Scientific journal

Advances in current natural sciences

ISSN 1681-7494

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 0,775

Лес – один из самых распространенных биомов. Роль леса в глобальной экологической системе трудно переоценить. Составляя большую часть биомассы Земли, лес выполняет спектр функций от средообразующих и климаторегулирующих до рекреационных и сырьевых. Оценка глобального изменения лесного покрова (Global Forest Resources Assessment 2015) в рамках проекта Продовольственной и сельскохозяйственной организации ООН за последние годы выявила уменьшение площади лесов на 3 % с 1990 по 2015 г. Наибольшее снижение показали тропические леса, бореальные и субтропические леса – незначительное колебание, а леса умеренной зоны – увеличение [1]. Очевидно, что оценки в разных регионах будут существенно отличаться друг от друга. Также существует проблема несоответствия статистических данных различных ведомств [2]. Для территории Российской Федерации выявлен значительный разброс оценок площади леса и его потерь, при этом отмечается, что недостача лесов характерна для высоких широт и Забайкалья [3]. Подобные глобальные, национальные и региональные оценки (в том числе субрегиональные) необходимы для решения ряда задач, связанных с защитой леса, моделированием углеродного цикла, определением ресурсного потенциала и др., и требуют привлечения разнообразных методов и средств, но, по всей видимости, ключевым источником среди них является дистанционное зондирование (ДЗЗ). Цель работы – актуальная оценка динамики потерь леса Республики Бурятия по данным дистанционного зондирования Земли. Важность данной работы также обусловлена тем, что предыдущие оценки основывались лишь на статистических данных [2, 4, 5], которые, однако, могут значительно расходиться с данными ДЗЗ [6].

Материалы и методы исследования

Район исследований. Республика Бурятия (рис. 2), будучи частью Забайкалья, подвержена потере лесопокрытых территорий, которые занимают около 85 % площади республики. На рис. 1 представлено распределение площади леса и его доли в районах Республики Бурятия по данным Global Forest Watch. Преобладающими породами в регионе являются лиственница сибирская, сосна обыкновенная и сосна сибирская (кедр), которые образуют легкогоримые светлохвойные леса, что вкупе с весенней засухой (как и засушливым климатом в целом) приводит к регулярным пожарам [7]. Коммерческая рубка леса распространена – его добыча и переработка привлекают инвестиции из КНР [8]. Вредители (сибирский коконопряд, пилильщик сосновый и др.) и возбудители болезней деревьев способствуют масштабному повреждению леса [9]. Хотя и не обширное, но ранее не описанное в литературе деструктивное воздействие на кедровый древостой в Бурятии могут оказывать сильные ветры в сочетании с постоянным антропогенным прессом [10]. Шквальные ветры, в частности, приводят к образованию ветровалов на средневысотных горных хребтах в районах, где ведется интенсивная добыча кедрового ореха.

Рис. 1. Распределение площади леса и его доли по районам Республики Бурятия

Данные ДЗЗ. Для оценки потери лесного покрова использован массив данных GFW (Global Forest Watch), созданный в результате сотрудничества Университета Мэриленда, Google, Геологической службы США и NASA [11]. Данные охватывают период с 2001 по 2019 г. и получены в результате обработки снимков со спутников серии Landsat с пространственным разрешением 30 м. Потеря лесной растительности определена как снижение её плотности или полное исчезновение вне зависимости от причин: пожары, вырубки, ветровалы и т.д. GFW определяет лесную растительность как растительность высотой более 5 м вне зависимости от её типа. Для определения факторов, влияющих на потерю лесного покрова, использован продукт GFW Tree Cover Loss by Dominant Driver с разрешением 10 км, который состоит из следующих пяти категорий: 1) вырубка лесов – крупномасштабное обезлесение, связанное в первую очередь с увеличением площади сельскохозяйственных земель; 2) сельское хозяйство – временное уменьшение площади лесного покрова вследствие сельскохозяйственной деятельности; 3) лесное хозяйство – лесозаготовки, предполагающие незначительную степень сведения леса с последующим восстановлением; 4) лесные пожары – все лесные пожары вне зависимости от причины их возникновения за исключением сведения леса пожарами для нужд сельского хозяйства; 5) урбанизация: вырубка лесов для расширения селитебных территорий [12]. В регионе исследования выражены только два фактора: лесное хозяйство и лесные пожары (рис. 2).

Для сравнения с GFW использованы данные нормализованного относительного индекса растительности NDVI, полученные со спектрорадиометра MODIS за период с 2000 по 2019 г. с пространственным разрешением 250 м (продукт MOD13Q1) [13]. Авторами в [6] предложена методика определения потери лесного покрова, основанная на обнаружении снижения среднегодового значения NDVI. Данная методика также не учитывает причины (антропогенные или естественные), вызывающие падение плотности древостоя. Ареал распространения лесной растительности определен на основе карты типов земного покрова MODIS (продукт MCD12Q1) [14].

Климат. Данные по осадкам (P) и температуре (T) на метеостанциях получены с сервера (meteo.ru) Всероссийского научно-исследовательского института гидрометеорологической информации – Мирового центра данных и использованы для оценки состояния увлажнённости по годам [15]. Расчет климатической нормы проведён для периода 1971–2000 гг. Для каждой метеостанции проведён расчет аномалий P и T весеннего и летнего периодов. Также проведена оценка влагообеспеченности территорий по гидротермическому коэффициенту Селянинова, который был рассчитан по суточным данным P и T к 01 августа каждого года до наступления обильных осадков.

Результаты исследования и их обсуждение

В таблице представлены оценки потери леса в районах Республики Бурятия с 2001 по 2019 г. по данным GFW и MODIS NDVI; значения сгруппированы по пятилетиям кроме последнего периода, охватывающего 4 года. Наибольшую долю обезлесения по GFW в первом пятилетии показали Баунтовский, Прибайкальский и Хоринский районы, далее по ранжиру следуют Еравнинский, Кижингинский и Северо-Байкальский районы. Эти районы расположены на севере и востоке республики и за рассматриваемый период обеспечили 73 % лесных потерь в республике. Следующее пятилетие характеризовалось практически двукратным снижением площади потери леса по сравнению с 2001–2005 гг. В данный период наибольшие потери вновь наблюдались в северных районах – Баунтовском, Северо-Байкальском, а также в Прибайкальском и Бичурском районах, хотя по данным MODIS последние два района не показали столь значительного уменьшения. В целом можно отметить тенденцию занижения MODIS достаточно крупных потерь леса площадью более 20–30 тыс. га, тогда как небольшие ареалы менее 15–20 тыс. га, наоборот, завышаются. При этом принимается, что данные GFW имеют на порядок более высокую точность потери лесного покрова по сравнению с MODIS в силу разницы в пространственном разрешении спутниковых сенсоров. Пятилетие с 2011 по 2015 г. практически совпадает (по данным GFW) с предыдущим по площади и структуре обезлесения – в лидерах Баунтовский, Северо-Байкальский и Прибайкальский районы. Последний период 2016–2019 гг. характеризуется четырёхкратным ростом площади обезлесенных территорий (двукратным для MODIS). Как и прежде, север Бурятии – Баунтовский, Баргузинский, Курумканский, Муйский, Северо-Байкальский районы – а также Прибайкальский и Хоринский районы вносят наибольший вклад (90 %) в общую потерю леса в республике.

Потери леса в районах Республики Бурятия по данным GFW (G) и MODIS (M), тыс. га

Рис. 2. Административно-территориальное деление Республики Бурятия (1 – Баргузинский, 2 – Баунтовский, 3 – Бичурский, 4 – Джидинский, 5 – Еравнинский, 6 – Заиграевский, 7 – Закаменский, 8 – Иволгинский, 9 – Кабанский, 10 – Кижингинский, 11 – Курумканский, 12 – Кяхтинский, 13 – Муйский, 14 – Мухоршибирский, 15 – Окинский, 16 – Прибайкальский, 17 – Северо-Байкальский, 18 – Селенгинский, 19 – Тарбагатайский, 20 – Тункинский, 21 – Хоринский районы) и факторы обезлесения по GFW Tree Cover Loss by Dominant Driver

На рис. 2 представлено пространственное распределение факторов, определяющих потерю лесного покрова. Преобладающим воздействием на лесной покров в северных районах республики являются лесные пожары. Труднодоступные горные массивы являются препятствием для эффективного тушения пожаров. Следует отметить, что даже охранный статус ООПТ, расположенных в Баргузинском, Курумканском и Северо-Байкальском районах, не смог предотвратить и эффективно противостоять катастрофическим пожарам, несмотря на их значительные ресурсы и материально-техническое снабжение. Еравнинский и Хоринский районы, где наблюдались большие потери леса, также подвержены пирогенному фактору. В Кабанском, Прибайкальском районах и в районах Селенгинского среднегорья потери леса обусловлены хозяйственной деятельностью, однако пожарный фактор также значим. Западные районы Бурятии (Окинский, Тункинский, Закаменский) по GFW в основном подвержены пожарам, однако имеют существенно меньшие потери леса.

В результате анализа данных метеорологических станций выявлено, что погодные условия 2003–2004, 2015–2017 гг., показавших большие потери леса, способствовали высокой горимости лесов. Так, осадки, усреднённые по метеостанциям северных районов, были существенно ниже нормы: весной аномалия P2003 = -34,5 и P2015 = -14,9 мм при норме 44,6 мм, в летний период 2004, 2015, 2016, 2017 гг. аномалии осадков составили -86,6, -120, -76,8, -82,0 мм соответственно, при норме -226 мм. Наибольшие аномалии T в северных районах проявились в летние месяцы 2015–2017 гг. и составили 2,2; 1,8; 1,8 °C соответственно, при норме 13,4 °C. Комплексный показатель влагообеспеченности ГТК, учитывающий и температуру и осадки, показал наименьшие значения в 2004, 2015 и 2017 гг. – 0,88; 0,67 и 0,87 соответственно. Гидротермический коэффициент метеостанций западной части республики (Тунка, Цакир) с наименьшими потерями лесного покрова принимал значения больше 1, что соответствует обеспеченному увлажнению.

Следует отметить, что восстановление древесной растительности после крупных лесных пожаров происходит достаточно медленно, а в некоторых случаях не наблюдается вовсе. Анализ космических снимков показывает, что в течение 3–5 лет после крупного пожара гари хорошо дешифрируются как визуальными, так и автоматизированными методами. Отдельные повреждённые пожарами участки леса, расположенные в потенциально пожароопасных местах (возле автодорог, населенных пунктов и т.д.), подвергаются повторному выгоранию после появления молодой поросли лиственных пород деревьев и кустарников. Кроме того, после уничтожения больших площадей леса пожарами проводится сплошная санитарная рубка горелого леса. В пригороде Улан-Удэ в Тарбагатайском, Иволгинском и Заиграевском районах Бурятии на части территории выгоревшего в 2015 г. и вырубленного впоследствии леса процессов лесовосстановления не наблюдается. На месте уничтоженного огнем и добычей древесины леса активно развиваются эрозионные и дефляционные процессы, происходит остепнение. Тем самым пирогенный фактор приводит не только к потере лесопокрытых площадей, но также к трансформации ландшафтов.

Заключение

В результате исследования выявлено, что наибольшие потери лесного покрова Бурятии за последние 20 лет произошли в северных районах республики и наблюдались в 2003–2004, 2015–2017 гг. Основной причиной потерь являются лесные пожары, которым способствовали весенние и летние засухи. В центральной части республики, помимо лесных пожаров, потери обусловлены коммерческой деятельностью по заготовке леса. Западные влагообеспеченные районы меньше подвержены пожарам и, как следствие, потере лесного покрова.

Сравнение полученных оценок по данным ДЗЗ низкого и среднего пространственного разрешения выявило их хорошую корреляционную связь, однако достаточно значительные расхождения, особенно для больших площадей. Считаем, что необходима разработка и внедрение специализированных спутниковых систем для мониторинга лесных территорий России.

Работа выполнена в рамках государственного задания БИП СО РАН и при частичной поддержке грантов РФФИ № 17-29-05083, № 19-55-53026.