Статья: Интегрированный подход к оценке и мониторингу состояния лесов в засушливых регионах Судана

Рис. 1. Территория исследования, лес Вад эль-Башир, юго-запад штата Гедареф в Судане.

Методы исследования. Мы использовали 3 метода для оценки и мониторинга лесов в рамках одной крупной, единообразной и комплексной системы оценки, охватывающей и экологические, и социальные аспекты. Она состоит из трех взаимодополняющих методов оценки лесов: наземных исследований, геопространственных исследований и социальных исследований. лес экология судан деградация

Наземные исследования и оценка. Данный подход в основном предназначен для оценки параметров биофизического состояния леса. Утверждается, что он меняется в зависимости от типов и состояния исследуемого леса (Roy et al., 2002), однако многие виды лесов, такие как засушливые леса Судана, изучены недостаточно. Для подготовки и проектирования пробных гео-площадок использовалось программное обеспечение Map-Source, версия 6.11.5 (Garmin Ltd., Ленекса, Канзас, США) и Arc-Map 10.5 (ESRI, Редлендс, Калифорния, США), после чего участки были посещены непосредственно исследователями. Спроектированные площади имеют круглую (радиус 100 м) форму, как показано на рисунке 2.

Рис. 2. Система круглых пробных площадок в лесу Вад эль-Башир.

На каждой пробной площадке были учтены типы угроз: вредители, болезни или их симптомы, наличие вырубки, наличие пожаров, наличие выпаса скота, сельскохозяйственная деятельность, наличие шурфов, воздействие ветра, - а также виды деревьев, с и без повреждений, их восстановление, доминирующие виды. Этот метод позволил точно оценить и отобразить текущее состояние леса с 11 по 17 декабря 2017 года, включая присутствующие в нем абиотические и биотические нарушения. Перед проведением анализа собранные путем наземных исследований данные были классифицированы. Угрозы лесам и деревьям отнесены в одну категорию, поскольку влияют на их продуктивность; восстановление и видовое разнообразие - в другую.

Следовательно, факторы, которые ухудшили состояние леса или его деревьев, были закодированы и получили соответствующие оценки от 0 до 10, где 0 свидетельствует об отсутствии угрозы, 5 - о незначительном ее появлении, а 10 - о сильном воздействии и наличии такого фактора (табл.). Впоследствии наличие и серьезность угроз были географически привязаны к месту и отображены на картах.

Социально-экономическое исследование. Второй подход в нашем исследовании по оценке и мониторингу лесных ресурсов засушливых районов был сосредоточен на людях, зависящих от лесных ресурсов и живущих поблизости от лесов, играющих для них жизненно важную роль. Мы использовали метод социального опроса, с помощью которого провели интервью с 61 респондентом и 5 ключевыми информантами. Данные затем собрали и сделали целенаправленную выборку из лидеров общин, кочевников, фермеров, а также работников лесных хозяйств в качестве ключевых информаторов. Разработанный структурированный вопросник был случайным образом использован для сбора данных среди обычных семей, что помогло нам изучить историю леса Вад аль-Башир с точки зрения его прошлого и нынешнего видового разнообразия, ухудшения или улучшения его состояния, прямых и косвенных причин его обезлесения или деградации, с акцентом на доминирующие причины. В анкете обсуждались не только широко распространенные вредители, но и наиболее эффективные меры для их выведения.

Анализ такого рода данных требует предварительной обработки, после чего они были проанализированы с использованием статистического пакета для социальных наук (Statistical Package for Social Sciences, версия 25, IBM, Армонк, Нью-Йорк, США) и Microsoft Excel (версия 2016 года - Microsoft, Редмонд, Вашингтон, США). Описательная статистика использовалась для демографических характеристик респондентов, а также для их распределения по различным категориям и комбинациям: тип землепользования, источник дохода, землевладение, получение материальных и нематериальных благ леса, источник используемой энергии и строительных материалов, вымершие виды деревьев, состояние леса, причины обезлесения или деградации. Для каждой категории были подсчитаны частота встречаемости и процентное соотношение.

Таблица. Угрозы лесу и деревьям, их коды и показатели.

Геопространственные методы оценки наземного покрова/типа землепользования. Третий метод использует данные дистанционного зондирования, с помощью которых можно отслеживать геопространственные изменения наземного покрова и типов землепользования на нужной территории. Для этого мы воспользовались снимками Landsat, которые были бесплатно загружены с веб-сайта Геологической службы США (United State Geological Survey), колонка 172, ряд 51, пространственное разрешение - 30 м. Спутниковые изображения из Landsat 5 (TM), Landsat 7 (ETM) и Landsat 8 (OLI_TIRS), на которых отсутствовали облака, были загружены для 1988, 2008 и 2018 гг., т.к. десятилетия считаются более репрезентативными для исследования недавних исторических изменений и потенциально более подходящими из-за наличия дополнительных данных за недавний период времени.

Вышеупомянутые снимки были предварительно откалиброваны. Для идентификации классов были проведены геометрическая и атмосферная коррекция, наложение слоев, контрастное растяжение и формирование цветового композита. Для определения классов территории были изучены методы слияния изображений Landsat TM, NDVI для изображений TM, ETM и OLI-TIRS. Классификация по методу максимального подобия (MLC) использовалась для классификации типов землепользования и наземного покрова (LULC) на основе данных спутниковых снимков за 1988, 2008 и 2018 гг. MLC считается наиболее широко используемым алгоритмом параметрической классификации и классификацией LULC (Salih et al., 2017). Этот процесс учитывает спектральные характеристики спутниковых изображений и данные о типах землепользования и наземного покрова изучаемой области, где для определения наземных точек каждого класса использовалось GPS. Большое внимание было направлено на разработку сигнатур из обучающих выборок и спектральной разделимости соответствующих классов. Соответственно, 3 классифицированные категории - это густые леса, сельскохозяйственные угодья и бесплодные земли.

Результаты и обсуждение

Текущее биофизическое состояние леса Вад аль-Башир и его древостоя. Основополагающим компонентом любой лесной территории являются деревья (Chazdon et al., 2016; Global Forest Resources, 2010; The State of World's Forest ..., 2018b). Район нашего исследования, как показано на рисунке 3, особенно богат видами деревьев, которые распространены в лесной зоне. Высокий уровень обилия и частоты встречаемости видов на пробных площадках оценивается следующим образом: Vachellia seyal (Delile) P.J.H.Hurter - доминирующая порода, затем идут Acacia Senegal (L.) Willd., 1806, Acacia mellifera (M. Vahl) Benth. и наименее распространенный Balanites aegyptiaca (L.) Delile, 1812 (рис. 3). По данными M.N. Harrison с J.K. Jackson (1958), известно, что перечисленные виды наиболее приспособлены к условиям данной местности.

Рис. 3. Распределение доминантных древесных видов в лесу Вад эль-Башир.

Однако такое низкое богатство и дефицит видов указывают на необходимость создания будущих стратегий развития и управления лесами, которые в том числе включают мероприятия по проведению облесения (Gafaar, 2011; Harrison, Jackson, 1958). С другой стороны, угрозы и нарушения леса, а также их масштабы продемонстрированы на круговой диаграмме для каждой контрольной площадки нашей выборки (рис. 4). Мы считаем, что географическая привязка каждой угрозы или фактора беспокойства непосредственно к месту, где они были обнаружены, упрощает доступность управления пострадавшими частями леса в любой необходимый момент. Мы предлагаем использовать эти площадки в качестве постоянных для проведения любых мероприятий по управлению, охране и сохранению лесов, а также для дальнейших исследований и мониторинга в ближайшие годы. Таким образом, систематическая оценка и мониторинг состояния лесов могут сильно помочь долгосрочному планированию, количественной и качественной оценке последствий нарушений в лесах, а также устранению неточностей в исследованиях (Siddig, 2019; Hasoba et al., 2020). Однако такой метод мониторинга, несмотря на его важность для управления, сохранения и развития лесов, зачастую игнорируется в лесистых территориях Судана. А во многих случаях отсутствует даже основная информация о площади и типе уже существующих лесов.

Рис. 4. Распределение нарушений и угроз для деревьев в лесу Вад эль-Башир.

Более того, угрозы для лесов и факторы беспокойства считаются естественной и неотъемлемой частью существования лесных экосистем (Curtis et al., 2018; Tegegne et al., 2016). Однако когда они превышают свой привычный диапазон, их воздействие на лесные экосистемы может чрезвычайно сильно сказаться на всем ландшафте в целом, что приведет к масштабной гибели деревьев и полному уничтожению подлеска (Beverly et al., 2011). Таким образом, наземное обследование территории выявило множество нарушений и угроз, которые ухудшали состояние древостоя. С одной стороны, на этот лес оказала огромное влияние человеческая деятельность, серьезный ущерб от которой показан на рисунке 4.

Например, незаконная вырубка деревьев (IC), необходимая для удовлетворения бытовых нужд, шла по всей территории леса; за ней последовали сельскохозяйственная деятельность (АА) и неконтролируемый выпас (GA).

Невозможность использовать землю под разведение сельхозкультур, устойчивый рост населения наряду с его спросом на дары леса и источники энергии считаются движущей силой продолжающегося сокращения лесного покрова. С другой стороны, воздействие вредителей, болезней, лиан и инвазивных видов оказалось достаточно умеренным и не сыграло заметной роли в деградации лесов. Равно как и влияние абиотических нарушений, например, ветра, не стало серьезным и повлияло только на старые деревья, что может быть связано с приспособляемостью местных деревьев к столь суровым условиям и окружающей среде (Harrison, Jackson, 1958). В заключение следует отметить, что, несмотря на суровость условий, которым подвержена эта территория, именно местные сообщества людей, зависящие от леса, оказывают на него основное влияние.

Состояние лесов и социально-экономическая деятельность зависящих от леса людей. Жители данного района в основном были земледельцами, скотоводами и собирателями даров леса. Таким образом, их средства к существованию в значительной степени зависят от лесных ресурсов, а потому управление лесным хозяйством должно отвечать их многочисленным и разнообразным потребностям. А значит, учет деятельности и потребностей людей, живущих в лесах и от них зависящих, является важным шагом на пути к устойчивому управлению лесными ресурсами (Ahmed, 2010; Biswas, Choudhury, 2014; Kobbail, Elfeel, 2012; Udeagha et al., 2016). Результаты социальноэкономического исследования подтвердили факт деградации лесов. Например, в последнее время лес Вад эль-Башир пострадал от серьезного обезлесения и деградации, вызванных многочисленной социальной и экономической деятельностью. В связи с этим обширные площади были вырублены и превращены в фермы ради их плодородных почв. Другие факторы, такие как заготовка леса на растопку и строительные материалы, также влияют на деградацию лесов. Дрова и древесный уголь составляют 56.5% от всех источников энергии, которыми пользуются жители в районе исследования, и в основном добываются именно из Вад эль-Башира (рис. 5).

Рис. 5. Процентное соотношение информации от респондентов и различного использования ими лесных угодий - а), их источников энергии - б), их рабочих мест - в), различных причин деградации лесов - г).

К тому же из-за нехватки угодий для ведения сельского хозяйства большинство фермеров переселяется в леса, и, как показал опрос, 60% респондентов признались в использовании лесных ресурсов. Кроме того, в сезон дождей стада домашнего скота остаются без пастбищ, т.к. все возможные пастбищные пути заняты сельскохозяйственными пашнями. А потому, эти животные, особенно козы и верблюды, вынуждены добывать пищу в лесу, что также делает их зависимыми от него.

Более того, местные органы управления лесным хозяйством прибегли к системе Таунгья (Taungya), при которой жители получают право выращивать сельскохозяйственные культуры на ранних этапах создания лесных насаждений, чтобы восстановить деградированные и вырубленные участки леса, что, безусловно, очень вдохновляет. Однако при этом система положила начало многим проблемам, из-за которых сельхозугодья на долгие годы лишаются деревьев. Ее можно было бы воплотить в жизнь гораздо эффективнее, если бы лесное законодательство и соответствующие штрафы применялись более тщательно. В целом жители, зависящие от лесных территорий, воздействуют на лес как положительно, так и отрицательно.

Временное состояние лесного покрова, его изменения и тенденции. Как неоднократно сообщалось, изменения в землепользовании/наземном покрове могут произойти в любой момент из- за множества факторов, таких как вырубка лесов, наводнения, эрозия почвы, незапланированное расширение городов и сельскохозяйственных угодий (Arfat, 2010; Aronoff, 2005; Joshi et al., 2015).

Тем не менее, различные экологические, политические, демографические и социальноэкономические условия играют основополагающую роль в таких изменениях (Gadallah, 2018; Glover, 2005; Hlanganayi, 2013; Hosonuma et al., 2012). Эти условия часто различаются в зависимости от места и оказывают прямое и постоянное влияние на землепользование/наземный покров (Gadallah et al., 2019). В нашем исследовании показано, что за период работы (1988-2018 гг.) землепользование/наземный покров претерпели значительные изменения из-за человеческого фактора и иных факторов, связанных с окружающей средой (рис. 6).

Рис. 6. Классы землепользования и наземного покрова (LULC) для леса Вад эль-Башир в 1988, 2008 и 2018 гг.

По сравнению с 1988 годом, когда площадь леса составляла 63.8%, и с 2018 годом, когда она равнялась 58%, в 2008 году площадь заметно увеличилась - 72.2%. Средние годовые потери лесного покрова за означенный период составили 0.87%. Соответственно, в 2018 году площади сельскохозяйственных угодий были более обширны (38%), чем в 1988 и 2008 гг. - 25.9% и 6.1% соответственно. Эти данные позволят нам прогнозировать и моделировать тенденции любых последующих изменений.