Изучение экологического состояния территории Большеземельской тундры с использованием методов дистанционного мониторинга

В районе исследований растительные сообщества представлены преимущественно кустарниковыми тундрами (Salix lanata, S.phylicifolia), крупноерниковыми (Betula nana) тундрами, приуроченными преимущественно к ложбинам стока и плоскобугристыми болотами с кустарничково-мохово-лишайниковыми сообществами на буграх и осоковыми и пушициево-сфагновыми сообществами на плато водораздела.

Картирование нарушений растительного покрова проводили на основании анализа снимков спутника Landsat (TM и ETM) за 1987, 1988 и 2000 гг., полученные в середине вегетационного периода. Изображения были предварительно обработаны с помощью операцииTasseled Cap (TC) программного обеспечения Erdas Imagine 8.5. Для выявления годичной динамики нарушений растительного покрова модельного участка было составлено комбинированное изображение (рис.2), рассчитанное как:

Красный канал = TC 1 канал 2000 г. – TC 1 канал 1987 г.

Зеленый канал = TC 2 канал 2000 г. – TC 2 канал 1987 г.

Синий канал = TC 3 канал 2000 г. – TC 3 канал 1987 г.

Рис.2. Динамика площадных нарушений на модельной территории

за период 1987 – 2000 гг.

На полученных изображениях 1987, 1988, 2000 годов нарушения растительного и почвенного покрова читаются достаточно хорошо. Как показывает комбинированное изображение, эти нарушения отмечаются на территории буровых скважин и прилегающих к ним земель, а также на участках расположения трубопровода и дорог. Различия спектральных характеристик на изображениях 1987 и 2000 годов позволяют предположить, что на многих участках, имеющих наиболее ранние по времени нарушения (1987 г.), происходят процессы естественного самовосстановления (демутации) растительного покрова. Отчетливые различия данных контуров с «естественным фоном» позволяют отнести «восстанавливающиеся» площади к участкам с мезогемеробной или полигемеробной степенью нарушенности (Новаковская, Акульшина, 1992).

Для количественного учета изменений нарушенных площадей изображения каждого года были подвергнуты векторизации (ArcVew 3.2а, UTM, зона 40), для чего была произведена оцифровка антропогенно трансформированных участков. Затем у полигональных объектов измерялась площадь, у линейных – длина, а также толщина линий, соответствующая таковым на снимках (рис.3).

                                    а                                                                                  б

Рис. 3. Изменения площадных нарушений растительного покрова (1:100 000), выявленные на основании анализа космических снимков 1987 г. (а) и 2000 г. (б). Для удобства данные спроецированы на схему района (1:1 000 000), содержащую рельеф, озера,

основные водотоки.

Обсуждение результатов

На анализируемом участке представлены площадки буровых скважин, участок нефтепровода, эксплуатируемый и расположенная вдоль него вездеходная дорога. На анализируемом изображении выделены участки с нарушенным растительным и почвенным покровом, что обусловлено:

- влиянием вездеходного транспорта;

- влиянием трубопровода;

- влиянием деятельности буровых площадок.

Влияние гусеничного транспорта на растительный и почвенный покров естественных сообществ тундры изучено в работах многих отечественных и зарубежных исследователей (Груздев, Умняхин, 1984; Творогов, Неустроева, 1987; Чалышева 1992). При однократном проезде гусеничной техники удельное давление на грунт составляет порядка 0.47 кгс/см2 (Груздев, Умняхин, ), при этом наиболее сильные повреждения испытывает мохово-лишайниковый покров. Устойчивость к повреждениям определяется составом растительности и приуроченностью растительных сообществ к участкам разного рельефа. За три-четыре проезда наиболее легкой машины – ГАЗ–71 происходит полное уничтожение растительного покрова в кустарничково-лишайниковой тундре. При этом моховой слой разрезается гусеницами трактора, отделяется от минерального грунта. Наилучшей устойчивостью обладали ерниковые сообщества. Их уничтожение наблюдали после восьмикратного проезда. На влажной почве нарушения способны проявляться сильнее. Колеи вездеходов на таких участками становятся «резервуарами» для накопления воды и при наличии уклона поверхности они превращаются в водотоки. Усиливается смыв верхнего почвенного горизонта, развивается глубинная эрозия, приводящая к развитию термокарста на участках с мерзлотой. Развитие ускоренной эрозии возможно на площадях с частично или полностью уничтоженной естественной растительностью с уклоном более 1° (Зеликов, 1999). В результате происходит образование делювиальных отложений у подножья склонов или поступление взвешенных частиц почвы, минеральных и органических веществ  в водотоки и водоемы. Особо ранима растительность переувлажненных (заболоченных) участков Уже после однократного проезда вездехода образовывается глубокая колея, что также способно привести к развитию термокарстовых процессов.

Влияние трубопроводного транспорта. На представленном участке был использован наземный открытый способ прокладки трубопровода. Нарушения, связанные с трубопроводом связаны с периодом его прокладки, перераспределением снежного покрова вблизи трубопровода и используемого технологического режима при перекачке сырья. Разность температур трубопровода и почвенного слоя может существенно влиять на температурный режим верхних почвенных слоев и мерзлотных слоев. Использование термоизоляции только замедляет процессы образования талых зон или мерзлых ядер: они образуются за три, четыре года при отсутствии изоляции, и через 10–12 лет при ее наличии (Сумина, 1992).

Площадки буровых скважин. Нередко в литературе встречаются указания на то, что нарушения природных экосистем занимают площади гораздо большие, чем это планировалось. По мнению В.П.Гладкова (1989) площадь техногенных нарушений вокруг буровых в тундровой зоне на 9–25% больше, чем в лесотундре. Причины этого следующие.

Во-первых, в проектах содержатся превышения земельных отводов, явно ошибочные для северных регионов (за частую превышение отмечено в четыре раза). В тундровой зоне такое превышение может быть связано с развитием эрозионных процессов. Иногда, в проектах использованы решения, широко применяемые в более южных районах, но противопоказанные в условиях Крайнего Севера. Например, предварительное снятие и складирование почвенного слоя в районах с вечной мерзлотой приводит к развитию термокарста, площадь которого в десятки раз превышает площадь участка, с которого был удален почвенный слой.

Во-вторых, в проектах порой отсутствуют рекомендации по размещению базы монтажников-строителей. Часто она формируется вне зоны официального отвода, и тем самым площадь нарушений увеличивается на 25–40%. Нередко в процессе монтажа конструкции буровую приходится передвигать на новое место в ходе подготовительных работ.

В-третьих, современные проекты редко учитывают положение буровой в рельефе, хотя и оно существенно влияет на размеры нарушений (табл. 3).

Полученные нами статистические показатели позволили рассчитать площадную структуру выявленных нарушений растительного и почвенного покрова на модельных участках (таблица 4).

Таблица 3. Роль формы рельефа и глубины разрабатываемых скважин на площадь нарушений растительного и почвенного покрова (по В.П.Гладкову, 1989)

Таблица 4. Межгодовые изменения площадей выявленных антропогенных изменений растительного покрова на модельном участке

Из полученных данных видно, что к 2000 году произошло значительное увеличение общей площади нарушенных земель: более чем в два раза увеличились площади, отведенные под буровые скважины, доля линейных объектов (дороги, нефтепровод) возросла примерно в три раза. Для пяти буровых площадок, представленных на изображениях 1987, 1988 и 2000 гг., однозначного роста площадных характеристик выявлено не было. Уменьшение площадей в период 1987–2000 гг. отмечено для площадок № 2, 3, 4, что, вероятно, связано с прекращением или снижением интенсивности работ на данных участках. Дальнейшее сопоставление полученных данных с данными проектной документации может способствовать выявлению несанкционированных вездеходных дорог.

Основные выводы:

1. Использование дистанционных методов в сочетании с полевыми методами исследований в полной мере применимо для экологического картографирования масштаба 1:25 000, 1:100 000 и мельче в целях оценки объема и степени нарушений растительного и почвенного покрова.

2. Применение космических снимков разных лет позволяет выявлять динамику трансформации естественных экосистем под влиянием антропогенной деятельности, что может применяться в рамках природоохранных мероприятий, экологического аудита, оформлении и контроле землеотвода, проведении экономических расчетов нанесенного ущерба и упущенной выгоды оленеводческих хозяйств.

3. Подготовленные изображения станут основой пространственного анализа состояния естественных и нарушенных экосистем (полевое дешифрирование) которое планируется провести в составе полевого отряда Института биологии Коми НЦ УрО РАН летом 2004.

ЛИТЕРАТУРА

1.                  Антипов В.С., Астахов В.И., брусничкина н.а., бычкова И.А., Викторов С.В., Вострокнутов Е.П., Гальперов Г.В., Карпузов А.Ф., Кильдюшевский Е.И., Кирсанов А.А., Липияйнен К.Л., Перцов А.В., Рукояткин А.А., Русанова А.А., Смирнова И.О., Старостин В.А., Стрельников С.И., Сухачева Л.Л., Турченко С.И. Аэрокосмические методы геологических исследований. СПб картфабрика ВСЕГЕИ, 2000. С. 15–18.

2.                  атлас арктики. М.: Главное управление геодезии и картографии при Совете министров СССР, 1985 г. 204 с.

3.                  Большая советская энциклопедия: В 30-ти т. Т.3. М.: Советская энциклопедия, Востокова Е.А., Сущеня В.А., Шевченко Л.А. М., 1988.