«Оценка деградации и устойчивости постпирогенных ландшафтов Центральной Эвенкии на основе комбинированного мониторинга»
«Оценка деградации и устойчивости постпирогенных ландшафтов Центральной Эвенкии на основе комбинированного мониторинга»
Красноярский край
На территориях, относимых к криолитозоне, в последние 20 лет фиксируются периодические повторения экстремальных и нередко массовых пожаров.
Проголосовало:
Поделиться в соц. сетях:

Автор проекта:

Безкоровайная Ирина Николаевна, д.б.н., заведующий кафедрой экологии и природопользования ИЭиГ СФУ – руководитель проекта
Борисова Ирина Викторовна, к.г.н., доцент кафедры экологии и природопользования ИЭиГ СФУ
Пономарев Евгений Иванович, к.т.н., старший научный сотрудник Института леса им. В.Н. Сукачева, ФИЦ КНЦ СО РАН
Пономарева Татьяна Валерьевна, к.б.н., научный сотрудник Института леса им. В.Н. Сукачева, ФИЦ КНЦ СО РАН
Прокушкин Анатолий Станиславович, к.б.н., заведующий лабораторией биогеохимических циклов в лесных экосистемах Института леса им. В.Н. Сукачева, ФИЦ КНЦ СО РАН
Шабалина Ольга Михайловна, к.б.н., доцент кафедры экологии и природопользования ИЭиГ СФУ
Якимов Никита Дмитриевич, аспирант кафедры экологии и природопользования Института экологии и географии СФУ
Кастерин Григорий Игоревич, магистр кафедры экологии и природопользования Института экологии и географии СФУ

Номинация:

Лучший экологический проект промышленных предприятий, бизнеса

Наименование проекта:

«Оценка деградации и устойчивости постпирогенных ландшафтов Центральной Эвенкии на основе комбинированного мониторинга»

Описание проекта:

На территориях, относимых к криолитозоне, в последние 20 лет фиксируются периодические повторения экстремальных и нередко массовых пожаров (Эвенкия, Якутия). В Сибири в условиях меняющегося климата следует ожидать ужесточения пожарных режимов (Швиденко и др., 2011; Goldammer, 2013; Ponomarev et.al., 2016). Современные исследования констатируют длительные проявления послепожарных эффектов, особенно значимых для криогенных ландшафтов (Пономарев, Пономарева, 2018). Периодические пожары существенно модифицируют лесные ландшафты, приводят к уменьшению площади бореальных лесов, на месте которых формируются различные варианты послепожарных сообществ.
Несмотря на большое количество исследований экологической роли пожаров, анализ научной литературы показал, во-первых, слабую изученность факторов и механизмов, обусловливающих процессы послепожарного восстановления криогенных экосистем на территории Сибири. Во-вторых, остаются открытыми вопросы, связанные с оценкой устойчивости фиксируемых послепожарных изменений и выявлением факторов, обеспечивающих эту устойчивость в экстремальных условиях многолетней мерзлоты и возрастающей антропогенной активности.
Увеличение частоты пожаров и сокращение межпожарных интервалов может привести к необратимой деградации многолетней мерзлоты, развитию эрозионных процессов и снижению устойчивости криогенных экосистем (Ponomarev et al., 2020). Наблюдаемые аномалии теплового режима подстилающей поверхности нарушенных территорий, обусловленные снижением показателей альбедо и теплоизолирующих свойств подстилки и напочвенного покрова на участках, пройденных огнем, могут быть критичными для криогенных экосистем Средней Сибири.
Для территорий, выполняющих функцию «кормящего ландшафта» для народов Севера, развитие таких постпирогенных процессов наряду с активизацией нефте- и газодобычи может иметь не только экологические, но и экономические и социальные последствия.
В 2020 году проект «Оценка деградации и устойчивости постпирогенных ландшафтов Центральной Эвенкии на основе комбинированного мониторинга» получил финансовую поддержку «Восточно-Сибирской нефтегазовой компании», дочернего предприятия НК «Роснефть».
Северные территории Средней Сибири, на которых проводится дистанционный мониторинг послепожарных восстановительных сукцессий включают в себя лесные ландшафты Эвенкийского автономного округа и занимают более 600 тыс км2. В данной работе исследования, с использованием методов дистанционного зонирования ограничиваются территориальными границами Центральной Эвенкии, не превышая 64° с.ш. Верхняя граница обусловлена снижением доли преобладания лиственницы. Площадь выбранной территории для выполнения работ по проекту составляет 310 тыс. км2.
Наземные наблюдения проводились на тестовых участках, расположенных на территории Центральной Эвенкии в поймах рек Нижняя Тунгуска и Кочечум. Участки адекватно отражают зональные почвенно-растительные условия и представляют собой разновозрастный ряд гарей и фоновых (ненарушенных) участков.
Реализация поставленных задач опирается на системный подход, когда лесная экосистема рассматривается как система, состоящая из двух основных компонентов «растительность» и «почва». В основе лежит сравнительный анализ растительного покрова и почвы не нарушенных пожарами и послепожарных экосистем разного возраста. Состояние растительного покрова (таксационная характеристика, состав и запасы живого напочвенного покрова) рассматривается как индикатор почвенно-климатических условий и оценивается общепринятыми в лесной таксации и фитоценотических исследованиях методами (Методы …, 2002).
Мониторинг почвенного климата с целью оценки динамики мощности сезонно-талого слоя почв и скорости деградации многолетней мерзлоты проводится с использованием многоканального регистратора температуры и влажности HOBO MicroStation.
Геопространственная оценка уровня трансформации исследуемой территории в результате воздействия пожаров за период спутниковых наблюдений проводится на основе геоинформационного анализа слоя полигонов пожаров, доступных для свободного использования векторных карт растительности и результатов классификации послепожарных повреждений на снимках Terra/Aqua MODIS среднего (разрешение 250 м) пространственного разрешения. В работе использован архив многоспектральной спутниковой съемки на территорию Сибири, уникальный банк данных лесных пожаров, зафиксированных спутниковыми средствами за период 2002–2019 гг. в формате векторных полигональных покрытий для обработки в ГИС масштаба 1:5000000, 1:1000000, 1:200000 (для калибровки и валидации результатов численного моделирования, для геопространственного анализа горимости территории).
На основе анализа спутниковых снимков для лиственничников, пройденных пожарами, на территории Эвенкии, получены оценки состояния и динамики нарушенности растительного покрова на основе межсезонной вариации показателя NDVI (Normalized Difference Vegetation Index или «вегетационный индекс»).
Дополнительно для сопоставления границ пожаров использовались материалы спутниковой съемки высокого разрешения Landsat-8/OLI с пространственным разрешением 15–30 м (свободный доступ на сайте USGS, URL: https://earthexplorer.usgs.gov).
Многолетняя совместная работа сотрудников Института экологии и географии Сибирского федерального университета (СФУ) и Института леса им. В.Н. Сукачева ФИЦ КНЦ СО РАН, комплексный подход, объединяющий результаты спутниковых и наземных инструментальных обследований позволяет наиболее достоверно оценить масштабы постпирогенной трансформации отдельных экосистем и ландшафтов.
Использование дистанционных методов для оценки пожароопасности и скорости послепожарного восстановления ландшафтов – необходимое условие совершенствования системы предупреждения чрезвычайных ситуаций, а также основа для проведения комплексного экологического мониторинга и реализации задач рационального природопользования и на территории Красноярского края и в Сибири в целом.
Исследования в данном направлении актуальны и направлены на выявление важнейших маркеров глобальных климатических и экологических процессов.
Работы по проекту можно разделить на три этапа:
1. Анализ и обобщение уже имеющихся у коллектива данных о состоянии растительного покрова и почв на гарях разного возраста на территории Центральной Эвенкии.
2. Экспедиционные работы на тестовых участках, расположенных на территории Центральной Эвенкии в поймах рек Нижняя Тунгуска и Кочечум;
3. Камеральная обработка полученных материалов, анализ и обобщение.
Содержание работ по проекту:
1. Анализ и обобщение уже имеющихся у коллектива данных о состоянии растительного покрова и почв на гарях разного возраста на территории Центральной Эвенкии.
2. Проведение полевых исследований на тестовых полигонах для уточнения и верификации данных, полученных дистанционными методами.
3. Экстраполяция данных, полученных для тестовых полигонов, на всю территорию Центральной Эвенкии с использованием спутниковой классификации и методов геопространственного анализа в геоинформационных системах (ГИС).
4. Подготовка статей по материалам исследований к опубликованию в рецензирумых изданиях, в т.ч. ВАК, Scopus и WoS.
Впервые на территории Центральной Эвенкии проведен комбинированный мониторинг постпирогенных ландшафтов. Результаты исследований станут основой для оценки потенциала северных ландшафтов Красноярского края к послепожарному восстановлению.
Результаты проекта имеют особое практическое значение в области мониторинга пожароопасности нефтегазоносных территорий и оценки потенциала северных ландшафтов к послепожарному восстановлению.

География проекта:

Центральная Сибирь, Красноярский край, Центральная Эвенкия

Цели и задачи:

Цель - на основе наземных и дистанционных спутниковых данных дать оценку состояния и устойчивости постпирогенных ландшафтов Центральной Эвенкии.
Задачи:
1. Провести комплексный анализ послепожарного состояния растительного покрова и почв на тестовых полигонах.
2. Дать геопространственную оценку уровня трансформации исследуемой территории в результате воздействия пожаров за период спутниковых наблюдений.
3. Провести обобщение и комплексную оценку состояния постпирогенных ландшафтов исследуемой территории.

Итоги реализации:

В рамках проекта проведена экспедиция по изучению постпирогенных ландшафтов в Эвенкийском муниципальном районе Красноярского края.
На основе данных, полученных с использованием наземных и дистанционных методов, дана комплексная оценка состояния и устойчивости лесных территорий Центральной Эвенкии, подвергавшихся воздействию пожаров на протяжении последних 20 лет.
Комплексный анализ послепожарного состояния растительного покрова и почв на тестовых полигонах показал, что в экстремальных условиях сплошного залегания многолетней мерзлоты Центральной Эвенкии наибольший урон оказывают устойчивые низовые пожары, способствующие деградации напочвенного покрова, как основного терморегулятора почвенной среды, увеличению мощности сезонно-талого слоя и усилению процессов солифлюкции и плоскостного смыва.
На основе анализа спутниковых снимков Terra/Aqua MODIS и межсезонной вариации вегетационного индекса NDVI для лиственничников, пройденных пожарами, на территории Эвенкии, получены оценки состояния и динамики нарушенности растительного покрова.
Выявлены тренды активного восстановления растительного покрова в первые 4 года после пожара. Показано, что в течение не менее, чем 20 послепожарных лет формируется напочвенный покров, органогенный горизонт, которые приводят к минимизации температурных аномалий и восстановлению температурного режима до уровня близкого к фоновым значениям.
На основе анализа многолетних спутниковых наблюдений выбранный нами пожароопасный сезон был разделен на 3 временных интервала: начало сезона (май–июнь), середина сезона (июль), конец сезона (август–сентябрь). Предложенный подход позволяет оценить степень пожарного воздействия не только на растительность, но и прогнозировать изменения в активном слое почвы, которые могут быть следствием избыточного теплового потока на поверхность нарушенных участков лиственничников криолитозоны Сибири.
Верификация данных, полученных в результате наземных наблюдений на тестовых участках северотаежых лиственничников и геопространственной оценки послепожарного состояния территории с использованием дистанционных методов показала хорошую сходимость, что дает возможность экстраполировать полученные результаты на большие территории. В тоже время следует отметить, что данные, полученные с помощью только дистанционных методов, не позволяют определить направленность восстановительных сукцессий и оценить восстановление древесного яруса.
Тренд повышения активности и увеличения частоты пожаров подтверждается многолетним дистанционным мониторингом северных территорий. Ожидаемое сокращение межпожарного интервала может привести к постепенной потери лесными территориями восстановительного потенциала.
По материалам выполненных исследований опубликованы следующие работы:
1. Шабалина О.М., Безкоровайная И.Н. Постпирогенная динамика северотаежных лиственничников Центральной Эвенкии // Научные основы устойчивого управления лесами: Материалы IV Всероссийской научной конференции с международным участием – М.: ЦЭПЛ РАН, 2020. С.133-135.
http://cepl.rssi.ru/confs/forest_management_2020/wp-content/uploads/2020/01/sbornic_materialov_fores...
2. Bezkorovaynaya, I. N., Tarasov, P. A., Gette, I. G., & Mogilnikova, I. A. Influence of fire on soil temperatures of pine forests of the middle taiga, Сentral Siberia, Russia. Journal of Forestry Research, 2020. рр. 1-7.
https://link.springer.com/article/10.1007/s11676-020-01186-8
3. Ponomarev E.I., Litvintsev K.Yu., Ponomareva T.V., Shvetsov E.G., Yakimov N.D. Satellite monitoring of the wildfire in Siberia and fire emissions estimation // Current problems in remote sensing of the Earth from space, 2020, Vol. 17, No. 6, pp. 45–50. DOI: 10.21046/2070-7401-2020-17-6-45-50. http://jr.rse.cosmos.ru/article.aspx?id=2249
4. Krasnoshchekov, K., Dergunov, A., & Ponomarev, E. Remote sensing data for assessing the equivalent water height (EWH) variety versus the level of forest disturbance in Central Siberia. In E3S Web of Conferences 2020 (Vol. 223, p. 03007). EDP Sciences. https://www.e3s-conferences.org/articles/e3sconf/pdf/2020/83/e3sconf_rpers20_03007.pdf

Информация о реализации проекта при грантовой поддержке «Восточно-Сибирской нефтегазовой компании», дочернего предприятия НК «Роснефть» в СМИ:
https://www.rosneft.ru/press/news/item/204091/
http://news.sfu-kras.ru/node/23968 


Сроки реализации:

Проект реализован в период январь-декабрь 2020 года