Использование спутниковой информации высокого разрешения для разработки проекта восстановления экологического каркаса в агроэкономических регионах

Современное состояние большей части аграрных хозяйственных регионов юга России характеризуется сложной экологической ситуацией в результате масштабного уничтожения природных ландшафтов степной и лесостепной зоны. Целью данного исследования является разработка методики поэтапного применения данных дистанционного зондирования для разработки проекта восстановления экологического каркаса (ЭК) территорий с высокой степенью нарушенности естественных ландшафтов и потерей биоразнообразия. Реконструкция ЭК является одним из современных, апробированным в развитых странах эффективным и малозатратным способом восстановления естественной природной среды (Елизаров, 1998; Стоящева, 2007; Руководящие принципы…2000; Воропаева, 2010).
В качестве региона исследования выбрана часть правобережья Цимлянского водохранилища, входящая в Волгоградскую область, 78% территории которой составляют земли сельскохозяйственного назначения, а естественные ландшафты находятся на грани исчезновения. Основные положения методики разрабатывались на примере частного водосбора р. Цуцкан - притока р. Чир. Бассейны рек, находящиеся в регионах сплошной сельскохозяйственной освоенности, требуют не только поддерживающих мероприятий, но и нуждаются в коррекции природообустройства, восстановлении экологического баланса, прежде всего, через оптимизацию структуры земельного фонда. В работе представлен опыт пока еще немногочисленного использования КС для изучения элементов ЭК, оценки состояния реставрационного фонда и разработки проекта реконструкции. В условиях дефицита данных наземных наблюдений и сокращения натурных обследований, космические снимки и варианты их преобразований являются важнейшей составной частью информационной базы исследований (Барталев и др.,2016; Курбатова, 2019);. позволяя детально изучать растительный покров и сельскохозяйственные угодья.
Разделы исследования, в которых использованы снимки с ИСЗ Landsat-8,9 за летний период 2022 года и анализ расчетных индексов NDVI, MNDWI, представлены ниже:
1. Определены границы водосбора и строение гидрографической сети по базовым топографическим картам и цифровой модели рельефа (ЦМР SRTM);
2. Обновлено содержание топографической карты и составлена карта современного землепользования водосбора. Значимость КС на этом этапе заключается в большей, чем на топографических картах, детальности изображения подстилающей поверхности. С помощью КС выполнено распознавание границ пахотных земель и проведена их дифференциация по состоянию (подверженных и не подверженных эрозии, невозделываемых зарастающих), получена оценка состояния защитных лесополос, зарастания или роста оврагов и т.п.
3. Выявлены сохранившиеся элементы экологического каркаса водосбора (ядра, коммуникативные коридоры, буферные зоны - выполняющие средообразующие и средозащитные функции), установлены места разрыва и нарушения сети ЭК; определены территории, нуждающиеся в экологической реставрации для воссоздания целостной инфраструктуры ЭК. Проведен выбор оптимальных вариантов соединения разрозненных изолированных элементов ЭК по совместному анализу КС, ЦМР и топокарт);
4. Оценена степень сложности рекультивации земель реставрационного фонда (бедлендов, полигонов ТБО, заброшенных пашен, выбитых пастбищ , очагов водной эрозии и т.д).
5. Разработан проект реконструкции экологического каркаса водосбора и составлено картографическом обосновании проекта .
Результаты анализа современного состояния землепользования водосбора р. Цуцкан показали, что пахотные земли занимают 78% его площади (991 км2), земли лесного и водного фондов соответственно 2 и 0,75%, что свидетельствует о крайне сложной экологической ситуации.
Инвентаризация сохранившихся фрагментарных элементов ЭК (включая буферные зоны сохранившихся колков древесной растительности и водоохранные зоны) выявила, что их доля составляет около 19 % от площади водосбора. Анализ КС позволил при разработке проекта реконструкции ЭК обосновать оптимальные маршруты сгущения сети соединительных коммуникативных коридоров, выбрать участки расширения площадей природоохранных и буферных зон (вокруг населенных пунктов, вдоль водотоков и водоемов, наметить участки для проведения работ по восстановлению лесов и насаждению новых, увеличить длину защитных лесополос вдоль транспортных сетей и пашен, рекомендовать залужение зарастающих и подверженных сильной эрозии пашен, не представляющих хозяйственной ценности). Реализация рекомендуемых преобразований позволит увеличить суммарную площадь ЭК до 32,3 %, в частности, площадь лесов увеличится до 10 % относительно площади всего водосбора, площадь залежей до 8,2 % и площадь лесозащитных полос до 15,3 %. Создание мелкоячеистой сети, связывающей элементы ЭК, позволит восстановить средообразующие и защитные функции, сохранить миграционные пути, повысить биоразнообразие флоры и фауны.
Проведенные исследования показали высокую информационную эффективность спутниковых данных при изучении и картографическом обосновании проекта реконструкции экологического каркаса водосбора.
Работа выполнена в рамках государственного задания темы № FMWZ-2022-0002 ИВП РАН Министерства науки и высшего образования РФ.