СВЯЗЬ ЗАПАСОВ ФИТОМАССЫ ТРАВЯНО-КУСТАРНИЧКОВОГО ЯРУСА ОЛИГОТРОФНОГО БОЛОТА С ДАННЫМИ МУЛЬТИСПЕКТРАЛЬНОЙ И ЛИДАРНОЙ БПЛА СЪЕМКИ

Растительный покров болот является важным компонентом биогеохимического цикла углерода: с одной стороны, растения формируют значительный запас углерода, а с другой – являются ключевым компонентом ассимиляции диоксида углерода атмосферы. Травяно-кустарничковый ярус (ТК) олиготрофных болот характеризуется существенной изменчивостью характеристик в пространстве и во времени. Наряду с наличием или отсутствием древесной растительности, такие свойства, как видовой состав, проективное покрытие, морфологические особенности растительного покрова ТК в значительной степени определяет облик олиготрофных болот, их типологию, функционирование и свойства.
Запасы надземной фитомассы – это один из ключевых критериев, обобщающий рассмотренные выше характеристики болотных фаций. Наземные полевые ботанические исследования, включающие оценку запасов фитомассы, с учетом их высокой трудоемкости и малого пространственного охвата, требуют поиска комплексных подходов, обеспечивающих их пространственную масштабируемость. Одним из таких подходов является анализ и формализация морфологических свойств ТК, полученных в ходе полевых исследований, и поиск связи с данными дистанционного зондирования.
В рамках текущей работы была осуществлена попытка поиска связи проективного покрытия и высоты растений с данными мультиспектральной и лидарной съемки субсантиметрового разрешения. На первом этапе (в летние периоды 2022 г.) были осуществлены полевые работы по отбору проб фитомассы в шести типичных для средней тайги Западной Сибири болотных фациях (Рям, Рослый Рям, Пушицевые мочажины, Шейхцериевые мочажины, Открытое болото с редкой сосной и Гряды в грядово-мочажинном комплексе олиготрофного болотного массива «Мухрино»). Перед срезанием растений была глазомерно оценена площадь проективного покрытия по видам и сантиметровой рулеткой измерена их высота (также по видам) в пятикратной повторности на каждом из 2–8 участков размером 40×40 см в рассмотренных фациях. Срезанная фитомасса была высушена и взвешена.
На втором этапе был рассчитан аналог надземной фитомассы растений: суммарная (по видам) высота растений умножалась на площадь их проективного покрытия (далее мы будем называть эту величину «объем» растений). Расчет «объема» растений был необходим как промежуточный этап в получении менее трудоемкого в оценке аналога величины надземной фитомассы. Результаты линейного регрессионного анализа связи объема растений и запасов фитомассы (суммарно для всех типов болотных фаций) представлены на рисунке 1. Полученные данные могут быть использованы в дальнейшем для экспресс-оценки фитомассы растений без срезания.
На третьем этапе был осуществлен поиск связи фитомассы растений с данными лидарной и мультиспектральной съемки. Мы предполагали, что высота растений будет связана с одним из параметров ЦММ (цифровой модели местности), построенной на основе лидарной съемки, что будет отражать «шероховатость» поверхности растительного покрова; а площадь проективного покрытия – с индексом GRVI. Для этого была осуществлена съемка при помощи БПЛА Matrice 300 и лидара Zenmuse L1 18–22 августа 2023 года на тех участках болотного массива, где производился отбор фитомассы растений. Для того, чтобы избежать погрешности привязки данных ЦММ и мультиспектральных данных, в местах обора проб были расположены метки – рамки с внешними размерами 60×60 см.
Плотность точек при измерении лазерным дальномером составила 300 точек/м2, высота съемки – 110 м. Полученное облако точек и мультиспектральная съемка были обработаны в программных комплексах DJI Terra и Agisoft Metashape, построена ЦММ тестовых участков и мультиспектральный ортофотоплан. Затем в программе Qgis при помощи инструментов «калькулятор растров» и «зональная статистика» на основе ЦММ и карты GRVI для участков отбора фитомассы был рассчитан комплекс параметров для поиска связи с фитомассой растений (суммарные, медианные, средние, минимальные и максимальные значения ЦММ и GRVI, а также стандартное отклонение и коэффициент вариации этих величин). В результате удалось найти две закономерности: 1) запасов фитомассы с произведением измеренного в поле суммарного проективного покрытия растений и среднего значения абсолютной высоты участка (R2=0.8, рисунок 2–а); 2) запасов фитомассы с суммой экспонент суммарного GRVI и среднего значения абсолютной высоты (R2=0.6, рисунок 2–б).
Полученные результаты позволят в дальнейшем рассчитать запасы фитомассы травяно-кустарничкового яруса болотного полигона «Мухрино» на основе комплексного подхода, что станет составной частью модели оценки углеродного баланса в будущем. Безусловно, дополнительные полевые и дистанционные данные позволят уточнить полученные оценки, а также учесть не только пространственную, но и временную изменчивость запасов и потоков углерода.

Работа выполнена в рамках государственного задания Министерства науки и высшего образования Российской Федерации по организации молодежной лаборатории в Югорском государственном университете (НИР 1022031100003-5-1.5.1) в рамках реализации национального проекта «Наука и университеты».