Changes in the afforestation of raised bogs under the influence of climatic and anthropogenic factors: a case study of objects of the West-Dvina forest-peatland experimental Station, the Tver region

Abstract

Современное изменение климата способствует росту облесенности лесотундры и продвижению вверх границы леса в горах. Расширение лесов (облесение) отмечено для болот в Европе и Америке, и связывается со снижением уровней болотных вод, подтверждаемое также результатами лесоосушения. Целью работы была проверка гипотезы о текущем росте облесенности верховых болот, широко распространенных в лесной зоне и наиболее зависимых от изменения климатических условий. Была разработана методика оценки облесенности на основе спутниковых данных Landsat разных поколений, проведена ее проверка по наземным данным и проанализировано изменение облесенности за период 1976-2022 гг. нескольких верховых болотных (ненарушенных и осушенных для лесного хозяйства) в Тверской области. Было протестировано около 20 вегетационных индексов (SAVI, RVI(SR), NDWI, NDVI, NDSI, SWVI и другие) на съемке за летний и зимний (снежный) с проверкой результатов классификации по данным таксации насаждений на круговых площадках с построением матриц ошибок. Подтверждена возможность использования съемки среднего разрешения спутников Landsat (предпочтительно зимней) для долговременного анализа динамики облесенности верховых болот. Предложены оптимальный вегетационный индекс (SWVI) и методика классификации. Установлен рост облесенности на всех неосушенных участках болот вне зависимости от исходного состояния. Меньше всего сократились площадь с низкой сомкнутостью полога 0-0,1, в большей степени с сомкнутостью 0,2-0,3, наиболее сильные изменения показали участки с высокой изначальной сомкнутостью полога 0,6-0,7 и выше.

Modern climate change is contributing to an increase in afforestation of forest-tundra and an upward movement of the forest edge in the mountains. Expansion of forest vegetation has been noted in European and American mires, and is associated with declining water levels in bogs, also confirmed by the results of forest drainage. The aim was to test the hypothesis of an ongoing increase in the afforestation of raised bogs, which are widespread in the forest zone and most depend on changes in climatic conditions. A methodology for estimating forest cover based on Landsat satellite data of different generations was developed and verified using ground truth data, and the change in the forest cover of several raised bogs (undisturbed and drained for forestry) in the Tver Region was analysed in the period 1976-2022. About 20 vegetation indices (SAVI, RVI(SR), NDWI, NDVI, NDSI, SWVI, etc.) were tested on survey for summer and winter (snow) with verification of classification results from taxation data on circular plots with construction of error matrices. The possibility of using medium resolution Landsat satellite imagery (preferably winter imagery) for long-term analysis of the dynamics of afforestation of raised bogs was confirmed. Optimal vegetation index (SWVI) and classification methodology were proposed. The growth of afforestation was established in all non-drained areas of bogs irrespective of the initial condition. The area with low canopy density 0-0.1 and to a greater extent with density 0.2-0.3 decreased the least, the areas with high initial density 0.6-0.7 and higher showed the strongest changes.