Территориальные единицы растительности как основа для картографирования тундровых местообитаний с использованием ДЗЗ

С момента утверждения Директивы Европейского Союза (Council Directive 92/43/EEC), известной как «Директива о местообитаниях», принятого в 1992 г., произошел переход научных исследований в области экологии и охраны природы на качественно новый уровень. Принципиально важным стало то, что выделение и классификация местообитаний различных категорий в рамках Директивы были основаны на идентификации видового состава растительных сообществ (синтаксонов), которые хорошо отражают экологические особенности биотопов. В настоящее время одной из основных систем, разработанных для изучения и охраны местообитаний Европейского Союза является EUNIS – European Union Nature Information System, которая охватывает все европейские местообитания: морские, наземные и пресноводные, природные, полуприродные и антропогенные (EUNIS habitat classification, 2017). Несмотря на имеющиеся недостатки, EUNIS служит общеевропейской интегрирующей системой с определенными стандартами для выделения и характеристики местообитаний, обеспечивающей сопоставимость национальных и международных классификаций.
Картографирование местообитаний основано на выделении, прежде всего, по материалам ДЗЗ физиономически и топографически выраженных территориальных единиц растительности (ТЕР), отражающих экологические особенности и своеобразие участка земной поверхности. Типы местообитаний могут диагностироваться как отдельными фитоценозами, так и комбинациями сообществ разных синтаксонов, представленных на местности гомогенными или гетерогенными ТЕР.
Если гомогенная ТЕР представлена фитоценозом, то для гетерогенных в отечественной литературе различают 3 основных типа: комплексы, экологические (или микропоясные) ряды и серийные (или эколого-генетические) ряды (Грибова, Исаченко, 1972). Несмотря на почти столетний период исследований, вопросы типологии территориальных единиц растительности остаются наименее разработанными в геоботанической науке. По мнению Я. П. Дидуха с коллегами (Didukh et al., 2015), работы по созданию типологии гетерогенных ТЕР, в отличие от хорошо разработанной классификации растительности, находятся в зачаточном состоянии.
В основу предлагаемой нами типологии, наряду с синтаксономическим составом сообществ, предложено положить типы структур (серии, экологические ряды, комплексы, сочетания) существующих комбинаций, которые отражают квинтэссенцию «экологического базиса» местообитаний — особенности распределения, напряженность, направленность и результат взаимодействия экологических факторов, что приводит к формированию тех или иных комбинаций. Объединение последних проводится на основе реально существующих и регулярно повторяющихся комбинаций более высокого ранга (от микро- к мезоуровню и далее), что позволяет отразить в типологии и номенклатуре уровни иерархической организации растительного покрова территории. Для типологической схемы ТЕР предложены 3 основные категории — отдел, класс и тип, которые являются общими для любой, независимо от ее зонального положения. С целью более полной характеристики пространственной структуры введены 3 вспомогательные категории — подкласс, группа и подтип.
Источником дистанционной информации служили многозональные спутниковые снимки Landsat 8 и Sentinel-2. При выделении ТЕР по материалам снимков, наряду с применением комбинаций каналов, использовали спектральные индексы NDVI и NDWI. Первый из них, нормализованный разностный вегетационный индекс (Normalized Difference Vegetation Index) отражает продуктивность надземной зеленой фитомассы и высоко чувствителен к изменениям в растительном покрове (Walker et al., 2003). Индекс NDWI, нормализованный разностный водный индекс (Normalized Difference Water Index) позволяет выявить вариации растительного покрова, связанные с условиями увлажнения (McFeeters, 1996). Более высокие значения индекса NDWI характерны для сообществ с гигрофитной растительностью, с максимальными величинами для водных объектов, низкие значения для более ксерофитных фитоценозов.
Выделение и оконтуривание ТЕР, выраженных на материалах ДЗЗ при определенном масштабе, выполняли на основе проекта ArcGIS в полевых и камеральных условиях по материалам многозональных спутниковых снимков соответствующего разрешения. При описании комбинации выявляли состав ее сообществ, выполняли их полные или краткие геоботанические описания, определяли пространственную структуру и особенности распределения фитоценозов. Диагностику синтаксонов сообществ, формирующих ТЕР, проводили на основе обработки и анализа геоботанических описаний с координатной привязкой и соответствующих им спектральных профилей (signatures), индексов NDVI и NDWI для групп пикселей спутниковых снимков, соответствующих этим описаниям.
При генерализации карты объединение фитоценозов в комбинации выполняли на основе эколого-топологического подхода, поскольку в природе мы имеем дело с геоботаническими выделами, представленными комбинациями сообществ, связанных единством ландшафта и экологических условий в топографически выраженные ТЕР. Для их объединения уменьшали масштаб отображения спутникового снимка и оконтуривали более крупные ТЕР, включающие фитоценозы и комбинации, расположенные в их пределах. Подобный подход использовали на всех этапах генерализации карты — при уменьшении масштаба от 1:25 000 до 1:250 000.
На примере приморских маршей Хайпудырской губы Баренцева моря (класс Puccinellichorietea phryganodis) разработана типологическая схема территориальных единиц растительности для подкласса соленых маршей (Puccinellisubchorietea phryganodis), которая включает 4 группы, 27 категорий ранга типов и подтипов (13 гомогенных и 14 гетерогенных), а также 5 типов, заходящих на марши из других отделов. Применение типологической схемы позволяет максимально полно учесть синтаксономический состав, структуру и сложность территориальных единиц растительности.
На основании предложенной типологии в настоящее время разрабатывается Проект классификации местообитаний восточноевропейских тундр в рамках системы EUNIS и проводится его дополнение новыми категориями для тундровой зоны, отсутствующими на территории Европейского Союза. Выполняется подготовка полных характеристик местообитаний разного ранга на основе принципов и методологии, принятых для EUNIS, включая их спектральные характеристики и диагностические синтаксоны растительности.
Работа проведена при финансовой поддержке фонда РНФ (проект 20-17-00160).