научная статья по теме АНАЛИЗ МНОГОЛЕТНИХ ТРЕНДОВ ПРОДУКТИВНОСТИ АГРОЛАНДШАФТОВ ЮГА ВОСТОЧНОЙ ЕВРОПЫ ПО МАТЕРИАЛАМ ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ Биология

Текст научной статьи на тему «АНАЛИЗ МНОГОЛЕТНИХ ТРЕНДОВ ПРОДУКТИВНОСТИ АГРОЛАНДШАФТОВ ЮГА ВОСТОЧНОЙ ЕВРОПЫ ПО МАТЕРИАЛАМ ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ»

УДК 528.88: 911.5 (47)

АНАЛИЗ МНОГОЛЕТНИХ ТРЕНДОВ ПРОДУКТИВНОСТИ АГРОЛАНДШАФТОВ ЮГА ВОСТОЧНОЙ ЕВРОПЫ ПО МАТЕРИАЛАМ ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ

Н. О. Тельнова, с. н. с.,

МГУ имени М. В. Ломоносова, natalia.telnova@gmail.com, Н. М. Дронин, зав. лаб., МГУ имени М. В. Ломоносова, ndronin@gmail.com, Н. Н. Калуцкова, доцент, МГУ имени М. В. Ломоносова, kalutskova@gmail.com

Рассмотрена динамика биологической продуктивности агроландшафтов степных и лесостепных зон Восточной Европы в течение трех десятилетних периодов: в 1980-е, 1990-е и 2000-е годы. Обсуждаются результаты пространственного анализа распределения многолетних трендов суммарных годовых значений вегетационного индекса NDVI как индикатора ежегодной биологической продуктивности пахотных угодий в пределах различных зональных типов ландшафтов региона исследования. В целом выявлена разнонаправленность десятилетних трендов изменений биологической продуктивности аг-роландшафтов Восточной Европы с преобладанием позитивных трендов в 1980-е гг., резким снижением продуктивности агроландшафтов в 1990-е гг. и гетерогенность распределения разнонаправленных трендов для различных зональных типов ландшафтов в 2000-е гг. Наибольшей стабильностью биологической продуктивности в течение всего рассмотренного периода характеризуются агроландшафты в пределах восточноевропейских лесостепей.

The biological productivity of agro-landscapes in East Europe is considered for the three decades (the 1980s, the 1990s and the 2000s). As a reliable indicator of biological productivity of the steppe and forest-steppe ecosystems we use the long-term series of the annual sum NDVI derived from remote sensing data of low and medium resolution. Spatial distribution of decadal trends is discussed for the different zonal landscapes of the region under study. For the period of 1982—1990 the changes in bio-productivity are mainly positive throughout the whole region under study. An opposite picture features the 1990s with the predominance of «browning» croplands and grasslands from the west to the east due to increasing climate aridity. Slight predominance of negative trends in croplands and grasslands can be explained by the effects of two severe droughts in 2010 and 2012 and, on the other hand, by some lagged effects of improving agricultural management. Agro-landscapes of the East European forest-steppe have demonstrated the most stable bio-productivity throughout the whole period of study.

Ключевые слова: степи и лесостепи, вегетационный индекс NDVI, тренды биологической продуктивности.

Keywords: steppes and forest-steppes, vegetation index NDVI, trends in biological productivity.

Введение. В настоящее время выводы о текущих изменениях региональных климатов Восточной Европы и их воздействии на динамику и функционирование наземных экосистем основаны на достаточно разнокачественных и разномасштабных фактических данных и оценках. Сопоставимость результатов для основного сельскохозяйственного и зернопроизводящего региона Восточной Европы — лесостепей и степей юга Европейской России и сопредельных государств — может быть обеспечена только при использовании в качестве единой пространственной и информационной основы фонда цифровых данных дистанционного зондирования Земли низкого и среднего пространственного разрешения. В международной практике для исследования многолетней динамики продуктивности наземных экосистем семиаридных регионов по данным дистанционного зондирования широко используются временные серии различных вегетационных индексов, в частности, нормализованного разностного вегетационного индекса [1, 2]. Использование материалов дистанционного зондирования позволяет выяснить наличие и устойчивость направленного изменения биологической продуктивности агроландшафтов степи и лесостепи Восточной Европы за последние три десятилетия.

Материалы и методы. Показатель суммарных годовых значений рассматривается нами как основной ин-

тегральный индикатор, отражающий межгодовую многолетнюю динамику надземной зеленой фитомассы, надежно сопоставимый с ежегодной биологической продуктивностью растительных сообществ [1, 2]. Важным преимуществом такого индикатора является его независимость от различий в продолжительности вегетационного периода и длительности фенологических фаз наземной растительности, что позволяет получать сопоставимые результаты в пределах обширных регионов [1].

В качестве исходных данных для макрорегионального анализа динамики биологической продуктивности агро-ландшафтов Восточной Европы использовались временные ряды данных 01ММБ, полученных на основе спутниковых данных низкого разрешения КОЛА ЛУНИИ [3]. Этот набор данных, имеющих пространственное раз-

Рис. 1. Распределение трендов продуктивности пахотных угодий за период 1982—2013 гг. по зональным типам ландшафтов. Зональные типы ландшафтов степной и лесостепной зон Восточной Европы

[по 8, с изменениями].

Лесостепные ландшафты 1 — днепровско-днестровские; 2 — крымско-кавказские; 3 — днепровско-приволжские; 4 — заволжские; 5 — южная полоса крымско-кавказских лесостепей. Северностепные ландшафты: 6 — западно-причерноморские; 7 — восточно-причерноморские; 8 — волго-уральские. Сухостепные ландшафты: 9 — причерноморские; 10 — донско-волжские; 11 — заволжско-казахстанские. Ландшафты подзоны опустыненных степей: 12 — прикаспийские; 13 — заволжско-западно-казахстанские

решение 8 км, представляет собой наиболее продолжительную и непрерывную временную серию значений (с июля 1981 по декабрь

2006 гг.) и традиционно используется для глобального и макрорегионального пространственно-временного анализа биологической продуктивности наземных экосистем семиарид-ных регионов [4].

Для анализа временных серий данных суммарного годового использовались методы непараметрической статистики. Наиболее адекватно и надежно динамику значений описывает медианный непараметрический тренд, рекомендуемый для анализа относительно коротких и «зашумленных» временных рядов [5]. Для проверки гипотезы о нали-

чии устойчивого тренда использовался также непараметрический тест Манна-Кендалла [6]. С использованием методов статистического анализа временных серий и алгоритмов пространственного анализа растровых данных для каждой ячейки регулярной сети определены параметры медианного тренда и результаты непараметрического теста Манна-Кендалла — показателя надежности присутствия позитивного или негативного тренда. По этому критерию все ячейки классифицированы по пяти категориям: устойчивый позитивный тренд; значимый позитивный тренд; отсутствие трендов; значимый негативный тренд; устойчивый негативный тренд. Полученные пространственные данные о направленности изменений

суммарных годовых значений были да-

лее подразделены по различных типам земельных угодий. В результате обобщенной переклассификации исходных геопространственных данных о распределении типов земельных угодий данных [7] были получены картосхемы распределения пахотных угодий. Количественный анализ пространственных закономерностей проявления позитивных и негативных трендов значений суммарных годовых значений пахотных угодий за десятилетние периоды проводился по различным зональным типам ландшафтов степной и лесостепной зон (рис. 1).

Результаты и обсуждение. Данные дистанционного зондирования показывают разнонаправленные тренды изменения биопродуктивности агроландшафтов степей и лесостепей Восточной Европы в разные десятилетние периоды, несмотря на общую для них тенденцию потепления и аридизации климата [9]. Это дает основание предполагать, что направленность динамики биопродуктивности во многом определяется не только климатическим, но и антропогенным фактором.

Для периода 1980-х гг. в пределах всех ландшафтных подзон степи и лесостепи отмечены позитивные тренды суммарных годовых значений для 4/5 пахотных угодий (рис. 2).

Наиболее устойчивые тренды «позеленения» отмечаются для пахотных угодий в пределах восточноевропейских лесостепей и подзоны опустыненных степей. Пространственное распределение трендов суммарных годовых значений в пределах различных зональ-

ных типов степных и лесостепных ландшафтов в 1980-е гг. отличают следующие особен-

ности: с запада на восток доля пахотных угодий, испытывающих тенденцию к увеличению продуктивности, увеличивается в пределах лесостепи и всех подзон степной зоны. Единственным исключением являются предгорные лесостепи Западного Кавказа, в пределах которых до 30 % сельскохозяйственных угодий за рассматриваемый период имеет тенденцию к снижению биологической продуктивности (рис. 3).

В период 1990-х гг. характерно преобладание отрицательных трендов биологической продуктивности агроландшафтов юга Восточной Европы (рис. 4).

Пространственные закономерности распределения направленности изменений суммарных годовых значений обратно симметричны закономерностям проявления трендов за предыдущее десятилетие. В частности, в пределах всех ландшафтных зон и подзон абсолютно преобладают пахотные угодья с понижавшейся в течение десятилетия биологической продуктивностью. Доля таких угодий минимальна в пределах лесостепи, где составляет 44 % и постепенно возрастает с севера на юг, достигая в пределах подзоны опусты-ненных степей 58 %. В этом же направлении резко сокращается доля пахотных земель, характеризовавшихся ростом продуктивности. В пределах каждой ландшафтной подзоны доля пахотных угодий с негативными трендами суммарных годовых значений резко увеличивается с запада на восток в направлении увеличения степени континентальности климата. Так, в пределах подзоны сухих степей ландшафты причерноморских сухих степей вмещают в себя всего 16 % пахотных угодий

степная и}на с цедэ^ мцднэна юмнык [спустмнгнных! степей MiMiUHj фк evened

пцдюи* ссириык СЛ1СПГЙ

(юдк>»а лешииш шнромиистаешю-ле^ов к>ны

п ... ш wm уштт

я m » ш и V////////A

П Е

ш mm mmmmmmm тш/л

\ .шшшш -1—4—-1—- ш тшмж _1_ шшет —1—1—1

04 10« 7т 30« 50« &0Н ?0« ЗОН 90« 100% Ыусто^иеый негатннний тренд □ значимый негативный тренд □ тре-кд отсутствует □

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком