СПОСОБ ИНТЕГРАЛЬНОЙ БИОИНДИКАЦИОННОЙ ОЦЕНКИ АНТРОПОГЕННОЙ ТРАНСФОРМАЦИИ РАСТИТЕЛЬНОГО ПОКРОВА АРИДНЫХ И СУБАРИДНЫХ ТЕРРИТОРИЙ

Изобретение относится к области экологии, геоботаники, биоиндикации, дистанционного и полевого мониторинга растительного покрова и может быть использовано для оценки степени антропогенной трансформации растительных сообществ на аридных и субаридных территориях, в пригородных ландшафтах, промышленных зонах, пастбищных массивах, участках рекреационной нагрузки и территориях с выраженным хозяйственным освоением.

Проблема, решаемая заявленным способом, заключается в отсутствии простой, воспроизводимой и одновременно комплексной методики, позволяющей в едином алгоритме учитывать дистанционные данные, современные полевые геоботанические описания, архивные сведения о прежнем состоянии растительности, морфометрические признаки листьев растений-индикаторов, типы антропогенной нагрузки и итоговую категорию экологического состояния территории. Известные подходы чаще оценивают отдельный компонент среды - спектральные показатели растительности, загрязнение воздуха по листьям либо пастбищную деградацию - и не формируют адресное природоохранное решение для каждого исследуемого участка.

Аналоги и прототип

Известен способ RU2424540C2, в котором параметры состояния почвенно-растительного покрова определяют по данным многоспектрального аэрокосмического зондирования с выделением класса растительности, расчетом фитомассы, параметров тепло-, влаго- и энергообмена и биопродуктивности. Недостатком данного решения является зависимость от специальной аппаратуры и обработки данных дистанционного зондирования, а также отсутствие прямого учета архивных геоботанических описаний, морфометрических признаков листьев, редких и инвазивных видов и паспорта природоохранного решения.

Известен способ RU2632946C2 определения индекса экотопической приуроченности, относящийся к биомониторингу и биоиндикации состояния окружающей среды. Недостаток указанного способа состоит в том, что он ориентирован на расчет видовой приуроченности и не обеспечивает комплексной оценки исторической утраты растительного сообщества, фрагментации, восстановления и антропогенной нагрузки конкретного полигона.

Известен способ RU2390001C2 биоиндикации пастбищной деградации в растительных сообществах настоящих степей, основанный на выделении индикаторных видов. Его недостатком является узкая ориентация на пастбищную деградацию степных сообществ и отсутствие универсального картографического алгоритма для территорий с сочетанным влиянием выпаса, распашки, застройки, промышленной разработки, засоления и рекреационной нагрузки.

Известны способы RU2569748C2 и RU2736935C1, использующие признаки листьев древесных растений для сравнительной индикации загрязнения воздуха. Недостатком данных решений является то, что морфометрия листьев применяется преимущественно как индикатор загрязнения атмосферного воздуха и не объединяется с геоботаническими, историческими, ландшафтными и управленческими данными для оценки общей антропогенной трансформации растительного покрова.

Наиболее близким прототипом выбран RU2424540C2 как способ оценки состояния почвенно-растительного покрова на основе дистанционных данных. Однако прототип не решает задачу интегрального ранжирования ландшафтно-геоботанических полигонов по степени антропогенной трансформации с учетом полевых, архивных, морфометрических и управленческих критериев.

Недостатки прототипа - не предусматривает одновременного использования дистанционных данных, современных полевых описаний и архивных геоботанических материалов;

- не включает раздельное кодирование типов антропогенной нагрузки, таких как распашка, выпас, сенокошение, вырубка, засоление, строительство, промышленная разработка, пожары и рекреационное воздействие;

- не учитывает диагностическую роль редких, эндемичных, инвазивных и синантропных видов;

- не использует морфометрические признаки листьев растений-индикаторов как дополнительный биоиндикационный блок;

- не формирует паспорт участка с категорией трансформации и конкретным природоохранным решением;

- не обеспечивает удобное повторное сравнение территории во времени после восстановительных мероприятий.

Цель изобретения

Целью заявленного способа является повышение точности, объективности и воспроизводимости оценки антропогенной трансформации растительного покрова за счет объединения дистанционных, полевых, архивных, морфометрических и управленческих критериев в едином интегральном индексе IATR с последующим построением карты экологического состояния и выбором природоохранного решения для каждого полигона.

Отличительные признаки заявленного способа

- исследуемую территорию предварительно делят на ландшафтно-геоботанические полигоны с использованием космических снимков, топографических карт, карт землепользования и предварительного дешифрирования;

- для каждого полигона выполняют современные полевые геоботанические описания, включающие доминанты, субдоминанты, проективное покрытие, фрагментацию, состояние почвы и признаки хозяйственного воздействия;

- современные данные сопоставляют с архивными описаниями, картами и материалами прежних исследований, что позволяет определить историческую утрату естественного сообщества;

- формируют матрицу антропогенных факторов с раздельным кодированием распашки, выпаса, сенокошения, вырубки, засоления, строительства, промышленной разработки, рекреационной нагрузки, пожаров и дорожного влияния;

- дополнительно регистрируют морфометрические признаки листьев растений-индикаторов, включая площадь листовой пластинки, асимметрию, повреждение края, некрозы, хлороз, усыхание и степень механического повреждения;

- рассчитывают интегральный индекс антропогенной трансформации IATR по нормированным блокам изменения доминантного состава, проективного покрытия, исторической утраты, состояния редких и эндемичных видов, инвазивных и синантропных видов, антропогенной нагрузки и морфометрических нарушений листьев;

- по значению IATR каждому полигону присваивают класс трансформации и адресное природоохранное решение: сохранить, ограничить нагрузку, восстановить, рекультивировать, провести лесомелиорацию, создать микрозаказник или повторно обследовать через заданный интервал.

Сущность изобретения

Сущность заявленного способа состоит в том, что исследуемую территорию делят на однородные ландшафтно-геоботанические полигоны, для каждого полигона собирают дистанционные, полевые, архивные и морфометрические данные, переводят показатели в нормированную шкалу от 0 до 1, после чего рассчитывают интегральный индекс антропогенной трансформации растительного покрова IATR. Полученное значение используют не только для ранжирования территории, но и для принятия конкретного природоохранного решения.

В отличие от визуальной экспертной оценки, заявленный способ имеет формализованную последовательность действий, единые шкалы нормирования и расчетный критерий. Это снижает субъективность, позволяет сравнивать участки между собой и применять метод повторно при мониторинге через 3-5 лет либо после проведения восстановительных мероприятий.

Расчетный критерий

Интегральный индекс антропогенной трансформации IATR показывает общий уровень изменения растительного покрова под влиянием городской среды.

Его рассчитывают по формуле:

IATR = (wD x XD + wP x XP + wH x XH + wR x XR + wI x XI + wL x XL + wM x XM) / (wD + wP + wH + wR + wI + wL + wM), где XD, XP, XH, XR, XI, XL и XM - отдельные показатели, которые отражают разные признаки антропогенной трансформации территории, например плотность застройки, близость к дорогам, степень нарушения растительности, рекреационную нагрузку, промышленное влияние, состояние озеленения и механическое повреждение растений.

wD, wP, wH, wR, wI, wL и wM - весовые коэффициенты. Они показывают, насколько важен каждый показатель в общей оценке. Т.е., сначала для каждого участка оценивают несколько факторов антропогенной нагрузки. Затем каждый фактор умножают на его вес. После этого все значения складывают и делят на сумму весов. В результате получают один общий показатель IATR. Чем выше значение IATR, тем сильнее выражена антропогенная трансформация территории. Низкое значение индекса указывает на благоприятное состояние растительного покрова, а высокое значение - на выраженное нарушение городской среды.

Каждый показатель Xi нормируют в диапазоне от 0 до 1, где 0 соответствует отсутствию или минимальному проявлению нарушения, а 1 - максимально выраженному нарушению. Весовые коэффициенты выбирают в пределах от 0,05 до 0,30 с учетом природной зоны, типа растительности, цели мониторинга и полноты архивной информации. В базовом варианте используют следующие веса: wD = 0,20; wP = 0,15; wH = 0,20; wR = 0,15; wI = 0,10; wL = 0,10; wM = 0,10.

Таблица 1. Шкала интерпретации интегрального индекса антропогенной трансформации IATR

Значение IATR   Класс трансфор

мации   Экологическая интерпретация    Рекомендуемое действие

0,00-0,25             Слабая  Растительный покров в целом сохранен, признаки нарушения единичные    Плановый мониторинг, сохранение участка

0,26-0,50             Умерен

ная        Имеются устойчивые признаки изменения структуры сообщества              Профилактические меры, ограничение локальной нагрузки

0,51-0,75             Выра

женная  Нарушение влияет на структуру, видовой состав и восстановительный потенциал          Усиленный мониторинг, восстановительные мероприятия

0,76-1,00             Крити

ческая   Растительный покров значительно деградирован или замещен вторичными сообществами          Рекультивация, лесомелиорация, создание микрозаказника, повторная оценка

По шкале таблицы 1 территория получает не только числовую характеристику, но и управленческую интерпретацию. Это делает способ пригодным для экологического мониторинга, подготовки карт риска и выбора очередности восстановительных мероприятий.

Осуществление способа

- На первом этапе собирают исходные материалы: космические снимки, топографические карты, данные землепользования, архивные геоботанические описания, сведения о прежних растительных сообществах и расположении источников антропогенной нагрузки.

- На втором этапе исследуемую территорию делят на ландшафтно-геоботанические полигоны. Границы полигонов уточняют по типу растительности, рельефу, степени освоения, наличию дорог, поселений, сельскохозяйственных участков, промышленных объектов и зон рекреации.

- На третьем этапе в период вегетации выполняют полевые описания. На каждом полигоне фиксируют доминанты, субдоминанты, проективное покрытие, долю сорных и синантропных видов, наличие редких или эндемичных видов, фрагментацию покрова, признаки усыхания, эрозии, засоления и механического нарушения.