RAS PresidiumИсследование Земли из космоса Earth Research from Space

  • ISSN (Print) 0205-9614
  • ISSN (Online) 3034-5405

Seasonal and Interannual Dynamics of Green Phytomass of Natural Complexes of the Burtinskaya Steppe

PII
S3034540525060053-1
DOI
10.7868/S3034540525060053
Publication type
Article
Status
Published
Authors
Volume/ Edition
Volume / Issue number 6
Pages
66-82
Abstract
The problem of the deficit of time series of phytoproducts is currently partly solved by calculating vegetation indices that provide a multi-temporal spatially continuous picture of the variation of the phytoproduction process. Using the example of the Burtinskaya Steppe site of the Orenburgsky State Nature Reserve, we compiled a functional portrait of the spatio-temporal variability of the phytoproduction process based on a series of 51 Landsat satellite images for the warm period of the 2010‒2020s. A formalized classification based on a set of vegetation indices, transpiration, and reflectivity (albedo) of the vegetation cover has been implemented. We performed a field verification and definition of the syntaxonomic rank of the identified phytocenosis classes. A geomorphological characteristic of ecological niches of phytocenosis classes has been compiled. We established typical types of annual green phytomass, transpiration, and temperature variations for phytocenosis classes, as well as the frequency of deviations from the background functioning mode. Differences in the annual phytoproduction process depend on the degree of relief concavity and the catchment area, an increase in which contributes to the accumulation of snow moisture, a decrease in the rate of its consumption during the warm period, and an extension of the active vegetation period. The annual transpiration and surface temperature variations were more similar for different phytocenosis classes than the annual green phytomass variation. Classification of phytocenoses by the annual course of the phytoproduction process allowed identifying zones of influence of positional factors causing intra-tract differentiation. We managed to clarify the taxonomic affiliation of phytocenoses and landscape boundaries as well. The ratio of xerophilic and mesophilic species indicates the duration of preservation of moisture reserves in the soil and the annual course of phytomass.
Keywords
NDVI Буртинская степь фитоценоз фитомасса годовой ход транспирация температура изменчивость позиционный фактор границы
Date of publication
21.03.2026
Year of publication
2026
Number of purchasers
0
Views
2

References

  1. 1. Барталев С.А., Егоров В.А., Жарко В.О., Лупян Е.А., Хвостиков С.А., Шабанов Н.В. Спутниковое картографирование растительного покрова. М.: ИКИ РАН, 2016. 208 с.
  2. 2. Bartalev S.A., Egorov V.A., Zharko V.O., Lupyan E.A., Khvostikov S.A., Shabanov N.V. Sputnikovoe kartografirovanie rastitel’nogo pokrova [Satellite mapping of land cover]. M.: IKI RAN, 2016. 208 p. (In Russian).
  3. 3. Беручашвили Н.Л. Этология ландшафта и картографирование состояний природной среды. Тбилиси: Изд-во Тбилисского университета, 1989. 198 с.
  4. 4. Beruchashvili N.L. Etologiya landshafta i kartografirovanie sostoyanii prirodnoi sredy [Landscape ethology and mapping of natural environment states]. Tbilisi: Izd-vo Tbilisskogo universiteta, 1989. 198 p. (In Russian).
  5. 5. Братков В.В., Кравченко И.В., Туаев Г.А., Атаев З.В., Абдулжалимов А.А. Применение вегетационных индексов для картографирования ландшафтов Большого Кавказа // Известия Дагестанского государственного педагогического университета. Естественные и точные науки. Т. 10. № 4. 2016. С. 97‒111.
  6. 6. Bratkov V.V., Kravchenko I.V., Tuaev G.A., Ataev Z.V., Abdulzhalimov A.A. Primenenie vegetatsionnykh indeksov dlya kartografirovaniya landshaftov Bol’shogo Kavkaza [Application of vegetation indices for mapping landscapes of the Greater Caucasus] // Izvestiya Dagestanskogo gosudarstvennogo pedagogicheskogo universiteta. Estestvennye i tochnye nauki. T. 10. № 4. 2016. P. 97‒111. (In Russian).
  7. 7. Гродзинський М.Д. Ландшафтна екологія. К.: Знання, 2014. 550 с.
  8. 8. Grodzins’kiy M.D. Landshaftna ekologіya [Landscape ecology]. K.: Znannya, 2014. 550 p. [In Ukrainian].
  9. 9. Дусаева Г.Х. Калмыкова О.Г. Многолетняя динамика запасов живой надземной фитомассы степных фитоценозов после пожара (на примере участка “Буртинская степь” заповедника “Оренбургский”) // Аридные экосистемы. 2023. Т. 29. № 2(95). С. 67‒76. doi: 10.24412/1993-3916-2023-2-67-76.
  10. 10. Dusaeva G.Kh. Kalmykova O.G. Mnogoletnyaya dinamika zapasov zhivoy nadzemnoy fitomassy stepnykh fitotsenozov posle pozhara (na primere uchastka “Burtinskaya step” zapovednika “Orenburgskiy”) [Long-term dynamics of extinction of living above-ground plant mass in steppe plant communities after drying (based on the “Burtinskaya step” site of the “Orenburgskiy” nature reserve)] // Aridnye ekosistemy. 2023. Vol. 29. № 2(95). P. 67‒76. doi: 10.24412/1993-3916-2023-2-67-76. (In Russian).
  11. 11. Дусаева Г.Х., Калмыкова О.Г., Дусаева Н.В. К вопросу послепожарной динамики продукционно-деструкционных процессов в надземной фитомассе степных фитоценозов “Буртинский степи” (заповедник “Оренбургский”) // Вопросы степеведения. 2024. № 4. С. 113‒123. doi: 10.24412/2712-8628-2024-4-113-123.
  12. 12. Dusaeva G.Kh., Kalmykova O.G., Dusaeva N.V. K voprosu poslepozharnoy dinamiki produktsionno- destruktsionnykh protsessov v nadzemnoy fitomasse stepnykh fitotsenozov “Burtinskiy stepi” (zapovednik “Orenburgskiy”) [On the issue of post-fire dynamics of production-destruction processes in the aboveground phytomass of steppe phytocenoses “Burtinsky steppe” (Orenburgsky nature reserve)] // Voprosy stepevedeniya. 2024. № 4. P. 113‒123. doi: 10.24412/2712-8628-2024-4-113-123. (In Russian).
  13. 13. Еремеева А.П. Пространственные масштабы проявления факторов дифференциации ландшафтов Буртинской степи (Оренбуржье) / Вестник Московского университета, серия 5 география. 2012. № 4. С. 48‒53.
  14. 14. Eremeeva A.P. Prostranstvennye masshtaby proyavleniya faktorov differentsiatsii landshaftov Burtinskoy stepi (Orenburzh’e) [Spatial scales of manifestation of factors of differentiation of the Burtinskaya steppe landscapes (Orenburg region)] / Vestnik Moskovskogo universiteta, seriya 5 geografiya. 2012. № 4. P. 48‒53. (In Russian).
  15. 15. Ипатов В.С., Мирин Д.М. Описание фитоценоза: Методические рекомендации. СПб.: Санкт-Петербургский гос. ун-т, 2008. 71 с.
  16. 16. Ipatov V.S., Mirin D.M. Opisanie fitotsenoza: Metodicheskie rekomendatsii [Description of phytocenosis: Methodological recommendations]. SPb.: Sankt Petersburg State University, 2008. 71 p. (In Russian).
  17. 17. Исаченко Т.И., Рачковская Е.И. Основные зональные типы степей Северного Казахстана / Тр. Ботанического института им. В.Л. Комарова. Серия III (Геоботаника). Вып. 13. М.-Л., 1961. С. 133‒397.
  18. 18. Isachenko T.I., Rachkovskaya E.I. Osnovnye zonal’nye tipy stepey Severnogo Kazakhstana [Main zonal types of steppes of Northern Kazakhstan] // Tr. Botanicheskogo instituta im. V.L. Komarova. Seriya III (Geobotanika), Vyp. 13. M.-L., 1961. P. 133‒397. (In Russian).
  19. 19. Калмыкова О.Г., Дусаева Г.Х., Максутова Н.В. Сезонная динамика надземной фитомассы разнотравно-типчаково- степномятликово-залесскоковыльного (Stipa zalesskii, Poa transbaicalica, Festuca valesiaca, herbae stepposa) сообщества со Spiraea crenata // Вопросы степеведения. 2016. № 13. С. 33‒37.
  20. 20. Kalmykova O.G., Dusaeva G.Kh., Maksutova N.V. Sezonnaya dinamika nadzemnoy fitomassy raznotravno-tipchakovo- stepnomyatlikovo-zalesskokovyl’nogo (Stipa zalesskii, Poa transbaicalica, Festuca valesiaca, herbae stepposa) soobshchestva so spiraea crenata [Seasonal dynamics of aboveground phytomass of forb-fescue-steppe bluegrass-zalessk feather-grass (Stipa zalesskii, Poa transbaicalica, Festuca valesiaca, herbae stepposa) community with Spiraea crenata] // Voprosy stepevedeniya. 2016. № 13. P. 33‒37. (In Russian).
  21. 21. Курбанов Э.А., Воробьев О.Н., Лежнин С.А., Губаев А.В., Полевщикова Ю.А. Тематическое картирование растительного покрова по спутниковым снимкам: валидация и оценка точности. Йошкар-Ола: Поволжский государственный технологический университет, 2015. 132 с.
  22. 22. Kurbanov E.A., Vorob’ev O.N., Lezhnin S.A., Gubaev A.V., Polevshchikova Yu.A. Tematicheskoe kartirovanie rastitel’nogo pokrova po sputnikovym snimkam: validatsiya i otsenka tochnosti [Thematic mapping of vegetation cover based on satellite images: validation and accuracy assessment]. Yoshkar-Ola: Povolzhskiy gosudarstvennyy tekhnologicheskiy universitet, 2015. 132 p. (In Russian).
  23. 23. Краткое руководство для геоботанических исследований в связи с полезащитным лесоразведением и созданием устойчивой кормовой базы на юге европейской части СССР. М.: Изд-во АН СССР, 1952. 191с.
  24. 24. Kratkoe rukovodstvo dlya geobotanicheskikh issledovaniy v svyazi s polezashchitnym lesorazvedeniem i sozdaniem ustoychivoy kormovoy bazy na yuge evropeyskoy chasti SSSR [Brief guide for geobotanical research in connection with protective afforestation and the creation of a sustainable food base in the south of the European part of the USSR]. M.: Izd-vo AN SSSR, 1952. 191 p. (In Russian).
  25. 25. Лавренко Е.М. Об изучении эдификаторов растительного покрова // Советская ботаника. 1947. № 1.
  26. 26. Lavrenko E.M. Ob izuchenii edifikatorov rastitel’nogo pokrova [On the study of edificators of plant cover] // Sovetskaya botanika. 1947. № 1. (In Russian).
  27. 27. Мордкович В.Г. Степные экосистемы. Новосибирск: Академическое изд-во “Гео”, 2014. 170 с.
  28. 28. Полевая геоботаника. Т. III. Л.: Наука, 1964. 524 с.
  29. 29. Mordkovich V.G. Stepnye ekosistemy [Steppe ecosystems]. Novosibirsk: Akademicheskoe izd-vo “Geo”, 2014. 170 p. (In Russian).
  30. 30. Рухович Д.И., Королева П.В., Калинина Н.В., Вильчевская Е.В., Сулейман Г.А., Черноусенко Г.И. Детектирование деградированных участков пашни на основе анализа больших спутниковых данных // Почвоведение. 2021. № 2. С. 151‒167. doi: 10.31857/S0032180X21020131.
  31. 31. Рухович Д.И., Рухович А.Д., Рухович Д.Д., Симакова М.С., Куляница А.Л., Брызжев А.В., Королева П.В. Построение карт усредненных спектральных отклонений от линии почв и их сравнение с традиционными почвенными картами // Почвоведение. 2016. № 7. С. 794‒812.
  32. 32. Rukhovich D.I., Koroleva P.V., Kalinina N.V., Vil’chevskaya E.V., Suleyman G.A., Chernousenko G.I. Detektirovanie degradirovannykh uchastkov pashni na osnove analiza bol’shikh sputnikovykh dannykh [Detection of degraded arable land areas based on the analysis of big satellite data] // Pochvovedenie. 2021. № 2. P. 151‒167. doi: 10.31857/S0032180X21020131. (In Russian).
  33. 33. Сандлерский Р.Б. Пузаченко Ю.Г. Термодинамика биогеоценозов на основе дистанционной информации // Журнал общей биологии. 2009. Т. 70. № 2. С. 121‒142.
  34. 34. Sandlerskiy R.B. Puzachenko Yu.G. Termodinamika biogeotsenozov na osnove distantsionnoy informatsii [Thermodynamics of biogeocenoses based on remote information] // Zhurnal obshchey biologii. 2009. Vol. 70. № 2. P. 121‒142. (In Russian).
  35. 35. Смирнова О.В. Популяционная организация ненарушенного биогеоценотического покрова лесных территорий лесного пояса Европейской России // Восточноевропейские леса: история в голоцене и современность. Под ред. О.В. Смирновой. Т.1. М.: Наука, 2004. С. 25‒41.
  36. 36. Smirnova O.V. Populyatsionnaya organizatsiya nenarushennogo biogeotsenoticheskogo pokrova lesnykh territoriy lesnogo poyasa Evropeyskoy Rossii [Population organization of undisturbed biogeocenotic cover of forest territories of the forest belt of European Russia] // Vostochnoevropeyskie lesa: istoriya v golotsene i sovremennost’. Pod red. O.V. Smirnovoy. Vol. 1. M.: Nauka, 2004. P. 25‒41. (In Russian).
  37. 37. Солнцев В.Н. Структурное ландшафтоведение: основы концепции. Некоторые аргументы. М., Географический ф-т МГУ, 1997. 12 с.
  38. 38. Solntsev V.N. Strukturnoe landshaftovedenie: osnovy kontseptsii. Nekotorye argumenty. [Structural landscape science: basics of the concept]. M., Geograficheskiy f-t MGU, 1997. 12 p. (In Russian).
  39. 39. Спивак Л.Ф., Батырбаева М.Ж., Витковская И.С., Муратова Н.Р., Исламгулова А.Ф. Пространственно-временные особенности изменения состояния степной растительности Казахстана по данным спутниковой съемки // Экосистемы: экология и динамика. 2017. Т. 1. № 3. С. 116‒145.
  40. 40. Spivak L.F., Batyrbaeva M.Zh., Vitkovskaya I.S., Muratova N.R., Islamgulova A.F. Prostranstvenno-vremennye osobennosti izmeneniya sostoyaniya stepnoy rastitel’nosti Kazakhstana po dannym sputnikovoy s”emki [Spatio-temporal features of changes in the state of steppe vegetation of Kazakhstan according to satellite imagery] // Ekosistemy: ekologiya i dinamika. 2017. Vol. 1. № 3. P. 116‒145. (In Russian).
  41. 41. Титлянова А.А., Базилевич Н.И., Шмакова Е.И., Снытко В.А., Дубынина С.С., Магомедова Л.Н., Нефедьева Л.Г., Семенюк Н.В., Тишков А.А., Ти Тран, Хакимзянова Ф.И., Шатохина Н.Г., Кыргыс Ч.О., Самбуу А.Д. Биологическая продуктивность травяных экосистем. Географические закономерности и экологические особенности. Новосибирск: ИПА СО РАН, 2018. 110 с.
  42. 42. Titlyanova A.A., Bazilevich N.I., Shmakova E.I., Snytko V.A., Dubynina S.S., Magomedova L.N., Nefed’eva L.G., Semenyuk N.V., Tishkov A.A., Ti Tran, Khakimzyanova F.I., Shatokhina N.G., Kyrgys Ch.O., Sambuu A.D. Biologicheskaya produktivnost’ travyanykh ekosistem. Geograficheskie zakonomernosti i ekologicheskie osobennosti [Biological productivity of grass ecosystems. Geographic patterns and ecological features]. Novosibirsk: IPA SO RAN, 2018. 110 p. (In Russian).
  43. 43. Хорошев А.В. Функционально-динамический подход к исследованию ландшафтных границ // Региональные исследования. 2022. № 3. С. 60–70. doi: 10.5922/1994-5280-2022-3-6.
  44. 44. Khoroshev A.V. Funktsional’no-dinamicheskiy podkhod k issledovaniyu landshaftnykh granits [Functional-dynamic approach to the study of landscape boundaries] // Regional’nye issledovaniya. 2022. № 3. P. 60–70. doi: 10.5922/1994-5280-2022-3-6. (In Russian).
  45. 45. Хорошев А.В., Ашихмин А.П. Динамика пространственной организации фитомассы в заповедном степном ландшафте (на примере Буртинской степи, заповедник “Оренбургский // Известия РАН. Серия биологическая. 2023. Дополнительный выпуск 8. С. S103–S114. doi: 10.31857/S1026347023600796.
  46. 46. Khoroshev A.V., Ashikhmin A.P. Dinamika prostranstvennoy organizatsii fitomassy v zapovednom stepnom landshafte (na primere Burtinskoy stepi, zapovednik “Orenburgskiy [Dynamics of spatial organization of phytomass in a protected steppe landscape (on the example of the Burtinskaya steppe, Orenburg Reserve)] // Izvestiya RAN. Seriya biologicheskaya. 2023. Dopolnitel’nyy vypusk 8. P. S103–S114. doi: 10.31857/S1026347023600796. (In Russian).
  47. 47. Хорошев А.В., Еремеева А.П., Мерекалова К.А. Оценка межкомпонентных связей в степном и таежном ландшафтах с учетом изменяемой пространственной единицы // Известия РГО. 2013. Т. 145. Вып. 3. С. 32‒42.
  48. 48. Khoroshev A.V., Eremeeva A.P., Merekalova K.A. Otsenka mezhkomponentnykh svyazey v stepnom i taezhnom landshaftakh s uchetom izmenyaemoy prostranstvennoy edinitsy [Assessment of intercomponent connections in steppe and taiga landscapes taking into account the variable spatial unit] // Izvestiya RGO. 2013 Vol. 145. Iss. 3. P. 32‒42. (In Russian).
  49. 49. Хорошев А.В., Калмыкова О.Г., Дусаева Г.Х. Оценка индекса NDVI как источника информации о надземной фитомассе в степях // Исследование Земли из космоса. 2023. № 3. С. 27‒43. doi: 10.31857/S020596142303003X.
  50. 50. Khoroshev A.V., Kalmykova O.G., Dusaeva G.Kh. Otsenka indeksa NDVI kak istochnika informatsii o nadzemnoy fitomasse v stepyakh [Assessment of the NDVI index as a source of information on aboveground phytomass in the steppes] // Issledovanie Zemli iz kosmosa. 2023. № 3. P. 27‒43. doi: 10.31857/S020596142303003X. (In Russian).
  51. 51. Шинкаренко С.С., Барталев С.А. Анализ влияния видового состава, проективного покрытия и фитомассы растительности аридных пастбищных ландшафтов на их спектрально-отражательные свойства по данным наземных измерений // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2023. Т. 20. № 3. С. 176–192. doi: 10.21046/2070-7401-2023-20-3-176-192.
  52. 52. Shinkarenko S.S., Bartalev S.A. Analiz vliyaniya vidovogo sostava, proektivnogo pokrytiya i fitomassy rastitel’nosti aridnykh pastbishchnykh landshaftov na ikh spektral’no-otrazhatel’nye svoystva po dannym nazemnykh izmereniy [Analysis of the influence of species composition, projective cover and phytomass of vegetation of arid pasture landscapes on their spectral-reflective properties according to ground-based measurements] // Sovremennye problemy distantsionnogo zondirovaniya Zemli iz kosmosa. 2023. Vol. 20. № 3. P. 176–192. doi: 10.21046/2070-7401-2023-20-3-176-192. (In Russian).
  53. 53. Шуркина А.И., Зоркина Т.М., Шевырногов А.П. Исследование современного растительного покрова республики Хакасия на основе интеграции спутниковых и наземных данных // Вестник КрасГАУ. 2007. № 5. С. 65‒71.
  54. 54. Shurkina A.I., Zorkina T.M., Shevyrnogov A.P. Issledovanie sovremennogo rastitel’nogo pokrova respubliki Khakasiya na osnove integratsii sputnikovykh i nazemnykh dannykh [Study of modern vegetation cover of the Republic of Khakassia based on integration of satellite and ground data] // Vestnik KrasGAU. 2007. № 5. S. 65‒71. (In Russian).
  55. 55. Alcaraz-Segura D., Cabello J., Paruelo J. Baseline characterization of major Iberian vegetation types based on the NDVI dynamics // Plant Ecology. 2009. Vol. 202. P. 13–29. doi: 10.1007/s11258-008-9555-2.
  56. 56. Bai Y., Han X., Wu J., Chen Z., Li L. Ecosystem stability and compensatory effects in the Inner Mongolia grassland // Nature. Vol. 431. 2004. P. 181‒184.
  57. 57. Eastman J.R., Sangermano F., Machado E.A., Rogan J., Anyamba A. Global trends in seasonality of normalized difference vegetation index (NDVI), 1982–2011 // Remote Sensing. Vol. 5. 2013. P. 4799‒4818. doi: 10.3390/rs5104799.
  58. 58. Fabricante I., Oesterheld M., Paruelo J.M. Annual and seasonal variation of NDVI explained by current and previous precipitation across Northern Patagonia //Journal of Arid Environments. Vol.73. Issue 8. 2009. P. 745‒753.
  59. 59. Hossain L., Li J. NDVI-based vegetation dynamics and its resistance and resilience to different intensities of climatic events // Global Ecology and Conservation. Vol. 30. 2021, e01768. doi: 10.1016/j.gecco.2021.e01768.
  60. 60. Huang C., Wylie B., Homer C., Yang L., and Zylstra G. Derivation of a tasseled cap transformation based on Landsat 7 at-satellite reflectance // International Journal of Remote Sensing. Vol. 23. 2002. P. 1741‒1748.
  61. 61. Maynard J.J., Levi M.R. Hyper-temporal remote sensing for digital soil mapping: Characterizing soil-vegetation response to climatic variability // Geoderma. Vol. 285. 2017. P. 94–109. doi: 10.1016/j.geoderma.2016.09.024.
  62. 62. Rukhovich D., Koroleva P., Rukhovich A., Komissarov M. A detailed mapping of soil organic matter content in arable land based on the multitemporal soil line coefficients and neural network filtering of big remote sensing data // Geoderma. 2024. Vol. 447. P. 116941. doi: 10.1016/j.geoderma.2024.116941.
  63. 63. Shen X., Liu B., Henderson M., Wang L., Jiang M., Lua X. Vegetation greening, extended growing seasons, and temperature feedbacks in warming temperate grasslands of China // Journal of climate. Vol. 35. 2022. P. 5103‒5117. doi: 10.1175/JCLI-D-21-0325.1.
  64. 64. Sternberg T., Tsolmon R., Middleton M., Thomas D. Tracking desertification on the Mongolian steppe through NDVI and field-survey data // International Journal of Digital Earth. Vol. 4(1). 2011. P. 50‒64. doi: 10.1080/17538940903506006.
  65. 65. Wang R., Gamon J.A., Montgomery R.A., Townsend P.A., Zygielbaum A.I., Bitan K., Tilman D., Cavender-Bares J. Seasonal Variation in the NDVI–Species Richness Relationship in a Prairie Grassland Experiment (Cedar Creek) // Remote Sensing. 2016. Vol. 8. 128. doi: 10.3390/rs8020128.
  66. 66. You G., Liu B., Zou C., Li H., McKenzie S., He Y., Gao J., Jia X., Alta Arain M., Wang S., Wang Z., Xia X., Xu W. Sensitivity of vegetation dynamics to climate variability in a forest-steppe transition ecozone, north-eastern Inner Mongolia, China // Ecological Indicators. Vol. 120. 2021, 106833. doi: 10.1016/j.ecolind.2020.106833.
QR
Translate

Indexing

Scopus

Scopus

Scopus

Crossref

Scopus

Higher Attestation Commission

At the Ministry of Education and Science of the Russian Federation

Scopus

Scientific Electronic Library