Изучение воздействия бобров на восстановление осушенных болот методами Дистанционного зондирования Земли, ГИС и полевых наблюдений
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
Цели проекта:
- Получить картографическую информацию в ГИС в виде открытых геоданных о современном ареале бобра европейского (Castor fiber) и бобра канадского (Castor canadensis) на севере Евразии (Россия, Украина, Белоруссия, возможно, охватить и другие европейские страны, входящие в ареал видов).
- Разработать методику оценки состояния болотных экосистем на основе использования данных Дистанционного зондирования Земли (космических снимков) в сочетании с выборочными полевыми исследованиями.
- 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 в проекте понимается степень отличия изучаемой болотной экосистемы от выбранного эталона. То есть (в идеале) от сохранившегося болотного комплекса 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 регионального значений.
- Антропогенные объекты (дороги, сельскохозяйственные земли, населенные пункты, территории промышленного освоения лесов и др.).
- ООПТ федерального регионального значений.
- 3.Провести сбор информации о параметрах земной поверхности, которые можно получить из космических снимков и которые можно использовать в качестве индикаторов состояния болотных экосистем. Сделать перечень как имеющихся готовых продуктов, 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-индикатра 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 (итог: выполнение второй и третьей цели проекта).
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 здесь.
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 |
Примерный алгоритм анализа состояния «здоровья» восстанавливаемой болотной экосистемы
- 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.
- Выбрать территории-эталоны, то есть болотные комплексы в схожих (с изучаемыми территориями) природно-климатических условиях в которых никогда не проводилось осушение.
- 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.
О состоянии «здоровья» изучаемой восстанавливаемой болотной экосистемы судить через сравнение 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 ее здоровье.
Путем анализа изменения параметров-индикаторов во времени сделать вывод о процессе восстановления болотных экосистем.
Историческая предпосылка
Исходить в проекте из факта, что на территории Евразии бобры европейские был практически уничтожены к началу XX века, и отсутствовали в экосистемах большей части территории около 300 лет. С середины XX века проходило расселение бобров в разных странах, в том числе и в России. Считается, что ареал и численность бобра достигли уровня XVII века, что позволило вернуть бобровый промысел. Бобр канадский был завезен в Финляндию в 1937 г, откуда в 1950-е годы 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 вида 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]