Wykorzystanie zdjęć lotniczych w badaniu degradacji środowiska przyrodniczego

Otaczająca nas przyroda stanowi naturalne środowisko życia i działalności społeczeństwa. Przyroda i dzieła pracy ludzkiej stanowią łącznie dla społeczeństwa środowisko geograficzne. Zależność społeczeństwa od środowiska geograficznego, jak również jego wpływ na ukształtowanie środowiska są bardzo zróżnicowane w czasie i przestrzeni.

W krajach wysoko rozwiniętych oddziaływanie człowieka na środowisko jest z reguły znacznie większe niż w krajach o niskim stopniu rozwoju. Wpływ społeczeństwa na środowisko gwałtownie zaczął wzrastać od XIX wieku w związku z rozwojem techniki i szybkim wzrostem liczby ludności świata. Przemiany środowiska geograficznego od XIX w do czasów współczesnych przewyższają wszystko co człowiek zmienił w środowisku od początku istnienia do tego czasu.

Środowisko przyrodnicze po wprowadzeniu do niego zmian przez człowieka dąży do stanu, jaki je znamionował przed ingerencją. Jednakże środowisko każdego obszaru może być tak dalece zmienione, że powrót do stanu wyjściowego nie jest już możliwy.
Niewiele jest bogactw naturalnych bezpośrednio dostępnych i bezpośrednio wykorzystywanych przez człowieka. Ich pozyskiwanie wymaga zwykle specjalnych zasobów, a wykorzystanie odpowiedniego przygotowania lub przetworzenia. Z tych względów eksploatacji bogactw naturalnych towarzyszy rozwój przemysłu, urbanizacja. Ta niejako uboczna szkodliwość eksploatacji zasobów naturalnych przejawia się w :
- częściowym lub całkowitym zniszczeniem terenów eksploatowanych
- zanieczyszczeniu środowiska
Gdy mówimy o eksploatacji bogactw naturalnych najczęściej myślimy o pozyskiwaniu surowców energetycznych, głównie węgla, ropy naftowej, gazu ziemnego, rud metali i niektórych surowców ceramicznych. Dopiero po zastanowieniu się stwierdzamy, że przecież wszystkie nasze potrzeby zaspokajamy dzięki przyrodzie i liczba eksploatowanych dóbr jest znacznie większa. Siejąc i uprawiając rośliny eksploatujemy gleby, hodując zwierzęta eksploatujemy łąki i pastwiska. Pozyskujemy wiele gatunków roślin, w tym drzewa z naturalnych i sadzonych lasów. Z roku na rok zmniejsza się powierzchnia lasów, które przeprowadzają połowę procesów fotosyntezy zachodzących na Ziemi. Wyrąb lasów oznacza więc nie tylko zmniejszanie się zasobów drewna i innych zysków leśnych, ale także zmniejszanie się zasobów tlenu w atmosferze. Wyrąb lasu wspomaga degradacje i dewastację gleb.
Niszczenie gleb postępuje bardzo szybko. Przyczynia się do tego w głównej mierze gospodarka człowieka (karczowanie lasów, zaorywanie ogromnych powierzchni ziemi, niszczenie pierwotnej roślinności na pochyłych terenach). Działalność człowieka prowadzi do niszczenia gleb przez dewastację i degradację.
Jedną z metod zbierania i opracowywania danych o zjawiskach i procesach zachodzących na powierzchni Ziemi i w atmosferze jest wykonywanie zdjęć spektrostrefowych .


ZDJĘCIA LOTNICZE W DOKUMENTACJI STANU I ZMIAN ŚRODOWISKA MIASTA ŚLASK

Najbardziej przeobrażonym przez człowieka obszarem w Polsce jest Górnośląski Okręg Przemysłowy. Ogromna presja przemysłu, przy niedostatecznych działaniach zapobiegawczych spowodowała degradację środowiska. Badania prowadzone w latach 1990 w ramach Centralnego Programu Badań były pierwszymi i kompleksowo przeprowadzonymi pracami mającymi na celu poznanie i udokumentowanie procesów i zjawisk dotyczących przeobrażeń i degradacji powierzchni ziemi w obszarze Górnośląskiego Okręgu Przemysłowego jak też zmian i przeobrażeń dokumentujących się w ekosystemach leśnych, łąkowych, upraw rolnych oraz wód powierzchniowych.
W przyjętym założeniu realizacji pracy zmierzającej do poznania zaistniałych przeobrażeń i degradacji podjęto decyzje o wykorzystaniu zdjęć lotniczych, bowiem nie istnieją żadne inne materiały umożliwiające odtworzenie stanu środowiska w przeszłości i porównanie ze stanem aktualnym.
Dla określenia sytuacji środowiska posłużono się zdjęciami archiwalnymi w skali
1:17 000 i w skali 1:10 000 w przypadku nowych zdjęć. Przystępując do interpretacji zdjęć założono, że uzyskane wyniki zostaną nałożone na treść podkładu sytuacyjno – wysokościowego mapy topograficznej. Dla spełnienia wymaganej dużej szczegółowości i dokładności treści mapy wynikowej przyjęto, że takim podkładem będzie mapa topograficzna w skali 1:10 000 w układzie współrzędnych GUGiK-65.
Wyniki interpretacji pochodzące w pierwszej kolejności ze zdjęć aktualnych a następnie archiwalnych zostały naniesione na wymienione mapy dając nową w pełni kartometryczną informację o stanie środowiska.

INWETARYZACJA STANU LASU NA PODSTAWIE ZDJĘĆ LOTNICZYCH

Podstawą wszelkich działań gospodarczych i ochronnych w lasach jest stale aktualizowania wiedza o stanie zasobów leśnych oraz zachodzących w nich procesach. Do aktualizowania informacji charakteryzujących stan zasobów leśnych wprost niezastąpione są zdjęcia lotnicze w skalach przystosowanych do wymaganego poziomu szczegółowości interesujących nas zjawisk.
Spośród technik, którymi obecnie w Polsce mogą być wykonywane zdjęcia lotnicze lasów, najwięcej informacji dostarcza technika zdjęć spektrostrefowych. Poza wszystkimi informacjami możliwymi do zarejestrowania w innych technikach, fotografia spektrostrefowa wydobywa ponadto obraz patologicznych zmian lasu, które nie są widoczne w widzialnym paśmie spektrum ani na czarno-białych zdjęciach w podczerwieni.
Technikę fotografii spektrostrefowej wykorzystano zatem do analizy stanu lasów na wybranych obszarach naszego kraju, gdzie skażenie środowiska powoduje katastrofalne zmiany w zasobach leśnych.

Obecnie w końcowej fazie obumierania znajdują się drzewostany jodłowe, postępuje regres świerka i znacznie zagrożona jest sosna. Giną także buki i dęby, a nawet brzozy. Wobec rozmiaru zmian zachodzących w naszych lasach oraz wciąż postępującego procesu degradacji prowadzone w OPOLiS prace badawcze zmierzały do ustalenia związków między cechami przyrodniczymi wyrażającymi stan lasu i cechami obrazu tego lasu na zdjęciach spektrostrefowych. I tak, badania szczegółowe prowadzone nad sposobami oceny uszkodzeń drzewostanów powstałych w wyniku działania określonego patogenu, np. SO², zmianą poziomu wód podziemnych czy tez gradacja pierwotnych szkodników owadzich stały się przyczynami do poznania mechanizmów tworzenia się obrazu lasu na zdjęciach spektrostrefowych oraz deformacji tego obrazu powstających w wyniku różnych czynników naruszających normalne warunki wzrostu i rozwoju drzewostanów.
Próba syntetycznego przedstawiania zjawisk mówiących o jakości lasu, na podstawie analizy spektrostrefowych zdjęć lotniczych, jest metoda oceny zdrowego i sanitarnego stanu lasów. Jest ona odpowiedzią na potrzebę charakteryzowania i oceny stanu lasu znajdującego się pod presja wielu, trudnych do oddzielenia czynników sprawczych. Metoda ta daje możliwość inwentaryzacji zjawisk, które przejawiają się zaburzeniem struktury drzewostanów, jak również pozwala na waloryzację drzewostanów w różnych kategoriach jakości(zdrowia) na podstawie barwy i struktury koron drzew budujące drzewostany.

Fundamentalne znaczenie w wykorzystywaniu spektrostrefowych zdjęć lotniczych do oceny zdrowego stanów drzewostanów iglastych ma fakt, że jest wiarygodne rozróżnienie kliku kategorii barw, które można przypisać kategorii ilościowej wyrażonej w procentach utraty aparatu asymilacyjnego. Można zatem określić, jaki jest udział poszczególnych, ustalonych dla badanego obszaru, kategorii drzew.

Utrwalony na zdjęciach lotniczych obraz stanu lasu daje możliwość śledzenia kierunku i tempa rozwoju tych zjawisk i wnioskowania o postępowaniu lub zahamowaniu procesu degradacji.
Przykład: Zmiany stanu lasów w Bełchatowskim Okręgu Przemysłowym
Zależność między barwa korony na zdjęciu lotniczym i ubytkiem aparatu asymilacyjnego sosny została wykorzystana do zróżnicowania jakości drzewostanów ulegających degradacji pod wpływem różnych czynników sprawczych na obszarze lasów w Bełchatowskim Okręgu Przemysłowym.

Jako miarę jakości drzewostanów przyjęto tutaj procentowy udział martwych i zamierających drzew w badanej populacji oraz występowanie takich zjawisk, jak: rozluźnienie zwarcia, obecność luk i obszarów wylesionych, skupisk martwych drzew itp. Zjawisk, których obecność i rozmiar świadczą o naruszeniu równowagi ekosystemu leśnego. Analiza drzewostanów w Bełchatowskim Okręgu Przemysłowym według powyższych kryteriów pozwoliła stwierdzić, że stan tych drzewostanów w ciągu 4 lat, które dzieliły pierwszy i drugi termin badań, uległ wyraźnemu pogorszeniu na całym analizowanym obszarze obejmującym 8 500 ha.

Generalnym spostrzeżeniem jest wiec przejście większości drzewostanów z klasy najwyższej do niższej klasy jakości, co dowodzi postępującej degradacji tych kompleksów leśnych. Potwierdza to także fakt pojawienia się kolejnych niższych klas jakości, które w pierwszym terminie badania jeszcze nie występowały.

Przykład: Klęska ekologiczna w Sudetach Zachodnich
Masowo wymierające drzewostany świerkowe w Sudetach Zachodnich stały się interesującym obiektem dla kompleksowych badań degradacji środowiska, które podjęto już w 1982r. na obszarze polskiej części Sudetów.

W pierwszej fazie dokonano oceny stanu lasów na obszarze około 35 000 ha na podstawie zdjęć lotniczych . służba leśna była zainteresowana dokładnymi mapami w skali 1:10 000 obrazującymi kondycję lasu, ale ze względu na rozmiar zniszczeń, zdecydowano wyniki interpretacji zdjęć lotniczych przedstawić na podkładzie map topograficznych w skali 1:25 000. Przedstawiono na nich zasięgi: drzewostanów martwych, rozluźnionego zwarcia, wywrotów i złomów, wylesień, zalesień i odnowień.

Zachodzący obecnie proces ginięcia lasów skłonił autorów badania degradacji środowiska do przeanalizowania zmian w drzewostanach na wybranym fragmencie Gór Izraelskich, a więc na obszarze, gdzie najwyraźniej wystąpiła degradacja szaty roślinnej. Podstawa analizy były zdjęcia lotnicze: panchromatyczne oraz spektrostrefowe. Z analizy wynika, że rozległe obszary północnego stoku, od 600 do 900 m npm, były porośnięte zwartymi drzewostanami świerkowymi. W miarę wznoszenia się terenu las uległ przerzedzeniu, a w części grzbietowej wystapiły wylesienia. Zdjęcia panchromatyczne wskazują na wzrost powierzchni wylesionych oraz rozluźnienie zwarcia. Na stoku południowym zanikł las na wysokości
1000 m npm. Ostatnie zobrazowanie lotnicze wskazuje na dalsze postępowanie procesu degradacji. Praktycznie rzecz biorąc, w ciągu 9 lat las jako formacja roślinna na analizowanym terenie przestał istnieć.


Podsumowując mapy powstałe w oparciu o interpretacje zdjęć lotniczych przedstawiają wiarygodną sytuację stanu i zmian środowiska. Przedstawiony na mapach stan środowiska umożliwia określenie zaistniałych zmian i występujących procesów degradacyjnych a także wskazanie tendencji przyszłych zagrożeń środowiska. Zdjęcia lotnicze są niezbędne do aktualizowania informacji o stanie przyrody np. obraz lasu na zdjęciu lotniczym daje możliwość ogarnięcia wzrokiem dziesiątek i setek hektarów, a więc także szybkiej oceny przestrzennego rozkładu zjawisk, jak tez możliwość oceny zróżnicowania tworzących je drzewostanów, jaką daje technika fotografii spektrostrefowej.