Использование методов геоинформационного картографирования для изучения древесной растительности лесостепных экосистем Центрально-Черноземного заповедника

© 2019 г.                                       

                                                О.В. Рыжков*, Г.А. Рыжкова

Центрально-Черноземный государственный природный биосферный заповедник имени профессора В.В. Алехина

Россия, 305528, Курская область, Курский район, посёлок Заповедный

*E-mail: ryzhkov_oleg@mail.ru

Поступила в редакцию 15.06.2019

Представлены методы картографических исследований древесной растительности заповедника, в том числе c использованием современных ГИС-технологий и приборов спутникового позиционирования. Проанализирована динамика пространственной структуры и состава дубрав за последние 50 лет. Приведены результаты изучения основных древесных пород заповедника с применением GPS (ГЛОНАСС)-съёмки и ГИС. Изучены особенности и характер распространения деревьев и кустарников на открытых пространствах (залежи, целинные степи, пастбища).

Ключевые слова: лесостепь, природные заповедники, дубравы, картографирование, GPS, ГЛОНАСС, приборы спутникового позиционирования, ГИС.

Леса Центрально-Черноземного заповедника (ЦЧЗ) расположены в юго-западной части Среднерусской возвышенности в пределах центральной полосы лесостепной зоны (Курская область). Преобладают дубравы байрачные и водораздельные преимущественно порослевого происхождения.

Как известно, основу геоинформационных систем (ГИС) составляют различного рода цифровые картографические материалы, представленные в определённой системе координат или проекции. В «догисовский» период (с 50-х по 90-е годы XX века) в заповеднике карты создавались исключительно в бумажном виде.

Картографирование растительного покрова, включая древесную растительность, стало использоваться для изучения природных комплексов ЦЧЗ с середины прошлого века. Значительный блок картографических материалов в этот период представлен геоботаническими и лесоустроительными картами. Результаты картографических исследований того времени освещены в серии публикаций (Картометрические исследования…, 1975; Кашкарова, Рубайло, Утехин, 1973; Нешатаев, 1970, 1983, 1996; Нешатаев, Новикова, Ухачева, 1982; Петрова, 1990; Рыжков, Собакинских, 2006; Утехин, 1967 и др.). Картографические работы, как правило, были основаны на методе сплошной контурной глазомерной съёмки с разбивкой пикетажной сети на местности и фиксацией результатов на бумаге. Единицами картирования обычно выступали растительные ассоциации или их комплексы и типы, которые представляли собой полигоны в современном понимании ГИС. Объектами исследований обычно являлась крупные территориальные единицы ЦЧЗ (участки и урочища).

Географическое расположение Центрально-Черноземного заповедника в зоне Центральной лесостепи определяет непосредственный контакт лесной и степной растительности, поэтому их взаимоотношениям всегда уделялось и уделяется большое внимание многими исследователями. Отдельный цикл картографических работ на территории заповедника связан с изучением распространения древесно-кустарниковых видов на участках, находящихся в режиме абсолютного заповедания (как целинных, так и бывших залежных). Наиболее исследована в этом отношении залежь «Дальнее поле» Казацкого участка ЦЧЗ, на части которой (29.6 га) выполнено трёхкратное картирование в 1970, 1980 и 1999-2000 гг. По результатам съёмки 1970 и 1980 гг. составлены карты размещения оснований стволов древесных видов и контуров зарослей кустарников (Краснитский, 1973; Краснитский, Сошнин, 1984), а итогом картирования 1999-2000 гг. явилась детальная карта проективных покрытий деревьев и кустарников (как одиночно растущих, так и формирующих заросли). Анализ динамики распространения древесной растительности на залежи «Дальнее поле» представлен в серии публикаций (Рыжков, Рыжкова, 2000а,б,в; Рыжкова, Рыжков, 2001). Именно с картированием расселения по степи древесно-кустарниковой растительности связана апробация современных методов съёмки, что является предметом исследования настоящей статьи.

На территории заповедника лесоустройства проводились 5 раз (1953, 1968, 1979, 1990 и 2000 гг.). Планы лесонасаждений составлялись в бумажном виде, только при лесоустройстве 2000 г. были созданы как твёрдые бумажные копии, так и их электронные варианты (оцифровка карт выполнена специалистами ФГУ «Воронежлеспроект» первоначально в программе WinGIS с последующим конвертированием в MapInfo в декартовой системе координат).

Разновременные серии геоботанических и лесоустроительных карт объективно отражают общие тенденции динамики растительного покрова. Однако принятие за единицу картирования растительной ассоциации или типа леса предполагает наличие значительных погрешностей в точности отрисовки их контуров, что обусловлено также и субъективными факторами. На наш взгляд, наиболее детально и полно отражают динамику древесной растительности периодические картографические работы, выполненные на стационарных объектах научных исследований – СОНИ (постоянных пробных площадях (ППП), профилях, трансектах, учётных площадках, отдельных режимных объектах и пр.). При этом за единицы картирования выбираются реальные особи деревьев и кустарников или их биогруппы (заросли). Картирование растительности на СОНИ, в отличие от более генерализованного геоботанического картографирования, имеет первостепенное значение, так как в данном случае за счёт высокой точности разбивки сети (5 × 5 м или 10 × 10 м) и привязки к местности обеспечивается подробная и объективная съёмка растительного покрова, и, соответственно, получение высококачественных карт различной тематической направленности. Однако говорить о привязке природных объектов с указанием географических координат, которая используется в современных ГИС, в «догисовский» период не приходится.

Картографические материалы, составленные по данным съёмок на стационарных объектах, наиболее точно и объективно отражают статику и динамику растительного покрова, формируют базу для всестороннего изучения, анализа и моделирования развития природных экосистем. Важность стационарных картографических работ ещё более возрастает при проведении повторных работ, что позволяет отслеживать локальные и глобальные динамические тенденции растительности (Рыжков, 2006б). Опубликована методика стационарных исследований древесной растительности в заповедниках (Рыжков, 1996б).

Стационарные методы изучения растительного покрова заповедника стали практиковаться на его территории сразу после окончания Великой Отечественной войны. В 1945 г. Н.А. Прозоровским в лесных урочищах Дуброшина и Соловьятник на Стрелецком участке были заложены две первые постоянные пробные площади для изучения лесной растительности ЦЧЗ (Летопись природы…, 1949). В 1950 г. Г.М. Зозулиным выполнено повторное картирование этих ППП и проанализирована динамика изменения их растительности за пятилетний период (Зозулин, Кусмарцева, 1951). Результаты одних из первых картографических исследований приводятся также в научном отчёте заповедника за 1949-1950 гг. (Летопись природы…, 1951), в котором размещены схемы распространения древесно-кустарниковой растительности в логах, составленные Г.М. Зозулиным. На схемы по элементам рельефа глазомерно нанесены специальными знаками основания стволов деревьев и скоплений кустарников. Эти изображения являются прототипом современных картографических материалов, полученных на основе GPS (ГЛОНАСС)-съёмки древесной растительности. В последующие годы картографические исследования на СОНИ заповедника проводились Г.М. Зозулиным (1952), С.С. Левицким (1958, 1961), Ф.И. Хакимзяновой (1968), А.М. Краснитским (1963) и другими учёными. Полный обзор этих работ опубликован (Рыжков, 2006б).

В 1963 г. А.М. Краснитским и последующих лесоустройствах 1968 и 1979 гг. в дубравах ЦЧЗ заложена сеть лесных ППП, на которых периодически выполняются лесоводственно-таксационные исследования, в частности сплошные перечёты и картирование древостоев, подроста, подлеска и травяного покрова. Эти ППП в настоящее время составляют основу лесного блока ГИС ЦЧЗ.

Сейчас в заповеднике реализованы современные методы картографирования растительности, которые связаны с появлением приборов спутникового позиционирования, беспилотных летательных аппаратов (БПЛА), десктопных и мобильных геоинформационных систем.

Цель работы – обзор результатов картографических исследований в ЦЧЗ, демонстрация преимуществ использования современных программных и аппаратных средств ГИС для исследования лесостепных экосистем.

Задачи – показать динамику лесной растительности по материалам периодических картирований на ППП, дать оценку состояния древостоев основных пород, представить результаты изучения процесса распространения деревьев и кустарников в степи.

В зависимости от типов исходных данных, предназначенных для внедрения в ГИС, выделяются несколько методических подходов. Далее речь пойдёт о методах и результатах картирования древесной растительности на СОНИ.

МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ

1. Метод переноса данных в ГИС на основе сканирования бумажной картографической основы с последующей векторизацией объектов или без неё.

Глазомерную съёмку древесно-кустарниковой растительности на лесных ППП предварял процесс разбивки на местности пикетажной сети размером 5 × 5 м. Для каждой пробной площади в полевых условиях на миллиметровой бумаге вычерчивались схемы размещения оснований стволов и проекций крон деревьев по породам и ярусам (с изображением сухостоя и валежа) в масштабе 1:100. Наиболее детально изучена горизонтальная структура лесных сообществ на 14-ти СОНИ, а именно проективное покрытие древостоев, подроста и подлеска по материалам картирований 1991-1993 и 2002 гг. (Рыжков, Рыжкова, 2006а). В полном объёме данная методика отработана при картировании сложных водораздельных дубрав и заболоченных березняков Зоринского участка ЦЧЗ (Золотухин, Рыжков, Филатова, 2001; Рыжков, Рыжкова, 2001).

В 2002-2006 гг. такие бумажные схемы были отсканированы, а их фрагменты сшиты в единые растровые изображения. Далее было бы методически корректным зарегистрировать полученные растры непосредственно в ГИС и выполнить векторизацию уже непосредственно с привязкой к местности. Однако, на период проведения картографических работ и формирования электронного архива карт в заповеднике отсутствовала десктопная ГИС. Поэтому для оцифровки была выбрана программа AutoCAD. Векторизация объектов осуществлялась ручным способом («по экрану») в декартовой системе координат. В результате были получены слои размещения оснований стволов и проекций крон деревьев каждой древесной породы, что позволило оценить их количественные пропорции путём автоматического расчёта площадей (ранее приходилось определять пощади проекций крон с бумажной основы при помощи планиметра, что приводило к завышению их значений приблизительно на 4% (Рыжков, 2006в)). Разработаны методические рекомендации по оцифровке растров в среде AutoCAD и последующем использовании полученных векторных объектов в ГИС (Рыжков, 2000; Рыжков, Власов, 2000; Рыжков, 2001а; Рыжков, 2006а).

С появлением в заповеднике лицензионной версии ГИС MapInfo Professional возникла необходимость привязки сформированных в AutoCAD векторных слоёв проекций крон древостоев и оснований стволов деревьев, а также проективных покрытий подлеска и подроста на лесных ППП. Стандартным инструментом MapInfo допускается регистрация векторных слоёв только по трём опорным точкам, чего явно недостаточно для точной трансформации. Нами использован отдельно поставляемый модуль MiTransformer, который позволяет на основе афинных или проективных преобразований выполнять регистрацию векторных объектов сразу нескольких таблиц по неограниченному числу опорных точек, что позволяет добиться высокого качества привязки к местности.

Для автоматического создания векторного слоя площадей сечений стволов древостоев на лесных ППП использовалась функция генерации окружности по центру и диаметру в модуле MapCAD, причём значения последнего извлекались из числового поля таблицы (базы данных) (Рыжков, 2013). Центры стволов формировались поверх растрового изображения созданием символа вручную в каждом круге.

При трансформации векторных объектов в ГИС из проекции ПЛАН-СХЕМА (декартовой системы координат) в одну из картографических проекций ГИС возможно появление артефактов – наличие в результирующих объектах лишних деталей или шумов (в частности, искажения плавности границ), отсутствующих в исходных объектах. Сечения стволов легко корректируются путём построения центроидов и генерации на их основе окружностей по заданным диаметрам. Для корректного преобразования границ полигонов проекций крон необходимо предварительно выполнить процедуру генерализации (разреживания) их узлов, используя соответствующий функционал ГИС (MapInfo или ArcGIS).

Методически более правильным и менее трудоёмким является реализация следующего подхода, который используется в настоящее время. Растр каждой лесной ППП регистрируется в ГИС MapInfo Professional (действующая лицензия Advanced v.16.0.4) по четырём граничным точкам, координаты которых определены статической съёмкой в безлистный период при помощи современного ГНСС-оборудования (приёмник Trimble GeoExplorer 6000 GeoXH CE) с точностью 0.2-0.3 м (достигалась при длительной фиксации координат в режиме RTK неподвижным прибором). Далее в среде ГИС выполняются ручная векторизация объектов по экрану уже с привязкой к местности в универсальной поперечной проекции Меркатора (зона 37, северное полушарие (WGS 84) [EPSG:32637]) и последующие аналитические расчёты (Рыжков, Рыжкова, 2019б). Таким способом были обработаны материалы картографирования древостоев водораздельной дубравы участка ЦЧЗ Пойма Псла (Рыжков, Рыжкова, 2019а).

Описанный метод, основанный на оцифровке бумажных схем, позволяет использовать в ГИС картографические материалы, полученные в условной (чаще всего декартовой) системе координат. Последующие два метода базируются на данных полевой съёмки объектов приборами спутникового позиционирования разных классов, что позволяет экспортировать их в ГИС на основе полученных географических координат.

2. Метод сплошной съёмки с использованием персональных навигаторов и ГИС.

GPS- (и/или ГЛОНАСС) съёмка, которая осуществляется приборами спутникового позиционирования, является одним из способов оперативного сбора данных для ГИС. В данных устройствах реализована возможность записи географических координат путевых точек и треков и их хранения в энергонезависимой памяти. Именно использование GPS-приёмников, начиная с 2000 г., положило начало созданию в ЦЧЗ геопространственных баз данных. В настоящее время сотрудниками заповедника применяются в своей деятельности более 10 портативных GPS-навигаторов компании Garmin (GPSMAP 76CSx, GPSMAP 78S, OREGON 550, GPSMAP 64ST и др.), а также смартфоны и планшеты, включая защищённые, с функцией определения местоположения. Перечисленное мобильное оборудование позволяет осуществлять навигацию по растровым изображениям.

Полученные точечные и линейные объекты при помощи специализированного программного обеспечения экспортировались в ГИС-форматы. В геоинформационных системах выполнялась окончательная обработка данных (сглаживание границ, преобразование полилиний в полигоны и пр.). Основные недостатки данного метода – невозможность сохранения с графикой необходимых атрибутов, и невысокая точность записи координат (3-5 и более метров). Подготовлены некоторые методические рекомендации по сбору GPS-данных (Рыжков, Рыжкова, 2006б, Рыжков, 2014б) и их обработке в среде ГИС MapInfo, в частности создания сглаженных полигонов (Рыжков О. и др., 2013; Рыжков, 2014а), совместному использованию GPS (GLONASS)-приборов и ГИС при картографировании природных объектов в реальном времени (Рыжков, 2010, 2011), опубликован обзор методов геоинформационного картографирования природных объектов и их применения на ООПТ (Рыжков, 2008, 2009б).

3. Метод сплошной съёмки с использованием высокоточного ГНСС-оборудования, БПЛА, мобильных и десктопных ГИС.

Начиная с 2016 г. на территории ЦЧЗ осуществляются детальные картографические исследования с применением современных аппаратных и программных средств – высокоточного ГНСС-оборудования, БПЛА, мобильных и десктопных ГИС, апробация которых выполнена при картировании распространения деревьев и кустарников на Втором некосимом участке Стрелецкой степи – самом крупном и репрезентативном на Стрелецком участке (площадь – 101.6 га). Данный объект находится в абсолютно заповедном режиме с 1935 г. В предшествующие годы сплошного наземного картографирования этой территории не проводилось.

В работе задействованы двухчастотный спутниковый приёмник Trimble GeoExplorer 6000 GeoXH CE и два БПЛА – DJI Inspire-1 Pro лаборатории картографии Института географии РАН и DJI Inspire-1 Центрально-Черноземного заповедника. Картирование осуществлялось в режиме реального времени (RTK) с непрерывным приёмом поправок через 3G-модем от Регионального центра навигационных услуг по Курской области (плановая точность фиксации координат объектов при открытом небосводе составляла 2-3 см). С помощью квадрокоптеров получены фотоснимки высокого разрешения, которые использовались для построения ортофотопланов местности и уточнения проблемных контуров в труднодоступных участках зарослей степных кустарников.

Обработка, анализ и визуализация информации выполнялись в среде ГИС MapInfo Professional v.15.2.4 64bit, конвертирование растров – в Global Mapper v.13.0, управление данными – в Trimble GPS PathFinder Office v.5.81. Мобильное приложение: TerraSync Centimeter Edition v.5.41 на базе Windows Mobile v.6.5.

Высокая точность определения местоположения прибором Trimble GeoExplorer 6000 GeoXH CE позволила использовать при картировании виртуальную пикетажную сеть вместо реальной, создание которой требовало значительных трудозатрат при классическом картографировании растительного покрова в предшествующие периоды. Такая двухслойная виртуальная пикетажная сеть с размером квадратов 100 × 100 м (1 га) была сформирована в среде ГИС MapInfo Professional v.15.2.4 64bit инструментом Нарисовать сетку (гектарные квадраты с целью минимизации пропусков молодых особей при выполнении картирования были дополнительно разбиты на более мелкие квадраты 10 × 10 м (1 ар)). Основная и дополнительная пикетажные сети с уникальной нумерацией квадратов были загружены в формате SHP в прибор для последующего выноса в натуру.

Мобильная ГИС TerraSync приёмника Trimble GeoExplorer 6000 GeoXH CE позволяет использовать в качестве подложек фоновые растровые карты в формате GeoTIFF (космические снимки, схемы лесоустройства и пр.). Растровые и векторные изображения загружались в приёмник через модуль Перенос данных программы GPS PathFinder Office v.5.81. Компанией TRIMBLE разработана также автономная программа Data Transfer для выполнения аналогичной операции.

Уникальной особенностью десктопного программного обеспечения GPS PathFinder Office является возможность разработки структуры мобильной ГИС в виде формы сбора полевых данных с определённым перечнем полей, которая использовалась при съёмке древесной растительности.

При картировании сохранялись два типа данных – точечные (основания стволов) и полигональные (проекции крон), по которым одновременно собиралась атрибутивная информация.

Полевые работы включали в себя картирование древесной растительности со сплошным перечётом деревьев и кустарников (учёту подлежали все экземпляры, начиная с имматурного возрастного состояния, также фиксировались ювенильные растения, которые удалось обнаружить). Для одиночных деревьев и кустарников с помощью прибора Trimble GeoExplorer 6000 GeoXH определялись географические координаты и высота над уровнем моря оснований стволов с целью последовательного формирования массива путевых точек, пригодных для построения точечных тематических карт в ГИС. Обособленные контуры (заросли) растительности картировались путём обхода с указанным прибором по их периметру. При этом в память приёмника через каждую секунду заносились узлы полигона. Прибор был настроен на запись только качественных объектов, плановая ошибка определения координат которых не превышает установленную величину (в большинстве случаев, она, как правило, составляла 2-3 см – при открытом небосводе и 50-100 см – под кронами деревьев и в плотных зарослях кустарников).

Одновременно с картографированием осуществлялся подробный сбор атрибутивной информации по каждому объекту. При сплошном поддеревом перечёте в полевых условиях в специальную форму заносились следующие сведения: участок, урочище, автор(ы), дата, время, номер полигона или точки, порода, происхождение, периметр или диаметр ствола на высоте груди (см), высота ствола (м), возраст, состояние, болезни, жизненная форма, плодоношение, примечание для ввода дополнительных сведений и фото (фотографировались только выборочные объекты).

Параллельно с наземным картированием древесной растительности осуществлена аэрофотосъемка территории участка при помощи квадрокоптеров DJI Inspire-1. Полученные фотоснимки были соединены в единые изображения, которые использовались для построения ортофотопланов некосимого участка. Некоторые фотоснимки, включающие изображения крон деревьев и кустарников в трудно доступных местах (непроходимых колючих зарослях), регистрировались в ГИС отдельно и использовались в качестве подложки для оцифровки контуров крон по экрану вручную.

Полученные в мобильной ГИС TerraSync Centimeter Edition v.5.41 точечный слой распространения одиночных деревьев и кустарников и полигональный слой проективных покрытий древесно-кустарниковой растительности Второго некосимого участка Стрелецкой степи со всей атрибутикой экспортировались через файлы обменного формата MIF в ГИС Mapinfo. На их основе строились тематические карты М 1 : 5000 и 1 : 400 (на 134 листах). Подробная методика ГИС-картографирования древесной растительности с использованием современных аппаратных и программных средств опубликована (Рыжков и др., 2017).

Следует отметить, что непосредственное использование высокоточных приборов геодезического класса при картировании древесной растительности под пологом леса мало эффективно вследствие наличия значительных препятствий для прохождения спутниковых сигналов. Даже при приёме дифференциальных поправок в режиме RTK точность определения координат в данном случае обычно не превышает 1.0 м, что явно недостаточно для корректной записи координат. К тому же требуется наличие устойчивой мобильной или радиосвязи. Поэтому в высокосомкнутых насаждениях предпочтительнее использование классического метода картирования с разбивкой пикетажной сети на местности или применения геодезических приборов другого класса, в частности электронных тахеометров, в которых используется метод обратной линейно-угловой засечки. Опыт применения подобного оборудования в заповеднике имеется.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Представленные методы использовались нами для изучения как отдельных компонентов лесостепных экосистем, так и для оценки общих тенденций их динамики. Прежде чем приступить к обзору результатов целесообразно показать особенности изменения климата на изучаемой территории. В ЦЧЗ имеется собственная метеостанция «Стрелецкая степь», на которой ведутся непрерывные восьмисрочные наблюдения, начиная с 1947 г. Анализ динамики основных климатический параметров показал, что за последние 20 лет годовые температуры воздуха превышали средние многолетние значения (рис. 1), а количество выпадающих осадков, напротив, соответствовало средним величинам или было ниже (рис. 2). В целом за весь период наблюдений среднегодовая температура воздуха увеличилась почти на 1° С (с 5.0° (1956 г.) до 5.9° (2019 г.)). Таким образом, погода в районе расположения заповедника по многолетним наблюдениям становится жарче и суше. Однако, последнее десятилетие характеризуется значительными климатическими экстремумами, в том числе и аномально высоким суммами осадков в отдельные месяцы (табл., рис. 3).

Таблица. Экстремальные значения температуры воздуха и количества осадков в последнее десятилетие (2010-2019 гг.) в районе расположения ЦЧЗ за период наблюдений с 1947 г.

Общая характеристика и особенности климата в районе расположения заповедника опубликованы (Непочатых, Рыжков, 2016). Наличие многолетних рядов наблюдений за климатом и биотой заповедника позволило выявить основные тенденции изменения биотических компонентов биогеоценозов под влиянием климата за последние 100 лет (до 1999 г.) (Рыжков и др., 2001; Рыжков и др., 2018). Как было сказано выше, начало XXI века характеризуется заметными изменениями климата, влияние которых на растительный и животный мир ЦЧЗ проанализировано за период с 2000 по 2013 гг., а результаты исследований опубликованы в 2017 г. (Рыжков и др., 2017а,б). Указанные погодные тенденции и аномалии безусловно повлияли на структуру и динамику лесной растительности ЦЧЗ, что нашло отражение в результатах исследований. Приводим основные их них, полученные в том числе с использованием аналитических средств ГИС, основанных, в частности, на построении цифровых моделей рельефа (ЦМР) и генерации на их основе производных векторных покрытий для изучения пространственного распределения особей отдельных древесных видов по высотам над уровнем моря, уклонам и экспозиции склонов.

Динамика пространственной структуры дубрав (проективного покрытия древостоев,

подроста и подлеска) на лесных ППП по материалам картирований разных лет

Результаты исследований по данному направлению освещены в открытой печати в период с 1995 по 2019 гг. (Рыжкова, Рыжков, 1995; Рыжков, 1996; Рыжков, Рыжкова, 1999; Рыжков, Рыжкова, 2001, Рыжков, Рыжкова, 2006а).

1. В 60-е годы XX века дубовые древостои ЦЧЗ, в которых древесным эдификатором является дуб черешчатый (Quercus robur L.) в существенно большей степени были дифференцированы по ярусам. Их общее проективное покрытие было максимальным и относительно равномерным. Сопутствующие виды не играли значимой роли в горизонтальной структуре сообществ (рис. 4).

Примечание. Условные обозначения к рисунку:

2. Вследствие массового усыхания дубрав в лесостепи в 70-е годы XX века произошло значительное изреживание древостоев и в ЦЧЗ, в основном, за счёт гибели тонкомерных и отставших в росте дубовых деревьев. Наблюдалось упрощение вертикальной стратификации сообществ, которое проявлялось в доминировании первого древесного яруса (рис. 4). Сформировались большие разрывы в пологе леса. Уменьшилось общее проективное покрытие древостоев (рис. 5).

3. Из-за изменения светового режима образовавшиеся окна быстро заселились широколиственными спутниками дуба (особенно, клёном остролистным) и дикими фруктовыми породами, благодаря чему к 90-м годам XX века значительно расширился видовой состав древостоев (рис. 5, 6) (Рыжков, 1997). В популяциях дуба черешчатого сохранился хронологический разрыв: продолжали доминировать исключительно зрелые генеративные деревья и отсутствовали, за редким исключением, особи прегенеративных фракций.

4. В дубравах сформировался мощный подлесочный ярус из черёмухи обыкновенной (Prunus padus L.) (Рыжкова, Рыжков, 2003; Рыжкова, Рыжков, 2004) и (или) лещины обыкновенной (Corylus avellana (L.) H.Karst.), что создало дополнительные препятствия для успешного возобновления дуба. При этом, черёмуха заселяет преимущественно простые по структуре порослевые дубравы с господством в древесном ярусе дуба черешчатого, образуя плотный подлесок, в котором на её долю приходится более 90% проективного покрытия (рис. 7). Кроме того, данный вид в условиях заповедника может участвовать в сложении третьего и даже второго ярусов древостоя. Констатируется формирование в отдельных лесных урочищах черёмухово-дубняков – уникальных для лесостепи типов леса. Лещина, напротив, приурочена, как правило, к сложным многовидовым широколиственным лесам. По мере взросления популяций данного вида наблюдается слияние мелких разрозненных контуров в крупные сплошные локусы с очень высоким проективным покрытием (рис. 8). В динамике наблюдается активное расселение лещины в лесах Казацкого и Стрелецкого участков ЦЧЗ, включая её появление на водораздельных пространствах, где ранее она не встречалась или была истреблена (рис. 9). В Казацком лесу, по материалам трёхкратного крупномасштабного геоботанического картирования Ю.Н. Нешатаева (1968, 1979, 1993 гг.), площадь распространения Corylus avellana увеличилась c 55.4 до 97.0 га (Рыжков, 2001б).

Примечание. Условные обозначения см. примечание к рис. 4.

Примечание. Условные обозначения см. примечание к рис. 4.

С 2008 по 2014 гг. нами выполнено сплошное картографирование популяции лещины обыкновенной на Стрелецком участке ЦЧЗ с помощью персональных навигаторов Garmin. Полученные путевые точки размещения оснований кустов были обработаны при помощи аналитических инструментов ГИС. Так, производные карты, созданные на основе ЦМР Стрелецкого участка, использовались для автоматической разноски мест обнаружения лещины по высотам над уровнем моря, диапазонам уклонов и экспозициям склонов с помощью географических операторов и SQL-запросов MapInfo Professional (Рыжков, Рыжкова, 2010а; Рыжкова, Рыжков, 2011; Рыжков, Рыжкова, 2014б). Аналогичная GPS-съёмка на этой же территории выполнена для липы мелколистной (Рыжков, Рыжкова, 2010б).

5. В настоящее время продолжается процесс самоизреживания материнских древостоев дуба порослевого происхождения и усиление фитоценотических позиций других широколиственных пород. Последние локальные очаги усыхания дубрав заповедника зафиксированы в 1999-2000 гг. и были связаны с поздними весенними заморозками, последствия которых усугубились летними засухами (рис. 10).

За 1999-2000 гг. в дубравах заповедника погибло около 20 деревьев дуба на 1 га. Последующий период с 2001 г. по 2018 гг. характеризовался низкими темпами изреживания дубовых древостоев. В среднем на 1 га в год усыхало от 1 до 8 деревьев (рис. 11).

На фоне продолжающегося активного вывала старого сухостоя дуба и редкого появления свежего сухостоя произошла кардинальная смена динамики численности сухих деревьев. Если с 1970 по 2000 гг. процесс носил волнообразный характер с плавным увеличением и снижением численности сухостоя в диапазоне от 150 до 250 шт./га, то, начиная с 2001 г. определилась выраженная тенденция постоянного ежегодного убывания анализируемого показателя (Рыжков О. и др., 2013). К 2018 г. количество сухостоя дуба уменьшилось до 73 шт./га – это самая низкая величина за весь период наблюдений, что объясняется, с одной стороны, отсутствием в настоящее время очагов усыхания дуба, а с другой стороны, активным переходом сухостоя в категорию валежа. Ветровал (отчасти бурелом) сухостойных деревьев способствует прогрессирующему накоплению валежа, численность которого на 2018 год составила 542 шт./га, а запас – более 84 м³/га.

Таким образом, для процесса отпада стволов дуба черешчатого в лесах ЦЧЗ в последнее десятилетие характерны следующие особенности:

— стабильное ежегодное уменьшение численности и запаса сухостойных деревьев и такое же стабильное увеличение этих показателей у валежа;

— низкие темпы изреживания дубовых древостоев.

В ГИС на картах ППП периодически обновляется информация о деревьях дуба черешчатого, изменивших своё жизненное состояние.

Во время Великой отечественной войны большинство дубовых древостоев заповедника было вырублено, за исключением небольшого количества так называемых «маяков», возраст которых к тому времени составлял 40-45 лет. В 2008-2010 гг. нами осуществлено ГИС-картографирование таких старовозрастных деревьев дуба, которые удалось обнаружить на Стрелецком участке (рис. 12).

6. В современных границах лесопокрытой площади ЦЧЗ начинают формироваться теневые широколиственные леса. Об этом свидетельствует динамика видового состава молодого поколения в дубравах, обследованного при повторных картографических работах на отдельных лесных ППП и представленного в основном широколиственными спутниками дуба (Рыжков, Рыжкова, 2004). Омоложение популяций лесообразующей породы наблюдается исключительно в тех местообитаниях, где освещённость не является лимитирующим фактором среды (поляны, экотоны со степью и пр.).

Нами выполнены картографические исследования популяций дуба черешчатого в зонах контакта дубрав с открытыми пространствами (бывшими залежами и целинными некосимыми степями). Важным результатом этой работы является оценка современного состояния и структуры популяции главной лесообразующей породы лесостепной зоны. Самый крупный и репрезентативный некосимый участок Стрелецкой степи, детально обследованный в 2016 г., оказался подходящим резерватом для самовоспроизводства в заповеднике семенных дубрав. Порослевые дубовые древостои в ЦЧЗ постепенно отмирают и не дают жизнеспособного потомства под своим пологом. Успешность возобновления дуба в экотонной зоне некосимого участка объективно подтверждена материалами картографирования. Его популяция имеет полночленную структуру с явным преобладанием молодых особей (рис. 13). В настоящее время мы являемся свидетелями начальной стадии формирования высокопродуктивных семенных дубовых древостоев, которые придут на смену порослевым (Рыжков О. и др., 2017б,в). Такой вывод правомочен только для участков со световым режимом открытых мест в естественных зонах контакта леса и степи.

 

7. Аномальные погодные условия 2009-2012 гг., в частности жара и засуха привели к иссушению верхних горизонтов почвы в лесах, что, в свою очередь, вызвало массовое усыхание осинников, особенно на Стрелецком и Казацком участках ЦЧЗ (рис. 14). Наиболее изучена древесная растительность лесной ППП «Осиновый куст», расположенной на Стрелецком участке в ур. Петрин лес (Краснитский, 1983). Доминантом древостоя на протяжении длительного времени была осина (Populus tremula L.). В 1975 и 2004 гг. на этом стационаре выполнены детальные картографические исследования, которые показали значительное увеличение проективного покрытия осинового древостоя (Рыжкова, Рыжков, 2006). Однако, после указанных климатических аномалий популяция осины перешла в стадию регрессии. При этом погибали преимущественно зрелые генеративные деревья, составляющие ядро популяции данного вида (рис. 15). Информация об усыхании осиновых насаждений и его динамике опубликована (Рыжкова и др., 2012; Рыжков Д. и др., 2015; Рыжкова и др., 2018)

 

Процесс разрушения осинового древостоя наглядно демонстрирует гистограмма многолетней динамики относительного участия осины в общем древесном опаде, которое сократилось с 95.1% в 1970 г. до 2.4% в 2017 г. (рис. 16).

8. В отличие от осины, для берёзы повислой (Betula pendula Roth) характерно расширение площади произрастания, что показали результаты современных картографических исследований. Ранее данная порода была чрезвычайно редкой в ЦЧЗ. Во всех дубравах Стрелецкого участка было обнаружено лишь 10 экземпляров высотой не более 4 м: Соловьятник – 6 шт., Петрин лес – 1 шт., Дуброшина – 3 шт. (Алехин, 1940). Позже появлись новые сведения о распространении берёзы: Соловьятник – 99 шт., Дуброшина – 7 шт. (Левицкий, 1957).

В 1994 г. нами был сделан сплошной перечёт и глазомерное картирование размещения деревьев берёзы в ур. Дуброшина, Соловьятник и Дедов-Весёлый, по результатам которых опубликованы сведения о изменениях ареала данного вида и его встречаемости в лесах Стрелецкого участка ЦЧЗ (Рыжков, 1997). Наиболее оптимальными экотопами для расселения берёзы оказались участки северного склона Петрина лога с разреженным древесным ярусом и наличием полян (Рыжков, 2001б).

 

 

 

В течение 2008-2011 гг. выполнено на основе GPS-съёмки сплошное наземное ГИС-картографирование популяции берёзы повислой на территории Стрелецкого участка и составлены точные карты её распространения (рис. 17). Общее количество закартированных деревьев этого вида составило 1514 экз., большинство из которых характеризовалось высокой жизнеспособностью (Рыжков, Рыжкова, 2014в).

Таким образом, несмотря на светолимитированность современных лесных сообществ заповедника, на Стрелецком участке сохраняются экотопы, пригодные для поселения и распространения берёзы повислой, что подтверждают результаты наших исследований.

Для улучшения визуализации процесса расселения берёзы использовался метод драпирования ЦМР различными растровыми изображениями (Рыжков, 2013).

В процессе полевой GPS-съёмки помимо сбора атрибутивной информации каждое дерево берёзы фотографировалось, в последующем в среде ГИС снимки привязывались к соответствующей записи в базе геоданных (рис. 18).

 

9. Методы геоинформационного картографирования использовались также при изучении популяций редких древесных видов, произрастающих в заповеднике, в частности миндаля низкого (Amygdalus nana L.). По миндалю низкому собрана наиболее полная геопространственная информация как по заповеднику, так и по Курской области в целом. В 2009 г. выполнено детальное картографирование популяции этого вида в Хвощевом логу Стрелецкого участка ЦЧЗ, в 2011 г. – в урочище Городном на участке Баркаловка и в урочищах Покоснево и Букреево участка Букреевы Бармы, в 2012-2013 гг. – на Казацком участке, где в Барыбином логу отмечено самое крупное в области местообитание вида (Рыжков, Рыжкова, 2012б). Применялся метод сплошной контурной съёмки при помощи приборов спутникового позиционирования.

Общее проективное покрытие миндаля низкого на Казацком участке ЦЧЗ по материалам картирования 2012-2013 гг. составило 12.9 га (рис. 19). Построена ЦМР территории участка, которая послужила основой для генерации полиномиальных покрытий основных морфометрических параметров рельефа и позволила проанализировать в зависимости от них пространственную структуру популяции миндаля низкого (Рыжков, Рыжкова, 2014а,б).

 

10. Как отмечалось, Центрально-Черноземный заповедник расположен в зоне контакта леса и степи, поэтому проблеме их взаимоотношения всегда уделялось первостепенное внимание. Изучение распространения древесно-кустарниковой растительности как по бывшим залежам, так и целинным степям с точки зрения ГИС имеет преимущества перед исследованием типичных лесных экосистем, так как на открытых пространствах имеется возможность использования как персональных навигаторов, так и высокоточного ГНСС-оборудования. Наиболее значимыми картографическими работами, выполненными в ЦЧЗ по этой тематике с использованием приборов спутникового позиционирования, были следующие:

2007 год. Картирование распространения древесной растительности на залежи участка ЦЧЗ Букреевы Бармы.

Участок расположен в центральной части Среднерусской возвышенности, в верховьях бассейна р. Оскол. Исследования проводились на самой крупной залежи площадью 20 га. На момент картирования её возраст составлял 29 лет. Применялся метод съёмки координат оснований стволов растений персональным навигатором Garmin GPSMap 78s. В 2007 г. выявлено 38 видов деревьев и кустарников. При обработке данных использовались аналитические средства ГИС. Значительный массив GPS-точек, имеющих трёхмерные координаты и более-менее равномерно распределённых по территории залежи, позволил на их основе строить карты проективных покрытий древесно-кустарниковых видов в среде MapInfo. Для этого использовался модуль Vertical Mapper, при помощи которого на основе высот генерировались растровые сетевые файлы или GRD-файлы. Используя сеть высот особей древесных видов залежи участка ЦЧЗ Букреевы Бармы, были созданы векторные карты проективных покрытий деревьев и кустарников, имеющих определённые высоты, и рассчитаны их площади. Возможность получения векторных проективных покрытий древесно-кустарниковой растительности из GRD-файла представляется нам чрезвычайно важной. Этот способ можно рассматривать в качестве альтернативного ручному трудоёмкому вычерчиванию контуров крон на бумаге в полевых условиях (Рыжков, 2013).

2004, 2011 годы. Картирование распространения древесно-кустарниковых видов на пастбище Стрелецкого участка ЦЧЗ.

Составлены динамические карты по материалам GPS-съёмок в указанные годы одиночно растущих деревьев и кустарников на пробных площадях размером 15.5 (2004 г.) и 5.0 (2011 г.) га. Картирование выполнено с помощью персональных спутниковых навигаторов Garmin GPS 12CX (2004 г.) и Garmin GPSMap 78s (2011 г.). При помощи ГИС MapInfo Professional 10.5.2 rus был выполнен пространственный анализ появления и гибели на пастбище разных видов деревьев и кустарников на ПП (5 га) за период с 2004 по 2011 гг. Установлено, что темпы пополнения древесных группировок на пастбище составляют на 5 га около 18 экземпляров в год, а темпы элиминации– около 5 экземпляров в год (Рыжков, Рыжкова, 2012а).

2016 год. Картирование распространения древесной растительности на Втором некосимом участке Стрелецкой степи.

Для съёмки использовались спутниковый приёмник геодезического класса Trimble GeoExplorer 6000 GeoXH CE и БПЛА – DJI Inspire-1.

На обследованной территории выявлено произрастание 56 видов древесных растений, в т.ч. деревьев – 23 вида, кустарников – 33 вида (Рыжков и др., 2017). Всего учтено 7251 отдельная особь и 1787 зарослей. Общее проективное покрытие древесно-кустарниковой растительности составило 14.3 га (или 14.1% площади Второго некосимого участка), из них одиночные растения – 3.0 га и заросли – 11.3 га (Рыжков О. и др., 2017а,б). Эта величина общего проективного покрытия является самой высокой среди всех закартированных ранее некосимых участков заповедника. Из указанного значения на долю леса приходится 1.6%, который занял 1.67 га некосимого участка за 80 лет после его организации (с 1935 по 2016 гг.) (Рыжков, Рыжкова, 2018).

Центрально-Черноземным заповедником активно развивается сотрудничество, включая международное (Рыжков, Трегубов, 2006), в плане освоения и обмена опытом работы по использованию GPS— и ГИС-технологий на ООПТ (Солнцев и др., 2006). Разработаны соответствующие методические рекомендации и курсы практических упражнений для сотрудников природных заповедников и национальных парков (Рыжков, 2007; Рыжков, 2009а).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Современные ГИС-технологии, особенно основанные на сборе данных при помощи высокоточных приборов спутникового позиционирования, позволяют оперативно получать достоверную информацию о природных объектах и наладить периодическое слежение за их состоянием. Наиболее ценные сведения в ходе такого мониторинга получены при сплошном картографировании древесной растительности ЦЧЗ на постоянных пробных площадях, а также при изучении популяций отдельных видов на заповедных участках. Накопленные многолетние ряды наблюдений в совокупности с картографическими материалами легли в основу краткосрочных прогнозов развития лесных экосистем ЦЧЗ (Рыжков, 2002). Основные выводы из выполненных исследований за период с 1989 по 2019 гг. сводятся к следующим:

1. Зональная лесообразующая порода – дуб черешчатый постепенно утрачивает роль древесного доминанта. Порослевые дубовые древостои 5-6-й генерации не могут сформировать жизнеспособный подрост под пологом леса и однонаправленно будут замещаться сопутствующими видами. Однако в экотонных зонах между лесом и степью, где свет не является лимитирующим фактором среды, наблюдается формирование полночленных популяций дуба черешчатого со значительным удельным весом прегенеративных растений. Таким образом, вместо порослевых материнских древостоев в отдалённой перспективе возможно формирование семенных дубрав, которые будут территориально привязаны к ныне существующей краевой части леса.

2. Осиновые насаждения ЦЧЗ оказались крайне чувствительными к климатическим аномалиям и в настоящее время находятся в стадии распада. На отдельных участках происходит омоложение популяции: после гибели генеративных деревьев появились корневые отпрыски, но насколько они долговечны покажет время. В большинстве случаев на месте бывших осинников начинают формироваться другие типы леса, где древесными эдификаторами будут виды, толерантные к низкой освещённости (вероятнее всего клён остролистный).

3. Берёзовые древостои оказались более устойчивыми к неблагоприятным факторам среды. Наблюдается активное расселение берёзы повислой на Стрелецком участке ЦЧЗ, преимущественно по склонам северной экспозиции.

4. В дубравах сформировался мощный подлесок из черёмухи и лещины, что также создаёт дополнительную затенённость под пологом леса. Данные виды практически полностью вытеснили из дубрав светолюбивые кустарники (тёрн, жёстер слабительный, шиповники и пр.). Прослеживается тенденция увеличения площади произрастания лещины с выходом её из логов на водоразделы, обнаружены новые очаги её расселения.

5. В процессе противостояния между лесом и степью в настоящее время первый является более сильным. При естественном ходе природных процессов в ЦЧЗ происходит облесение открытых пространств (восстановленных степей на бывших залежах, целинных луговых степей в некосимом режиме, пастбищ и пр.).

Не вызывает сомнения, что области применения геопространственной информации в лесоведении с каждым годом будут всё более расширяться, а современные ГИС-технологии уже стали неотъемлемым инструментом познания природы леса.

БЛАГОДАРНОСТИ

В 2016 г. картографические исследования выполнены при финансовой поддержке Проектом ПРООН/ГЭФ/ Минприроды России № 00072294 «Совершенствование системы и механизмов управления ООПТ в степном биоме России».

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Алехин В.В. Очерк растительности и ее последовательной смены на участке Стрелецкая степь под Курском // Тр. СПб. общ. естествоиспытателей, отд. ботан. 1909. Т. 40. Вып. 1. 112 с.

Зозулин Г.М., Кусмарцева Н.М. Изменение границ древесно-кустарниковой и травянистой растительности на опытных участках Центрально-Черноземного заповедника за 5 лет // Ботан. журн. 1951. Т. 36. № 3. С. 240-248.

Золотухин Н.И., Рыжков О.В., Филатова Т.Д. История организации, научные исследования и общие сведения о Зоринском участке Центрально-Черноземного заповедника // Природные условия и биологическое разнообразие Зоринского заповедного участка в Курской области: Тр. Центр.-Черноземн. гос. заповедника. Вып. 17. Тула, 2001. С. 7-30.

Картометрические исследования на территории Центрально-Черноземного заповедника им. проф. В.В. Алехина // Отчет ИГАН СССР за 1961-1975 гг. (сост. П.К. Рубайло). Инв. № 438. 1975. 43 с.

Кашкарова В.П., Рубайло П.К., Утехин В.Д. Карта растительности дальнего некосимого участка Стрелецкой степи (отчёт на 4-х стр.) Центрально-Черноземного государственного заповедника им. проф. В.В. Алехина. Съёмка 1973 г. Инв. № 425.

Краснитский А.М. Естественное распространение деревьев и кустарников на некосимой залежи в Центрально-Черноземном заповеднике // Ботан. журн. 1973. Т. 58. № 2. С. 212-224.

Краснитский А.М. Лесообразующая роль осины в процессах распространения и возобновления дубрав на примере осинового куста в Центрально-Черноземном заповеднике // Экологоценотические и географические особенности растительности. М., 1983. С. 107-121.

Краснитский А.М., Сошнин Г.П. Внедрение деревьев и кустарников на некосимых участках Центрально-Черноземного заповедника // Бюл. МОИП. Отд. биол. 1984. Т. 89. Вып. 2. С. 88-97.

Левицкий С.С. Список сосудистых растений Центрально–Черноземного государственного заповедника // Тр. Центр.-Черноземн. гос. заповедника. 1957. Вып. 4. С. 110-173.

Летопись природы Центрально-Черноземного заповедника. Книга 2 (1941-1945 гг.). 1949. 34 с.

Летопись природы Центрально-Черноземного заповедника. Книга 4 (1949-1950 гг.). 1951. 70 с.

Непочатых Л.В., Рыжков О.В. Климат // Центрально-Черноземный государственный природный биосферный заповедник имени профессора В.В. Алехина (научно-популярное издание) / Под общ. ред. А.А. Власова, О.В. Рыжкова, Н.И. Золотухина. Курск: Мечта, 2016. С. 15-19.

Нешатаев Ю.Н. Выборочно-статистический метод в детальном картографировании дубрав // Крупномасштабное картографирование растительности. Новосибирск: Наука, 1970. С. 56-65.

Нешатаев Ю.Н. Детальное крупномасштабное геоботаническое картирование как обязательный элемент экологического мониторинга (на примере биосферного Центрально-Черноземного заповедника) // Региональный экологический мониторинг. Пущино: НЦБН СССР, 1983. С. 58-63.

Нешатаев Ю.Н. Некоторые итоги изучения динамики растительности Казацкого участка Центрально-Черноземного биосферного заповедника методом выборочно-статистического картографирования // Заповедное дело: Научно-методические записки комиссии по заповедному делу. Вып. 1. М., 1996. С. 35-40.

Нешатаев Ю.Н., Новикова Л.А., Ухачева В.Н. Основные тенденции изменения растительности Казацкого участка Центрально-Черноземного заповедника (по итогам геоботанического картирования 1968 и 1979 гг.) // Научное наследие В.В. Алехина и развитие его идей в заповедном деле. Курск, 1982. С. 49-52.

Петрова И.Ф. Тенденции изменения луговостепной растительности Центральной лесостепи. М., 1990. 206 с.

Рыжков Д.О., Рыжкова Г.А., Рыжков О.В. Распад осиновых насаждений Центрально-Черноземного заповедника // Биологическое разнообразие как основа существования и функционирования естественных и искусственных экосистем: Матер. Всеросс. молодёж. науч. конф. 8-10 июня 2015 года. Воронеж: Изд-во «Истоки», 2015. С. 267-271.

Рыжков О.В. Состояние и развитие дубрав Центральной лесостепи (на примере заповедников Центрально-Черноземного и «Лес на Ворскле») // Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук. Краснодар, 1996а. 22 с.

Рыжков О.В. Стационарные исследования древесной растительности в заповедниках // Почвенный и биотический мониторинг заповедных экосистем: Методическое пособие. М.: КМК Scientific Press Ltd., 1996б. С. 51-60.

Рыжков О.В. Динамика состава лесов Центрально-Черноземного заповедника / Многолетняя динамика природных процессов и биологическое разнообразие заповедных экосистем Центрального Черноземья и Алтая / Труды Центрально-Черноземного государственного заповедника, вып. 15. М: КМК Scientific Press Ltd., 1997. С. 73-86.

Рыжков О.В. Методология использования векторных карт растительности в лесоведении и визуализации графической информации // Ботанические, почвенные и ландшафтные исследования в заповедниках Центрального Черноземья: Тр. Ассоциации ООПТ Центрального Черноземья России. Вып. 1. Тула, 2000. с. 120-130.

Рыжков О.В. Использование Autocad 2000 для создания векторных карт лесных фитоценозов // Растительный покров Центрально-Черноземного заповедника: Тр. Центр.-Черноземн. гос. заповедника. Вып. 18. Тула, 2001а. С. 82-93.

Рыжков О.В. Состояние и развитие дубрав Центральной лесостепи (на примере заповедников Центрально-Черноземного и «Лес на Ворскле»). Тула. 2001б. 182 с.

Рыжков О.В. Лесные экосистемы Центрально-Черноземного заповедника: прошлое, настоящее, будущее // Изучение и охрана природы лесостепи: Материалы научн.-практ. конф., посвящ. 120-летию со дня рождения В.В. Алехина (пос. Заповедный, Курская обл., 17 января 2002 г.). Тула, 2002. С. 11-14.

Рыжков О.В. Методические аспекты применения GPS и ГИС для изучения особо охраняемых природных территорий // Использование GPS- и ГИС-технологий для изучения особо охраняемых природных территорий (на примере ландшафтной структуры Воронежского государственного биосферного заповедника). Под редакцией: В.Н. Солнцева, О.В. Трегубова, О.В. Рыжкова, Б.А. Алексеева, С. Кола, П. Уорда. Тула, 2006а. С. 14-115.

Рыжков О.В. Обзор стационарных картографических исследований растительности Центрально-Чернозёмного заповедника // Картографические исследования в Центрально-Черноземном заповеднике: Тр. Центр.-Черноземн. гос. заповедника. Вып. 19. Курск. 2006б. С. 35-39.

Рыжков О.В. Ручной и электронный методы определения площадей проективных покрытий древостоев (обзор, преимущества и недостатки, сравнение) // Картографические исследования в Центрально-Черноземном заповеднике: Тр. Центр.-Черноземн. гос. заповедника. Вып. 19. Курск, 2006в. С. 138-140.

Рыжков О.В. Методическое пособие к семинару «Геоинформационные системы и особо охраняемые природные территории» (16-21 апреля 2007 г., г. Елизово). Тула: Гриф и К, 2007. 240 с.

Рыжков О.В. Применение методов наземного спутникового позиционирования и ГИС для изучения редких видов биоты на особо охраняемых природных территориях Курской области // Принципы и способы сохранения биоразнообразия: матер. III Всерос. науч. конф. (27 января – 1 февраля 2008 г.). Йошкар-Ола; Пущино, 2008. С. 581-583.

Рыжков О.В. Курс практических упражнений к семинару «Геоинформационные системы на особо охраняемых природных территориях на примере национального парка «Куршская коса» (9-15 ноября 2009 г., пос. Рыбачий) / Калининградский региональный фонд сохранения и развития национального парка «Куршская коса», Проект «Школа содружества». Рыбачий, 2009а. 195 с.

Рыжков О.В. Методы геонформационного картографирования природных объектов // Геоинформационное картографирование в регионах России: матер. Всерос. науч.-практ. конф. (Воронеж, 2-4 декабря 2009 г.). Воронеж: Изд-во «Истоки», 2009б. С. 184-187.

Рыжков О.В. Использование новых средств интеграции GPS и ГИС в среде Mapinfo professional 10.5 (модуль Geographic tracker 4.0) при проведении географических исследований // Геоинформационное картографирование в регионах России: матер. II (заочной) Всеросс. науч.-практ. конф. (Воронеж, 15 ноября 2010 г.) / Воронежский государственный университет. Воронеж: Изд-во «Научная книга», 2010. С. 63-68.

Рыжков О.В. Совместное использование GPS (GLONASS)-приборов и ГИС при картографировании природных объектов в реальном времени // Геоинформационное картографирование в регионах России: матер. III Всеросс. науч.-практ. конф. (Воронеж, 15-18 сентября 2011 г.) / Воронежский государственный университет. Воронеж: Изд-во «Научная книга», 2011. С. 111-116.

Рыжков О.В. Развитие геоинформационной системы Центрально-Черноземного заповедника // ИнтерКарто/ИнтерГИС-19: Устойчивое развитие территорий: теория ГИС и практический опыт. Матер. Междунар. конф., Курск, Богота (Колумбия), 2-7 февраля 2013 г. Курск, 2013. С. 220-239.

Рыжков О.В. Методика создания сглаженных полигонов в среде MAPINFO PROFESSIONAL v.12.0 по данным приборов спутникового позиционирования // Современные технологии в деятельности ООПТ (ГИС-Нарочь, 12-16 мая 2014). Матер. междунар. науч.-практ. конф. (избранное). Курортный поселок Нарочь, Беларусь, 2014а. С. 94-107.

Рыжков О.В. Приемы повышения точности определения координат и записи треков персональными GPS-навигаторами GARMIN при съемке природных объектов // Современные технологии в деятельности ООПТ (ГИС-Нарочь, 12-16 мая 2014). Матер. междунар. науч.-практ. конф. (избранное). Курортный поселок Нарочь, Беларусь, 2014б. С. 86-93.

Рыжков О.В. Формирование сглаженных полигонов в среде Mapinfo Proffessional v.12.0 по данным приборов спутникового позиционирования // Современные технологии в деятельности ООПТ: Матер. междунар. науч.-практ. конф. (курортный поселок Нарочь, Беларусь, 12-16 мая 2014 г.). Нарочь: ООО «Аль Пак», 2014в. С. 133-134.

Рыжков О.В., Власов А.А. Метод создания векторных карт лесных фитоценозов для использования в системах ГИС // ГИС в научных исследованиях заповедников Сибири: Тез. докл. конф., посвящ. 75-летию гос. природн. заповедника «Столбы». Красноярск, 2000. С. 14-15.

Рыжков О.В., Власов А.А., Рыжкова Г.А., Филатова Т.Д., Золотухин Н.И., Золотухина И.Б., Непочатых Л.В., Власова О.П., Власов Е.А. Многолетняя динамика климата и биоты Стрелецкого участка Центрально-Чернозёмного заповедника // Вопросы географии. Сб. 143. Географические основы заповедного дела (к 100-летию заповедной системы России) / Редкол.: В.М. Котляков, А.А. Чибилёв, А.А. Тишков. М.: Изд. дом «Кодекс», 2017а. С. 267-285.

Рыжков О.В., Власов А.А., Рыжкова Г.А., Филатова Т.Д., Золотухин Н.И., Золотухина И.Б., Непочатых Л.В., Власова О.П., Власов Е.А. Мониторинг климата и биоты Стрелецкого участка Центрально-Черноземного заповедника // Тр. Мордовского гос. природ. заповедника им. П.Г. Смидовича / Редкол.: Е.В. Варгот (отв. ред.), А.Б. Ручин, А.А. Хапугин. Саранск – Пушта, 2017б. Вып. 18. С. 17-32.

Рыжков О.В., Золотухин Н.И., Рыжкова Г.А. Видовой состав дендрофлоры Второго некосимого участка Стрелецкой степи Центрально-Черноземного заповедника (по материалам картирования 2016 года) // Тез. докл. Всеросс. науч. конф. «Научные исследования на заповедных территориях», посвящ. 160-летию со дня рождения основателя Карадагской научной станции, доктора медицины, приват-доцента Московского университета Терентия Ивановича Вяземского, а также Году особо охраняемых природных территорий и Году экологии в России / под общ. ред. к.г.н. Горбунова Р.В. Симферополь: ИТ «АРИАЛ», 2017. С. 43.

Рыжков О.В., Пузаченко А.Ю., Власов А.А., Золотухин Н.И., Корольков А.К., Филатова Т.Д. Столетняя динамика климата и биоты Центральной лесостепи (на примере Центрально-Черноземного заповедника и прилегающих территорий // Влияние изменения климата на экосистемы: Серия публикаций Департамента природоохранной политики и экспертизы Всемирного фонда дикой природы. Вып. 4. Охраняемые природные территории России. Анализ многолетних наблюдений. М.: Русский университет, 2001. С. 69-81.

Рыжков О.В., Рыжкова Г.А. Изучение горизонтальной структуры лесных сообществ на основе векторных (цифровых) карт // Роль заповедников Кавказа в сохранении биоразнообразия природных экосистем. Юбил. конф., посвящ. 75-летию Кавказского гос. природн. биосферн. заповедника: Авторефераты докладов. Сочи, 1999. С. 60-63.

Рыжков О.В., Рыжкова Г.А. Анализ динамики распространения деревьев и кустарников на залежи Казацкого участка Центрально-Черноземного заповедника по материалам картирования 1970, 1980 и 1999 годов // Ботанические, почвенные и ландшафтные исследования в заповедниках Центрального Черноземья: Тр. Ассоциации ООПТ Центрального Черноземья России. Вып. 1. Тула, 2000а. с. 136-146.

Рыжков О.В., Рыжкова Г.А. Динамика внедрения древесно-кустарниковых видов растений на некосимой залежи Казацкого участка Центрально-Черноземного заповедника за 58 лет // Чтения памяти проф. В.В. Станчинского. Вып. 3. Смоленск: Изд-во Смоленского госпедуниверситета, 2000б. С. 364-368.

Рыжков О.В., Рыжкова Г.А. Изменение численности и проективного покрытия древесно-кустарниковых видов на некосимой залежи Казацкого участка Центрально-Черноземного заповедника по материалам картирования 1970, 1980 и 1999 годов // Степи северной Евразии: стратегия сохранения природного разнообразия и степного природопользования в XXI веке: Матер. междунар. симпозиума. Оренбург, 2000в. С. 339-341.

Рыжков О.В., Рыжкова Г.А. Леса Зоринского участка Центрально-Черноземного заповедника // Природные условия и биологическое разнообразие Зоринского заповедного участка в Курской области: Тр. Центр.-Черноземн. гос. заповедника. Вып. 17. Тула, 2001. С. 140-186.

Рыжков О.В., Рыжкова Г.А. Возрастная структура и жизненное состояние пополнения древостоев в дубравах Центрально-Черноземного заповедника (участки Баркаловка и Букреевы Бармы) за период 1991-2003 гг. // Актуальные проблемы управления заповедниками в Европейской части России: Материалы юбилейной научн.-практ. конф., посвящ. 10-летнему юбилею гос. природн. заповедника «Воронинский» (пос. Инжавино, Тамбовская обл., 21-24 сентября 2004 г.). Воронеж: Воронежский государственный университет, 2004. С. 138-141.

Рыжков О.В., Рыжкова Г.А. Анализ многолетней динамики горизонтальной структуры дубрав Центрально-Черноземного заповедника на основе стационарных исследований // Картографические исследования в Центрально-Черноземном заповеднике: Тр. Центр.-Черноземн. гос. заповедника. Вып. 19. Курск. 2006а. С. 52-64.

Рыжков О.В., Рыжкова Г.А. Использование навигационных приборов для фиксации местонахождений и представления карт ареалов видов из Красной книги Курской области // Исследования по Красной книге Курской области: Мат-лы науч.-практ. конф. (Курская обл., Курский р-н, пос. Заповедный, март 2006 г.). Курск, 2006б. С. 9-12.

Рыжков О.В., Рыжкова Г.А. Изучение динамики распространения лещины обыкновенной на Стрелецком участке Центрально-Черноземного заповедника с использованием методов GPS и ГИС // Геоинформационное картографирование в географии и геоэкологии: сборник статей / Воронежский государственный университет. Воронеж: Изд-во «Истоки», 2010а. С. 67-86.

Рыжков О.В., Рыжкова Г.А. Распространение Tilia cordata в лесных урочищах Стрелецкого участка ЦЧЗ // Проблемы мониторинга природных процессов на особо охраняемых природных территориях: матер. междунар. науч.-практ. конф., посвящ. 75-летию Хопёрского гос. природн. заповедника (пос. Варварино, Воронежская область, 20-23 сентября 2010 г.). Воронеж: ВГПУ, 2010б. С. 377-379.

Рыжков О.В., Рыжкова Г.А. Использование ГИС-картографирования для изучения динамики растительного покрова пастбища Центрально-Черноземного заповедника и проектирования заповедно-режимных мероприятий // Матер. междунар. науч.-практ. конф., посвящ. 130-летию со дня рождения профессора В.В. Алехина (г. Курск – пос. Заповедный, 15-18 января 2012 г.). Курск, 2012а. С. 168-187.

Рыжков О.В., Рыжкова Г.А. GPS-картографирование популяций миндаля низкого на участках Центрально-Черноземного заповедника Баркаловка и Букреевы Бармы в 2011 году // Геоинформационное картографирование в регионах России: матер. IV (заочной) Всерос. науч.-практ. конф. (Воронеж, 15 ноября 2012 г.). Воронеж: Изд-во «Научная книга», 2012б. C. 105-110.

Рыжков О.В., Рыжкова Г.А. Использование цифровой модели рельефа для изучения пространственной структуры популяции миндаля низкого в Центрально-Черноземном заповеднике // Актуальные проблемы экологии России и стран ближнего зарубежья: матер. все-росс. науч. конф. с междунар. участием (г. Курск, 12 ноября 2013 г.). Курск, 2014а. С. 80-83.

Рыжков О.В., Рыжкова Г.А. Использование цифровых моделей рельефа для анализа геопространственных данных Центрально-Черноземного заповедника // Современные технологии в деятельности ООПТ (ГИС-Нарочь, 12-16 мая 2014). Матер. междунар. науч.-практ. конф. (избранное). Курортный поселок Нарочь, Беларусь, 2014б. С. 108-144.

Рыжков О.В., Рыжкова Г.А. Применение методов ГИС-картографирования для изучения динамики распространения березы повислой (Betula pendula Roth) на Стрелецком участке Центрально-Черноземного заповедника в 2008-2011 годах // Флора и растительность Центрального Черноземья – 2014: Матер. межрегион. науч. конф. (г. Курск, 5 апреля 2014 г.). Курск, 2014в. С. 148-153.

Рыжков О.В., Рыжкова Г.А. Лес и степь в Центрально-Черноземном заповеднике: методы и результаты картографирования растительности (1999–2016 гг.) // Сборник тезисов Всероссийской научной конференции «Национальная картографическая конференция – 2018», Москва, Российская государственная библиотека, 16–19 октября 2018 г. М.: Географический факультет МГУ, 2018. DOI: 10.15356/ncc2018; http://ncconf.ru/. С. 237-238.

Рыжков О.В., Рыжкова Г.А. Динамика состояния древостоев пойменных дубрав участка Пойма Псла Центрально-Черноземного заповедника // Флора и растительность центрального Черноземья – 2019: Матер. межрегион. науч. конф., посвящ. 50-летию организации участков Центрально-Черноземного заповедника Баркаловка и Букреевы Бармы (п. Заповедный, 13 апреля 2019 г.). Курск: Мечта, 2019а. С. 140-146.

Рыжков О.В., Рыжкова Г.А. Результаты изучения лесных экосистем Центрально-Черноземного заповедника на основе ГИС-технологий // Аэрокосмические методы и геоинформационные технологии в лесоведении, лесном хозяйстве и экологии: Доклады VII Всероссийской конференции (Москва, 22-24 апреля 2019 г.). М.: ЦЭПЛ РАН, 2019б. С. 157-159.

Рыжков О.В., Рыжкова Г.А., Золотухин Н.И., Золотухина И.Б., Филатова Т.Д. Многолетние ряды данных Центрально-Черноземного заповедника и возможности их миграции в ГИС // Современные технологии в деятельности особо охраняемых природных территорий: геоинформационные системы, дистанционное зондирование Земли: сборник научных статей. Минск, 2018. С. 64-69.

Рыжков О.В., Рыжкова Г.А., Непочатых Л.В.  Многолетняя динамика отпада стволов дуба черешчатого в лесах Центрально-Черноземного заповедника // Флора и растительность Центрального Черноземья – 2013: Матер. межрегион. науч. конф. (г. Курск, 6 апреля 2013 г.). Курск, 2013. С. 132-138.

Рыжков О.В., Рыжкова Г.А., Рыжков Д.О.  Обзор новых возможностей версии 11.5 ГИС MapInfo Professional для создания карт проективных покрытий растительности на основе сплайнов // Флора и растительность Центрального Черноземья – 2013: Матер. межрегион. науч. конф. (г. Курск, 6 апреля 2013 г.). Курск, 2013. С. 138-140.

Рыжков О.В., Рыжкова Г.А., Рыжков Д.О. Методика ГИС-картографирования древесной растительности с использованием современных аппаратных и программных средств // Современные технологии в деятельности особо охраняемых природных территорий: геоинформационные системы, дистанционное зондирование земли: сборник научных статей – Минск. 2017а. С. 63-72.

Рыжков О.В., Рыжкова Г.А., Рыжков Д.О. Проективные покрытия древесно-кустарниковой растительности Второго некосимого участка Стрелецкой степи Центрально-Черноземного заповедника по материалам картографирования 2016 года // Вестник ТвГУ. Серия «Биология и экология». 2017б. № 3. С. 91-99.

Рыжков О.В., Рыжкова Г.А., Рыжков Д.О. Результаты картирования популяции дуба черешчатого на Втором некосимом участке Стрелецкой степи Центрально-Черноземного заповедника в 2016 году // Флора и растительность Центрального Черноземья – 2017: матер. межрегион. науч. конф., посвящ. Году особо охраняемых природных территорий и экологии (8 апреля 2017 г., г. Курск). Курск: Мечта, 2017в. С. 126-131.

Рыжков О.В., Собакинских В.Д. Обзор геоботанического и лесного картографирования участков и урочищ Центрально-Чернозёмного заповедника // Картографические исследования в Центрально-Черноземном заповеднике: Тр. Центр.-Черноземн. гос. заповедника. Вып. 19. Курск. 2006. С. 6-34.

Рыжков О.В., Трегубов О.В. Развитие российско-американского сотрудничества по использованию GPS- и ГИС- технологий на особо охраняемых природных территориях // Использование GPS — и ГИС-технологий для изучения особо охраняемых природных территорий (на примере ландшафтной структуры Воронежского государственного биосферного заповедника). Под редакцией: В.Н. Солнцева, О.В. Трегубова, О.В. Рыжкова, Б.А. Алексеева, С. Кола, П. Уорда. Тула, 2006. С. 197-208.

Рыжкова Г.А., Рыжков О.В. Некоторые результаты исследования горизонтальной структуры заповедных дубрав // Материалы Российско-Украинской научной конференции, посвящённой 60-летию Центрально-Черноземного заповедника. М.: КМК Scientific Press Ltd., 1995. С. 125-127.

Рыжкова Г.А., Рыжков О.В. Распространение древесно-кустарниковых видов на некосимых залежах Казацкого участка Центрально-Черноземного заповедника // Растительный покров Центрально-Черноземного заповедника: Тр. Центр.-Черноземн. гос. заповедника. Тула: Гриф и К°, 2001 (на обложке 2002). Вып. 18. С. 94-224.

Рыжкова Г.А., Рыжков О.В. Распространение черемухи обыкновенной в лесных экосистемах Центрально-Черноземного заповедника на основе анализа многолетних наблюдений за опадом // Флора и растительность Центрального Черноземья-2003 (материалы научн. конф.). Курск, 2003. С. 28-31.

Рыжкова Г.А., Рыжков О.В. Динамика листового опада в дубравах Центрально-Черноземного заповедника // Лесоведение. 2004. № 5. С. 20-27.

Рыжкова Г.А., Рыжков О.В. Динамика растительности лесной постоянной пробной площади «Осиновый куст» по материалам картирований разных лет // Картографические исследования в Центрально-Черноземном заповеднике: Тр. Центр.-Черноземн. гос. заповедника. Вып. 19. Курск. 2006. С. 103-110.

Рыжкова Г.А., Рыжков О.В. Изучение динамики распространения лещины обыкновенной на Стрелецком участке Центрально-Черноземного заповедника с использованием методов GPS и ГИС (дополнение) // Геоинформационное картографирование в регионах России: матер. III Всеросс. науч.-практ. конф. (Воронеж, 15-18 сентября 2011 г.) / Воронежский государственный университет. Воронеж: Изд-во «Научная книга», 2011. С. 117-120.

Рыжкова Г.А., Рыжков О.В., Непочатых Л.В. Усыхание осиновых насаждений Центрально-Черноземного заповедника // Флора и растительность Центрального Черноземья – 2012: Матер. науч. конф. (г. Курск, 6 апреля 2012 г.). Курск: Курский гос. ун-т, 2012. С. 138-142.

Рыжкова Г.А., Рыжков О.В., Рыжков Д.О. Распад осиновых насаждений Центрально-Черноземного заповедника (2008-2017 годы) // Флора и растительность Центрального Черноземья – 2018: Матер. межрегион. науч. конф. (г. Курск, 21 апреля 2018 г.). Курск: Мечта, 2018. С. 105-111.

Солнцев В.Н., Рыжков О.В., Трегубов О.В., Алексеев Б.А., Калуцкова Н.Н., Анциферова А.А. Использование GPS- и ГИС-технологий для изучения особо охраняемых природных территорий (на примере ландшафтной структуры Воронежского государственного природного биосферного заповедника). Тула: Гриф и К, 2006. 216 с.

Утехин В.Д. Растительность Центрально-Черноземного заповедника и ее продуктивность // Биогеография, фенология. М., 1967. Вып. 1. С. 18-21.

Рецензент: к.т.н., н.с. Подольская Е.С.