Организация полевых исследований для оценки ландшафтного разнообразия

Вполне понятно, что в современных условиях любые ландшафтные исследования желательно проводить с использованием многоканальной сканерной съемки Landsat 7, позволяющей надежно работать на уровне простых урочищ, а иногда и фаций, и оцифрованных крупномасштабных топографических карт. Для мелкомасштабных исследований общедоступна информация для любой территории по нескольким спутникам.

Соответственно, какие бы цели ни преследовало ландшафтное исследование, оно строится на основе предварительного анализа структуры рельефа и изображения. Во всех случаях это наиболее экономичный и осмысленный путь, максимально гарантирующий решение любой поставленной задачи при минимальных затратах времени и труда.

При исследовании ландшафтного разнообразия основной задачами являются:

1. Максимально точная идентификация физического содержания каждого типа элементарных территориальных единиц на различных иерархических уровнях.

2. Выявления генетического смысла (или просто генезиса) формально выделенных иерархических уровней и выделяемых однотипных ландшафтных мозаик.

3. Разработка достаточно универсальной схемы стандартных типологических названий элементарных территориальных единиц и особенно территориальных комплексов – сочетаний мозаик.

4. Определение природы высокой фрактальной размерности (высокой сложности текстуры), иерархии, разнообразия отношений и собственно ландшафтного разнообразия.

Первая задача решается на основе полевых описаний конкретных типов элементарных территориальных единиц и на анализе связи описываемых признаков (переменных), со значениями яркостей в каналах снимка и с характеристиками рельефа. Последнее обеспечивает возможность интерполяции на всю исследуемую территорию значений переменных, измеренных в поле в конкретных точках описания.

Если интерполяция оказывается возможна, то становится возможным определить реальное физическое состояния всех, в том числе и промежуточных по значениям, яркостей и формам рельефов типов элементарных единиц.

Предварительная работа сводится к выделению на местности точек, которые максимально близки к центру тяжести конкретного типа, то есть относятся к точке с нулевой ошибкой отнесения к классу. Эту задачу можно решить с помощью дискриминантного анализа для любого иерархического уровня классификации.

Существенная нелинейность отношений не позволяет построить надежную интерполяцию измеренных в поле свойств ландшафта на всю территорию. Интерполяция возможна лишь в пределах типа, сохраняющего отношения между яркостями, близкими к линейным. Интерполяционные формы должны разрабатываться отдельно для лесов с, по крайней мере тремя их подразделениями болот, сельскохозяйственных земель и водоемов.

Таким образом, на основе продемонстрированных методов классификации составляются карты элементарных территориальных единиц, на которых с помощью дискриминантного анализа выделяются наиболее типичные точки, образующие достаточную по площади не фрагментированную территориальную группу. Множество таких точек, принадлежащих 6–7 уровню дихотомической классификации, выделяют потенциальные области полевых исследований. В этих точках можно получить максимально надежное и репрезентативное наземное описание выделенного типа элементарной территориальной единицы. Так как координаты точек известны, то, используя GPS, можно найти в поле каждую из выделенных точек. Имея такую схему, естественно составить план маршрутов, позволяющих охватить основные элементы разнообразия типов элементарных территориальных единиц.

Описание в каждой точке в целом стандартно и сводится к описанию растительности, почвы, почвообразующих пород. При этом при описании растительности особое внимание уделяется оценке доли участия древесных пород, числу и обилию видов в кустарниковом и травяном ярусах. Особо важное значение представляет описание механического состава почвообразующих пород, мощности генетических горизонтов и вообще тех признаков, которые содержат информацию о текущем состоянии и природно-территориального комплекса. Важно отметить, что геоботанические описания обеспечивают возможность оценки альфа – разнообразия.

Все измерения вносятся в базу данных и полностью совмещаются со спутниковой и картографической информацией.

Идентификация содержания контуров может строиться на основе регрессионного анализа, устанавливающего связь в форме уравнения регрессии между измеренными признаками и значениями яркости каналов и свойств рельефа (градиента, лапласиана и т. п.) или на основе дискриминантного анализа. И тот и другой метод позволяют в рамках естественной области интерполяции предсказать значения физически измеренных переменных для каждой элементарной территориальной единицы. Конечно, далеко не все переменные будут хорошо воспроизводимы через значения яркостей и рельефов. Но обычно воспроизводимыми оказываются наиболее содержательные и функционально важные переменные.

На этой основе, переведя значения яркостей в значения переменных, легко разработать стандартизированную легенду и в случае необходимости скорректировать исходную классификацию.

Если используются зимний и осенний снимки, то полученные соотношения яркостей и переменных в рамках типа элементарных территориальных единиц верхнего уровня могут быть репрезентативны для весьма обширных территорий и соответственном образом стандартизированы как эталоны.

Множество описаний конкретных элементарных территориальных единиц само по себе дает широкие возможности анализа отношений между компонентами, которые могут иметь большое значение для понимания природы разнообразия.

В рамках рассматриваемой технологии ландшафтные мозаики определенного иерархического уровня выделяются на основе классификации их спектральных характеристик. Как и в общем случае, можно выделить с помощью дискриминантного анализа «центры типичности» конкретного типа мозаики. Каждая территориальная единица мозаики описывается спектром, фрактальной размерностью, собственным разнообразием. Необходимо, очевидно, описать механизмы, приводящие к формированию конкретной территориальной структуры. Когда речь идет о крупных территориальных единицах, то часто объяснения можно найти на основе анализа геологических карт, литературы и т. п. Когда речь идет об уровне сложного урочища или местности, то необходимы специальные полевые исследования. Программа этих исследований не столь очевидна, как в первом случае, и во многом определяется конкретными факторами генезиса территории. Можно рекомендовать организацию внутри исследуемой единицы линейный трансект с шагом в зависимости от масштаба от 50 до 250 м с проложением трансекта с помощью GPS. В каждой точке трансекта выполняются стандартные описания, обращенные, в первую очередь, на раскрытие признаков генезиса, то есть на механический состав почв, варьирование растительного покрова и т. п. Если структура территории определяется сочетанием и наложением линейных элементов, то последние должны описываться особо. Необходимо проследить изменение свойств при переходе от линеамента к окружающей его территории. В общем, генетическое обоснование выделения территориальных структур – задача, требующая дальнейшей специальной разработки.

Участки с особо высоким разнообразием, фрактальной размерностью, уникальностью, безусловно, имеют большое информационное значение для понимания самой природы формирования разнообразия. Часто природа разнообразия прямо связана с хозяйственной деятельностью человека. Так, например, во всех случаях разнообразие типов элементарных территориальных единиц лесов намного меньше разнообразия внутри типа «сельскохозяйственные земли» или разнообразия элементарных типов болот. По-видимому, это определяется тем, что леса в существенно большей степени поглощают излучение в любом канале, в то время как сельскохозяйственные земли отражают существенно больше. Лес выступает как регулятор излучения энергии и автоматически имеет более низкое разнообразие. Однако и в пределах лесных, и в пределах сельскохозяйственных территорий существуют свои локальные максимумы фрактальной размерности, разнообразия и уникальности, заслуживающие специального обследования. Их обследование как достаточно уникальных объектов обычно требует специальной программы, адаптированной к конкретной исследуемой структуре.