Опыт мониторинга растительности при экологических катастрофах

Дмитрий Груммо, научный сотрудник отдела геоботаники и картографии растительности Института экспериментальной ботаники им. В.Ф. Купревича НАН Беларуси, кандидат биологических наук

Михаил Ильючик, начальник отдела приема и обработки космической информации ЛРУП «Белгослес», кандидат сельскохозяйственных наук

Наталья Зеленкевич, младший научный сотрудник отдела геоботаники и картографии растительности Института экспериментальной ботаники им. В.Ф. Купревича НАН Беларуси

УДК 556.56:550.4(476)

Республиканский гидрологический заказник «Ельня» является важным элементом в системе особо охраняемых природных территорий (ООПТ) Беларуси. Целью его создания в 1968 г. являлось сохранение в естественном состоянии одного из крупнейших в Европе олиготрофных болотных массивов и его характерной растительности. В последние годы высокая природная значимость этого объекта подтверждается на международном уровне. Водно-болотное угодье «Ельня» является Рамсарским участком (2002 г.), ключевой орнитологической (2000 г.) и ботанической (2005 г.) территорией международного значения.

Растительность заказника «Ельня» подвержена интенсивному воздействию комплекса неблагоприятных факторов антропогенного происхождения (пожары, рекреация, рубки, выпас скота и др.). Наибольшую угрозу для функционирования природных экосистем ООПТ имеют пожары. Так, в августе — сентябре 2002 г. огонь охватил практически всю территорию ООПТ, оставив неповрежденным только северный сектор болотного массива. Поэтому особую актуальность на данном участке приобретают работы по оценке послепожарного состояния фитоценозов, определению масштабов ущерба для природной растительности и экономики региона от действия этого катастрофического фактора. В рамках выполнения задания Государственной научно-технической программы «Экологическая безопасность» и международного проекта «Belarus Wetlands» были проведены работы по изучению фитоценотического разнообразия и оценке состояния растительности заказника. Исследования включали следующие этапы:

Подбор космической съемки исследуемой территории до и после пожаров

Для решения поставленных задач были подготовлены и использованы материалы космической съемки до (спутник Landsat 7ETM+, 20.05.2000 г.; Terra/Aster, 08.05.2002 г.; Метеор-3М, 19.07.2002 г.) и после повреждения пожарами (Метеор-3М, 01.06.2003 г.). Исследования территории выполнены с различных спутниковых систем (рис. 1).

Материалы исследования со спутника Landsat 7ETM+ характеризуются следующими показателями: 8 спектральных каналов в видимом, ближнем и среднем инфракрасном (ИК), а также в тепловом диапазонах; пространственное разрешение — 15 м в панхроматическом канале, 30 м — в многозональных и 60 м — в тепловом каналах. Данные со спутника Terra радиометра Aster обладают следующими характеристиками: 14 спектральных каналов, пространственное разрешение — 15 м в видимом и ближнем ИК-диапазоне, 30 м — в среднем, 90 м — в тепловом; со спутника Метеор-3М — имеют 3 спектральных канала: 2 в видимом и 1 в ближнем ИК-диапазоне. Пространственное разрешение на местности составляет порядка 35 м.

Обработка снимков и увязка их с цифровыми лесными картами

При обработке космических снимков выполнялись: радиометрическая, геометрическая и географическая коррекции (трансформирование снимка в нужную проекцию и систему координат), синтезирование с использованием комбинации различных спектральных каналов, кадрирование. С применением программного пакета ArcView GIS производилась увязка отдельных векторных слоев ГИС «Лесные ресурсы» с материалами космической съемки и приведением их к общему масштабу в единой географической системе координат и проекции (рис. 2).

Дешифрирование снимков и определение площадей, поврежденных в результате пожаров

В интерактивном режиме с использованием методов дешифрирования и сопоставлением материалов космической съемки до и после прохождения пожара была составлена предварительная карта (М 1:100 000) повреждения растительности пожарами и определены участки для уточнения дешифровочных признаков.

Полевая проверка полученных результатов

Использовался метод геоботанических профилей, на которых по мере смены растительности располагались постоянные пробные площади (ППП) (рис. 2). Пробные площади (размер 0,04—0,09 га) инструментально ограничены визирами шириной 0,5—1 м, на углах установлены и промаркированы столбы. ППП закреплены на местности при помощи системы спутниковой навигации (ошибка измерения GPS-приемника составляет ±5 м). На пробных площадях проведены детальные исследования в соответствии с общепринятыми в геоботанике методами. Кроме этого, выполнено более 50 геоботанических описаний (рис. 2) на рекогносцировочных маршрутах с целью уточнения некоторых особенностей, слабо отраженных в таксационном описании или определяемых с большими погрешностями (тип фитоценоза, степень повреждения пожарами и т.д.).

Составление итоговой тематической карты и ведомости поврежденных участков

После полевой проверки полученных результатов составлялись: а) итоговая карта (М 1:100 000) степени повреждения пожарами; б) электронная ведомость нарушенных участков заказника.

Созданные карта и ведомость поврежденных территорий стали основой для определения масштабов деградации природной растительности заказника в результате пожаров последних лет.

Результаты исследований (табл., рис. 3), позволили установить, что в результате действия пожаров пострадало 15,9 тыс. га (60,8% территории заказника), в том числе по степени повреждения: I степень (местообитание затронуто незначительно, но состав и структура, естественный ход формирования растительного сообщества существенно отличаются от природного состояния) — 3693,1 га (14,1%); II степень (местообитание и растительное сообщество подверглись существенному воздействию) — 5193,9 га (19,8%); III степень (полностью уничтоженная природная растительность) — 7034,2 га (26,9%). Среди гарей 13,3 тыс. га (83,4%) приходится на открытое верховое болото. Это свидетельствует о катастрофических последствиях пожаров, поскольку сгорело 81,9% болотного массива. Пожарам наиболее подвержены участки, занятые лесными, лесо-моховыми и моховыми ценозами и менее — бугристо-мочажинными и грядово-мочажинными комплексами фитоценозов. На сгоревших участках широко распространены послепожарные вересково-пушицевые пустоши с политриховыми мхами. Следует отметить, что постпирогенное восстановление естественной растительности болота — длительный процесс и даже при отсутствии влияющего фактора может растянуться на несколько десятилетий.

В результате пожаров погибло или сильно повреждено (отпад в древостое в пределах 50—95%) 2,4 тыс. га лесных насаждений (39,9% лесопокрытой территории). Площадь погибших от пожаров спелых и перестойных лесов составила 525,6 га (22,3% от общей площади высоковозрастных насаждений), высокопродуктивных древостоев — 339,8 га (11,1%); запас древесины в уничтоженных лесных насаждениях составил 234,0 тыс. м3 (26,9%), в том числе в спелых и перестойных — 92,6 тыс. м3 (19,0%). Огнем уничтожено 121,4 га особо ценных участков заказника (редко встречающиеся растительные сообщества, природные эталоны, биогеоценозы с охраняемыми видами растений и др.).

Пожалуй, самый существенный урон пожар нанес недревесным ресурсам растительности заказника (ягодники, лекарственное сырье). Площадь поврежденных и погибших высокопродуктивных ресурсных участков ягод и лекарственного сырья насчитывает 2488,2 га (73,4% от общей площади в допожарный период), в том числе клюквы — 2260,2 га (72,9%), багульника — 153,4 га (41,1%), черники — 71,2 га (34,5%), голубики — 3,4 га (18,9%). Среднегодовой биологический запас основного ресурсного объекта — ягод клюквы — уменьшился на 178,9 т (74,0%), а реально доступный — на 71,5 т (77,4%). Ежегодный ущерб только от снижения реально доступного урожая клюквы по самым минимальным оценкам составил 100—280 млн руб.
Таким образом, на примере отдельного тестового полигона продемонстрирована практическая возможность ведения комплексного мониторинга растительности особо охраняемых природных территорий, включающего наземные и дистанционные методы диагностики. Применение аэрокосмических снимков позволяет сократить объем наземных работ и экстраполировать полученные результаты на большие площади, что в совокупности с невысокими материальными затратами на проведение подобных исследований делает привлекательным использование дистанционной диагностики для оценки состояния природно-растительных комплексов и принятия оперативных решений по их охране и рациональному использованию.

Авторы выражают признательность Европейскому отделению Earthwatch Institute (Великобритания), при финансовой поддержке которого осуществлялись данные исследования.

Чтобы ознакомиться с рисунками и таблицей, скачайте, пожалуйста, прикрепленный файл pdf.

Рис. 1. Материалы космической съемки исследуемой территории с различных спутников:
А — фрагмент снимка Landsat 7ETM+ 20.05.2000 г.
Б — фрагмент снимка Terra/Aster 08.05.2002 г.
В — фрагмент снимка Метеор-3М 19.07.2002 г.
Г — фрагмент снимка Метеор-3М 01.06.2003 г.

Рис. 2. Увязка материалов космической съемки с картографическими данными лесоустройства (квартальная и повыдельная сети) и размещение объектов наземных исследований:
— постоянные пробные площади
— геоботанические описания на рекогносцировочных маршрутах

Рис. 3. Карта-схема степени повреждения растительности гидрологического заказника «Ельня» пожарами 2002 г.

Таблица. Обобщенные сведения о последствиях пожара 2002 г. для природных экосистем гидрологического заказника «Ельня»

Summary

Estimation of the current state of vegetation Republican hydrological reserve “Yelnia” is given. Methods of distance and terrestrial studies are used. The studies included the following steps: 1) selection of space surveying of analyze territory before and after fire, 2) processing satellite images and linking them with digital maps of the forest; 3) decoding of images and identification of areas damaged by fires, 4) field verification of the results 5) final thematic maps and statements of damaged sites. Analysis of the results of the study revealed that the fire hit 15,9 thousand hectares (60,8% of the reserve). Among fire-sites 13,3 thousand ha (83,4%) occur on non-forest raised bog. Substantial damage caused fire to forest and non-forest resources of reserve.