Возможность идентификации лесных насаждений, формирующихся на залежах, с использованием вегетационного индекса NDVI

В статье автор на примере ряда подобранных залежей демонстрирует возможность идентификации лесных насаждений, формирующихся на них, посредством применения ГИС-технологий.

Ключевые слова: вегетационные индексы, залежи, ГИС, насаждение.

Земли, находящиеся в территориальных границах Архангельской области, которые выбыли по прошествии времени из сельскохозяйственного обращения, запущены в залежь, и подвергаются трансформации под влиянием как естественных, так и антропогенных процессов почвообразования и зарастания лесом [1]. Основной целью данной работы являлось, на примере ряда залежей, установленных согласно карт-схемам, идентифицировать лесные насаждения, формирующиеся на них, методами ГИС-технологий.

Нами были подобраны участки залежей (4 заброшенных поля) примерно 100-летнего возраста в Холмогорском муниципальном районе Архангельской области (Емецкое участковое лесничество Емецкого лесничества), неподалёку от Антониево-Сийского монастыря и близ д. Старая Мельница. Для сравнения были также подобраны нативные участки леса (3 выдела).

На каждом подобранном участке закладывали пробную площадь, на которой проводили почвенное опробование с описанием и диагностикой почв [3], сплошной перечёт древостоя для определения таксационных характеристик, описание напочвенного покрова для установления типа леса и характеристики подроста и подлеска. Основным показателем залежного состояния лесного насаждения являлось наличие пахотного горизонта, который отличался перемешанностью и ровной нижней границей [4]. Характеристика лесных насаждений приведена в таблице 1.

Таблица 1

Характеристики лесных участков на пробных площадях

Для каждого изученного участка определили нормализованный разностный вегетационного индекс — «NDVI», в программе «ArcGIS», используя космоснимки за период 1985–2019 гг. Для расчёта «NDVI» применяли общепринятую формулу, где значения пикселов из ближнего инфракрасного канала вычитается из значения пикселов из красного канала и делится на сложение значения пикселов из ближнего инфракрасного канала с значением пикселов из красного канала, благодаря которой, стало возможно создание таблицы со значениями «NDVI» для каждой пробной площади (табл. 2).

;

где NDVI — нормализованный разностный вегетационный индекс;

RED — значения пикселов из красного канала.

Таблица 2

Средние значения «NDVI» для пробных площадей

Для лесов большинства пробных площадей, как залежных с различным составом хвойных древостоев, так и нативных сосняков, характерна категория «разряженный» тип насаждений [2]. Залежные насаждения по индексу «NDVI» не отличаются от одновозрастных сосняков, так как они тоже имеют примерно такой же уровень «разряживания» при дистанционном зондировании. В насаждениях на изученных пробных площадях (возраст определения индекса «NDVI» 60–95 лет) процесс дифференциации ещё продолжается (наблюдается некоторое снижение индекса), что и приводит к формированию «разряженных» пологов насаждений. Биологически процесс дифференциации в залежных и природных насаждениях идёт одинаково, так как деревьям необходима определённая площадь питания.

Динамика показателя «NDVI» для залежных объектов исследования за многолетний период — 35 лет, для Х-131–19, Х-132–19 и Х-140–19 имеет тенденцию к увеличению значения, а Х-130–19 к «плавному» уменьшению. Динамика показателя «NDVI» для нативных объектов исследования за многолетний период — 35 лет, для Х-133–19 имеет тенденцию к увеличению значения, а Х-135–19 и Х-136–19 к уменьшению. На изменчивость нормализованного разностного вегетационного индекса — «NDVI», могут оказывать влияние многие факторы, такие как: тип мультиспектрального сканирующего устройства; освещённость сцены и время, когда была произведена съёмка; состояние атмосферы; фитомасса травянистой растительности. Однако хорошо заметно, что характер динамики индекса «NDVI» связан с составом древостоя. У насаждений, в составе которых наблюдается не менее 4 единиц ели, характер формирования насаждений, по сравнению с сосняками, отличается.

В 100-летних насаждениях величина индекса «NDVI» примерно одинакова, что на залежных участках (0,30–0,62), что на нативных (0,20–0,60). Стоит отметить, что количество деревьев на залежных пробных площадях может быть и меньше, однако сами деревья толще, крупнее, а значит крона будет иметь большие диаметры, что может обеспечиваться редким стоянием деревьев и лучшим ростом на полях. Разрастание кроны будет давать сверху такой же вид, как и в сосняках с большим числом деревьев, но с меньшим размером крон.

Таким образом, первичный поиск залежных лесов можно проводить по внешним контурам поля, которые проявляются на снимках. Однако спелые залежные леса недостаточно чётко идентифицируются с помощью нормализованного разностного вегетационного индекса — «NDVI», из-за значительного разрастания крон деревьев на залежных полях в связи с их лучшим ростом. Основным приёмом окончательной идентификации таких лесов должен быть натурный, с опробованием почв на наличие признаков сохранённого пахотного горизонта.

Литература:

1. Агроэкологическое состояние и перспективы использования земель России, выбывших из активного сельскохозяйственного оборота. — М.: ФГНУ «Росинформагротех», 2008.

2. Карлович М. Ф. Дешифрирование аэроснимков. — Минск: БНТУ, 2017.

4. Наквасина Е. Н., Серый В. С., Семенов Б. А. Полевой практикум по почвоведению. — Архангельск: АГТУ, 2007. 127 с.