Спутниковый мониторинг опустынивания на юге европейской России в 2019–2020 годах

В 2020 г. на юге европейской части России из-за засухи и неконтролируемого роста поголовья овец и коз катастрофически интенсифицировались процессы опустынивания пастбищ, что привело к росту площади подвижных песков и других земель, лишённых растительного покрова. Следствием этого стали масштабные пыльные бури, наблюдавшиеся осенью 2020 г., в результате которых в октябре 2020 г. площадь покрытых песком пастбищ в Астраханской области, Калмыкии, Дагестане и Ставропольском крае превысила 1,5 млн га. В 2021 г. ситуация относительно стабилизировалась, тем не менее, площади открытых песков и дефлированных территорий всё ещё превышали 250–300 тыс. га, также в первом полугодии отмечались и пыльные бури. В 2022 г. сохранялся риск увеличения площадей лишённых растительного покрова пастбищных земель в регионе. Данное исследование является продолжением работ по спутниковому мониторингу процессов опустынивания на юге России.

Целью работы является определение закономерностей динамики площадей открытых песков и дефлированных территорий в период интенсификации процессов опустынивания 2019–2022 гг. в Северо-Западном Прикаспии под влиянием природных и антропогенных факторов с использованием данных Landsat.

В качестве источника данных выбраны спутниковые изображения с КА Landsat-8 и -9 за период 2019–2022 г. (рисунок 1), когда площадь опустынивания резко увеличилась по сравнению с периодом до 2019 г.

Рисунок 1 — Спутниковые изображения массивов подвижных песков на пастбищах
Калмыкии: (а) — 23.06.2019; (б) — 09.06.2020; (в) — 30.07.2021; (г) — 31.05.2022

Данные Landsat имеют пространственное разрешение 30 м, что позволяет точнее определять границы очагов подвижных песков по сравнению с использованием изображений, получаемых спутниковыми системами MODIS и VIIRS. Спутниковые изображения Landsat второго уровня обработки, прошедшие радиометрическую калибровку и коррекцию атмосферных искажений, использовались для расчёта NDVI. Далее выполнялась совместная классификация изображений, включающих значения NDVI и коэффициента спектральной яркости в красном диапазоне длин волн. Подобный подход ранее уже показал достаточную точность выделения открытых песков.

На каждый год использовалось пять спутниковых изображений (тайлы 169028, 169029, 170027, 170028, 170029). Выбирались даты снимков по возможности близкие к максимуму вегетации в мае и первой половине июня. Поскольку даты спутниковой съёмки в пределах года могли отличаться, то сначала выполнялась классификация каждого изображения по отдельности, а затем составлялся результирующий растр на всю территорию исследований. Площадь опустынивания в 2022 г. показана на рисунке 2.

Рисунок 2 — Площади открытых песков и дефлированных земель на 2022 г.: I — границы регионов, II — границы районов, III — ООПТ, IV — соры и солончаки, V — водоёмы, VI — участки без растительного покрова

В июне 2019 г. в регионе исследований отмечено 232,6 тыс га опустыненных пастбищных земель (таблица 1). Из-за начавшегося осенью этого года и продолжающегося в 2020 г. засушливого периода, самозарастание песков было незначительным. Весенняя засуха 2020 г. и чрезмерный выпас домашнего скота привели к росту площадей опустынивания примерно на 70 %. Наиболее сильный в относительном выражении рост опустынивания земель был характерен для Дагестана и Ставропольского края (на 46 и 31 % соответственно), при том что до 2019 г. ситуация с деградацией пастбищ здесь была благополучной. В июне площадь открытых песков составляла 390 тыс. га, к концу сентября она увеличилась примерно до 700–800 тыс. га, а к середине октября масштабные пыльные бури привели к засыпанию пастбищ песком. В итоге на конец 2020 г. площадь открытых песков составляла не менее 1,4 млн га. До августа большая часть опустыненных пастбищ была расположена на границе Калмыкии и Астраханской области, но уже в сентябре из-за сильных юго-восточных ветров и вызванных ими эоловых процессов многократно увеличилась площадь подвижных песков на севере Дагестана и Ставропольского края. Засухи и перевыпас домашнего скота привели к практически полному отсутствию растительной ветоши на пастбищах, итогом стало прекращение в 2020 и 2021 гг. регулярных ранее степных пожаров.

Таблица 1 — Динамика площадей открытых песков и дефлированных территорий в 2019-2022 гг.

Регион	Площадь, тыс. га / %
	2019	2020	2021	2022
Астраханская область	96,4 / 41,4	135,3 / 34,6	101,1 / 29,3	30,8 / 17,0
Республика Дагестан	20,1 / 8,6	49,5 / 12,7	44,7 / 13,0	27,2 / 15,0
Республика Калмыкия	104,6 / 45,0	179,2 / 45,9	170 / 49,3	100,9 / 55,7
Ставропольский край	11,5 / 5,0	26,6 / 6,8	28,9 / 8,4	22,4 / 12,3
Всего	232,6 / 100	390,6 / 100	344,6 / 100	181,3 / 100

Весна 2022 г. в Калмыкии и Астраханской области характеризуется засухой, аналогичной 2020 г., а на севере Дагестана и Ставропольского края более сильной. Это привело к угнетению пастбищной растительности. Существенное снижение поголовья домашнего скота в период 2021–2022 гг. позволило избежать последствий перевыпаса в условиях весенней засухи 2022 г., которые наблюдались в регионе в 2020 г. Тем не менее, очень высокие температуры августа и практически полное отсутствие осадков в этом месяце привели к пыльным бурям в период 18–28 августа (рисунок 3), особенно сильным на севере Ставропольского края и Дагестана. Это может повлечь очередной рост площадей подвижных песков и дефлированных пастбищ. По этим причинам необходимо продолжение мониторинга процессов опустынивания на юге России. Проведение фитомелиоративных работ по закреплению подвижных песков способно существенно сократить площади открытых песков.

Рисунок 3 — Спутниковые изображения пыльной бури на юге европейской России 22 августа 2022 г.: (а) — MODIS Aqua; (б) — Sentinel-2B, красный контур — местоположение фрагмента спутникового изображения Sentinel-2

Проведённые исследования показали стабилизацию процессов опустынивания в Северо-Западном Прикаспии в 2022 г. по сравнению с 2020–2021 гг. Тем не менее на юге Калмыкии, севере Дагестана и северо-востоке Ставропольского края ситуация остаётся опасной, что подтверждается пыльными бурями в августе 2022 г. Необходимо продолжение мониторинга состояния пастбищ в регионе и своевременное реагирование на рост угрозы необратимого опустынивания путем регулирования пастбищных нагрузок и фитомелиорации.