ЛЕСОВЕДЕНИЕ, 2020, № 2, С. 99–114


АНАЛИЗ СВЯЗЕЙ СТРУКТУРЫ И ПРОДУКТИВНОСТИ ЛЕСОВ C МОРФОМЕТРИЧЕСКИМИ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ РЕЛЬЕФА НА ПРИМЕРЕ ЛАНДШАФТОВ ЛЕНИНГРАДСКОЙ ОБЛАСТИ
А. С. Алексеев, Д. М. Черниховский
Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет имени С.М. Кирова
Россия, 194021 Санкт-Петербург, Институтский пер., 5
E-mail: cherndm2006@yandex.ru


Поступила в редакцию 09.07.2018  г.
На примере двенадцати модельных участков, относящихся к одиннадцати ландшафтам Ленинградской области, продемонстрирован алгоритм определения взаимосвязей показателей структуры и продуктивности лесов с морфометрическими характеристиками рельефа. Исходными материалами для выполнения исследования служили геоинформационные базы данных лесоустройства, данные съемки ASTER GDEM и ландшафтные карты. Средствами географических информационных систем были сформированы наборы пространственных данных для модельных участков, построена регулярная сеть ячеек с шагом 1 км, определены обобщенные значения показателей структуры и продуктивности лесов (средние запасы, классы бонитета, коэффициенты преобладающей породы, доли площади групп типов леса и преобладающих пород). Автоматическая классификация рельефа данных глобальной цифровой модели высот ASTER выполнялась методом Ивахаши и Пайка. В процессе классификации каждый пиксел модели высот относился к одному из восьми классов на основе рассчитанных значений морфометрических характеристик рельефа – крутизны склона, текстуры и выпуклости склонов. С помощью анализа главных компонент выделен набор классов форм, объясняющих большую часть изменчивости рельефа модельных участков. Средствами рангового корреляционного анализа установлено наличие связей между представленностью выявленного набора классов рельефа и отдельными показателями структуры и продуктивности лесов. Дано возможное объяснение характера влияния рельефа на формирование условий лесных местопроизрастаний. Морфометрические характеристики, используемые при классификации – крутизна склонов, текстура и выпуклость, могут определять условия дренажа лесных местопроизрастаний и, как следствие, влиять на изменение показателей структуры и продуктивности лесов. Установлены регрессионные зависимости между классами форм рельефа и показателями структуры и продуктивности лесов для разных масштабных уровней и различных ландшафтов Ленинградской области. Полученные результаты позволяют положительно оценивать перспективы дальнейших исследований в данном направлении и рассматривать методы геоморфометрии в числе потенциальных инструментов лесоучетных работ.
Ключевые слова: морфометрические характеристики рельефа, автоматическая классификация форм рельефа, цифровая модель рельефа, структура и продуктивность лесов, ландшафт, регрессионный анализ.
DOI: 10.31857/S0024114820020035


СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ



  • Алексеев А.С., Никифоров А.А. Влияние рельефа на структуру и продуктивность лесных ландшафтов с применением 3D-моделирования на примере Лисинского учебно-опытного лесхоза // Лесоведение. 2014. № 5. C. 42–53.

  • Алексеев А.С., Черниховский Д.М. Структура и продуктивность лесов в связи с формами рельефа Карельского перешейка // Лесоведение. 2001. №3. С. 23–30.

  • Глобальные цифровые модели высот. 2015. URL: http://www.racurs.ru/wiki/index.php/Глобальные_цифровые_модели_высот (Дата обращения 16.06.18).

  • Громцев А.Н. Ландшафтные закономерности структуры и динамики среднетаежных сосновых лесов Карелии. Петрозаводск: Изд-во Карельский НЦ РАН, 1993. 160 с.

  • Громцев А.Н. Обзор результатов фундаментальных и прикладных исследований европейских таежных лесов России на ландшафтной основе //
    Ландшафтоведение: теория, методы, ландшафтно-экологическое обеспечение природопользования и устойчивого развития: Сб. статей. Тюмень; Тобольск: Изд-во Тюменского государственного университета, 2017. С. 33–38.

  • Данилова И.В., Рыжкова В.А., Корец М.А. Алгоритм автоматизированного картографирования современного состояния и динамики лесов на основе ГИС // Вестник НГУ. Серия «Информационные технологии». 2010. Т. 8. Вып. 4. C. 15–24.

  • Исаченко А.Г. Ландшафтное районирование и типология ландшафтов Ленинградской области // Общие принципы стратегии лесопользования и лесовыращивания на ландшафтно-типологической основе: Сб. научн. тр. СПбНИИ лесного хозяйства. СПб.: Изд-во СПбНИИЛХ, 1994. С. 11–25.

  • Исаченко А.Г. Ландшафтные типы лесных местопроизрастаний: определение, классификация, картографирование, характеристика // Устойчивое лесоуправление и критерии его оценки в период перехода к рыночной экономике: Сб. науч. тр. СПбНИИ лесного хозяйства. СПб.: СПбНИИЛХ, 1998. С. 161–183.

  • Исаченко А.Г., Книзе А.А., Романюк Б.Д. Ландшафтоведение и актуальные проблемы лесопользования // Известия Русского географического общества. 1999. Т. 131. № 3. С. 17–23.

  • Исаченко А.А., Книзе А.А., Романюк Б.Д. Экологические функции леса в южных ландшафтах Северо-Запада // Известия Русского географического общества. 2000. Т. 132. № 1. С. 3–12.

  • Карионов Ю.И. Оценка точности матрицы SRTM // Геопрофи. 2010. № 1.С. 48–51.

  • Киреев Д.М. Лесное ландшафтоведение. СПб.: СПб лесотехническая академия, 2007. 540 с.

  • Колбовский Е.Ю. Ландшафтоведение. М.: Академия, 2006.  480 с.

  • Ландшафтная карта Ленинградской области. Масштаб 1:1500000 // База знаний: карты. Институт геоэкологии РАН URL: http://hge.spbu.ru/mapgis/subekt/spb/landshaft.pdf (Дата обращения 16.06.2018)

  • Нетребин П.Б. Морфометрический анализ рельефа Большого Кавказа: Автореф. дис. … канд. географ. наук (спец. 25.00.25). Краснодар: Краснодарский государственный университет, 2012. 23 c.

  • Общие принципы стратегии лесопользования и лесовыращивания на ландшафтно-типологической основе: Сб. научн. тр. Отв. редактор Бельков В.П.  СПб.: СПбНИИ лесного хозяйства, 1994. 134 с.

  • Основные геоморфометрические параметры: теория, 2013 // GisLAB. Географические информационные системы и дистанционное зондирование. URL: http://gislab.info/qa/geomorphometric-parameters-theory.html (Дата обращения 16.06.18)

  • Скалабан В.Д. Ландшафтная дифференциация территорий как природно-генетическая основа адаптивного землепользования // Бюллетень Почвенного института им. В.В. Докучаева. 2009. Т. 64. С. 12–22.

  • Соколов Л.А., Лобанов Г.В., Полякова А.В. Использование возможностей модели SRTM (Shuttle Radar Satellite Mission) в анализе рельефа как фактора почвообразования (на примере Брянского лесного массива) // Вестник Брянского гос. университета. 2010. № 4. С. 237–243.

  • Сысуев В.В., Шарый П.А. Выделение типов условий местопроизрастания для лесоустройства по участковому методу // Лесоведение. 2000. № 5. С. 10–19.

  • Фарбер С.К., Кузьмик Н.С., Брюханов Н.В. Перспективы использования данных SRTM для решения лесных научно-практических задач // ГЕО-Сибирь-2013: Сб. матер. IХ Междунар. науч. конгр. (15–26 апреля 2013 г.). Новосибирск: Сибирская гос. геодезическая академия. Т.4, 2013. С. 85–88.

  • Флоринский И.В. Иллюстрированное введение в геоморфометрию // Электронное научное издание Альманах «Пространство и Время». 2016. Т. 11. Вып. 1: Система планета Земля. Стационарный сетевой адрес: 2227-9490e-aprovr_e-ast11-1.2016.71 (Дата обращения 16.06.2018)

  • Черниховский Д.М. Анализ влияния количественных характеристик поверхности рельефа на структуру лесного растительного покрова разных регионов // Известия лесотехнической академии. 2002. Вып. 10 (168). С. 67–75.

  • Черниховский Д.М., Алексеев А.С. Влияние формы поверхности рельефа на структуру и про­дуктивность лесных ландшаф­тов на примере заповедника «Верхне-Тазовский» Ямало-Ненецкого АО // Лесоведение. 2003. № 5. С. 10–17.

  • Черниховский Д.М. Оценка взаимосвязей морфометрических характеристик рельефа с количественными и качественными характеристиками лесов // Известия Санкт-Петербургской лесотехнической академии. 2016. Вып. 216. С. 69–90.

  • Черниховский Д.М. Автоматическая классификация поверхности рельефа для изучения количественных и качественных характеристик лесов // Там же. 2017. Вып. 219. С. 74–95.

  • Черниховский Д.М. Оценка связей морфометрических характеристик рельефа с количественными и качественными характеристиками лесов на основе цифровых моделей рельефа ASTER и SRTM // Сибирский лесной журнал. 2017а. № 3. С. 28–39.

  • Черниховский Д.М. Использование автоматической классификации рельефа Ивахаши и Пайка для оценки количественных и качественных характеристик лесов на основе моделей высот рельефа и поверхности // Известия Санкт-Петербургской лесотехнической академии. 2018. Вып. 223. С. 100–126.

  • Шарый П.А. Геоморфометрия в науках о земле и экологии, обзор методов и приложений // Известия Самарского НЦ РАН. 2006. Т. 8. № 2. С. 458–473.

  • Шарый П.А. Геоморфометрический анализ пространственной изменчивости почв и экосистем: Дис. … д-ра биол. наук (спец. 03.02.08). Ростов–на–Дону: Южный фед. университет, 2016. 197 с.

  • Conrad O., Bechtel B., Bock M., Dietrich H., Fischer E., Gerlitz L., Wehberg J., Wichmann V., Böhner J. System for Automated Geoscientific Analyses (SAGA) // Geoscientific Model development. 2015. V. 2.1.4. Doi: 10.5194/gmd-8-1991-2015.

  • Gallant J.C., Read A.M., Dowling T.I. Removal of tree offsets from SRTM and other digital surface models // International Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences. 2012. V. XXXIX-B4.  P. 275-280. Doi:10.5194/isprsarchives-XXXIX-B4-275-2012.

  • Hengl. T., Reuter. H.I. (eds) Geomorphometry: Concepts. Software. Applications // Developments in Soil Science. 2008. V. 33. Elsevier. 772 pp.

  • Hrvatin M., Perko D. Morphological typifications of Slovenia’s surface using global classification methods // Geografski Vestnik. 2012. V. 84. N.1. P. 39–50.

  • Iwahashi J., Pike R. Automated classifications of topography from DEMs by an unsupervised nested-means algorithm and a three-part geometric signature // Geomorphology. 2007. V. 86. Is. 3-4. P. 409–440.

  • Jucker T., Bongalov В., Burslem D., Nilus R., Dalponte M., Lewis S., Phillips O., Qie L., Coomes D. Topography shapes the structure, composition and function of tropical forest landscapes // Ecology Letters. 2018. V. 21. P 989–1000. Doi: 10.1111/ele.12964

  • Kellndorfera J., Walkera W., Piercea L., Dobsona C., Fitesb J.A., Hunsakerc C., Vonad J., Clutter M. Vegetation height estimation from Shuttle Radar Topography Mission and National Elevation Datasets // Remote Sensing of Environment. 2004. V. 93. P. 339–358.

  • STATGRAPHICS® Centurion XVI User Manual. 2010. 305 p. URL: http://cdn2.hubspot.net/hubfs/402067/Manuals_/Statgraphics_Centurion_XVII_User_Manual.pdf?t=1528978971442

  • Wilson M.F.J., O’Сonnell B., Brown C., Guinan J.C., Grehan A.J.  Multiscale Terrain Analysis of Multibeam Bathymetry Data for Habitat Mapping on the Continental Slope // Marine Geodesy. 2007. V. 30. P. 3–35.

  • Zevenbergen L.W., Thorne C.R. Quantitative Analysis of Land Surface Topography // Earth Surface Processes & Landforms. 1987. Vol. 12. P. 47–56.

  • Zwoliński Z., Gudowicz J. Geomorphometric analysis of morphoclimatic zones on the Earth // Geomorphometry for Geosciences. Jasiewicz J., Zwoliński Zb., Mitasova H., Hengl T. (eds). Poznań: Bogucki Wydawnictwo Naukowe, Adam Mickiewicz University in Poznań - Institute of Geoecology and Geoinformation. 2015. P. 19–22.