ЛАНДШАФТНО-ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ДИНАМИКИ ЗЕМЛЕПОЛЬЗОВАНИЯ НА ТЕРРИТОРИИ ЮГО-ВОСТОКА БЕЛАРУСИ

In article land use changes in the southeast of Belarus in the XVIII-XXI-st centuries are considered. The estimation of anthropogenic transformation of landscape pattern is executed. It is studied impact of previous land use (legacy effect) on a current state of wood ecosystems. Connection between characteristics spontaneous succession and surrounding landscape is established.

 Изменения землепользования и их геоэкологические последствия проявляются как на глобальном¸ так и на региональном уровнях. На обширных территориях наблюдается смена доминирующих типов землепользования, которая обуславливает изменения структуры ландшафтов. Такая смена направлена как на увеличение антропогенной трансформации ландшафтов, так и на ее снижение. Рост антропогенной трансформации сопровождает смену: лесные экосистемы – пахотные земли – городская застройка. Восстановительные процессы отражены, например, в смене: пахотные земли – луга и кустарники – лесные экосистемы. Эти процессы связаны с выведением сельскохозяйственных земель из оборота по тем или иным причинам.

Динамика ландшафтов тесно связана с глобальными проблемами биосферы – снижением биоразнообразия, инвазиями чужеродных видов, нарушением круговорота углерода, водного баланса, с изменениями климата и т.д.

Воздействие землепользования на сукцессионную систему растительности имеет несколько аспектов. Ведущие ландшафтно-экологические последствия землепользования: фрагментация, которая рассматривается как процесс, включающий потерю местообитаний, сокращение их размера и увеличение изоляции пятен местообитаний; эффект наследия (legacy effect), под которым понимается влияние на современную структуру и функционирование экосистем прошлых нарушений, т.е. современный экологический ответ на прошлое воздействие.

Целью наших исследований являлось изучение взаимосвязи между изменениями землепользования и современным состоянием растительного покрова. Решаемые задачи: анализ динамики землепользования на юго-востоке Белоруссии в XVIII-XXI веках; количественная оценка изменения ландшафтной структуры во времени; изучение влияния предшествующего землепользования на состояние лесных экосистем; изучение связи между сукцессиями растительности и антропогенной нарушенностью окружающего ландшафта.

Исследования проводились на тестовом участке N, расположенном на юго-востоке Белоруссии (территории, прилегающие к городу Гомелю) представляющим собой прямоугольник 5,88х12,53 км (площадь 73,68 км²). В пределах участка представлены два рода ландшафтов, типичных для юга-востока Белоруссии: моренно-зандровый (холмисто-увалистый рельеф, поверхностные отложения – супеси и лессовидные суглинки) и аллювиальный террасированный (плоско-волнистый рельеф, поверхностные отложения – пески).

Для составления карт землепользования на четырех временных срезах (конец XVIII века, начало XX века, конец XX века, начало XXI века) использовались топографические карты, аэро- и космоснимки, а также материалы Google Earth. Привязка и оцифровка растров выполнялись в Quantum GIS 2.6.0. Для вычисления ландшафтных метрик использовался программный продукт FRAGSTATS 4.0.

В период с конца XVIII по начало XXI века ландшафты тестового участка претерпели существенные изменения, обусловленные антропогенными факторами. Главный фактор – смена доминирующих типов землепользования – рисунок.

Для количественной оценки изменений ландшафтной структуры использовались ландшафтные метрики: Edge Density (ED), Landscape Shape Index (LSI), Interspersion & Juxtaposition Index (IJI), Shape Index Distribution (SHAPE), Splitting Index (SPLIT), Effective Mesh Size (MESH), Shannon’s Diversity Index (SHDI). Метрики ED, LSI, AREA, SPLIT и MESH оценивают фрагментацию, метрики IJI и SHAPE – конфигурацию, метрика SHDI – разнообразие ландшафта. MESH и SPLIT являются метриками, которые оценивают раздробленность ландшафтного покрова (SPLIT=1, а значения MESH максимальны, когда на территории ландшафта представлены только один тип землепользования). При росте фрагментации значения SPLIT увеличиваются, а MESH уменьшаются.

В течение рассматриваемого времени фрагментация ландшафта возрастала. С конца XVIII в. значения ED увеличилась в 4,9 раза, LSI – в 3,7 раза, MESH – в 6,7 раза. 

Ландшафтное разнообразие (метрика SHDI) за счет появления в пределах тестового участка новых форм землепользования также увеличилось. Для метрик конфигурации (IJI и SHAPE) закономерных изменений не прослеживается.

Для изучения влияния предшествующего землепользования на современное состояние лесного покрова было выделено два типа динамики землепользования: сельскохозяйственные земли (пашня, сенокосы, пастбища)→ лесные экосистемы (А→Л); лесные экосистемы→ лесные экосистемы (Л→Л). Все ключевые участки сгруппированы по этим двум типам. Для каждого типа получены сводные показатели, позволяющие оценить состояние лесной растительности.

Сравнительный анализ показывает, что в лесных экосистемах, сформировавшихся на месте сельскохозяйственных земель, снижается видовое богатство, доля лесных видов, доля фанерофитов в спектре жизненных форм. Падает представленность неморальных (в 4,6 раза) и бореальных (в 1,8 раза) видов. И наоборот, увеличивается доля синантропных видов (в 3 раза) и терофитов (в 2,6 раза). В таких лесах повышается уровень адвентизации: доля чужеродных видов выше в 2 раза, а по деревьям – в 2,6 раза.

Для изучения влияния на сукцессию растительности окружающего ландшафта, ключевые участки были сгруппированы по степени антропогенной нарушенности окружающего ландшафта (оценивалась по коэффициенту К_с). К сильнонарушенному ландшафту отнесены территории с К_с<0,3; к слабонарушенному – территории с К_с>0,6. Отдельно рассматривались нелесные стадии (залежи, пустыри, луга) и лесные стадии сукцессии растительности.

Установлено, что в сильнонарушенном ландшафте нелесные стадии отличаются высоким участием синантропных (64,4%) и чужеродных (19,2%) видов растений. В слабонарушенном ландшафте эти показатели соответственно в 1,3 и в 1,2 раза ниже. Для спектра жизненных форм в сильнонарушенном ландшафте характерна повышенная доля терофитов и пониженная доля фанерофитов. В слабонарушенном ландшафте эти показатели соответственно в 2,3 и в 2 раза ниже.

Влияние антропогенной нарушенности окружающего ландшафта на сукцессии может объясняться комплексом причин: уменьшение площади местообитаний, пригодных для нормального протекания сукцессий; увеличение расстояния между местообитаниями (снижается вероятность привнесения семян лесных видов); агрессивное воздействие ландшафтного окружения на процессы миграции видов и т.д.

Таким образом, предшествующая динамика землепользования (т.е. история антропогенного преобразования ландшафта) является важным фактором современного состояния растительного покрова, который представляет собой мозаику сообществ разного сукцессионного статуса. Анализ растительного компонента лесных экосистем, различающихся предшествующей историей, показал, что в лесах, которые образовались на месте сельскохозяйственных земель, наблюдается меньшее видовое богатство, высокая представленность синантропных видов, низкая представленность лесных (особенно неморальных) видов, повышенная представленность чужеродных видов. Восстановительные сукцессии растительности зависят не только от условий непосредственного местообитания, но и от окружающего ландшафта, от его антропогенной нарушенности. В сильнонарушенном ландшафте сообщества разного сукцессионного статуса отличаются высокой синантропизацией и адвентизацией.

Опубликовано в работе:

Гусев А.П. Ландшафтно-экологические исследования динамики землепользования на территории юго-востока Белоруссии // Вестник Воронежского государственного университета. Серия: География. Геоэкология. – 2015. – №3. – С. 47-51.