04. Оценка природных растительных сообществ с использованием данных дистанционного зондирования Земли в условиях степей Ставропольского края / Ф. В. Ерошенко

Печать

УДК 528.8(470.63)

DOI: 10.15507/2658-4123.032.202203.390-409

Оценка природных растительных сообществ с использованием данных дистанционного зондирования Земли в условиях степей Ставропольского края

Ерошенко Федор Владимирович
заведующий отделом физиологии растений Северо-Кавказского федерального научного аграрного центра (356241, Российская Федерация, г. Михайловск, ул. Никонова, д. 49), доктор биологических наук, ORCID: https://orcid.org/0000-0003-0238-3861, Researcher ID: AAB-4769-2020, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Лапенко Нина Григорьевна
ведущий научный сотрудник лаборатории лугопастбищного кормопроизводства Всероссийского НИИ овцеводства и козоводства филиала Северо-Кавказского федерального научного аграрного центра (356241, Российская Федерация, г. Михайловск, ул. Никонова, д. 49), кандидат биологических наук, ORCID: https://orcid.org/0000-0003-3856-690X, Researcher ID: AAB-5713-2020, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Сторчак Ирина Геннадьевна
старший научный сотрудник отдела физиологии растений Северо-Кавказского федерального научного аграрного центра (356241, Российская Федерация, г. Михайловск, ул. Никонова, д. 49), кандидат сельскохозяйственных наук, ORCID: https://orcid.org/0000-0001-8741-6882, Researcher ID: AAB-4142-2020, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Бильдиева Евгения Александровна
ведущий научный сотрудник лаборатории оценки экологического состояния агроценозов Северо-Кавказского федерального научного аграрного центра (356241, Российская Федерация, г. Михайловск, ул. Никонова, д. 49), кандидат сельскохозяйственных наук, ORCID: https://orcid.org/0000-0003-3049-8199, Researcher ID: AAB-4726-2020, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Костицын Роман Денисович
младший научный сотрудник лаборатории лугопастбищного кормопроизводства Всероссийского НИИ овцеводства и козоводства филиала Северо-Кавказского федерального научного аграрного центра (356241, Российская Федерация, г. Михайловск, ул. Никонова, д. 49), аспирант, ORCID: https://orcid.org/0000-0002-5690-5613, Researcher ID: AGK-3291-2022, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Старостина Мария Александровна
научный сотрудник испытательной лаборатории шерсти Всероссийского НИИ овцеводства и козоводства филиала Северо-Кавказского федерального научного аграрного центра (356241, Российская Федерация, г. Михайловск, ул. Никонова, д. 49), ORCID: https://orcid.org/0000-0003-0086-4258, Researcher ID: AGK-3753-2022, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Аннотация
Введение. Актуальность исследования степных фитоценозов обусловлена неудовлетворительным состоянием природных травостоев: низким биоразнообразием и высокой степенью деградации. Цель работы – установить особенности связи данных дистанционного зондирования Земли с состоянием и степенью деградации естественных травостоев в различных почвенно-климатических зонах Ставропольского края. Данные дистанционного зондирования Земли с определенными временными и пространственными разрешениями позволяют осуществлять практически непрерывный мониторинг состояния природных травостоев.
Материалы и методы. Изучение степных фитоценозов осуществлялось в 2016–2020 гг. наземно на учетных площадках (100 м²) согласно требованиям методик, общепринятых в фитоценологии. Оценка состояния растительности производилась с использованием данных дистанционного зондирования Земли по значениям нормализованного относительного вегетационного индекса. По данным спутника построены картограммы нормализованного относительного вегетационного индекса для каждого пункта исследования.
Результаты исследования. Из числа объектов исследования, расположенных в зоне неустойчивого увлажнения, доля полигонов с сильной степенью деградации составляет 18,8 %, со средней степенью деградации 37,5 %, а в засушливой зоне 70,6 и 23,5 % соответственно. В зоне неустойчивого увлажнения наиболее высокие коэффициенты ранговой корреляции между степенью деградации и площадью, занимаемой травянистой растительностью с определенным значением вегетационного индекса, наблюдаются в случае с нормализованным относительным вегетационным индексом, находящимся в пределах 0,0–0,4, а в засушливой 0,0–0,3 (при уровне значимости 0,01).
Обсуждение и заключение. При использовании данных дистанционного зондирования Земли для оценки степени деградации степных экосистем Ставропольского края необходимо использовать специфические для различных почвенно-климатических условий регрессионные модели.

Ключевые слова: биоразнообразие, вегетационный индекс, деградация, дистанционное зондирование Земли, засушливая зона, картограмма, растительные сообщества

Конфликт интересов: авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Для цитирования: Оценка природных растительных сообществ с использованием данных дистанционного зондирования Земли в условиях степей Ставропольского края / Ф. В. Ерошенко [и др.] // Инженерные технологии и системы. 2022. Т. 32, № 3. С. 390–409. doi: https://doi.org/10.15507/2658-4123.032.202203.390-409

Заявленный вклад соавторов:
Ф. В. Ерошенко – формулирование основной концепции, анализ космоснимков и интерпретация данных, доработка первоначального текста с учетом полученных данных.
Н. Г. Лапенко – проведение исследований, анализ состава природных травянистых сообществ, подготовка начального варианта текста.
И. Г. Сторчак – проведение исследований, получение и обработка данных спутникового мониторинга.
Е. А. Бильдиева – проведение исследований, анализ литературных данных, доработка текста. Р. Д. Костицын – проведение исследований.
М. А. Старостина – проведение исследований.

Все авторы прочитали и одобрили окончательный вариант рукописи.

Поступила 04.04.2022; одобрена после рецензирования 18.05.2022;
принята к публикации 08.06.2022

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Current State and Ways to Save the Steppe Ecosystems of Stavropol / N. Lapenko [et al.] // IAJPS. 2019. Vol. 6, Issue. 3. P. 6329–6336. doi: https://doi.org/10.5281/zenodo.2604260

2. Якутин М. В., Андриевский В. С., Пучнин А. Н. Почвенно-микробиологические и почвенно-зоологические методы в экологическом мониторинге луговых аласных почв Центральной Якутии // Интерэкспо Гео-Сибирь. 2020. Т. 4, № 2. С. 71–77. doi: https://doi.org/10.33764/2618-981X-2020-4-2-71-77

3. Черкашин А. К., Бибаева А. Ю. Натурные и дистанционные исследования и математическое моделирование горностепных экосистем на ландшафтной основе // Аридные экосистемы. 2020. Т. 26, № 4. С. 108–115. URL: https://clck.ru/smaHL (дата обращения: 01.04.2022).

4. Geoinformational Analysis of Desertification of the Northwestern Caspian / K. N. Kulik [et al.] // Arid Ecosystems. 2020. Vol. 10, Issue 2. P. 98–105. doi: https://doi.org/10.1134/S2079096120020080

5. Возможность оценки степени развития растений озимой пшеницы в период «всходы – кущение» по данным дистанционного зондирования Земли / И. Г. Сторчак [и др.] // Инженерные технологии и системы. 2021. Т. 31, № 1. С. 21–36. doi: https://doi.org/10.15507/2658-4123.031.202101.021-036

6. Михайленко И. М., Тимошин В. Н. Оценивание параметров состояния агроценозов по данным дистанционного зондирования Земли // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2021. Т. 18, № 4. С. 102–114. doi: https://doi.org/10.21046/2070-7401-2021-18-4-102-114

7. Шарый П. А., Шарая Л. С., Сидякина Л. В. Связь NDVI лесов и характеристик климата Волжского бассейна // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2020. Т. 17, № 4. С. 154–163. doi: https://doi.org/10.21046/2070-7401-2020-17-4-154-163

8. Раевский Б. В, Тарасенко В. В., Петров Н. В. Оценка современного состояния и динамики растительных сообществ Онежского полуострова по разновременным спутниковым снимкам Landsat // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2021. Т. 18, № 5. С. 145–155. doi: https://doi.org/10.21046/2070-7401-2021-18-5-145-155

9. Саинчук А. М., Стекольников К. Е. Влияние антропогенной эволюции на потенциальное плодородие чернозема обыкновенного в условиях каменной степи // Вестник Воронежского государственного аграрного университета. 2020. Т. 13, № 4. С. 220–227. doi: https://doi.org/10.17238/issn2071-2243.2020.4.220

10. Goleusov P., Lisetskii F. Variants of Post-Agrogenic Soil Reproduction in Agrolandscapes (a Case Study in Belgorod Region) [Электронный ресурс] // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. The VIII Congress of the Dokuchaev Soil Science Society (19–24 July 2021). Vol. 862. Syktyvkar, 2021. doi: https://doi.org/10.1088/1755-1315/862/1/012096

11. Чибилев (мл.) А. А., Чибилев А. А. Современное состояние и проблемы модернизации природно-экологического каркаса регионов степной зоны Европейской России // Юг России: экология, развитие. 2019. Т. 14, № 1. С. 117–125. doi: https://doi.org/10.18470/1992-1098-2019-1-117-125

12. Пашков С. В., Мажитова Г. З. Агрогенная деградация лесостепных ландшафтов СевероКазахстанской области // Ученые записки Крымского федерального университета имени В. И. Вернадского. География. Геология. 2019. Т. 5, № 1. С. 140–152. URL: https://clck.ru/smiRE (дата обращения: 01.04.2022).

13. Кужугет С. К.-О. Влияние животноводства на пастбищные ландшафтно-геоэкологические системы Тувы // Вестник Тувинского государственного университета. Естественные и сельскохозяйственные науки. 2021. № 4. С. 56–63. URL: https://clck.ru/sn49g (дата обращения: 01.04.2022).

14. Changes in the Soil Microbial Communities of Alpine Steppe at Qinghai-Tibetan Plateau under Different Degradation Levels / H. Zhou [et al.] // The Science of the Total Environment. 2019. Vol. 651, Part 2. P. 2281–2291. doi: https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2018.09.336

15. Методы повышения продуктивности аридных пастбищ / В. Г. Гребенников [и др.] // Аграрная наука. 2020. № 9. С. 70–73. doi: https://doi.org/10.32634/0869-8155-2020-341-9-70-73

16. The Effects of the Aridity Phenomenon Intensification on the Vegetal Land Cover in the Eastern Romanian Plain / A. G. Vrinceanu [et al.] // 18^th International Multidisciplinary Scientific Geo Conference SGEM 2018: Conference Proceedings (02–08 July 2018). Albena : STEPH 92 Technologies LLC, 2018. P. 543–550. doi: https://doi.org/10.5593/sgem2018/3.2/S13.071

17. Observed Ecological Communities are Formed by Species Combinations That are among the Most Likely to Persist under Changing Environments / L. Medeiros [et al.] // The American Naturalist. 2021. Vol. 197, Issue 1. P. 17–29. doi: https://doi.org/10.1086/711663

18. Проблемы адаптации степного землепользования к антропогенным и климатическим изменениям (на примере Оренбургской области) / Ю. А. Гулянов [и др.] // Известия Российской академии наук. Серия географическая. 2022. Т. 86, № 1. С. 28–40. doi: https://doi.org/10.31857/S258755662201006X

19. Ильина Л. П., Сушко К. С. Современные проблемы деградации сухостепных почв долины Маныч // Биосфера. 2019. Т. 11, № 3. С. 120–127. URL: https://clck.ru/sn8We (дата обращения: 01.04.2022).

20. Зверева Г. К., Сыева С. Я., Карнаухова Н. А. Оценка состояния растительности на природных кормовых угодьях Горного Алтая // Вестник НГАУ (Новосибирский государственный аграрный университет). 2019. № 1. С. 116–125. doi: https://doi.org/10.31677/2072-6724-2019-50-1-116-125

21. Балыкин С. Н., Пузанов А. В., Рождественская Т. А. Трансформация криоаридных почв Самахинской степи под влиянием сельскохозяйственного использования // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. 2018. № 9. С. 72–80. URL: https://clck.ru/snBVn (дата обращения: 01.04.2022).

22. Причинно-следственный анализ деградации экосистем бассейна Байкала на основе долговременного мониторинга сети модельных полигонов / С. Н. Бажа [и др.] // Аридные экосистемы. 2021. Т. 27, № 2. С. 12–25. URL: https://clck.ru/snC5N (дата обращения: 01.04.2022).

23. Богданов Е. А., Климанова О. А., Гунин П. Д. Природные предпосылки и антропогенные факторы трансформации растительного покрова в пастбищных ландшафтах центральной Монголии // Известия Русского географического общества. 2019. Т. 151, № 3. С. 55–72. doi: https://doi.org/10.31857/S0869-6071151355-72

24. Фетисов Д. М., Жучков Д. В., Горюхин М. В. Оценка уровня озеленения города Биробиджана с применением мультиспектральных данных // Биосфера. 2021. Т. 13, № 4. С. 170–179. doi: https://doi.org/10.24855/biosfera.v13i4.648

25. Информационное обеспечение современных систем земледелия в России / В. П. Якушев [и др.] // Вестник Российской академии наук. 2021. Т. 91, № 8. С. 755–768. doi: https://doi.org/10.31857/S0869587321080090

26. Каверин Д. А., Панюков А. Н., Пастухов А. В. Анализ дистанционных спектральных индексов при исследовании сукцессий тундровой растительности в постагрогенных биогеоценозах // География и природные ресурсы. 2022. Т. 43, № 1. С. 121– 131. doi: https://doi.org/10.15372/GIPR20220113

27. RS-Based Monitoring of NDVI Spatial Variations: A Case Study of Typical Grasslands on Mongolian Plateau / Tangkesi [et al.] // Nature of Inner Asia. 2019. Issue 2. P. 69–86. doi: https://doi.org/10.18101/2542-0623-2019-2-69-86

28. Мониторинг состояния земледельческих угодий степной и лесостепной зон России с использованием современных информационных технологий / Ю. А. Гулянов [и др.] // Вопросы степеведения. 2021. № 4. С. 75–81. doi: https://doi.org/10.24412/2712-8628-2021-4-75-81

29. О применении NDVI для мониторинга состояния степных и пустынных экосистем Гоби / П. Д. Гунин [и др.] // Аридные экосистемы. 2019. Т. 25, № 3. С. 45–52. URL: https://clck.ru/snJQ5 (дата обращения: 01.04.2022).

30. Возможности дистанционной оценки состояния и степени деградации природных кормовых угодий / Ф. В. Ерошенко [и др.] // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2018. Т. 15, № 7. С. 53–66. doi: https://doi.org/10.21046/2070-7401-2018-15-7-53-66

31. Do Vegetation Indices Provide a Reliable Indication of Vegetation Degradation? A Case Study in the Mongolian Pastures / A. Karnieli [et al.] // International Journal of Remote Sensing. 2013. Vol. 34, Issue 17. P. 6243–6262. doi: https://doi.org/10.1080/01431161.2013.793865

32. Работнов Т. А. К методике наблюдения над травянистыми растениями на постоянных площадках // Ботанический журнал. 1964. Т. 36, № 6. С. 47–50.

33. Лапенко Н. Г., Ерошенко Ф. В., Сторчак И. Г. Растительность степных фитоценозов и особенности ее вегетации в условиях Ставропольского края // Аграрный вестник Урала. 2020. № 2. С. 9–17. doi: https://doi.org/10.32417/1997-4868-2020-193-2-9-19

Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.