Скачкова А.С., аспирант географического факультета Белорусского государственного университета, e-mail: skachkovaas@gmail.com
Regional Ecological Network Planning based on the Analysis of Time-series Remotely Sensed Data Processing Results
Описана методика планирования схемы экологической сети региона (Западно-Белорусская физико-географическая провинция) на основе анализа структуры и динамики земель. В качестве входных данных использованы результаты дешифрирования видов земель по серии наблюдений спутниками Landsat, а анализ результатов расчётов и подготовка выходных материалов производились в среде ArcGIS.
Введение
Во всем мире представления о территориальной охране природы включают в себя планирование экологических сетей, а не обособленных особо охраняемых природных территорий. Экологические сети представляют собой системы заповедных территорий и связывающих их коридоров, буферных зон и других территорий с экологически обоснованным режимом использования. Так, к настоящему времени сформирована Национальная экологическая сеть Республики Беларусь, разработан перечень критериев, определяющих возможность включения территории в экологическую сеть. Он включает оценки площадей типичных и редких природных ландшафтов, наличие редких видов диких животных и растений – то есть показатели сохранности, ландшафтного и биологического разнообразия. Кроме того, в мировой практике планирования экологических сетей используется анализ фрагментированности территории, в первую очередь направленный на оценку территории с точки зрения пригодности для мест обитания и коридоров миграции видов. Фрагментация ландшафта представляет собой процесс дробления крупных мест обитаний на более мелкие, изолированные участки. С ростом фрагментированности экологическая сеть обеспечивает меньшую связность между различными элементами. Поэтому учёт фрагментированности территории особенно важен при планировании элементов экологической сети. В данной работе сделана попытка привлечения результатов обработки данных дистанционного зондирования Земли для планирования региональной экологической сети территории Западно-Белорусской физико-географической провинции.
Исходные данные и методика работ
Исходными материалами для анализа служат результаты дешифрирования видов земель по материалам космических съёмок, в данном случае – миссии Landsat. Использован ряд наблюдений с 1975 по 2014 гг., он разбит на 7 временных интервалов для заполнения каждого из них без пробелов в покрытии. Результирующие растровые слои отображают структуру земель по следующим видам: земли под застройкой, пашня и улучшенные луга, естественные луга, земли под лесами и древесно-кустарниковой растительностью, земли под болотами и земли под водными объектами (рис. 1). Для обработки материалов космической съёмки использован программный комплекс ENVI.
Рис. 1 Результат дешифрирования для временного интервала 2010-2014 гг.
На первом этапе производился анализ структуры и динамики земель по контурам природных ландшафтов. Это позволило сгруппировать контуры ландшафтов по схожести структуры видов земель и характеру динамики (скорости изменения соотношения видов земель) на протяжении периода наблюдения. Очевидно, что наибольшим природоохранным потенциалом обладают ландшафты с высокой долей средостабилизирующих земель – лесов, болот, естественных лугов – а также со слабой динамикой (стабильные). К таким ландшафтам были отнесены нерасчленённые комплексы с преобладанием болот, получившие распространение на Березинской равнине и Нёманской низине. Вторая группа комплексов с преобладанием лесов, лугов и болот приурочена к долинам средних и крупных рек (Свислочь, Зэльвянка, Щара, Дитва, Западная Березина, Нёман, Вилия, Березина), соответствующим недренированным ландшафтам с поверхностным залеганием аллювиальных песков. Эта группа обладает благоприятной современной структурой земель, однако характеризуется значительной динамикой, связанной с сельскохозяйственной, рекреационной нагрузкой на эти территории. Тем не менее, эта группа ландшафтов также рассматривается в качестве природоохранной из-за своей естественной транзитной функции. Таким образом были выделены потенциальные регионы для развития экологических коридоров и ядер.
На втором этапе на основе растров видов земель за 2010-2014 гг. был произведён расчёт метрик ландшафтного разнообразия (метрики Шеннона и Симпсона), а также метрик фрагментированности (размер эффективной ячейки) – на основе векторного слоя дорог и рек. Расчет метрик производился в системе GRASS GIS. Метрики были агрегированы по контурам ландшафтов и объектам экологической сети, а также по сетке с шагом 900 и 2500 м. Далее с помощью инструментов анализа растров в пределах выделенных на предыдущем этапе регионов и на прилегающих к ним территориях выделялись наименее фрагментированные участки. Таким образом, вокруг существующих ООПТ были выделены «ядра», соединённые между собой водными и лесными коридорами. Анализ результатов расчётов и подготовка выходных материалов производились в среде ArcGIS.
Обсуждение результатов
Региональная схема, сформированная по результатам анализа ДДЗ, предполагает некоторые уточнения существующей Национальной схемы. Во-первых, это значительное расширение ядра вокруг Березинского заповедника за счёт прилегающих к нему лесных и болотных массивов (рис. 2-1). Во-вторых, формирование ядра вокруг Липичанской пущи с включением в него заказников республиканского значения Слонимского и Стронга (рис. 2-2). Наконец, это ограничение хозяйственной деятельности в зоне водного коридора в долине Нёмана (рис. 2-3); обеспечение связности с ООПТ территориями Полесья за счёт водных коридоров по рекам Щара, Зельвянка, Россь (рис. 2-4); оформление лесного коридора по Ошмянской гряде (рис. 2-5).
Рис. 2 Предлагаемая схема экологической сети региона.
При такой схеме экологической сети общая площадь земель с ограничениями по использованию достигнет трети территории провинции. В структуре сети преобладают ядра, включающие в себя самые крупные ООПТ – 56%, 43% приходится на коридоры и менее процента на ООПТ вне ядер. Структура земель внутри объектов сети значительно отличается от средней по провинции. Так, существенно ниже доля пахотных и улучшенных луговых земель: 29% в среднем, 19% – внутри коридоров, 10% – внутри ядер и 8% – внутри ООПТ. Лесистость территорий внутри сети значительно выше – более 70% против 40% средних по провинции; при этом отметим, что на долю ООПТ приходится большая часть заболоченных земель.
Очевидно, что схема экологической сети, построенная только с использованием картометрических методов, не может претендовать на полный учёт природного потенциала территории. Однако вовлечение описанной методики в разработку схем регионального планирования может существенно повлиять на улучшение условий обитания охраняемых видов растений и животных.
