Выявление многолетних трендов биологической продуктивности лесостепных и степных экосистем Восточной Европы по спутниковым данным NOAA AVHRR

Современные изменения климата в основном сельскохозяйственном и зернопроизводящем регионе Восточной Европы – лесостепи и степи юга Европейской России, Украины и Молдовы имеют неопределенный и разнонаправленный характер. Сравнимость результатов о текущих изменениях региональных климатов и их воздействии на динамику и функционирование наземных агроэкосистем может быть обеспечена только при использовании в качестве единой пространственной и информационной основы данных дистанционного зондирования Земли, в частности временных рядов данных нормализованного разностного вегетационного индекса (NDVI).
Показатель суммарных годовых значений NDVI рассматривается нами как основной интегральный индикатор, отражающий межгодовую многолетнюю динамику надземной зеленой фитомассы, надежно сопоставимый с ежегодной биологической продуктивностью растительных сообществ (Fensholdt, Rasmussen et al., 2012). В качестве исходных данных использовались временные ряды NDVI, полученных на основе спутниковых данных низкого пространственного разрешения (8 км) NOAA AVHRR (Tucker et al., 2005).
Анализ временных серий данных суммарного годового NDVI проведен с использованием методов непараметрической статистики: для каждой 8-километровой ячейки рассчитаны параметры медианного тренда и непараметрического теста Манна-Кендалла – показателя надежности присутствия позитивного или негативного тренда (Hoaglin et al., 2000). Пространственные закономерности распределения направленности изменений суммарных годовых значений NDVI проанализированы отдельно для пахотных и естественных кормовых угодий в пределах 13 различных зональных типов ландшафтов (Огуреева и др., 1997). В целом для лесостепи Восточной Европы устойчивый тренд к «позеленению» фиксируется для 18,6% кормовых угодий и для 23,5% пахотных угодий. В пределах степной зоны устойчивые позитивные тренды выявлены в основном для пахотных угодий, в то время как устойчивой тенденцией к «позеленению» отличаются всего 18 % кормовых угодий лесостепи и 7% кормовых угодий степи. Региональные закономерности в распределении трендов изменения суммарных годовых значений NDVI показывают возрастание доли пахотных и особенно кормовых угодий, испытывающих устойчивую тенденцию к снижению биологической продуктивности с запада на восток в направлении увеличения континентальности климата как в пределах почти всех подзон степной зоны, так и в пределах лесостепи. Это хорошо согласуется с данными климатического моделирования, свидетельствующими о начавшейся поступательной аридизации основных сельскохозяйственных регионов Восточной Европы и снижении климатической урожайности зерновых (Dronin, Kirilenko, 2011).
Для изучения вклада неклиматических факторов в динамику продуктивности агроэкосистем восточноевропейской лесостепи и степи, в первую очередь, приоритетов сельскохозяйственной политики и изменений структуры использования земель, отдельно проанализировано пространственное распределение трендов суммарного годового NDVI пахотных и пастбищных угодий по трем периодам: 1982-1990 (период реализации Продовольственной программы СССР и увеличения инвестиций в сельское хозяйство); 1991-1999 (упадок сельского хозяйства и выведение части пахотных земель из оборота в странах бывшего СССР); 2000-2006 (увеличение государственной поддержки сельского хозяйства в России, Украине и Молдове). Выявленные наиболее масштабные и устойчивые тренды роста продуктивности пахотных и пастбищных угодий всего региона в позднесоветский период могут быть объяснены как успехом сельскохозяйственной политики, так и благоприятными климатическими условиями десятилетия. В 1990-е годы отмечается снижение продуктивности как пахотных, так и пастбищных земель в связи с частыми засухами и нерациональным использованием сельскохозяйственных земель. Пространственное распределение трендов суммарного годового NDVI пахотных и естественных кормовых угодий в 2000-е годы в основном отвечает климатически обусловленным закономерностям, выявленным для всего 30-летнего периода поскольку начавшаяся реабилитация сельского хозяйства пока не привела к однозначным и значительным изменениям структуры использования земель в регионе.
Работа выполнена по проекту РФФИ №12-05-00804-а.