Assessment of Natural Plant Communities through the Use of Remote Sensing Data of the Stavropol Territory Steppes

Cover Page


Cite item

Full Text

Abstract

Introduction. The relevance of the study of steppe phytocenoses is caused by the unsatisfactory state of natural grass stands, namely a low level of biodiversity and a high degree of degradation. The aim of the work is to determine the features of the connection of the Earth remote sensing data with the state and degree of degradation of natural grass stands in unstable moistening zone and arid zone of the Stavropol Territory. The Earth remote sensing data with certain temporal and spatial resolutions make it possible to carry out almost continuous monitoring of the state of natural grass stands.
Materials and Methods. The study of steppe phytocenoses was carried out in 2016–2020 on the ground at discount areas (100 m2) according to the requirements of methods generally accepted in phytocenology. Vegetation condition was assessed using the Earth remote sensing data based on the values of the Normalized Difference Vegetation Index. 
Results. The proportion of polygons with a high degree of degradation is 18.8% of research objects located in the zone of unstable moistening and the proportion of polygons with an average degree of degradation is 37.5%, while in the arid zone 70.6 and 23.5%, respectively. In the zone of unstable moistening, the highest coefficients of rank correlation between the degradation degree and the area occupied by herbaceous vegetation with a certain value of the vegetation index are observed in the case if Normalized Difference Vegetation Index is in the range of 0.0–0.4, and in the arid zone 0.0–0.3 (at 0.01 significance level).
Discussion and Conclusion. When using the Earth remote sensing data to assess the degree of degradation of steppe ecosystems of the Stavropol Territory, it is necessary to use regression models specific to various soil and climatic conditions.

Full Text

Введение

Проблема сохранения степных экосистем является актуальной из-за их высокой экологической, природоохранной и экономической значимости [1]. Методы, традиционно используемые для оценки состояния степных фитоценозов, трудоемки, ресурсозатратны, что особенно важно в современных экономических условиях, и не всегда отличаются высокой точностью. В связи с этим возникает вопрос о поиске новых методов мониторинга, которые позволят оперативно и объективно контролировать состояния степных растительных сообществ [2; 3]. Такие методы могут быть разработаны на основе данных дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ), которые уже достаточно широко используют в сельском хозяйстве для изучения лесных агроландшафтов, включая естественные сенокосы и пастбища [4–8].

Цель исследования – установить особенности связи данных ДЗЗ с состоянием и степенью деградации естественных травостоев в различных почвенно-климатических зонах Ставропольского края.

Обзор литературы

Современная степная экосистема – это природная совокупность живых и косных компонентов, сформированная при абсолютном господстве травяных форм растений с участием кустарничков и полукустарничков [9; 10]. В последние десятилетия коренная перестройка хозяйственных механизмов в Российской Федерации повлекла за собой изменение режимов эксплуатации природных экосистем, в частности сенокосных и пастбищных фитоценозов [11]. На современном этапе степи испытывают сильный антропогенный пресс, так как нередко рассматриваются сельхозпроизводителями только с экономической точки зрения как кормовая база для животноводства [12; 13]. В результате их биологическое разнообразие, представленное видами злаковых, бобовых, группой разнотравья, постоянно находится в режиме хозяйственного использования, что приводит к утрате этого разнообразия [14; 15].

На природные экосистемы влияют абиотические факторы, такие как засухи, суховеи, ливневые осадки, что в целом сказывается на состоянии природных экосистем и нередко приводит к деградации их растительного покрова. Вместе с тем ресурсы природных травостоев не безграничны. И здесь возникает вопрос о текущем состоянии природных фитоценозов [16; 17].

Анализ научных публикаций позволяет сделать вывод, что вопрос современного состояния степей актуален не только для Ставропольского края, но и практически для всех степных регионов нашей страны. Так, по данным ученых Института степи ОФИЦ УрО РАН, традиционные технологии, применяемые в Оренбургской области на протяжении длительного времени и ориентированные преимущественно на мобилизацию природного почвенного плодородия, привели к повсеместной деградации степных угодий, иссушению территории, снижению продуктивности агроценозов и кризисному сокращению ландшафтного и биологического разнообразия [18].

Исследования по проблеме деградации почв сухой степи в долине Маныч, проведенные на базе научно-экспедиционного стационара «Маныч» ЮНЦ РАН в Ростовской области, выявили, что усиление аридизации климата и антропогенной нагрузки в сухой степи привели к засолению, опустыниванию, пастбищной дигрессии. На исследованной территории площадь среднедеградированных почв составляет 40 %, сильно- и очень сильнодеградированных 32 %, слабодеградированных 18 %, а целинных (ненарушенных) только 10 % [19].

Исследования криоаридных почв Самахинской степи Юго-Восточного Алтая, широко используемых местным населением как пастбищные угодья и в орошаемом земледелии, также позволили выявить признаки деградации, обусловленные нерациональным землепользованием и наложенными процессами трансформации экосистем под влиянием аридизации климата. На пастбищных землях, подверженных чрезмерному выпасу скота, отмечено разрушение дернины и структурных элементов [20; 21].

В результате многолетних исследований ландшафтов бассейна озера Байкал были прослежены основные закономерности современного антропогенного воздействия на разные типы экосистем на территории российской и монгольской частей. Антропогенная динамика пастбищных экосистем на территории монгольской части бассейна отличается прогрессирующим развитием пастбищной дигрессии, охватывающей все большие площади. Здесь резко увеличилась доля полностью трансформированных пастбищ, на месте которых формируются монодоминантные растительные сообщества из инвазийных видов. На данный момент наиболее широко распространены средне- и сильнонарушенные пастбища, на которых коренная степная растительность уже заменена менее продуктивными сообществами с преобладанием сорных и непоедаемых видов [22; 23].

Широкое использование дистанционных (аэрокосмических) методов значительно увеличило возможности изучения и оценки природных ресурсов. Повысилось качество исследований, оперативность и объективность полученных результатов, сократились временные и финансовые затраты [24]. В настоящее время данные ДЗЗ используют для оценки состояния и продуктивности сельскохозяйственных культур [25]. Космоснимки в различных спектрах электромагнитных волн дают возможность рассчитывать вегетационные индексы, которые зависят от оптических свойств растительности. Наиболее часто используется нормализованный разностный вегетационный индекс (NDVI) [26; 27]. Этот индекс применяют и при анализе состояния естественных травостоев [28; 29]. В то же время отмечается, что условия выращивания оказывают существенное влияние не только на состояние растений, но и на динамику NDVI [30; 31]. Следовательно, закономерности связи ДЗЗ с состоянием растений, выявленные в одних почвенно-климатических условиях, могут иметь свои особенности в других.

Материалы и методы

Объекты исследования – природные, растительные сообщества, расположенные, согласно геоботаническому районированию территории Ставропольского края, в зоне неустойчивого увлажнения и в засушливой зоне (рис. 1).

 

 
 
Рис. 1. Расположение объектов исследований

Fig. 1. Location of research objects
 

В засушливой зоне гидротермический коэффициент (ГТК) равен 0,63–0,72, среднегодовое количество осадков 384–429 мм. Почвенный покров представлен светло-каштановыми почвами, встречаются так же каштановые, темно-каштановые и лугово-каштановые почвы. В зоне неустойчивого увлажнения климат умеренно континентальный с ГТК = 0,9–1,1, среднегодовое количество осадков 450–550 мм.  Территориально зона неустойчивого увлажнения относится к Предкавказской почвенной провинции, представленной преимущественно почвами черноземного типа1.

Изучение степных ценозов осуществлялось в 2016–2020 гг. на учетных площадках (100 м²) согласно требованиям методик, общепринятых в фитоценологии2 [32].

Для выявления связи степени деградации естественных травостоев с данными ДЗЗ были использованы результаты анализа снимков сенсора MODIS (пространственное разрешение 230 м, ежедневная периодичность), полученных с сервиса «ВЕГА-Science» ИКИ РАН. Также были применены высокодетальные изображения сенсора MSI спутников Sentinel-2A/2B (пространственное разрешение 10 м, периодичность 2–5 дней). Анализ связи данных ДЗЗ с состоянием травостоев на выбранных полигонах заключался в определении ранговой корреляции между ДЗЗ и степенью деградации естественных кормовых угодий (для этих целей использовали данные спутников Sentinel-2A/2B).

Результаты исследования

Результаты геоботанического обследования крайне засушливых степных сообществ восточной части Ставропольского края, представленные в таблице 1, позволяют охарактеризовать степные фитоценозы как травостой с преобладанием полынно-разнотравных модификаций. Растительность степных фитоценозов по количеству растений колеблется от 10 до 35 видов на учетной площади (10х10 м). Много малолетников, в отдельных пунктах до 50–60 %. Травостой наполовину и выше состоит из сорных видов, таких как молочай Сегиера (Euphorbia seguieriana), полынь австрийская (Artemisia austriaca), синеголовник полевой (Eryngium campestre), тысячелистник Биберштейна (Achillea biebersteinii ) и др. Практически отсутствуют ценные кормовые виды дикорастущей флоры: келерия стройная (Koeleria cristata), виды житняка (Agropyron), ковыля (Stipa).

 

Таблица  1 Особенности степных фитоценозов засушливой зоны Ставропольского края

Table  1 Features of steppe phytocenoses of the Stavropol Territory arid zone

 

Номер полигона / Polygon number

Район / District

Пункты / Points

Количество видов растений на 100 м² / Number of plant species per 100 m2

Площадь покрытия почвы надземными частями растений, % / Area of soil coverage by aboveground parts of plants, %

Тип, модификация / Type, modification

Степень деградации естественных кормовых угодий / Degree of degradation of natural forage lands

1

Апанасенковский / Apanasenkovskiy

Малая Джалга /
Malaya Dzhalga

12

30

полынно-разнотравная / wormwood-mixed grass

III

2

Киевка / Kievka

18

30

полынно-разнотравная / wormwood-mixed grass

III

3

Дивное / Divnoe

16

60

полынно-мятликово-костровые / wormwood-bluegrass-meadow brome

III

4

Арзгирский / Arzgirsky

Садовое / Sadovoe

23

100

ковыльно-типчаково-разнотравная / feather grass-tipchak-mixed grass

II

5

Родниковское / Rodnikovskoe

32

80

ковыльно-типчаковая / feather grass-tipchak

I

6

Петропавловское / Petropavlovskoe

16

40

мятликово-разнотравная / bluegrass-mixed grass

III

7

Арзгир / Arzgir

20

70

мятликово-полынная / bluegrass-wormwood

II

8

Чограйское / Chograyskoe

27

40

полынно-осоково-разнотравная / wormwood- sedge-mixed grass

III

9

Левокумский / Levokumsky

Турксад / Turksad

21

40

полынно-тысячелистниковая / wormwood-yarrow

III

10

Левокумское / Levokumskoe

31

60

осоково-полынная /
sedge-wormwood

III

11

Приозерное / Priozernoye

10

30

полынно-мятликовая / wormwood-bluegrass

II

12

Урожайное / Urozhaynoe

26

80

полынно-разнотравная / wormwood-mixed grass

III

13

Бургун-Маджары / Burgun-Majary

22

40

житняково-разнотравная / wheatgrass-mixed grass

II

14

Нефтекумский / Neftekumsky

Зимняя Ставка / Zimnaya Stavka

10

70

мятликово-полынные / bluegrass-wormwood

III

15

Ачикулак / Achikulak

20

30

полынно-мятликовая / wormwood-bluegrass

III

16

Тукуй-Мектеб /
Tukui-Mekteb

35

80

злаково-полынная /
cereal-wormwood

III

17

Нефтекумск / Neftekumsk

20

60

полынно-разнотравная / wormwood-mixed grass

III

Примечание. Степень деградации: 0 – недеградированная; I – слабодеградированная; II – среднедеградированная; III – сильнодеградированная; IV – очень сильнодеградированные (разрушенные)3.

Note. Degree of degradation: 0 – undegraded; I – weakly degraded; II – medium degraded; III – highly degraded; IV – very much degraded (destroyed).

 

Результаты изучения природных травянистых сообществ зоны неустойчивого увлажнения приведены в таблице 2. Растительность зоны неустойчивого увлажнения по биоразнообразию флоры разнородна, ее количество колеблется от 10 до 45 видов на учетной площади. Анализ полевого материала позволил выявить различные типы и модификации растительности, сформировавшиеся под влиянием сенокошения и выпаса животных. Они имеют различную степень интенсивности: от слабодеградированных с доминирующими в травостое многолетними видами злаковых и бобовых до сильнодеградируемых, растительный покров которых характеризуется отсутствием ценных кормовых растений. Их сменила сорная растительность. Данные, более подробно представленные в таблице 2, описаны в ранее опубликованной статье [33].

 

Таблица  2 Особенности степных фитоценозов зоны неустойчивого увлажнения Ставропольского края

Table  2 Features of steppe phytocenoses of the unstable moistening zone in the Stavropol Territory

 

 

Номер полигона / Polygon number

Район / District

Пункты / Points

Количество видов растений на 100 м² / Number of plant species per 100 m2

Площадь покрытия почвы надземными частями растений, % / Area of soil coverage by aboveground parts of plants, %

Тип, модификация / Type, modification

Степень деградации естественных кормовых угодий / Degree of degradation of natural forage lands

1

Шпаковский / Shpakovskiy

Сенгилеевское / Sengileyevskoye

45

100

ковыльно-типчаково-разнотравная / feather-tipchak-mixed grass

I

2

Грачевский / Grachevskiy

Ямки / Yamki

27

90

бородачево-типчаково-разнотравная / bluestem-tipchak-mixed grass

II

3

Изобильненский / Izobilnenskiy

Московское / Moskovskoye

28

80

типчаково-разнотравная / tipchak-mixed grass

II

4

Труновский / Trunovskiy

Донское / Donskoe

36

90

бородачево-разнотравная / bluestem-mixed grass

II

5

Труновское / Trunovskoe

29

70

бородачево-типчаково-разнотравная / bluestem-tipchak-mixed grass

I

6

Безопасное / Bezopasnoye

23

70

полынно-разнотравная /

wormwood-mixed grass

III

7

Красногвардейский / Krasnogvardeyskiy

Дмитриевское / Dmitriyevskoye

17

100

полынно-разнотравная /

wormwood-mixed grass

III

8

Изобильненский /

Izobilnenskiy

Старая Дорога / Staraya Doroga

34

100

ковыльно-разнотравная / feather-mixed grass

I

9

Найденовка / Naydenovka

33

100

бородачево-люцерново-разнотравная / bluestem-alfalfa-mixed grass

I

10

Новоалександровский / Novoaleksandrovskiy

Кармалиновское / Karmalinovskoye

26

100

пырейно-разнотравная /

wheatgrass-mixed grass

II

11

Виноградное / Vinogradnoye

25

100

бородачево-келериево-разнотравная / bluestem-koeleria-mixed grass

II

12

Кочубеевский / Kochubeyevskiy

Невинномысск / Nevinnomyssk

10

100

люцерново-типчаково-разнотравная /
alfalfa-tipchak-mixed grass

I

13

Андроповский / Andropovskiy

Водораздел / Vodorazdel

11

70

типчаково-разнотравная /
tipchak-mixed grass

II

14

Кианкиз / Kiankiz

25

80

типчаково-пырейно-однолетниковая /
tipchak-wheatgrass-annual grass

III

15

Кочубеевский / Kochubeyevskiy

Екатериновская / Ekaterinovskaya

23

100

типчаково-люцерново-разнотравная /
tipchak-alfalfa-mixed grass

I

16

Шпаковский / Shpakovskiy

Новый Бешпагир / Novyy Beshpagir

41

100

типчаково-кострецово-разнотравная / tipchak-meadow-brome-mixed grass

I

 

Почвенно-климатические условия оказывают большое влияние на рост и развитие растений. В следствие этого динамика NDVI травяной растительности в различных природных зонах Ставропольского края характеризуется своими особенностями. Об этом свидетельствуют графики изменений вегетационного индекса в течение вегетации в засушливой зоне и в зоне неустойчивого увлажнения Ставропольского края. Использованы данные Сервиса «ВЕГА» ИКИ РАН сенсора MODIS для районов, в которых проводили исследования. Зона неустойчивого увлажнения: Труновский, Грачевский, Изобильненский, Красногвардейский, Новоалександровский, Кочубеевский, Шпаковский и Андроповский районы. Засушливая зона: Левокумский и Нефтекумский (рис. 2).

 

 
 
Рис. 2. Вегетационный индекс NDVI травянистой растительности
в зоне неустойчивого увлажнения и в засушливой зоне Ставропольского края

Fig. 2. Vegetation index NDVI of herbaceous vegetation
in the zone of unstable moisture and in the arid zone of the Stavropol Territory
 

Проведенный анализ показал, что в зоне неустойчивого увлажнения максимум NDVI приходится на 21 мая, а в засушливой – на 23 апреля. Кроме того, значение максимума в первой зоне на 37,4 % больше, чем во второй (0,7056 и 0,5135 соответственно). В среднем с мая по ноябрь вегетационный индекс в зоне неустойчивого увлажнения на 46,8 % больше, чем в засушливой зоне. Следует отметить, что в осенний период, когда в засушливой зоне на фоне осадков устанавливается относительно теплая погода, отмечается явно выраженное повышение NDVI травянистой растительности, чего не наблюдается в зоне неустойчивого увлажнения.

Ранее нами было установлено, что данные ДЗЗ могут быть использованы для оценки степени деградации естественных кормовых угодий, а разработанный на этой основе метод (метод анализа гистограмм NDVI, полученных в период максимума развития растительности) позволяет с помощью спутникового мониторинга характеризовать состояние степных травостоев [33]. Этот метод основан на том, что в период максимального травостоя существует связь между степенью деградации кормовых угодий с вегетационным индексом NDVI, который непосредственно связан с развитостью растений (биомасса/площадь фотосинтетической поверхности, количество хлорофилла).

Мы несколько модифицировали метод и выбрали в качестве критерия оценки степени деградации травостоя площади его участков (доли в процентах от общей площади) с определенными значениями NDVI. Предполагается, что чем больше площадь участков с низкими значениями вегетационного индекса, тем более деградировано травянистое угодье.

В период максимального травостоя нами были построены картограммы вегетационного индекса NDVI исследованных полигонов (спектральные снимки сканеров Sentinel-2A/2B). Они рассчитаны по коэффициентам спектральной яркости каждого участка площадью 10х10 м. Далее была определена площадь полигона со значением NDVI травостоев в промежутке от 0 до 1 с шагом 0,1 (с NDVI, находящимся в промежутках 0,0–0,1; 0,1–0,2; 0,2–0,3; 0,3–0,4; 0,4–0,5; 0,5–0,6; 0,6–0,7; 0,7–0,8; 0,8–0,9 и 0,9–1,0). Затем была рассчитана их доля от площади всего полигона, которая и была использована в анализе (табл. 3, 4).

 

Таблица  3 Доли площадей полигонов, занимаемых растительностью
с определенным значением NDVI, в период максимального травостоя
(зона неустойчивого увлажнения Ставропольского края), %

 

Table  3 The proportion of polygon areas occupied by vegetation with a certain NDVI value during
the period of maximum herbage (zone of unstable moistening in the Stavropol Territory), %

 

Диапазон NDVI / NDVI range

Номера полигонов / Polygon numbers

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

12

13

14

15

16

0,0–0,1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0,1–0,2

 

 

 

 

 

 

5,8

 

 

 

 

 

 

 

 

0,2–0,3

 

2,2

 

 

0,3

 

7,7

 

 

91,7

 

2,4

2,1

 

 

0,3–0,4

1,1

4,3

1,4

3,8

1,9

1,4

19,2

 

0,5

7,6

 

0,7

28,2

 

2,9

0,4–0,5

2,4

20,5

6,8

11,5

11,9

6,8

34,6

0,1

2,3

0,6

 

3,3

51,4

0,3

11,1

0,5–0,6

9,9

55,5

55,0

46,2

31,4

55,0

26,9

0,6

22,6

0,1

10,9

9,2

17,8

14,1

53,9

0,6–0,7

42,6

17,5

36,8

38,5

39,1

36,8

5,8

7,5

60,4

 

31,0

35,3

0,5

75,9

28,3

0,7–0,8

43,4

 

 

 

15,4

 

 

8,9

14,2

 

57,9

49,1

 

9,7

3,8

0,8–0,9

0,6

 

 

 

 

 

 

82,9

 

 

0,2

 

 

 

 

0,9–1,0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Примечание. 1 – Сенгилеевское; 2 – Ямки; 3 – Московское; 4 – Донское; 5 – Труновское; 6 – Безопасное; 7 – Дмитриевское; 8 – Старая Дорога; 9 – Найденовка; 10 – Кармалиновское; 12 – Невинномысск; 13 – Водораздел; 14 – Кианкиз; 15 – Екатериновская; 16 – Нижний Бешпагир.

Note. 1 – Sengileyevskoye; 2 – Yamki; 3 – Moskovskoye; 4 – Donskoe; 5 – Trunovskoe; 6 – Bezopasnoye; 7 – Dmitriyevskoye; 8 – Staraya Doroga; 9 – Naydenovka; 10 – Karmalinovskoye; 12 – Nevinnomyssk; 13 – Vodorazdel; 14 – Kiankiz; 15 – Ekaterinovskaya; 16 – Nizhniy Beshpagir.

 

 

Таблица   4 Доли площадей полигонов, занимаемых растительностью с определенным значением NDVI, в период максимального травостоя (засушливая зона Ставропольского края), %

 

Table  4 The proportion of polygon areas occupied by vegetation with a certain NDVI value during the period of maximum herbage
(zone of unstable moistening in the Stavropol Territory), %

 

Диапазон NDVI / NDVI range

Номера полигонов / Polygon numbers

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

0,0–0,1

0,1

1,9

0,2

0,1

0,3

 

 

 

0,1

0,0

2,4

0,3

 

2,1

1,3

 

 

0,1–0,2

2,0

89,0

1,6

70,2

38,2

99,2

0,4

21,0

77,1

8,9

62,1

71,5

3,1

46,9

14,0

0,5

89,9

0,2–0,3

29,2

8,0

80,4

23,5

13,4

0,8

99,0

79,0

22,8

89,5

35,1

20,1

43,8

47,8

80,6

5,6

10,1

0,3–0,4

63,4

1,1

17,7

0,9

0,7

 

0,6

 

 

1,6

0,4

5,4

53,1

2,3

4,1

14,5

 

0,4–0,5

 

 

0,1

0,3

2,3

 

 

 

 

 

 

2,5

 

0,9

 

38,1

 

0,5–0,6

4,3

 

 

0,2

22,7

 

 

 

 

 

 

0,2

 

 

 

38,6

 

0,6–0,7

1,0

 

 

0,3

22,4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2,7

 

0,7–0,8

 

 

 

4,5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0,8–0,9

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0,9–1,0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Примечание. 1 – Малая Джалга; 2 – Киевка; 3 – Дивное; 4 – Садовое; 5 – Родниковское; 6 – Петропавловское; 7 – Арзгир; 8 – Чограйское; 9 – Турксад; 10 – Левокумское; 11 – Приозерное; 12 – Урожайное; 13 – Бургун-Манджары; 14 – Зимняя Ставка; 15 – Ачикулак; 16 – Тукуй-Мектеб; 17 – Нефтекумск.

Note. 1 – Malaya Dzhalga; 2 – Kievka; 3 – Divnoe; 4 – Sadovoye; 5 – Rodnikovskoye; 6 – Petropavlovskoe; 7 – Arzgir; 8 – Chograyskoye; 9 –Turksad; 10 – Levokumskoye; 11 – Priozernoye; 12 – Urozhaynoe; 13 – Burgun-Majary; 14 – Zimnaya Stavka; 15 – Achikulak; 16 – Tukui-Mekteb; 17 – Neftekumsk.

 

Полученные данные свидетельствуют о том, что существуют явные различия по величинам площадей с различными значениями NDVI в зоне неустойчивого увлажнения и в засушливой зоне. Так, в зоне неустойчивого увлажнения в среднем по исследованным полигонам максимальные площади занимают травостои с NDVI, находящимся в пределах 0,5–0,6; 0,6–0,7; 0,7–0,8 и 0,8–0,9. В засушливой зоне такие максимумы соответствуют пределам 0,1–0,2 и 0,2–0,3.

Таким образом, травостои, расположенные в различных почвенно-климатических зонах Ставропольского края, различаются не только характером изменений NDVI в течение вегетации и абсолютными его значениями, но и структурой площадей травостоев с различными значениями вегетационного индекса.

Мы рассчитали ранговую корреляцию степени деградации естественных травостоев с площадью, занимаемой травостоем с определенными значениями NDVI (рис. 3)

 

 
 
Рис. 3. Коэффициенты ранговой корреляции Спирмена между степенью деградации
естественных кормовых угодий и площадью полигона, занимаемой травостоем с определенным
значением вегетационного индекса NDVI (* – значимо для р = 0,01; ** – значимо для р = 0,05)

Fig. 3. Spearman’s rank correlation coefficients between the degree of degradation of natural
forage lands and the area of the landfill occupied by herbage with a certain value of the vegetation index
NDVI (* – significant for p = 0.01; ** – significant for p = 0.05)
 

При проведении анализа по выявлению связи степени деградации естественных травостоев с данными ДДЗ наилучшие результаты были получены при использовании величин площадей полигонов со значениями вегетационного индекса в диапазонах: для зоны неустойчивого увлажнения 0,0–0,4 (коэффициент ранговой корреляции 0,771), для засушливой зоны 0,0–0,3 (коэффициент ранговой корреляции 0,670).

Обсуждение и заключение

Таким образом, условия почвенно-климатических зон Ставропольского края оказывают существенное влияние не только на динамику вегетационного индекса NDVI травянистой растительности, но и на структуру площадей полигонов с определенным значением вегетационного индекса. Засушливая зона характеризуется меньшими размерами площадей полигона с более высокими значениями NDVI. В зоне неустойчивого увлажнения наблюдается обратная закономерность.

В зоне неустойчивого увлажнения наиболее высокие коэффициенты ранговой корреляции между степенью деградации и площадью, занимаемой травянистой растительностью с определенным значением вегетационного индекса, наблюдается в случае с NDVI, находящимся в пределах 0,0–0,4 (р = 0,01), а в засушливой 0,0–0,3 (р = 0,01).

 

 

1           Система земледелия нового поколения Ставропольского края / В. В. Кулинцев [и др.]. Ставрополь : АГРУС, 2013. 520 с.

2           Методика изучения сенокосов и пастбищ / под ред. Н. С. Конюшкова, Т. А. Работнова, И. А. Цаценкина. М. : Сельхозиздат, 1972. 288 с.

3          Методические рекомендации по выявлению деградированных и загрязненных земель. Письмо Роскомзема от 27.03.1995 г. №3-15/582. 23 с.

 

×

About the authors

Fedor V. Eroshenko

North Caucasus Federal Agricultural Research Centre

Author for correspondence.
Email: yer-sniish@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-0238-3861
ResearcherId: AAB-4769-2020

Head of the Department of Plant Physiology, Dr.Sci. (Biol.)

Russian Federation, 49 Nikonov St., Mikhailovsk 356241

Nina G. Lapenko

North Caucasus Federal Agricultural Research Centre

Email: sniish_stepi@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-3856-690X
ResearcherId: AAB-5713-2020

Senior Researcher at the Laboratory of Meadow and Pasture Fodder Production, Cand.Sci. (Biol.)

Russian Federation, 49 Nikonov St., Mikhailovsk 356241

Irina G. Storchak

North Caucasus Federal Agricultural Research Centre

Email: sniish.storchak@gmail.com
ORCID iD: 0000-0001-8741-6882
ResearcherId: AAB-4142-2020

Senior Researcher of the Department of Plant Physiology, Cand. Sci. (Agric.)

Russian Federation, 49 Nikonov St., Mikhailovsk 356241

Evgeniya A. Bildieva

North Caucasus Federal Agricultural Research Centre

Email: bildieva@rambler.ru
ORCID iD: 0000-0003-3049-8199
ResearcherId: AAB-4726- 2020

Principal Researcher at the Laboratory of Environmental Assessment of Agrocenoses, Cand.Sci. (Agric.)

Russian Federation, 49 Nikonov St., Mikhailovsk 356241

Roman D. Kostitsyn

North Caucasus Federal Agricultural Research Centre

Email: romancostitsyn@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-5690-5613
ResearcherId: AGK-3291-2022

Researcher at the Laboratory of Meadow and Pasture Fodder Production, Postgraduate Student

Russian Federation, 49 Nikonov St., Mikhailovsk 356241

Mariya A. Starostina

North Caucasus Federal Agricultural Research Centre

Email: lapenko62@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0003-0086-4258
ResearcherId: AGK-3753-2022

Researcher in the Wool Testing Laboratory

Russian Federation, 49 Nikonov St., Mikhailovsk 356241

References

  1. Lapenko N., Godunova E., Dudchenko L., et al. Current State and Ways to Save the Steppe Ecosystems of Stavropol. IAJPS. 2019;6(3):6329–6336. doi: https://doi.org/10.5281/zenodo.2604260
  2. Yakutin M.V., Andrievskiy V.S., Puchnin A.N. Soil Microbiological and Soil Zoological Methods in Environmental Monitoring of Alas Meadow Soils of Central Yakutia. Interekspo Geo-Sibir.2020;4(2):71–77. (In Russ., abstract in Eng.) doi: https://doi.org/10.33764/2618-981X-2020-4-2-71-77
  3. Cherkashin A.K., Bibaeva A.Yu. Field and Remote Researches and Mathematical Modeling of Mountain-Steppe Ecosystems on Landscape Basis. Aridnye ekosistemy. 2020;26(4):108–115. Available at:https://clck.ru/smaHL (accessed 01.04.2022). (In Russ., abstract in Eng.)
  4. Kulik K.N., Petrov V.I., Yuferev V.G., et al. Geoinformational Analysis of Desertification of the Northwestern Caspian. Arid Ecosystems. 2020;10(2):98–105. doi: https://doi.org/10.1134/S2079096120020080
  5. Storchak I.G., Eroshenko F.V., Oganyan L.R., et al. Assessment of Winter Wheat Plant Development during the Seeding and Tillering Stages According to the Earth Remote Sensing Data. Engineering Technologies and Systems. 2021;31(1):21–36. doi: https://doi.org/10.15507/2658-4123.031.202101.021-036
  6. Mikhailenko I.M., Timoshin V.N. Estimation of the Parameters of Agrocenosis State from Earth Remote Sensing Data. Sovremennye problemy distantsionnogo zondirovaniya Zemli iz kosmosa. 2021;18(4):102–114.(In Russ., abstract in Eng.) doi: https://doi.org/10.21046/2070-7401-2021-18-4-102-114
  7. Shary P.A., Sharaya L.S., Sidyakina L.V. The Relation of Forest NDVI to Climate in Volga Basin. Sovremennye problemy distantsionnogo zondirovaniya Zemli iz kosmosa. 2020;17(4):154–163. (In Russ.,abstract in Eng.) doi: https://doi.org/10.21046/2070-7401-2020-17-4-154-163
  8. Raevsky B.V., Tarasenko V.V., Petrov N.V. Inventory of the Current State and Changes in Vegetation Cover of the Onega Peninsula Using Staggered Landsat Images. Sovremennye problemy distantsionnogo zondirovaniya Zemli iz kosmosa. 2021;18(5):145–155. (In Russ., abstract in Eng.) doi: https://doi.org/10.21046/2070-7401-2021-18-5-145-155
  9. Sainchuk A.M., Stekolnikov K.E. Impact of Anthropogenic Evolution on Potential Fertility of Ordinary Chernozem in the Stone Steppe. Vestnik of Voronezh State Agrarian University. 2020;13(4):220–227.(In Russ., abstract in Eng.) doi: https://doi.org/10.17238/issn2071-2243.2020.4.220
  10. Goleusov P., Lisetskii F. Variants of Post-Agrogenic Soil Reproduction in Agrolandscapes (a Case Study in Belgorod Region). In: IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. The VIII Congress of the Dokuchaev Soil Science Society (19–24 July 2021). Vol. 862. Syktyvkar; 2021. doi: https://doi.org/10.1088/1755-1315/862/1/012096
  11. Chibilyov (jr.) A.A., Chibilyov A.A. Current State and Problems of Modernization of Ecological Framework of Regions of the Steppe Zone of European Russia. South of Russia: Ecology, Development.2019;14(1):117–125. (In Russ., abstract in Eng.) doi: https://doi.org/10.18470/1992-1098-2019-1-117-125
  12. Pashkov S.V., Mazhitova G.Z. Agrogene Degradation of Forestand Steppe Landscapes in North Kazakhstan Region. Uchenye zapiski Krymskogo federalnogo universiteta imeni V. I. Vernadskogo.Geografiya. Geologiya. 2019;5(1):140–152. Available at: https://clck.ru/smiRE (accessed 01.04.2022).(In Russ., abstract in Eng.)
  13. Kuzhuget S.K.-O. The Current State of Pasture Landscape and Geoecological Systems of Tuva. Vestnik Tuvinskogo gosudarstvennogo universiteta. Yestestvennye i selskokhozyaystvennye nauki.2021;(4):56–63. Available at: https://clck.ru/sn49g (accessed 01.04.2022). (In Russ., abstract in Eng.)
  14. Zhou H., Zhang D., Jiang Zh., et al. Changes in the Soil Microbial Communities of Alpine Steppe at Qinghai-Tibetan Plateau under Different Degradation Levels. The Science of the Total Environment.2019;651(2):2281–2291. doi: https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2018.09.336
  15. Grebennikov V.G., Lapenko N.G., Shipilov I.A., Khonina O.V. Methods for Increasing Productivity of Arid Pastures. Agrarian Science. 2020;(9):70–73. (In Russ., abstract in Eng.) doi: https://doi.org/10.32634/0869-8155-2020-341-9-70-73
  16. Vrinceanu A.G., Lacatusu A.R., Anghel A., et al. The Effects of the Aridity Phenomenon Intensification on the Vegetal Land Cover in the Eastern Romanian Plain. In: 18th International Multidisciplinary Scientific Geo Conference SGEM 2018: Conference Proceedings (02–08 July 2018). Albena: STEPH 92 Technologies LLC; 2018. p. 543–550. doi: https://doi.org/10.5593/sgem2018/3.2/S13.071
  17. Medeiros L., Boege K., del-Val E., et al. Observed Ecological Communities are Formed by Species Combinations That are among the Most Likely to Persist under Changing Environments. The American Naturalist. 2021;197(1):17–29. doi: https://doi.org/10.1086/711663
  18. Gulyanov Yu.A., Chibilyov (Jr.) A.A., Chibilyov A.A., Levykin S.V. Problems of Steppe Land Use Adaptation to Anthropogenic and Climatic Changes (The Case of Orenburg Oblast). Izvestiya Rossiyskoy akademii nauk. Seriya geograficheskaya. 2022;86(1):28–40. (In Russ., abstract in Eng.) doi: https://doi.org/10.31857/S258755662201006X
  19. Ilina L.P., Sushko K.S. Current Problems of Dry-Steppe Soil Degradation in Manych Valley. Biosfera.2019;11(3):120–127. Available at: https://clck.ru/sn8We (accessed 01.04.2022). (In Russ., abstract in Eng.)
  20. Zvereva G.K., Syeva S.I., Karnaukhova N.A. Estimation of Vegetation on the Forage Lands of Gornyy Altai. Bulletin of NSAU (Novosibirsk State Agrarian University). 2019;(1):116–125. (In Russ.,abstract in Eng.) doi: https://doi.org/10.31677/2072-6724-2019-50-1-116-125
  21. Balykin S.N., Puzanov A.V., Rozhdestvenskaya T.A. Cryoarid Soil Transformation in the Samakha Steppe under the Agricultural Use Effect. Bulletin of Altai State Agricultural University. 2018;(9):72–80.Available at: https://clck.ru/snBVn (accessed 01.04.2022). (In Russ., abstract in Eng.)
  22. Bazha S.N., Andreev A.V., Bogdanov Ye.A., et al. Cause and Effect Analysis of the Ecosystem Degradation of the Baikal Basin Based on Long-Term Monitoring in the Model Reference Network. Aridnye ekosistemy. 2021;27(2):12–25. Available at: https://clck.ru/snC5N (accessed 01.04.2022). (In Russ.,abstract in Eng.)
  23. Bogdanov Е.А., Klimanova О.А., Gunin P.D. Natural Background and Anthropogenic Drivers of Vegetation Cover Changes in Pasture Landscape: The Case of Central Mongolia. Izvestiya Russkogo geograficheskogo obshestva. 2019;151(3):55–72. (In Russ., abstract in Eng.) doi: https://doi.org/10.31857/S0869-6071151355-72
  24. Fetisov D.M., Zhuchkov D.V., Goryukhin M.V. Estimating the Greenness Level of Birobidzhan City Using Remote Sensing Data. Biosfera. 2021;13(4):170–179. (In Russ., abstract in Eng.) doi: https://doi.org/10.24855/biosfera.v13i4.648
  25. Yakushyev V.P., Yakushyev V.V., Blokhina S.Yu., et al. [Information Support for Modern Farming Systems in Russia]. Vestnik Rossiyskoy akademii nauk. 2021;91(8):755–768. (In Russ.) doi: https://doi.org/10.31857/S0869587321080090
  26. Kaverin D.A., Panjukov A.N., Pastukhov A.V. Analysis of Remote Spectral Indices in the Study of Succesional Changes of Tundra Vegetation in Post-Agrogenous Biogeocenoses. Geografia i prirodnye resursy. 2022;43(1):121–131. (In Russ., abstract in Eng.) doi: https://doi.org/10.15372/GIPR20220113
  27. Tangkesi, Wulantuya, Doljin D., Surina. RS-Based Monitoring of NDVI Spatial Variations:A Case Study of Typical Grasslands on Mongolian Plateau. Nature of Inner Asia. 2019;(2):69–86. doi:https://doi.org/10.18101/2542-0623-2019-2-69-86
  28. Gulyanov Yu.A., Yartsev G.F., Vasilev I.V., et al. Assessment of the State of Agricultural Lands of the Steppe and Forest-Steppe Zones of Russia Using Modern Information Technologies. Steppe Science.2021;(4):75–81. (In Russ., abstract in Eng.) doi: https://doi.org/10.24412/2712-8628-2021-4-75-81
  29. Gunin P.D., Dedkov V.P., Danzhalova Ye.V. [On the Application of NDVI to Monitor the State of Steppe and Desert Ecosystems in the Gobi]. Aridnye ekosistemy. 2019;25(3):45–52. Available at: https://clck.ru/snJQ5 (accessed 01.04.2022). (In Russ., abstract in Eng.)
  30. Eroshenko F.V., Bartalev S.A., Lapenko N.G., et al. Capabilities for Rangelands State and Degradation Assessment Using Remote Sensing Data. Sovremennye problemy distantsionnogo zondirovaniya Zemli iz kosmosa. 2018;15(7):53–66. (In Russ., abstract in Eng.) doi: https://doi.org/10.21046/2070-7401-2018-15-7-53-66
  31. Karnieli A., Bayarjargal Y., Bayasgalan M., et al. Do Vegetation Indices Provide a Reliable Indication of Vegetation Degradation? A Case Study in the Mongolian Pastures. International Journal of Remote Sensing. 2013;34(17):6243–6262. doi: https://doi.org/10.1080/01431161.2013.793865
  32. Rabotnov T.A. [To the Methodology of Observation of Herbaceous Plants on Permanent Plots].Botanicheskiy zhurnal. 1964;36(6):47–50. (In Russ.)
  33. Lapenko N.G., Yeroshenko F.V., Storchak I.G. Vegetation of Steppe Phytocenoses and Features of Its Vegetation under Complicated Conditions of the Stavropol Krai. Agrarian Bulletin of the Urals. 2020;(2):9–17. (In Russ., abstract in Eng.) doi: https://doi.org/10.32417/1997-4868-2020-193-2-9-19

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2. Fig. 1. Location of research objects

Download (110KB)
3. Fig. 2. Vegetation index NDVI of herbaceous vegetation in the zone of unstable moisture and in the arid zone of the Stavropol Territory

Download (24KB)
4. Fig. 3. Spearman’s rank correlation coefficients between the degree of degradation of natural forage lands and the area of the landfill occupied by herbage with a certain value of the vegetation index NDVI (* – significant for p = 0.01; ** – significant for p = 0.05)

Download (50KB)

Copyright (c) 2025 Eroshenko F.V., Lapenko N.G., Storchak I.G., Bildieva E.A., Kostitsyn R.D., Starostina M.A.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Founded in 1990
Certificate of registration PI № FS77-74640 of December 24 2018.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».