Мониторинг растительного покрова вторично обводненных торфяников Московской области
DOI:
https://doi.org/10.21638/spbu07.2020.206Аннотация
Неиспользуемые осушенные торфяники представляют наибольшую опасность с точки зрения торфяных пожаров. Особенно это касается заброшенных без рекультивации полей фрезерной добычи торфа, максимальные площади которых расположены в Московской области. При отсутствии экономических оснований их хозяйственного использования наиболее эффективный путь снижения пожарной опасности и улучшения экологического состояния таких земель - обводнение и искусственное заболачивание. Необходимы определение первоочередных объектов обводнения и их последующий мониторинг для оценки эффективности проводимых мероприятий. Такие объекты могут иметь значительные размеры, быть труднопроходимыми и сложными для наземного картографирования. Пожары и обводнение способствуют быстрым изменениям растительного покрова. Для его мониторинга необходимы данные дистанционного зондирования Земли, прежде всего мультиспектральные спутниковые данные. Большое число объектов, их разброс в пространстве, а также необходимость многолетних наблюдений требуют комбинирования данных различных спутников. Представлен опыт мониторинга 73 тыс. га торфяников в Московской области, обводненных в 2010-2013 гг. после пожаров 2010 г. Текущие результаты показали сокращение площадей открытого торфа и сухолюбивой травяной растительности, незначительные изменения площадей, занятых древесной хвойной растительностью и поступательное расширение площади, занятой лиственной, увеличение после обводнения и последующее поддержание общей площади гидрофильных сообществ и открытой воды. Разработанная и апробированная методика позволяет оценивать эффективность обводнения торфяников для снижения опасности торфяных пожаров, а также выявлять участки, требующие дополнительных мероприятий. Предложенный алгоритм обеспечивает достоверное выделение в полуавтоматическом режиме 6 классов растительного/почвенного покрова, различающихся по пожарной опасности и основным экологическим характеристикам, определяющим потоки парниковых газов, биологическое разнообразие и другие экосистемные функции.
Ключевые слова:
торфяные пожары, экологическая безопасность, мультиспектральные спутниковые данные, восстановление болот
Скачивания
Библиографические ссылки
Вомперский, С. Э., Глухова, Т. В., Смагина, М. В., Ковалев, А. Г. (2007). Условия и последствия пожаров в сосняках на осушенных болотах. Лесоведение, (6), 35-44.
Вомперский, С. Э., Иванов, А. И., Цыганова, О. П., Валяева, Н. А., Глухова, Т. В., Дубинин, А. И., Глухов, А. И., Маркелова, Л. Г. (1994). Заболоченные органогенные почвы и болота России и запас углерода в их торфах. Почвоведение, (12), 17-25.
Вомперский, С. Э., Сирин, А. А., Сальников, А. А., Цыганова, О. П., Валяева, Н. А. (2011). Оценка площади болотных и заболоченных лесов России. Лесоведение, (5), 3-11.
Вомперский, С. Э., Сирин, А. А., Цыганова, О. П., Валяева, Н. А., Майков, Д. А. (2005). Болота и заболоченные земли России: попытка анализа пространственного распределения и разнообразия. Известия РАН. Серия географическая, (5), 21-33.
Глухова, Т. В., Сирин, А. А. (2018). Потери почвенного углерода при пожаре на осушенном лесном верховом болоте. Почвоведение, (5), 580-588.
Информационный выпуск «О состоянии природных ресурсов и окружающей среды Московской области в 2017 году». (2018). Красногорск: Министерство экологии и природопользования Московской области.
Курбанов, Э. А., Губаев, А. В., Воробьев, О. Н., Лежнин, С. А. (2010). Использование космических снимков ALOS для выявления площадей бывших сельскохозяйственных угодий, зарастающих лесом. Геоматика, (4), 68-72.
Лабутина, И. А. (2004). Дешифрирование аэрокосмических снимков: Учеб. пособие для студентов вузов. Москва: Аспект Пресс.
Манылов, И. В. (2011). Оценка точности распознавания классов при автоматизированной обработке аэрофотоснимков. Известия ВУЗов. Приборостроение, 54 (5), 35-39.
Маслов, А. А., Гульбе, А. Я., Гульбе, Я. И., Медведева, М. А., Сирин, А. А. (2016). Оценка ситуации с зарастанием сельскохозяйственных земель лесной растительностью на примере Угличского района Ярославской области. Устойчивое лесопользование, (4), 6-14.
Медведева, М. А., Возбранная, А. Е., Барталев, С. А., Сирин, А. А. (2011). Оценка состояния заброшенных торфоразработок по многоспектральным спутниковым изображениям. Исследование Земли из космоса, (5), 80-88.
Медведева, М. А., Возбранная, А. Е., Сирин, А. А., Маслов, А. А. (2017). Возможности различных многоспектральных спутниковых данных для оценки состояния неиспользуемых пожароопасных и обводняемых торфоразработок. Исследование Земли из космоса, (3), 76-84. https://doi. org/10.7868/S0205961417020051
Медведева, М. А., Возбранная, А. Е., Сирин, А. А., Маслов, А. А. (2019). Возможности различных мультиспектральных космических данных для мониторинга неиспользуемых пожароопасных торфяников и эффективности их обводнения. Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса, 16 (2), 150-159. https://doi.org/10.21046/2070-7401-2019-16-2-150-159
Минаева, Т. Ю., Сирин, А. А. (2002). Торфяные пожары - причины и пути предотвращения. Наука и промышленность России, (9), 3-8.
Порфирьев, Б. Н. (2013). Экономическая оценка людских потерь в результате чрезвычайных ситуаций. Вопросы экономики, (1), 48-68.
Ревич, Б. А., Шапошников, Д. А., Першаген, Г. (2015). Новая эпидемиологическая модель по оценке воздействия аномальной жары и загрязненного атмосферного воздуха на смертность населения (на примере Москвы 2010 г.). Профилактическая медицина, (5), 29-33. https://doi. org/10.17116/profmed201518529-33
Сирин, А. А. (2017). Болота. В: Н. С. Касимов, В. С. Тикунов, под ред., Экологический атлас России. Москва: Феория, 118-121.
Сирин, А. А., Макаров, Д. А., Гуммерт, И., Маслов, А. А., Гульбе, Я. И. (2019). Глубина прогорания торфа и потери углерода при лесном подземном пожаре. Лесоведение, (5), 410-422. https://doi. org/10.1134/S0024114819050097
Сирин, А. А., Маслов, А. А., Валяева, Н. А., Цыганова, О. П., Глухова, Т. В. (2014). Картографирование торфяных болот Московской области по данным космической съемки высокого разрешения. Лесоведение, (5), 65-71.
Сирин, А. А., Минаева, Т. Ю. (ред.) (2001). Торфяные болота России: к анализу отраслевой информации. Москва: ГЕОС.
Сирин, А. А., Минаева, Т. Ю., Возбранная, А. Е., Барталев, С. А. (2011). Как избежать торфяных пожаров? Наука в России, (2), 13-21.
Суворов, Г. Г., Чистотин, М. В., Сирин, А. А. (2015). Потери углерода при добыче торфа и сельскохозяйственном использовании осушенного торфяника в Московской области. Агрохимия, (11), 51-62.
Чабан, Л. Н. (2006). Тематическая классификация многозональных (многослойных) изображений в пакете ERDAS Imagine: Методические указания для лабораторного практикума. Москва: МИИГАиК.
Чистотин, М. В., Cиpин, А. А., Дулов, Л. Е. (2006). Сезонная динамика эмиссии углекислого газа и метана при осушении болота в Московской области для добычи торфа и сельскохозяйственного использования. Агрохимия, (6), 54-62.
Яновский, А. А. (2017). Дистанционная оценка спектрального коэффициента отражения поверхности осушенных торфяных почв Полесья по спутниковым снимкам среднего пространственного разрешения. Исследования Земли из космоса, (5), 35-48. https://doi.org/10.7868/ S0205961417050049
Яновский, А. А., Бамбалов, Н. Н. (2014). Автоматизация картографирования деградированных торфяных почв Беларуси по спутниковым снимкам среднего пространственного разрешения. Природопользование, (26), 92-100.
Barriopedro, D., Fischer, E. M., Luterbacher, J., Trigo, R. M. and García-Herrera, R. (2011). The hot summer of 2010: redrawing the temperature record map of Europe. Science, 332, 220-224. https://doi. org/10.1126/science.1201224
Bonn, A., Reed, M. S., Evans, C. D., Joosten, H., Bain, C., Farmer, J., Emmer, I., Couwenberg, J., Moxey, A., Artz, R., Tanneberger, F., von Unger, M., Smyth, M.-A. and Birnie, D. (2014). Investing in nature: Developing ecosystem service markets for peatland restoration. Ecosystem Services, 9, 54-65. https://doi. org/10.1016/j.ecoser.2014.06.011
Cabezas, J., Galleguillos, M., Valdés, A., Fuentes, J. P., Pérez, C. and Perez-Quezada, J. F. (2015). Evaluation of impacts of management in an anthropogenic peatland using field and remote sensing data. Ecosphere, 6 (12), 282. https://doi.org/10.6084/m9.figshare.c.3308796.v1
Davies, G. M., Gray, A., Rein, G. and Legg, C. J. (2013). Peat consumption and carbon loss due to smouldering wildfire in a temperate peatland. Forest Ecology and Management, 308, 169-177. https://doi. org/10.1016/j.foreco.2013.07.051
Dronova, I. (2015). Object-Based Image Analysis in Wetland Research: A Review. Remote Sensing, 7, 6380- 6413. https://doi.org/10.3390/rs8060462
Erdas Imagine Inc. (1997). ERDAS Imagine: user’s guide. Atlanta, Georgia.
Gibson, C. M., Chasmer, L. E., Thompson, D. K., Quinton, W. L., Flannigan, M. D. and Olefeldt, D. (2018). Wildfire as a major driver of recent permafrost thaw in boreal peatlands. Nature Communications, 9, 3041. https://doi.org/10.1038/s41467-018-05457-1
Granath, G., Moore, P. A., Lukenbach, M. C. and Waddington, J. M. (2016). Mitigating wildfire carbon loss in managed Northern peatlands through restoration. Scientific Reports, 6, 28498-28507. https://doi. org/10.1038/srep28498
Greifswaldmoor.de (2012). Global Peatland Database of Greifswald Mire Centre. [online] Available at: https://greifswaldmoor.de/global-peatland-database-en.html [Accessed 15 Jun. 2020].
Hiraishi, T., Krug, T., Tanabe, K., Srivastava, N., Baasansuren, J., Fukuda, M. and Troxler, T. G. (eds.) (2014). 2013 Supplement to the 2006 IPCC Guidelines for National Greenhouse Gas Inventories: Wetlands. Switzerland: IPCC.
Hu, Y., Fernandez-Anez, N., Smith, T. E. L. and Rein, G. (2018). Review of emissions from smouldering peat fires and their contribution to regional haze episodes. International Journal of Wildland Fire, 27, 293-312. https://doi.org/10.1071/WF17084
Huang, X. and Rein, G. (2017). Downward spread of smouldering peat fire: the role of moisture, density and oxygen supply. International Journal of Wildland Fire, 26, 907-918.
Joosten, H., Sirin, A., Couwenberg, J., Laine, J. and Smith, P. (2016). The role of peatlands in climate regulation. In: A. Bonn, T. Allott, M. Evans, H. Joosten, R. Stoneman, ed., Peatland restoration and ecosystem services: science, policy and practice. Cambridge: Cambridge University Press, 66-79. https://doi. org/10.1017/CBO9781139177788.005
Kalacska, M., Arroyo-Mora, J. P., Soffer, R. J., Roulet, N. T., Moore, T. R., Humphreys, E., Leblanc, G., Lucanus, O. and Inamdar, D. (2018). Estimating Peatland Water Table Depth and Net Ecosystem Exchange: A Comparison between Satellite and Airborne Imagery. Remote Sensing, 10, 687. https://doi. org/10.3390/rs10050687
Kettridge, N., Turetsky, M. R, Sherwood, J. H., Thompson, D. K., Miller, C. A., Benscoter, B. W., Flannigan, M. D., Wotton, B. M. and Waddington, J. M. (2015). Moderate drop in water table increases peatland vulnerability to post-fire regime shift. Scientific Reports, 5, 8063. https://doi.org/10.1038/ srep08063
Konovalov, I. B., Beekmann, M., Kuznetsova, I. N., Yurova, A. and Zvyagintsev, A. M. (2011). Atmospheric impacts of the 2010 Russian wildfires: integrating modelling and measurements of an extreme air pollution episode in the Moscow region. Atmospheric Chemistry and Physics, 11, 10031-10056. https:// doi.org/10.5194/ACP-11-10031-2011
McGovern, E. A., Holden, N. M., Ward, S. M. and Collins, J. F. (2000). Remotely sensed satellite imagery as an information source for industrial peatlands management. Resources, Conservation and Recycling, 28, 67-83. https://doi.org/10.1016/S0921-3449(99)00034-8
Medvedeva, M. A., Vozbrannaya, A. E., Sirin, A. A. and Maslov, A. A. (2017). Capabilities of Multispectral Remote-Sensing Data in an Assessment of the Status of Abandoned Fire Hazardous and Rewetting Peat Extraction Lands. Izvestiia, Atmospheric and Oceanic Physics, 53, 1072-1080. https://doi. org/10.1134/S0001433817090201
Minayeva, T. Y., Bragg, O. M. and Sirin, A. A. (2017). Towards ecosystem-based restoration of peatland biodiversity. Mires and Peat, 19, 1-36. https://doi.org/10.19189/MaP.2013.OMB.150
Minayeva, T., Sirin, A. and Bragg, O. (eds.) (2009). A Quick Scan of Peatlands in Central and Eastern Europe. Wageningen: Wetlands International.
Minayeva, T., Sirin, A. and Stracher, G. B. (2013). The Peat Fires of Russia. In: G. B. Stracher, A. Prakash, E. V. Sokol, ed., Coal and Peat Fires: A Global Perspective. V. 2: Photographs and Multimedia Tours. Amsterdam, the Netherlands: Elsevier, 375-394.
O’Connell, J., Connolly, J. and Holden, N. M. (2014). A monitoring protocol for vegetation change on Irish peatland and heath. International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation, 31, 130- 142. https://doi.org/10.1016/j.jag.2014.03.006
Olofsson, P., Foody, G. M., Herold, M., Stehman, S. V., Woodcock, C. E. and Wulder, M. A. (2014). Good practices for estimating area and assessing accuracy of land change. Remote Sensing of Environment, 148, 42-57. https://doi.org/10.1016/j.rse.2014.02.015
Page, S. E., Siegert, F., Rieley, J. O., Boehm, H. D., Jaya, A. and Limin, S. (2002). The amount of carbon released from peat and forest fires in Indonesia during 1997. Nature, 420, 61-65. https://doi.org/10.1038/ NATURE01131
Parish, F., Sirin, A., Charman, D., Joosten, H., Minayeva, T., Silvius, M. and Stringer, L. (eds.) (2008). Assessment on Peatlands, Biodiversity and Climate Change. [main report] Global Environment Centre and Wetlands International. Kuala Lumpur, Wageningen.
Poulter, B., Christensen, N. L. and Halpin, P. N. (2006). Carbon emissions from a temperate peat fire and its relevance to interannual variability of trace atmospheric greenhouse gases. Journal of Geophysical Research, 111 (D6), D06301. https://doi.org/10.1029/2005JD006455
Rein, G. (2013). Smouldering fires and natural fuels. In: C. M. Belcher, ed., Fire Phenomena in the Earth System. New York: Wiley, 15-34. https://doi.org/10.1002/9781118529539.CH2
Safronov, A., Fokeeva, E., Rakitin, V., Grechko, E. and Shumsky, R. (2015). Severe Wildfires near Moscow, Russia in 2010: Modeling of Carbon Monoxide Pollution and Comparisons with Observations. Remote Sensing, 7, 395-429. https://doi.org/10.3390/rs70100395
Schulte, M. L., Daniel, L., McLaughlin, D. L., Wurster, F. C., Varner, J. M., Stewart, R. D., Aust, W. M., Jones, C. N. and Gile, B. (2019). Short- and long-term hydrologic controls on smouldering fire in wetland soils. International Journal of Wildland Fire, 28, 177-186. https://doi.org/10.1071/WF18086
Sirin, A., Medvedeva, M., Maslov, A. and Vozbrannaya, A. (2018). Assessing the Land and Vegetation Cover of Abandoned Fire Hazardous and Rewetted Peatlands: Comparing Different Multispectral Satellite Data. Land, 7 (71), 1-22. https://doi.org/10.3390/land7020071
Sirin, A., Minayeva, T., Yurkovskaya, T., Kuznetsov, O., Smagin, V. and Fedotov, Y. U. (2017). Russian Federation (European Part). In: H. Joosten, F. Tanneberger, A. Moen, ed., Mires and Peatlands of Europe: Status, Distribution and Conservation. Stuttgart: Schweizerbart Science Publishers. 589-616. https:// doi.org/10.1127/mireseurope/2017/0001-0049
Tanneberger, F., Tegetmeyer, C., Busse, S., Barthelmes, A., Shumka, S., Mariné, A. M., Jenderedjian, K., Steiner, G. M. et al. (2017). The peatland map of Europe. Mires and Peat, 19, 1-17. https://doi.org/10.19189/ MaP.2016.OMB.264
Torabi Haghighi, A., Menberu, M., Darabi, H., Akanegbu, J. and Klöve, B. (2018). Use of remote sensing to analyse peatland changes after drainage for peat extraction. Land Degradation & Development, 29 (10), 3479-3488. https://doi.org/10.1002/ldr.3122
Turetsky, M. R., Benscoter, B., Page, S., Rein, G., van der Werf, G. R. and Watts, A. (2015). Global vulnerability of peatlands to fire and carbon loss. Nature Geoscience, 8 (1), 11-14. https://doi.org/10.1038/ NGEO2325
Vompersky, S. E., Ivanov, A. I., Tsyganova, O. P., Glukhova, T. V., Dubinin, A. I., Glukhov, A. I. and Markelova, L. G. (1996). Bog organic soils and bogs of Russia and carbon pool of their peats. Eurasian Soil Science, 28 (2), 91-105.
Wilson, D., Blain, D., Couwenberg, J., Evans, C. D., Murdiyarso, D., Page, S. E., Renou-Wilson, F., Rieley, J. O., Sirin, A., Strack, M. and Tuittila, E.-S. (2016). Greenhouse gas emission factors associated with rewetting of organic soils. Mires and Peat, 17, 1-28. https://doi.org/10.19189/MaP.2016.OMB.222
Загрузки
Дополнительные файлы
Опубликован
Как цитировать
Выпуск
Раздел
Лицензия
Статьи журнала «Вестник Санкт-Петербургского университета. Науки о Земле» находятся в открытом доступе и распространяются в соответствии с условиями Лицензионного Договора с Санкт-Петербургским государственным университетом, который бесплатно предоставляет авторам неограниченное распространение и самостоятельное архивирование.
