Оценка постпирогенной динамики растительности верхового болота (Западная Сибирь) на основе спутниковых данных Landsat

Анна Алексеевна Синюткина; Людмила Павловна Гашкова

doi:10.52575/2712-7443-2025-49-1-112-127

Авторы

Анна Алексеевна Синюткина Сибирский научно-исследовательский институт сельского хозяйства и торфа – филиал Сибирского федерального научного центра агробиотехнологий РАН
Людмила Павловна Гашкова Сибирский научно-исследовательский институт сельского хозяйства и торфа – филиал Сибирского федерального научного центра агробиотехнологий РАН

DOI:

https://doi.org/10.52575/2712-7443-2025-49-1-112-127

Ключевые слова:

пожар, Большое Васюганское болото, NBR, NDWI, геоботанические исследования, Томская область

Аннотация

Современные изменения климата и увеличение антропогенной нагрузки приводят к повышению частоты и тяжести проявления природных пожаров. Использование спутниковых данных является оптимальным подходом к оценке последствий пожаров и постпирогенного восстановления на обширных территориях, и этот метод широко применяется для лесных территорий. Но при этом практически полностью отсутствуют подобные исследования в пределах болот, несмотря на то, что пересыхающие в период продолжительной засухи болота также относятся к природным объектам с повышенной пожарной опасностью. В статье представлены результаты оценки послепожарного восстановления растительности участка Большого Васюганского болота, выгоревшего в 2016 году, выполненной на основе данных Landsat и материалов полевых геоботанических исследований. Рассмотрена временная динамика индексов NBR, NDWI и их разностных показателей за 8 лет после пожара для участков с разной интенсивностью пирогенной нагрузки, обнаружены взаимосвязи с характеристиками растительного покрова. Выявлено, что индекс NBR лучше отражает степень пирогенной нагрузки, а NDWI – послепожарное восстановление болотной растительности. Для первых 2–4 лет после пожара был характерен высокий темп роста индексов в связи с быстрым зарастанием практически открытых поверхностей кустарничками, далее рост индексов замедлился. Прогнозное восстановление значений индексов при сохранении современных темпов роста произойдет к 2028–2030 гг., то есть через 12–14 лет после пожара. Выявленные взаимосвязи индексов NBR и NDWI с характеристиками растительного покрова на примере ключевого участка могут быть использованы для оценки состояния выгоревших верховых болот на обширных территориях.

Благодарности: исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда, проект № 22-77-10024.

Скачивания

Биографии авторов

Анна Алексеевна Синюткина, Сибирский научно-исследовательский институт сельского хозяйства и торфа – филиал Сибирского федерального научного центра агробиотехнологий РАН

Кандидат географических наук, старший научный сотрудник научного отдела

E-mail: ankalaeva@yandex.ru

Людмила Павловна Гашкова, Сибирский научно-исследовательский институт сельского хозяйства и торфа – филиал Сибирского федерального научного центра агробиотехнологий РАН

Кандидат географических наук, старший научный сотрудник научного отдела

E-mail: gashkova-lp@rambbler.ru

Библиографические ссылки

Список литературы

Барталев С.А., Стыценко Ф.В., Егоров В.А., Лупян Е.А. 2015. Спутниковая оценка гибели лесов России от пожаров. Лесоведение, 2: 83–94.

Бондур В.Г., Цидилина М.Н., Черепанова Е.В. 2019. Космический мониторинг воздействия природных пожаров на состояние различных типов растительного покрова в федеральных округах российской федерации. Исследование Земли из космоса, 3: 13–32. https://doi.org/10.31857/S0205-96142019313-32.

Волосюк А.И., Топаз А.А. 2022. Оценка последствий лесных пожаров на основе автоматизированной обработки материалов дистанционного зондирования Земли. Журнал Белорусского государственного университета. География. Геология, 1: 57–70. https://doi.org/10.33581/2521-6740-2022-1-57-70.

Зраенко С.М. 2019. Анализ алгоритмов обнаружения заболоченных лесных участков по космическим снимкам. Научно-технический вестник Поволжья, 9: 23–25.

Копотева Т.А., Купцова В.А. 2016. Влияние пожаров на функционирование фитоценозов торфяных болот Среднеамурской низменности. Экология, 1: 14–21. https://doi.org/10.7868/S0367059715060086.

Корниенко С.Г. 2017. Изучение трансформаций тундрового напочвенного покрова на участках пирогенного поражения по данным спутников Landsat. Криосфера Земли, 21(1): 93–104. https://doi.org/10.21782/KZ1560-7496-2017-1(93-104).

Малащук А.А., Филиппов Д.А. 2021. Постпирогенная динамика растительного покрова верхового болота Барское (Вологодская область). Трансформация экосистем, 4(1–11): 104–121. https://doi.org/10.23859/estr-200512.

Московченко Д.В., Арефьев С.П., Московченко М.Д., Юртаев А.А. 2020. Пространственно-временной анализ природных пожаров в лесотундре Западной Сибири. Сибирский экологический журнал, 27(2): 243–255. .https://doi.org/10.15372/SEJ20200210.

Муравьева Л.В. 2020. Изучение многолетней динамики природно-антропогенных комплексов нарушенных болот с помощью снимков Landsat. Вестник Тверского государственного университета. Серия: География и геоэкология, 1(29): 52–60. https://doi.org/10.26456/2226-7719-1-2020-52-60.

Муравьева Л. В. 2023. Распространение пожаров и их влияние на развитие природно-антропогенных комплексов болота Васильевский мох. Вестник Тверского государственного университета. Серия: География и геоэкология, 1(41): 47–55. https://doi.org/10.26456/2226-7719-2023-1-47-55.

Родионова Н.В., Вахнина И.Л., Желибо Т.В. 2020. Оценка динамики послепожарного состояния растительности на территории Ивано-Арахлейского природного парка (Забайкальский край) по радарным и оптическим данным спутников Sentinel 1/2. Исследование Земли из космоса, 3: 14–25. https://doi.org/10.31857/S0205961420030045.

Синюткина А.А. 2024. Использование вегетационных и водных индексов для оценки состояния постпирогенных верховых болот Западной Сибири. Известия Иркутского государственного университета. Серия: Науки о Земле, 48: 90–109. https://doi.org/10.26516/2073-3402.2024.48.90.

Синюткина А.А., Гашкова Л.П. 2022. Оценка состояния и геоинформационное моделирование постпирогенной динамики участка Большого Васюганского болота. Региональные геосистемы, 46(3): 366–377. https://doi.org/10.52575/2712-7443-2022-46-3-366-377.

Синюткина А.А., Гашкова Л.П., Малолетко А.А., Магур М.Г., Харанжевская Ю.А. 2018. Трансформация поверхности и растительного покрова осушенных верховых болот юго-востока Западной Сибири. Вестник Томского государственного университета. Биология, 43: 196–223. https://doi.org/10.17223/19988591/43/10.

Тигеев А.А., Московченко Д.В., Фахретдинов А.В. 2021. Современная динамика природной и антропогенной растительности зоны предтундровых лесов Западной Сибири по данным вегетационного индекса. Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса, 18(4): 166–177. https://doi.org/10.21046/2070-7401-2021-18-4-166-177.

Токарева О.С., Алшаиби А.Д.А., Пасько О.А. 2021. Оценка восстановительной динамики растительного покрова лесных гарей с использованием данных со спутников Landsat. Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов, 332(7): 191–199. https://doi.org/10.18799/24131830/2021/07/3283.

Швецов Е.Г. 2024. Спутниковый мониторинг послепожарной динамики нормализованного индекса гарей в лесах юга Средней Сибири. Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса, 21(4): 176–187. https://doi.org/10.21046/2070-7401-2024-21-4-176-187.

Шинкаренко С.С., Барталев С.А. 2023. Применение данных дистанционного зондирования для широкомасштабного мониторинга водно-болотных угодий. Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса, 20(6): 9–34. https://doi.org/10.21046/2070-7401-2023-20-6-9-34.

Ackley C., Tank S.E., Haynes K. M., Rezanezhad F., McCarter C., Quintona W.L. 2021. Coupled Hydrological and Geochemical Impacts of Wildfire in Peatland-Dominated Regions of Discontinuous Permafrost. Science of the Total Environment, 782: 146841. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2021.146841.

Amani M., Salehi B., Mahdavi S., Brisco B. 2018. Spectral Analysis of Wetland Using Multi-Sourse Optical Satellite Imagery. ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing, 144: 119–136. https://doi.org/10.1016/j.isprsjprs.2018.07.005.

Benscoter B.W., Vitt D.H. 2008. Spatial Patterns and Temporal Trajectories of the Bog Ground Layer Along a Post-Fire Chronosequence. Ecosystems, 11: 1054–1064. https://doi.org/10.1007/s10021-008-9178-4.

Bragazza L., Buttler A., Siegenthaler A., Mitchell E.A.D. 2009. Plant Litter Decomposition and Nutrient Release in Peatlands. Carbon Cycling in Northern Peatlands, 184: 99–110.

Chasmer L.E., Hopkinson C.D., Petrone R.M., Sitar M. 2017. Using Multitemporal and Multispectral Airborne Lidar to Assess Depth of Peat Loss and Correspondence with a New Active Normalized Burn Ratio for Wildfires. Geophysical Research Letters, 44(23): 11,851–11,859. https://doi.org/10.1002/2017GL075488

Cong J. Gao С., Han D., Li Y., Wang G. 2020. Stability of the Permafrost Peatlands Carbon Pool under Climate Change and Wildfires during the Last 150 Years in the Northern Great Khingan Mountains, China. Science of the Total Environment, 712: 136476. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2019.136476.

Davies G.M., Gray A., Rein G., Legg C. J. 2013. Peat Consumption and Carbon Loss due to Smouldering Wildfire in a Temperate Peatland. Forest Ecology and Management, 308: 169–177. https://doi.org/10.1016/j.foreco.2013.07.051.

Dvornikov Y., Novenko E., Korets M., Olchev A. 2022. Wildfire Dynamics along a North-Central Siberian Latitudinal Transect Assessed Using Landsat Imagery. Remote Sensing, 14(3): 790. https://doi.org/10.3390/rs14030790.

Feurdean A., Florescu G., Tantau I., Vanniere B., Diaconu A.-C., Pfeiffer M., Warren D., Hutchinson S.M., Gorina N., Gałka M., Kirpotin S. 2020. Recent Fire Regime in the Southern Boreal Forests of Western Siberia Is Unprecedented in the Last Five Millennia. Quaternary Science Reviews, 244: 106495. https://doi.org/10.1016/j.quascirev.2020.106495.

Gunnarsson U. 2005. Global Patterns of Sphagnum Productivity. Journal of Bryology, 27(3): 269–279. https://doi.org/10.1179/174328205X70029.

Haas O., Keeping T., Gomez-Dans J., Prentice I.C., Harrison S.P. 2024. The Global Drivers of Wildfire. Frontiers in Environmental Science, 12: 1438262. https://doi.org/10.3389/fenvs.2024.1438262

Kettridge N., Humphrey R.E., Smith J.E., Lukenbach M.C., Devito K.J., Petrone R.M., Waddington J.M. 2014. Burned and Unburned Peat Water Repellency: Implications for Peatland Evaporation Following Wildfire. Journal of Hydrology, 513: 335–341. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2014.03.019.

Knox S.H., Dronova I., Sturtevant C., Oikawa P.Y., Matthes J.H., Verfaillie J., Baldocchi D. 2017. Using Digital Camera and Landsat Imagery with Eddy Covariance Data to Model Gross Primary Production in Restored Wetlands. Agricultural and Forest Meteorology, 237–238: 233–245. https://doi.org/10.1016/j.agrformet.2017.02.020.

Lin S., Liu Ya., Huang X. 2021. Climate-Induced Arctic-Boreal Peatland Fire and Carbon Loss in the 21st Century. Science of the Total Environment, 796: 148924. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2021.148924.

Meingast K.M., Falkowski M.J., Kane E.S., Potvin L.R., Benscoter B.W., Smith A.M.S., Bourgeau-Chavez L.L., Miller M.E. 2014. Spectral Detection of Near-Surface Moisture Content and Water-Table Position in Northern Peatland Ecosystems. Remote Sensing of Environment, 152: 536–546. http://dx.doi.org/10.1016/j.rse.2014.07.014.

Moore P.A., Lukenbach M.C., Kettridge N., Petrone R.M., Devito K.J., Waddington J.M. 2017. Peatland Water Repellency: Importance of Soil Water Content, Moss Species and Burn Severity. Journal of Hydrology, 554: 656–665. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2017.09.036.

Rein G., Huang X. 2021. Smouldering Wildfires in Peatlands, Forests and the Arctic: Challenges and Perspectives. Environmental Science and Health, 24: 100296. http://dx.doi.org/10.1016/j.coesh.2021.100296.

Sinyutkina A. 2021. Drainage Consequences and Self-Restoration of Drained Raised Bogs in the South-Eastern Part of Western Siberia: Peat Accumulation and Vegetation Dynamics. Catena, 205: 105464. http://dx.doi.org/10.1016/j.catena.2021.105464.

Sirin A.A., Medvedeva M.A., Makarov D.A., Maslov A.A., Joosten H. 2020. Multispectral Satellite Based Monitoring of Land Cover Change and Associated Fire Reduction after Large-Scale Peatland Rewetting following the 2010 Peat Fires in Moscow Region (Russia). Ecological Engineering, 158: 106044. http://dx.doi.org/10.1016/j.ecoleng.2020.106044.

References

Bartalev S.A., Stytsenko F.V., Egorov V.A., Loupian E.A. 2015. Satellite-Based Asessment of Russian Forest Fire Mortality. Russian Journal of Forest Science, 2: 83–94 (in Russian).

Bondur V.G., Tsidilina M.N., Cherepanova E.V. 2019. Satellite Monitoring of Wildfire Impacts on the Conditions of Various Types of Vegetation Cover in the Federal Districts of the Russian Federation. Izvestiya. Atmospheric and Oceanic Physics, 3: 13–32 (in Russian). https://doi.org/10.31857/S0205-96142019313-32.

Valasiuk A.I., Topaz A.A. 2022. Assessment of Forest Fire Effects Based on Automated Processing of Earth Remote Sensing Imagery. Journal of the Belarusian State University. Geography and Geology, 1: 57–70 (in Russian). https://doi.org/10.33581/2521-6740-2022-1-57-70.

Zraenko S.M. 2019. Analysis of the Possibilities of Detecting Waterforged Forest Sections by Space Images. Nauchno-tekhnicheskii vestnik Povolzh'ya. Scientific and Technical Volga Region Bulletin, 9: 23–25.

Kopoteva T.A., Kuptsova V.A. 2016. Effect of Fires on the Functioning of Phytocenoses of Peat Bogs in the Middle-Amur Lowland. Russian Journal of Ecilogy, 1: 11–18 (in Russian). https://doi.org/10.7868/S0367059715060086.

Kornienko S.G. 2017. Transformation of Tundra Land Cover at the Sites of Pyrogenic Disturbance: Studies Based on Landsat Satellite Data. Earth’s Cryosphere, 21(1): 93–104 (in Russian). https://doi.org/10.21782/KZ1560-7496-2017-1(93-104).

Malashchuk A.A., Filippov D.A. 2021. Post-Pyrogenic Dynamics of the Vegetation Cover of the Barskoe Raised Bog (Vologda Region, Russia). Ecosystem Transformation, 4(1–11): 104–121 (in Russian). https://doi.org/10.23859/estr-200512.

Moskovchenko D.V., Aref'ev S.P., Moskovchenko M.D. Yurtaev A.A. 2020. Spatiotemporal Analysis of Wildfires in the Forest Tundra of Western Siberia. Contemporary Problems of Ecology, 13(2): 193–203 (in Russian). https://doi.org/10.1134/S1995425520020092.

Murav'eva L.V. 2020. Study of the Multi-Year Dynamics of Natural-Anthropogenic Complexes of Disturbed Bogs by Using Landsat Pictures. Herald of Tver State University. Series: Geography and Geoecology, 1(29): 52–60 (in Russian). https://doi.org/10.26456/2226-7719-1-2020-52-60.

Murav'eva L.V. 2023. The Spread of Fires and Their Influence on the Development of Natural-Anthropogenic Complexes of the Swamp Vasilievsky Mokh. Herald of Tver State University. Series: Geography and Geoecology, 1(41): 47–55 (in Russian). https://doi.org/10.26456/2226-7719-2023-1-47-55.

Rodionova N.V., Vakhnina I.L., Zhelibo T.V. 2020. Assessment of the Dynamics of Postfire State of Vegetation in Territory Ivan-Arakhley Natural Park (Zabaikalsky Krai) Using Radar and Optical Sentinel 1/2 Data. Izvestiya. Atmospheric and Oceanic Physics, 3: 14–25 (in Russian). https://doi.org/10.31857/S0205961420030045.

Sinyutkina A.A. 2024. The Application of Vegetation and Water Indices to Assess the State of Post-Pyrogenic Raised Bogs in Western Siberia. The Bulletin of Irkutsk State University». Series «Earth Sciences», 48: 90–109 (in Russian). https://doi.org/10.26516/2073-3402.2024.48.90.

Sinyutkina A.А., Gashkova L.P. 2022. State Assessing and GIS Modeling of the Post-Pyrogenic Dynamics of the Great Vasyugan Mire Site. Regional Geosystems, 46(3): 366–377 (in Russian). https://doi.org/10.52575/2712-7443-2022-46-3-366-377.

Sinyutkina, A.A., Gashkova, L.P., Maloletko, A.A., Magur, M.G., Kharanzhevskaya, Y.A. 2018. Transformation of the Surface and Vegetation Cover of Drained Bogs in Tomsk Region. Tomsk State University Journal of Biology, 43: 196–223 (in Russian). https://doi.org/10.17223/19988591/43/10.

Tigeev A.A., Moskovchenko D.V., Fakhretdinov A.V. 2021. Current Trends in Natural and Anthropogenic Vegetation in Western Siberia’s Sub-Tundra Forests Based on Vegetation Indices Data. Current Problems in Remote Sensing of the Earth from Space, 18(4): 166–177 (in Russian). https://doi.org/10.21046/2070-7401-2021-18-4-166-177.

Tokareva O.S., Alshaibi A.D.A., Pasko O.A. 2021. Assessment of Restoration Dynamics of Burnt Forest Area Vegetation Using Landsat Satellite Data. Bulletin of the Tomsk Polytechnic University. Geo Assets Engineering, 332(7): 191–199 (in Russian). https://doi.org/10.18799/24131830/2021/07/3283.

Shvetsov E.G. 2024. Satellite Monitoring of Post-Fire Normalized Burn Ratio Dynamics in Forests in the South of Central Siberia. Current Problems in Remote Sensing of the Earth from Space, 21(4): 176–187 (in Russian). https://doi.org/10.21046/2070-7401-2024-21-4-176-187.

Shinkarenko S.S., Bartalev S.A. 2023. Application of Remote Sensing Data in Large-Scale Monitoring of Wetlands. Current Problems in Remote Sensing of the Earth from Space, 20(6): 9–34 (in Russian). https://doi.org/10.21046/2070-7401-2023-20-6-9-34.