Опыт проведения полевого спектрометрирования растительного покрова на территории Государственного природного заповедника «Ростовский»

В данной работе нами была предпринята попытка оценить возможность исследования пастбищной дигрессии методом наземного спектрометрировния. Территория исследования располагается в охранной зоне Государственного природного заповедника «Ростовский», которая включает в себя прибрежную часть целинной степи восточного отсека Пролетарского водохранилища (оз. Маныч-Гудило) с участоком заповедника «Островной» (о-ва Водный и Горелый).
Растительный покров долинных степей в охранной зоне заповедника «Ростовский» в значительной степени трансформирован в результате деятельности многочисленных животноводческих хозяйств. Кроме того, на острове Водный обитает табун одичавших лошадей, постоянное пребывание и критический рост численности которых вызвали в последние годы значительное изменение растительности острова.
Следует отметить, что на данной территории подобного рода исследования проведены впервые. Поэтому, на первом этапе нами была поставлена задача отработать технологию полевых работ (наземное спектрометрирование и геоботаническая съемка на мониторинговых площадках) и сравнить полученные результаты с данными дистанционного зондирования.
Материалы и методы. В ходе полевого сезона 2018 г. нами было проведено 3 экспедиции (26-30 марта; 25-27 апреля; 15-17 мая), на базе научно-экспедиционного стационара (НЭС) Южного научного центра Российской академии наук (ЮНЦ РАН) «Маныч». НЭС «Маныч» расположен в поселке Маныч Орловского района Ростовской области. В ходе полевых работ было заложено 7 трансект (профилей) на которых были проведены геоботанические работы, а также полевое спектрометрирование.
При выполнении работы применялся профессиональный программный пакет для обработки снимков ENVI 4.7. Материалы космической съемки, использованные в данной работе — многозональные снимки Landsat 8 OLI, выбранные за даты наиболее близкие к периодам проведения экспедиций. Источником космических снимков Landsat послужил сайт Earth Explorer учрежденный Геологической службой США (USGS) (earthexplorer.usgs.gov).
Сотрудниками ЮНЦ РАН бытовой фотоаппарат Canon 495 A был модифицирован в двухканальный спектрометр, измеряющий в красном (RED) и инфракрасном (NIR) спектрах. Полевое спектрометрирование на мониторинговых площадках было проведено на основе методических руководств и рекомендаций (Тутубалина, 2009).
Результаты. В результате нами были получены данные в виде цифровых фотографий, на которых зеленая растительность отображается в бирюзовых оттенках. Указанные изображения содержат достаточно информации для расчета вегетационного индекса NDVI. В программе ENVI по всей площади каждой фотографии была рассчитана статистика значений в красном и инфракрасном каналах. Затем по полученным данным были вычислены средние значения индексы NDVI.
Средние значения NDVI, полученные по данным спектрометрирования в ранневесенний период (март), показали, что участкам с сильной стадией пастбищной дигрессии соответствуют большие значения индекса, чем для участков с минимальной стадией дигрессии. Основная причина этого явления – отсутствие дернины на нарушенных территориях, которая закрывает молодые зеленые всходы на участках степи с минимальной пастбищной нагрузкой. Кроме того участки степи с сильным сбоем зеленеют рано за счет активного роста гемиэфемероида мятлика живородящего, являющегося одним из наиболее массовых видов-индикаторов сильно сбитых пастбищ. В период максимума вегетации (май-июнь) наблюдается противоположная ситуация в пространственном распределении значений NDVI по градиенту пастбищной нарушенности. С приближением к наиболее сбитым участкам, в центре которых расположена кошары (ферма) значения NDVI существенно уменьшаются.
В ходе проделанной работы нами было сделано сравнение значений NDVI рассчитанных по результатам наземных измерений двухканальным спектрометром и значений NDVI, SAVI, EVI, MSAVI, полученных по данным космических снимков Landsat 8 OLI, а также наземной фитомассой, собранной на мониторинговых площадках. Зависимости, построенные по материалам спутниковой съемки, данным полевого спектрометрирования и значениям наземной фитомассы, имеют общие тенденции пространственной изменчивости при удалении от ферм и поселка.
Заключение. Результаты сопоставления наземного спектрометрирования растительного покрова, данных спутниковых измерений, наземной фитомассы, позволяет говорить о перспективности исследования пастбищной нарушенности степной растительности с использованием методов полевого спектрометрировния.
Публикация подготовлена при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 17-35-50069 «мол_нр».