Исследование Земли из Космоса, 2023, № 3, стр. 44-57
Анализ влияния антропогенных нагрузок на процессы опустынивания в северном прикаспии по спутниковым данным
С. С. Шинкаренко a, b, *, А. А. Выприцкий c, А. А. Васильченко c, А. Н. Берденгалиева c
a Волгоградский государственный университет
Волгоград, Россия
b Институт космических исследований РАН
Москва, Россия
c Федеральный научный центр агроэкологии, комплексных мелиораций и защитного лесоразведения РАН
Волгоград, Россия
* E-mail: vnialmi@bk.ru
Поступила в редакцию 17.08.2022
- EDN: TYOOGO
- DOI: 10.31857/S0205961423030065
Аннотация
Пастбищные нагрузки – один из ключевых антропогенных факторов динамики состояния растительного и почвенного покрова аридных ландшафтов. Целью данного исследования является установление пространственного распределения пастбищных нагрузок в регионе Черных земель с использованием данных дистанционного зондирования Земли из космоса, геоинформационных технологий и статистических сведений. В работе выполнено картирование животноводческих ферм, кошар и других мест концентрации домашнего скота на 1984–1986 и 2020 гг. Оба периода характеризуются всплеском процессов опустынивания и резким увеличением площадей открытых песков и дефлированных земель. Установлены площади пастбищ с разными нагрузками при выпасе скота, также определены закономерности пространственного распределение подвижных песков в зависимости от почвообразующих пород и удаленности от животноводческих ферм. В последние годы по сравнению с 1984–1986 гг. увеличилась плотность ферм на песчаных почвах, что привело к перевыпасу, уничтожению растительности и активизации эоловых процессов. Примерно на 80% пастбищ превышены допустимые нормы выпаса, а 90% пастбищ расположены в зоне 3 км вокруг мест концентрации скота. Полученные результаты могут использоваться для регулирования пастбищных нагрузок в регионе для предотвращения опустынивания ландшафтов.
ВВЕДЕНИЕ
В 1970–1980-х гг. из-за распашки и чрезмерного выпаса большая часть песчаных земель Калмыкии в районе Черных земель лишилась растительного покрова. Благодаря фитомелиоративным мероприятиям, снижению пастбищных нагрузок и благоприятной климатической флуктуации удалось предотвратить экологическое бедствие в регионе. Однако после периода устойчивого состояния в 2002–2010 гг. вновь усилились процессы опустынивания, и площадь открытых песков на Черных землях к 2019 г. приблизилась к значениям начала-середины 1990-х, а большая часть очагов опустынивания возникла в Астраханской области (Золотокрылин и др., 2020; Золотокрылин, Титкова, 2011; Шинкаренко, 2019; Radochinskaya et al., 2019). Засухи в 2020 и весной 2021 гг. привели к деградации растительности на огромных территориях не только на Черных землях, но и в Ногайской степи и Заволжье. Чрезмерные пастбищные нагрузки при этом привели к интенсификации процессов опустынивания и масштабным пыльным бурям, которые многократно увеличили площади открытых песков и дефлированных земель в регионе (Шинкаренко, Барталев, 2020; Шинкаренко и др., 2020). Результатом этого стала бескормица, из-за которой поголовье только овец и коз в регионе сократилось более чем на 0.5 млн голов (Шинкаренко, Барталев, 2021).
В период снижения поголовья скота и восстановления пастбищ на рубеже XX и XXI вв. в регионе интенсифицировались ландшафтные пожары (Шинкаренко и др., 2022; Dubinin et al., 2010), особенно сильно на особо охраняемых природных территориях и в их окрестностях (Шинкаренко и др., 2021а, 2021б). Поэтому для противопожарной профилактики запрет выпаса скота нежелателен (Dubinin et al., 2011). Пастбищные нагрузки распределены неравномерно по территории исследований (Kulik et al., 2018), из-за этого требуется уточнение пространственных закономерностей антропогенной нагрузки на ландшафты. Территория имеет огромную природоохранную ценность как местообитание популяции Saiga tatarica Северо-Западного Прикаспия. На рубеже 80–90-х гг. прошлого века здесь созданы федеральный заповедник “Черные земли”, три федеральных и один региональный заказник (Karimova et al., 2021). Отчуждение земель под ООПТ уменьшило площадь доступных пастбищ, поэтому поголовье скота было перераспределено.
Целью исследований является определение пространственных особенностей распределения пастбищных нагрузок в Северо-Западном Прикаспии в период активизации процессов опустынивания в 80-х гг. XX в. и в 2020–2021 гг.
ОБЪЕКТ, МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Территория исследований – регион Черных земель, включает четыре района Республики Калмыкия (Лаганский, Черноземельский, Юстинский, Яшкульский) и три – Астраханской области (Енотаевский, Лиманский, Наримановский). На песчаных почвах преобладают фитоценозы с доминированием Agropyron spp., Festuca spp., Stipa spp., на суглинках – Artemisia lercheana, Poa bulbosa, Tanacetum achilleifolium. Велики площади солонцов и солончаков с галофитной растительностью (Artemisia pauciflora, Camphorosma monspeliaca, Kochia prostrata и др.) (Горяев, 2019). При усилении пастбищных нагрузок растет роль полыни, эфемеров (Eremopyrum triticeum, Anisanta tectorum, Ceratocarpus arenarius) и эфемероидов (Poa bulbosa) (Бананова, Лазарева, 2014; Lazareva et al., 2020; Vlasenko et al., 2019). На значительной части песчаных земель было произведено закрепление песков кустарником Calligonum aphyllum (Рыбашлыкова и др., 2019).
Животноводческие фермы (“чабанские точки”, места концентрации скота) и пашни выделялись на основе экспертной интерпретации спутниковых изображений видимого диапазона прибора Landsat 5 TM на 1984–1986 гг. и Landsat 8 OLI на 2020 г. пространственного разрешения 30 м. Уточнение границ сельскохозяйственных полей и местоположений ферм производилось с использованием программы Google Earth. К залежам на 2020 г. были отнесены как старовозрастные залежи, необрабатываемые в 80-х гг. прошлого века, так и заброшенные после этого периода земли. Из анализа пастбищных земель исключались только реально используемые пахотные земли, как богарные, так и орошаемые. Площади открытых песков и дефлированных территорий определены по методике, описанной в (Шинкаренко, 2019) и получены на май 1986 (Шинкаренко, 2019) и 2020 гг. (Шинкаренко, Барталев, 2020, 2021).
Животноводческие фермы обладают достаточно четкими дешифровочными признаками: выделяются цветом и формой. На спутниковых снимках сверхвысокого разрешения можно выделить загоны для скота, жилые здания, поилки. Фермы и ближайшие окрестности отличаются более светлым тоном из-за уничтоженного скотом растительного покрова (Васильченко, Выприцкий, 2021). При этом подобные изменения прослеживаются на расстоянии до нескольких километров от фермы (Кулик и др., 2016; Шинкаренко, 2015; Dara et al., 2020). Также животноводческие фермы являются “узлами” сходящихся грунтовых дорог, поэтому при отсутствии других признаков скопление дорог косвенно свидетельствует о наличии фермы. В непосредственной близости от ферм и поилок, как правило, могут находиться участки, полностью лишенные растительного покрова: открытые пески и котловины выдувания (Шинкаренко, 2019). Плотность животноводческих ферм может быть одним из показателей антропогенной нагрузки, которая ведет к опустыниванию, при этом в настоящее время такой показатель не используется (Trofimov et al., 2015; Zolotokrylin et al., 2016, 2018).
Как показывают проведенные ранее исследования (Кулик и др., 2016; Шинкаренко, 2015; Dara et al., 2020) зона влияния выпаса скота распространяется на расстояние до 3 км от животноводческих ферм. Поэтому площадь пастбищ определялась как площадь земель, которые попадают в зону радиуса 3 км вокруг животноводческих ферм. Также были определены площади пастбищ в меньшем радиусе с интервалом 0.5 км. На более близкие к загонам для животных оказывается большее воздействие, поэтому важно представлять площади пастбищ на разном удалении от ферм. Для этого строились буферные зоны радиусом от 0.5 до 3 км, после чего они объединялись в один объект, а также определялось пересечение буферных зон от смежных ферм. После с получившимися геоинформационными слоями выполнялись оверлейные операции в геоинформационной программе: пересечение границами муниципальных образований, почвенных контуров. Определялись площади открытых песков и дефлированных территорий, попадающие в границы разной удаленности от животноводческих ферм. При сравнении пространственных изменений в размещении ферм учитывались только перемещения более чем на 1 км. Также были определены площади потенциально возможных к использованию пастбищ с помощью инструмента геоинформационной обработки “полигоны Вороного”. Этот инструмент позволяет построить полигоны вокруг точечных объектов, объединив площади, которые расположены к данной точке ближе, чем к любой другой. Таким образом были выделены наиболее близкие к каждой ферме участки. Из площади пастбищ кроме пашни исключались площади соровых понижений, солончаков и водоемов, которые были определены на основе визуального дешифрирования спутниковых данных Sentinel-2 разрешения 10 м, а также границы населенных пунктов. Западный ильменно-бугровой район в данной работе не рассматривался, поскольку отличается ландшафтными условиями. Поэтому распределение пастбищных нагрузок там определяется не столько размещением ферм, сколько пересеченностью местности многочисленными вытянутыми в субширотном направлении водоемами – ильменями.
Кластеризация размещения животноводческих ферм оценивалась на основе индекса ближайших соседей (тест Кларка-Эванса). Индекс ближайшего соседства определяется как отношение рассчитанного среднего расстояния (наблюдаемого) и статистически ожидаемого до ближайших объектов, если бы это количество точек было распределено случайно на той же площади. Если индекс ближайшего соседства меньше единицы, то распределение групповое (объекты кластеризуются); если больше единицы, то распределение равномерное; если же индекс ближайшего соседства равен единице или незначим, то распределение случайное. Чем больше абсолютное значение Z, тем ниже вероятность, что пространственное распределение отражает теоретическую случайную пространственную закономерность. Значения Z, превышающие по модулю 2.58 – соответствуют доверительной вероятности 99% (Mitchell, 2005). Использование этого метода применительно к анализу пространственного распределения животноводческих ферм позволяет определить, насколько равномерно они распределены по территории.
Спутниковые данные получены с помощью сервиса “Вега-Science” (Loupian et al., 2022), функционирующего в рамках ЦКП “ИКИ-Мониторинг” (Лупян и др., 2019). Статистические данные о площадях пастбищ приводятся согласно (Национальный атлас…, 2011) на 2006 г., о поголовье скота в разрезе регионов по данным (Эдельгериев, 2019, 2021), а для муниципальных районов по Базе данных показателей муниципальных образований (https://www.gks.ru/dbscripts/munst/munst.htm). Достоверные данные в разрезе районов по поголовью скота доступны только с 2007 г. (это связано как с наличием данных в открытом доступе, так и изменением площадей пограничных между Астраханской областью и Калмыкией районов), поэтому пастбищные нагрузки для более раннего периода определены не были. Пастбищные нагрузки определялись как отношение среднего поголовья в условных головах овец на одну ферму в пределах района к площади полигона Вороного вокруг фермы. В реальности контуры пастбищ имеют более сложную форму и могут иметь площадь как большую, так и меньшую. Это же касается и поголовья скота, особенно учитывая большую долю неофициального поголовья (Чешев и др., 2018). Но поскольку не все участки поставлены на кадастровый учет, а их границы не всегда соблюдаются при выпасе, то более точные способы определения актуальных площадей затруднены. Также в границах полигонов Вороного рассчитывались площади открытых песков согласно данным (Шинкаренко, 2019; Шинкаренко, Барталев, 2021) и сопоставлялись с величинами пастбищных нагрузок для полигонов. Нормы пастбищных нагрузок и коэффициенты перевода поголовья в условные головы овец приведены согласно Постановлению Правительства Республики Калмыкия № 158 от 27.04.2006. г., для территории Астраханской области нет точных нормативов допустимых пастбищных нагрузок, поэтому использовались нормативы соседних районов Калмыкии. Почвенные контуры согласно (Почвенная карта, 1988) были загружены в формате ESRI shapefile из Единого государственного реестра почвенных ресурсов России (http://egrpr.soil.msu.ru/download.php). Названия видов сосудистых растений приводятся по работе (Cherepanov, 2007). Геоинформационная обработка и дешифрирование спутниковых данных выполнялись в программе QGIS, в качестве базовой карты использованы слои проекта Open Street Map, границы муниципальных образований, населенных пунктов и особо охраняемых природных территорий также получены с помощью этого сервиса. Статистический анализ выполнен в Microsoft Office Excel.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
По результатам экспертного дешифрирования в 1984 году площадь используемой пашни составила 151 тыс. га, а площадь залежных земель 72.5 тыс. га. Наибольшие площади обрабатываемых земель отмечены в Енотаевском и Юстинском районах (54.9 и 43.8 тыс. га соответственно). По состоянию на 2020 год 21.6 тыс. га продолжают обрабатываться. Наибольшие площади сохраненных обрабатываемых земель в Енотаевском районе (18.9 тыс. га, 34.4% от первоначальных площадей). Постоянно обрабатываемые земли приурочены к прибрежным участкам правого берега Волги. Сохранили статус залежи 60.6 тыс. га земель, что составляет 83% величин 1980-х гг. Общая площадь заброшенных после 1980-х гг. земель составляет 137 тыс. га. По муниципальным районам этот показатель варьируется от 80 до 96% изначальной обрабатываемой пашни. Наиболее высокие показатели (95–96%) наблюдаются в Лиманском и Лаганском районах Астраханской области. Районами с максимальными площадями вновь созданных полей являются Лиманский (30.4 тыс. га), Юстинский (11 тыс. га) и Енотаевский (10.7 тыс. га) районы. Созданные массивы локализуются возле существующих каналов и водотоков. Таким образом на 2020 г. к пастбищным землям фактически можно отнести 140 тыс. га, которые обрабатывались в 1980-х. Примерно 62 тыс. га ранее не использованных земель были вовлечены в оборот. А общая площадь пашни в регионе на 2020 г. составила 83.5 тыс. га, при том, что по данным официальной статистики посевная площадь равна 20.3 тыс. га. Это свидетельствует о серьезном недоучете официальной статистикой фактически обрабатываемых земель. В дальнейшем при расчете пастбищных нагрузок площади пашни не учитывались в площади пастбищных земель. Еще 143 тыс. га представлено соровыми понижениями и солончаками, на которых отсутствует растительный покров в силу естественных причин, которые также не учитывались в площади пастбищ.
Всего идентифицирована 1861 животноводческая ферма на 1984–1986 гг. и 1714 ферм на 2020 г., из которых 1275 не изменили своего местоположения с 1984 г. (табл. 1). При этом на территории Калмыкии количество ферм уменьшилось на 312 (сильнее всего в Черноземельском районе – на 184), а в Астраханской области, наоборот, увеличилось на 165. Наглядно это изменение отражено на рис. 1.
Таблица 1.
Площади пастбищ и количество животноводческих ферм в исследованных районах
Район | Площадь пастбищ, тыс. га | Количество ферм, шт. | ||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
в радиусе 3 км | полигоны Вороного | статистика (2006 г.) | ||||||
1984 | 2020 | 1984 | 2020 | 1984 | 2020 | 1984 и 2020 | ||
Енотаевский | 338.5 | 401.1 | 399.1 | 438.2 | 418.8 | 235 | 290 | 186 |
Лаганский | 240.5 | 194.8 | 368.9 | 360.3 | 248.2 | 126 | 88 | 68 |
Лиманский | 195.6 | 227.8 | 317.6 | 239.2 | 44.5 | 126 | 159 | 109 |
Наримановский | 341.8 | 387.3 | 409.9 | 418.1 | 336.2 | 220 | 297 | 190 |
Черноземельский | 633.6 | 448.8 | 953.0 | 808.6 | 914.7 | 402 | 218 | 184 |
Юстинский | 575.1 | 542.2 | 716.1 | 586.6 | 732.2 | 333 | 302 | 256 |
Яшкульский | 712.4 | 659.8 | 957.6 | 802.7 | 991.8 | 419 | 360 | 282 |
Всего | 3037.5 | 2861.7 | 4122.2 | 3653.7 | 3686.4 | 1861 | 1714 | 1275 |
Рис. 1.
Сравнение плотности животноводческих ферм в радиусе 10 км в 1984 г. (слева) и в 2020 г. (справа) (I – границы районов, II – границы муниципальных образований, III – границы ООПТ, IV – соровые понижения, солончаки и водоемы, V – животноводческие фермы, VI – плотность животноводческих ферм, шт. в радиусе 10 км).
![](/issues/iszem/2023/vol_2023/iss_3/IsZem2303006Shinkarenko/IsZem2303006Shinkarenko-F1.png)
В середине 80-х годов прошлого века распределение животноводческих ферм было более равномерным, а к 2020 г. их плотность снизилась в южной части региона и увеличилась вдоль правого берега Волги. Более равномерное покрытие территории животноводческими фермами, использование комбинированных и грубых кормов позволяли в 1980-х при значительно большем поголовье регулировать пастбищные нагрузки. Только необдуманная распашка песчаных земель привела к резкому всплеску опустынивания (Чешев и др., 2018, Kulik et al., 2018, 2020). И в 1980-х и в 2020 г. пространственное распределение ферм не было равномерным, на это указывает индекс ближайшего соседства (Тест Кларка–Эванса): 0.92 и 0.87 соответственно при p > 0.99 (табл. 2). За период исследований наблюдаемое среднее расстояние между точками почти не изменилось (около 3 км), а ожидаемое незначительно увеличилось. Случайным можно считать распределение ферм в 2020 г. в Наримановском, Юстинском и Яшкульском районах, в период 1980-х гг. к ним мог быть отнесен Лаганский район. В остальных районах отмечена значимая кластеризация, что означает приуроченность большей части объектов к конкретным территориям. Значение наблюдаемого расстояния около 3 км соответствует зоне влияния выпаса вокруг ферм (Кулик и др., 2016; Шинкаренко, 2015; Dara et al., 2020), поэтому участки между соседними фермами могут быть перегружены за счет поголовья нескольких хозяйств. Особенно это заметно на общественных или непоставленных на кадастровый учет землях.
Таблица 2.
Показатели анализа близости расположения животноводческих ферм (наблюдаемое и ожидаемое расстояния, индекс ближайшего соседства) в 1984 и 2020 гг.
Район | 1984 | ||||
наблюдаемое, м | ожидаемое, м | индекс | Z | p | |
Енотаевский | 2987 | 3456 | 0.86 | –6.1 | 0.99 |
Лаганский | 3280 | 3631 | 0.90 | –1.6 | <0.90 |
Лиманский | 3025 | 3646 | 0.83 | –6.9 | 0.99 |
Наримановский | 2660 | 2446 | 1.09 | 0.93 | <0.90 |
Черноземельский | 2889 | 3031 | 0.95 | –1.66 | 0.90 |
Юстинский | 2961 | 2850 | 1.04 | 1.2 | <0.90 |
Яшкульский | 2748 | 2803 | 0.98 | –0.4 | <0.90 |
Всего | 2903 | 3167 | 0.92 | –6.9 | 0.99 |
Район | 2020 | ||||
наблюдаемое, м | ожидаемое, м | индекс | Z | p | |
Енотаевский | 2544 | 3235 | 0.79 | –10.4 | 0.99 |
Лаганский | 3488 | 4043 | 0.86 | –1.9 | 0.90 |
Лиманский | 3104 | 3881 | 0.80 | 7.6 | 0.99 |
Наримановский | 2234 | 2184 | 1.02 | 0.28 | <0.90 |
Черноземельский | 3487 | 3696 | 0.94 | –1.66 | 0.90 |
Юстинский | 3043 | 3084 | 0.99 | –0.4 | <0.90 |
Яшкульский | 3217 | 3103 | 1.04 | 0.73 | <0.90 |
Всего | 2876 | 3312 | 0.87 | –10.4 | 0.99 |
Площадь пастбищ по полигонам Вороного вокруг животноводческих ферм после вычета соров, солончаков, пашни и населенных пунктов на 2020 г. равна 3.65 млн га, что достаточно точно согласуется со статистическими данными (3.69 млн га, табл. 1). При этом 78.3% пастбищ расположены в трехкилометровой зоне вокруг животноводческих ферм, следовательно, подвергаются наиболее сильным нагрузкам. В 1980-х гг. площадь пастбищ составляла более 4 млн га, из которых на трехкилометровую зону приходилось 73.7%. Небольшое снижение доли пастбищ в трехкилометровой окрестности ферм в 2020 г. по сравнению с 1984 г. отмечено только в Лаганском районе (с 65 до 54%), в остальных районах доля пастбищ вблизи ферм выросла. Наиболее сильно в Лиманском районе – с 62 до 95%. Больше 90% пастбищ в трехкилометровом радиусе от ферм в Енотаевском, Наримановском, Черноземельском районах. Это является следствием уплотнения распределения животноводческих ферм, результат которого выражается в росте нагрузки на ближайшие к фермам участки. Именно в указанных районах наиболее сильно увеличилась площадь подвижных песков и дефлированных земель в 2020–2021 гг. (Шинкаренко, Барталев, 2020, 2021).
Воздействие выпаса на почвенно-растительный покров зависит от физических свойств почвенного покрова: на суглинистых почвах верхние горизонты уплотняются, а на песчаных почвах, наоборот, разрушаются (Шинкаренко, 2015). Поэтому пастбища на суглинистых почвах более устойчивы к выпасу и дефляции. В регионе исследований произошло снижение количества животноводческих ферм на глинистых и супесчаных почвах на 225 ферм и отмечен рост на песчаных почвах и песках на 78 ферм (табл. 3). Большая плотность животноводческих ферм на песчаных землях могла бы уменьшить пастбищные нагрузки при снижении поголовья на каждой из ферм, но в реальности этого не происходит, и нагрузка увеличивается. Площадь песчаных пастбищ в радиусе 3 км от ферм практически не изменилась: 66 и 73% в 1984 и 2020 гг. соответственно. Это свидетельствует о том, что произошел локальный рост поголовья на песчаных почвах, при том, что площадь пастбищ существенно не увеличилась.
Таблица 3.
Площади пастбищ на разных почвообразующих породах в зависимости от удаленности от животноводческих ферм
Почвообразующие породы | Площадь пастбищ, тыс. га | Количество ферм, шт. | |||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
радиус, м | Всего | ||||||||
500 | 1000 | 1500 | 2000 | 2500 | 3000 | >3000 | |||
1984 | |||||||||
Глинистые и тяжелосуглинистые | 2.9 | 8.5 | 13.0 | 16.2 | 16.9 | 13.9 | 16.2 | 87.6 | 37 |
Среднесуглинистые | 14.7 | 44.0 | 69.7 | 81.4 | 72.5 | 52.6 | 45.4 | 380.3 | 196 |
Легкосуглинистые | 32.9 | 96.6 | 149.4 | 178.0 | 166.0 | 129.3 | 135.7 | 887.9 | 431 |
Супесчаные | 54.6 | 160.5 | 244.7 | 273.9 | 241.6 | 176.0 | 265.5 | 1416.8 | 702 |
Песчаные | 21.6 | 63.5 | 100.3 | 123.4 | 122.4 | 101.7 | 330.1 | 862.9 | 286 |
Пески | 16.0 | 46.2 | 71.1 | 83.2 | 78.1 | 66.2 | 126.0 | 486.6 | 209 |
Среднее | 142.8 | 419.1 | 648.2 | 756.1 | 697.5 | 539.7 | 918.8 | 4122.2 | 1861 |
2020 | |||||||||
Глинистые и тяжелосуглинистые | 2.5 | 7.4 | 11.4 | 14.0 | 15.0 | 14.4 | 13.6 | 78.2 | 32 |
Среднесуглинистые | 8.9 | 26.5 | 42.2 | 53.7 | 57.8 | 55.9 | 127.7 | 372.6 | 116 |
Легкосуглинистые | 29.1 | 85.4 | 132.0 | 159.8 | 156.7 | 129.5 | 85.3 | 777.7 | 376 |
Супесчаные | 47.3 | 137.4 | 208.4 | 239.5 | 227.0 | 183.1 | 152.4 | 1195.0 | 617 |
Песчаные | 22.3 | 63.9 | 98.5 | 117.0 | 113.6 | 95.9 | 243.9 | 755.2 | 299 |
Пески | 20.4 | 58.0 | 85.2 | 91.0 | 75.2 | 56.9 | 88.2 | 474.9 | 274 |
Среднее | 130.5 | 378.6 | 577.6 | 675.0 | 645.3 | 535.6 | 711.1 | 3653.7 | 1714 |
Новые фермы на песчаных почвах и песках расположены в основном в Наримановском и Лиманском районах (рис. 2), где, как было отмечено выше, большая часть пастбищ расположена в трехкилометровой окрестности ферм. Перемещение наиболее используемых пастбищ на песчаные почвы сказалось и на распространении наиболее деградированных участков: подвижных песков и дефлированных земель (рис. 2). Основные площади открытых песков 1984–1986 гг. в настоящее время восстановлены, здесь функционирует заповедник “Черные земли”, в котором полностью запрещен выпас. Поэтому большая часть опустынивания не связана с процессами, происходившими в 1980-х гг., а вызвана нерациональным использованием пастбищ в первую очередь после 2010 г., что подтверждается данными о начале периода деградации пастбищ (Шинкаренко, 2019).
Рис. 2.
Сравнение площадей пастбищ в трехкилометровом радиусе от ферм (слева; I – границы районов, II – границы муниципальных образований, III – границы ООПТ, IV – соровые понижения, солончаки и водоемы, V – пастбища и в 1984 и в 2020 гг., VI – только 1984 г., VII – только 2020 г.) и площадей открытых песков и дефлированных территорий в 1984–1986 и 2020 гг. (справа I – границы районов, II – границы муниципальных образований, III – границы ООПТ, IV – соровые понижения, солончаки и водоемы, V – только в 1986 г., VI – только в 2020 г., VII – в 1986 и 2020 гг., на врезке показан увеличенный фрагмент, выделенный красным прямоугольником).
![](/issues/iszem/2023/vol_2023/iss_3/IsZem2303006Shinkarenko/IsZem2303006Shinkarenko-F2.png)
На суглинистых почвах лишенные растительного покрова участки концентрируются в радиусе 0.5–1 км вокруг ферм (рис. 3a). По мере облегчения гранулометрического состава почв пастбищ участки с открытыми песками проявляются на все больших расстояниях от ферм. При этом в 1984 г. только 37% всех дефлированных площадей приходилось на трехкилометровый радиус вокруг ферм, к 2020 г. этот показатель увеличился до 51% (рис. 3, c). Это связано с тем, что в 1970–80-х гг. основные площади подвижных песков были вызваны распашкой и располагались на месте современного заповедника “Черные земли” (рис. 2), в окрестностях которых к тому времени уже не было мест концентрации скота. К 2020 г. практически во всех исследованных районах увеличилась доля дефлированных земель в трехкилометровых окрестностях ферм (рис. 3, б, 3, в). Это стало результатом нерационального использования пастбищ и превышения допустимых нагрузок скота при выпасе.
Рис. 3.
Распределение площадей открытых песков и дефлированных территорий по удаленности от животноводческих ферм на разных почвах (a, в – доля открытых песков на данном типе почвообразующих пород от расположенных в трехкилометровом радиусе (в метрах) и от всей площади открытых песков региона, I – глинистые и тяжелосуглинистые, II – среднесуглинистые, III – легкосуглинистые, IV – супесчаные, V – песчаные, VI – пески, VII – все) и в разрезе муниципальных районов (б, г – доля открытых песков в муниципальном районе от расположенных в трехкилометровом радиусе и от всей площади открытых песков региона, I – Енотаевский, II – Лаганский, III – Лиманский, IV – Наримановский, V – Черноземельский, VI – Юстинский, VII – Яшкульский, VIII – все); узкие столбцы – 1986 г., широкие – 2020 г.
![](/issues/iszem/2023/vol_2023/iss_3/IsZem2303006Shinkarenko/IsZem2303006Shinkarenko-F3.png)
В 1980-х гг. на территории Калмыкии содержалось около 3.3 млн овец и коз, минимума поголовье достигло к 2000 г. (0.6–0.7 млн голов), на период 2010–2020 гг. по данным статистики поголовье составляло около 2.5 млн голов или 1.4 тыс. гол. овец на одну животноводческую ферму, 2.4 тыс. усл. гол. овец с учетом крупного рогатого скота, лошадей и верблюдов. Согласно Постановлению Правительства Калмыкии (Постановление…, 2006) нормы пастбищных нагрузок устанавливаются на уровне 0.3–0.5 усл. гол. овец/га. Данное требование в 2007–2020 гг. соблюдалось только на 19.5% территории исследования (рис. 4). При этом участки с наибольшими пастбищными нагрузками на песчаных почвах совпадают с местами локализации открытых песков. Если учитывать кратковременные превышения допустимых пастбищных нагрузок в отдельные годы при максимальном показателе поголовья за 2007–2020 гг., то превышения допустимых величин были на 87% площади пастбищ. На большей части площади превышение составляет 2–3 раза. Особенно сильно несоблюдение нормативов характерно для Лиманского, Наримановского, Юстинского и Яшкульского районов: нормы превышены здесь более чем на 90% площади.
Рис. 4.
Пастбищные нагрузки за 2007–2019 гг.: среднемноголетние (слева) и максимальные (справа) (I – границы районов, II – границы муниципальных образований, III – границы ООПТ, IV – соровые понижения, солончаки и водоемы, V – пастбищные нагрузки, усл. гол. овец на га).
![](/issues/iszem/2023/vol_2023/iss_3/IsZem2303006Shinkarenko/IsZem2303006Shinkarenko-F4.png)
В результате сопоставления пастбищных нагрузок и площадей открытых песков и дефлированных земель в окрестностях животноводческих ферм подтверждено, что пастбищные нагрузки наиболее сильно влияют на участки на легких по гранулометрическому составу почвах (рис. 5). Отмечена значимая сильная корреляционная связь доли открытых песков и как среднемноголетних пастбищных нагрузок (r = 0.82), так и максимальных за период (r = 0.88). Стоит отметить, что даже кратковременные превышения пастбищных нагрузок более 3 усл. гол. овец/га на супесчаных и песчаных почвах приводят к резкому увеличению площади лишенных растительного покрова участков (рис. 5, a, 5, б). Безусловно, кроме непосредственно пастбищных нагрузок на площадь подвижных песков влияет интенсивность эоловых процессов, обусловленных синоптической ситуацией и ветровой нагрузкой. Но как показали предыдущие исследования (Шинкаренко, 2019), выпас скота препятствует зарастанию и закреплению существующих песчаных массивов. Пастбищные нагрузки проявляются не только в уничтожении растительного покрова, но и в разрыхлении связных песков, что снижает их устойчивость ветровому воздействию (Kulik et al., 2020).
Рис. 5.
Распределение площадей открытых песков и дефлированных территорий по пастбищам с разной нагрузкой (усл. гол. овец/га, а – среднемноголетняя нагрузка, б – максимальная нагрузка) и площадей пастбищ с разной нагрузкой (усл. гол. овец/га, в – среднемноголетняя нагрузка, г – максимальная нагрузка; I – глинистые и тяжелосуглинистые, II – среднесуглинистые, III – легкосуглинистые, IV – супесчаные, V – песчаные, VI – пески) и связь доли открытых песков и дефлированных площадей с пастбищными нагрузками (д, е – среднемноголетняя и максимальная нагрузка, I – фактические данные, II – аппроксимация сигмоидой, III – линейная регрессия).
![](/issues/iszem/2023/vol_2023/iss_3/IsZem2303006Shinkarenko/IsZem2303006Shinkarenko-F5.png)
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Геоинформационный анализ данных дистанционного зондирования Земли позволяет выявить пространственную структуру антропогенных нагрузок на ландшафты. Животноводческие фермы обладают достаточно четкими дешифровочными признаками, поэтому могут быть достоверно картографированы. Закономерности их пространственного распределения могут служить основой для анализа величин пастбищных нагрузок. В совокупности с данными о поголовье скота становится возможным расчет величин пастбищных нагрузок, а геоинформационная обработка позволяет включить в анализ данные о почвенном покрове, продуктивности земель, их приуроченности к единицам административно-территориального деления. Дальнейшие исследования могут быть направлены на исследование изменений растительного покрова на разном удалении от животноводческих ферм в зависимости от пастбищных нагрузок и почвенно-растительных условий с применением как натурных, так и дистанционных методов.
Установлено, что к 2020 г. по сравнению с 1980-ми гг. уменьшилось количество животноводческих ферм на суглинистых почвах, а на песчаных почвах и песках, наоборот, увеличилось. При том, что площадь пастбищ осталась практически неизменной. Это привело к росту пастбищных нагрузок на легких по гранулометрическому составу почвах. Более чем на 80% территории пастбищ превышены допустимые нагрузки выпаса скота. Результатом этого стала активизация процессов опустынивания в регионе. Засуха 2020 г. привела к катастрофическому опустыниванию, пыльным бурям и многократному росту площадей открытых песков и дефлированных территорий.
Почти 90% пастбищ расположены в трехкилометровом радиусе вокруг ферм и населенных пунктов, т.е. наиболее подвержены антропогенному воздействию. Соответственно в регионе нет площадей, за счет которых можно было бы снизить нагрузки при существующей численности поголовья. Только регулирование выпаса, соблюдение пастбищеоборотов, изменение структуры поголовья (переход от овец к лошадям, верблюдам и крупному рогатому скоту), фитомелиоративные мероприятия позволят стабилизировать состояние пастбищных ландшафтов Северо-Западного Прикаспия.
Список литературы
Бананова В.А., Лазарева В.Г. 2014. Тенденции изменения ботанического разнообразия под влиянием опустынивания в республике Калмыкия // Аридные экосистемы. Т. 20. № 2(59). С. 87–96.
Васильченко А.А., Выприцкий А.А. Методика идентификации антропогенных изменений аридных ландшафтов // Грани познания. 2020. № 5(70). С. 75–81.
Горяев И.А. Галофитные полынники на Прикаспийской низменности (в пределах Калмыкии) // Ботанический журнал. 2019. Т. 104. № 1. С. 93–106.
Золотокрылин А.Н., Титкова Т.Б. Тенденция опустынивания Северо-Западного Прикаспия по MODIS-данным // Соврем. пробл. дистанц. зондир. Земли из космоса. 2011. Т. 8. № 2. С. 217–225.
Золотокрылин А Н., Черенкова Е.А., Титкова Т.Б. 2020. Аридизация засушливых земель Европейской части России и связь с засухами // Изв. Российской академии наук. Серия географическая. № 2. С. 207–217. https://doi.org/10.31857/S258755662002017X
Кулик К.Н., Есмагулова Б.Ж., Кошелева О.Ю., Мушаева К.Б., Шинкаренко С.С. Изменение фитоценозов Волго-Уральского междуречья под влиянием пастбищных нагрузок // Вестник ВГУ. Серия: География. Геоэкология. 2016. № 4. С. 25–32.
Лупян Е.А., Прошин А.А., Бурцев М.А., Кашницкий А.В., Балашов И.В., Барталев С.А., Константинова А.М., Кобец Д.А., Мазуров А.А., Марченков В.В., Матвеев А.М., Радченко М.В., Сычугов И.Г., Толпин В.А., Уваров И.А. Опыт эксплуатации и развития центра коллективного пользования системами архивации, обработки и анализа спутниковых данных (ЦКП “ИКИ-Мониторинг”) // Соврем. пробл. дистанц. зондир. Земли из космоса. 2019. Т. 16. № 3. С. 151–170. https://doi.org/10.21046/2070-7401-2019-16-3-151-170
Национальный атлас почв Российской Федерации. М: Астрель: Аст. 2011. 632 с.
Национальный доклад. “Глобальный климат и почвенный покров России: проявления засухи, меры предупреждения, борьбы, ликвидация последствий и адаптационные мероприятия (сельское и лесное хозяйство)” / Под ред. Эдельгериева Р.С.-Х. 2021. Т. 3. 700 с.
Национальный доклад. “Глобальный климат и почвенный покров России: опустынивание и деградация земель, институциональные, инфраструктурные, технологические меры адаптации (сельское и лесное хозяйство)" / Под ред. Эдельгериева Р.С.-Х. 2019. Т. 2. 476 с.
Почвенная карта РСФСР. 1988. Масштаб 1: 2.5 млн / Под ред. В.М. Фридланда. М.: ГУГК.
Рыбашлыкова Л.П., Беляев А.И., Пугачёва А.М. Мониторинг сукцессионных изменений пастбищных фитоценозов в “потухших” очагах дефляции Северо-Западного Прикаспия // Юг России: экология, развитие. 2019. Т. 14. № 4. С. 78–85.
Чешев А.С., Бакинова Т.И., Шевченко Н.А. Социально-экономические основы рационального использования земель в условиях западного Прикаспия // Экономика и экология территориальных образований. 2018. Т. 2. № 4. С. 6–16. https://doi.org/10.23947/2413-1474-2018-2-4-6-16
Шинкаренко С.С. Пространственно-временная динамика опустынивания на Черных землях // Соврем. пробл. дистанц. зондир. Земли из космоса. 2019. Т. 16. № 6. С. 155–168.
Шинкаренко С.С. Оценка влияния выпаса на ландшафты Приэльтонья // Научное обозрение. 2015. № 14. С. 10–15.
Шинкаренко С.С., Барталев С.А. Оценка площади опустынивания на юге европейской части России в 2021 г. // Соврем. пробл. дистанц. зондир. Земли из космоса. 2021. Т. 18. № 4. С. 291–297. https://doi.org/10.21046/2070-7401-2021-18-4-291-297
Шинкаренко С.С., Барталев С.А. Последствия пыльных бурь 2020 года на юге европейской части России // Соврем. пробл. дистанц. зондир. Земли из космоса. 2020. Т. 17. № 7. С. 270–275.
Шинкаренко С.С., Дорошенко В.В., Берденгалиева А.Н. Динамика площади гарей в зональных ландшафтах юго-востока европейской части России // Изв. Российской академии наук. Серия географическая. 2022. Т. 86. № 1. С. 122–133. https://doi.org/10.31857/S2587556622010113
Шинкаренко С.С., Дорошенко В.В., Берденгалиева А.Н., Комарова И.А. Динамика горимости аридных ландшафтов России и сопредельных территорий по данным детектирования активного горения // Соврем. пробл. дистанц. зондир. Земли из космоса. 2021а. Т. 18. № 1. С. 149–164. https://doi.org/10.21046/2070-7401-2021-18-1-149-164
Шинкаренко С.С., Иванов Н.М., Берденгалиева А.Н. Пространственно-временная динамика выгоревших площадей на федеральных ООПТ юго-востока Европейской России // Nature Conservation Research. Заповедная наука. 2021б. Т. 6. № 3. С. 23–44. https://doi.org/10.24189/ncr.2021.035
Шинкаренко С.С., Ткаченко Н.А., Барталев С.А., Юферев В.Г., Кулик К.Н. Пыльные бури на юге европейской части России в сентябре-октябре 2020 года // Соврем. пробл. дистанц. зондир. Земли из космоса. 2020. Т. 17. № 5. С. 291−296.
Электронный ресурс https://www.gks.ru/dbscripts/munst/munst.htm.
Электронный ресурс http://egrpr.soil.msu.ru/download.php.
Cherepanov S.K. Vascular plants of Russia and adjacent states (the former USSR). Cambridge University Press, Cambridge. 2007. 517 p.
Dara A., Baumann M., Freitag M., Holzel N., Hostert P., Kamp J., Muller D., Prishepov A.V., Kuemmerle T. Annual Landsat time series reveal post-Soviet changes in grazing pressure // Remote Sensing of Environment. 2020. V. 239. P. 111667. https://doi.org/10.1016/j.rse.2020.111667
Dubinin M., Lushekina A., Radeloff V.C. Climate, Livestock, and Vegetation: What Drives Fire Increase in the Arid Ecosystems of Southern Russia? // Ecosystems. 2011. V. 14. P. 547–562. https://doi.org/10.1007/s10021-011-9427-9
Dubinin M., Potapov P., Lushekina A., Radeloff V.C. Reconstructing long time series of burned areas in arid grasslands of southern Russia by satellite remote sensing // Remote Sensing of Environment. 2010. V. 114. P. 1638–1648. https://doi.org/10.1016/j.rse.2010.02.010
Karimova T.Y., Lushchekina A.A., Neronov V.M. Saiga Populations of Russia and Kazakhstan: Current Status and Retrospective Analysis of Some Biological Parameters // Arid Ecosystems. 2021. V. 11. № 2. P. 164–172. .https://doi.org/10.1134/S2079096121020074
Kulik K.N., Petrov V.I., Rulev A.S., Kosheleva O.Y., Shinkarenko S.S. On the 30th anniversary of the “General plan to combat desertification of Black lands and Kizlyar pastures” // Arid ecosystems. 2018. V. 8. № 1. P. 5–20. https://doi.org/10.1134/S2079096118010067
Kulik K.N., Petrov V.I., Yuferev V.G., Tkachenko N.A., Shinkarenko S.S. // Arid Ecosystems. 2020. V. 10. № 2. P. 98–105. https://doi.org/10.1134/S2079096120020080
Lazareva V. G., Bananova V. A., Van Zung N. Dynamics of Modern Vegetation for Pasture Use in the Northwestern Pre-Caspian Region // Arid Ecosystems. 2020. V. 10. № 4. P. 276–283. https://doi.org/10.1134/S2079096120040137
Loupian E., Burtsev M., Proshin A., Kashnitskii A., Balashov I., Bartalev S., Konstantinova A., Kobets D., Radchenko M., Tolpin V., Uvarov I. Usage Experience and Capabilities of the VEGA-Science System // Remote Sensing. 2022. V. 14. № 1. P. 77. https://doi.org/10.3390/rs14010077
Mitchell A. The ESRI Guide to GIS Analysis. 2005. V. 2: Spatial Measurements and Statistics. ESRI Press. 252 p.
Radochinskaya L.P., Kladiev A.K., Rybashlykova L.P. Production potential of restored pastures of the Northwestern Caspian // Arid ecosystems. 2019. V. 9. № 1. P. 51–58. https://doi.org/10.1134/S2079096119010086
Trofimov I. A., Trofimova L. S., Yakovleva E. P. Remote indicators of desertification // Arid Ecosystems. 2015. V. 5. № 1. P. 24–27. https://doi.org/10.1134/S2079096115010102
Vlasenko M.V., Kulik A.K., Salugin A.N. Evaluation of the Ecological Status and Loss of Productivity of Arid Pasture Ecosystems of the Sarpa Lowland // Arid Ecosystems. 2019. V. 9. № 4. P. 273–281. https://doi.org/10.1134/S2079096119040097
Zolotokrylin A.N., Titkova T.B., Bazha S.N., Syrtypova S.H.D. Trends in Livestock Numbers and Spectral Properties of the Pasture Surface: Case Study of the Middle Gobi Aimag of Mongolia // Arid Ecosystems. 2018. V. 8. № 3. P. 153–160. https://doi.org/10.1134/S2079096118030095
Zolotokrylin A.N., Titkova T.B., Cherenkova E.A., Vinogradova V.V. Dynamics of Summer Moistening and Biophysical Parameters of Arid Pastures in the European Part of Russia in 2000–2014 // Arid Ecosystems. 2016. V. 6. № 1. P. 1–7. https://doi.org/10.1134/S2079096116010078
Дополнительные материалы отсутствуют.
Инструменты
Исследование Земли из Космоса