Predictive ecosystem mapping and spatial structure analysis for the Mountain Forest-Steppe of West Altai
Predictive ecosystem mapping is the basic tool for the conservation of biodiversity and its spatial structure analyses. This paper presents an ecosystem mapping approach that connected remote sensing data (SRTM, Landsat) and soil (at 92 points) and vegetation (at 64 points) description for the key site located at Tigirek nature reserve (West Altai). The linear discriminant analysis with stepwise selection of predictors (more than 60 morphometric parameters and spectral indices) is used to modeling of the vegetation and soil spatial structure. The topography classification is based on exposition and slope steepness. The ecosystem map is compiled through an overlay of soil, vegetation, and relief maps and contains 38 units. The altitude, slope, and reflection (Landsat 5, October 2011) are the main factors that determine the soil cover spatial structure; the user's accuracy of the model is 64 %. Greyzemic Chernozems (100 %), Gleyic Cambisols (92 %), and Rendzic Leptosols (89 %) have the best quality of discrimination. Altitude and 3 spectral parameters (wetness, brightness, EVI) determine the vegetation spatial structure; the user's accuracy of the model is 73 %. The dominance of mesophilic meadows and shrub communities, and also small-leaf and light coniferous forests reflects the regional features of Altai forest-steppe ecosystems. Shrub communities with Caragana arbo-rescens in combination with Gleyic Chernozems and Gleyic Cambisols on different slopes are predominant ecosystems in the key area. The area of meadows with Dactylis glomerata and Bromus squarrosus, formed mainly on Chernic Phaeozems and Gleyic Chernozems, Cambisols, Rendzic Leptosols, and Novic Retisols on uplands and slopes of different exposure, are the second and third on the key site. The analysis of components of ecosystems characterizes the limited opportunities of indication of soils by vegetation due to only a few vegetation communities have strong confinement to soils (the area of such vegetation is about 10 % of the key site).
Keywords
soils,
vegetation,
remote sensing,
discriminant analysis,
Tigirek reserveAuthors
| Smirnova Maria A. | M.V. Lomonosov Moscow State University; V.V. Dokuchaev Soil Science Institute | summerija@yandex.ru |
| Bocharnikov Maxim V. | M.V. Lomonosov Moscow State University | maxim-msu-bg@mail.ru |
Всего: 2
References
Алтайский край : атлас. М. ; Барнаул : ГУГК. 1978-1980
Аникеева И.А., Кадничанский С.А. Оценка фактической разрешающей способности аэрои космических фотоснимков по пограничной кривой // Геодезия и картография. 2017. Т. 78, № 6. С. 25-36. DOI: 10.22389/0016-7126-2017-924-6-25-36
Бочарников М.В., Смирнова М.А. Парцеллярная структура среднетаежных плакорных биогеоценозов юго-востока Устьянского плато // Вестник Московского университета. Сер. 5. География. 2019. № 3. С. 114-123
Бочарников М.В. Эколого-фитоценотическая структура лесного покрова северного макросклона Западного Саяна // Лесоведение. 2015. № 1. С. 10-19
Владыченский А.С. Особенности горного почвообразования. М. : Наука, 1998. 191 с
Давыдов Е.А., Бочкарёва Е.Н., Черных Д.В. Краткая характеристика природных условий Тигирекского заповедника // Труды Тигирекского заповедника. 2011. Вып. 4. С. 7-19
Карманов И.И. Почвы черноземной зоны засушливой, умеренно-засушливой и луговой степи предгорных равнин, предгорий и низкогорий Алтая // Почвы Алтайского края. М. : Изд-во АН СССР, 1959. С. 139-175
Киселев А.Н. Оценка и картографирование биологического разнообразия (на примере Приморья) // Геоботаническое картографирование. 2000. № 1998-2000. С. 3-15
Классификация и диагностика почв России. Смоленск : Ойкумена, 2004. 342 с
Ковалев Р.В., Хмелев В.А., Волковинцер В.И. Почвы Горно-Алтайской автономной области. Новосибирск : Наука, 1973. 357 с
Котова Т.В., Огуреева Г.Н. Биогеографические подходы в экологическом картографировании // Геоботаническое картографирование. 2007. № 2007. С. 23-31
Куминова А.В. Растительный покров Алтая. Новосибирск : Изд-во СО АН СССР, 1960. 450 с
Лащинский Н.Н. Растительность Салаирского кряжа. Новосибирск : Гео, 2009. 263 с
Лойко С.В., Герасько Л.И., Куликова О.Р. Сукцессии растительности на дерново-подзолистых почвах подтайги Томь-Яйского междуречья // Вестник Томского государственного университета. Биология. 2010. № 4 (12). С. 32-43
Модина Т.Д. Климаты Республики Алтай. Новосибирск : НИУ, 1997. 186 с
Нешатаев Ю.Н. Методы анализа геоботанических материалов. Л. : Изд-во ЛГУ, 1987. 192 с
Огуреева Г.Н. Ботаническая география Алтая. М. : Наука, 1980. 192 с
Петров Б.Ф. Почвы Алтае-Саянской области. М., 1952. 245 с. (Труды Почвенного института им. В.В. Докучаева; т. 2)
Поликарпов Н.П., Чебакова Н.М., Назимова Д.И. Климат и горные леса Южной Сибири. Новосибирск : Наука, Сиб. отд-ние, 1986. 225 с
Почвы Алтайского края. М. : Изд-во АН СССР, 1959. 382 с
Сорокина Н.П., Козлов Д.Н. Опыт цифрового картографирования структуры почвенного покрова // Почвоведение. 2009. № 2. С. 198-210
Сочава В.Б. Географические аспекты сибирской тайги. Новосибирск : Наука, Сиб. отд-ние, 1980. 256 с
Уиттекер Р. Сообщества и экосистемы. М. : Прогресс, 1980. 327 с
Федоткина Н.В., Папина О.Н., Собчак Р.О. Структура растительности Майминско-Катунского междуречья (Республика Алтай) // Вестник Томского государственного университета. Биология. 2009. № 1 (5). С. 14-26
Фридланд В.М. Структура почвенного покрова. М. : Мысль, 1972. 423 с
Хорошев А.В. Факторы саморазвития пространственной структуры таежного ландшафта // География и природные ресурсы. 2004. № 4. С. 5-12
Черных Д.В., Золотов Д.В. Ландшафтная структура Ханхаринского, Тигирекского участков и охранной зоны государственного природного заповедника «Тигирекский» // Известия Алтайского отделения Русского географического общества. 2015. № 2 (37). С. 16-28
Baig M.H.A., Lifu Z., Tong S., Qingxi T. Derivation of a tasselled cap transformation based on Landsat 8 at-satellite reflectance // Remote Sensing Letters. 2014. V. 5 (5). P. 423-431
Blasi C., Capotorti G., Alos Orti M.M., Anzellotti I., Attorre F., Azzella M.M., Carli E., Copiz R., Garfi V., Manes F., Marando F., Marchetti M., Mollo B., Zavattero L. Ecosystem mapping for the implementation of the European Biodiversity Strategy at the national level: The case of Italy // Environmental Science and Policy. 2017. V. 78. P. 173-184. DOI: 10.1016/j.envsci.2017.09.002
Broll G., Keplin B. Mountain ecosystems: studies in treeline ecology. Berlin ; Heidelberg : Springer, 2005. 354 p
Dufour A., Gadallah F., Wagner H.H., Guisan A., Buttler A. Plant species richness and environmental heterogeneity in a mountain landscape: Effects of variability and spatial configuration // Ecography. 2006. V. 29 (4). P. 573-584. DOI: 10.1111/j.0906-7590.2006.04605.x
Kauth R.J., Thomas G.S. The tasseled cap - A graphic description of the spectral-temporal development of agricultural crops as seen by Landsat // Proceedings of the Symposium on Machine Processing of Remotely Sensed Data, 1976. Purdue University, West Lafayette, Indiana. P. 41-51
Kerr J.T., Ostrovsky M. From space to species: Ecological applications for remote sensing // Trends Ecol. Evolut. 2003. V. 18. P. 299-305
Kuchler A.W. Problems in classifying and mapping vegetation for ecological regionalization // Ecology. 1973. V. 54. P. 512-523
Malavasi M. The map of biodiversity mapping // Biological Conservation. 2020. V. 252. Art. 108843. DOI: 10.1016/j.biocon.2020.108843
Olson D.M., Dinerstein E., Wikramanayake E.D., Burgess N.D., Powell G.V.N., Underwood E.C., D'Amico J.A., Itoua I., Strand H.E., Morrison J.C., Loucks C.J., Allnutt T.F., Ricketts T.H., Kura Y., Lamoreux J.F., Wettengel W.W., Hedao P., Kassem K.R. Terrestrial ecoregions of the world: a new map of life on Earth // Bioscience. 2001. V. 51 (11). P. 933-938
Reddy C.S., Jha C.S., Diwakar P.G., Dadhwal V.K. Nationwide classification of forest types of India using remote sensing and GIS // Environmental Monitoring and Assessment. 2015. V. 187 (777). DOI: 10.1007/s10661-015-4990-8
Rocchini D., Foody G.M., Nagendra H., Ricotta C., Anand M., He K.S., Amici V., Kleinschmit B., Forster M., Schmidtlein S., Feilhauer H., Ghisla A., Metz M., Neteler M. Uncertainty in ecosystem mapping by remote sensing // Computers and Geosciences. 2013. V. 50. P. 128-135. DOI: 10.1016/j.cageo.2012.05.022
Searle R., McBratney A., Grundy M., Kidd D., Malone B., ..., Ringrose-Voase A., Padarian J., Payne J., Orton T., Odgers N., O'Brien L., Minasny B., McLean Bennett J., Liddicoat C., Jones E., Holmes K., Harms B., Gray J., Bui E., Andrews K. Digital soil mapping and assessment for Australia and beyond: A propitious future // Geoderma Regional. 2021. V. 24. DOI: 10.1016/j.geodrs.2021.e00359
Vanselow K.A., Samimi C. Predictive mapping of dwarf shrub vegetation in an arid high mountain ecosystem using remote sensing and random forests // Remote Sensing. 2014. V. 6. P. 6709-6726. DOI: 10.3390/rs6076709
