Scientific journal

Advances in current natural sciences

ISSN 1681-7494

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 0,775

В Российской Федерации продолжается процесс деградации земель, увеличение площадей, подверженных дефляции и эрозии, засолению почв, что в итоге приводит к падению продуктивности сельскохозяйственных земель и выводу их из оборота. Восстановление ландшафтов в естественных условиях обусловлено природно-климатическими факторами и может проходить длительное время [1, 2]. Выявление закономерностей нарушения ландшафтных связей и их восстановление является значительной научной задачей, обеспечивающей возможность прогноза состояния ландшафтов.

Объект исследований – Сарпинская низменность ограничена на западе Ергенинской возвышенностью, на севере и северо-востоке Волго-Ахтубинской поймой, на юге территория переходит в единственную европейскую антропогенную пустыню (заповедник «Черные земли»). Территория Сарпинской низменности расположена на юго-востоке Волгоградской, северо-западе Астраханской областей, севере и северо-востоке Республики Калмыкия.

Агроландшафты Сарпинской низменности относятся к району пологоволнистых морских равнин с плоскозападинными, волнисто-равнинными урочищами. Основные типы почв: светло-каштановые солонцеватые в комплексе с солонцами, бурые пустынные в комплексе с солонцами, лугово-каштановые и лугово-степные по понижениям.

Особенности климатических условий, почв и рельефа Сарпинской низменности обусловили особый тип растительных сообществ. Растительность представлена Elymus giganteus Vahl., Stipa sareptana A. Beck, Calligonum ssp., Artemisia arenaria DC., Artemisia vulgaris L., Artemisia lerchiana Web., Artemisia halodendron Turcz. ex Bess., Calamagrostis epigejos (L.) Roth, Elytrigia repens L., Stipa lessingiana Trin. & Rupr., Astragalus veresczaginii Kryl., Astragalus brachylobus Fisch., Astragalus arenarius L. и др. В ландшафтном плане территория Сарпинской низменности представляет собой сочетание белополынно-типчаково-ковылковой полупустыни, с фрагментами белополынно-камфоросмово-чернополынной пустыни. По интразональным территориям встречаются житняково-тырсовые и разнотравно-типчаково-ковыльные фитоценозы, белополынно-пырейно-житняковые луга, в окрестностях лиманов – озерно-тростниковые болота.

В результате интенсивного антропогенного воздействия на аборигенные типы сообществ при нерегламентированном выпасе скота образуются массивы подвижных и полузакрепленных песков, появляются специфические рудеральные фитоценозы. В ландшафтах с преобладанием закрепленных слабогумусированных песков, в отсутствие антропогенного влияния, сохраняется зональный тип растительных сообществ.

В связи с особенностями геоморфологических, почвенных и гидрологических условий на территории Сарпинской низменности формируются интразональные типы фитоценозов и почв, особенно в лиманах, ильменях, соровых депрессиях, увлажняемых разливами Волги и на участках с наличием грунтовых опресненных вод Каспийского моря. Доминирующие растительные сообщества Сарпинской низменности: дерновинно-злаковые, ксерофитные, полукустарничковые, галофитные, лугово-галофитные и гидрофитные группы.

В связи с неустойчивостью климатических условий и гидрологического режима Волжского водосбора актуальной проблемой является изучение закономерностей функционирования ландшафтов и выявление механизмов восстановления их природного потенциала.

Цель исследований заключалась в выявлении уровня деградации земель и определении пространственного распределения зон деградации различного уровня. При этом ставились задачи дешифрирования актуальных космических снимков, выделения зон деградации, геоинформационного анализа их пространственного распределения и разработки картографических слоев деградации ландшафтов исследуемой территории.

Материалы и методы исследования

Картографо-аэрокосмические исследования проводятся с использованием дистанционных признаков и биотических особенностей процессов деградации ландшафтов. Ландшафтный подход обуславливает теоретико-методологическую основу восстановления деградированных земель.

Оценка состояния и лесомелиоративного обустройства агроландшафтов, базирующаяся на дешифрировании космических снимков с применением ГИС-технологий, дает возможность выявить состояние ландшафтов и установить уровень их деградации. Разработанные методики в работах K.N. Kulik, V.I. Petrov, V.G. Yuferev, N.A. Tkachenko, S.S. Shinkarenko, В.Г. Юферева, К.Н. Кулика, А.С. Рулева, К.Б. Мушаевой, А.В. Кошелева, З.П. Дорохиной, О.Ю. Березовиковой и др. [3, 4] показали возможность достоверного выявления характеристик агроландшафтов.

Изучение ландшафтов Сарпинской низменности осуществляется на базе аэрокосмической информации различного пространственного разрешения. Оно базируется на результатах геоморфологического, почвенного, гидрологического, геоботанического и других видах исследований.

Использование ландшафтного картографирования обосновано необходимостью локализации условий функционирования природно-территориальных комплексов. Разрабатываемый комплект карт должен охарактеризовать существующий природный потенциал изучаемого ландшафта и нынешнее его состояние. Геоинформационное картографирование с использованием данных дистанционного зондирования имеет свои особенности в отличие от принятого при традиционном картографировании. В этом случае увеличивается объем камеральных и уменьшается объем полевых исследований.

Компьютерное геоинформационное картографирование оперирует пространственными данными и при этом дает возможность проводить анализ таких данных для определения координат объектов на территории исследований, определения топологических свойств объектов; выявления геоморфологических особенностей ландшафтов, определения приуроченности почвенных контуров к определенным участкам поверхности, выявления дефектов ландшафтов и осуществления их пространственной локализации.

Использование геоинформационных технологий наиболее приемлемо для картографирования состояния ландшафтов Сарпинской низменности. Геоинформационный анализ состояния природно-территориальных комплексов проводится на уровне фаций и урочищ, что дает возможность пространственно определить очаги деградации для обоснования мероприятий по их ликвидации.

Камеральные исследования проводятся для фотограмметрической обработки аэрокосмических снимков территории исследований, включая их дешифрирование, классификацию и анализ. При этом проводят дифференциацию участков с открытыми, подвижными песками, солончаками и засоленными почвами, покрытых водой и занятых антропогенными объектами. Такие участки для анализа выделяются в отдельные группы и при установлении уровня деградации земель.

В связи с тем, что данные дистанционного зондирования несут информацию об актуальном состоянии ландшафтов Сарпинской низменности, использование и интерпретация полученных пространственных данных для их оценки, геоинформационного анализа и картографирования обеспечивает современный уровень получения научных знаний. Проведение оценки состояния ландшафтов включает сведения о пространственном расположении и уровнях их деградации. Использование статистического пространственного анализа с учетом изменений ландшафтов, разработка математико-картографических моделей обеспечивает разработку обоснованных прогнозов их состояния.

Для оценки состояния агролесоландшафтов используются критерии, для которых определено снижение хозяйственной значимости земель. Уменьшение качества земель по каждому критерию характеризуется уровнями деградации: норма, риск, кризис и бедствие – установленными Б.В. Виноградовым.

Изучение состояния агроландшафтов основывается на законах оптики, которые демонстрируют взаимосвязь отражения солнечной радиации некоторыми типами почв. Сопоставление результатов дистанционного зондирования и эталонирования почв, растительности, включая травянистую растительность и лесные насаждения, обеспечивает возможность выявления состояния ландшафтов [5–7].

Использование современных геоинформационных технологий и космических снимков для оценки и картографирования состояния ландшафтов является одним из современных методов исследований, дающим возможность проведения анализа пространственных данных и интерпретации этих данных в аналитические карты.

Результаты исследования и их обсуждение

Объектом исследования являлись ландшафты Сарпинской низменности на площади 6877,438 тыс. га. По результатам анализа деградации территории Сарпинской низменности в целом установлено, что деградации от ветровой эрозии подвержено 13,6 %, от водной эрозии – 17,6 %, засолению – 4,1 %. В нашем исследовании индикатором деградации являлось состояние растительного покрова почвы по критерию соответствия его нормальному для соответствующих природных условий.

Анализ деградации ландшафтов осуществлен на основании информации космоснимков спутника Sentinel 2 (разработчик Airbus Defence and Space, оператор ESA). Были использованы спектрозональные снимки каналов В2, В3, В4, разрешением 10 м периода съемки с 15 мая по 15 июня 2018 г., с покрытием облачностью менее 10 %, которые позволили разработать мозаику RGB c покрытием всей территории Сарпинской низменности. Дешифрирование космоснимков проведено с использованием анализа распределения пикселей по тону на растровом изображении. Для проведения картографирования и анализа растра мозаики космоснимков был использован свободный геоинформационный программный комплекс с открытым кодом QGIS-3.8. Анализ растра, проведённый в геоинформационной среде, при помощи гистограмм распределения пикселей позволил разделить растр на зоны. Разделение по тону и визуальное дешифрирование снимков позволило сформировать зоны по уровням деградации ландшафтов. Использование пространственно-определенных данных в среде геоинформационных систем обеспечило выделение и картографирование зон по уровням деградации (рис. 1).

Анализ результатов геоинформационного картографирования деградации территории показал (рис. 2), что к уровню норма можно отнести только 975,234 тыс. га, к уровню риск 2568,563 тыс. га, на уровне кризис 1723,910 тыс. га, на уровне бедствие 1609,732 тыс. га [1].

Рис. 1. Карта зон уровней деградации на территории Сарпинской низменности

Количество почвенных контуров и их площадь на территории Сарпинской низменности

Рис. 2. Гистограмма распределения территории Сарпинской низменности по уровням деградации

Проведенные геоинформационные исследования пространственного распределения типов почв на территории Сарпинской низменности позволили разработать векторную карту почвенных контуров и определить их площади (таблица). Пространственная информация о почвах и площадях, ими занимаемых, дает возможность выявить наиболее уязвимые с точки зрения деградации участки, на которых необходимо провести исследования в первую очередь. Распределение почвенных контуров по площади показало, что наибольшую площадь занимают бурые почвы в комплексе с солонцами около 17 % и бурые почвы с песками около 16 %.

Заключение

Анализ степени деградации ландшафтов Сарпинской низменности, проведенный на основе информации космоснимков, свидетельствует в целом о крайне неблагополучной ситуации экологического состояния территории. Около половины всей исследуемой территории (3333,642 тыс. га) нуждается в проведении незамедлительных фитомелиоративных мероприятий с целью предотвращения роста очагов открытых, подвижных песков. Создание полезащитных и прифермских лесомелиоративных комплексов, снижение антропогенного давления в районах, подверженных риску опустынивания, восстановление плодородия почв, продуктивности и экологической стабильности агробиоценозов, устойчивое развитие животноводства и ряд других природоохранных мерпориятий, направленных на предотвращение деградационных процессов опустынивания земель и их восстановление, будет способствовать поддержанию природного равновесия экосистем, снижению социально-экономической напряженности в регионе.