ПОДХОДЫ И МЕТОДЫ ВЫЯВЛЕНИЯ СОХРАНИВШИХСЯ И ВОССТАНАВЛИВАЮЩИХСЯ МАССИВОВ СТЕПНОЙ РАСТИТЕЛЬНОСТИ В РОССИИ

APPROACHES AND METHODS FOR IDENTIFYING  THE RECOVERING AND REGENERATING ARRAYS OF STEPPE VEGETATION IN RUSSIA

А.А.Тишков ¹, С.В.Кобякова ¹, К.Н.Кобяков ²,

А.Ю.Королюк ³, Н.А.Дулепова ³, И.Э.Смелянский ⁴

A.A.Tishkov, S.V.Kobyakova, K.N.Kobyakov,

A.Y. Koroluyk, N.A.Dulepova, I.E.Smelyansky

¹ Институт географии РАН

(119017 Москва, Старомонетный пер., 29.)

Institute of geography RAS

 (29, Staromonetny pereulok, Moscow, Russia, 119017)

e-mail: canopuss@yandex.ru

² Кольский Центр Охраны Дикой Природы, г. Апатиты

(184209, Мурманская обл., Апатиты, ул. Ленина 6,)

Kola Biodiversity conservation Center

(6, Lenin st., Apatity, Murmansk region, Russia, 184209)

e-mail: kn@kola-nature.org

³ Центральный сибирский ботанический сад СО РАН

(630090, г.Новосибирск, ул.Золотодолинская, 101)

Central Siberian botanical garden

(101 Zolotodolinskaya st., Novosibirsk, Russia, 630090)

akorolyuk@rambler.ru

⁴ Сибирский Экологический Центр

(630090, Новосибирск, ул. Ак.Коптюга, 1а, к.219)

Siberian Ecological Center

(room 219, 1A Academic Koptyug st., Novosibirsk, Russia, 630090)

e-mail: oppia@yandex.ru

Статья посвящена методическим подходам к картированию степных массивов на территории России с использованием дистанционных методов. Рассматриваются такие параметры как предмет картирования, размеры участков, необходимые материалы и пр. Приведены примеры карт для регионов Европейской и Азиатской частей страны.

We consider methodological approaches to the nationwide steppe grasslands inventory  in Russia which started in 2011. Mapping of steppe tracts is based on using remote sensing data with further development of the GIS project. Discussed issues are the subject of mapping (ecosystems, vegetation, or geographical units), botanical and size criteria for tracts selection, necessary data, etc. We examine some cases for mapping in both European and Asian  parts of Russian steppe biome. 

C июля 2011 г. в рамках Проекта ПРООН/ГЭФ/Минприроды России «Совершенствование системы и механизмов управления ООПТ в степном биоме России» ведется инвентаризация сохранившихся степных экосистем (степных массивов) России. К весне 2012 г. завершен подготовительный этап работы и начато собственно выявление и картографирование степных территорий. Целью работы является «приведение в известность» степного биома в границах Российской Федерации. Это предполагает  создание общедоступной базовой картографической и текстовой информации о современной пространственной структуре и состоянии степного биома. Информация должна быть представлена в форме ГИС-проекта, на основе которого планируется публикация атласа.

Такая информация необходима, чтобы:

А) выявить пробелы в существующей сети особо охраняемых природных территорий (ООПТ) с точки зрения репрезентативности и достаточности этой сети для сохранения основных типов и региональных ядер степных экосистем;

Б) выявить наиболее крупные и ценные степные массивы, нуждающиеся в территориальной охране;

В) создать основу для дальнейшего планирования сохранения биоразнообразия степей;

Г) выявить актуальные и потенциальные угрозы существованию основных степных массивов и в целом риски для сохранения степного биома в России.

Общеизвестно, что степной биом почти на всем своем протяжении в России  значительно фрагментирован и существует в форме отдельных массивов различного размера, более или менее изолированных друг от друга. Основной задачей работы является выявление и картографирование сохранившихся относительно крупных степных массивов в сочетании с более детальной их инвентаризацией в четырех пилотных регионах – Курской и Оренбургской областях, Республике Калмыкия и Забайкальском крае.

Во многих странах Европы инвентаризация травяных экосистем выполнена в 1999-2008 гг. Однако в России такая работа проводится впервые и сталкивается с некоторыми специфическими трудностями, связанными с огромной протяженностью территории распространения степного биома в нашей стране, исключительным разнообразием представленных здесь степных экосистем, контрастностью сохранности и режимов хозяйственного использования степных территорий.

Организация работ основана на разделении функций между командой, осуществляющей картографирование по космическим снимкам и создание ГИС-проекта, и широким кругом экспертов - специалистов по степной растительности и ландшафтам отдельных регионов.

Экспертами разработана структура легенды будущих слоев ГИС степных массивов. Различаются следующие типологические категории, соответствующие подтипам степного типа растительности:

1) остепнённые луга и луговые степи (разнотравные, корневищно-злаковые, дерновинно-злаковые);

2) настоящие разнотравно-дерновиннозлаковые степи;

3) дерновиннозлаковые (сухие) степи;

4) полукустарничково-дерновиннозлаковые степи;

5) разнотравные, злаковые, осоковые, кобрезиевые (горные) криофитные степи.

6) особо выделены злаковые сообщества в пустынной зоне.

Последняя категория требует пояснения. В пределах Республики Калмыкия и Астраханской области представлены территории, относимые к ландшафтам полупустынь и северных пустынь [3], которые индицируются полукустарниковыми полынными и солянковыми пустынями [1]. Однако в прошлом эти территории испытали сильнейшую пастбищную дигрессию, которая в последние два десятилетия сменилась восстановительными сукцессиями. В ходе естественного восстановления на фоне поступательного изменения климата и смены фаз векового климатического цикла Прикаспия широкое развитие в этом регионе получили злаковые сообщества с доминированием степных видов ковылей и житняка при участии пустынных эфемеров и кустарников. В настоящее время статус и границы распространения этой растительности требуют уточнения, которое будет проведено в ходе полевой верификации в рамках нашей работы. Впредь до этого выяснения в структуре легенды временно принято указанное их условное наименование.

В качестве картографической основы для выполнения проекта используются данные дистанционного зондирования Земли, а также полевые данные, имеющиеся у вовлеченных в проект экспертов. Первый этап картографирования продолжается последующей полевой верификацией выделенных полигонов.

Основой для дешифрирования являются спектрозональные снимки со спутников Landsat 5 и 7 с сенсорами TM и ETM+ пространственным разрешением 30 м/пикс. Использование именно этих снимков обусловлено наиболее полным покрытием разновременной съемкой на всю территорию исследования и спектральными характеристиками этих снимков, хорошо подходящими для дешифрирования растительности. Дополнительно используются предоставленные компанией СканЭкс снимки со спутников серии SPOT с сенсорами HVR. Они имеют более высокое разрешение – 20 м/пикс, но их покрытие территории исследования неполно.

По результатам анализа снимков на различные сезоны было установлено, что наиболее информативными для дешифрирования степной растительности являются снимки ранневесеннего сезона (самое начало вегетации для данной территории) в синтезе спектральных каналов 5-3-2 (Landsat). Для уточнения границ выявленных степных участков используются также снимки IRS P6, свободно доступные на всю территорию исследования на сервисе kosmosnimki.ru.

В общем случае информативность снимков Landsat недостаточна для характеристики детальных особенностей степной растительности (доминантов, физиономичности, синтаксономической принадлежности, сукцессионного состояния). Тем не менее, по ним хорошо выделяются основные эдафические варианты степей: петрофитные степи (особо выделяя меловые), псаммофитные, солонцеватые и др. Примером выделения конкретного эдафического варианта может служить анализ распространения кретофитных (меловых) степей в Белгородской области [4].

Различное пространственное разрешение используемого снимка позволяет распознать различные типы степных и сопутствующих им экосистем, специфичные ландшафтные особенности, а также различные экологические и техногенные процессы (табл.1).

Таблица 1

Природные и техногенные объекты, доступные для анализа по данным ДЗЗ в степной зоне

Особую проблему представляет распознавание и выделение залежей. Содержательно, залежи важны как экотоп развития вторичных степей, практически единственный резерв для восстановления степного биома; они также имеют особое природоохранное значение как место обитания ряда степных видов, требующих особого внимания. Помимо «геометричности» и характерного размера забрасываемых полей, распознаваемость залежей в основном зависит от их сукцессионного состояния. Вне связи с возрастом хорошо отделяются залежи, на которых не образовалось сплошной дернины многолетних злаков.

Отсутствие дернины характерно также для степных гарей. Дернина нарушается в результате сильного пожара и в течение нескольких лет после сгорания такие степные участки на снимках могут быть выделены только по косвенным признакам. Поэтому в сомнительных случаях необходимо использовать серию снимков за разные годы.

По данным некоторых авторов [5, 6, 7], продолжительность вторичных сукцессий на залежи составляет для луговой злаково-разнотравной степи от 35 до 60 лет. Массовое забрасывание пашни началось только в 1990-е гг. Очевидно, что в зоне распространения луговых степей залежные сукцессии еще не могли завершиться полным восстановлением луговостепных сообществ, даже если бы большая часть залежей не была вновь вовлечена в распашку. Но уже на начальной стадии восстановления при наличии поблизости источника семян залежь начинает задерновываться длиннокорневищными злаками, как кострец и пырей ползучий, а в дальнейшем и дерновинными типчаком, мятликом, ковылем и др. Это сближает ее изображение на космоснимках с естественной степной растительностью.

Для целей инвентаризации экспертами проекта были определены следующие принципы и критерии выделения сохранившихся степных территорий.

1. Степень нарушенности степных участков. Радикально преобразованные (фатально нарушенные) участки не должны составлять более 10% от площади выделяемого полигона. При этом фатальными (необратимыми) считаются следующие нарушения: застройка, распашка (в том числе, паровые поля, занятые бурьянистой стадией восстановительной сукцессии), горные выработки (карьеры, терриконы, хвостохранилища и др.), а также многополосные дороги с твердым покрытием. Не фатальными (обратимыми) нарушениями считаем перевыпас, пожары, сенокосы и залежи, уже прошедшие бурьянистую стадию.
2. Условие разделения двух степных участков на карте: ширина «перешейка» между ними должна превышать 60 м (соответствует 2 пикселям снимка Landsat) либо минимальное расстояние без «перешейка» также не должно превышать 2 пикселя. В противном случае участки на карте не разделяются.
3. Различные типы природных экосистем, ландшафтно связанных со степями (заросли степных кустарников, байрачные, колочные и долинные леса, редкостойные лиственичники, можжевеловые редколесья, сообщества нагорных ксерофитов, горные тундры, различные луга и др.), включаются в выделяемый полигон, если они образуют внутри него относительно небольшие замкнутые контуры или если степь в них плавно переходит. В последнем случае граница полигона определяется произвольно.

В связи с тем, что степные ландшафты азиатской и европейской частей страны различаются как по физико-географическим характеристикам, так и по особенностям антропогенной трансформации, используем разные подходы для выделения степных территорий.

Степная область Европейской части России – регион старого освоения, подвергшийся практически полной распашке. Основу экосистемного покрова здесь составляет мозаика полей и лесополос, а естественная растительность сохраняется в основном в связи с долинно-балочной сетью и лишь единичными небольшими участками на водоразделах. Наиболее крупные сохранившиеся степные массивы характерны для востока этого региона, в особенности восточнее Волги – Оренбургской, Саратовской, Волгоградской, Ростовской областей и Республики Калмыкия. Сильнее всего пострадало Центральное Черноземье. Плакорные  луговые степи и остепненные луга сохранились здесь почти только в крохотных по площади заповедниках, в неплакорном положении – небольшими фрагментами по склонам балок и оврагов, по лесным опушкам и на полянах (Рис. 1, 2).

Рисунок 1. Степные участки Белгородской области в районе заповедника Белогорье (участки Лес на Ворскле и Острасьевы яры). 

Рисунок 2. Степные участки Курской области в районе Центрально-Черноземного заповедника (участки Стрелецкая и Казацкая степи). 

В связи с этой спецификой было принято, что в рамках инвентаризации в регионе западнее Волги выделяются только степные полигоны, площадь которых не менее 100 га. Для участков восточнее Волги  пороговой площадью является 500 га. Такой же предел выбран и для всей азиатской части страны. Отдельно выделена Калмыкия, где полигоны также будут выделяться, начиная с 500 га.

Для того, чтобы не потерять данные об отдельных ценных степных участках меньшего размера, предусмотрено их нанесение на карту с помощью внемасштабных знаков.

Азиатская часть России характеризуется особенно высоким разнообразием степного типа растительности. Основных причин тому две. Во-первых, Степная область на данной территории представлена двумя подобластями: Причерноморско-Казахстанской и Центральноазиатской (Дауро-Монгольской) [2]. Во-вторых, здесь представлены все подтипы степных экосистем – от широко распространенных в равнинных и горных регионах луговых степей до встречающихся только в межгорных котловинах Тувы и Юго-Восточного Алтая пустынных степей. В пределах аридных районов Алтае-Саянской горной области распространены оригинальные криофитные степи, образующие переход между степным и высокогорным поясами.

Помимо этого, высокое фитоценотическое и флористическое разнообразие степного типа растительности во многих областях определяется широким спектром эдафических вариантов степных сообществ. Так, на территории степной зоны Западно-Сибирской равнины широкое распространение имеют солонцеватые степи. Исключительно разнообразна растительность песчаных массивов в степных и лесостепных ландшафтах. Разнообразием псаммофитной растительности выделяется Алтайский край, Республики Тыва и Бурятия. В горных регионах по занимаемой площади и разнообразию типов сообществ первое место принадлежит петрофитным степям.

Степень трансформированности степных ландшафтов в разных регионах Сибири заметно различается. Степные экосистемы были практически полностью уничтожены распашкой на территории степной зоны Западно-Сибирской равнины, где относительно крупные массивы степей сохранились лишь в предгорьях Урала (Челябинская область) и Алтая (Алтайский край). Заметно меньше пострадала лесостепная зона Западно-Сибирской равнины – здесь луговые степи, хотя и не занимают больших площадей, но сохранились повсеместно в составе сочетаний с лесными, луговыми, галофитными и болотными сообществами.

Горные степи пострадали от распашки значительно слабее. Степи в Горном Алтае, Тыве, Хакасии, Бурятии и Забайкальском крае покрывают большие площади. Распаханные участки во многих районах брошены и на них восстанавливается степная растительность. В качестве примера можно привести Селенгинский район Республики Бурятия (рис.3). Разнообразие степного типа растительности здесь представлено двумя высотно-поясными подтипами: луговыми и настоящими степями. Как и во всех горных регионах наиболее распространенным эдафическим вариантом сообществ являются петрофитные степи. Характерной особенностью района является развитие псаммофитной растительности, включающей широкий спектр сообществ от гемипсаммофитных дерновиннозлаковых степей и разнотравно-злаковых ильмовников до разреженных сообществ на перевеваемых песках. В разнообразие степей вносят вклад и сазовые степи, представленные в котловинах соленых озер. 

Рисунок 3. Выделенные степные участки в Селенгинском районе Республики Бурятия. 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

1. Лавренко Е.М. Растительный покров СССР. Пояснительный текст к «Геоботанической карте СССР» м. 1:400 000. Изд-во Академии Наук СССР, Москва-Ленинград, 1956. 971 с.
2. Лавренко Е.М., Карамышева З.В., Никулина Р.И. Степи Евразии. Л.: Наука, 1991. - 146 с.
3. Ландшафтная карта СССР: Масштаб 1:4000000 / Под ред. А.Г.Исаченко. М.: ГУГК, 1988.
4. Белгородская область. Сплошное облесение // Степной Бюллетень, №33. 2011. С. 23-26.
5. Тишков А.А. Географические особенности первичных и вторичных сукцессий. В кн.: Общие проблемы биогеоценологии. М.: Наука, 1986, с.61-63.
6. Тишков А.А. Экологическая реставрация лугово-степной растительности Михайловской целины (Сумская область, Украина). В кн.: Степи Евразии: проблемы сохранения и восстановления. М.- СПб, ИГ РАН, БИН РАН. 1993, с.88-96.
7. Филатова Т.Д. Восстановительная динамика восточно-европейских луговых степей (на примере Центрально-черноземного биосферного заповедника им. В.В. Алехина). Автореф. дисс…. канд. биол. наук. М., 2005. 24 с.