Ландшафтные условия стабильности фитопродукционного функционирования в Айтуарской степи (Южный Урал)

Зависимость устойчивости функционирования ландшафта от его пространственной структуры относится к актуальным вопросам исследований ландшафтного пространства–времени. Пространственная структура может рассматриваться как индикатор изменчивости функционирования компонентов ландшафта и как условие для процессов, контролирующих их динамику. Статья посвящена выявлению пространственных условий возникновения классов стабильности функционирования фитоценоза на примере зеленой фитомассы, описываемой нормализованным разностным вегетационным индексом (NDVI). Исследование проведено в условиях заповедного низкогорного ландшафта Южного Урала и его пастбищной модификации. Полевые измерения травяной надземной фитомассы подтвердили ее достоверную положительную корреляцию с NDVI. Для анализа временной изменчивости NDVI разработан алгоритм, нивелирующий зависимость зеленой фитомассы от конкретных погодных условий, но учитывающий степень подчинения фации фоновой динамике ландшафтного масштаба. Отклонения от фоновой динамики показателей функционирования трактуются как преобладающее влияние локальных условий. Стабильность динамики фитомассы оценивается по формуле Шеннона по комбинации повторяемостей пяти градаций отклонений от фоновых приращений NDVI между парами сроков внутри вегетационного сезона. Использованы 13 пар сроков съемки Landsat-8. Установлено, что местоположения с наиболее сильными отклонениями от зонального увлажнения в сторону сухости и влажности отличаются повышенной нестабильностью типов динамики фитомассы. Это свидетельствует о том, что вклады процессов локального и ландшафтного масштабов в формирование фитомассы меняются во времени. Нестабильность динамики зеленой фитомассы возрастает в условиях слабого развития почвенного профиля и каменистости. Активные латеральные взаимодействия урочищ плато и гребней при повышенной расчлененности рельефа способствуют стабилизации динамики фитомассы, в то время как в центральных секторах крупных плато стабильность уменьшается. Высокое видовое богатство и повышенная доля мезоксерофитов в фитоценозе способствует стабилизации динамики фитомассы.

1. Викторов А.С. Проблемы моделирования развития морфологических структур // Современное ландшафтно-экологическое состояние и проблемы оптимизации природной среды регионов. Воронеж: ИСТОКИ, 2018. Т. 1. С. 19–22.

2. Гопп Н.В., Нечаева Т.В., Савенков О.А., Смирнова Н.В., Смирнов В.В. Оценка влияния мезорельефа склона на пространственную изменчивость свойств почвы и характеристики растительного покрова по данным дистанционного зондирования Земли // Исследования Земли из космоса. 2016. № 3. С. 66–74.

3. Дьяконов К.Н., Иванов А.Н. Пространственно-временная изменчивость характеристик снежного покрова в ландшафтах Центральной Мещеры // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 5. Геогр. 1993. № 6. С. 43–51.

4. Исаченко Г.А. Концепция многолетней динамики ландшафтов и вызовы времени // Вопросы географии. Т. 138. Горизонты ландшафтоведения. М.: Кодекс, 2014. С. 215–232.

5. Мамай И.И. Закономерности проявления процессов в ландшафтах Мещеры // Ландшафтный сборник «Развитие идей Н.А. Солнцева в современном ландшафтоведении». М.; Смоленск: Ойкумена, 2013. С. 25–57.

6. Мамай И.И., Мироненко И.В., Роганов С.Б., Матасов В.М., Глухов А.И., Федин А.В. Синхронность-асинхронность наступления новых состояний в природных территориальных комплексах Мещеры // Ландшафтный сборник «Развитие идей Н.А. Солнцева в современном ландшафтоведении». М.; Смоленск: Ойкумена, 2013. С. 88–113.

7. Рулев А.С., Кошелева О.Ю., Шинкаренко С.С. Оценка лесистости агроландшафтов юга Приволжской возвышенности по данным NDVI // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: Наука и высшее профессиональное образование. 2016. № 4(44). С. 32–39.

8. Сысуев В.В. Введение в физико-математическую теорию геосистем. М.: ЛЕЛАНД, 2020. 600 с.

9. Тельнова Н.О. Выявление и картографирование многолетних трендов NDVI для оценки вклада изменений климата в динамику биологической продуктивности агроэкосистем лесостепной и степной зон Северной Евразии // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2017. Т. 14. № 6. С. 97–107.

10. Хорошев А.В. Ландшафтная структура Айтуарской степи (заповедник «Оренбургский») и экологические ряды урочищ // Проблемы географии Урала и сопредельных территорий. Челябинск: Край Ра, 2016. С. 210–216.

11. Хорошев А.В., Ткач К.А., Муртазина Д.У. Влияние ландшафтной структуры на урожайность зерновых культур в степной зоне Казахстана // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 5. Геогр. 2018. № 3. С. 62–69.

12. Хорошев А.В., Леонова Г.М., Шарова Д.Е. Пространственная устойчивость межкомпонентных связей в степных и лесостепных ландшафтах Южного Урала // Вопросы степеведения. 2019. № 15. С. 337–341.

13. Шарый П.А., Шарая Л.С. Изменение NDVI лесных экосистем Северного Кавказа как функция рельефа и климата // Лесоведение. 2014. № 5. С. 83–90.

14. Blackmore S. The interpretation of trends from multiple yield maps. Computers and Electronics in Agriculture, 2000, vol. 26, p. 37–51.

15. Detsch F., Otte I., Appelhans T., Hemp A., Nauss T. Seasonal and long-term vegetation dynamics from 1-km GIMMS-based NDVI time series at Mt. Kilimanjaro, Tanzania. Remote Sensing of Environment, 2016, vol. 178, p. 70–83.

16. Gamon J.A., Huemmrich K.F., Stone R.S., Tweedie C.E. Spatial and temporal variation in primary productivity (NDVI) of coastal Alaskan tundra: Decreased vegetation growth following earlier snowmelt. Remote Sensing of Environment, 2013, vol. 129, p. 144–153.

17. Hoagland S.J., Beier P., Lee D. Using MODIS NDVI phenoclasses and phenoclusters to characterize wildlife habitat: Mexican spotted owl as a case study. Forest Ecology and Management, 2018, vol. 412, p. 80–93.

18. Joiner J., Yoshida Y., Anderson M., Holmes T., Hain C., Reichle R., Koster R., Middleton E., Zeng F.-W. Global relationships among traditional reflectance vegetation indices (NDVI and NDII), evapotranspiration (ET) and soil moisture variability on weekly timescales. Remote Sensing of Environment, 2018, vol. 219, p. 339–352.

19. Madonsela S., Cho M.A., Ramoelo A., Mutanga O., Naidoo L. Estimating tree species diversity in the savannah using NDVI and woody canopy cove. International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation, 2018, vol. 66, p. 106–115.

20. Nagy A., Fehér J., Tamás T. Wheat and maize yield forecasting for the Tisza river catchment using MODIS NDVI time series and reported crop statistics. Computers and Electronics in Agriculture, 2018, vol. 151, p. 41–49.