Трансформация растительного и почвенного покровов в условиях вечной мерзлоты Сибири по данным спутникового мониторинга и полевых исследований

Изменения климата в последние десятилетия провоцируют изменения на уровне экосистем [1], уязвимыми являются экосистемы севера Сибири [2], где ключевым фактором формирования растительного покрова и почвы является наличие многолетней мерзлоты [3]. На территориях активного промышленного освоения, помимо климатических изменений, дополнительным фактором изменения растительного покрова и почвы является техногенное воздействие. Это актуализирует использование методов дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) в целях мониторинга долговременных деструктивных и восстановительных процессов и анализа спектральных характеристик [4].
Цель работы – провести классификацию участков в пределах Норильского промышленного района (НПР) по степени трансформации ландшафтов, сопоставив долгосрочную динамику их спектральных признаков с характеристиками растительного покрова и тепловыми свойствами почв.
Натурные исследования и анализ спутниковых данных были выполнены для 9 участков (Боганида (ПП1), Амбарная (ПП2), Оганер (ПП3), Талнах (ПП4), Красные камни (ПП5), Кайеркан (ПП6), Долдыкан (ПП7), Ергалах2022 (ПП8) и Ергалах2023 (ПП9)) в пределах НПР, характеризующихся разным уровнем трансформации ландшафтов. Классификация выполнялась методом RF с использованием 4 снимков Landsat (июль, август) за 2024 год с облачностью сцен 50% значения среднемноголетнего NDVI относительно фона занижено на 17–37%. По показателю LST на участках с трансформацией >50% зафиксировано завышение среднемноголетних температур на 11±1%. Исключением является ПП6, где завышение составило лишь 5%, при условии наибольшего занижения вегетационного индекса (37%). На гидрофильном участке ПП5, находящимся в пойме реки Норильская, зафиксировано закономерное занижение среднемноголетнего LST на ~2%. На ПП2, где натурно выявлены признаки трансформации ландшафта и деградация почвы, превышение среднемноголетнего LST составило ~6%. Таким образом, можно говорить о том, что превышение среднемноголетнего LST на 5% за 25 лет является признаком пост-техногенной трансформации участка, для которого 25-летний период восстановительной сукцессии не формирует исходного состояния компонент экосистемы. Выявление начального этапа трансформации необходимо рассматривать, используя более длинные хроноряды спутниковых данных. По натурным данным зафиксировано, что на нарушенных участках слой мха деградирует и замещается травянистыми культурами, снижается общее проективное покрытие и ухудшаются теплоизоляционные свойства. Начало вегетации на таких участках происходит раньше (113–129 дни), а температура в начальный период (137–153 дни) может превышать фоновую – вдвое, что отражается на глубине сезонного протаивания мерзлоты.
Таким образом, спутниковые данные позволяют классифицировать ландшафты по уровню техногенной трансформации участков площадью до ~6000 га при условии общей трансформации такой территории >24% от общей площади. При уровне трансформации участка >50% индикатором служит превышение среднемноголетнего показателя LST ~11% и параллельного снижение среднемноголетнего NDVI на ~26% относительно фоновых участков. При трансформации участка <50% зафиксировано превышение LST на 6% и снижение NDVI на 12%.

Работа выполнена при поддержке гранта Российского научного фонда № 23-14-20007, https://rscf.ru/project/23-14-20007/, Красноярского краевого фонда науки.