В Евразийском национальном университете имени Л.Н. Гумилева состоится защита диссертации на соискание степени доктора философии (PhD) Махановой Нурсауле Бауржановны на тему «Комплексная оценка лесопокрытых ландшафтов Северо-Казахской равнины с применением геоинформационных систем» по образовательной программе «8D05211 – Поисковая география и геоинформационные системы».
Диссертация выполнена на кафедре «Кафедра Физической и экономической географии» Евразийского национального университета имени Л.Н. Гумилева.
Язык защиты - казахский
Официальные рецензенты:
Қарағұлова Роза Құрманәліқызы – кандидат географических наук, заведующий лабораторией географических информационных систем АО «Институт географии и водной безопасности», специальность: 25.00.25 – «Геоморфология и эволюционная география» (г. Алматы, Республика Казахстан);
Лайсханов Шахислам Узакбаевич – PhD, и.о. ассоциированного профессора кафедры «Географии и экологии» КазНПУ имени Абая, специальность: 6D060900-«География» (г. Алматы, Республика Казахстан).
Временные члены Диссертационного совета:
Егембердиева Камшат Баратовна – кандидат географических наук, руководитель лаборатории «Геотуризм и геоморфология», АО «Институт географии и водной безопасности», специальность: 25.00.23 – «Физическая география и биогеография, география почв и геохимия ландшафтов» (г. Алматы, Республика Казахстан);
Курепина Надежда Юрьевна – кандидат географических наук, старший научный сотрудник, Институт водных и экологических проблем Сибирского отделения Российской академии наук, специальность: 25.00.33 – «Картография» (г. Барнаул, Российская Федерация);
Казангапова Нургуль Буркитбаевна – кандидат географических наук, и.о. ассоциированного профессора кафедры лесных ресурсов и лесного хозяйства, НАО «Казахский агротехнический исследовательский университет им. С.Сейфуллина», специальность: 25.00.27 - «Гидрология суши, водные ресурсы, гидрохимия» (г. Астана, Республика Казахстан).
Научные консультанты:
Берденов Жарас Галимжанович – PhD, и.о. профессора, декан факультета естественных наук, НАО «ЕНУ имени Л.Н. Гумилева», специальность: 6D06900 – «География» (г. Астана, Республика Казахстан);
Ян А. Вендт – доктор географических наук, профессор, Гданьский университет, факультет океанографии и географии, институт географии, кафедра развития региональной географии специальность: «География» (г. Гданьск, Республика Польша).
Защита состоится: 31 января 2025 года 11:00 часов в Диссертационном совете по направлению подготовки кадров «8D052 – Окружающая среда» по специальности «8D05211 – Поисковая география и геоинформационные системы» Евразийского национального университета имени Л.Н. Гумилева. Проведение заседания диссертационного совета в смешанном (онлайн и офлайн) формате.
Адрес: г. Астана, ул. Кажымукана, 13, учебный корпус №3, зал заседаний (ауд. №333).
Аннотация (рус.): Актуальность темы исследования. Большинству из нас известно, что хотя территория Республики Казахстан занимает 9 место в мире и богата земельными ресурсами, она входит в число стран с очень небольшими запасами лесов, в том числе лесных угодий. Именно по этой причине лесная политика в стране стала важной целью; утверждаются различные стратегии и Указы, Концепции и прочие проекты, а также запланированные мероприятия. Одно из них – в Постановлениях Республики Казахстан 2012 и 2013 гг. «Стратегия-2050» и в Концепции Республики Казахстан о переходе к «зеленой экономике» и послании главы государства Касым-Жомарта Кемелевича Токаева народу Казахстана 1 сентября 2020 года в целях масштабного озеленения страны поручено в течение 5 лет посадить 2 миллиарда деревьев в лесном фонде и 15 миллионов деревьев в населенных пунктах. В Республике Казахстан природопользование зачастую организуется без должной комплексной оценки ландшафтов, особенно тех, которые выделяются лесными ландшафтами. Комплексная оценка лесопокровных ландшафтов необходима государственным и частным организациям, местным жителям в природоохранных, научных, коммерческих и рекреационно-оздоровительных целях. В существующих процессах при осуществлении такой деятельности субъектов природопользования возникают различные ошибки. Эта деятельность негативно влияет на ландшафт или его компоненты. В современном мире, когда потенциал природных территорий будет исчерпан, актуальными становятся проблемы устойчивого развития, не позволяющие стихийной организации природопользования. Комплексная оценка лесопокрытых ландшафтов является основой устойчивого развития крупных освоенных регионов Северо-Казахской равнины (СКР). В настоящее время комплексная оценка ландшафтов является очень сложной, но возможной и необходимой мерой в условиях переходной экономики Казахстана. Поэтому тема исследования актуальна с теоретической и практической точки зрения. Цель исследования – провести комплексную оценку лесопокрытых ландшафтов на территории СКР с использованием ГИС-технологий и передовых методов дистанционного зондирования земли (ДЗЗ). Для достижения поставленной цели были поставлены и реализованы следующие взаимосвязанные задачи: 1. Определение теоретико-методологических основ методов исследования лесных ландшафтов в результате ретроспективного анализа. Сюда входит анализ теоретического содержания ландшафтных методов изучения леса как природной геосистемы и мирового опыта использования Методов дистанционного зондирования земли при оценке лесов. 2. Определить эффективность использования ГИС-технологий и передовых методов ДЗЗ при изучении лесных ландшафтов в лесном хозяйстве и показать их значение в повышении качества и адекватности лесомелиоративных карт. 3. Выяснение антропогенных предпосылок формирования современных ландшафтов на территории исследований. 4. Определить виды комплексной оценки лесопокрытых ландшафтов Северо-Казахской равнины и определить содержательный характер оценки на основе модели FCD. 5. Разработать предложения по улучшению состояния лесопокрытых ландшафтов. Объект исследования – лесные ландшафты Северо-Казахской равнины. Предметом исследования является комплексная оценка состояния лесных ландшафтов Северо-Казахской равнины и их динамики под воздействием современных природных и антропогенных факторов. Принципы, вынесенные на защиту: 1. ГИС-технологии и ДЗЗ подтверждают использование передовых методов интегрированной обработки картографических и аэрокосмических данных, математического моделирования и компьютерного картографирования в комплексных географических исследованиях лесных ландшафтов, что выступает эффективным инструментом для повышения качества и адекватности управления лесным хозяйством и улучшения лесомелиоративных карт. 2. Использование метода модели FCD в геоинформационных системах и моделирование динамики лесопокрытых ландшафтов основываются на сезонных полевых исследованиях ключевых участков региона. 3. Система природных абиотических и антропогенных: социальных, экономических, экологических предпосылок, которые вносят основной вклад в процесс формирования функций ландшафтов на исследуемой территории всесторонне рассмотрена и включает в себя исследования географического характера. 4. Процесс бальнеологической оценки структуры лесных и лесопокрытых ландшафтов Северо-Казахской равнины, динамики лесных площадей и стерильности ландшафтов основан на модели FCD и подтверждается группой карт, составленных автором в различных масштабах. 5. В результате исследования были методически и научно-практически обоснованы, и разработаны прикладные, комплексные и последовательные рекомендации, направленные на улучшение состояния лесопокрытых ландшафтов, а также их эффективное использование в рекреационных, бальнеологических и хозяйственных целях. Научная новизна диссертации проявилась в следующих выводах: При исследовании лесных ландшафтов была выявлена эффективность использования ГИС-технологий и ДЗЗ для интегрированной обработки передовых картографических и аэрокосмических данных, методов математического моделирования и компьютерного картографирования в управлении лесным хозяйством, а также показана их значимость в повышении качества и адекватности лесомелиоративных карт. Выявлена содержательная характеристика абиотических и антропогенных факторов, социально-демографических условий расселения, экономико-промышленного развития и экологических предпосылок, связанных с загрязнением воздуха, в формировании функций современных ландшафтов исследуемого региона. На основе модели FCD при комплексной оценке лесопокрытых ландшафтов Северо-Казахской равнины выявлено содержание видов бальнеологической оценки структуры лесов и лесопокрытых ландшафтов, динамики лесных площадей и стерильности ландшафтов; были составлены авторские карты в разных масштабах, включая: деление лесопокрытых ландшафтов СКР по породам древесины, сравнительную характеристику лесопокрытых ландшафтов Есильской равнины, сравнительные лесные ландшафты Есиль-Иртысской равнины и сравнительный анализ лесопокрытых ландшафтов Тобыл-Обаганской равнины. Теоретическая значимость выполненной диссертационной работы заключается в разработке новых научно обоснованных данных по географическому описанию и комплексной оценке природных лесных ландшафтов на территории СКР. Кроме того, научные исследования автора могут служить основой и вспомогательным материалом для дальнейшего развития ландшафтной методики оценки лесов в теоретическом и практическом плане. Научно-практическая значимость выполненного диссертационного исследования состоит в научно обоснованных рекомендациях по совершенствованию систем мониторинга и использования ресурсного потенциала лесных ландшафтов СКР. Практическое применение полученного опыта картографирования лесных массивов подтверждено актами внедрения на факультете «Лесное хозяйство, дикая природа и окружающая среда» Казахского национального аграрного исследовательского университета – (КазНАИУ, Астана). Полученные научно-теоретические результаты и опыт в области методов ДЗЗ могут быть использованы для внедрения практических занятий и семинаров по географическим предметам. Методы исследования, использованные в ходе работы включают: сравнительно-характеристический метод, ретроспективный анализ, общетеоретические методы, методы полевых исследований, картографическая модель FCD для расчета лесного покрова и определения его динамики, статистический метод, графические методы, метод систематизации геоинформации и обработки геоданных (инструменты и скрипты ArcGIS Desktop 10.5), метод ДЗЗ. В качестве исходных материалов были использованы: научная литература; обзор материалов научной периодики отечественных и зарубежных изданий; топографические карты масштаба 1:100 000 и государственные геологические карты четвертичных отложений исследуемой территории масштаба 1:200 000; тематические карты (геоморфологические, ландшафтные, почвенные, карты растительности и другие); мультиспектральные космические снимки разного времени спутников Landsat 4-5 Thematic Mapper (tm) и Landsat 8 Operational Land Imager (OLI), а также мультиспектральные космические снимки SRTM, полученные с веб-сайта Геологической службы США (United States Geological Survey, USGS); данные экспериментальных исследований, связанных с активностью лесных фитонцидов. Собственный вклад автора в научные исследования. Для выполнения диссертационной работы автор совместно с научным руководителем проводили выезды на исследуемую местность и собирали первичную данные и исследовательские материалы, а также определяли алгоритм комплексной оценки лесных ландшафтов СКР. Количественная оценка и вербальная оценка, указанные в бальной системе, основаны на методах оценки изучаемого объекта, сочетающих в себе количественные и качественные показатели. Оценка и сравнение лесистости проводились по методологии картографической модели FCD, специально адаптированной к лесостепным и степным природным территориям СКР. Количественные показатели выражались в процентном соотношении площади ландшафта к площади его лесов, а качественным показателем являлась градация лесистости на разреженный и густой лес по модели FCD. Впервые за последние 28 лет автор оценила динамику облесения лесных ландшафтов СКР и создала сравнительные карты и динамические карты. В устной форме оценивался характер и направленность этой динамики. Группы лесных ландшафтов были разделены и систематизированы по доминирующим типам произрастания деревьев и формам ареала их распространения. С помощью лабораторных исследований оценена фитонцидная активность сосняков ленточных и создана карта полуфитонцидной активности. В ходе почвенных исследований и изучения четвертичных отложений определены оптимальные закономерности роста лесов, составлен профиль отложений с таблицей распределения показателей FCD. Разработаны предложения по улучшению состояния лесных ландшафтов на территории СКР. Публикация результатов исследования. Результаты, полученные в диссертации, опубликованы в 9 научных изданиях, в том числе 5 - журналах, рекомендованных Комитетом по контролю в сфере образования и науки МОН РК, 1 - журнале, включенном в базу данных Scopus, 3 - сборниках международных научно-практических конференций. Структура диссертационной работы. Работа состоит из введения, основной части, состоящей из 4 глав, заключения, списка использованной литературы, дополнительных частей. Объем диссертационного исследования составляет 41 таблица, 50 рисунков, 183 страницы текста, набранного на компьютере. В первой главе диссертации рассмотрено теоретическое содержание ландшафтных методов изучения леса как естественной геосистемы, мировой опыт использования методов Дистанционного зондирования земли при оценке лесов, эффективность использования ГИС-технологий в лесном хозяйстве при изучении лесных ландшафтов. Определено положение и иерархическая подчиненность ландшафтов Северо-Казахской равнины в эпигеосфере Земли. Во второй главе рассмотрена история изучения лесных ландшафтов, природные и антропогенные факторы Северо-Казахской равнины. Определено географическое положение исследуемой территории в пределах Западно-Сибирской равнины. Проанализирован генезис лесообразования на Северо-Казахской равнине. В третьей главе анализируются результаты прикладных экспериментальных методов исследования, применяемых при изучении лесопокрытых ландшафтов. Исследование разделено на 3 основных этапа. - Подготовительный период. На основе топографо-геологических карт и космических снимков проведено ознакомление с исследуемой территорией и пространственный анализ. Определены маршруты полевых дорог. Была проведена выборка мультиспектральных спутниковых изображений со спутника Landsat, на основе которых были закодированы лесные массивы с использованием картографической модели плотности лесного покрова (FCD). - В полевой период собран материал для лабораторных методов изучения почвенного покрова и фитонцидной активности деревьев, обследования территории и проверки результатов картографической модели FCD. - Офисный метод. На основании полученных данных и результатов произведен расчет лесного покрова и активности фитонцидов. Определены характер и направление динамики леса. Описаны особенности и геология почвенного покрова четвертичных отложений. Составлены сравнительные карты лесистости лесных ландшафтов и их динамики за период 1993-2021 гг. Профили четвертичных отложений построены с использованием значений FCD. В четвертой главе рассмотрены виды комплексной оценки лесных ландшафтов Северо-Казахской равнины и представлены итоговые результаты оценки в виде рисунков и таблиц. Оценена структуры леса и лесопокрытых ландшафтов на основе модели FCD. В заключительной части представлены практические рекомендации по улучшению состояния лесных ландшафтов и дальнейшие направления научных исследований. Выводы диссертационной работы: 1. Из общего числа ландшафтов на территории СКР выделено 27 типов лесных ландшафтов: 12 – в Есильской, 8 – в Иртыш-Кулундинской, 2 – в Есиль-Иртышской и 5 – в Тобыл-Обаганской равнинах. 2. Углубленное исследование динамических показателей модели FCD позволяет автору отметить наличие четкого зонирования и сектора СКР для организации структуры лесных ландшафтов. Зональная характеристика лесов северной части равнины включает березняки широколиственные; южные окраины равнины окаймлены небольшими казахскими холмами, а в верхней восточной части равнины – реликтовые сосновые леса. Пойменные леса 3-х главных рек СКР, таких как Тобол, Есиль и Иртыш, представляют собой интразональные геосистемы. Отраслевая характеристика представлена в 4 отдельных геоморфологических районах СКР (табл. 32, 33, 34). 3. В ходе комплексной оценки было установлено требование выбора соответствующей методики. Выбор параметров основан на основных характеристиках лесных массивов, в частности, общей лесистости, структуре леса, типологии стволов, степени динамики лесистости и фитонцидной активности. 4. По состоянию на 1993 год результаты подсчета общей облесенности территории по методике FCD составили 12,88% и соответствуют статистическим данным лесного учреждения, однако результаты переписи за 2021 год отличаются от статистических данных. За 28 лет лесистость ландшафтов снизилась на 3,16%, в 2021 году она составила 9,73%. Эти показатели отличались по статистике официального Комитета лесного хозяйства и дикой природы. Лесная площадь Северо-Казахской равнины в 1993 году составляла 1385,9 га (13,5%), в 2013 году – 1396,5 га (13,7%), а в 2021 году – 1492 га (14,8%). Согласно статистическим данным, за 28 лет площадь лесных земель увеличилась на 1,3% (табл. 32, 33, 34). Причины такого увеличения заключаются в следующем: статистическая информация предоставляется на уровне региона, что приводит к учёту площади, превышающей фактическую для Северо-Казахской равнины; отсутствуют статистические данные по ландшафтам отдельных равнин; имеется расхождение между результатами расчётов общей лесистости территории по методологии FCD и официальными статистическими данными. 5. В результате дешифрирования 23 мультиспектральных космических снимков спутника Landsat были созданы детализированные карты плотности и редкости лесного покрова, а также карты динамики лесистости в соответствии с картографической моделью FCD. Полученные данные дешифрирования были подтверждены с точностью 87% методом рекогносцировки рельефа в ходе полевых исследований. Были разработаны сравнительные карты лесных ландшафтов Северо-Казахской равнины по регионам Есиля, Иртыша, междуречья Есиля и Иртыша, а также Тобыл-Обаганской равнины (рис. 29, 30, 31, 32) в масштабе 1:3 000 000. 6. При применении метода ландшафтного профилирования наблюдается корреляция распределения значений FCD с четвертичными эоловыми отложениями и геохимическими свойствами почвенного покрова. Березовые колки на левобережье реки Есиль в основном расположены на осушенных, несолончаковых почвах, которые граничат с эолово-волнистым рельефом. Ленточные сосновые леса в районе Иртыша относятся к древним аллювиальным руслам рек, покрытым слоями эоловых песков с высоким содержанием калия. Островные сосновые леса Тобыл-Обаганской равнины также приурочены к подобным отложениям и расположены на светло-серых почвах с немного повышенной степенью засоления. 7. Отрицательная динамика лесистости сосновых лесов СКР имеет природный эволюционный характер. С помощью исторического метода сравнений можно заметить процесс опустынивания в лесах Казанбасы (рисунок 38, раздел 4, подпункт 4.2). При анализе старых геологических карт и их пояснительных записок было установлено, что южная граница Аманкарагайского соснового леса продолжалась на 2 км южнее нынешнего населенного пункта. Однако леса Кояндыагаш в этих картах отсутствуют, и, оставшись без внимания, площадь лесных угодий ежегодно сокращается (52°22'09" с.ш., 64°01'57" в.д.). На основе результатов исследовательской работы предлагаются следующие рекомендации. Необходимость совершенствования аспектов утверждения методики оценки лесных ландшафтов в уполномоченных организациях рассматривается как исходный материал для разработки различных планов, и вносятся предложения по улучшению состояния лесных ландшафтов: 1. При посадке деревьев с учетом гидрохимического режима почвы и подземных вод предлагаются рекомендации по совершенствованию государственной программы озеленения городов. 2. С целью улучшения метаболической активности корней деревьев предлагается увеличивать аэрацию почвы путем применения мер по осушению и рыхлению почвы. Также для улучшения подземных вод рекомендуется изучать их гидрохимический режим и бороться с хлоридизацией при посадке деревьев. Содержание хлоридов в подземных водах не оказывает положительного влияния на рост древесных видов. 3. При разработке системы государственного учета лесов предлагается привлекать квалифицированных специалистов для координации действий всех организаций, учитывающих вопросы географической точности картирования лесных массивов. 4. В условиях сухих степных и полупустынных природных зон Казахстана предложено внедрение научных исследований и разработок селекционеров по выращиванию засухоустойчивых видов деревьев, адаптированных к росту в таких условиях, а также в солончаковых почвах в лесах Казанбасы и Аманкарагай (ландшафты №17 и №18). По сравнению с семенами сосны, растущими в европейской части Евразии, семена сосны в этих двух лесных ландшафтах имеют более высокую массу. Научный потенциал таких видов деревьев высоко оценивается и основывается на анализе почвенного покрова и геологии четвертичных отложений. Выращивание таких деревьев в аналогичных географических условиях представляет собой важную научную перспективу для решения проблемы опустынивания. 5. Учитывая, что сосна является древесным видом, очень чувствительным к солнечному свету, в Иртыш-Кулундинской равнине плотность расположения полос сосны близка, и перекрытие их верхушек препятствует попаданию солнечных лучей, что приводит к плохому росту сосен. Для решения этой проблемы предлагается проводить короткосрочную вырубку для формирования стандартных расстояний между деревьями. При этом для вырубки следует выбирать сосновые массивы с низким темпом роста, в соответствии с градацией и категориями лесистости ландшафтов (ОFCD). 6. Через внедрение туристических маршрутов предлагается использование сосновых боров на основе высокой фитонцидной активности для рекреационных, бальнеологических и хозяйственных целей. Таким образом, комплексная оценка лесных ландшафтов основывается на всестороннем анализе биофизических параметров деревьев, что позволяет охватить все характеристики лесных экосистем и определить их динамическую природу и направление. Комплексная оценка включает как качественные, так и количественные характеристики. В количественной оценке единицы измерения представлены широко и понятно, основываясь на статистических данных, материалах отчетов или авторских расчетах. В качественной оценке ландшафтов отсутствуют постоянные единицы измерения. Во многих литературных источниках и научных работах оценка не отличается высокой объективностью и представлена в виде устных (концептуальных) оценок. Более полную оценку можно получить эмпирически посредством детального исследования в институтах или специальных группах. Результаты оценочной работы согласно разработанной методике учитывают комплексные размеры ландшафтов как геосистем с учетом их места в отношениях человека и природы.
Отзыв зарубежного консультанта
Заключение комиссии по этической оценке исследований
Решение диссертационного совета
Защита диссертации: https://youtu.be/alr1atJXRrY?si=VstLe0aqdt-_ryWz
