Пространственный анализ скорости протекания постагрогенных сукцессий по данным дистанционного зондирования сверхвысокого разрешения

С начала 2000-х гг. в странах Восточной Европы фиксируется ввод в сельскохозяйственный оборот ранее заброшенных пахотных угодий, характеризующийся большой пространственной неоднородностью и различными факторами этого процесса [2]: в частности, в центре и на юге Европейской части РФ значительный вклад в расширение посевных площадей за счет распашки длительно неиспользуемых залежных земель вносят крупные региональные и межрегиональные агрохолдинги [3]. В связи с этим актуальной методической и прикладной задачей является проведение оценки целесообразности и затратности повторного ввода в оборот заброшенных сельскохозяйственных земель, основанной на детальных пространственно распределённых данных о характере восстановления естественной растительности на залежах различного возраста и типа, в т. ч. о структурно-функциональных характеристиках древесного и кустарникового покрова. Важным источником для получения таких данных являются разновременные данные дистанционного зондирования сверхвысокого разрешения, получаемые с космических платформ и беспилотных летательных аппаратов (БПЛА).
Для апробации методики сверхвысокодетального пространственного анализа скорости и гетерогенности протекания постагрогенных сукцессий нами рассмотрен участок заброшенных сельскохозяйственных угодий в северной части Тульской области РФ, расположенный в пределах ландшафтной зоны широколиственных лесов в области распространения серых лесных почв. Залежь сформировалась в начале 2000-х гг. на выровненной водораздельной поверхности в окружении массивов полидоминантных широколиственных лесов. В настоящий момент исследуемая залежь находится на промежуточной стадии постагрогенной сукцессии, типичной для данных ландшафтно-зональных условий, – формирования мнодоминантного березового древостоя с разреженным травяным покровом [1, с. 250].
Для изучения хронологии расселения древесно-кустарниковой растительности по залежи использовались разновременные космические снимки высокого и сверхвысокого разрешения со спутников OrbView-3 (2004), Quickbird (2007), WorldView-1 (2010) и Geoeye (2015). На основе визуального дешифрирования для различных временных срезов было определено время возникновения очагов зарастания и плотность древостоя. Пробелы в реконструкции пространственно-временных особенностей протекания постагрогенной сукцессии по имевшимся космическим снимкам сверхвысокого разрешения были восполнены и дополнены данными с беспилотных летательных аппаратов и синхронными с ними данными наземного полевого обследования (2017-2018 гг.). Разновременная оптическая съемка залежи была проведена с БПЛА (DJI Phantom 3, 4) с высоты 100 м с высоким продольным и поперечным перекрытием (св. 80%). Построенная по данным оптической съемки с БПЛА дециметровая цифровая модель местности (ЦММ) была использована для построения высокодетальной векторной маски залежей, определения высоты древесно-кустарникового полога, расчета и картографирования среднегодового вертикального прироста древесно-кустарниковой растительности в пределах залежи.
На основе сопряжённого анализа разновременных космических снимков сверхвысокого разрешения и результатов фотограмметрической обработки данных оптической съемки с БПЛА выявлены и картографированы высота, плотность, возраст и вертикальный прирост сформировавшегося к настоящему времени древесно-кустарникового покрова. С момента забрасывания в 2004 г. выделено два периода, контрастно различных по характеру зарастания залежи: в 2007–2009 гг. наиболее активное расселение подроста отмечено на участках, непосредственно примыкающих к лесным массивам, где к настоящему времени сформировался плотный (до 3–4 ств./м2), но невысокий полог древесно-кустарниковой растительности, в то время как за последние 4 года наибольшие темпы вертикального прироста деревьев (до 30 см в год) отмечаются в центральной части залежи, равноудалённой от окружающих ее лесных массивов, где расселение подроста имело ярко выраженный очаговый характер и привело к формированию наиболее высоких деревьев на всей залежи.
Исследование проведено по теме госзадания 0148-2014-0030 «Разработка новых технологий геоинформационного и картографического обеспечения географических исследований» (рег. номер № 01201352481) и в рамках тематики гранта РНФ 18-17-00178 "Развитие фундаментальной концепции нейтрального баланса деградации земель для оценки эффективности мероприятий по устойчивому землепользованию и адаптации к изменениям климата".