ИССЛЕДОВАНИЕ ЗЕМЛИ ИЗ КОСМОСА, 2007, № 4, с. 51-61
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КОСМИЧЕСКОЙ ^^^^^^^^ ИНФОРМАЦИИ О ЗЕМЛЕ
УДК 528.873:911.53
ИССЛЕДОВАНИЕ АГРОЛАНДШАФТНОГО И ПОЧВЕННО-ГЕОЛОГИЧЕСКОГО ФАКТОРОВ НА ОСНОВЕ ДЕШИФРИРОВАНИЯ КОСМИЧЕСКИХ СНИМКОВ (НА ПРИМЕРЕ ЮЖНО-ТАЕЖНОГО ПРИКАМЬЯ)
© 2007 г. О. Н. Трапезникова
Институт геоэкологии РАН, Москва Тел.: 7(495)624-72-57; e-mail: dist@geoenv.ru Поступила в редакцию 19.04.2006 г.
Рассмотрен пример использования материалов дистанционного зондирования (ДЗ) для изучения влияния климатического фактора на пространственную структуру агрогеосистем южно-таежного Прикамья (Пермская область). Агрогеосистемы южно-таежного Прикамья, поречья, сформировались в бассейнах притоков р. Камы вдоль речных долин. Были изучены Обвинское и Иньвенское поречья, близкие по природным и социально-экономическим условиям, но отличающиеся своими климатическими характеристиками. Количественный анализ пространственной структуры агрогеосистем поречий по материалам ДЗ показал зависимость агроландшафтного рисунка поречий от климатических условий. Доказано отсутствие существенного влияния на различия в пространственной организации этих агрогеосистем другого дифференцирующего фактора - материнской породы.
ВВЕДЕНИЕ
Выявление и анализ воздействия климатических изменений на окружающую среду - одна из новых задач, для решения которой применяются различные методы исследования, в том числе и дистанционные. Чаще всего компьютерный анализ материалов дистанционного зондирования (МДЗ) экосистем ограничивается выделением прямых дешифровочных признаков и их интерпретацией: "яркость почвы", "показатели цвета растительности", "вегетационные индексы" и т.п. [1, 2]. Тем не менее возможности прямого дешифрирования ограничены получением информации об одномоментном состоянии видимых компонентов природной среды, в то время как методика индикационного дешифрирования [3] позволяет анализировать состояние скрытых компонентов и развитие природных процессов в экосистемах. При этом каждая новая задача требует поиска новых индикаторов, а развитие компьютерных технологий создает возможности использования новых методов обработки снимков для целей индикационного дешифрирования.
Данная статья посвящена применению технологий компьютерной обработки и приемов количественного анализа МДЗ для выявления количественных параметров, отражающих связь между климатическими изменениями и соответствующими изменениями экосистем.
Главная и наиболее сложная задача исследования - определение характеристик изображения, которые могли быть использованы при анализе
воздействия климатических изменений на окружающую среду. При этом необходимо было найти такие дешифровочные признаки, которые, с одной стороны, хорошо поддаются выделению с помощью компьютерной обработки снимков, а с другой, позволяют получить количественные параметры, несущие конкретную информацию о влиянии изменений климата на экосистемы. Кроме того, требовалось проанализировать воздействие других факторов с тем, чтобы выявить влияние собственно климатических изменений.
ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ
В основу предлагаемого пути решения задачи изучения влияния климатических изменений на окружающую среду был положен количественный анализ пространственной структуры агрогеосистем, как элемента, наиболее хорошо выделяемого на космических снимках. Использование параметров растительного покрова, предпринимаемое рядом исследователей [1], не позволяет решить данную задачу. Хотя из всех компонентов ландшафта растительность наиболее чутко реагирует на климатические изменения, однако изменения естественного растительного покрова, вызванные постепенными климатическими изменениями, довольно трудно отследить по МДЗ за сравнительно небольшой период времени.
Сельскохозяйственные культуры и сформированные ими агроценозы, на значительных территориях заменившие естественную растительность, оказываются даже более чувствительными
51
4*
Рис. 1. Космический снимок южно-таежного Прикамья: стрелки указывают на Иньвенское и Обвинское поречья; пунктир - граница холодного и умеренного агроклиматических поясов.
к климатическим изменениям, чем естественные фитоценозы. Причина в том, что большинство из культивируемых в сельском хозяйстве растений удалено от ареала своих диких предков, а следовательно, они менее устойчивы к изменениям природной среды. Таким образом, по-видимому, в первую очередь, климатические изменения должны отражаться на состоянии культур и, как следствие, смене состава культур и севооборотов, но эти показатели слишком зависят от социально-экономических факторов и потому не могут адекватно отражать влияние климатических изменений. Однако анализ изменений, происходящих не в составе и состоянии собственно сельскохозяйственных культур, а в агроэко(гео)системах, компонентами которых они являются, представляется подходящим направлением поиска индикатора воздействия климатических изменений. В случае агроландшафтов таежной зоны таким хорошо поддающимся компьютерному выделению объектом являются пахотные земли (сельскохозяйственные угодья), чья пространственная структура в значительной степени определяется природными
условиями и, следовательно, может отражать воздействие климатического фактора. Для того чтобы проверить это утверждение, необходимо проанализировать пространственную структуру агроландшафтов, характеризующихся схожими природными и социально-экономическими условиями, но существенно отличающихся по своим климатическим характеристикам. Такие агрогео-системы были найдены на востоке Восточно-Европейской равнины в южно-таежном Прикамье.
РАЙОН РАБОТ
Западное южно-таежное Прикамье - это территория, расположенная на востоке Восточно-Еевро-пейской равнины, в южно-таежной подзоне в пределах западной, равнинной части бассейна средней Камы. Район исследований (рис. 1) представляет собой участок протяженностью 180 км с севера на юг и 200 км с востока на запад, расположенный на правом берегу Камы и включающий практически полностью бассейны двух ее притоков: р. Иньвы на севере и р. Обвы на юге. Территория среднего
Прикамья отличается многовековой сельскохозяйственной освоенностью, несмотря на достаточно сложные природные условия. Сельскохозяйственные угодья занимают в настоящее время от 21% до 53% (по административным районам) территории региона, причем от 56% до 82% всех сельскохозяйственных земель заняты пашней [4].
Для территории южно-таежного западного Прикамья характерны относительно однородные природные условия. Если западные и центральные регионы Восточно-Европейской равнины в их современном виде сформировались под влиянием серии плейстоценовых оледенений, обусловивших гетерогенность и разновозрастность ландшафтов, то юго-восток таежной зоны Восточно-Европейской равнины не подвергался оледенению в плейстоценовый период, а потому характеризуется преимущественно доледниковой литогенной основой. Даже самое мощное Днепровское оледенение доходило в западном Прикамье лишь до 59°10'-59°20' с.ш. [5], тогда как южная тайга расположена здесь между 57°30' и 59°20' с.ш. Таким образом, это единственный таежный (южно-таежный) регион в лесной зоне Европы, который непрерывно эволюционирует с дочетвертичного времени и отличается самыми древними ландшафтами.
Территория представляет собой волнистые и холмисто-увалистые денудационно-аккумулятив-ные равнины, сложенные пермскими мергелями, глинами и известняками, перекрытыми с поверхности покровными суглинками различной мощности, а также элюво-делювием коренных пород. На покровных суглинках развиты почвы дерново-подзолистого типа, среди которых пятнами на элювиальных и делювиальных отложениях коренных пород формируются почвы дерново-карбонатного типа. Растительность представлена хвойными и хвойно-лиственными лесами, в значительной мере вторичными.
Несмотря на относительно небольшую протяженность территории исследований с севера на юг среднегодовая температура в Кудымкаре (бассейн Иньвы) равна+1.1°С, а безморозный период, как правило, длится 100 дней, в то время как среднегодовая температура в Верещагино (бассейн Обвы) равна +1.5°С, а безморозный период равен в среднем 115 дням. Согласно [6], по данной территории проходит очень важный агроклиматический рубеж: граница холодного и умеренного поясов. Критерий выделения поясов - соотношение
сумм активных (^ ^ > 10°) и отрицательных температур (^ ^ < 0°) воздуха, накопленных за год. К
югу от этой границы первый параметр превышает второй по абсолютной величине, к северу ситуация обратная. Исследуемая территория делится этой границей на две более или менее равные части: северную и южную, или соответственно на
бассейн Иньвы и бассейн Обвы (рис. 1). Таким образом, наличие существенных климатических различий и важного агроклиматического рубежа в условиях природной и экономической однородности делает данную территорию многообещающим объектом для анализа воздействия именно климатических изменений.
Аграрное освоение таежных притоков р. Кама произошло, когда туда во второй половине первого тысячелетия нашей эры переселилось земледельческое население из расположенного южнее бассейна нижней Камы в ответ на усиление внешней угрозы со стороны степных скотоводов-кочевников в результате Великого переселения народов [7]. В ходе аграрного освоения в этом регионе сформировались своеобразные агрогеосистемы -поречья, для которых характерны массивы сельскохозяйственных земель, приуроченные к долинам малых рек, отчетливо выделяющиеся на космических снимках. Выделение поречий в особый тип агрогеосистем связано с выборочным и очаговым характером использования природных комплексов в южно-таежной зоне, так что значительные пространства залесенных междуречий, не используемых в земледелии, естественным образом разделяют интенсивно окультуренные агрогеосистемы. Поречья формировались в таких условиях природной среды, где лишь долинные природно-территориальные комплексы (ПТК) могли быть использованы в сельском хозяйстве, в то время как окружающие их таежные междуречья были не пригодны для сельскохозяйственного освоения (что справедливо до сих пор) и малодоступны, о
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.