УДК 631

ОЦЕНКА ЭКОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ЕСТЕСТВЕННЫХ КОРМОВЫХ УГОДИЙ КАЗАХСТАНА

Муратова Н.Р.1, Бекмухамедов Н.Э.1
1Институт космических исследований имени академика У.М.Султангазина

Аннотация
Статья посвящена оценке экологического состояния естественных кормовых угодий Казахстана.

Ключевые слова: кормовые угодия, оценка экологического состояния


ASSESSING THE ENVIRONMENTAL STATUS OF NATURAL GRASSLAND IN KAZAKHSTAN

Muratova N.R.1, Bekmuhamedov N.E.1
1Institute for Space Research named after academician U.M. Sultangazin.

Abstract
The article is about assessing the environmental status of natural grassland in Kazakhstan.

Рубрика: Общая рубрика

Библиографическая ссылка на статью:
Муратова Н.Р., Бекмухамедов Н.Э. Оценка экологического состояния естественных кормовых угодий Казахстана // Сельское, лесное и водное хозяйство. 2013. № 1 [Электронный ресурс]. URL: http://agro.snauka.ru/2013/01/864 (дата обращения: 30.04.2017).

За последние годы в Казахстане отмечается рост поголовья скота, что   обусловливает необходимость систематического наблюдения за состоянием   пастбищных угодий, получения оперативной информации о направлении и масштабах происходящих в них изменений. На современном техническом уровне  проблема получения информации о состоянии естественных кормовых угодий решается с применением дистанционных методов, позволяющих оперативно получать достаточно полный объем сведений о состоянии пастбищных экосистем на обширной территории республики. Космические снимки, обладая значительной обзорностью и информативностью, позволяют объективно оценить обстановку и принять эффективные меры, направленные на сохранение природных кормовых угодий и их рациональное использование. Для калибровки данных дистанционного зондирования, разработки методов тематического дешифрирования растительности пастбищ и интерпретации космических изображений в институте космических исследований Казахстана развернуты подспутниковые исследования.  

 На первом этапе работ были разработаны методические основы подспутниковых наблюдений растительного покрова, определены  дистанционные индикаторы экологического состояния пастбищ,   

Для выбора  репрезентативных участков наблюдений  было проведено специальное эколого-геоботаническое районирование территории Казахстана. Для каждого округа отмечены места расположения преобладающих (менее всего нарушенных) коренных типов сообществ кормовых угодий, которые можно рассматривать в качестве эталонов при определении экологической нарушенности растительного покрова .

На основе анализа особенностей спектральных характеристик естественной растительности были выбраны наиболее информативные периоды проведения подспутниковых наблюдений за растительностью пастбищ. Для получения достоверной наземной информации, используемой для калибровки и интерпретации ДДЗ,  графики наземных наблюдений привести в соответствие с датами космических съемок. При оценке биомассы растительного покрова, рекомендовано ориентироваться на установленные пики максимумов урожайности растительности по сезонам; анализировать количественные показатели веса в сыром и в воздушно-сухом виде.

 Среди важных дистанционных индикаторов в характеристике экологического состояния фитоценозов, регламентирующих ресурсы  пастбищ аридной зоны, является сбитость (пастбищная дигрессия) растительного покрова. Поэтому в процессе экспериментальных работ были разработаны методы индикации этого показателя по материалам разномасштабной космической  съемки и оценена их достоверность. В основу всех разработок положен принцип двухуровневого изучения объекта: космическая съемка и подспутниковые  наземные наблюдения на тестовых участках. Различный уровень генерализации, присущий каждой из этих ступеней, позволяет с максимальной степенью достоверности дешифрировать  данные спутниковой информации, классифицировать объекты и происходящие процессы. Самым агрессивным фактором в процессе деградации  естественных кормовых угодий является пастбищная дигрессия – постепенное изменение растительного сообщества под воздействием чрезмерной или долговременной пастбищной нагрузки. Для   диагностики этих изменений  нами проводятся специальные подспутниковые исследования, в ходе которых при наземном обследовании и спектрометрировании отмечаются различные стадии дигрессии пастбищ.  Хорошо различима на космических снимках различного масштаба самая высокая ступень пастбищной дигрессии – сбой растительного покрова  вокруг колодцев, летовок, зимовок и поселков, что проявляется в спектральном почерке земной поверхности.

Одной из основных задач обработки данных спутникового  мониторинга является идентификация кормовых угодий, определение их состояния и урожайности. Требуемая информация в необходимых объемах может быть получена только на основе совместной интерпретации данных дистанционного зондирования и наземных наблюдений и измерений.

  Помимо сбитости растительного покрова особое внимание в ходе полевых работ было уделено определению общего проективного покрытия ОПП. Данный фактор имеет значение не только как показатель нарушенности естественной растительности, но также характеризует вклад почвенного сигнала в спектральный образ изучаемой территории. Так, при незначительной урожайности пустынных пастбищ (0,1-1ц/га) величины зеленой массы явно недостаточно для того, чтобы она проявилась в кривой спектрального почерка, который в этом случае характеризует сероземы или пески.  

Общее проективное покрытия почвы растениями ОПП в ходе полевых исследований   определяется экспертами визуально.  В камеральный период для определения проективного покрытия по многоспектральным спутниковым данным был разработан специальный алгоритм автоматического определения ОПП, включающий  следующие действия:

1) получение многоспектральных изображений на район работ;

2) проведение неконтролируемой классификации (алгоритмы: К – средних, ISODATA);

3) постклассификационную обработку для алгоритма ISODATA;

4) расчет проективного покрытия для тестовых участков.

В качестве примера приводим определение ОПП на тестовом участке, расположенном в грядово-бугристых песках Сарытаукум  полигона «Базой» (рис 1), на котором согласно экспертному определению ОПП  составляет от 20 до 30%.

Снимок Landsat за 04.05.2011г.

Результаты классификации

Рис.1 Результаты автоматического определения общего проективного покрытия тестового участка: растения – 23 %, не растения – 77 %.

Сравнивая результаты определения общего проективного покрытия по наземным и спутниковым данным  можно отметить, что предлагаемая технология позволяет  рассчитать ОПП по космическим снимкам с высокой долей вероятности.  

 Наиболее значимым дистанционно определяемым индикатором экологического состояния пастбищ является продуктивность естественной растительности или объем ее фитомассы.  

В результате наземных исследований получены  оригинальные данные о спектральных свойствах растительного покрова различных типов пастбищ. Отбор образцов на определение величины зеленой биомассы позволил сравнить спектральные подчерки одной и той же растительности с различной продуктивность рисунок2.

 Рис. 2  КСЯ луговой растительности с различной                                                                                                                                                 величиной зеленой биомассы, г/м2 

 Проведен сравнительный анализ величины зеленой биомассы растительности со спутниковыми данными TERRA/MODIS и результатами наземных спектрометрических измерений. Получены зависимости вегетационного индекса NDVI и значений спектрального отражения (по 2-му каналу MODIS) от величины зеленой биомассы для разных типов растительности.  Пример для пустынных пастбищ представлен на рисунке 3.

А

В

Рис. 3  Зависимость вегетационного индекса NDVI (А) и спектральных значений  (В) от величины зеленой биомассы для пустынных пастбищ

 

Для расчета продуктивности растительности по спутниковым данным на  следующем этапе мы предлагаем использовать определение коэффициента урожайности  R, который обозначает  зависимость урожая от значений NDVI:

R= (NDVIтек- NDVImax)/ (NDVImax- NDVImin)

Величина сухой биомассы растительности, определяемая в поле несколько отличается от урожайности пастбищ, рассчитанной по ДДЗ.   Получены линейные зависимости расчетной и фактической урожайности для разных типов пастбищной растительности (рисунок 4).

Рис 4.Сопоставление данных продуктивности: наземных и полученных экспериментально.

Разработанная нами методика определения продуктивности естественных кормовых угодий основана на совместном использовании наземных данных, полученных с подспутниковых полигонов, и спутниковой информации.

Таким образом, результаты исследований на подспутниковых полигонах послужили надежной основой для разработки теоретических и практических основ мониторинга естественных кормовых угодий; что позволило разработать методы дистанционной оценки состояния и продуктивности пастбищ и достаточно надежно прогнозировать их урожайность.


Библиографический список
  1. Муратова Н.Р., Северская С.М., Курочкина Л.Я. Методические основы подспутниковых наблюдений растительного покрова. – серия «Казахстанские космические исследования». Том 6: Прикладные космические исследования в Казахстане. Алматы. 2010г. с. 38 – 48.


Все статьи автора «Бекмухамедов Н.Э.»


© Если вы обнаружили нарушение авторских или смежных прав, пожалуйста, незамедлительно сообщите нам об этом по электронной почте или через форму обратной связи.

Связь с автором (комментарии/рецензии к статье)

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться, чтобы оставить комментарий.

Если Вы еще не зарегистрированы на сайте, то Вам необходимо зарегистрироваться: