Мониторинг сезонной динамики высокогорных пастбищ Армении методами дистанционного зондирования для оценки их состояния и продуктивности

Пастбища являются важными сельскохозяйственными угодьями, предоставляющие ресурсы в виде травянистой растительности для выпаса скота и покоса, занимая более 40% сельскохозяйственных земель мира (Wang et all, 2022). Помимо того, что они служат базой для кормов скота, они имеют большое значение в обеспечении продовольственной безопасности человека, особенно в горных регионах и районах со сложным рельефом, которые не благоприятны для земледелия, а также выполняют важные экологические функции, способствующие защите окружающей среды (Dusseux et al., 2022). Однако, обусловленные множеством естественных и антропогенных факторов, пастбища по всему миру находятся под угрозой деградации (Ma et al., 2017; Zhang et al., 2017).
Как и во всем мире, в Республике Армения (РА) пастбища также подвержены риску деградации, что приводит к нарушению естественного баланса, снижению продуктивности почв, а это, в свою очередь, вызывает уменьшение растительной и животноводческой продуктивности (Muradyan et al., 2022; Ayvazyan et al., 2024). Армения — горная страна, отличающаяся четко выраженной вертикальной поясностью, где природные зоны сменяются на относительно коротком расстоянии от 500 до 3400 м по высоте (Tovmasyan G., 2019:). Согласно данным Комитета кадастра недвижимости при Правительстве РА (ККН), более 68% земельного фонда республики составляют сельскохозяйственные угодья, из которых более половины — 57% — это естественные кормовые угодья: пастбища, которые обеспечивают потребность в летних кормах и 65–70% грубых объемных кормов в зимний стойловый период (Tepanosyan G., 2016). Тем не менее, природные условия и антропогенные факторы, такие как перевыпас и неорганизованная косьба, значительно способствовали ухудшению состояния этих экосистем. Поэтому следует отметить, что изучение, мониторинг и правильное управление экологическим состоянием пастбищ отвечает интересам как экономики, так и естественных экосистем.
Исходя из вышеизложенного, исследование было сосредоточено на пастбищах сельской общины Неркин Саснашен в Арагацотнской области РА, которые занимают 4660 гектаров и характеризуются разнообразным почвенным покровом, включая растительность, оголенную почву, водные объекты, открытые горные породы и курумники. Община расположена на юго-западном склоне вулканического массива Арагаца и простирается с северо-востока на юго-запад (Tepanosyan G., 2016). Ландшафт состоит из полупустынной (500–1000 м), сухостепной (1000–1400 м), степной (1400–2300 м), горно-лугово-степной (2300–2600 м), субальпийской высокогорной (2400–2800 м) и альпийской (2880–3400 м) зон, которые включают 20 различных пастбищных участков (National Atlas of Armenia, 2007).
В работе были использованы спутниковые изображения спутниковых систем Modis, Landsat, Sentinel и PlanetScope, охватывающие весь вегетационный период на вулканическом массиве за период в несколько лет. Для анализа наземного покрова и характеристик растительности на основе спутниковых изображений были рассчитаны пять вегетационных индексов: NDVI, GNDVI, GLI, SAVI, GSAVI, которые отражают состояние зональной растительности.
В исследование были включены также данные о периодах выпаса, предоставленные органами местного самоуправления сельской общины Неркин Саснашен. Согласно этим данным, выпас в разных ландшафтных зонах организуется в зависимости от вегетационного периода — выпас организуется параллельно росту растительности. В конце апреля и первой половине мая выпас проводится в полупустынной зоне, в середине мая — в сухостепной зоне, а в конце мая — в степной зоне. В июне выпас организуется в степной и лугово-степной зонах. В лугово-степной зоне выпас продолжается также в июле и августе. В июле выпас организуется также в субальпийской и альпийской зонах. В августе — только в лугово-степной и субальпийской зонах.
На основе данных дистанционного зондирования и предоставленной информации в результате стало ясно, что в зависимости от поведения вегетационных показателей по сезонам и высоте в альпийской и субальпийской зонах наблюдается недовыпас за счет степной и лугово-степной зон, где отмечается перевыпас. Таким образом, это исследование может улучшить схему выпаса в общине Неркин Саснашен для оптимальной организации процесса выпаса.
Помимо спутниковой информации в исследовании используются результаты оптической и мультиспектральной аэрофотосъемка на основе БПЛА (разрешение 4 см), что позволяет верифицировать значения вегетационных индексов, полученных из спутниковых изображений, и получить более объективные и достоверные данные. Кроме того, за тот же период в каждой ландшафтной зоне была проведена наземная верификация и разбиты пробные площадки (20x20 м²), в рамках которых осуществлен отбор проб травяного покрова для оценки надземной биомассы. Собранные пробы были обработаны в лабораторных условиях для получения сухой биомассы.
В результате выполненных работ стало ясно, что вегетационные индексы не отражают реальную картину и не могут быть прокси-индекторами продуктивности пастбищ, так как плотность растительного покрова и объем растительности очень сильно варьируется в зависимости от природной зоны и локальной мозаичности наземного покрова. В свою очередь, применение данных дистанционного зондирования только одной съемочной системы не обеспечивает необходимые потребности с точки зрения периодичности и пространственного разрешения для мониторинга пастбищ на протяжении всего вегетационного периода. Только мультиплатформенный подход, который основан на сочетании космической съемки различного пространственного разрешения и мультиспектральной съемки с БПЛА, а также наземной верификации на пробных площадках, могут обеспечить реальные оценки биофизических характеристик растительного покрова, анализа его паттернов и позволяет оценить продуктивность этого типа сельскохозяйственных угодий в условиях горной местности и частой смены зональных типов растительности.