Постановка проблемы (Introduction) Ставропольский край является крупным аграрным центром, при его удельном весе в общей территориальной площади страны 0,39 %, производит 3,6 % ее валовой сельскохозяйственной продукции, в том числе 2,2 % молока, 3,5 % мяса (в убойном весе) [1, с. 37]. Повышение эффективности отрасли животноводства в регионе является важнейшей задачей и непосредственно связано с устойчивым развитием системы кормопроизводства. И здесь немаловажное значение имеет лугопастбищное кормопроизводство [2, с. 12; 3, с. 28].Естественная, или природная, растительность края, используемая для выпаса животных в пастбищный период, сформировалась в течение многих тысячелетий в контрастных экологических условиях: перепады высот – от 5 до 1600 м над уровнем моря с годовыми нормами осадков от 250 до 700 мм, при этом ГТК колеблется от 0,3 до 1,5 [2, с. 12; 4, с. 6330; 5, с. 10]. Как в прошлом, так и в настоящем естественные кормовые угодья, являясь важным источником природных кормов, подвержены интенсивной пастбищной нагрузке [6, с. 51, 7, с. 78; 8, с. 48]. Рациональное использование травостоя степных фитоценозов – по-прежнему одна из нерешенных задач лугопастбищного кормопроизводства [9, с. 64; 10, с. 6; 11, с. 1], которая остается весьма актуальной. И сегодня важно знать состояние природных травостоев, особенности вегетации травянистой растительности степных фитоценозов, их кормовой потенциал, характеризующийся количеством надземной массы за вегетационный период, используемой в целях сенокошения или выпаса животных.Повысить точность, объективность и масштабность решения таких задач возможно с применением данных дистанционного зондирования Земли, которые дают возможность контролировать ход вегетации растительности. Поэтому целью наших исследований было изучить состояние природных фитоценозов и особенности их вегетации в зоне неустойчивого увлажнения и в засушливой зоне Ставропольского края, в том числе с использованием данных дистанционного зондирования Земли.Методология и методы исследования (Methods)При выполнении работы использованы комплексно-экспедиционные и камеральные методы исследования.В процессе работы были выполнены следующие работы:выбраны пункты для проведения детальных исследований;проведено геоботаническое обследование состояния природных травостоев на местности;выполнено картографирование (оцифровка) обследованных территорий;получены данные дистанционного зондирования Земли с помощью сервиса «ВЕГА-Science» ИКИ РАН.Геоботанические исследования проведены на учетных площадках (полигонах) определенного размера (10×10 м) согласно требованиям методик и ГОСТов, общепринятых в фитоценологии. Описание растительности проводилось по системе О. Друде с отметкой обилия вида, проективного покрытия, высоты травостоя [5, с. 18].Оценка состояния растительности анализировалась по значениям нормализованного относительного вегетационного индекса (NDVI), который получали с помощью сервиса «Вега» ИКИ РАН [12, с. 50; 13 с. 581; 14 с. 162; 15, с. 120].Объекты нашего исследования – природные сообщества дикорастущей флоры, которые расположены в засушливой зоне (I и II почвенно-климатические зоны Ставропольского края) и в зоне неустойчивого увлажнения (III почвенно-климатическая зона Ставропольского края). Природные условия проведения исследований благоприятны для роста и развития степной растительности. Вместе с тем они различны.Так, засушливая зона характеризуется следующими параметрами: климат резко континентальный. Среднегодовое количество осадков составляет 441 мм. Осадки в течение года выпадают неравномерно. Основная их часть приходится на осенне-весенний сезон. Летние осадки кратковременные, преимущественно ливневого характера. В летнее время восточный ветер приносит раскалённый воздух среднеазиатских пустынь. С ним связаны засухи и пылевые бури, начинающиеся при скорости ветра 15–20 м/с. Здесь преобладают каштановые, светло-каштановые и темно-каштановые почвы. Комплексность почвенного покрова – характерная черта данных почв. В зоне каштановых почв наиболее распространены солонцы и солонцовые почвы [5, с. 14; 7, с. 15].В зоне неустойчивого увлажнения климат умеренно континентальный с ГТК 0,9–1,1, среднегодовое количество осадков – 585 мм. Количество осадков, выпадающее в вегетационный период, составляет 300–350 мм, число дней с суховеями – 60–80. Территория зоны относится к Предкавказской почвенной провинции, представленной преимущественно почвами черноземного типа [5, с. 22].Результаты (Results)На основе результатов полевых материалов геоботанического обследования установлено современное экологическое состояние степной растительности исследуемых нами зон (засушливой и зоны неустойчивого увлажнения). Установлено, что по составу травостои природных кормовых угодий различны. Степные сообщества засушливой зоны (по Танфильеву – зона сухих степей) (таблица 1) занимают северо-восточную территорию края. В сохранившихся степных травостоях доминирующим или содоминирующим ценозообразователем является дерновинный злак – овсяница валлисская (Festuca valesiaca Gaudin). Ему сопутствуют другие виды семейства злаковых – келерия стройная (Koeleria cristata (L.), ковыль Лессинга (Stipa lessingiana Trin. et Rupr.), осока узколистная (Carex stenophylla Wahlenb.) и некоторые другие целинные представители дикорастущей флоры.Однако на протяжении многих лет сухая степь подвергалась пастбищной дигрессии, приведшей к возрастанию в травостое нецелинных видов, стойких к пастбищным перегрузкам: мятлик луковичный (Poa bulbosa L.), полынь австрийская (Artemisia austriaca L.), полынь Лерха (Artemisia lerchiana Web.ex Stechm.), а также большое разнообразие сорных видов растений (до 42 %). Это виды анизанта кровельная (Anisantha tectorum (L.)Nevski), костер мягкий (Bromus mollis L.), клоповник мусорный (Lepidium ruderale L.), люцерна маленькая (Medicago minima (L.) Bartalini), сурепка обыкновенная (Barbarea vulgaris R.Br.) и др. Вполне очевидно, что антропогенный фактор оказывает влияние на современное состояние природных сообществ. Таблица 1Особенности степных фитоценозов засушливой зоны№ полигонаПункты, административные районыРастительныеассоциацииКоличество видов на 100 м2Проективное покрытие, %Наличие сорных растений, %1Водный,Ипатовский район                                                                    Овсяница валлисская + костер мягкий + полынь Лерха2770372Красочный, Ипатовский районКостер мягкий + пырей средний + клоповник мусорный1260423Большая Джалга,  Ипатовский районПолынь Лерха + лапчатка серебристая + овсяница валлисская2140294Киевка, Апанасенковский районПолынь австрийская + мятлик луковичный + осока узколистная1830395Манычское, Апанасенковский районПолынь австрийская + тысячелистник Биберштейна + мятлик луковичный2040326Маки,Апанасенковский районОвсяница валлисская + ковыль Лессинга + тысячелистник щетинистый 2280187Дивное, Апанасенковский районПолынь Лерха + мятлик луковичный + овсяница валлисская1130188Дивное, Апанасенковский районПолынь Лерха + полынь австрийская + осока узколистная1540209Ипатово,Ипатовский районСурепка обыкновенная + костер мягкий + пырей ползучий14603610Мелиоратор,Ипатовский районОвсяница валлисская + келерия стройная + костер мягкий32701611М. Барханчак, Ипатовский районМятлик луковичный + анизанта кровельная + люцерна маленькая16503812Шарахалсун, Туркменский районПолынь австрийская + мятлик луковичный + осока узколистная13502313Владимировка, Туркменский районОвсяница валлисская + Мятлик луковичный + Полынь австрийская16702514Сабан-Ангуста, Туркменский районПолынь австрийская + тысячелистник Биберштейна + мятлик луковичный135031 Table 1Features of steppe phytocenoses of the arid zoneGround numberPoints, administrative regionsPlant associationsQuantity of species on 100 m2, pcs.Projective covering, %Existence of weed plants, %1Vodnyy,Ipatovskiy districtFescue welsh + Soft brome + Lerkh’s wormwood2770372Krasochnyy, Ipatovskiy districtSoft brome + Intermediate wheat grass + Narrow-leaved cress1260423Bol’shaya Dzhalga,  Ipatovskiy districtLerkh’s wormwood + Silvery cinguefoil + Fescue welsh2140294Kievka, Apanasenkovskiy districtWormwood austrian + Bulbiferous meadowgrass + narrow-leaved sedge1830395Manychskoye, Apanasenkovskiy districtWormwood austrian + Biberstein’s yarrow +  Bulbiferous meadowgrass2040326Maki,Apanasenkovskiy districtFescue welsh + Lessing’s feather grass + Yarrow bristly2280187Divnoe, Apanasenkovskiy districtLerkh’s wormwood + Bulbiferous meadowgrass + Fescue welsh1130188Divnoye, Apanasenkovskiy districtLerkh’s wormwood + Wormwood austrian + narrow-leaved sedge1540209Ipatovo,Ipatovskiy districtCommon winter cress + Soft brome + Intermediate wheat grass14603610Meliorator,Ipatovskiy districtFescue welsh + Creasted hair grass + Soft brome32701611M. Barhanchak, Ipatovskiy districtBulbiferous meadowgrass + Drooping brome + Alfalfa small16503812Sharahalsun, Turkmenskiy districtWormwood austrian + Bulbiferous meadowgrass + Narrow-leaved sedge13502313Vladimirovka Turkmenskiy districtFescue welsh + Bulbiferous meadowgrass + Wormwood austrian16702514Saban-Angusta, Turkmenskiy districtWormwood austrian + Biberstein’s yarrow +  Bulbiferous meadowgrass135031 Биоразнообразие степных фитоценозов зоны неустойчивого увлажнения (таблица 2) существенно выше в сравнении с сухими степями – до 45 видов на учетной площади. Их проективное покрытие – 70–100 %. Это обусловлено местоположением территории исследования и особенностями ее природно-хозяйственной специфики, и различными экологическими условиями. Они явились важным фактором формирования на этой территории преимущественно разнотравно-дерновиннозлаковых степей.Таблица 2Особенности степных фитоценозов зоны неустойчивого увлажнения№ полигонаПункты, административные районыРастительныеассоциацииКоличество видов, шт.Проективное покрытие, %Наличие сорных растений, %1Сенгилеевское,Шпаковский районКовыль Лессинга + овсяница валлисская + ковыль красивейший  4510072Ямки, Грачевский районОвсяница валлисская + бородач кровоостанавливающий + люцерна румынская2790183Московское, Изобильненский районОвсяница валлисская + солодка голая + тысячелистник щетинистый2880214Донское, Труновский районБородач кровоостанавливающий + овсяница валлиссская + кострец береговой3690225Труновка, Труновский районБородач кровоостанавливающий + овсяница валлисская2970106Безопасное, Красногвардейский районПолынь австрийская + тысячелистник щетинистый + люцерна маленькая2370307Дмитриевское, Красногвардейский районПолынь австрийская + тысячелистник Биберштейна + овсяница валлисская1770358Старая дорога,Изобильненский районЧерноголовник многобрачный + ковыль красивейший + овсяница валлисская34100159Найденовка, Изобильненский районБородач кровоостанавливающий + люцерна румынская + овсяница скальная33100610Кармалиновское, Новоалександровский районПырей ползучий + тысячелистник щетинистый + морковь дикая261002711Виноградное, Новоалександровский районБородач кровоостанавливающий + келерия стройная + овсяница скальная251001612Невинномысск, Кочубеевский районЛюцерна румынская + овсяница скальная + подмаренник русский10100013Водораздел, Андроповский районОвсяница валлисская + пырей ползучий + полынь австрийская1170914Кианкиз, Андроповский районОвсяница валлисская + пырей ползучий + тысячелистник щетинистый25801615Екатериновская, Кочубеевский районОвсяница валлисская + люцерна румынская + подмаренник русский231002216Н. Бешпагир,Шпаковский районОвсяница скальная + овсяница восточная + люцерна румынская411005  Table 2Features of steppe phytocenoses of unstable moistening zoneGround numberPoints, administrative regionsPlant associationsQuantity of specieson 100 m2, pcs.Projective covering,%Existence of weed plants, %1Sengileyevskoye,Shpakovskiy districtLessing's feather grass + Fescue welsh + Feather grass species4510072Yamki, Grachevskiy districtFescue welsh + East indien bluestem + Yellow lucerne2790183Moskovskoye, Izobil’nenskiy districtFescue welsh + Spanish licorice + Yarrow bristly2880214Donskoe,Trunovskiy districtEast indien bluestem + Fescue welsh + Coastal brome3690225Trunovka,Trunovskiy districtEast indien bluestem + Fescue welsh + Lessing's feather grass2970106Bezopasnoye,Krasnogvardeyskiy districtWormwood austrian + Yarrow bristly + Alfalfa small2370307Dmitriyevskoye,Krasnogvardeyskiy districtWormwood austrian + Biberstein’s yarrow + Fescue welsh1770358Staraya doroga,Izobil’nenskiy districtPolygamous chernogolovnik + Feather grass species + Fescue welsh34100159Naydenovka,Izobil’nenskiy districtEast indien bluestem + Yellow lucerne + Fescue welsh33100610Karmalinovskoye,Novoaleksandrovskiy districtCouch grass + Yarrow bristly  + Wild carrot261002711Vinogradnoye,Novoaleksandrovskiy districtEast indien bluestem + Creasted bair grass + Fescue welsh251001612Nevinnomyssk,Kochubeyevskiy districtYellow lucerne + Fescue welsh + Russian bedstraw10100013Vodorazdel,Andropovskiy districtFescue welsh + Couch grass  + Wormwood austrian1170914Kiankiz,Andropovskiy districtFescue welsh + Couch grass + Yarrow bristly25801615Ekaterinovskaya,Kochubeevskiy districtFescue welsh + Yellow lucerne + Russian bedstraw231002216N. Beshpagir,Shpakovskiy districtRocky fescue + East fescue+ Yellow lucerne411005 Наиболее обильные и часто встречающиеся в исследуемых пунктах виды дерновинных злаков – келерия стройная (Koeleria cristata), ковыль красивейший (Stipa pulcherrima C. Koch), ковыль Лессинга (Stipa lessingiana), овсяница валлисская (Festuca valesiaca), овсяница скальная (Festuca rupicola Heuff) и некоторые другие. Отмечен ареал распространения злаков с высокой энергией вегетативного размножения – бородач кровоостанавливающий (Bothriochloa ischaemum (L.) Keng), пырей ползучий (Elytrigia repens (L.) Nevski). Нерациональное использование таких степных экосистем снизило их природный потенциал. И ценные в кормовом отношении виды злаковых и бобовых сменились такими нецелинными видами, как полынь австрийская (Artemisia austriaca), тысячелистник Биберштейна (Achillea biebersteinii Afan.), тысячелистник щетинистый (Achillea setacea Waldst. et Kit.). Высока доля сорных видов растений – василек раскидистый (Centaurea diffusa Lam.), костер полевой (Bromus arvense L.), люцерна маленькая (Medicago minima), морковь дикая (Daucus carota L.), шалфей эфиопский (Salvia aethiopis L.) и др. В отдельных пунктах их количество доходит до 35 %, что, несомненно, влияет на продуктивность и кормовые качества природных травостоев.Помимо антропогенного фактора, влияющего на современное состояние природных травостоев (особенности вегетации, видовой состав, продуктивность, качество корма), не меньшее значение имеют климатические условия, в которых произрастают природные травостои.Анализ показал, что температурный режим территорий исследований в среднем за год характеризуется незначительными отличиями – всего на 1,8 % в пользу I и II зон (рис. 1). Тем не менее в весенне-летний период такое преимущество составляет 5 %.Влагообеспеченность III почвенно-климатической зоны существенно лучше, чем I и II (рис. 2). Если в зоне неустойчивого увлажнения годовое количество осадков составляет 585 мм, то в засушливых – всего 441 мм, или на 32 % меньше. Следует отметить, что превышение количества осадков в III зоне отмечается во все месяцы, за исключением ноября (количество осадков примерно одинаковое).Рис. 1. Температура воздуха (среднемноголетняя)Fig. 1. Air temperature (long-term average)Рис. 2. Количество осадков (среднемноголетнее) Fig.2. Rainfall (annual average) Таким образом, теплообеспеченность периода вегетации засушливой зоны на 5 % выше, чем зоны неустойчивого увлажнения Ставропольского края, а годовое количество осадков в III почвенно-климатической зоне на 32 % больше, чем в I и II. Все это влияет на ход вегетации естественных кормовых угодий в этих регионах.Так, в засушливой зоне и в зоне неустойчивого увлажнения средние динамики вегетационных индексов NDVI изученных нами полигонов имеют совершенно разный вид (рис. 3). Отмечаются различные уровни максимумов, времени их наступления и скорости роста и снижения NDVI. Кроме того, в засушливых зонах наблюдается явно выраженный второй максимум в конце ноября, а в зоне неустойчивого увлажнения – только тенденция к росту вегетационного индекса в осенний период (конец октября).Рис. 3. Динамика вегетационного индекса NDVI естественных травостоевFig.3. The dynamics of the vegetative index NDVI of natural grass stands Нами были проанализированы основные характеристики динамик вегетационного индекса NDVI каждого полигона (таб. 3 и 4). Таблица 3Характеристики динамики вегетационного индекса NDVI естественных угодий в засушливой зоне, в среднем за 2002–2018 годы№ NDVImaxNDVIminДата ВВВ*Дата NDVImaxДата NDVIminПродолжительность, днивегетацииВВВ–NDVImaxNDVImax–NDVImin10,6830,4124.0220.0519.081961059120,6700,3814.0213.0512.08189989130,6840,3544.0229.045.08182849840,6490,3284.0222.045.081827710550,5790,3224.0222.0412.081897711260,5060,2474.0220.0512.081891058470,5390,3114.0222.045.081827710580,5400,3174.0222.045.081827710590,6170,3474.0222.0422.071687791100,5610,3894.0220.0519.0819610591110,5900,3644.0229.045.081828498120,5850,3494.0222.0419.0819677119130,6200,3474.026.0519.0819691105140,5780,3394.0222.0419.0819677119Среднее0,5790,3224.0222.0412.0818977112ВВВ* – возобновление весенней вегетации.Table 3Characteristics of the dynamics of the vegetative index NDVI of natural crooked areas in the arid zone, on average for 2002–2018No. NDVImaxNDVIminSRV*dateDate NDVImaxDate NDVIminDuration, daysvegetationSRV–NDVImaxNDVImax–NDVImin10.6830.4124.0220.0519.081961059120.6700.3814.0213.0512.08189989130.6840.3544.0229.045.08182849840.6490.3284.0222.045.081827710550.5790.3224.0222.0412.081897711260.5060.2474.0220.0512.081891058470.5390.3114.0222.045.081827710580.5400.3174.0222.045.081827710590.6170.3474.0222.0422.071687791100.5610.3894.0220.0519.0819610591110.5900.3644.0229.045.081828498120.5850.3494.0222.0419.0819677119130.6200.3474.026.0519.0819691105140.5780.3394.0222.0419.0819677119Average0.5790.3224.0222.0412.0818977112SRV* – the resumption of spring vegetation. Таблица 4Характеристики динамики вегетационного индекса NDVI естественных угодий в зоне неустойчивого увлажнения в среднем за 2002–2018 годы№ NDVImaxNDVIminДата ВВВ*Дата NDVImaxДата NDVIminПродолжительность, днивегетацииВВВ–NDVImaxNDVIma–NDVImin10,7830,49211.02 27.059.0921010510520,6540,35611.023.0616.0921711210530,7550,53811.023.0623.0922411211240,6140,43811.0227.052.092031059850,6570,40111.0227.052.092031059860,6930,43711.0213.0512.08182919170,6080,50111.0220.059.092109811280,7420,52911.0217.0623.092241269890,7110,47411.0210.0614.10245119126100,6480,35411.023.0630.09231112119110,7450,53311.023.0623.09224112112120,7680,44411.0220.0523.0922498126130,7410,44311.0227.052.0920310598140,6860,39611.0220.0516.0921798119150,6550,30711.0220.0530.0923198133160,7670,44911.0220.0516.0921798119Среднее0,7020,44311.0227.0516.09217106111ВВВ* – возобновление весенней вегетации.Table 4Characteristics of the dynamics of the vegetative index NDVI of natural lands in the zone of unstable moisture on average for 2002–2018No. NDVImaxNDVIminSRV*date *Date NDVImaxDate NDVIminDuration, daysvegetationSRV–NDVImaxNDVImax–NDVImin10.7830.49211.02 27.059.0921010510520.6540.35611.023.0616.0921711210530.7550.53811.023.0623.0922411211240.6140.43811.0227.052.092031059850.6570.40111.0227.052.092031059860.6930.43711.0213.0512.08182919170.6080.50111.0220.059.092109811280.7420.52911.0217.0623.092241269890.7110.47411.0210.0614.10245119126100.6480.35411.023.0630.09231112119110.7450.53311.023.0623.09224112112120.7680.44411.0220.0523.0922498126130.7410.44311.0227.052.0920310598140.6860.39611.0220.0516.0921798119150.6550.30711.0220.0530.0923198133160.7670.44911.0220.0516.0921798119Average0.7020.44311.0227.0516.09217106111SRV* – the resumption of spring vegetation. Исследования показали, что первый максимум в засушливых зонах наступает 1 мая, а в зоне неустойчивого увлажнения – 27 мая. При этом величина значения NDVI в этот период в ЗНУ на 16 % больше, чем в ЗЗ. Прохождение NDVI через минимум характеризует время, когда вегетация травостоев практически полностью прекращается. Наступает пора депрессии злаков – наиболее сложный период для пастбищного хозяйства. Баланс кормов начиная с августа становится отрицательным, то есть естественные пастбища не обеспечивают в полной мере животных кормом в течение всего пастбищного периода. В зоне неустойчивого увлажнения этот период наступает 16 сентября, а в засушливых зонах – на 36 дней раньше (10 августа). При этом значение NDVI в ЗНУ на 29 % выше, чем в ЗЗ.Если первый максимум – это отражение периода максимального развития травостоя, то во втором случае – осеннее отрастание травостоя (в основном злаков) после снижения температуры воздуха до умеренных значений и улучшения влагообеспеченности за счет осенних осадков.Повторная вегетация степных растений начинается с октября. С наступлением более благоприятных климатических условий в конце осеннего периода в засушливых зонах наблюдается интенсивное отрастание травостоя, которое продолжается до конца ноября. Это ведет к тому, что в засушливой зоне отмечается увеличение NDVI до значений 0,50, что больше, чем в зоне неустойчивого увлажнения на 15 %. Исследования показали, что изученные полигоны в различных регионах Ставропольского края отличаются по продолжительности вегетации. Так, в зоне неустойчивого увлажнения этот период составляет 215 дней, а в засушливых зонах – на 27 дней короче. Обсуждение и выводы (Discussion and Conclusion)1. Природно-климатические условия оказывают существенное влияние на процессы вегетации естественных травостоев в различных регионах Ставропольского края.2. Сохранение биоразнообразия степных экосистем и их продуктивности возможно при научно обоснованном режиме хозяйственного использования природных травостоев с учетом особенностей вегетации растительности, формирования их надземной массы.3. Баланс пастбищных кормов начиная с августа (это период депрессии злаков) становится отрицательным. Дефицит кормов в этот период должен покрываться за счет не только выращивания их в кормовых севооборотах на пашне, но и рационального использования природных травостоев.4. Особенности вегетации растительности, формирования надземной массы природных кормовых угодий в различных регионах Ставропольского края можно контролировать с помощью данных дистанционного зондирования Земли. 5. Применение ДЗЗ на практике позволит более рационально использовать пастбищные ресурсы, что дает возможность регулировать кормовую базу и обеспечивать имеющееся поголовье животных необходимым количеством кормов, согласно их нормативного потребления.