ecodagЮг России: экология, развитиеSouth of Russia: ecology, development1992-10982413-0958State Institute of Applied Ecology of the Republic of Dagestan10.18470/1992-1098-2020-1-69-78ecodag-1876Research ArticleСЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ ЭКОЛОГИЯAGROCULTURAL ECOLOGYПрогнозно‐картографическое моделирование продуктивности пастбищ Волгоградской области на основе данных дистанционного зондированияForecast‐Cartographic Modeling of Pasture Production of the Volgograd Region Based on Remote Sensinghttps://orcid.org/0000-0002-9269-4489ШинкаренкоС. С.ShinkarenkoS. S.

Станислав С. Шинкаренко, кандидат  сельскохозяйственных наук, доцент  кафедры географии и картографии

научный сотрудник

400062, г. Волгоград, пр‐т Университетский, 100. Тел. +7(8442)461639

Stanislav S. Shinkarenko, Cand. Agri. Sciences, Associate Professor

Researcher

100 Prospekt Universitetskiy, Volgograd, 400062. Теl. +7(8442)461639

shinkarenko@volsu.ruhttps://orcid.org/0000-0002-9616-2383КошелеваО. Ю.KoshelevaO. Yu.

Ольга Ю. Кошелева

Olga Yu. Kosheleva

https://orcid.org/0000-0002-7635-912XСолодовниковД. А.SolodovnikovD. A.

Денис А. Солодовников

Denis A. Solodovnikov

Волгоградский государственный университет; Федеральный научный центр агроэкологии, комплексных мелиораций и защитного лесоразведения РАНРоссияDepartment of Geography and Cartography, Institute of Natural Sciences, Volgograd State University; Federal Research Centre for Agroecology, Integrated Land Improvement and Protective Agroforestry, Russian Academy of SciencesRussian FederationФедеральный научный центр агроэкологии, комплексных мелиораций и защитного лесоразведения РАНРоссияFederal Research Centre for Agroecology, Integrated Land Improvement and Protective Agroforestry, Russian Academy of SciencesRussian FederationВолгоградский государственный университетРоссияDepartment of Geography and Cartography, Institute of Natural Sciences, Volgograd State UniversityRussian Federation2020160420201516978Copyright © Шинкаренко С.С., Кошелева О.Ю., Солодовников Д.А., 20202020Шинкаренко С.С., Кошелева О.Ю., Солодовников Д.А.Shinkarenko S.S., Kosheleva O.Y., Solodovnikov D.A.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://ecodag.elpub.ru/ugro/article/view/1876Цель

Цель. Работа направлена на определение тенденций в динамике продуктивности пастбищных ландшафтов Волгоградской области. Определение направления трендов и величин коэффициентов пропорциональности позволяет выявить территории, на которых увеличивается или снижается продуктивность естественной зональной растительности с 2000 года по настоящее время.

Материал и методы

Материал и методы. Определение продуктивности пастбищ основывается на анализе вегетационного индекса NDVI, широко применяемого в подобных исследованиях. Для анализа естественных зональных пастбищ территории были вычленены по данным Global Land Cover, разбиты регулярной сеткой и пересечены слоями‐масками с границами муниципальных образований и ландшафтов.

Результаты

Результаты. Наибольшие площади естественных зональных пастбищ находятся в Заволжье и на песчаных массивах долины Дона. Около 60% пастбищных земель имеют средневзвешенные среднемноголетние значения NDVI от 0,3 до 0,4, примерно четверть – от 0,4 до 0,5. На большей части области характерны отрицательные тренды NDVI. Наибольшая скорость деградации отмечена в Заволжье. Это связано с большими пастбищными нагрузками, чем на территории остальной области, а также с регулярными степными пожарами.

Заключение

Заключение. В результате исследований определены тенденции изменения продуктивности зональных пастбищ Волгоградской области, выявлены территории с разным направлением и скоростью динамики NDVI. Применение результатов на практике позволит прогнозировать продуктивность пастбищ в различных муниципальных районах и ландшафтах области, что даст возможность правильно регулировать нагрузки на пастбища для предотвращения деградации.

Aim

Aim. The work is devoted to identifying the productivity of pasture landscapes in the Volgograd region. The aim was to determine the direction of trends and the values of the coefficients of proportionality which would permit the definition of areas where the productivity of natural zonal vegetation has increased or decreased from 2000 until today. 

Material and Methods

Material and Methods. Pasture productivity assessment is based on the analysis of the NDVI vegetation index, which is widely used in such studies. For analysis, specific pasture areas were identified in accordance with Global Land Cover, divided into egular grids and given overlays corresponding with the boundaries of municipalities and landscapes. 

Results

Results. The largest areas of natural zonal pastures are located in the Trans‐Volga region and on the sandy massifs of the Don River valley. About 60% of pasture land has an average weighted average long‐term NDVI value from 0.3 to 0.4, and approximately a quarter – from 0.4 to 0.5. In most parts of the region there are negative NDVI trends. The highest rate of degradation is noted in the Trans‐Volga region. This is associated with larger pasturing loads than in the rest of the region, as well as with the regular occurrence of steppe fires. 

Conclusion

Conclusion. In summation: the productivity trends of zonal pastures in the Volgograd region have been determined, as have areas with different NDVI directions and dynamics. The application of these results in practice should make it possible to predict pasture productivity in various municipal districts and landscapes of the region, and thus assist in the regulation of pasture loads and the mitigation of risks of vegetation degradation.

ПастбищаживотноводствоГИСдистанционное зондированиемоделированиеNDVIпрогнозкартографированиеPastureslivestockGISremote sensingmodelingNDVIforecastmappingРабота выполнена при финансовой поддержке РФФИ и Администрации Волгоградской области в рамках научного проекта № 18‐416‐340005.This research was funded by RFBR and the Volgograd Region Administration, project number 18‐416‐340005.ReferencesШинкаренко C.С., Кошелева О.Ю., Солодовников Д.А., Пугачева А.М. Анализ пастбищных ресурсов Волгоградской области в геоинформационной системе // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование. 2019. N 1. С. 123‐130. DOI: 10.32786/2071‐9485‐2019‐01‐15Shinkarenko S.S., Kosheleva O.Yu., Solodovnikov D.A., Pugacheva A.M. Analysis of pasture resources of Volgograd region in Geoinformation system. Proceedings of Nizhnevolzskiy Agrouniversity Complex: Science and Higher Vocational Education, 2019, no. 1, pp. 123‐130. (In Russian) DOI: 10.32786/2071‐9485‐2019‐01‐15Золотокрылин А.Н., Черенкова Е.А., Титкова Т.Б. Биоклиматическая субгумидная зона на равнинах России: засухи, опустынивание/деградация // Аридные экосистемы. 2018. Т. 24. N 1 (74). С. 13‐20.Zolotokrylin A.N., Cherenkova E.A., Titkova T.B. Bioclimatic Subhumid Zone of Russian Plains: Droughts, Desertification, and Land Degradation. Aridnye ekosistemy [Arid ecosystems]. 2018, vol. 24, no. 1 (74), pp. 13‐20. (In Russian)Рябинина Н.О., Канищев С.Н., Шинкаренко С.С. Современное состояние и динамика степных геосистем юго‐востока Русской равнины (на примере природных парков Волгоградской области) // Юг России: экология и развитие. 2018. Т. 13. N 1. С. 116‐127. DOI: 10.18470/1992‐1098‐2018‐1‐116‐127Ryabinina N.O., Kanishchev S.N., Shinkarenko S.S. The current state and dynamics of geosystems in the south‐east of the Russian plain (by the example of the natural parks in Volgograd region). South of Russia: ecology, development, 2018, vol. 13, no. 1, pp. 116‐127. (In Russian) DOI: 10.18470/1992‐1098‐2018‐1‐116‐127Рулев А.С., Кошелева О.Ю., Шинкаренко С.С. Геоморфологические критерии проведения лесомелиорации ландшафтов (на примере Приэльтонья) // Геоморфология. 2017. N 2. С. 63‐71. DOI: 10.15356/0435‐4281‐2017‐2‐63‐71Rulev A.S., Kosheleva O.Yu., Shinkarenko S.S. Geomorphological criteria in agroforestry: Lake Elton area (SE Russian plain) case study. Geomorfologiya, 2017, no. 2, pp. 63‐71. (In Russian) DOI: 10.15356/0435‐4281‐2017‐2‐63‐71Ткаченко Н.А. Засухи и урожайность зерновых культур в Волгоградской области // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование. 2018. N 4. С. 171‐178. DOI: 10.32786/2071‐9485‐2018‐04‐24Tkachenko N.A. Droughts and yield of cereal crops in Volgograd region. Proceedings of Nizhnevolzskiy Agrouniversity Complex: Science and Higher Vocational Education, 2018, no. 4, pp. 171‐178. (In Russian) DOI: 10.32786/2071‐9485‐2018‐04‐24Kouzmina J.V., Treshkin S.E. Climate changes in the basin of the Lower Volga and their influence on the ecosys‐tem // Arid Ecosystems. 2014. Iss. 4. P. 142‐157. DOI: 10.1134/S2079096114030044Kouzmina J.V., Treshkin S.E. Climate changes in the basin of the Lower Volga and their influence on the ecosystem. Arid Ecosystems, 2014, iss. 4, pp. 142‐157. DOI: 10.1134/S2079096114030044Кулик К.Н., Есмагулова Б.Ж., Кошелева О.Ю., Мушаева К.Б., Шинкаренко С.С. Изменение фитоценозов Волго‐Уральского междуречья под влиянием пастбищных нагрузок // Вестник Воронежского государственного университета. Серия: География. Геоэкология. 2016. N 4. С. 25‐32.Kulik K.N., Esmagulova B.Zh., Kosheleva O.Yu., Mushaeva K.B., Shinkarenko S.S. Phytocenoses change of the area between Volga and Ural under the influence of grazing loads. Vestnik Voronezhskogo gosudarstvennogo universiteta. Seriya: Geografiya. Geoekologiya [Proceedings of Voronezh State University. Series: Geography. Geoecology]. 2016, no. 4, pp. 25‐32. (In Russian)Ерошенко Ф.В., Барталев С.А., Лапенко Н.Г., Самофал Е.Б., Сторчак И.Г. Возможности дистанционной оценки состояния и степени деградации природных кормовых угодий // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2018. Т. 15. N 7. С. 53‐66. DOI: 10.21046/2070‐7401‐2018‐15‐7‐53‐66Eroshenko F.V., Bartalev S.A., Lapenko N.G., Samofal E.V., Storchak I.G. Capabilities for rangelands state and degradation assessment using remote sensing data. Current problems in remote sensing of the Earth from space, 2018, vol. 5, no. 7, pp. 53‐66. (In Russian) DOI: 10.21046/2070‐7401‐2018‐15‐7‐53‐66Deering D.W. Rangeland reflectance characteristics measured by aircraft and spacecraft sensors. Ph. D. Diss. Texas A&M University, College Station, 1978. 338 p.Deering D.W. Rangeland reflectance characteristics measured by aircraft and spacecraft sensors, Ph.D. Diss., Texas A&M Universini, College Station, 1978, 338 p.Gao Q.Z., Wan Y.F., Xu H.M., Li Y., Jiangcun W.Z., Borjigidai A. Alpine grassland degradation index and its response to recent climate variability in Northern Tibet, China // Quaternary International. 2010. V. 226. Iss. 1‐2. P. 143‐150. DOI: 10.1016/j.quaint.2009.10.035Gao Q.Z., Wan Y.F., Xu H.M., Li Y., Jiangcun W.Z., Borjigidai A. Alpine grassland degradation index and its response to recent climate variability in Northern Tibet, China. Quaternary International, 2010, vol. 226, iss. 1‐2, pp. 143‐150. DOI: 10.1016/j.quaint.2009.10.035Lehnert L.W., Meyer H., Meyer N., Reudenbach Ch., Bendix J. A hyperspectral indicator system for rangeland degradation on the Tibetan Plateau: A case study towards spaceborne monitoring // Ecological Indicators. 2014. V. 39. P. 54‐64. DOI: 10.1016/j.ecolind.2013.12.005Lehnert L.W., Meyer H., Meyer N., Reudenbach Ch., Bendix J. A hyperspectral indicator system for rangeland degradation on the Tibetan Plateau: A case study towards spaceborne monitoring. Ecological Indicators, 2014, vol. 39, pp. 54‐64. DOI: 10.1016/j.ecolind.2013.12.005Тельнова Н.О. Выявление и картографирование многолетних трендов NDVI для оценки вклада изменений климата в динамику биологической продуктивности агроэкосистем лесостепной и степной зон Северной Евразии // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2017. Т. 14. N 6. С. 97‐107. DOI: 10.21046/2070‐7401‐2017‐14‐6‐97‐107Telnova N.O. Revealing and mapping long‐term NDVI trends for the analysis of climate change contribution to agroecosystems’ productivity dynamics in the Northern Eurasian forest‐steppe and steppe. Current problems in remote sensing of the Earth from space, 2017, vol. 14, no. 6, pp. 97‐107. (In Russian) DOI: 10.21046/2070‐7401‐2017‐14‐6‐97‐107Chen J., Ban Y., Li S. China: Open access to Earth land‐cover map // Nature. 2014. V. 514. 434 p. DOI: 10.1038/514434cChen J., Ban Y., Li S. China: Open access to Earth land‐cover map. Nature, 2014, vol. 514, 434 p. DOI: 10.1038/514434cРулев А.С., Канищев С.Н., Шинкаренко С.С. Анализ сезонной динамики NDVI естественной растительности Заволжья Волгоградской области // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2016. Т. 13. N 4. С. 113‐123. DOI: 10.21046/2070‐7401‐2016‐13‐20‐113‐123Rulev A.S., Kanishev S.N., Shinkarenko S.S. Analysis of NDVI seasonal dynamics of natural vegetation of Low Trans‐Volga in Volgograd Region. Current problems in remote sensing of the Earth from space, 2016, vol. 13, no. 4, pp. 113‐123. (In Russian) DOI: 10.21046/2070‐7401‐2016‐13‐20‐113‐123Швиденко А., Щепащенко Д., МакКаллум Я. СД‐РОМ «Леса и лесное хозяйство России». Лаксенбург, Австрия: Международный институт прикладного системного анализа и Российская Академия наук, 2007. URL: http://www.iiasa.ac.at/Research/FOR/forest_cdrom/index.html (дата обращения: 03.04.2019)Shvidenko A., Shchepashchenko D., MakKallum Ya. SD‐ROM «Lesa i lesnoe khozyaistvo Rossii» [SD‐ROM «Forests and Forestry in Russia»]. Laxenburg, 2007. (In Russian) Available at: http://www.iiasa.ac.at/Research/FOR/forest_cdrom/index.html (accessed 03.04.2019)Harris I., Jones P.D., Osborn T.J., Lister D.H. Updated high‐resolution grids of monthly climatic observations – the CRU TS3.10 Dataset // Int. J. Climatol. 2014. V. 34. Iss. 3. P. 623‐642. DOI: 10.1002/joc.3711Harris I., Jones P.D., Osborn T.J., Lister D.H. Updated high‐resolution grids of monthly climatic observations – the CRU TS3.10 Dataset. Int. J. Climatol., 2014, vol. 34, iss. 3, pp. 623‐642. DOI: 10.1002/joc.3711Власенко М.В., Кулик А.К. Современное состояние степной растительности Придонских песчаных массивов // Аграрная Россия. 2017. N 9. С. 22‐29.Vlasenko M.V., Kulik A.K. Modern State of the Steppe Vegetation of the Don Sand Massifs. Agrarnaya Rossiya [Agrarian Russia]. 2017, no. 9, pp. 22‐29. (In Russian)Вдовенко А.В. Специфика формирования лесопастбищных угодий, закустаренных лохом в районе Среднего Дона // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование. 2015. N 2 (38). С. 85‐90.Vdovenko A.V. The specifics of the formation of oleaster shrubs pastures in the area of the Middle Don. Izvestiya Nizhnevolzhskogo agrouniversitetskogo kompleksa: nauka i vysshee professional'noe obrazovanie [Proceedings of Nizhnevolzskiy Agrouniversity Complex: Science and Higher Vocational Education]. 2015, no. 2 (38), pp. 85‐90. (In Russian)Манаенков А.С., Жданов Ю.М., Вдовенко А.В. Реконструкция закустаренных пастбищ балочно‐речных долин // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование. 2016. N 4 (44). С. 70‐76.Manaenkov A.S., Zhdanov Yu.M., Vdovenko A.V. Reconstruction of shrub pastures of river‐valleys. Izvestiya Nizhnevolzhskogo agrouniversitetskogo kompleksa: nauka i vysshee professional'noe obrazovanie [Proceedings of Nizhnevolzskiy Agrouniversity Complex: Science and Higher Vocational Education]. 2016, no. 4 (44), pp. 70‐76. (In Russian)Шинкаренко С.С., Берденгалиева А.Н. Анализ многолетней динамики степных пожаров в Волгоградской области // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2019. Т. 16. N 2. С. 98‐110. DOI: 10.21046/2070‐7401‐2019‐16‐2‐98‐110Shinkarenko S.S., Berdengalieva A.N. Analysis of steppe fires long‐term dynamics in Volgograd Region. Current problems in remote sensing of the Earth from space, 2019, vol. 16, no. 2, pp. 98‐110. (In Russian) DOI: 10.21046/2070‐7401‐2019‐16‐2‐98‐110

The authors declare that there are no conflicts of interest present.