A digital landscape map of I.I. Sprygin Zhiguli State Nature Biosphere Reserve as a basis for analyzing natural processes and their monitoring

Full Text

Введение

Работа посвящена изучению ландшафтов Жигулёвского государственного природного биосферного заповедника имени И.И. Спрыгина. Подробное описание ландшафтов заповедника стало возможно благодаря разработанной цифровой ландшафтной карте. Основные характеристики ландшафтов и принципы их выделения необходимы для дальнейшего изучения и сохранения биоразнообразия заповедника.

Цель исследования: изучение особенностей ландшафтов Жигулёвского государственного природного биосферного заповедника имени И.И. Спрыгина.

Для достижения цели исследования были поставлены следующие задачи:

1) изучить физико-географические особенности заповедника;

2) освоить принципы создания цифровой ландшафтной карты;

3) создать ландшафтную карту заповедника;

4) охарактеризовать выделенные природные комплексы заповедника и выявить особенности их расположения.

Объект исследования: Жигулёвский государственный природный биосферный заповедник имени И.И. Спрыгина.

Предмет исследования: ландшафтная структура заповедника Жигулёвского государственного природного биосферного заповедника имени И.И. Спрыгина.

Материалы и методика исследования

В основу исследования были положены собственные полевые физико-географические исследования (129 точек комплексного физико-географического описания), результаты анализа литературных материалов [1–10] и дешифрирования космических снимков, обработка полученной информации в программе ArcGIS. Работа включала несколько этапов. Задачей первого этапа было выявление основных морфолитогенетических комплексов рельефа. На всех имеющихся космических снимках по прямым дешифровочным признакам хорошо различаются гидрологические объекты, склоны разных экспозиций, днища оврагов и балок, платообразные формы рельефа. Задача второго этапа – сбор материалов непосредственно на территории исследования, этап полевого распознавания. Третий этап включал обработку данных и создание ландшафтной карты. Для создания карты использовались карта насаждений 1982 г., материалы лесоустройства 2001 г.

Спутниковые снимки получены с сайта EO Browser от компании Sinergise [11]. Были использованы многоканальные космические снимки со спутников Sentinel, Landsat и Pleiades в мультиспектральном диапазоне. Все космические снимки привязаны в программе ArcGIS [12]. При выделении природных комплексов основными дешифровочными признаками являлись цвет, тон, структура (взаимное расположение комплексов), текстура (закономерные неоднородности) изображения объектов. Также в этой программе были привязаны и оцифрованы фондовые карты, предоставленные заповедником.

На созданной крупномасштабной ландшафтной карте (рис. 1) выделено два ландшафта на территории заповедника (горный и равнинный) и 32 естественных урочища. Ландшафты выделялись по преобладающему типу макрорельефа. Основной единицей ландшафтной карты явились урочища [13], критериями для выделения которых явились форма мезорельефа, преобладающая почва и характер растительного покрова. К мезорельефу относятся склоны различной крутизны, днища оврагов, относительно выровненные водораздельные поверхности, надпойменные террасы реки Волги. Отдельно выделены три вида антропогенно нарушенных комплексов. Легенда выполнена в форме таблицы, где по вертикали отображаются формы рельефа с указанием названия и крутизны для склоновых форм и по горизонтали: ландшафт, характерный растительный покров, доминирующий почвенный субстрат (рис. 2).

Результаты исследований

Природа Жигулёвского заповедника изучалась многими исследователями [14–20]. Жигулёвские горы – единственная территория на Русской платформе, испытывающая поднятие. Коренные породы представлены карстующимися известняками. Жигули достигают высоты до 381,2 м над уровнем моря, наиболее крутые склоны обращены к Волге и подвержены сильной овражной эрозии. Наиболее примечательными с точки зрения видового разнообразия являются сообщества сосновых лесов на известняковых субстратах и каменистых степей [21–24]. Благодаря тому, что эта территория не затрагивалась покровным оледенением, здесь произрастают редкие виды растений, среди которых – реликтовые и эндемичные. Только в каменистых степях Жигулей произрастает более 400 видов сосудистых растений [25].

Основными зональными типами растительности на территории заповедника являются широколиственные леса, представленные липовыми и кленовыми лесами с примесью других пород, широколиственно-сосновые леса и сосновые разнотравно-злаковые леса. Леса покрывают около 98% всей площади, почти все они коренные, за исключением лесов на плато, которые являются вторичными, т.к. прошли 2–3 этапа вырубок в середине прошлого столетия. Основными, характерными только для исследуемого района, урочищами являются сосновые боры на склонах большой крутизны на дерново-карбонатной почве, каменистые степи на известковом элювиальном субстрате, широколиственные леса на склонах гор Жигулей и в днищах оврагов и мелколиственно-широколиственные леса на платообразной выровненной поверхности, как можно видеть на созданной карте. На карте изображена граница заповедника, антропогенные линейные объекты, такие как асфальтированные и грунтовые дороги, тропы, просеки и линии электропередач, а также границы выделенных урочищ, составляющих ландшафт (рис. 1).

Наибольшую природоохранную ценность имеют каменистые степи на привершинных склонах гор Жигулей в северной части заповедника. Они представляют собой безлесные склоны, сложенные известняковым щебнем, на которых растительный покров представлен травянистым и кустарничковым ярусом. Многие виды являются эндемиками и реликтами. На каменистых степях произрастают: астра альпийская (Aster alpinus L.), бурачок ленский (Alyssum lenense Adams), клаусия солнцелюбивая (Clausia aprica Trotzky), шаровница крапчатая (Globularia punctata Lapeyr.), шиверекия подольская (Schivereckia podolica (Besser) Andrz. ex. DC.), можжевельник казацкий (Juniperus sabina L.). Развиваются каменные степи на почвенном налете из элювиальных отложений. Данные урочища занимают площадь 26 га или 0,1% от общей площади Жигулёвского заповедника. Кроме типичных степных растений, таких как ковыль красивейший (Stipa pulcherrima K. Koch), овсец пустынный (Heliciotrichon desertorum Less.), овсяница валлисская (Festuca valisiaca Schleich ex. Gaudin), здесь растут известколюбивые виды: васильки русский (Centaurea ruthenica Lam.) и карбонатный (C. carbonata Klokov), бурачок извилистый (Alyssum lenense Adams), оносма простейшая (Onosma simplicissima L.), копеечник крупноцветковый (Hedysarum grandiflorum Pall.), тимьян жигулевский (Thymus zheguliensis Klokov et Des.-Shost.), а также кустарники – чилига (Caragana frutex L.), тёрн (Prinus spinosa L.), вишня кустарниковая (Cerasus fruticosa Pall.) [25].

Поверхность платообразных водораздельных поверхностей сильно изрезана системами глубоких протяженных оврагов и балок. По многим из них протекают временные водотоки. Днища оврагов всего массива Жигулей являются проходимыми, что делает их доступными для несанкционированного входа на территорию заповедника из близлежащих поселений и, как следствие, ведет к увеличению антропогенной нагрузки на территорию. Овражно-балочная сеть на территории заповедника занимает площадь 1480 га или 6,3% от общей площади.

В днищах оврагов Жигулей почвенный покров представлен комплексом из темно-серой лесной горной почвы и дерново-карбонатной с обломками горных пород (известняков и доломитов). Древостой представлен широколиственными породами: липой сердцевидной (Tilia cordata Mill.), кленом остролистным (Acer platanoides L.), реже – осиной обыкновенной (Populus tremula L.). Подлесок представлен лещиной обыкновенной (Corylus avellana L.), рябиной обыкновенной (Sorbus aucuparia L.) и крушиной ломкой (Frangula alnus Mill.). Травянистый ярус представлен снытью обыкновенной (Aegopodium podagraria L.), крапивой двудомной (Urtica dioica L.), копытнем европейским (Asarum europeum L.), купырем лесным (Anthriscus sylvestris L.) и др. Эти урочища занимают 460 га или 1,9% от общей площади.

 

Рисунок 1 – Ландшафтная карта Жигулёвского государственного природного биосферного заповедника имени И.И. Спрыгина

 

Ландшафт	Урочища	Условные обозначения
		Склоны различной крутизны			Днища оврагов и нижние части склонов			Относительно выровненные водораздельные поверхности
		С1	С2	С3	О1	О2	О3	В1	В2	В3	В4
I –  Жигулёвский горный ланд-шафт карсту-ющихся возвышенностей	Обрывы и обвалы, выходы горных пород с отсутствием древесной и травянистой растительности	1
	Горные каменистые степи на дерново-карбонатных почвах и элювиальных отложениях	2
	Реликтовые сосновые разнотравно-злаковые леса с участием бересклета бородавчатого на дерново-карбонатных почвах	3
	Сосново-липовые, сосново-кленовые разнотравные леса на комплексе дерново-карбонатной и темно-серой лесной горной почв	4	5
	Широколиственные разнотравные леса с участием осины, лещины, рябины на комплексе дерново-карбонатной и темно-серой лесной горной почв		6
	Широколиственные кленово-липовые разнотравно-снытевые леса, с участием осины, лещины, рябины на темно-серых лесных горных почвах				7		8
	Широколиственные кленово-липовые разнотравно-снытевые леса, с участием березы, осины, дуба на бурых лесных горных почвах				9		10
	Березово-липовые, березово-кленовые разнотравно-злаковые леса на бурых лесных горных почвах		11
	Березово-липовые, березово-кленовые разнотравные леса, с участием кустарников на темно-серой лесной горной почве		12
	Мелколиственно-широколиственные разнотравно-снытевые леса, с участием осины, березы, лещины, на серой лесной горной почве						13
	Широколиственные разнотравно-злаковые леса, с участием дуба, березы, на комплексе дерново-карбонатной и бурой лесной горной почв		14
	Липово-березовые, кленово-березовые леса, с участием клена, дуба, рябины, кустарников, разнотравно-злаковые на черноземе оподзоленном					15
	Вторичные березовые леса после пожаров (гари) на комплексе дерново-карбонатной почве и бурой лесной горной почв		16
	Пойма реки Волга под широколиственными лесами, с участием лещины, на комплексе каменистых россыпей и аллювиальной луговой почвы						17
	Широколиственные разнотравно-злаковые леса, с участием дуба на дерново-карбонатных горных почвах							18
	Кленово-липовые разнотравно-злаковые леса, с участием березы, дуба на дерново-карбонатных горных почвах								19
	Относительно выровненные водораздельные поверхности под широколиственными кленовыми лесами, с участием лещины, рябины на темно-серой лесной почве								20
II –  Платообразные карcтующиеся поверхности	Кленово-липовые, березово-кленовые снытевые леса, с участием осины, лещины, рябины на темно-серых лесных горных почвах				21
	Липово-березовые, кленово-березовые леса с участием клена, дуба, рябины, кустарников, разнотравно-злаковые на черноземе оподзоленном среднегумусном			22
	Кленово-березовые разнотравные леса, с участием осины, кустарников, на дерново-подзолистой почве									23
	Кленово-дубовые разнотравно-ландышевые леса с участием лещины на темно-серой лесной почве							24
	Кленово-березовые разнотравно-снытевые леса, с участием кустарников на серых лесных почвах								25
	Вторичные мелколиственные леса на выровненном плато на комплексе серых лесных и дерново-подзолистых почв									26
	Вторичные осиновые снытевые леса на комплексе серой лесной и дерново-подзолистой почв								27
	Вторичные широколиственные леса, с участием лещины, рябины на серой лесной почве								28
	Осиново-березовые разнотравные леса, с участием кустарников на темно-серой лесной почве								29
	Мелколиственно-широколиственные разнотравно-снытевые леса на темно-серых лесных горных почвах			30
	Широколиственные леса, с участием березы и осины на комплексе из дерново-карбонатной горной и темно-серой лесной горной почв			31
	Осоко-злаковая растительность на болотно-низинной торфяной почве										32
Антропогенные объекты	Линии электропередач	33
	Просеки	34
	Сенокосы	35

Рисунок 2 – Легенда к ландшафтной карте. C1 – склоны большой крутизны (уклон от 25 до 45°); C2 – склоны средней крутизны (от 15 до 25°); C3 – пологие склоны; О1 – днища оврагов и нижние части склонов; О2 – днища широких балок; О3 – вогнутые и нижние части склонов; В1 – вершины плоских водоразделов, верхние части склонов; В2 – слабонаклонные водораздельные поверхности; В3 – выровненные водораздельные поверхности; В4 – заполняемые водой карстовые воронки

 

Днища оврагов платообразных поверхностей представляют собой нижние пологие части склонов относительно выровненных платообразных водораздельных поверхностей. Овраги на плато отличаются от оврагов горной части характером растительного покрова. В древесном ярусе здесь встречаются липа сердцевидная (Tilia cordata Mill.), береза повислая (Betula pendula Roth), клен остролистный (Acer platanoides L.), осина обыкновенная (Populus tremula L.), в подлеске – лещина обыкновенная (Corylus avellana L.), рябина обыкновенная (Sorbus aucuparia L.). В травянистом ярусе встречаются крапива двудомная (Urtica dioica L.), сныть обыкновенная (Aegopodium podagraria L.) и др. Почвенный покров представлен темно-серыми лесными почвами. Эти урочища занимают 811 га (3,4% площади заповедника).

Для северного макросклона Жигулей характерны широкие балки. Их днища представляют собой относительно ровные широкие (до 350 м) поверхности, ограниченные склонами Жигулей. Почвы представлены черноземом оподзоленным среднегумусным. Древесный ярус представлен следующими видами: береза повислая (Betula pendula Roth), дуб черешчатый (Quercus robur L.), липа сердцевидная (Tilia cordata Mill.), клены остролистный (Acer platanoides L.) и татарский (A. tataricum L.), осина обыкновенная (Populus tremula L.). В подлеске произрастают лещина обыкновенная (Corylus avellana L.), рябина обыкновенная (Sorbus aucuparia L.) и крушина ломкая (Frangula alnus Mill.). Эти леса разнотравно-злаковые, в них встречаются мятлик узколистный (Poa angustifolia L.), земляника лесная (Fragaria vesca L.), подорожник средний (Plantago media L.). Они занимают 77 га земель заповедника.

Большую природную ценность имеют реликтовые сосновые леса на дерново-карбонатных почвах с выходами горных пород на элювиальных отложениях на склонах большой крутизны (уклон от 25° до 45°). Эти сообщества находятся в северной части заповедника. Сосновые леса на дерново-карбонатных почвах вследствие сложного рельефа вырубались менее интенсивно. Данные урочища находятся на склонах гор Жигулей и крутых склонах относительно выровненных водораздельных поверхностей. Древесный ярус представлен сосной обыкновенной (Pinus sylvestris L.), дубом черешчатым (Quercus robur L.) и березой повислой (Betula pendula Roth). Травянистый ярус представлен разнотравьем. Эти урочища занимают 2092 га.

Практически вся поверхность платообразных поверхностей занята лесами, большое количество которых являются вторичными после лесозаготовок. Площадь вторичных лесов 5419 га, что составляет около четвертой части от площади всего заповедника. Эти леса неоднократно подвергались вырубкам. Вырубки зарастают мелколиственными деревьями, такими как береза повислая (Betula pendula Roth), осина обыкновенная (Populus tremula L.), а также широколиственными деревьями, как липы сердцевидные (Tilia cordata Mill.), которые сейчас вытесняются кленом остролистным (Acer platanoides L.). Почвенный покров представлен серыми лесными, темно-серыми лесными, дерново-подзолистыми почвами.

Около 280 га заповедника занимают антропогенно нарушенные комплексы. Они представляют собой просеки, по которым проходят грунтовые и асфальтированные дороги, протянуты ЛЭП, а также находятся действующие или заброшенные хозяйственные постройки. Также по всему заповеднику проходят пешеходные тропы. Асфальтированные участки дороги в заповеднике приурочены к ныне закрытому битумному заводу. В данное время по ним проходит автомобильный экологический маршрут «Гора Стрельная».

После оцифровки общая площадь материковой части заповедника составила 23389 га, что отличается от официальных данных на 3,5%.

Выводы

1. Для анализа ландшафтной структуры заповедника составлена цифровая ландшафтная карта, позволяющая оценить типичные природные комплексы.
2. Жигулёвский заповедник обладает характерными физико-географическими особенностями: продолжающееся поднятие территории, уникальная растительность каменистых степей и сосновых лесов на известняковых субстратах.
3. На относительно небольшой площади Жигулёвского заповедника существуют два ландшафта:

– горный ландшафт или ландшафт карстующихся известняковых возвышенностей, который является атипичным для Русской равнины и Приволжской возвышенности;

– равнинный ландшафт или платообразная равнина с остепнёнными широколиственными лесами.

В заповеднике выделяются 32 природно-территориальных комплекса ранга урочищ.

4. Типичными урочищами являются сосновые боры на склонах большой и средней крутизны на дерново-карбонатных почвах, каменистые горные степи с эндемичными травянистыми растениями, занесенными в региональную Красную книгу [23], произрастающими на почвенном налете из элювиальных отложений. Также типичными являются широколиственные леса на плато и склонах, представленные липой сердцевидной (Tilia cordata Mill.), кленом остролистным (Acer platanoides L.), который продолжает занимать экологическую нишу осин обыкновенных (Populus tremula L.) и переспелых лип сердцевидных (Tilia cordata Mill.) на серых лесных почвах. Большую часть заповедника занимают платообразные поверхности под вторичными березовыми и кленовыми лесами на месте вырубок и лесозаготовок на темно-серых лесных почвах.
5. Антропогенные ландшафты занимают 280 га, или 1,2%, от общей площади заповедника и представляют собой прорубленные под ЛЭП просеки, автодороги и тропы с отсутствием древесной растительности. Грунтовые дороги и ЛЭП находятся преимущественно на платообразной части заповедника.

About the authors

Nikolay I. Klimakov

Peoples' Friendship University of Russia

Author for correspondence.
Email: klim2426@mail.ru

student of Ecological Faculty

Russian Federation, Moscow

Anna M. Aleinikova

Peoples' Friendship University of Russia

Email: anshur@mail.ru

candidate of geographical sciences, associate professor of Geoecology Department

Russian Federation, Moscow

Aleksandr A. Aleinikov

Scanex Group of Companies

Email: aleynikov@scanex.ru

candidate of geographical sciences, leading specialist of Production of Thematic Products Department

Russian Federation, Moscow

Victoria A. Vekhnik

I.I. Sprygin Zhiguli State Nature Biosphere Reserve

Email: ivavika@rambler.ru

candidate of biological sciences, deputy director on research

Russian Federation, Bakhilova Polyana, Zhigulevsk, Samara Region

Ekaterina D. Borisova

Peoples' Friendship University of Russia

Email: katy_1998@bk.ru

student of Ecological Faculty

Russian Federation, Moscow

Konstantin S. Khokhlov

Peoples' Friendship University of Russia

Email: xox15-16@mail.ru

student of Ecological Faculty

Russian Federation, Moscow

References

Supplementary files