Изучение воздействия бобров на восстановление осушенных болот методами Дистанционного зондирования Земли, ГИС и полевых наблюдений

Эта страница является черновиком статьи.

Данная статья является вводным описанием плана развития проекта:
Изучение воздействия жизнедеятельности бобра европейского (Castor fiber) и бобра канадского (Castor canadensis) на восстановление осушенных болот (торфяников) на севере Евразии при использовании методов Дистанционного зондирования Земли, ГИС и полевых наблюдений

Обсуждение плана проекта на форуме:
http://gis-lab.info/forum/viewtopic.php?f=58&t=21910

Цели проекта:

1. Получить картографическую информацию в ГИС в виде открытых геоданных о современном ареале бобра европейского (Castor fiber) и бобра канадского (Castor canadensis) на севере Евразии (России, Украине, Белоруссии, возможно, и других странах, входящих в ареал видов).
2. Разработать методику оценки состояния болотных экосистем на основе использования данных Дистанционного зондирования Земли (космических снимков) в сочетании с выборочными полевыми исследованиями.
3. Изучить влияние жизнедеятельности обоих видов бобров на вторичное заболачивание осушенных болот (торфяников) и восстановление болотных экосистем.

Под состоянием или степенью здоровья или степенью деградации болотной экосистемы понимается степень отличия изучаемой болотной экосистемы от выбранного эталона. То есть (в идеале) от сохранившегося болотного комплекса, расположенного в близких природно-климатических условиях, никогда не подвергавшегося осушению. Уровень здоровья эталона принимается "максимальным". Степень отличия будет диагностироваться через сравнение выбранных параметров-индикаторов в изучаемой болотной экосистеме и эталоне.

Задачи проекта:

Для выполнения целей поставлены следующие задачи:

1. Провести сбор геоданных "бобровые поселения" на платформе Веб-ГИС "Фаунистика" (в разделе "Околоводные млекопитающие Евразии"). Для этого провести распространение информации о проекте внутри профессионального сообщества и иных сфер, где могут быть такие данные (интернет сообщества туристов, рыбаков, местных жителей).

2. Провести анализ ареала бобров при использовании методов ГИС. Изучить общие характеристики распространения (границы, примерная численность видов) и детальные характеристики по регионам для которых будет набираться информация. В том числе изучить:

• Состояние бобровых поселений внутри ООПТ. Выяснить, есть ли влияние охранного режима территории на численность бобров и характер бобровых поселений (плотность бобровых поселений, численность бобров, характер построек).
• Влияние антропогенного пресса на численность бобров и характер бобровых поселений. Осветить яснее аспект взаимодействия бобров и человека. Обратить внимание на территории потенциальных конфликтов (захват бобрами сельскохозяйственных территорий, территорий населенных пунктов, транспортных путей).

Для этого использовать слои (shapefiles):

• ООПТ федерального и регионального значений.
  
• Антропогенные объекты (дороги, сельскохозяйственные земли, населенные пункты, территории промышленного освоения лесов и др.).

3.Провести сбор информации о параметрах земной поверхности, получаемых из космических снимков, которые можно использовать в качестве индикаторов состояния болотных экосистем. Сделать перечень как готовых продуктов ДЗЗ, так и параметров, которые можно получить при самостоятельной обработке космических снимков. Акцентировать внимание на продуктах ДЗЗ долгого срока производства, которые можно будет использовать и в будущем (для возможности проанализировать по ним процесс изменения параметров болотных экосистем в прошлом, настоящем и будущем).

4. Подготовка выбранных продуктов ДЗЗ (скачивание космических снимков и готовых продуктов, их обработка). Доведение каждого типа геоданных параметра-индикатора до стадии - растровый или векторный слой, открывающийся в ГИС софте (ArcGIS, QGIS) с отображаемым числовым значением переменной.

5.Анализ подготовленных геоданных в пространстве и во времени по примерному алгоритму, рассмотренному ниже.

Примерный алгоритм анализа состояния восстанавливаемой болотной экосистемы

1. Выбрать территории для изучения восстановления осушенного болота (торфяника). Для этого, в первую очередь, следует рассмотреть территории проектов искусственного заболачивания торфяников. Такие проекты проводились в национальном парке "Мещёра" Владимирской области, Талдомском районе Московской области, Камско-Бакалдинские болота в Нижегородской области.
2. Выбрать территории-эталоны, то есть болотные комплексы в схожих (с изучаемыми территориями) природно-климатических условиях в которых никогда не проводилось осушение.
3. Изучить три типа ситуаций (case study):

• (i)Процесс искусственного восстановления торфяника без участия бобров (выбрать среди перечисленных выше проектов территории, где бобровых поселений не было в период восстановления торфяника, т.е. бобры не принимали участие в процессе заболачивания).
• (ii)Процесс искусственного восстановления торфяника с участием бобров (выбрать среди перечисленных выше проектов территории , где бобровые поселения были в период восстановления торфяника).
• (iii)Процесс восстановления торфяника с участием бобров без действий человека. Для этой ситуации выбрать территории вне зоны проектов искусственного заболачивания, где торфяники были заболочены только действиями бобров.

Для выявления этих сочетаний использовать слой геоаднных "бобровые поселения", слой геоданных "торфяники" и набираемую более детальную информацию по каждому географическому району.

Состояние ("уровень здоровья" или "уровень деградации") изучаемой восстанавливаемой болотной экосистемы оценить методом сравнения параметров-индикаторов изучаемой территории с аналогичными параметрами и за аналогичные периоды территории-эталона. В общем виде полагая, что чем ближе значение параметров изучаемой экосистемы к эталону, тем выше уровень ее здоровья.
Процесс изменения состояния восстанавливаемой болотной экосистемы во времени изучить путем анализа изменения параметров-индикаторов, полученных по серии продуктов ДЗЗ за несколько лет.

ПРИМЕЧАНИЕ

Ресурсы по сбору геоданных, которые будут использованы для проекта:

• Платформа Веб-ГИС «Фаунистика» (раздел «Околоводные млекопитающие Евразии»).
  

Подробнее о разделе и платформе "Фаунистика" можно прочесть в статье «Платформа Веб-ГИС «Фаунистика» как средство коллективного сбора и использования данных о местонахождении редких видов животных и растений» прочитать.

Параметры, которые предположительно могут служить индикаторами состояния болотных экосистем. Продукты ДЗЗ, которые позволяют определить эти параметры:

Параметр-индикатор (геоданные)	Источник геоданных	Описание	Производитель	Сайт
Влажность почв	SMOS L2SM, SMOS L3SM	Продукты SMOS (Soil Moisture and Ocean Salinity satellite). Показывают влажность почв, выраженной в доле объема воды в объеме почвы (m3/m-3)	ESA	SMOS data products
NDVI, другие вегетационные индексы	Landsat-8, ASTER	NASA
Температура поверхности (почвы или растительного покрова)	Landsat-8, ASTER (продукт AST_08)	NASA
LAI (Leaf Area Index)	MCD15A2H,MCD15A3H, MOD15A2H,MYD15A2H	LAI is defined as the one-sided green leaf area per unit ground area in broadleaf canopies and as one-half the total needle surface area per unit ground area in coniferous canopies.	NASA (продукты MODIS)	Releases MODIS
FPAR (Fractional Photosynthetically Active Radiation)	MCD15A2H,MCD15A3H, MOD15A2H,MYD15A2H	FPAR is defined as the fraction of incident photosynthetically active radiation (400-700nm) absorbed by the green elements of a vegetation canopy	NASA (продукты MODIS)	Releases MODIS
Gross Primary Productivity	MOD17A2H, MYD17A2H		NASA (продукты MODIS)	Releases MODIS
Net Primary Productivity	MOD17A3H, MYD17A3H		NASA (продукты MODIS)	Releases MODIS
Гари прошлых лет, пожары	FIRMS, SFMS		FIRMS (Fire Information for Resource Management System) - разработана University of Maryland, США. SFMS (ScanEx Fire Monitoring Service) - разработана российским инженерно-технологическим центром СканЭкс.	Описание систем

Дополнительные геоданные для использования в проекте:

Геоданные	Источник геоданных	Производитель	Описание	Сайт
Границы осушенных болот (торфяников)	Слой "торфяники" (kml, shp)	Гринпис России	По Центральной России нанесены все наиболее проблемные (крупные и глубокие) осушенные болота. Слой будет дорабатывваться. (shapefile слоя выдается по запросу)	интер. карта
Границы ООПТ федерального уровня	технология создания	GIS-Lab	Актуальность базы: 2.09.2011	база
Границы ООПТ регионального уровня	разные	разные	По ссылке - перечисление найденных источников ООПТ регионального подчинения для России	имеющиеся ресурсы
Реки
Озера
Рельеф	ASTER GDEM v.2	NASA	Продукт многолетней серии снимков ASTER
Дороги
Города (пром зоны, жилые зоны)
Cельское хозяйство
Лесное хозяйство

Историческая справка

На территории Евразии бобры европейские были практически уничтожены к началу XX века. С 1920-1950-х гг проходило интенсивное расселение бобров в разных странах, в том числе и в России. До этого периода бобры отсутствовали в экосистемах большей части территории Евразии около 300 лет. Вследствие расселения и запрета охоты, бобры стали успешно размножаться и осваивать территорию. Считается, что к концу XX века ареал и численность бобра европейского достигли уровня XVII века.
Бобр канадский был завезен в Финляндию в 1937 г, откуда в 1950-е годы он проник в Карелию и Ленинградскую область. Позже он был интродуцирован в бассейне Амура, на Камчатке и Сахалине, где бобров не было несколько столетий.
Таким образом, с середины XX века территория Евразии была вновь заселена бобрами двух видов после 300 летнего и более долго отсутствия этих животных на большей части территории. Однако есть места, где они не исчезали:

«К 1917 году в России бобры сохранились на 4 изолированных территориях: в бассейне Днепра (рр. Березина, Сож, Припять и Тетерев); в бассейне Дона по притокам Воронежа; в северном Зауралье (рр. Конда и Сосьва) и в верховьях Енисея по реке Азас. Общая численность бобров не превышала 800—900 голов».[источник]

Научная новизна и практическая значимость проекта

Последствия от уничтожения бобра европейского и родственного ему бобра канадского (Castor canadensis) в прошлом сравнимы с грандиозными последствиями вымирания крупных растительноядных животных, таких как мамонт и шерстистый носорог. Бобры, заселяя огромные территории двух континентов и поддерживая высокую плотность своих плотин и запруд, в течение многих миллионов лет оказывали существенное влияние на их гидрологический режим. Практически полное исчезновение бобров с обоих континентов к началу XX века повлекло за собой нарушение естественного водного режима этих территорий, которое, в свою очередь, повлекло за собой засуху и деградацию природных экосистем, ставших во многих случаях непригодными и для обитания человека.

К счастью, оба вида бобров удалось не только сохранить, но и сделать их снова многочисленными.Однако до сих пор не было сделано сводной работы, комплексно оценивающей современный ареал и численность бобра европейского и бобра канадского на территории Евразии после расселения обоих видов с первой половины XX века и последующего успешного размножения. Многочисленные проведенные исследования концентрировались на небольших разрозненных территориях (чаще всего территорий ООПТ), материалы этих исследований разнесены по множеству публикаций в малоизвестных источниках или не опубликованы вовсе. В виде открытых геоданных этой информации нет вообще.
Сбор данных в системе «Фаунистика» о местах обнаружения бобровых поселений будет нацелен на создание основы для комплексной оценки современного ареала и численности бобров, а также повышения детальности исследования состояния видов внутри их ареала. Также такой сбор поможет оценить изученность бобровых поселений и выделить белые пятна, нуждающиеся в изучении.

Помимо научного интереса, сбор данных о бобровых поселениях может быть использован в практических целях для борьбы с торфяными пожарами, которые ежегодно наносят значимый урон лесному хозяйству и здоровью населения России, Украины и Белоруссии. Специалисты утверждают, что деятельность бобров может приводить к естественному вторичному заболачиванию осушенных болот (торфяников). По этой причине можно предположить, что расселение бобров может быть использовано для заболачивания тех торфяников, которые ежегодно становятся причиной сильных торфяных и лесных пожаров. С практической точки зрения такая помощь был бы очень значима, поскольку разработанные технологии искусственного заболачивания торфяников, которые пробуют применять для борьбы с ежегодно повторяющимися катастрофическими лесными пожарами, очень дороги и трудоемки. Использование же для этих целей бобров не потребует больших финансовых вложений.