Межгодовая динамика индекса NDVI для разных классов территориальных единиц растительности на территории возвышенности Вангуреймусюр (Ненецкий АО)

Изучение климатических изменений, происходящих в Арктике, в настоящее время становится все более актуальным, поскольку именно этот регион является наиболее чувствительным к различным воздействиям. В первую очередь на колебания климата реагирует растительный покров. Для оценки межсезонной и межгодовой динамики растительности был использован нормализованный вегетационный индекс (NDVI).
Полевой материал был собран в июле 2017 года в экспедиции совместно с Лабораторией географии и картографии растительности и Лабораторией растительности Крайнего Севера Ботанического института РАН на территории возвышенности Вангуреймусюр (Большеземельская тундра, Ненецкий АО).
В ходе экспедиции были изучены территориальные единицы растительности (ТЕР) — геоботанические контура, представленные преимущественно комбинациями сообществ разных синтаксонов. Нами был выбран ключевой участок, характеризующийся большим разнообразием фитоценозов, их комплексов и других ТЕР. Площадь участка составляет 16,5 км2.
Исследуемая территория находится в пределах Ненецкого АО, расположенного на севере Восточно-Европейской равнины. Согласно геоботаническому районированию Большеземельской тундры (Лавриненко, 2013), исследуемая территория расположена на территории Вангурейского геоботанического района, Большеземельского приморского округа, в подзоне типичных тундр, и относится к Восточноевропейской подпровинции Европейско-Западносибирской провинции.
В результате полевых работ было выполнено 33 полных и 50 маркерных геоботанических описаний. Для составления крупномасштабной карты (приложение 2) были использованы и описания коллег, в сумме при полевом дешифрировании учитывались описания 148 точек.
При выделении и классификации ТЕР использовали типологическую схему, предложенную И.А. Лавриненко (2015). Всего на геоботанической карте было выделено 14 различных типов ТЕР, относящихся к двум отделам: 1) водораздельных местообитаний и 2) речных долин. К первому отделу были отнесены 13 типов ТЕР из 6 классов. Названия синтаксонов давали согласно эколого-флористической классификации Браун-Бланке.
В отделе ТЕР водоразделов нами было выделено 7 классов:
1. Фитоценохоры крутых (более 15°) склонов водораздельных холмов
2. ТЕР плакорных местообитаний
3. ТЕР псаммофитных местообитаний
4. ТЕР плоских слабодренированных террас
5. ТЕР бугристых торфяников
6. ТЕР приозерных понижений
7. ТЕР проточных понижений водоразделов (ложбины стока)
Наибольшие площади занимали комбинации сообществ, относящиеся к классам плоских слабодренированных террас (35%) и плакорных местообитаний (35%). На долю фитоценохор бугристых торфяников приходится 14%, приозерных понижений и псаммофитных местообитаний на водоразделах – по 7%. Наименьшие территории заняты ТЕР проточных понижений и крутых склонов (по 1 %).

При анализе растительности на мультиспектральных снимках Landsat (4–5, 7, 8) был использован нормализированный вегетационный индекс NDVI, отражающий продуктивность надземной зеленой фитомассы. Этот индекс использует контраст показателей двух каналов из набора мультиспектральных растровых данных – поглощения пигментом хлорофилла в красном диапазоне спектра и отражательную способность растительности в инфракрасном. В результате Обработка NDVI создает одноканальный набор данных, который отражает распределение по территории зеленой фитомассы. Значение индекса может варьировать от -1 до 1. Отрицательные величины характеризуют облака, воду и снег, а значения, близкие к нулю –скалы и обнаженную почву.
Индекс рассчитывают по формуле: (ИК – К) / (ИК + К),
где ИК – отражение в ближней инфракрасной области,
К – отражение в красной области спектра.
Все расчеты и обработку данных проводили в ПО ArcGis и IDRISI Selva. Для анализа межгодовой динамики растительного покрова были использованы снимки Landsat за последние 18 лет (2000, 2007, 2010, 2014, 2016, 2017, 2018) за период с 04 по 18 июля, который характеризует начало периода вегетации в этом районе. Результаты сравнивали как отдельно для разных классов территориальных единиц растительности, так и в среднем для всей территории (без учета водной поверхности). Для оценки достоверности полученных результатов рассчитывали стандартное отклонение.

В целом для территории наблюдается достоверное снижение значения NDVI с 2000 года. При этом были отмечены значительные колебания величин индекса. Так, в 2007 году значение NDVI составило 0,53, что на 0,17 выше, чем в 2000 году. Через два года значение снова резко понизилось (0.26). При приближении к настоящему времени амплитуда межгодовых колебаний индекса уменьшается и тренд на понижение прослеживается более отчетливо. С 2016 года отмечается ежегодное снижение продуктивности надземной зеленой фитомассы за этот период вегетации без существенных колебаний.


Тенденция колебания величин NDVI, описанная выше, характерна для всех 7 классов и отделов территориальных единиц растительности. Стабильно минимальные значения вегетационного индекса характерны для отдела фитоценохор (ФЦХ) речных долин и класса ФЦХ приозерных понижений (осоковые экологические ряды). Для первых характерно отставание в начале вегетации – снег залеживается в речных долинах до начала, а местами и до середины лета, поэтому растительный покров начинает развиваться значительно позже. Низкие показатели NDVI для класса ФЦХ приозерных понижений объясняются структурой данного типа ТЕР: в непосредственной близости от водоема встречаются лишь отдельные экземпляры растений (в основном Carex aquatilis subsp. stans), моховый покров на большей части скрыт под слоем воды, а более или менее сплошной покров растительности (проективное покрытие травяного яруса от 50 до 100%) начинается уже на удалении от края воды. В сумме эти факторы и объясняют низкие значения вегетационного индекса.
В настоящее время прослеживается отчетливая тенеденция потепления климата. Так, во Втором оценочном докладе Росгидромета (2014) была объяснена связь повышения температуры воздуха и продолжительность вегетационного периода (ПВП): за 2000 – 2008 годы ПВП в Северном полушарии увеличилось на 2,5 суток. Наши исследования основаны на анализе снимков за начало вегетационного периода, а результаты, указывают на сдвиг начала активной вегетации за анализируемый период на более поздние сроки. В целом, это согласуется с данными, полученными ранее Лавриненко И.А. и Лавриненко О.В. (2013): на островах Вайгач и Колгуев пик вегетации сместился с середины – второй половины июля в 80-х годах прошлого века на начало – первую половину августа к 2010 году.