Экосистемы средних пустынь Казахстана и их инвентаризация методами дистанционного зондирования (02.02.2009)

Автор: Бедарева Ольга Михайловна

3. Белоземельнополынно-черносаксауловая 0,20

4. Осоково-белоземельнополынная 0,60

5. Терескеново-джузгуновая 0,90

6. Эфемерово-белоземельнополынно-терескеновая 0,75-0,92

7. Биюргуновая 0,50

8. Биюргуново-кейреуковая 0,80

4.2. Аэрофотометрирование растительных ассоциаций пустынных пастбищ

Точность аэрофотометрического метода в определении параметров растительного покрова проверялась в процессе опытных работ. Такая проверка потребовала специально поставленного трудоемкого процесса исследований, в котором число и размещение наземных измерений обеспечивало репрезентативность фотометрируемой ассоциации.

Стандартные отклонения получаемой фотометрическим методом растительной массы (?м) складываются из двух составляющих: варьирования измерений прибором (?пр) и корреляции растительной массы с коэффициентами яркости (?св). Связь между ними выражается уравнением:

?м= ?пр+ ?св (1)

Среднее квадратическое отклонение результатов определения отношений коэффициентов яркости по данным аэрофотометрических исследований составляет 0,03-0,04. При таких погрешностях расчета отношения коэффициентов яркости, точность определения растительной массы составляет 0,01 т/га.

Аэрофотометрическое определение урожайности пустынных пастбищ позволяет получить суммарную величину растительной массы. Сезонное развитие пустынной растительности, ее многоярусность и различная кормовая ценность требует раздельного определения растительной массы по видам. Такая дифференциация растительного покрова предусматривается в разработанной технологии совмещением фотометрических измерений с КМ аэрофотосъемкой, исходя из предпосылки, что дешифрирование КМ аэрофотопроб позволит решить эту задачу. Поэтому представляет интерес вопрос о пространственном совмещении фотометрических измерений с КМ аэрофотосъемкой, что и было произведено в экспериментальных работах на опытных полигонах и при маршрутных исследованиях на песчаных массивах.

Таким образом, можно констатировать технологичность разрабатываемой схемы дистанционной индикации пустынной растительности, объединяющей КМ АФС и аэрофотометрические измерения.

Спектральные характеристики объектов зондирования (система почва-растительность) имеют ярко выраженный временной ход. Информация, извлекаемая из данных о временной динамике СКЯ, связанной со сменой фаз вегетации растительности и, соответственно, с изменением оптических свойств эдификаторов и их массы с учетом влияния почвы, оказалась приемлемой при оценке продуктивности пастбищных экосистем.

В период от начала вегетации до цветения, когда оптические характеристики листьев и стеблей изменяются незначительно, основным фактором, влияющим на спектральные свойства растительности, является увеличение фитомассы, сопровождающееся повышением вклада растительности в СКЯ системы почва-растительность. При этом СКЯ уменьшается в красном участке и повышается в ближнем ИК-диапазоне, что приводит к увеличению значений вегетационных индексов, являющихся отношением СКЯ соответственно для ИК - и К- спектральных каналов.

При усыхании надземной фитомассы происходит обратное изменения СКЯ и вегетационных индексов. Во время цветения возможны различные вариации спектральных характеристик.

Экспериментальные данные позволили установить тесную корреляционную зависимость между урожайностью и спектральными коэффициентами яркости в разрезе основных ассоциаций (табл. 2). Хотя следует отметить, что подобные значения коэффициента детерминации характерны для позденевесеннего и раннелетнего периодов наблюдений. В эти сроки характерно присутствие эфемеров и эфемероидов, а многолетняя травянистая и кустарниковая растительность практически сформирована, проективное покрытие в отдельных случаях может достигать и 80%.

Наблюдения позднелетних сроков показали значительное снижение корреляционных взаимосвязей, что связано с биологическими особенностями развития пустынной растительности. Одновременно экспериментальные данные позволили выявить оптимумы сроков для проведения аэрофотометрических наблюдений. Отмечаются два явно выраженных подъема СКЯ в течение вегетационного периода: первый – весной, при массовом развитии эфемеров и эфемероидов, второй – при накоплении надземной биомассы кустарников и полукустарников - раннелетний.

Стабильным и плавным ходом отличаются спектральные характеристики кустарниковых и черносаксауловых пастбищ, что обусловлено длительным периодом вегетации доминантов. Выявленная закономерность взаимосвязи урожайности и спектральных коэффициентов яркости в целом подтверждается соответствующими уравнениями регрессии и коэффициентами детерминации

Общие закономерности хода спектральных кривых позволяют планировать мероприятия по оценке урожайности надземной фитомассы.

5. ДЕШИФРИРОВАНИЕ МАТЕРИАЛОВ КРУПНОМАСШТАБНОЙ АЭРОФОТОСЪЕМКИ ПАСТБИЩНОЙ РАСТИТЕЛЬНОСТИ

Использование аэро- и космической информации для изучения любых природных объектов включает дешифрирование этих материалов – их распознавание. В настоящее время дешифрирование аэрокосмических фотоснимков осуществляется глазомерно-стереоскопическим, измерительным и автоматизированными способами. Нельзя не согласиться с мнением И.А. Лабутиной (2004), что автоматизированное дешифрирование не в состоянии полностью заменить визуальное. Одно из основных преимуществ визуального метода дешифрирования перед автоматизированным заключается в легкости получения пространственной информации. Как отмечает автор, достаточно одного взгляда, чтобы найти различия в изображении на двух фрагментах космических снимков.

В работе использованы материалы выборочной и сплошной крупномасштабной аэрофотосъёмок песчаных массивов Мойынкум и Сарыесик-Атырау Достоверность аналитико-измерительного дешифрирования определялась на основании натурных геоботанических исследований на выделенных тестовых участках.

Информация по натурным исследованиям, проведенным на тестовых участках, послужила основой для идентификации различных дешифрируемых признаков и определения достоверности индикации по ним различных компонентов и элементов экосистем путем сопоставления результатов дешифрирования с контактными исследованиями, принимаемыми за истинные данные. Исходя из такой задачи, на КМ аэрофотопробах дешифрировались все те же параметры экосистем, которые исследовались и контактным методом на каждой конкретной ТДПП.

В процессе опытно-производственных дешифровочных работ были изучены наиболее важные показатели пустынных экосистем: доминирующие ассоциации саксаульников; таксационные показатели - высота (H) и диаметр (D) кроны деревьев и кустов, их число на гектар, полнота (сумма площадей проекций крон) ((Gпк) древесного и кустарникового ярусов, проективное покрытие травянистого яруса, жизненное состояние растений; тип рельефа; тип почв; показатели опустынивания (дефляция, засоление и др.). На основе установленных признаков проведена индикация экосистем, в частности характеристика растительного покрова, в границах тестового участка и выдела. По каждому из заявленных параметров составлены соответствующие таблицы, позволяющие оценить достоверность проведенных исследований. Распознавание состава пастбищной растительности на крупномасштабных аэроснимках производилось по признакам, разработанным при геоботаническом дешифрировании в камеральных условиях и уточненных в полевой период.

При создании таблицы дешифровочных признаков (М 1:1500) черносаксауловых сообществ использованы такие индикаторы, как тон фотоизображения, форма проекции кроны, текстура, тип рельефа, тип почвы, наличие дефляции, засоления и др. Тон фотоизображения на черно-белых снимках во многом определяется фенологическим состоянием растительности, освещенностью, характеристиками фотопленки, особенностями фотографического процесса и другими факторами. При описании тона фотоизображения была применена серая шкала тонов, насчитывающая семь градаций - белый, беловатый, беловато-серый, светло-серый, темновато-серый, темно-серый, черный. Формы проекции кроны и отбрасываемой тени определены для доминантов пастбищных угодий. Учитывая варьирование каждого из приведенных признаков достоверным можно считать, использование групп признаков, позволивших выделить и эталонировать на снимках масштаба 1:1500 ассоциации черносаксаульников характерных для исследуемой территории. Достоверность распознавания ассоциаций на крупномасштабных снимках проводилась путем сравнения результатов дешифрирования с геоботаническими описаниями, сделанными в натуре (Бедарева, 2003; Бедарева, 2004а). Черносаксауловые сообщества типичны для песков Приаралья, Мойынкума и Южного Прибалхашья. Дешифровочные признаки разнообразных серий сообществ черносаксаульников: белоземельнополынных черносаксаульников; псаммофитнокустарниковых; гемигалофитных (с эфедрой); черносаксаульников речных долин и надпойменных террас; саксаульников псаммофитных вариантов пустынь - полынных, терескеновых; пелитофитных черносаксаульников с кейреуком представлены в таблице 3.

При изучении черносаксауловых пастбищ с учетом их ярусности и наличия субдоминантов, учет морфометрических показателей всех видов слагающих ассоциацию приобретает особую актуальность, что находит отражения в показателях нормативных таблиц по учету продуктивности (Бедарева,2002). В камеральных условиях был произведен сравнительный анализ результатов измерения диаметров кустов кормовых растений (терескен, кейреук, джузгун, саксаул) дистанционным методом с результатами натурных измерений. Сравнение проведено по дисперсионному отношению (S12/S22). По всем видам рассчитанные дисперсионные отношения (S12/S22(F) не превышают табличных значений критериев Фишера при 5%-ном уровне значимости и соответственных числах степеней свободы. Следовательно, можно считать, что расхождения между дешифровочными и контактными измерениями носят случайных характер и не являются существенными, то есть оба метода измерений выражают совокупности с одинаковыми выборочными средними.

Достоверность измерений dк деревьев и крупных кустарников подтверждается нулевой гипотезой на еще более высоких уровнях. В целях выявления размеров и характера погрешностей в определении дешифровочного признака dк модельных кустов кормовых растений, в сравнении с контактным измерением этих моделей, были вычислены систематические ошибки, средние квадратические отклонения и коэффициенты вариации, оценивающие дешифровочный метод измерении.

При измерении диаметров крон в сомкнутых насаждениях необходимо учитывать, что на аэроснимках обычно изображаются кроны верхнего яруса, поэтому учитывать диаметры

растений второго и последующего ярусов практически невозможно. Особенности сложения пустынных пастбищных экосистем, в частности саксаула черного, позволяют оценить ярусное сложение, поскольку черносаксаульники представлены в основном редколесьями с сомкнутостью 03-04, хорошо дешифрируются на КМ аэрофотоснимках, поэтому возможности аналитико-измерительного дешифрирования в этих условиях возрастают.

Таблица 3

Признаки дешифрирования черносаксауловых ассоциаций Средних пустынь по снимкам масштаба 1:1500

Наименование

ассоциации Рельеф,

почвы полнота Индикационные признаки

1 2 3 4

1. Белоземельнополынно-черносаксауловая Пологобугристые и бугристо-грядовые пески.

0, 4-0,5 Тон изображения серый. Рисунок четкий, что обусловлено присутствием высокополнотных саксаульников. Регулярность рисунка: округлые почти черные кроны саксаула в сочетании со светло-серыми кустами полыни белоземельной

2. Кейреуково-биюргуново-саксауловая Такыровидная равнина 0,2-0,3 Беловато-серый тон. Рисунок мелкий, текстура неправильно-куртинная, пятнами с четко выраженными отдельными кронами саксаула, имеющими радиальную структуру. Кусты кейреука более темного оттенка, более крупные, слабофрагментированные по сравнению с биюргуном. Диаметр куста биюргуна – 0,01 мм.

3. Эфедрово-черносаксауловая Межбугровое понижение; песчаная 0,2-0,3 Тон от светло-серого до черного. Рисунок изображения четкий: выделяется повторяющиеся фрагменты структуры крон черносаксаульников в сочетании с вуалеобразной текстурой, создаваемой в основном кустами эфедры.


загрузка...