Применение геоинформационных технологий для оценки влияния выпаса и пожаров на растительный покров Северо-Западного Прикаспия

За последние 50 лет экосистемы Северо-Западного Прикаспия претерпевали различные изменения, вызванные, как природными, так и антропогенными факторами. Аридность климата в сочетании с высокой пастбищной нагрузкой, а также распашка новых территорий, увеличение площади сенокосов и строительство различных гидросооружений (каналы, водохранилища, оросительные системы) в 70–80-е гг. ХХ в. привели к значительной деформации как растительных сообществ, так и экосистем в целом. На рубеже 90-х гг. прошлого века политические события в стране привели практически к полному развалу сельского хозяйства — в регионе были заброшены возделываемые поля, поголовье скота значительно сократилось. На фоне незначительного роста количества осадков в конце ХХ – начале ХХI в. начался процесс демутации растительности, что привело к увеличению числа пожаров. В последние десятилетия в регионе развивается пастбищное животноводство, пастбища расширяются за счёт залежных земель в степной зоне, а в пустынной зоне на лёгких почвах чрезмерные пастбищные нагрузки в сочетании с характерными для региона засухами приводят к возникновению новых очагов дефляции, восстановление растительности на которых растягивается на долгие годы.

В отчётный период проведено исследование, цель которого заключается в установлении влияния особенностей пожарного режима и выпаса на современное распределение растительных сообществ на основе данных дистанционного зондирования Земли из космоса и наземных геоботанических исследований.

Картографирование выгоревших площадей основывалось на спутниковых данных Landsat за 1984–2022 гг., доступ к которым получен с помощью сервиса «Вега-Science». Выделение контуров, пройденных огнём участков, осуществлялось на основе экспертного дешифрирования цветосинтезированных изображений с включением инфракрасного диапазона. Подобный подход достаточно широко применяется при мониторинге гарей. До 1998 г. в Калмыкии степные пожары были немногочисленными, отмечались только отдельные случаи с относительно небольшой площадью охвата. По этой причине количество пожаров и длительность пирогенных сукцессий были рассчитаны за период 1998–2022 гг.

Для определения пастбищных нагрузок было выполнено визуальное дешифрирование расположения животноводческих ферм, которые достаточно точно идентифицируются по более светлому тону из-за стравливания растительности в их окрестностях. В результате картографирования выделено более 1,7 тыс. животноводческих ферм, кошар и других мест концентрации домашнего скота, по большей части не менявших своего местоположения за период исследований. Вокруг каждой точки концентрации скота были построены полигоны Вороного-Тиссена для определения площади близлежащих пастбищ, на которых предположительно осуществляется выпас. Далее на основе статистической информации за 2007–2022 гг. о численности овец и коз, крупного рогатого скота, лошадей для каждого из муниципальных районов территории исследования рассчитывалось среднее поголовье, приведённое к условным головам овец и коз согласно утверждённым коэффициентам, которое приходится на одну животноводческую ферму. Полученная величина поголовья делилась на площадь соответствующего ферме полигона Вороного-Тиссена, в результате чего рассчитывалась среднемноголетняя пастбищная нагрузка. С помощью теста Кларка-Эванса рассчитывались наблюдаемые и ожидаемые расстояния между фермами и их соотношение, характеризующее особенности пространственного размещения.

Всего было описано 792 точки с указанием доминирующих растительных сообществ (Сафронова И.Н., Степанова Н.Ю., Каримова Т.Ю., Калмыкова О.Г., Уланова С.С., Федорова Н.Л., Горяев И.А., Полуэктов С.А., Поляков Д.Г. Карта современной растительности Северо-Западного Прикаспия. М 1:300 000. Пояснительный текст и легенда/ РАН, Ботанический ин-т им. В.Л. Комарова РАН. Санкт-Петербург: Ботанический ин-т им. В.Л. Комарова РАН, 2025. 80 с.). Растительность была сгруппирована по жизненным формам доминирующих видов: плотно- и крупнодерновинные злаки (например, Stipa spp., Agropyron spp., Festuca valesiaca), однолетники (например, Anisantha tectorum, Eremopyrum spp., Salsola tragus, Ceratocarpus arenarius и др.), полукустарнички (например, Artemisia spp., Anabasys spp., Tanacetum achilleifolia), галофиты (например, Halocnemum strobilaceum, Climacoptera spp., Camphorosma spp. и др.) и кустарники (Tamarix spp., Calligonum aphyllum). Сообщества с доминированием рыхлодерновинного мятлика луковичного (Poa bulbosa) были выделены в отдельную группу, так как его обилие возрастает с увеличением пастбищных нагрузок, как в степной, так и в пустынной зонах.

При создании итоговой базы данных методами геоинформационной обработки для каждой точки геоботанических исследований были добавлены данные о расстоянии до ближайшей животноводческой фермы, среднемноголетней пастбищной нагрузке, количестве пожаров и их динамике за 1998–2022 гг., а также климатические годовые суммы осадков (рисунок 1).

 Рисунок 1 — Средние значения расстояний до ближайшей животноводческой фермы (a), среднемноголетние пастбищные нагрузки (b), длительности пирогенной сукцессии (c) и количество пожаров (d) для площадок, где доминируют: I — дерновинные злаки, II — мятлик, III — однолетники, IV — полукустарнички, V — галофиты, VI — кустарники; VII — среднее для всех площадок; планками показан 95 % доверительный интервал

В результате анализа данных наземных геоботанических исследований и характеристик пастбищных нагрузок и пожарного режима, полученных на основе обработки данных дистанционного зондирования Земли из космоса и методов геоинформатики, выявлены закономерности отклика растительности на пирогенное воздействие и выпас домашнего скота в Северо-Западном Прикаспии.

Конечные стадии пастбищной дигрессии на этой территории характеризуются преобладанием в сообществах мятлика и однолетников. В данном исследовании доля таких сообществ составила 18,4 % в степной зоне, и 48,1 % — в пустынной. И это при том, что нагрузка на пастбища практически не отличается — 0,91±0,09 усл. гол. овец/га в степи и 1,03±0,10 усл. гол. овец/га в пустыне. Восстановление естественной растительности растягивается на десятилетия и зависит от ряда природных (эдафических и гидротермических условий и пожаров) и антропогенных (выпас и использование территории) факторов.

За последние 25 лет территория исследования практически ежегодно подвергалась пожарам разной интенсивности. Так, в степной зоне пройдено огнём 37 % площади, а в пустынной — 50,4 %. Пик горимости пришёлся на период 1998–2011 гг. и был вызван ростом годового количества выпадаемых осадков и сокращением поголовья скота, что привело к увеличению доли злаковых сообществ, особенно в пустыне. На растительные сообщества степной зоны пожары и выпас оказывают меньшее влияние, так как в ходе эволюции они смогли приспособиться к их воздействию.

В пустынной зоне отмечено увеличение доли злаковых сообществ, которые появились в результате эндогенной сукцессии на незакреплённых песках при отсутствии выпаса на особо охраняемых природных территориях и поддерживаются в настоящее время пожарами. Увеличение пастбищных нагрузок может привести к снижению доли сообществ дерновинных злаков на восстанавливающихся после пожаров участках, в то время как на негоревших выпас не оказывает влияния на соотношение сообществ злаков и полукустарничков, так как ключевым фактором являются гидротермические условия.

Пожарный режим и пастбищные нагрузки в Северо-Западном Прикаспии характеризуются наличием обратных связей за счёт изменения состава растительных сообществ. Низкая интенсивность выпаса или его отсутствие приводят к накоплению ветоши, что приводит к ландшафтным пожарам, вследствие которых доминируют более приспособленные к пирогенному воздействию дерновинные злаки. Высокая продуктивность злаков при отсутствии пастбищных нагрузок и их фенологические особенности способствуют формированию пожароопасной обстановки после окончания их вегетации к середине лета, из-за чего возрастает частота пожаров, что приводит к угнетению и выпадению из сообществ полукустарничков. И наоборот, в результате более интенсивных пастбищных нагрузок снижается запас мортмассы, растёт доля длительно вегетирующих полукустарничков, соответственно снижается и частота пожаров, так как требуется более длительный период накопления горючего материала. Таким образом, видовой состав растительности определяется совокупным воздействием пастбищных нагрузок, природных пожаров и гидротермических условий: на выгоревших площадях возрастает роль выпаса, на негоревших — влагообеспеченности