Scientific journal

Modern problems of science and education

ISSN 2070-7428

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 1,006

Введение

Лесные пожары - неотъемлемая важная составляющая естественных природных процессов, приводящая к смене растительных сообществ и влияющая на распределение и численность животных. В последние годы успешно осуществляется спутниковый мониторинг лесных пожаров [1,3,4]. Динамика лесных пожаров, смена растительного покрова на гарях успешно прослеживается на мультиспектральных космических снимках, сделанных с интервалом в несколько лет [2].

С помощью анализа космических снимков, сделанных в разное время, на разных стадиях пирогенных сукцессий можно количественно оценить изменения в составе древостоя и проследить скорость зарастания гари.

Цель исследования: мониторинг процесса восстановления бореальных светлохвойных лесов после пожара с использованием дешифрирования космических снимков.

Задачи исследований: 1.Оценить процесс зарастания гари на всей площади;

2. Определить масштабы увеличения продуктивности на гари 1985 года спустя 10, 20 лет;

3. Оценить изменения в составе древесных пород по мере зарастания гари.

Материал и методы исследования. В качестве модельной гари нами была выбрана гарь 1985 года, охватившая шестнадцатую часть территории заповедника на площади 47480 га (рис.1).

Рис. 1. Граница зарастающего пожара 1985 года .

Для анализа изменений, которые произошли на территории, пройденной пожаром, были использованы летние и осенние снимки, сделанные в период с 1995 по 2009 гг. (т.е. в период от 10 до 24 лет после пожара). Всего было использовано 15 космических снимков, полученных со спутников Aster, Landsat, Spot, IRC. Для обработки космических снимков использовался пакет программ ENVI-4.0, ArcView-3.3 c модулями Image Analyst, Spatial Analyst. В качестве показателя, с помощью которого можно измерить ход пирогенной сукцессии, был использован индекс вегетации и показатель изменения оптической плотности (с помощью инструмента «difference» и «тематическая разница»). Кроме того, использовался инструмент «классификация» (с обучением и без обучения) [5]. Пересчет с пикселей на площади производился, исходя из технических характеристик снимков Landsat, Aster, Spot-2, для которых пространственное разрешение составляет 30 метров на пиксель. Один пиксель имеет сторону -30 м, поэтому площадь пикселя- 900 м2 .

Результаты исследования и выводы

1. Определение сомкнутости крон на зарастающей гари 1985 года

С помощью инструмента «difference» была проанализирована густота древостоя на зарастающей гари 1985 года спустя 10 лет после пожара ( на снимке 1995 года). Площади покрытой лесом территории распределились следующим образом:

• открытые пространства и пустоши- 12%;
• редколесья- 43%;
• леса с сомкнутостью крон 20% занимают 26% площади;
• леса с сомкнутостью крон 40 % занимают 8 % площади;
• леса с сомкнутостью крон 60% занимают 10 % площади;
• густые леса (сомкнутость крон больше 60%) занимают 1 % площади.

Спустя 24 года произошло увеличение оптической плотности на снимках в районе зарастающей гари. При этом, с помощью инструмента «difference» можно определить, насколько изменилась оптическая плотность по мере зарастания гари. На рис. 2, табл.2 показано, как происходит зарастание гари .

Рис 2 .Увеличение площадей, занятых лесом на гари 1985 года в период с 1995 по 2009 гг.

Увеличение площадей, занятых разными породами на зарастающей гари 1985 года выглядит следующим образом:

• на 10%- увеличение оптической плотности на площади 30431 га;
• на 30 % -увеличение оптической плотности на площади - 19310 га;
• на 40 % - увеличение оптической плотности на 12781 га;
• на 50 % - увеличение оптической плотности на площади - 9817 га;
• на 70% - увеличение оптической плотности на площади- 4284 га (Табл.2).

2. Изменения продуктивности в процессе зарастания гари 1985 года

За период с 1995 по 2004 гг. на площади, пройденной пожаром, зарегистрировано увеличение продуктивности на 75 % площади. Причем, масштабы увеличения продуктивности были разными:

Изменение индекса вегетации NDVI- во времени. (Общая площадь, взятая для анализа 453033 пикселей или 40773 га).

Увеличение индекса вегетации за период с 1995 по 2004 года.

• На 50% - 11713 пикселей или 1054 га;
• на 40 % - 48083 пикселей или 4350 га;
• На 30 % - 131167 пикселя или 11805 га;
• на 20 % - 257333 пикселей или 23160 га;
• на 10 % - 346865 пикселя или 31218 га.

Рис. 3. Изменение скорости зарастания гари по изменению индекса вегетации.

С помощью инструмента «Разность» можно провести сравнение индекса вегетации на снимках, сделанных в разное время. На месте зарастающей гари происходит увеличение индекса вегетации за счет поросли. При этом, за период с 1995 по 2004 гг. зарастание более плавное, а за период с 2004 по 2009 гг. зарастание стремительное (рис.3).

3. Изменения в породном составе древостоя на гари

Использование инструмента «классификация» на снимках, сделанных с интервалом в 10 лет (1995, 2004, 2008 гг.) позволяет вычленить изменения в породном составе древостоя на месте пожара 1985 года ( спустя 10 и 20 лет со времени пожара).

При этом, с помощью инструмента «тематическая разность» можно определить изменение площадей занимаемых разными породами.

Если на снимке 1995 года площадь пустошей и редколесий составляет 20514 га , то на снимке 2004 года площадь пустошей и редколесий уменьшилась до 17833 га, а в 2008 году до 13835 га - за счет зарастания порослью лиственницы, березы и сосны (Табл.1). А площадь, занимаемая лиственничниками, увеличилась с 15900 га в 1995 году до 22774 га в 2008 году. Площадь березняков увеличилась с 4467 га в 1995 году до 7083 га в 2008 году (Табл.1, рис 4-6).

Рис. 4. Динамика изменения лиственничников на зарастающей гари 1985 года.

Рис. 5. Динамика изменения площадей пустошей и редколесий на зарастающей гари 1985 года.

Рис. 6. Динамика изменения площадей березняков на зарастающей гари 1985 года.

Таким, образом, с использованием космических снимков исследуемой территории, сделанных в интервале 15 лет (с 1995-2009 гг) удалось проследить динамику зарастания гари на месте пожара 1985 года. Показано, на каких площадях и в каких масштабах происходит зарастание пустошей и редколесий, образовавшихся на месте пожара, за счет поросли лиственницы, березы и сосны. Показано, как и в каких масштабах произошло увеличение продуктивности лесов по мере зарастания гари, на каких площадях произошло изменение состава древесных пород.

Таблица 1

Изменения породного состава древостоя на зарастающей гари 1985 года. Тематическая разность относительно классификации гари на снимке 1995 года.

Таблица 2 .

Изменение площадей, занятых древесными породами за период с 1995 по 2009 гг. на зарастающей гари 1985 года.

Работа выполнена при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (проект № 13-05-00120)

Рецензенты:

Брагина Т.М., д.б.н., профессор кафедры ботаники и зоологии факультета естественнонаучного и математического образования Южного Федерального Университета, г. Ростов-на-Дону.

Исаев А.П., д.б.н., заведующий лабораторией мерзлотного лесоведения Института биологических проблем криолитозоны СО РАН, г. Якутск.