Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Совершенствование методов инвентаризации пастбищезащитных насаждений пустынной зоны на основе аэро-космических фотосъемок

ВАК РФ 06.03.02, Лесоустройство и лесная таксация

Автореферат диссертации по теме "Совершенствование методов инвентаризации пастбищезащитных насаждений пустынной зоны на основе аэро-космических фотосъемок"

I ! О

На правах рукописи АРТАМОНОВ Сергей Иванович

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДОВ ИНВЕНТАРИЗАЦИИ ПАСТБИЩЕЗАЩИТНЫХ НАСАЖДЕНИЙ ПУСТЫННОЙ ЗОНЫ НА ОСНОВЕ АЭРО- И КОСМИЧЕСКИХ ФОТОСЪЁМОК

Специальность 06.03.02 "Лесоустройство и лесная таксация"

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата сельскохозяйственных наук

Москва - 1996

Работа выполнена во Всероссийском научно-исследовательском и информационном центре по лесным ресурсам и во Всероссийском научно-исследовательском институте лесоводства и механизации лесного хозяйства

Научный руководитель: доктор сельскохозяйственных наук

В.И. Сухих

Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук,

профессор О А. Харин;

кандидат сельскохозяйственных наук

М.С. Шапочкин

Ведущая организация: Поволжское лесоустроительное предприятие

Защита состоится У/ " салона_ 1996 г. на заседании диссертационного совета К 02Ъ. а. 0-1 при Всероссийском ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательском институте лесоводства и механизации лесного хозяйства по адресу: 141200, гЛушкино, Московской области, ул. Институтская, 15, ВНИИЛМ

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ВНИИЛМ Автореферат разослан " -1Ь " имнл._ 1996 г.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ. Одной из основных задач, стоящих перед лесохозяйсгвенными предприятиями аридных районов СНГ, ян-ляется создание устойчивых, с высоким мелиоративным эффектом пастбищезащитных насаждений в основном из. чёрного саксаула путём проведения комплекса лесоводственных, лесоохранных и лесозащитных мероприятий, опирающихся на объективную информацию об их состоянии.

К моменту постановки темы диссертационной работы сведения о пастбищезащитных насаждениях получали в ограниченных объёмах преимущественно на основе сбора информации трудоёмкими наземными методами. Применение материалов аэрокосмических съёмок позволяет в минимальные сроки и с достаточной точностью проводить инвентаризацию и картографирование пастбищезащитных насаждений и периодически оценивать их состояние в пределах крупных регионов, т. е. осуществлять мониторинг.

ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ. Цель исследований заключалась в совершенствовании методов инвентаризации пастбищезащитных насаждений пустынной зоны на основе аэро- и космических фотосъёмок.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие основные задачи:

1) изучить закономерности строения пастбищезащитных насаждений чёрного саксаула;

2) исследовать взаимосвязи между таксационными и дешнфро-вочными показателями пастбищезащитных насаждений;

3) исследовать возможности определения по материалам аэро- и космических фотосъёмок таксационно-мелиоратпвных характеристик пастбищезащитных насаждений и характеристик культуртехнического состояния сопряжённых пастбищ;

4) разработать методические рекомендации по инвентаризации защитных лесных насаждений на пастбищных землях аридной зоны на основе аэро- и космических фотоснимков.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА. Установлены возможности определения по материалам современных аэрокосмических фотосъёмок таксационно-мелиоратпвных характеристик искусственно созданных защитных лесных насаждений на пастбищных землях аридных районов; разработаны признаки дешифрирования пастбищезащитных насаждений чёрного саксаула по фотоснимкам, полученным с космических и воздушных носителей; выявлены взаимосвязи между таксационными и дешифровочными показателями; обоснована возможность оценки сохранности лесных культур чёрного саксаула и культуртехнического состояния пастбищ с применением дистанционных методов.

ДОСТОВЕРНОСТЬ И ОБОСНОВАННОСТЬ результатов исследований базируется на значительном экспериментальном материале, naj'MHO методически обоснованном подходе к его сбору и математи-ко-статистической обработке на ЭВМ, проверке результатов в полевых и камеральных условиях.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ РАБОТЫ. Применение аэрокосмических фотоснимков значительно снижает трудозатраты на проведение лесоинвентаризации пастбищезащитных насаждений за счет уменьшения доли трудоемких наземных работ в экстремальных климатических условиях. Результаты исследований положены в основу разработанных временных методических рекомендаций по инвентаризации защитных лесных насаждений на пастбищных землях в пустынных районах с использованием аэрокосмических снимков, внедренных Узбекским лесоустроительным предприятием в 1986-1987 гг. при проведении работ на площади 85090 га в Навоийской (совхозы "40 лет Октября" и "Канимех") и Бухарской (совхоз "Кокча") областях.

За участие в разработке метода инвентаризации защитных лесных насаждений на пастбищных землях в пустынных районах диссертант naqjancflÖH в 1988 г. бронзовой медалью ВДНХ.

ЛИЧНЫЙ ВКЛАД автора состоит в разработке программы и методики исследований, сборе и Обработке экспериментальных данных, изучении дешлфровочных возможностей аэро- и космических снимков и взаимосвязей между таксационными и дешифровочными показателями, составлении предложений по совершенствованию метода инвентаризации пастбищезащитных насаждений.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ И ПУБЛИКАЦИИ. Результаты исследований по теме диссертации докладывались на Всесоюзной школе молодых учёных и специалистов по современным проблемам защитного лесоразведения и охраны природы (г. Минск, 19-25 октября 1987 г.), в Московском филиале Географического общества СССР (1988 г.), на Всесоюзном совещании " Аэрокосмический мониторинг лесных ресурсов зоны интенсивного ведения лесного хозяйства" (г. Львов, 27-29 сентября 1988 г.), на Всесоюзной научно-практической конференции молодых учёных, аспирантов и специалистов " Совершенствование научного обеспечения лесохозяйственного производства" (г. Пушкино, 15-17 октября 1990 г.).

По теме диссертации опубликовано 4 работы.

ОБЪЁМ РАБОТЫ. Диссертация изложена на 175 страницах машинописного текста, содержит 32 рисунка, 31 таблицу, состоит из введения, семи глав, выводов, списка литературы (286 наименований, из них 24 - на иностранных языках) и приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Глава 1. Состояние вопроса по применению дистанционных методов в лесном хозяйстве и в агролесомелиорации

В данной главе дается анализ работ, выполненных в СНГ н за его пределами в области применения дистанционных методов в лесном хозяйстве и в агролесомелиорации.

Основные результаты исследований, направленных на разработку и совершенствование аэрометодов лесной зоны изложены в публикациях Г.Г. Самойловича (1931, 1940, 1955, 1969), А.К. Пронина (1935), Д.П. Василевского (1940), А.М. Березина, И.А. Трунова (1957), С.В. Белова (1959), Ю.С. Апостолова (1964), В.И. Сухих (1965, 1966, 1971), Н.Г. Харина (1965), Е.П. Данюлиса (1967, 1969), И.Д. Дмитриева (1971), A.B. Богачёва (1971), В.И. Березина (1972) и Др.

В ходе исследований разработаны теория лесохозяйственного дешифрирования аэрофотоснимков и методы их использования при изучении лесов, технологии инвентаризации лесов, основанные на рациональном сочетании аналитико-измерительного дешифрирования аэрофотоснимков с наземной таксацией.

С 70-х гг. начался качественно новый этап в развитии дистанционных методов, связанный с применением материалов космических съёмок. В работах В.И. Сухих (1975, 1980, 1981, 1984, 1986), Д.М. Киреева (1979), A.C. Исаева (1979, 1986), В.В. Кузмичёва (1979), В.М. Жирина (1982, 1984), Е.П. Данюлиса, И.А. Кренева (1985), E.II. Калашникова (1987), В.И. Седых (1990, 1991) и др. рассмотрены основные методические разработки, базирующиеся на применении материалов космических съёмок, в том числе методы: фотостатнстической инвентаризации резервных лесов; инвентаризации таёжных лесов при повторном лесоустройстве; учёта текущих изменений в лесном фонде; мелкомасштабного картографирования лесов; оценки лесовосста-новления и формирования молодняков на вырубках таёжной зоны; оценки гидрологического состояния лесов; контроля изменений в лесном фонде под влиянием разведки и добычи нефти и газа. •

Зарубежный опыт применения материалов аэрокосмических съёмок в лесном хозяйстве описывается в работах: J. Riom, 1985; G. Hildebrandt, 1986; S. Poso, R. Paananen, M. Simila, 1987; T.G. Honer, F. Hegyi, 1990 и др.

Для изучения растительности пустынной зоны дистанционные методы стали применять в начале 30-х гг. И здесь, как и в лесной зоне, до 70-х гг. разрабатывались и совершенствовались аэрометоды. Результата работ в этом направлении изложены в трудах В.Л. Леонть-

ева, 1952, Б.В. Виноградова, 1956, 1966, В.М. Жирина, 1966, 1969, 1970, Н.Г. Харина, 1970, 1975, А. Бабаева, 1973 и др. Основные итоги исследований этого периода: 1) установление оптимальных масштабов и времени проведения аэрофотосъёмочных работ; 2) составление фенологических карт растений-индикаторов проведения аэрофотосъёмок; 3) разработка признаков дешифрирования таксационных характеристик отдельных растений и растительных сообществ; 4) обоснование новых методических подходов к таксации пустынных насаждений с использованием аэрофотоснимков, а также принципов установления взаимосвязей между дешифровочно-морфологическими и таксационными показателями насаждений.

С 70-х гг. разворачиваются исследования с целью внедрения в народное хозяйство пустынных регионов материалов космических съёмок. Основной объём исследований выполнен в Институте пустынь АН ТССР, НИЧ ВО "Леспроект", других академических и отраслевых научно-исследовательских подразделениях. Их результаты опубликован!. в работах Н.Г. Харина, 1976, 1980, Б.В. Виноградова, 1976, 1978, 1980, 1981, 1984, Т.А. Бабаевой, 1982, В.М. Жирина, Н.В. Малышевой, 1983, E.H. Герасименко, 1985, E.H. Герасименко, В.М. Жирина, Н.В. Малышевой, 1986, Б.М. Ивахова, 1986 и др..

Результата исследований, выполненных за рубежом, изложены и работах: F. Jaskolla. A. Hirschelder, 1989; A.R. Suie, 1990; S. Ringrose, \V. Matheson, F. Mempest, M. Bayle, 1990; L.F. Work; E.A. Work, 1992 и др.

Б.В. Виноградовым выделены три направления применения дистанционных методов в области лесомелиорации: 1) оценка лесопри-годности территории; 2) инвентаризация защитных лесных насаждений; 3) оценка состояния и эффективности защитных лесных насаждений. Основной объём исследовано) выполнен с целью оценки ле-сопригодности территории. Их результаты изложены в работах А.Г. Гаеля, М.С. Коликова, 1937, Г.Г. Самойловича, 1949, П.И. Прудснто-ва, 1955, Н.Г. Харина, Р.Г. Моисеева, 1963, Н.Г. Харина, К. Нурберды-ева, Э. Серхенова, 1969, Н.Г. Харина, 1975, 1976, Б.В. Виноградова, 1976, Т.А. Бабаевой, 1982, Б.М. Ивахова, 1983, 1986, В.И. Петрова, К.Н. Кулика, 1983, К.Н. Кулика, 1988 и др..

В 80-х гг. в разных регионах бывшего СССР разворачиваются исследования с целью внедрения аэрокосмических методов в практику инвентаризации защитных лесных насаждений . В работе Е.С. Павловского, Б.В. Виноградова, Н.З. Боровикова, 1985, приводятся сведения о результатах исследований, проведённых в защитных лесных насаждениях лесостепной зоны. В работе М.В. Кормильцева, 1986, сообщается о результатах применения аэрокосмических методов в лесо-мелиоратнвных исследованиях на орошаемых землях Средней Азии. Исследователями отмечается перспективность применения материалов

аэрокосмических съёмок при инвентаризации защитных лесных насаждений.

Анализ современного уровня развития дистанционных методов в лесном хозяйстве и в агролесомелиорации даёт основание рассматривать материалы аэрокосмических фотосъёмок в качестве наиболее перспективных для целей инвентаризации пастбищезащитных насаждений, размещённых на больших площадях и играющих, важную роль в охране природы и повышении продуктивности животноводства аридной зоны.

Глава 2. Район исследований, экспериментальный материал и методика полевых работ

Исследования проведены в Навоийской и Джизакской областях Узбекистана на 4-х тестовых участках общей площадью 66077 га, характеризующихся разнообразием пастбищезащитных насаждений по методам их создания (узкополосный, кулисный, широкополосный), широким диапазоном возрастов (I - V классы возраста) и условий местопроизрастания пастбищезащитных насаждений ( светлые серозёмы, серо-бурые, такыровидные и пустынные песчаные почвы ).

Применялись контактные масштаба 1:270000-1:280000 чёрно-белые и увеличенные до масштаба 1:60000 спектрозональные космические фотоснимки (фотографическая камера КФА-1000), контактные масштабов 1:80000, 1:28000, 1:50000 и увеличенные до масштаба 1:15000 чёрно-белые аэрофотоснимки (фотографическая камера МРБ-9), контактные масштаба 1:15000 чёрно-белые аэрофотоснимки (фотографическая камера МРБ-15), контактные масштабов 1:1500, 1:3000, 1:6000 чёрно-белые аэрофотоснимки (фотографическая камера БАФ-21), контактные масштабов 1:1000 - 1:1100, 1:700 - 1:900 чёрно-белые аэрофотоснимки (фотографическая камера БАФ-40). Материалы аэрокосмических фотосъёмок имели хорошее фотографическое и фотограмметрическое качество.

Полевой экспериментальный материал собран в 1983, 1985, 1987 и 1988 гг. в процессе рекогносцировочного обследования насаждений (41064 га), закладки таксационно-дешифровочных пробных площадей (ТДПП) (48 шт.; по 24 шт. в насаждениях, созданных широ-. кополосным и узкополосным методами), описания, рубки и обмера модельных деревьев (200 шт.), закладки линейных профилей для оценки культуртехнического состояния пастбищ (30 шт.), закладки учётных площадок для оценки сохранности лесных культур (14 шт.).

При рекогносцировочном обследовании устанавливался возраст пастбищезащитных насаждений, определялась схема размещения полос в пространстве, а также описывались условия, в которых создава-

лись пастбищезащитные насаждения, в том числе рельеф, почвы, естественная растительность.

Закладка ТДПП, описание, рубка и обмер модельных деревьев (кустов) проводились по стандартной методике, адаптированной к местным условиям. На ТДПП дополнительно определялись степень густоты и степень дефолиации крон деревьев (кустов). Всего на ТДПП было учтено, обследовано, и обмеряно 4312 деревьев (кустов).

ТДПП закладывались в насаждениях 2-5 классов возраста, I—II классов бонитета с сомкнутостью крон от 0,1 до 0,5.

Модельные деревья (кусты) подбирались с таким расчётом, чтобы охватить весь дипазон таксационных показателей. Они имели возраст 3-19 лет, диаметр крон 0,7-6,2 м, высоту 1,0-4,7 м, диаметр ствола у шейки корня 1,0-25,5 см, вес всей древесной массы 0,5-164,6 кг, вес товарной древесной массы 0,3-122,8 кг, вес общей и поедаемой кормовой массы в сыром виде соответственно 0,2-30,2 кг и 0,2-7,6 кг.

Закладка линейных профилей проводилась в соответствии с Общесоюзной инструкцией по проведению геоботанического обследования природных кормовых угодий и составлению крупномасштабных геоботанпческих карт, 1984.

Специфика закладки учётных площадок для оценки сохранности лесных культур состояла в том, что на них дополнительно определялась встречаемость сохранившихся растений.

Программой работ над диссертацией предусматривалось исследовать и оценить: 1) закономерности строения защитных насаждений чёрного саксаула на пастбищных землях пустынной зоны Узбекистана; 2) возможности дешифрирования по аэрокосмическим фотоснимкам характеристик пастбищезащитных полос чёрного саксаула; 3) возможности применения -крупномасштабных аэрофотоснимков для оценки сохранности лесных культур на пастбищных землях пустынной зоны; 4) возможности дешифрирования по аэрокосмическим фотоснимкам культуртехнического состояния пастбищ; 5) трудозатраты при инвентаризации пастбищезащитных лесных насаждений пустынной зоны на основе материалов аэрокосмических фотосъёмок.

Методика исследований изложена в последующих главах.

Глава 3. Исследование закономерностей строения пастбищезащитных насаждений чёрного саксаула

Принятые в эксплуатацию. пастбищезащитные насаждения чёрного саксаула сформированы из деревьев (кустов) разных возрастов. Наиболее эффективно участвует в формировании аэродинамических свойств полос, их конструкции древостой. Сумма площадей проекций крон деревьев (кустов), образующих древостой, составляет 77-97 % от

суммы площадей проекций крон деревьев (кустов) всего насаждения с учётом подроста. По происхождению, совокупность деревьев (кустов) в древостое можно условно разбить на три группы: 1) искусственного происхождения, из семян или саженцев при закладке полос; 2) естественного происхождения, из семян при последующем возобновлении; 3) естественного происхождения, из поросли, образовавшейся в результате бессистемной рубки чёрного саксаула. Средний возраст древостоя, установленный общепринятым для натурных работ методом В.М. Арциховского (подсчёт числа развилков у деревьев) имел более низкие значения, чем возраст, вычисленный относительно года закладки пастбищезащитных насаждений. Причём различия в значениях возрастов составляли 5-6 лет. •

Деревья (кусты) в пастбищезащитных насаждениях чёрного саксаула, как правило, имеют асимметричные кроны, которые могут быть сжатыми как вдоль, так и поперёк полосы. Деревья (кусты) с кронами, сжатыми вдоль полосы, встречаются в 1,1-2,5 раза чаще, чем деревья (кусты) с кронами, сжатыми поперёк полосы. Это объясняется более интенсивным взаимным влиянием крон в рядах по отношению к кронам между рядами. Таксационные показатели (средний диаметр крон и высота) древостоев крайних рядов чаще бывают выше таксационных показателей древостоев средних рядов. Это обусловлено более жёсткой конкуренцией в борьбе за влагу между растениями в средних рядах.

Ряды распределения деревьев (кустов) по диаметрам крон и высотам в пастбищезащитных насаждениях 1-Н классов бонитета характеризуются положительной косостью (адх=+0,008 - +1,868, а,,= +0,017 - +1,246) и отрицательной крутостью (г Дк = -1,641 - -0,102, ти= -1,084 - -0,213), что является следствием неоднородности возрастной структуры насаждений. Данные, характеризующие эмпирические ряды распределения деревьев (кустов) по диаметрам крон и высотам, выравнивались с помощью уравнения кривой Пирсона типа I. По вычисленному для каждого ряда значению показателя Романовского сделан вывод о случайном характере расхождений между эмпирическими и теоретическими частотами распределений.

Взаимосвязи между таксационными показателями устанавливались как по данным обмера деревьев (кустов), так и по данным, характеризующим насаждения. По данным обмера деревьев (кустов) получены следующие уравнеия: Н = 1,39 (,11*,+ 1,00)0,74 - 1,00, ц = =0,83, Р = 113,342; Н = 1,34 (Д,2+ 1,00)оГЙ - 1.00, л = 0,85, Б = =118,527; А = 4,385 + 2,347 Дк1, г = 0,751, Б = 182,306; А = 3,852 + +2,479 Д^, г = 0,755, Р = 187,424; Рдо = 15,672 Дк1 - 20,902, г = =0,821, Б = 292,089; Рдо = 16,643 Д,,"2 - 24,704, г = 0,831, Р = =313,763; Рд т = 0,606 Рд 0 - 3,890, г = 0,960, Р = 1661,739. При определении высоты (Н,м) по приведённым выше уравнениям СКО не

превышали + 12%, возраста (А,лет) - + 5лет. Значения коэффициента корреляции г и критерия Фишера F с достаточно высокой вероятностью указывают на пригодность уравнений для определения общего (Рд 0 ,кг) и товарного (Рд т , кг) веса древесины деревьев (кустов) чёрного саксаула. Дк1 и Дк2 - диаметры крон деревьев (кустов) в направлениях вдоль и поперёк полосы.

Взаимосвязь между таксационными показателями насаждений -средней высотой (Н^, м), средним возрастом (А, лет), запасом древесины (М, м3/га), густотой (N, шт/га), средними диаметрами крон, измеренными вдоль (Дк1ср ) и поперёк (Дх2Ср) полосы - выражается следующими уравнениями:' Н = 0,496 + 0,720 Дк1ср, г = 0,897, F = 90,607; Н_ = 0,535 + 0,671 Дк2ср, г = 0,919, F ¿ 119,222; А^ = 1,138 + 3,542 Дк)ср, г = 0,937, F' = 285,673; А = 1,668 + 3,138 ítacn • г = °>925> F = 235,878; М = -13,548 + 4,897 Дк1ср + 0,031 N, г = 0,773. F = 11,90; М~= -12,402 + 4,355 Дк2ср + 0,031 N, г = 0,854, F = 21,52

Для определения мелиоративной характеристики насаждений -средней защитной высоты (Н за|ц ,м) - получены следующие уравнения: Н = 1,154 + 0,85ГДК ^ г = 0,810, F = 42,113; Н^^ 1,273 + 0,7б8Дк ^ г = 0,803, F = 40,001

Особенность приведённых .выше уравнений состоит в том, что в них в качестве независимой переменной используется диаметр крон, измеренный в одном направлении - вдоль или поперёк полосы. Возможность использования для определения таксационно-мелиоратив-ных показателей пастбищезащитных насаждений чёрного саксаула значений диаметров крон, измеренных в одном направлении, позволяет существенно снизить затраты времени при перечете деревьев ( кустов) на ТДПП.

Глава 4, Исследование возможностей дешифрирования по аэрокосмическим фотоснимкам характеристик пастбищезащитных полос чёрного саксаула

Основными оценками качества результатов дешифрирования являются вероятность распознавания и точность определения геометрических параметров, а также таксационно-мелиоративных характеристик пастбищезащитных насаждений. Возможность получения из литературных источников сведений о формах и размерах создаваемых пастбищезащитных полос позволяет априорно рассчитать вероятность их распознавания по материалам аэрокосмических фотосъёмок. Априорные расчёты вероятности распознавания производились по формуле из работы А.Н. Живичина и B.C. Соколова (1980).

При расчёте вероятности распознавания по космическим фотоснимкам, а также мелко- и среднемасштабным аэрофотоснимкам в ка-

честве объекта распознавания соответственно принимались выдел минимальных размеров (покрытый лесом участок полосы длиной 100 м или не покрытый лесом участок полосы длиной 50 м), и отдельное дерево (отдельный куст). Расчёты производились для насаждений 1-Н классов бонитета, 1-5 классов возраста, созданных в песчаной пустыне и на подгорной равнине с охватом широкого диапазона параметров полос и их размещения в пространстве.

По результатам вычисления вероятностей (Р) распознавания пастбищезащитных насаждений чёрного саксаула построены графики, часть из которых в качестве примера показана на рис. 1. •

Такого рода графики можно применять на подготовительном этапе для выбора оптимальных масштабов аэрокосмических фотосъёмок при инвентаризации пастбищезащитных насаждений чёрного саксаула в пустынной зоне Узбекистана.

а б

Рис.1. Вероятность распознавания пастбищезащитных насаждений (а) и отдельных деревьев (кустов) (б) чёрного саксаула по чёрно-белым космическим фотоснимкам и аэрофотоснимкам

Сплошными линиями на графиках обозначены кривые вероятностей распознавания насаждений или отдельных деревьев (кустов) в насаждениях I класса бонитета, пунктирной лшшей - II класса бонитета. Цифровые индексы "1-5 " соответствуют классам возраста, буквенные индексы: В - ширине полос; Ь - ширине лент вспашки; N -количеству рядов в полосах; тс - знаменателю масштаба. Ширина полос и лент вспашки дана в метрах, количество рядов в полосах - в штуках, знаменатель масштаба - в сотнях (а) и десятках (б) тысяч. Г1о результатам анализа контактных чёрно-белых и увеличенных спект-розональных космических фотоснимков, полученных КФА-1000, сос-

тавлсны признаки дешифрирования пастбищезащитиых полос чёрного саксаула. Основные признаки дешифрирования - структура, форма, тон (цвет) изображения.

Участки с системой пастбищезащитиых полос характеризуются на космических фотоснимках полосчатой структурой. Отдельные полосы как правило имеют прямолинейную форму. Насаждения на чёрно-белых фотоснимках изображены среднесерыми тонами (значения оптических плотностей D = 0,8 - 1,1), на спектрозональных фотоснимках - тёмно-синими (С 3) к синими (С 4) цветами. Редины, прогалины, не сомкнувшиеся и погибшие лесные культуры, подготовленная под лесные культуры почва имеют светло-серые тона (D = 0,3 -0,5) или светло-синий (С 7) и светло-фиолетовый (Ф 7) цвета.

Длина и ширина полос, а также расстояние между полосами по увел1гченным спектрозональным космическим фотоснимкам определялись соответственно с СКО + 7,4 %,+ 3,3 %, + 9,6 %. Разграничение полос по космическим фотоснимкам на выделы не выполнимо.

По аэрофотоснимкам масштабов 1:28000 и 1:80000, полученным на участки с системой пастбшцезащитных полос, созданных узкополосным методом, дешифрируются насаждения, редины и прогалины. Аэрофотоснимки масштаба 1:28000 дают более полную информацию о пастбшцезащитных полосах. Площади участков с системой пастбищезащитиых полос определяются по ним в среднем на 7,8 % точнее, чем по аэрофотоснимкам масштаба 1:80000.

При определении по аэрофотоснимкам масштаба 1:15000 ширины полос в пастбшцезащитных насаждениях, созданных широкополосным методом, систематическая и среднеквадратическая ошибки равнялись - 0,50 % и + 3,35 %. По аэрофотоснимкам масштаба 1:50000 ширина полос, а также длина полос и расстояние между полосами определялись с ошибками, равными - 3,00 % и + 5,70 %, + 3,44 % и + 2,27 %, + 3,35 % и + 5,99 % .

Для дешифрирования в полосах выделов разработана шкала фотографических эталонов сомкнутости крон в рядах, представляющая собой последовательность фотографических изображений полос с сомкнутостями крон в рядах 0,2, 0,4, 0,6, 0,8. Систематические и среднеквадратические ошибки в разделении полос на выделы по сомкнутости крон в рядах с помощью этой шкалы соответственно составили - 0,21 и + 18,7%.

По крупномасштабным аэрофотоснимкам устанавливалась детальная таксационная характеристика пастбшцезащитных насаждений. В табл. 1 и 2 приведены значения ошибок определения по крупномасштабным аэрофотоснимкам таксационных характеристик пастби-щезащитшдх насаждений чёрного саксаула, созданных узкополосным и широкополосным методами.

Величины среднеквадратических ошибок определения таксаци-

онных характеристик пастбищезащитных насаждений чёрного саксаула по аэрофотоснимкам масштабов 1:700 - 1:1500 находились в пределах нормативных значений или незначительно превышали их.

Таблица 1

Ошибки определения по аэрофотоснимкам таксационных характеристик пастбищезащнтных насаждений чёрного саксаула,созданных узкополосным методом

Таксационные показатели Масштаб аэрофотоснимков

1:1500 1:3000 1:6000

Ошибки

а б а б а б

Диаметр крон -15,4% +10,8% -13,8% +13,2% -17,2% +16,6% Высота -0,17м +0,5м -0,29м + 0,7м -0,59м + 1.0м Число деревьев (кустов) -38,7% +15,3% -36,0% + 14,6% -41,7% +12,8%

Таблица 2

Ошибки определения по аэрофотоснимкам таксационных характеристик пастбищезащнтных насаждений чёрного саксаула, созданных широкополосным методом

Таксационные показатели Время аэрофотосъёмки и масштаб аэрофотоснимков

Середина апреля, 1:1000 - 1:1100 Конец мая, 1:700 - 1:900

Ошибки

а б а б

Диаметр крон -13,0% + 8,5% -5,4% + 6,7% Высота -0,51м + 0,66м -0,24м + 0,51м Число деревьев (кустов) -20,6% ± 10,6% -17,8% ± 10,8%

Через наиболее легко определяемые по крупномасштабным аэрофотоснимкам средний диаметр крон (Дк ср деш_), густоту (Мдеш) возможно установление таких таксационных и мелиоративных показателей, как абсолютная полнота или сумма площадей проекций крон на 1 га (X Сфакт), общий запас древесины на 1 га (Мфакт), защитная высота (Нзащ.факт)1 I Офакт. = 0,785 (0,40 + 1,01 Д^.^,)2 (1,35 N -17,04); ^ = -0,47 + 0,30 Д, + 0,03 N. 7= 0,90, Р = 44,76; Нмщ. = -1,09 + 3,94 Дк-ср.деш. -0,77 Д,.^2, ¡1 = 0,95, Р - 3,85. При определении по приведенному выше уравнению £ Офакт, среднек-вадратическая ошибка не превышала + 15%. Мфакт определялся с ошибкой, не превышающей + 10%. .

Глава 5. Возможности применения крупномасштабных аэрофотоснимков для оценки сохранности лесных культур на настбищных землях пустынной зоны Узбекистана

! При инвентаризации пастбищезащитных насаждений, а также в ме7£ревизионный период необходима оценка сохранности лесных культур в полосах, не переведённых по возрасту в эксплуатацию. Для этих целей возможно применение легкомоторной авиации и малогабаритных аэрофотоаппаратов. Сопоставление вычисленного рзрешения снимков, полученных с мотодельтаплана Гидраэр-1 аэрофотоаппаратом А-39 с размерами растений в лесных культурах чёрного саксаула позволило рекомендовать указанные технические средства для оценки сохранности лесных культур, имеющих возраст не ниже 8-ми - 9-ти месяцев. Сохранность лесных культур, созданных посевом, предложено определять через показатель встречаемости - процент числа учётных отрезков с наличием хотя бы одного жизнеспособного экземпляра сеянца. Длина учётного отрезка определяется по формуле 1 = Ь/М, где: 1 - длина учётного отрезка, м; Ь - длина отрезка, равная 1000 м; N - принимаемое за стопроцентную приживаемость число растений на 1000 м ряда, шт.

Для вычисления показателя встречаемости параметры пробной площади подбираются с таким расчётом, чтобы на ней разместилось не менее 200 учётных отрезков. В полосах, состоящих из разного числа рядов (п) длина пробной площади (!„,„,) определяется по формуле 1п п = 1 х 200/п. Показатель встречаемости растений в лесных культурах находится по формуле В = х 100, где: В - встречаемость хорошо развитых растений в лесных культурах, %; Му(р) -число учётных отрезков с наличием хотя бы одного хорошо развитого растения, шт.; число всех учётных отрезков, шт.

Между сохранностью лесных культур и встречаемостью в них растений существует высокая корреляционная зависимость линейного вида. Уравнение взаимосвязи между сохранностью (С) и встречае-

мостью (В) растений в лесных культурах чёрного саксаула 8-ми -9-ти месячного возраста имело вид С = 1,68 В - 0,77, г = 0,89, И = = 270,10.

Сохранность лесных культур, созданных посадкой саженцев, определяют как выраженное в процентах отношение числа сохранившихся растений на отрезке определённой длины к числу посадочных мест на нём. За счёт относительно слабой устойчивости мотодельтаплана в полёте получаемые с него арофотоснпмки одного и того же аэрофильма могут иметь разный масштаб. Возможно также линейное и площадное искажение изображения, вызванное тангажом и креном. С целью исключения влияния указанных факторов на точность определения сохранности лесных культур по крупномасштабным аэрофотоснимкам рекомендуется определять её по формуле

с =[«д и/а +и)] X 100%,

где: С - сохранность лесных культур,%; пд - дешифровочпое число растений на отрезке ряда, шт; 1т!п - измеренное на аэрофотоснимке минимальное расстояние между соседними растениями на отрезке ряда, мм; Ь - измеренная на аэрофотоснимке длина отрезка ряда, мм. Сравнительный анализ рассчитанных затрат показывает, что при съёмке с мотодельтаплана Гидраэр-1 они в 1,5-1,7 раза ниже, чем с самолёта АН-2.

Глава 6. Исследование возможностей дешифрирования по аэрокосмическим фотоснимкам культуртехнпческого состояния пастбищ

Один из основных путей повышения эффективности использования при инвентаризации пастбищезащитных насаждений материалов аэрокосмических съёмок - оценка культуртехнпческого состояния улучшенных пастбищ.

Космические фотоснимки применялись для оценки возможностей дешифрирования толоков, учёт которых необходим при оценке опустынивания пастбищ, а также лесомелиоративного фонда. При дешифрировании толоков по контактным чёрно-белым и у ^сличенным спектрозональным космическим фотоснимкам установлено, что их размеры на данном объекте не превышают 2,0 км. Форма выделенных толоков в большинстве случаев близка к округлой, о чём свидетельствуют низкие значения коэффициента сжатия (а )- выраженного в процентах отношения разности между максимальным и минимальным значением линейного размера толока к его максимальному размеру (а < 20%). Структура изображения толоков, как правило, ровная, тон -светло-серый, цвет - светло-пурпурный (П 6). Границы изображения

толоков носят расплывчатый характер. Толоки являются местом пересечения расходящихся в радиальном направлении дорог, которые лучше просматриваются на фотоснимке с изображением гипсовой пустыни.

По чёрно-белым аэрофотоснимкам масштаба 1:15000 вполне достоверно дешифрируются толоки, а также продукты ветровой и водной эрозии - барханные пески и временные водотоки. Кроме того с высокой вероятностью (Р = 0,86) дешифрируются колонии большой песчанки. На аэрофотоснимках масштаба 1:15000 местонахождения колоний большой песчанки изображаются в виде пятен, имеющих, как правило, округлую или-близкую к ней форму. Для вычисления заселённости пастбищ большой песчанкой достаточно измерять диаметры участков, занятых колониями, в одном фиксированном направлении. Уравнение для определения заселённости землероями в этом случае примет вид:

3 = I Дк12/(400 8), 1=1

где,

3 - заселённость землероями, %;

Дк1 - диаметр Ьй колонии землероев на участке пастбищ, м;

Э - площадь участка пастбищ, га.

При определении по чёрно-белым аэрофотоснимкам масштабов 1:700 - 1:1100 сбитости пастбищ систематическая и среднеквадрати-ческая ошибки соответственно составляли -0,9% и + 3,2%. Доказано, что большинство скотопрогонных троп имеет приблизительно одинаковую ширину - 0,2 м. При средней ширине скотопрогонной тропы 0,2 м сбитость на профиле длиной 100 м можно вычислить по формуле:

С = 0,2 N.

где:

С - сбитость пастбищ, %;

N - число скотопрогонных троп на профиле, шт.

На аэрофотоснимках масштаба 1:700 - 1:1100 участок, заселённый колонией большой песчанки, изображается в виде совокупности тёмных и светлых пятен. Тёмным пятном, имеющим относительно малые размеры и слегка вытянутую форму, изображается отверстие норы. Светлое пятно соотвегствует в натуре выброшенной на поверхность вокруг норы землероев почве. В старых колониях светлые пятна сливаются в пятна более крупных размеров, в молодых колониях они проявляются обособленно. Размеры последних варьируют в преде-

лах 0,5 - 1,6 м при средней величине 1,0 м. Отдельный выброс, так же, как и совокупность выбросов в колониях, имеет округлую или близкую к округлой формуЛТри определении по крупномасштабным аэрофотоснимкам заселённости землероями методом линейной таксации измерения на профилях являются обязательными. Однако их можно не производить при переходе от профилей к пробным площадям, ограничившись подсчётом числа обособленных выбросов при постоянстве среднего их диаметра в 1,0 м. При этом уравнение для определения заселенности землероями будет иметь вид:

3 = 2 5Ш,

где:

3 - заселённость землероями, %;

N - количество обособленных выбросов землероев на пробной площади, шт;

8 - площадь пробной площади, м .

Участки, покрытые мхом, изображаются на чёрно-белых крупномасштабных аэрофотоснимках тёмными тонами. В нашем случае величины оптических плотностей изображений покрытых мхом участков колебались в интервале от 1,33 до 1,56. При этом величина котраста с фоном составляла 0,80-1,00. "Следы" водной эрозии -временные водотоки - дешифрируются по криволинейной форме и углублениям, заметным под стереоскопом. Конечная стадия ветровой эрозии - барханные пески - дешифрируются по характерной серповидной форме барханов и отсутствию растительности.

Глава 7. Оценка и апалнз трудозатрат при инвентаризации пастбшцезащитных лесных насаждений пустынной зоны на основе материалов аэрокосмическиих фотосъёмок

В ходе оценки и анализа трудозатрат установлено, что при переходе от базового метода инвентаризации защитных лесных насаждений на пастбищных землях к усовершенствованному на основе м; сериалов аэрокосмическнх фотосъёмок методу общий объём трудозатрат снижается на 36%. При этом трудозатраты ИТР снижаются на 18%, рабочих - на 67%. По видам работ трудозатраты распределены следующим образом: подготовительные работы, базовый метод - 2 %, усовершенствованный метод - 5%; полевые работы - 70% и 36%; камеральные работы - 18% и 50% . Таким образом, внедрение в практику инвентаризации защитных лесных насаждений на пастбищных землях пустынной зоны материалов аэро- и космических фотосъемок позволит существенно снизить трудозатраты на проведение полевых работ в тяжелых условиях аридного климата.

ВЫВОДЫ II ПРЕДЛОЖЕНИЯ

1. По космическим фотоснимкам с разрешением на местности 5 - 10 метров возможны дешифрирование лесомелиоративного фонда с разделением его на однородные лесорастительные условия, составление схематических карт защитных насаждений на пастбищных землях аридной зоны, прокладка маршрутов среднемасштабной аэрофотосъёмки.

2. Средне- или мелкомасштабные аэрофотоснимки, полученные фотографическими камерами с высокой разрешающей способностью объектива (МРБ-9, МРБ-15), позволяют дешифрировать категории земель на участках с системой пастбищезащитных насаждений чёрного саксаула, разделять пастбищезащитные насаждения на однородные по степени сомкнутости крон участей, устанавливать число рядов в полосах, ширину полос, расстояние между рядами и полосами. Для дешифрирования низкопродуктивных насаждений 2-3 классов возраста целесообразно применять аэрофотоснимки масштаба 1:10000-1:25ООО, для дешифрирования высокопродуктивных насаждений, а также низкопродуктивных насаждений 4-5 классов возраста - аэрофотоснимки масштаба 1:25000-80000. Средне- или мелкомасштабные аэрофотоснимки с отдешифрированной контурной ситуацией могут служить основой для создания альбомов и схематических карт пастбищезащитных насаждений, а также разработки проектов крупномасштабной аэрофотосъёмки.

3. Крупномасштабные аэрофотоснимки (масштаб 1:1000 -1:3000) обеспечивают определение таких таксационных характеристик пастбищезащитных насаждений, как породный состав, средний диаметр крон, число деревьев (кустов) на 1 га или 1000 м ряда, через которые по регрессионным уравнениям рассчитываются средняя и защитная высоты, возраст, абсолютная полнота или сумма площадей проекций крон, запас корма и древесины.

4. Параллельно с инвентаризацией переведённых в эксплуатацию пастбищезащитных насаждений аридной зоны экономически целесообразно проводить оценку сохранности лесных культур. Выполненные расчёты показывают, что для оценки сохранности лесных культур черного саксаула в возрасте от 1 года до перевода их в эксплуатацию могут быть применены крупномасштабные аэрофотоснимки ( масштаб 1:1000 и крупнее ). При этом сохранность лесных культур, созданных посевом семян, рекомендуется определять по регрессионным уравнениям через показатель встречаемости.

5. В целях экономии материальных и финансовых средств инвентаризацию пастбищезащитных насаждений рекомендуется совмещать с оценкой кормовых ресурсов в регионе. При этом в рамках инвентаризации пастбищезащитных насаждений целесообразно произво-

дить оценку мелиорируемых ими пастбищ и в первую очередь оценку культуртехнического состояния последних. Космические фотоснимки с разрешением на местности 5-10 м, а также средне- или мелкомасштабные аэрофотоснимки позволяют достоверно дешифрировать элементы опустынивания - толоки, барханные пески, такыры, солончаки, временные водотоки. Кроме того по средне- или мелкомасштабным аэрофотоснимкам дешифрируются старые колонии землероев. По крупномасштабным аэрофотоснимкам дешифрируются характеристики культуртехнического состояния пастбищ, в том числе сбитость, заселённость землероями, омоховелость, вид и степень эрозии. При определении по крупномасштабным аэрофотоснимкам сбитости и заселённости землероями ( в первом случае - на профилях, во втором -на площадках прямоугольной формы ) целесообразен лишь подсчёт числа элементов названных показателей культуртехнического состояния - скотопрогонных троп и выбросов землероев. При этом для дальнейших расчётов средний размер скотопрогонной тропы следует принять равным 0,2 м, а отдельного выброса в молодой колонии землероев - 1,0 м. Для установления омоховелости, вида и степени эрозии измерения следует производить непосредственно по аэрофотоснимкам.

Результаты проведённых исследований позволили усовершенствовать метод инвентаризации пастбшцезащитных насаждений аридной зоны на основе материалов аэрокосмических фотосъёмок.

По материалам диссертации опубликованы следующие работы:

1. Применение аэрокосмической информации при инвентаризации древесно-кустарниковой растительности пустынь // Тезисы докладов Всесоюзной школы молодых учёных и специалистов по современным проблемам защитного лесоразведения и охраны природы. -Волгоград, 1987. - С.163 - 164.

2. Аэрокосмический метод инвентаризации защитных насаждений на пастбищных землях пустынь Средней Азии // Использование аэрокосмических съёмок в целях охраны природы - Москва, 1988. -С. 54 - 61 (В соавторстве).

3. Взаимосвязи между диаметром крон и высотой кустов чёрного саксаула в пасхбищезащитных лесных полосах // Аэрокосмический мониторинг лесных ресурсов зоны интенсивного ведения лесного хозяйства. - Львов, 1988. - С. 41 - 42.

4. Методика определения с помощью крупномасштабных аэрофотоснимков кормовой составляющей древесно-кустарникового яруса пастбшцезащитных насаждений в зоне пустынь // Совершенствовшше научного обеспечения лесохозяйственного производства. - Пушкино, 1990. - С. 7.

Типография А.0.НЛП"Сапфир" М.105058,Щербаковская,53 366.09.10 365.99.33

Тираж iООт.