Аэрометоды изучения ПТК

Дальнейшее развитие морфологического ландшафтоведения связано с развитием аэрофотосъемки и аэрометодов ландшафтных исследовании. Эти методы позволили непосредственно увидеть природные территори­альные комплексы, их природные рубежи и внутреннюю структуру. Это позволило уточнить и углубить познание ландшафтных единиц, значи­тельно повысить темпы и эффективность их изучения и картогра­фирования.

В военные годы в оборонных целях Е.А. Галкина изучает структуру бо­лотных массивов по аэроснимкам военной фоторазведки с оценкой прохо­димости болот военной техникой. Она приходит к выводу, что ход истори­ческого развития болота, размещение на нем болотных фаций определяется формой болотной впадины. Последняя определяет закономерности стока, «сетку линий стекания вод» и характер водно-минерального питания раз­личных частей болотного массива. Для анализа территориального разме­щения и структуры болот она предлагает следующие территориальные единицы: болотная фация (болотный микроландшафт), болотное урочище (болотный мезоландшафт), система болотных урочищ (болотный макро­ландшафт), сложная и очень сложная система болотных урочищ.

В 50-х годах в Ленинградской лаборатории аэрометодов АН СССР соз­дается коллектив научных работников под идейным и методическим руко­водством В Л. Мирошниченко, который разрабатывает методы ландшафт­ной интерпретации аэроснимков для изучения и картографирования нефте­газоносных структур, растительности и почв аридных зон (Виноградов, 1964; Толчельников, 1966), таёжных лесов (Киреев, 1963).

С конца сороковых и в последующие годы XX века Н.А. Солнцев соз­дает учение о морфологической структуре природного ландшафта. Н.А. Солнцев разработал понятие природного территориального ком­плекса, как «полного» единства в отличие от «частных», понятие о пяти основных компонентах ландшафта, их генетической, ландшафтообразующей неравнозначности. Он обозначил ведущую роль литогенной ос­новы в формировании ПТК, дал ее определение. Совместно с сотрудни­ками лаборатории ландшафтоведения, которую он возглавил, он разрабо­тал представление об основных единицах ПТК, образующих морфологи­ческую структуру природного ландшафта: фация, звено, урочище, подурочище, сложное урочище, местность. Путем, главным образом, наземных исследований он показал эти единицы на фрагментах ландшафт­ных карт. Он дал представление об индивидуальных единицах ландшаф­та и типологических категориях, которым следуют многие последователи морфологического ландшафтоведения.

В Львовском государственном университете в 50-60-х годах двадцатого века проведены исследования морфологической структуры горных ланд­шафтов на примере Карпат и гор Средней Азии (К.И. Геренчук, Г.Н. Мил­лер, Л.А. Алибеков). Детальные исследования показали, что вертикальная «поясность» гор определяется их литогенной основой, то есть геолого-геоморфологическим строением. К.И. Геренчук разработал представление об основных морфологических единицах горных ландшафтов: горных фа­циях, урочищах, высотных местностях н ландшафтных поясах гор (Алибе­ков, Геренчук, 1970; Миллер, 1974).

Разработки ландшафтоведов – морфологов, начиная с первых работ на­чала века и после, имели большое практическое значение для различных отраслей народного хозяйства. Так, например, работы «северных лесни­чих» применялись в лесоустройстве (Генко, 1888; 1902). Работы Е.А. Гал­киной послужили основой фундаментальной разработки Е.И. Иванова «Гидрология болот», для освоения и эксплуатации болотных массивов, оценки торфяных залежей и их разведки с применением аэрометодов. Н.А. Солнцев, его группа научных сотрудников и студентов разрабатывали свое учение для землеустройства и организации хозяйства колхозов и сов­хозов (Солнцев, 1949).

Учение о морфологии болот Е.А. Галкиной было создано в результате большого объема картографирования болот Белоруссии с целью выявления «проходов» для наступающих войск Красной Армии во время Великой Отечественной войны. За успешное решение этой задачи Е.А. Галкина бы­ла удостоена звания лауреата Сталинской премии.

Начиная с тридцатых годов XX века авиация и аэрометоды начинают широко использоваться в практике изучения лесов. Теоретической основой дистанционного изучения лесов до применения ландшафтного подхода бы­ли разработки Г.Г. Самойловича (1964) по анализу структуры полога наса­ждений. Верхняя освещенная и наблюдаемая сверху структура полога леса, состоящая из совокупности крон деревьев, становится основным объектом изучения. Структура полога анализируется наземно на пробных площадях, по крупномасштабным аэроснимкам, путем аэровизуальных наблюдений и аэротаксации насаждений.

В 50-60-х годах (Киреев, 1957; 1960) нами разработаны методы и прибо­ры измерения по крупно- и среднемасштабным аэроснимкам высот древостоев, размеров крон деревьев, проективного покрытия и сомкнутости полога древостоев, густоты и среднего расстояния между деревьями. Опыт­ным и аналитическим путем установлено, что результаты фотограмметри­ческих измерений показателей полога обусловлены совокупностью при­родных и технических факторов аэрофотосъемки, которые могут либо ли­митировать точность оценок, либо исключать возможность получения из­мерительных (количественных) характеристик древостоев.

Изучено разностороннее влияние на результаты дешифрирования та­ких природных факторов, как структура равнинных и горных ландшаф­тов, состав и сочетание в нем различных насаждений, структура полога и крон, условий освещения ландшафта прямым и рассеянным светом, спек­тральных характеристик растений и растительных группировок, сезона аэрофотосъемки, состояния атмосферы, влияющего на смещение деревь­ев от их раскачивания. Анализировалось многостороннее влияние таких технических условий аэрофотосъемки, как фокусное расстояние и угол изображения фотокамеры, высота фотографирования, величина проекции и разность параллаксов деревьев, масштаб, наклоны камеры и разность высот фотографирования стереопары, тип аэропленки и ее спектральная чувствительность, разрешающая способность и сдвиг изображения, спо­собы получения позитивов и т.д. Такой анализ оказался совершенно не­обходимым для определения пригодности аэрофотоснимков при решении различных задач изучения лесов. Он нужен также для определения и вы­бора технических параметров съемки, соответствующих природным ус­ловиям региона (Киреев, 1975). Для совершенствования методов дешиф­рирования аэроснимков и аэрофотографирования Ю.С. Толчельниковым одновременно изучались оптические свойства природного ландшафта (Толчельников, 1974).

Установлено, что определяемые по аэроснимкам величины диаметров крон, высоты деревьев, проективного покрытия и сомкнутости полога, чис­ло деревьев и густота древостоев не равны и значительно меньше, чем из­меренные наземно. Это является одной из причин, ограничивающих воз­можности применения измерительных методов (Киреев, 1963).

Опыты по измерительному дешифрированию аэроснимков позволили сделать два принципиальных вывода.

Во-первых, точность и достоверность обнаружения и опознавания пока­зателей леса по признакам изображения сильно зависят от условий аэрофо­тосъемки и не всегда достаточны, а классы объектов довольно широки. Под признаками изображения имеются в виду не только морфометрические ха­рактеристики (тон, цвет, рисунок, размер, форма и т.д.), но также спек­тральная оптическая плотность, спектральные индикатрисы рассеяния, характеризующие шероховатость и фактуру поверхности, частотно-контрастные характеристики структуры объектов и т.д.

Во-вторых, ландшафтная интерпретация лесов, основанная на природ­ных генетических взаимосвязях, открывает неограниченные возможности получения самых разнообразных характеристик объектов, недоступных, при оптическом анализе и измерении изображения. Уменьшение масштаба изображения расширяет площадь наблюдения ландшафта и обогащает ин­формацию пространственно-структурными признаками.

В 1963 году впервые дается пример ландшафтной интерпретации лесов Волховской моренно-зандровой равнины с картографированием ланд­шафтных урочищ, подурочиш, фаций и их типологических категорий (Киреев, 1966).

Принципиальная новизна метода в том, что объектом дешифрирования являются не кроны и структура полога леса, а природные территориальные комплексы и их структура.

Для выявления экологической оценки и классификации ПТК разработан метод ландшафтных и экологических индикаторов (Киреев, 1975; 1977). Индикаторами, по Кирееву, являются не только растения и растительные группировки, но и все компоненты и элементы ландшафта: тектонические структуры, геологическое строение, литологический состав горных пород и отложений, формы, рельефа, почвы, поверхностные воды, снеговой и ледо­вый покровы. Важнейшим индикатором ПТК является морфологическая структура ландшафтных единиц, если она отчетливо читается на дистанци­онных и картографических источниках информации.

Разработанный метод ландшафтных индикаторов позволяет на пред­варительной стадии изучения ландшафта использовать уже имеющиеся многочисленные общегеографические, топографические и тематические карты, фондовые и литературные материалы как ландшафтные источ­ники информации (ЛИИ). Совмещенный анализ дистанционных и карто­графических ЛИИ позволяет составлять предварительные ландшафтные карты до полевых работ и этим значительно повышать эффективность и темпы ландшафтных исследований.

Экологическая оценка лесных земель методом экоиндикаторов проводи­лась для определения лесорастительного эффекта ПТК и классификации ландшафтных фации и урочищ. Первоначально оценка земель проводилась по шести экологическим режимам; проточности, аллювиальности (наносности), поемности и затопляемости, длительности верховодки и подтопле­ния почвенно-грунтовыми водами, трофности и мерзлотности (Киреев, 1970-1977). Позже разработана более универсальная шкала, которая при­менена для экологической оценки земель всей России по восьми режимам: трофности, водности, рыхлости, подвижности, мерзлотности, затопляемо­сти, дренажу и нарушенности (Киреев, Сергеева, 1995-2000). Для сложных

ПТК оценка проводилась по трем ступеням каждого режима, а для ланд­шафтных фаций, однородных единиц – по четырем и более ступеням.

Разработанные методы позволили в достаточно короткие сроки охватить ландшафтно-морфологическими исследованиями значительную террито­рию европейской и азиатской частей СССР. На различные регионы состав­лены ландшафтно-морфоло-гические карты_: картосхемы, ландшафтные профили с текстовыми легендами от мелких масштабов до детальных карт. Составленные карты явились основой решения различных лесохозяйственных задач и тематических исследований лесов.

Для картографирования четвертичных отложений изучена структура ландшафтов Росточья и Ополья Подольской возвышенности, Житомирско­го полесья (Киреев, 1963; 1964). Для лесного тематического картографиро­вания и разработки статистических методов лесоинвентаризации изучена структура Усолка-Бирюсинской межгорной равнины Южного Приангарья (Киреев, 1965-1968). Для изучения фациальной структуры болотных уро­чищ и их классификации составлена детальная карта Чулым-Кетского ландшафта Тымского болотного стационара ИЛиД СОАН СССР.

В 1972-1974 годах в Институте леса и древесины разрабатывается ландшафтно-статистический метод лесоинвентаризации, предусматривающий согласование учетных единиц с морфологической структурой ландшафта и выборочное опробование на ландшафтной основе (Калашников, Киреев, 1975; 1978).

В 1974-1975 годах в Институте леса и древесины СОАН СССР под руко­водством А.С. Исаева создается коллектив специалистов различного про­филя для тематического изучения лесов на ландшафтной основе с приме­нением аэрокосмических средств. Разработана программа, принципы и ме­тоды изучения лесов с применением материалов космической съемки (Иса­ев, Киреев, 1975).

Составлены карты ландшафтной структуры с картографированием видов урочищ Касского ландшафта в пределах 23-го аэрокосмического полигона, проведено картографирование видов местностей в пределах Тымской и Чу­лымской ландшафтных областей (Киреев, 1974; 1975). По космоснимкам низкого разрешения и космофотоснимкам картографировались ландшафты и виды ландшафтных местностей Западно-Сибирской равнины, юга Сред­ней Сибири и бассейна озера Байкал (Киреев, 1979; 1984).

В 1984 году составлена карта ландшафтных местностей Центрально-Сибирского биосферного заповедника для Дубчес-Енисейского и Тунгуска-Енисейского ландшафтов (Киреев, 1984). Для изучения ландшафтной при­уроченности очагов энтомовредителей составлена ландшафтная карта уро­чищ ленточных боров Минусинской котливины.

Для проведения государственной лесоинвентаризации с применением аэрокосмических снимков по заказу Федеральной службы лесного хозяйст­ва составлена серия согласованных ландшафтных карт Средней Сибири: ландшафтов Сыверма-Путоранской ландшафтной области в пределах Эвенкийского лесхоза Красноярского края для каждого ландшафта состав­лены карты ландшафтных местностей масштаба 1: 200 000, которые ис­пользованы таксаторами для экстраполяции структуры ландшафтов для сплошного картографирования территории лесхоза. Составлены ландшафтно-морфологические карты видов ландшафтных местностей на мил­лионные листы М 1:1 000 000 севера Красноярского края в пределах Ямальского, Тазовско-Гыданского ландшафтов Бахта-Тунгусской ланд­шафтной области (Киреев, Сергеева, 1992). Для инвентаризаций природ­ных ресурсов и природоохраны составлена карта видов ландшафтных ме­стностей Кольского полуострова с экологической оценкой лесных земель (Киреев, Сергеева, 1993). Для проведения государственной лесоинвентари­зации по заказу Федеральной службы лесного хозяйства России в институ­те ВНИИЦлесресурс составлена карта ландшафтных стран, областей, рай­онов России масштаба 1: 8 000 000 с экологической оценкой лесных зе­мель (Киреев, Сергеева, 1996; 2000).

С 1996 г. в Санкт-Петербургской лесотехнической академии составлена программа и читаются лекции, проводятся лабораторные работы по трем взаимосвязанным курсам: «Лесное морфологическое ландшафтоведение», «Лесное картоведение» и «Лесное ресурсоведение». Для проведения лабо­раторных работ и практических занятий по курсам составлены ландшафт­ная карта Ленинградской области М 1: 2 500 000 и карта урочищ и подурочищ Лисинского научно-исследовательского и учебного полигона с под­робной легендой и ландшафтными профилями М 1:50 000 (Киреев, Сергее­ва, 2000).

Составленные в разное время ландшафтные карты различной детально­сти были направлены на решение различных практических задач лесного хозяйства и лесного тематического картографирования. Они показали пер­спективность изучения на ландшафтной основе лесных земель на различ­ных масштабных уровнях с оценкой их экологических режимов, картогра­фирования растительных ассоциаций, почв, недревесных растительных ре­сурсов (ягодников и грибоносных площадей), болот с их фациальной структурой и др.

Морфологическая структура ландшафтных районов и областей позво­лила открыть перспективы картографирования геоблоков земной коры, глубинных разломов и других тектонических структур. Это один из мето­дов разведки полезных ископаемых нефтегазоносных структур на закрытых лесных территориях (Киреев, Богатский, Витязь, 1978; Киреев, Витязь, 1981).

Изучение на ландшафтной основе стадий послепожарного лесовосстановления позволило составлять прогнозные карты лесов с позиций зна­ния послепожарного лесообразовательного процесса (Фуряев, Киреев, Злобина, 1997).

Ландшафтные закономерности возникновения и развития очагов энто-мовредителей были использованы для разработки эффективных методов лесоэнтомологического мониторинга (Ряполов, 1987). Ландшафтные карты видов местностей Эвенкийского лесхоза использованы для сокращения по­левых работ и повышения точности лесоинвентаризации северных лесов статметодами с применением космических снимков. Ландшафтная карта России используется для оптимизации Государственной инвентаризации лесов, лесоустройства.

Все перечисленные работы сопровождались составлением тематических карт с использованием контурной и смысловой основы ландшафтной ба­зисной карты.