ГЕОИНФОРМАЦИОННЫЙ АНАЛИЗ УСЛОВИЙ ФОРМИРОВАНИЯ РАСТИТЕЛЬНОГО ПОКРОВА ЗАВОЛЖСКОЙ ЛЕСОСТЕПИ В ГОЛОЦЕНЕ
GIS-BASED ANALYSIS OF THE FOREST-STEPPE VEGETATION COVER FORMATION CONDITIONS IN VOLGA-KAMA REGION IN GOLOCENE
Д.С. Шакирзянов, Г.А. Шайхутдинова
D.C. Shakirzyanov, G.A. Shaykhutdinova
Казанский (Приволжский) федеральный университет
(Россия, 420008, РТ, г. Казань, ул. Кремлевская, 18)
Kazan (Volga region) Federal University
(Russia, 420008, RT, c. Kazan, Kremlyovskaya St., 18)
e-mail: dima968@gmail.com, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.">shga@ksu.ru
История освоения человеком территорий и пространственный анализ биогеоценотических данных – современное направление в экологии и географии, опирающееся на мощный инструментарий в виде географо-информационных систем (ГИС). Целью работы является поиск инструментов обобщения данных для реконструкции ландшафтной обстановки прошлого и ее картографической визуализации на примере территории Республики Татарстан.
The history of lands’ developing by a man and spatial analysis of biogeocenotic data is a modern field in ecology and geography that is based on powerful tools known as geo-information systems (GIS). The goal of the work is to find instruments of data generalization for reconstruction of the landscape setting in the past and its cartographic visualization on the example of the republic of Tatarstan area.
Истории развития фауны и флоры посвящено большое число работ, в которых содержится огромный фактический материал, касающийся географического распространения и экологических особенностей современных и вымерших видов [7]. Сделано много попыток обобщить этот фактический материал и представить, какова была биоценотическая обстановка и климатические условия прошлого, выяснить причины вымирания ряда видов и экологических форм животных и растений, а также проанализировать пути развития современной фауны и флоры и формирования современной природной зональности.
Изучению биогеоценотического покрова в целом посвящено не так много работ. По мнению С.А. Турубановой [7], причины такого положения дел кроются в отсутствии общепринятой теории организации биогеоценотического покрова как современной, так и предшествующих геологических эпох, а также в неполноте палеонтологических данных и в их разобщенности в связи со слабым развитием согласованных и совместных палеоботанических, палеозоологических и археологических исследований.
Опираясь на мнение Д.С. Коробова [6], можно также добавить, что у нас в стране практически отсутствуют и теоретические работы по использованию ГИС в качестве инструмента для анализа и моделирования исторических данных. Поэтому насущной задачей остается адаптация и использование ГИС применительно к реконструкции палеоландшафтов, восстановлению ареалов видов и биогеоценотического покрова в целом, изучению динамики их основных характеристик. Пространственный ГИС-анализ позволяет по-новому взглянуть на археологические памятники и смоделировать их хозяйственную округу [6], что дает возможность моделирования антропогенного воздействия на биоту в прошлом и нанесения результата моделирования на карты. Подобные оценочные карты, в свою очередь, полезны при проведении экологического и географического анализа распространения биот и сообществ.
Геоинформационный анализ позволяет перейти от описательных методов к визуализации данных, комплексно взглянуть на изучаемые объекты. Основой моделирования может служить комплексное использование возможностей ГИС; материалы дистанционного зондирования; картографические данные; статистические показатели; специально проводимые полевые исследования и съемки, в т.ч. археологические; текстовые источники; использование данных стационарных измерительно-наблюдательных сетей и многое другое.
Лесостепь входит в сложную ландшафтно-экологическую систему бореального экотона – в пределах Волжского бассейна в эту переходную полосу включены также подзона южной тайги, зона подтайги, подзона широколиственных лесов и подзона северной степи [5]. Формирование этой системы обусловлено важнейшим для структуры и функционирования растительных сообществ климатическим рубежом – переходом значения гидротермического коэффициента через единицу. Таким образом, широколиственные леса, один из ведущих зональных типов растительного покрова лесостепи, находятся в условиях все возрастающего к югу дефицита влаги, что является решающим фактором их потенциальной неустойчивости при колебаниях климата и хозяйственном освоении земель.
Поиск инструментов обобщения данных для реконструкции ландшафтной обстановки прошлого и ее картографической визуализации на примере региона заволжской лесостепи в границах Республики Татарстан проводился в двух направлениях:
Моделирование климатической обстановки проведено с помощью базы данных свободного доступа WorldClim (http://www.worldclim.org/) - набора современных глобальных климатических данных, которые могут применяться для экологического моделирования и создания климатических карт с учетом цифровой модели рельефа (ЦМР) территорий. Если допустить, что рельеф, будучи одним из наиболее консервативных компонентов ландшафта, сохраняет сформировавшиеся в ранних периодах голоцена основные черты, то для визуализации климатической обстановки прошлого можно рассчитать отклонения основных климатических характеристик и трансформировать современные карты в ретроспективные.
По мнению А.А. Величко [4]: «…все крупномасштабные колебания климата в позднеледниковье и голоцене носили глобальный характер и выражены с замечательной синхронностью, но с различной амплитудой в разных частях Северной Евразии». На основе анализа материалов различных палеоклиматологических и палеогеографических исследований, связанных с индикацией колебаний местного климата в голоцене, выделено несколько периодов с наиболее выраженными индивидуальными чертами климата, порой сопровождающиеся заметным антропогенным преобразованием облика ландшафтов. Например, средневековый оптимум голоцена (конец IX-начало XIII в.), который совпадает со временем расцвета Волжской Булгарии (IX – XIII в. н.э.) в Среднем Поволжье.
Визуализация биоклиматических характеристик на основе среднемасштабной ЦМР SRTM3 дала возможность анализа и создания карт фоновых природных условий, определяющих ареалы видов и природный биогеоценотический покров региона в конкретные периоды голоцена, без учета последствий человеческой деятельности.
Оценка пространственной дифференциации хозяйственной нагрузки проведена с использованием геоинформационной археологической базы – векторных слоев, отражающих в виде точечных и площадных объектов археологические находки в базовом масштабе 1:200000, и таблиц с атрибутивной информацией: тип памятника (селища, стоянки, городища, клады и т.п.), датировка, культурная принадлежность и проч.
Человек на территории современного Татарстана известен с рубежа раннего и среднего палеолита (около 100000 лет назад). Однако тысячелетиями малочисленные группы людей, обитание которых было приурочено к речным долинам, а занятия сводились к собирательству и охоте, не оказывали заметного влияния на ландшафты [1]. Воздействие на природную среду, в частности на растительный покров, становится заметным с образованием в начале 2 тыс. до н.э. волго-уральского очага культурогенеза. Первого максимума воздействие достигает в конце IX – начале X веков, когда на Средней Волге и Нижней Каме, включая лесостепные районы современного Татарстана, складывается одно из ранних в Восточной Европе государственных образований, известное в X-XIV вв. под именем Волжской Булгарии. Основу экономического могущества страны составляли высокоразвитое сельское хозяйство (пашенное земледелие, скотоводство) и ремесленное производство. Продукция была рассчитана не только на удовлетворение внутренних потребностей, но и на экспорт [3]. В лесостепном Заволжье сосредоточена почти половина всех известных археологических памятников Булгарии, в том числе 97 городищ. Самым густонаселенным, по сравнению с другими районами страны, является бассейн Малого Черемшана с Биляром – Великим городом в центре [3].
Согласно результатам исследования этнологических материалов представителей разнообразных археологических культур и основных параметров экономик населения, занимающегося земледелием и оседлым скотоводством, археологи [6] оценивают максимальный радиус расположения потенциальных пахотных угодий в 1 км от поселения, пастбищных – в 5 км. Подобное ограничение сельскохозяйственной активности людей вокруг постоянного места жительства соответствует временному лимиту в 1 час пути по непересеченной местности.
Выборки объектов, соответствующих постоянным местам размещения людей (селища, поселения, городища) и датированных определенными историческими периодами (добулгарский, булгарский, золотоордынский период и т.п.) с векторного слоя, позволили провести в среде MapInfo Professional процедуру моделирования потенциальных сельскохозяйственных зон методом построения полигонов Тиссена, предложенным Д.С. Коробовым [6] (рис. 1). Но поскольку результаты моделирования выглядели слишком обобщенными и детерминированными, предложен и опробован подход моделирования вероятности влияния поселений на окрестности с учетом функциональной зависимости между расстоянием и уклоном местности (рис. 2), реализованный в программной среде SAGA, предназначенной для обеспечения алгоритмов пространственного анализа на базе ЦМР.
Рельеф территории определяет характер ее хозяйственного освоения, в первую очередь, накладывая ограничения на распространение пахотных угодий. Исходя из этого положения, приняты три диапазона крутизны склонов, определяющих интенсивность освоения земель в радиусах влияния поселений: уклоны 00-40 соответствуют высокой вероятности распашки и выпаса; при уклонах 40-100 вероятность распашки снижается, но вероятность выпаса сохраняется высокой; при уклонах >100 сохраняется вероятность выпаса определенных групп домашних животных. Очевидно, что распашка приводит к ограничению распространения лесной растительности, выпас в меньшей степени определяет это.
Рисунок 1. Хозяйственные округа булгарских поселений (IX – XIII в. н.э.) на территории лесостепного Заволжья РТ (метод построения полигонов Тиссена)
В рамках исследуемой территории уклоны в целом незначительны, большинство склонов (почти 40% площади), имеют крутизну 2-40, около 18% площадей характеризуются крутизной более 40 – крутые правобережные склоны речных долин и уступы поверхностей выравнивания, минимальные уклоны (до 10) характерны для плато поверхностей выравнивания и пойменных участков [2].
Рисунок 2. Оценка вероятности влияния поселений добулгарского периода (палеолит – IX в. н.э.) на их окрестности (метод учета функциональной зависимости между расстоянием и уклонами). А – обзорная карта, Б – фрагмент с увеличением.
К примеру, при оценке вероятности влияния поселений добулгарского периода (354 объекта) на их окрестности, средняя вероятность составила 0,44. С высокой вероятностью (0,7-1) можно считать освоенными не более 15% площадей (рис. 3).
Рисунок 3. Дифференциация территорий по вероятности их хозяйственного освоения в доболгарский период (ось Х – вероятность; ось У – доля площади)
Карты климатических условий региона по периодам голоцена и результаты оценки пространственной дифференциации хозяйственного освоения территории, являются частью формируемой на базе региональной ГИС экспертной системы, обеспечивающей моделирование динамики растительного покрова в лесостепном регионе, оценку и прогнозирование состояния геосистем, реконструкцию палеоландшафтов.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ: