ЛЕСОВЕДЕНИЕ, 2013, № 5, с. 86-96
ОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИ
УДК 528.8
ОЦЕНКА СОСТОЯНИЯ ЛЕСНОГО ПОКРОВА МУРМАНСКОЙ ОБЛАСТИ НА ОСНОВЕ НАЗЕМНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ И ДИСТАНЦИОННОЙ ИНФОРМАЦИИ*
© 2013 г. Т. В. Черненькова1, М. Ю. Пузаченко2, Н. Е. Королева3, Е. В. Басова1
1Центр по проблемам экологии и продуктивности лесов РАН 117 997 Москва, Профсоюзная ул., 84/32 E-mail: chernenkova50@mail.ru 2Институт географии РАН 119017 Москва, пер. Старомонетный, 29 E-mail: puzak@bk.ru 3Полярно-альпийский ботанический сад-институт им. Н.А. Аврорина (ПАБСИ) Кольского научного центра РАН 184209 г. Апатиты, мкр. Академгородок, д.18 E-mail: flora012011@yandex.ru Поступила в редакцию 09.01.2013 г.
В работе представлены результаты оценки пространственной дифференциации лесного покрова с использованием количественных методов анализа полевой, дистанционной и картографической информации. Для выявления ценотического разнообразия лесной растительности применены разные подходы классификации: эколого-доминантный, эколого-топологический и динамический. Интерполяция локальных измерений характеристик растительных сообществ и выделенных син-таксономических единиц на верхние масштабные уровни с использованием данных спектрозо-нальной космической съемки и количественных методов ее обработки позволили сохранить важную информацию о структуре и свойствах растительности. Результатом исследования явились тематические карты отдельных параметров лесного покрова, а также карта растительности центральной части Мурманской области масштаба 1:100 000. Влияние природных и антропогенных факторов среды нашло отражение в сопровождающей карту легенде.
Картографическое моделирование, данные дистанционного зондирования, цифровая модель рельефа, классификация, Мурманская область, бореальные леса, растительный покров.
Современный уровень исследований обусловливает необходимость обработки больших массивов данных, связанных с характеристикой биоразнообразия лесных экосистем. Использование информации дистанционных изображений о структуре и свойствах растительности, в том числе в целях разномасштабного картографирования лесного покрова, все шире используется в отечественной и мировой практике [2, 3, 6, 22, 25, 26]. Современное развитие методов статистического анализа, технических средств измерения и обработки данных позволяют проводить оценку состояния растительного покрова на основе коли-
* Работа выполнена при поддержке программы Президиума РАН "Живая природа: современное состояние и проблемы развития" и РФФИ (№ 11-04-01093 и 07-04-01743).
чественного подхода, что значительно повышает объективность, оперативность и качество анализа.
Изучение локально-региональных особенностей состава и структуры биоценозов сопряжено с получением информации в ходе наземных исследований, преобразованной в дальнейшем в систему верифицирующих характеристик данных дистанционного зондирования (ДДЗ). К настоящему времени в большинстве регионов РФ выполнены значительные объемы ботанических и геоботанических работ, имеющих большую ценность для изучения растительности, но использование их для целей классификации и картографирования затруднено из-за отсутствия первичных данных (геоботанических описаний или сводных таблиц) и географической привязки имеющихся в наличии
описаний. Во многих работах перечислены доминанты и наиболее распространенные виды, однако, как правило, отсутствует информация о составе криптогамного компонента сообществ - а ведь мохообразные и лишайники в большинстве сообществ тундры, лесотундры и северной тайги не только преобладают по числу видов, но и играют существенную биогеоценотическую роль. Другими факторами, препятствующими обобщению материалов, являются неравномерность заложения пробных площадей и недостаточная репрезентативность описаний по объективным (труднодоступно сть) и субъективным (тематический интерес исследователей к определенному спектру сообществ) причинам. Мурманская область, к сожалению, в отношении полноты исследований растительности для целей картографирования не является исключением.
Для Мурманской области существуют единицы опубликованных и относительно современных геоботанических карт в крупном масштабе, и они охватывают лишь наиболее освоенные территории в центре области: это карты растительности Лапландского заповедника масштаба 1: 50 000 [4], повреждений растительности в зоне воздействия комбината "Североникель" масштаба 1: 250 000 [7], состояния растительного покрова для водосбора озера Имандра, отражающая различную степень нарушенности лесов в результате техногенного загрязнения [16], растительности масштаба 1: 50 000 участка в северной лесотундровой части области [10]. Некоторое количество картографических материалов хранится в архивах и практически недоступно для анализа.
При постановке исследований ставилась задача выявления закономерностей пространственно-временной динамики лесов на локальном и региональном уровнях на основе детального изучения состава и структуры лесных сообществ. В работе демонстрируется реализация метода сопряженного анализа результатов наземных исследований и материалов спектрозональной космической съемки на базе статистических методов с целью построения карты растительности территории центральной части Кольского полуострова (бассейн оз. Имандра) масштаба 1:100 000.
ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ
Район исследований (67о50' с.ш., 32о35' в.д.) расположен в Мурманской области в центральной части Кольского полуострова и входит в подзону северной тайги западной части атлантико-аркти-ческой области умеренного пояса. Район характеризуется сильной расчлененностью рельефа,
разнообразием состава почвообразующих пород, высоким ландшафтным и ценотическим разнообразием, что в совокупности с интенсивным антропогенным воздействием обусловило большую пестроту и неоднородность актуального растительного покрова. В окрестностях металлургического комбината в г. Мончегорске наблюдается формирование производных сообществ на разных стадиях дигрессионно-демутационных сук-цессий.
Теоретической основой работы является эко-лого-географический подход, учитывающий ландшафтную структуру территории, естественное разнообразие местообитаний лесов и состав лесного покрова. В качестве источников пространственной информации о состоянии характеристик растительности использованы данные полевых геоботанических описаний, мультиспектральные данные дистанционного зондирования, топографические карты масштаба 1: 50 000 и данные лесной таксации на уровне лесничеств. Последовательность основных этапов работы включала:
1) сбор данных в ходе наземных исследований с фиксацией географических координат;
2) разработка классификации растительных сообществ на основе результатов наземных исследований;
3) подготовка ДДЗ и цифровой модели рельефа (ЦМР) и совмещение с точками полевых описаний;
4) интерполяция тематических классов растительного покрова и его отдельных характеристик на всю исследуемую территорию методом пошагового дискриминантного анализа;
5) векторизация результатов интерполяции классов растительности с удалением единичных объектов и оформление карты.
Полевые геоботанические описания (n =3 61) выполнены в период 2005-2009 гг. по стандартной методике на пробных площадях (20*20 м) с использованием GPS позиционирования. Предварительный выбор положения точек описаний в основных типах природно-территориальных комплексов проведен на основе визуального и количественного (автоматическая классификация) анализа ДДЗ, ЦМР и лесотаксационных данных, предшествующего полевым исследованиям. Оцениваемая площадь модельной территории - около 6700 км2 (рис. 1). Особое внимание при наземных исследованиях уделялось антропогенно-модифицированным сообществам в районе горно-металлургического комбината "Североникель".
зал. Варангерфъорд \
Г/ 4
. . ИЬ п-6в Рыбачий
л \
) залив
У \ о.Кильдин
' . У \
V оСевероморск *>-^1урманск
\
туломское вдхр.
/I
¿г • г
Мончегорск
>ч Серебрянсрое вдхр.
[
}
с
ГУДо 4
\ Апатиты
\ ^ оз. Ловозеро
з. Умбозеро
"Ч
V
7
о Кандалакша \
тж^ \ \ _^
\
Княжегубское вдхр.
\ г
Рис. 1. Район исследования
На основе результатов, полученных в ходе геоботанических описаний, выполнена эколого-фи-тоценотическая классификация, учитывающая структуру и состав фитоценозов, а также количественные соотношения компонентов сообществ (доминантов, содоминантов, экологических групп видов в составе основных ярусов). Основной классификационной единицей являлась группа ассоциаций, объединяющая фитоценозы в сходных условиях местообитаний с определенным набором экобиоморф, включающих общие группы видов коллективных доминантов. Синтаксоны среднего ранга (классы ассоциаций) выделялись по доминирующей группе видов эдификаторных синузий верхнего (древесного) и наземного ярусов, имеющих средообразующее значение и сохраняющих доминирующий статус при всех со-
четаниях видов остальных ярусов. Синтаксоны высшего ранга - формации - выделяли по доминирующему виду или видам древесных растений, типы растительности - по господствующей экобиоморфе. При характеристике организации сообществ выявляли не только доминирующие и диагностические виды, но и полный видовой состав, в том числе мохообразных и лишайников.
Для оценки современного состояния и выделения факторов дифференциации растительного покрова использован подход, интегрирующий наземную и дистанционную информацию. Характеристики биосистем, измеренные при наземных исследованиях, сопоставлялись с муль-тиспектральной дистанционной информацией и параметрами рельефа ("внешние" переменные).
В основе количественной реализации такого подхода лежит пошаговый дискриминантный анализ [14, 15, 19]. Суть метода заключается в подборе взаимно независимых линейных комбинаций "внешних" переменных (данные дистанционного зондирования и параметры рельефа), в наибольшей степени разделяющих классы (группы, типы, градации) оцениваемых в ходе наземных исследований характеристик биосистем. Наличие статистически значимых взаимосвязей между ними и комбинациями "внешних" переменных (осями дискриминантного анализа) позволяет провести интерполяцию класс
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.