УДК 630*114.7:551.508.826
Концептуальный подход к использованию вегетационного индекса для оценки деградации засушливых земель
Н. Г. Харин*, И. Г. Грингоф**
Для оценки и картографирования процесса опустынивания, превратившегося в глобальный, широко используются материалы космических съемок. К ним относится, в частности, вегетационный индекс (ВИ — ЫОП), рассчитываемый по материалам съемки со спутника "МОАА/АУНШ". Этот показатель является эффективным критерием для оценки деградированных земель. Предлагается концепция применения вегетационного индекса для изучения современного состояния и темпов деградации земель. Она включает выбор оптимального сезона космической съемки для ряда регионов России, установление корреляции между вегетационным индексом и степенью деградации земель, классификацию космического изображения и его интерпретацию на ландшафтной основе. Рассматривается ряд примеров применения указанной методики.
Объемы изъятия природных ресурсов для нужд человеческого сообщества ежегодно возрастают, приводя к нарушению процессов саморегулирования и равновесия, свойственных природе. Процессы опустынивания активно развиваются во многих регионах мира, охватывая все природные зоны, все агрессивнее проникая в умеренные широты, включая высокогорные области континентов. Но особенно интенсивно опустынивание развивается в засушливых и полузасушливых регионах мира, экосистемы которых наиболее чувствительны к влиянию экстремальных условий и усилению антропогенного давления [3]. Ярким примером экологической катастрофы XX века является развитие процессов опустынивания в бассейнах Аральского и Каспийского морей и озера Балхаш.
В России процессы опустынивания, рассматривавшиеся ранее как локальные явления деградации пастбищ, стали причиной потери значительных площадей сельскохозяйственных угодий, сокращения продуктивности биомассы и биоразнообразия, в первую очередь, в южных регионах страны. В России, по разным оценкам, около 100 млн. га сельскохозяйственных угодий подвержены опустыниванию или потенциально опасны в этом отношении. Развитие процессов опустынивания отмечается в 35 субъектах Российской Федерации, где проживает около половины населения страны и производится более 70% сельскохозяйственной продукции [2].
* Центр по проблемам экологии и продуктивности лесов Российской академии наук.
** Всероссийский научно-исследовательский институт сельскохозяйственной метеорологии.
Для оценки процессов деградации земель предложены разные методологические подходы и концепции. Если раньше эти процессы рассматривались отдельно почвоведами, пастбищеведами, агрометеорологами и биологами, то в последние годы наиболее оправданным является комплексный подход. Этот подход закреплен в Международной конвекции по борьбе с опустыниванием (КБО), принятой международным сообществом в 1994 г. КБО подписали более 160 стран мира, но Российская Федерация, к сожалению, пока не присоединилась к этой конвенции. КБО определяет опустынивание как "деградацию земель в засушливых, полузасушливых и сухих субгумидных районах в результате действия разных факторов, включая изменение климата и деятельность человека" [4]. В тексте конвенции "земля" означает земную биопродуктивную систему, включающую почвы, воду, растительность, а также экологические и гидрологические процессы, происходящие внутри этой системы. В этом заключается существенное различие этого концептуального подхода от более ограниченной глобальной оценки деградации почв, предлагаемой системой GLASOD [11], не имеющей четких количественных критериев, не учитывающей деградацию растительного покрова и относящей пустыни к непродуктивным, "неиспользуемым пустошам". Однако хорошо известно, что в пустынях, на естественных пастбищах выпасаются миллионы голов скота, развиты уникальные отрасли животноводства — каракулеводство и верблюдоводство.
Для оценки и картографирования процессов опустынивания была предложена современная методика, разработанная международными организациями — ФАО и ЮНЕП [13, 14]. Эта методика общепризнанна и с небольшими изменениями применяется во многих странах мира. Из последних работ, посвященных картографированию опустынивания, отметим публикацию, касающуюся Азии [9], и специальное исследование, посвященное одному из регионов России [1]. В указанных публикациях применялся концептуальный подход, предложенный ФАО/ЮНЕП, а критерии опустынивания учитывали местные условия.
Согласно концепции ФАО/ЮНЕП выделяются типы, классы и аспекты опустынивания [14]. Типы опустынивания включают типы деградации земель: водная эрозия, ветровая эрозия, засоление почв, коркообразование и уплотнение почв, сокращение органического вещества в почве, наличие токсичных веществ и деградацию растительного покрова. Эти типы деградации земель рекомендуется оценивать по 4 классам опустынивания: слабое, умеренное, сильное, очень сильное. К аспектам опустынивания относятся: современное состояние (СС), темпы опустынивания или скорость процесса (ТО), внутренняя опасность опустынивания (BOO), включающая свойства ландшафта, характеризующие его стабильность при деградации; влияние животных на природную среду (ВЖ), определяемое количеством выпасаемого скота на единице площади; влияние плотности населения (ПН), определяемое по числу жителей сельской местности на 1 км2. Суммарная опасность опустынивания (СОО) охватывает все аспекты опустынивания, тогда:
СОО = СС + ТО + BOO + ВЖ + ПН.
Таблица 1
Определение суммарной опасности опустынивания (СОО) [14]
Класс Баллы Суммарный индекс
опустынивания сс то воо вж ПН сумма среди«
баллов значение
Слабое 3 3 3 4 2 <30 ¿6,0
Умеренное 6 6 6 8 4 31—45 6,1
Сильное 12 12 12 15 8 46—60 9,1—12,0
Очень сильное 18 18 18 25 12 >60 >12,0
Для определения СОО рекомендуется использовать табл. 1, в которой степень влияния каждого аспекта определена эмпирически и выражается в баллах.
Следует отметить, что критерии опустынивания носят региональный характер и могут включать разные характеристики. В качестве примера приведем критерии, применявшиеся для оценки опустынивания Прикаспийского региона [1]:
1. Деградация растительного покрова — растительного сообщества, сокращение проективного покрытия (%) почвы растительностью, сокращение запаса (%) кормов на пастбищах;
2. Ветровая эрозия — наличие язв дефляции (%), задернованность почвы (%), проективное покрытие (%) почвы кустарниками и полукустарниками;
3. Водная эрозия — тип эрозии, смыв (см) поверхностного горизонта почвы, площадь (%) промоин и оврагов, снижение (%) проективного покрытия почвы растительностью;
4. Техногенное опустынивание — вырубка (% общей площади) деревьев и кустарников, нарушение (%) дернины, площади (%) с техногенными нарушениями;
5. Засоление орошаемых земель — степень (плотный остаток, %) засоления, сумма (%) токсичных солей, химизм засоления при орошении, площади (%), на которых развито засоление, снижение (%) урожая сельскохозяйственных культур.
Какие же территории следует считать засушливыми? По определению, принятому в Конвенции по борьбе с опустыниванием [4], "засушливые, полузасушливые и сухие субгумидные районы означают районы, помимо полярных и субполярных районов, в которых отношение среднего ежегодного уровня суммы осадков (Р, мм) к потенциальной эвапотранспирации (PET, мм) колеблется в диапазоне от 0,05 до 0,65".
Согласно этой классификации, во Всемирном атласе опустынивания [17] была опубликована карта аридных зон мира, на которой были выделены следующие зоны:
— экстрааридная (Р/РЕТ < 0,05);
— аридная (0,05 5 Р/РЕТ < 0,20);
— семиаридная (0,20 < Р/РЕТ < 0,50);
— сухая субгумидная (Р/РЕТ > 0,50).
Эта классификация удобна и объективна в применении к данным отдельных метеорологических станций. Но в указанном атласе приведены
карты аридных зон мира, границы которых проведены методом графической экстраполяции, что стало причиной искажения зональных границ в отдельных регионах мира. Так, например, на территории зоны пустынь Средней (ныне Центральной) Азии граница между аридной и семиаридной зонами проходит на карте не в широтном, а в долготном направлении, примерно по меридиану 65° в. Территория к западу от этого меридиана отнесена к аридной зоне, к востоку — к семиаридной зоне. Это противоречит фактически существующей зональной границе.
Очевидно, более правильно составлять карту районирования по ландшафтным признакам с учетом количества выпадающих осадков. На такой карте, составленной по территории засушливых земель Азии [5], были выделены следующие зоны:
1. Семиаридные территории — низкие и высокие равнины с ежегодным количеством осадков 400—250 мм и с полупустынными типами почв и растительности;
2. Аридные территории — низкие и высокие равнины с ежегодным количеством осадков 250—50 мм и с полупустынными типами почв и растительности;
3. Экстрааридные территории — низкие и высокие равнины с ежегодным количеством осадков менее 50 мм, с фрагментами примитивных почв и редкой пустынной растительностью.
Используя эту классификацию, авторы монографии [9] определили площади засушливых земель Азии, при этом горные районы были отнесены к территориям, расположенным внутри аридной зоны Азии:
Категория земель Семиаридная Аридная Экстрааридная Горы Площадь
юи2 3040189 7 294219 1 194 563 401 148
% 25,49 61,14 10,01 3,36
Эта же классификация применялась и при составлении упомянутой выше карты опустынивания засушливых земель Азии.
Климатическая составляющая процесса опустынивания должна учитываться в оценках деградации засушливых земель. При этом следует различать три отдельных феномена [10]:
1. Аридизацию, как длительный процесс иссушения, который может длиться десятки, сотни или даже тысячи лет;
2. Засуху, как кратковременное природное явление;
3. Опустынивание, как процесс антропогенной деградации земель.
Для оценки и картографирования процессов опустынивания широко
применяются дистанционные методы — от крупномасштабных аэроснимков до космических снимков низкого разрешения. Последние можно использовать для оценки опустынивания на глобальном и региональном уровнях и для ретроспек
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.