён анализ динамики фрагментации лесного покрова Среднего Поволжья по данным 18 разновременных изображений Landsat за 1985, 2001 и 2021 гг. и 11 ландшафтных индексов (метрик). Для этого были проанализированы два временных периода процесса пространственно-временного распределения лесного покрова за 1985–2001 и 2002–2022 гг. с использованием программного обеспечения FRAGSTATS (версия 4.2) и ArcGIS Pro. С целью получения детальных карт на 15 тематических классов изображения Landsat были последовательно классифицированы методом пошаговой неуправляемой и управляемой классификации. Основное внимание было уделено сравнительной оценке ландшафтных индексов, которые описывают фрагментированность структуры лесного покрова, таким как лесистость, плотность лесных участков и их средний размер, индекс формы, интегрированный индекс и связанность лесных участков. Анализ ландшафтных индексов показал, что на территории Среднего Поволжья за 1985–2001 гг. наблюдалась тенденция к увеличению фрагментации лесного покрова. В то же время в 2002–2022 гг. происходит процесс агрегации лесных участков, что свидетельствует о противоположном тренде — снижении фрагментации лесного покрова. Полученные результаты позволяют сделать вывод, что движущими силами фрагментации лесов Среднего Поволжья остаются сельскохозяйственная деятельность, урбанизация и развитие транспортной инфраструктуры. Предложенные методика и алгоритм представляются полезными инструментами для количественной оценки сложных экосистемных процессов и могут быть использованы в качестве эффективного средства контроля выполнения индикаторов устойчивого управления лесами.
Ключевые слова: фрагментация леса, ландшафтные индексы, Среднее Поволжье, лесные экосистемы, классификация, Landsat, пространственный анализ, FRAGSTATS
Полный текст

Список литературы:

  1. Воробьев О. Н., Курбанов Э. А., Полевщикова Ю. А., Лежнин С. А. Оценка динамики и нарушенности лесного покрова в Среднем Поволжье по снимкам Landsat // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2016. Т. 13. № 4. С. 124–134. DOI: 10.21046/2070-7401-2016-13-3-124-134.
  2. Кудрявцев А. Ю. Трансформация лесных экосистем лесостепной зоны среднего Поволжья // Экосистемы: экология и динамика. 2021. Т. 5. № 2. С. 57–85. DOI: 10.24411/2542-2006-2021-10084.
  3. Курбанов Э. А., Воробьёв О. Н. Дистанционные методы в лесном хозяйстве: учеб. пособие. Йошкар-Ола: Поволжский гос. технол. ун-т, 2020. 266 с.
  4. Курбанов Э. А., Воробьёв О. Н., Губаев А. В., Лежнин С. А., Незамаев С. А., Александрова Т. А. Оценка зарастания земель запаса Республики Марий Эл лесной растительностью по спутниковым снимкам // Вестн. Марийского гос. техн. ун-та. Сер.: Лес. Экология. Природопользование. 2010. № 2. С. 14–20.
  5. Курбанов Э. А., Воробьев О. Н., Губаев А. В., Лежнин С. А., Полевщикова Ю. А. Оценка точности и сопоставимости тематических карт лесного покрова разного пространственного разрешения на примере Среднего Поволжья // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2016. Т. 13. № 1. С. 36–48. DOI: 10.21046/2070-7401-2016-13-1-36-48.
  6. Ревуцкая О. Л., Фетисов Д. М. Пространственное распределение охотничьих животных Еврейской автономной области в зависимости от лесистости территории // Региональные проблемы. 2015. Т. 18. № 4. С. 52–59.
  7. Украинский П. А., Терехин Э. А., Павлюк Я. В. Фрагментация лесов верхней части бассейна реки Ворскла с конца XVIII века // Вестн. Московского ун-та. Сер. 5.: География. 2017. № 1. С. 82–91.
  8. Abdullah S. A., Nakagoshi N. Forest fragmentation and its correlation to human land use change in the state of Selangor, peninsular Malaysia // Forest Ecology and Management. 2007. V. 241. Iss. 1–3. P. 39–48. DOI: 10.1016/j.foreco.2006.12.016.
  9. Armenteras D., Gonzales T. M., Retana J. Forest fragmentation and edge influence on fire occurrence and intensity under different management types in Amazon forests // Biological Conservation. 2013. V. 159. P. 73–79. DOI: 10.1016/j.biocon.2012.10.026.
  10. Baumann M., Ozdogan M., Kuemmerle T., Wendland K. J., Esipova E., Radeloff V. C. Using the Landsat record to detect forest-cover changes during and after the collapse of the Soviet Union in the temperate zone of European Russia // Remote Sensing of Environment. 2012. V. 124. P. 174–184. DOI: 10.1016/j.rse.2012.05.001.
  11. Castelletta M., Thiollay J., Sodhi N. The effects of extreme forest fragmentation on the bird community of Singapore Island // Biological Conservation. 2005. V. 121. Iss. 1. P. 135–155. DOI: 10.1016/j.biocon.2004.03.033.
  12. Castillo E. M., García-Martin A., Aladrén L. A. L., de Luis M. Evaluation of forest cover change using remote sensing techniques and landscape metrics in Moncayo natural park (Spain) // Applied Geography. 2015. V. 62. P. 247–255. DOI: 10.1016/j.apgeog.2015.05.002.
  13. Duro D. C., Coops N. C., Wulder M. A., Han T. Development of a large area biodiversity monitoring system driven by remote sensing // Progress in Physical Geography: Earth and Environment. 2007. V. 31. Iss. 3. P. 235–260. DOI: 10.1177/0309133307079054.
  14. Echeverria C., Coomes D. A., Salas J., Rey-Benayas J. M., Lara A., Newton A. C. Rapid deforestation and fragmentation of Chilean temperate forests // Biological Conservation. 2006. V. 130. Iss. 4. P. 481–494. DOI: 10.1016/j.biocon.2006.01.017.
  15. Echeverria C., Coomes D. A., Hall M., Newton A. C. Spatially explicit models to analyze forest loss and fragmentation between 1976 and 2020 in southern Chile // Ecological Modelling. 2008. V. 212. Iss. 3–4. P. 439–449. DOI: 10.1016/j.ecolmodel.2007.10.045.
  16. Ewers R. M., Kliskey A. D., Walker S., Rutledge D., Harding J. S., Didham R. K. Past and future trajectories of forest loss in New Zealand // Biological Conservation. 2006. V. 133. P. 312–325. DOI: 10.1016/j.biocon.2006.06.018.
  17. Flowers B., Huang K. T., Aldana G. O. Analysis of the habitat fragmentation of ecosystems in Belize using landscape metrics // Sustainability. 2020. V. 12(7). Art. No. 3024. 14 p. DOI: 10.3390/su1207302.
  18. Fynn I. E.M., Campbell J. Forest fragmentation analysis from multiple imaging formats // J. Landscape Ecology. 2019. V. 12. Art. No. 1. 15 p. DOI: 10.2478/jlecol-2019-0001.
  19. Haddad N. M., Brudvig L. A., Clobert J., Davies K. F., Gonzalez A., Holt R. D., Lovejoy T. E., Sexton J. O., Austin M. P., Collins C. D., Cook W. M. et al. Habitat fragmentation and its lasting impact on Earth’s ecosystems // Science Advances. 2015. V. 1. Iss. 2. Art. No. e1500052. DOI: 10.1126/sciadv.1500052.
  20. Healey S. P., Healey S. P., Cohen W. B., Zhiqiang Y., Krankina O. N. Comparison of tasseled cap-based Landsat data structures for use in forest disturbance detection // Remote Sensing of Environment. 2005. V. 97. Iss. 3. P. 301–310. https://doi.org/10.1016/j.rse.2005.05.009.
  21. Heilman G. E., Strittholt J. R., Slosser N. C., Dellasala D. A. Forest fragmentation of the conterminous United States: assessing forest intactness through road density and spatial characteristics: forest fragmentation can be measured and monitored in a powerful new way by combining remote sensing, geographic information systems, and analytical software // BioScience. 2002. V. 52. P. 411–422.
  22. Hermosilla T., Wulder M. A., White J. C., Coops N. C., Pickell P. D., Bolton D. K. Impact of time on interpretations of forest fragmentation: Three-decades of fragmentation dynamics over Canada // Remote Sensing of Environment. 2019. V. 222. P. 65–77. DOI: 10.1016/j.rse.2018.12.027.
  23. Kukkonen M., Kayhko N. Spatio-temporal analysis of forest changes in contrasting land use regimes of Zanzibar, Tanzania // Applied Geography. 2014. V. 55. P. 193–202. DOI: 10.1016/j.apgeog.2014.09.013.
  24. Kurbanov E., Vorobev O., Lezhnin S., Sha J., Wang J., Li X., Cole J., Dergunov D., Wang Y. Remote sensing of forest burnt area, burn severity, and post-fire recovery: a review // Remote Sensing. 2022. V. 14. No. 19. Art. No. 4714. DOI: 10.3390/rs14194714.
  25. Lai S., El-Adawy A., Sha J., Li X., Wang J., Kurbanov E., Lin Q. Towards an integrated systematic approach for ecological maintenance: Case studies from China and Russia // Ecological Indicators. 2022. V. 140. Art. No. 108982. DOI: 10.1016/j.ecolind.2022.108982.
  26. Legarreta-Miranda C. K., Prieto-Amparán J. A., Villarreal-Guerrero F., Morales-Nieto C. R., Pinedo-Alvarez A. Long-term Land-Use/Land-Cover Change increased the landscape heterogeneity of a fragmented temperate forest in Mexico // Forests. 2021. V. 12. Iss. 8. Art. No. 1099. 14 p. DOI: 110.3390/f12081099.
  27. Leimgruber P., Kelly D., Steininger M., Brunner J., Muller T., Songer M. Forest cover change patterns in Myanmar (Burma) 1990–2000 // Environmental Conservation. 2005. V. 32. No. 4. P. 356–364. DOI: 10.1017/S0376892905002493.
  28. Li M., Zhu Z., Vogelmann J. E., Xu D., Wen W., Liu A. Characterizing fragmentation of the collective forests in southern China from multitemporal Landsat imagery: A case study from Kecheng district of Zhejiang province // Applied Geography. 2011. V. 31. Iss. 3. P. 1026–1035. DOI: 10.1016/j.apgeog.2011.02.004.
  29. Liu J., Coomes D. A., Gibson L., Hu G., Liu Jn., Luo Y., Wu C., Yu M. Forest fragmentation in China and its effect on biodiversity // Biological Reviews of the Cambridge Philosophical Society. 2019. V. 94. No. 5. P. 1636–1657. DOI: 10.1111/brv.12519.
  30. McGarigal K., Marks B. J. Fragstats: spatial pattern analysis program for quantifying landscape structure. General technical report. PNW-GTR-351. Portland, OR: U. S. Department of Agriculture, Forest Service, Pacific Northwest Research Station, 1995. 122 p. https://www.umass.edu/landeco/research/fragstats/documents/fragstats.help.4.2.pdf.
  31. Neel M. C., McGarigal K., Cushman S. A. Behavior of class-level landscape metrics across gradients of class aggregation and area // Landscape Ecology. 2004. V. 19. P. 435–455. DOI: 10.1023/B:LAND.0000030521.19856.cb.
  32. Newton A. C., Hill R. A., Echeverria C., Golicher D., Rey Benayas J. M., Cayuela L., Hinsley S. A. Remote sensing and the future of landscape ecology // Progress in Physical Geography: Earth and Environment. 2009. V. 33. Iss. 4. P. 528–546. DOI: 10.1177/0309133309346882.
  33. Pyngrope O. R., Kumar M., Pebam R., Singh S. K., Kundu A., Lal D. Investigating forest fragmentation through earth observation datasets and metric analysis in the tropical rainforest area // SN Applied Sciences. 2021. V. 3. Art. No. 705. 17 p. DOI: 10.1007/s42452-021-04683-5.
  34. Reddy C. S., Sreelekshmi S., Jha C. S., Dadhwal V. K. National assessment of forest fragmentation in India: Landscape indices as measures of the effects of fragmentation and forest cover change // Ecological Engineering. 2013. V. 60. P. 453–464. DOI: 10.1016/j.ecoleng.2013.09.064.
  35. Remmel T. K., Csillag F. When are two landscape pattern indices significantly different? // J. Geographic Information System. 2003. V. 5. P. 331–351. DOI: 10.1007/s10109-003-0116-x.
  36. Singh J. S., Roy P. S., Murthy M. S. R., Jha C. S. Application of landscape ecology and remote sensing for assessment, monitoring and conservation of biodiversity // J. Indian Society of Remote Sensing. 2010. V. 38. P. 365–385. DOI: 10.1007/s12524-010-0033-7.
  37. Slattery Z., Fenner R. Spatial analysis of the drivers, characteristics, and effects of forest fragmentation // Sustainability. 2021. V. 13. No. 6. Art. No. 3246. DOI: 10.3390/su13063246.
  38. Vorobev O. N., Kurbanov E. A., Lezhnin S. A., Dergunov D. M., Tarasova L. V. Monitoring and assessment of forest cover disturbance in the Middle Volga region of Russia using Landsat images // IOP “FORECO 2021” Conf. Ser.: Earth and Environmental Sciences. 2021. V. 932. Art. No. 012007. DOI: 10.1088/1755-1315/932/1/012007.
  39. Wulder M. A., White J. C., Han T., Coops N. C., Cardille J. A., Holland T., Grills D. Monitoring Canada’s forests. Part 2: national forest fragmentation and pattern // Canadian J. Remote Sensing. 2008. V. 34. No. 6. P. 563–584. DOI: 10.5589/m08-081.
  40. Xue X., Hualin X., Yuanhua F. Spatiotemporal patterns and drivers of forest change from 1985–2000 in the Beijing-Tianjin-Hebei Region of China // J. Resources and Ecology. 2016. V. 7. No. 4. P. 301–308. DOI: 10.5814/j.issn.1674-764x.2016.04.009.