Содержание к диссертации
Введение
1. Теоретические подходы и методические оценки деградационных процессов и комплекс мер по улучшению состояния агроландшафтов 11
1.1. Теоретические подходы и методические оценки деградационных
процессов 11
1.2. Проблемы борьбы с деградацией земельных ресурсов 16
1.3. Использование дистанционных методов и ГИС-технологий при оценке агроландшафтов
1.4. Заключение.. 27
2. Методика использования гис-технологий при анализе агроландшафтов региона 29
2.1. Методика локального мониторинга 29
2.2. Методика дистанционного мониторинга 36
2.2.1. Программное обеспечение 36
2.2.2. Методика создания цифровых картографических основ 39
2.2.3. Построение электронного банка данных 44
2.2.4. Методика построения тематических карт 48
3. Локальный мониторинг земельных ресурсов и почв исследуемого региона 56
3.1. Краткая почвенно-климатическая характеристика региона исследований 56
3.2. Почвенные обследования 2004 года 60
3.3. Почвенные обследования 2007 года 65
3.4. Мониторинг водных источников района 70
3.5. Мониторинг мелиоративного состояния земель района 76
3.6. Мониторинг состояния земельных ресурсов в муниципальных образованиях района 87
3.7. Заключение 102
4. Дистанционный мониторинг деградационных процессов земель сельскохозяйственного назначения исследуемого региона и комплекс мер по их предотвращению 107
4.1. Рельеф местности и зависимость от него эрозионных процессов... 112
4.2. Дистанционное зондирование эрозионных процессов 121
4.3. Основные предложения по охране земель и улучшению состояния ландшафтов и агроландшафтов района 145
4.4. Заключение 155
Выводы 160
Литература 165
Приложения... 197
- Проблемы борьбы с деградацией земельных ресурсов
- Методика дистанционного мониторинга
- Почвенные обследования 2004 года
- Дистанционное зондирование эрозионных процессов
Введение к работе
Актуальность темы. В настоящее время на первый план выступает проблема оптимизации землепользования и сохранения экологического каркаса природных комплексов, потому что взаимодействие общества с окружающей природной средой вызвало множество отрицательных последствий, а это диктует необходимость последовательного формирования равновесного природопользования. Только при этом условии может быть достигнут разумный баланс во взаимодействии человека и природы, обеспечено грамотное использование естественного базиса развития производительных сил. Решить эту проблему должно адаптивно-ландшафтное землеустройство, являющееся основой систем земледелия нового поколения. Оно предусматривает, с одной стороны, максимальный учет и сохранение природных ресурсов, с другой -ограничение антропогенного воздействия, негативно влияющего на состояние окружающей, среды. Потому что опасное развитие негативных изменений в агроэкосистемах Ставропольского края выявлено в результате почвенных, агроландшафтных, мелиоративных и геоботанических обследований, которые систематически проводятся на протяжении последних 60 лет. Обследования подтверждают значительную степень освоенности территории, которые в сочетании с природными факторами, привели к деградации почвенного и растительного покровов на больших площадях.
История сельскохозяйственного освоения территории Ставропольского края связана с антропогенной нагрузкой, виды, объемы и сроки которой, с современных экологических позиции привели к деградации сельскохозяйственных угодий. В настоящее время Ставропольский край является одним из крупнейших производителей и переработчиков сельскохозяйственной продукции, а сельскохозяйственные угодья занимают 87% от общей площади края.
При переходе к адаптивно-ландшафтному земледелию необходимо в первую очередь хорошее знание специфики местных природных ландшафтов, а потому требуется создания обширной пространственной и тематиче-
5 ской информационной базы. Такая база есть в организациях, занимающихся исследованиями и проектными работами в области сельского хозяйства, но обширные банки ценной информации, представленные, преимущественно, на бумажных носителях очень громоздки и ведет к значительным затратам сил, времени, потере части информации из научного оборота, а кроме этого может вызывать ошибки которые снижают ценность полученных окончательных выводов. Оптимизировать процесс анализа могут информационные технологии. Особенно значимую роль при сборе, хранении и анализе пространственной информации играют географические информационные системы (ГИС) и ГИС-технологии, позволяющие значительно повысить качество проводимых исследований. Вместе с тем, эти технологии в области планирования адаптивно-ландшафтных систем земледелия применяются в России в единичных случаях и требуют разработки новых подходов их использования. Район исследования - центральная часть Ставропольской возвышенности в пределах Шпаковского района Ставропольского края. Общая площадь сельскохозяйственных угодий района составляет 183,6 тыс. га: Удельный вес пашни равен 52% (96,0 тыс. га) от площади сельскохозяйственных угодий. Естественные кормовые угодья (сенокосы и пастбища) занимают 85,3 тыс. га или 46% от площади сельхозугодий, многолетние насаждения - 2,0 тыс. га или 1% и залежь - 0,3 тыс. га (0,2%). Оценивая рельеф исследуемого района можно сделать вывод о том, что наличие разветвленной овражно-балочной сети способствовало образованию больших площадей эродированных почв. Повсеместно отмечается подъем уровня грунтовых вод, который приводит к подтоплению. Основной причиной подтопления являются многие нарушения в системе сельскохозяйственного землепользования, которые начались с системы землеустройства, невыполнения комплекса мелиоративных мероприятий, а также неправильное использование оросительной и коллекторно-дренажной сети. Деградация природных компонентов и антропогенных элементов на территории обследуемого района неизбежно приводит к ситуации, когда вложение средств не обеспечивается эквивалентным приростом про-
дукции. Решение' сложного комплекса экологических проблем, повышение продуктивности сельскохозяйственных угодий, возможно, прежде всего, на основе глубокого исследовании факторов, определяющих современное состояние сельскохозяйственных угодий, и разработки способов и методов их рационального использования.
Объектом исследования являются территориальные природно-сельскохозяйственные геосистемы ранга ландшафтных и агроландшафтных зон центральной части Ставропольской возвышенности в пределах Шпаков-ского района Ставропольского края.
Предмет исследования — деградационные процессы центральной части Ставропольской возвышенности в пределах Шпаковского района, на основе анализа и оценки пространственной структуры агроландшафтов, их природно-ресурсного потенциала, сельскохозяйственной нагрузки, деграда-ционных процессов с использованием ГИС-технологий. Географические координаты обследуемого региона заключаются в следующие координаты: 4445'09,07" и 4520'48,04" северной широты и 4124'38,46" и 4226"43,67" восточной долготы.
Цель исследований - анализ и оценка агроландшафтов центральной части Ставропольской возвышенности в пределах Шпаковского района с применением ГИС-технологий для систем адаптивно-ландшафтного земледелия. В соответствии с целью были поставлены следующие задачи:
Создать банк географической (электронные карты) и атрибутивной информации по ландшафтам и агроландшафтам региона.
Обобщить ранее проведенные полевые исследования и выявить площади наиболее деградированных земель.
Выявить зависимость эрозионных процессов от почвенно-климатических и антропогенных факторов на изучаемой территории.
Выявить с использованием ГИС-технологий интенсивность проявления и развития различных видов деградационных процессов в ландшафтах и агроландшафтах региона.
5. Разработать комплекс мероприятий по их защите ландшафтов и аг-роландшафтов региона от деградационных процессов.
Теоретико-методологическую основу исследования составляют общенаучные методы - описательный, сравнительный, статистический, системного анализа, моделирования, картографический и фотофиксация. Методология исследования базируется на системе общих принципов и подходов: комплексного, интегрального, системного и экологического, а также ландшафтного, как части географического.
Исходные материалы и методы исследования. Оценка интенсивности эрозионных процессов осуществлялась на основе анализа топографических карт и орбитальных снимков, полученных со спутников Ресурс Ф-1 и Landsat-7 в 1990, 2000 и 2005 гг., фондовых картографических материалов ландшафтного картирования территории Ставропольского края, Ставрополь-ского государственного аграрного университета, Ставропольского государственного университета, Ставропольского НИИСХа, СтавропольНИИгипрозе-ма, Комитета по земельным ресурсам Ставропольского края, Агрохимического центра «Ставропольский» и собственных исследований совместно со многими сотрудниками и организациями отражающих состояние сельскохозяйственных угодий за этот же период.
Научная новизна работы. Впервые осуществлен комплексный анализ ландшафтов и агроландшафтов центральной части Ставропольской возвышенности в пределах Шпаковского района с применением методов и техно-логий геоинформационных систем (ГИС):
— разработана структура и собран банк данных, содержащий ин
формацию для анализа природно-ресурсного потенциала ландшафтов и агро
ландшафтов;
- созданы разномасштабные электронные карты ретроспективных
агроландшафтов;
адаптирована методика комплексной оценки эрозии почв к территории с наибольшими показателями интенсивности эрозионных процессов, базирующаяся на учете площади ее распространения и интенсивности;
на основе изучения данных дистанционного зондирования, обработанных с помощью геоинформационных систем, составлены тематические карты интенсивности эрозионных процессов и потенциально эрозионно-опасных участков;
выявлена степень и интенсивность воздействия по временным периодам на эрозию почв природных и антропогенных факторов в пределах изучаемой территории.
Практическая значимость. Полученные материалы и рекомендации могут быть использованы при организации агроландшафтов на уровнях ландшафтов и агроландшафтных зон. Составленные мелко- и среднемас-штабные электронные карты используются различными организациями Ставропольского края для разработки мероприятий по рациональному использованию земельных угодий. Созданные электронные тематические карты, отражающие место эрозионных процессов в формировании природных комплексов, могут быть рекомендованы для использования: при получении обобщенных представлений о проблемах эрозии и оптимизации сельскохозяйственного, транспортного, лесохозяйственного, водохозяйственного и ту-ристско-рекреационного использования территории; для создания кадастра процессов эрозии, а также дальнейшего планирования и разработки природоохранных мероприятий и установления системы территориального экологического мониторинга.
Личный вклад автора. В основу диссертации положены научные исследования автора, проведенные в соответствии с Государственным планом исследований и^ целевыми комплексными общероссийскими научно-исследовательскими программами (04.04. и 06.02.03.). Краевая программа «Мониторинг плодородия земель сельскохозяйственного назначения Ставропольского края (2002-2005 гг.)», утверждённой постановлением Губернатора
9 Ставропольского края от 22.08.2001 г. № 499, и ведомственной «Повышение плодородия земель сельскохозяйственного назначения Ставропольского края на 2006-2008 годы», утверждённой приказом министерства сельского хозяйства Ставропольского края от 15.12.2005 г. №274. Федеральная целевая программа «Сохранение и восстановление плодородия почв земель сельскохозяйственного назначения и агроландшафтов как национального достояния России на 2006-2010 годы» (Утверждена Постановлением Правительства Российской Федерации от 20 февраля 2006 г., № 99) и Закон Ставропольского края «Об обеспечении плодородия земель сельскохозяйственного назначения в Ставропольском крае» (Закон Ставропольского края от 15.05.2006). На защиту выносятся следующие материалы и положения:
Картографические модели экологического состояния агроландшафтов центральной части Ставропольской возвышенности.
Результаты оценки деградации и деградационных процессов использования земель по агроландшафтнам региона на основе ГИС-технологий.
Временные изменения в развитии эрозионных процессов на исследуемой территории в зависимости от геолого-геоморфологических, климатических, биотических, антропогенных факторов и их сочетаний.
Апробация работы и публикации. Основные положения диссертации доложены и опубликованы по результатам научно-практических конференций ФГОУ ВПО Ставропольский государственный аграрный университет в 2005-2008 гг., Международных научно-практических конференций: «Современные проблемы мелиорации земель, пути и методы их решения» (Новочеркасск, 2003), Актуальные вопросы экологии и природопользования» (Ставрополь, 2005), «Проблемы производства продукции растениеводства на мелиорированных землях» (Ставрополь, 2005), «Проблемы борьбы с засухой» (Ставрополь, 2005), «Cadastru, organizarea teritoriului, ingineria mediului» (Кадастр, организация территории и инженерные изыскания, Кишинев, 2005), « Природообустройство и рациональное природопользование - необ-
10 ходимые условия социально-экономического развития России» (Москва, 2005. «Земельные ресурсы: состояние и перспективы использования» (Ставрополь, 2006 г.), «Молодые аграрии Ставрополья» (Ставрополь, 2006), «Наука и молодежь: новые идеи и решения» (Ставрополь, 2006), «Состояние и перспективы развития агропромышленного комплекса Южного федерального округа» (Ставрополь, 2007), «Инновации аграрной науки и производства: состояние, проблемы и пути их решения» (Ставрополь, 2007), «Молодежная аграрная наука: состояние, проблемы и перспективы развития» (Ставрополь, 2007), «Состояние и перспективы развития агропромышленного комплекса Южного федерального округа» (Ставрополь, 2008).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 18 научных статей, в том числе 1 статья в журналах, входящих в перечень ВАК РФ.
Реализация результатов исследования. Производственная проверка и внедрение результатов исследований проведены в Шпаковском муниципальном районе Ставропольского края на площади 183,6 тыс. га в течение 2005-2008 годах с общим ежегодным экономическим эффектом до 24 млн. руб.
Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на 215 страницах машинописного текста и состоит из ведения, четырех глав, выводов, библиографический список включает 262 наименования, в том числе 21 иностранных, а так же 56 рисунков, 15 таблиц и 16 приложений.
Автор выражает благодарность, за помощь, оказанную в выполнении настоящей работы научному руководителю, доктору сельскохозяйственных наук, профессору Клюшину П.В., сотрудникам кафедры землеустройства и кадастра ФГОУ ВПО «Ставропольский государственный аграрный университет» (г. Ставрополь), сотрудникам кафедры землепользования и земельного кадастра ФГОУ ВПО «Государственный университет по землеустройству» (г. Москва), сотрудникам ОАО «СтавропольНИИгипрозем» и ФГУ ГЦАС «Ставропольский» (г. Ставрополь).
Проблемы борьбы с деградацией земельных ресурсов
Россия большую территорию -земельный фонд составляет 1709,8 млн. га. Вместе с тем сельскохозяйственные угодья занимают только 221,3 млн. га (12,9%), в т. ч. пашня - 125,3 млн. га (7,3% общей площади). На долю лесов и кустарников приходится 887,3 млн. га (51,9%), причем около 80% их сосредоточено в Сибири и на Дальнем Востоке. Под водой и болотами находится 211,7 млн. га (12,4%), оленьи и конские пастбища занимают 282,1 млн. га (16,5%). Под постройками, дорогами, улицами занято 12,3 млн. га (0,7% общей площади) (Волков С.Н. др., 1992, 1998, 1999, 2001, 2002; Гос. доклад..., 1995, 1999, 2000: Зем. ресурсы..., 1986; Клюшин П.В., Цыганков А.А., 2002; Комов Н.В. и др., 1995, 1999; Кузнецов Г. А. и др., 1977; Рябов Е.И., 1996, 2001; Хлыстун В. Н., 1984).
Состояние почвенного покрова на территории Российской Федерации крайне неудовлетворительное, а в ряде регионов — критическое. Из 222 млн. га сельхозугодий России 117 млн. - эродированные и эрозионно-опасные земли, в т. ч. на пашне около 85 млн. га (из 130 млн. га всей площади пашни) 40 млн. га представлены засоленными почвами и солонцовыми комплексами, 26 млн. га переувлажнены и заболочены, 73 млн. га являются кислыми; 12 млн. га засорены камнями, 7 млн. га загрязнены радионуклидами, на значительных площадях пашни почвы переуплотнены, во многих регионах России прогрессирует опустынивание (Калмыкия, Астраханская область). За последние 20 лет площадь деградированных почв увеличилась в 1,6 раза (Волков С.Н. др., 1992, 1998, 1999, 2001, 2002; Гос. доклад..., 1995, 1999, 2000: Зем. ресурсы..., 1986; Клюшин П.В., Цыганков А.А., 2002; Комов Н.В. и др., 1995, 1999; Постолов, В.Д., 2005; Рябов Е.И., 2001).
Это связано с тем, что сельскохозяйственные земли России по большей части являются склоновыми, в том числе удельный вес склонов с крутизной 17 от 2 до 5 в общей площади сельскохозяйственных угодий составляет 20,7%, в общей площади пашни - 18,7%, с крутизной от 5 до 10 — 6,8 и 2,3% и свыше 10 - 3,0 и 0,1% соответственно (Трухачев В.И. и др., 2001, 2005).
Современная проблема во многих странах мира — это трансформация природных ландшафтов. Одна из распространенных тенденций является замена лесов пашнями и лугами, что оказывает влияние не только на внешний вид, но и на равновесное состояние ландшафта. На Земле уничтожено до 70% всех лесов. Это заметно сказалось на влагообороте тех природных зон и регионов, где интенсивно происходит замена лесных угодий другими, видами сельскохозяйственного и несельскохозяйственного использования земельного фонда (Исаченко А. Г., 1980; Кочуров Б. И., 2002; ЧупахинВ. М., 1989, 2001; Altieri М., 1989; Williamson М., 1967).
Многие экологические проблемы, возникли вследствие высокой антропогенной нагрузки на биосферу начиная с XX века. Так, влияние деятельности человека на природные сообщества чрезвычайно разнообразно и прослеживается на всех уровнях биосферы и кризисное её состояние в первую очередь связано с такими формами антропогенного воздействия, как загрязнение биосферы промышленными и бытовыми отходами, пестицидами и т. п. При этом нарушаются основные принципы естественного устройства биосферы: круговорот веществ и энергетический баланс. Изучение качественного состава земель в России показывает, что темпы их деградации прогрессируют. За последние 25 лет площадь кислых почв увеличилась на 32,1 млн. га, в том числе пашни на 21,5 млн. га, площадь земель подверженных водной эрозии -на 28,4, засоленных - на 12,0, содержащих солонцовые комплексы — на 13,9» заболоченных и переувлажненных — на 20,0, заросших кустарником и мелколесьем - на 10,5 млн. га. (Варламов А.А., 1991, 1999, 2004).
Один из наиболее опасных видов деградации, вызывающих разрушение почв и утрату ими плодородия — это эрозия, которая обуславливается разрушающей энергией осадков, их стоком, а также состоянием поверхности почвы. М.Н. Заславский в 1983 году предложил вместо названия водная эрозия почв применять термин эрозию почв, понимая под ним только смыв и размыв почвы и подстилающих пород поверхностным стоком временных водных потоков. Из климатических факторов, оказывающих прямое действие на водную эрозию,. главная роль принадлежит осадкам, которые формируют поверхностный, или склоновый, сток. Другие климатические факторы (температура, влажность воздуха и ветер) влияют на эрозию косвенно. Для наибольшей части территорий страны самой острой признана проблема нарушения земель в процессе хозяйственной деятельности и невыполнения обязательных работ по их рекультивации (Вальков, В. Ф. и др., 1988; Володин В. М., 2000; Лойко П. Ф., 1998; Русинов П.С., 2005).
Процесс ветровой эрозии происходит при воздействии ветра на поверхность почвы, когда сила воздушного потока приводит частицы и агрегаты в движение, поэтому ветровую эрозию или дефляцию, в зависимости от интенсивности и форм проявления подразделяют на местную (локальную) и пыльные, или черные бури. В Российской Федерации водной и ветровой эрозии подвержено 54 млн. га, в том числе около 36.2 млн. га пашня, то есть каждый третий гектар пашни и пастбищ нуждается в осуществлении мер защиты от деградационных процессов. Негативные последствия эрозионных процессов зависят от степени и характера хозяйственного использования земель. Наибольший ущерб приносит распашка с нарушением агротехнических мероприятий, особенно на склонах. В районах с преобладанием скотоводства решающим фактором становится перевыпас, в результате которого уничтожается растительный покров. Ветровая эрозия почв наиболее интенсивно проявляется в регионах, находящихся в пустынной, полупустынной, сухостеп-ной и степной зонах, где распространены почвы легкого гранулометрического состава и карбонатные почвы. Этот вид эрозии преобладает на территории Республики Калмыкия и Астраханской области, в ряде районов Республики Дагестан, Ставропольского края, Волгоградской и Ростовской областей, Республики Хакасия, Республики Тыва, Омской области и некоторых других субъектов Российской Федерации.
Методика дистанционного мониторинга
Обоснование выбора программного обеспечения. Для перевода информации с твердых носителей (бумажных карт, таблиц тематической информации, аэрофото- и космоснимков) необходимо привлечение программных средств имеющих возможность работы с графическими и атрибутивными данными. Перечень таких программ весьма объемен и возможности различны; в чем-то программное средство может выигрывать, а в чем-то иметь недоработки. Немаловажную роль здесь играет и цена программного продукта. Так, использование ГИС профессионального уровня, имеющих огромные возможности для анализа информации, было бы оптимальным, но высокая цена зачастую делает неприемлемым их применение в такой дотационной и находящейся в кризисе отрасли, как сельское хозяйство. Поэтому для работы над диссертацией нами были выбраны в достаточной степени дешевые и довольно широко применяемые программные продукты, такие как ГИС настольного уровня Maplnfo, Adobe Photoshop и 3D Field, позволяющие в необходимой нам степени охватить процесс обработки информации, ее анализ и визуализацию.
ГИС настольного уровня Maplnfo. Пакет Maplnfo (США, Mapping Information System Corporation) занимает одну из ведущих позиций среди геоинформационных систем для персональных компьютеров. Выбор данной программы объясняется оптимальным соотношение цены и качества, а также в том, что Maplnfo отлично зарекомендовал себя практически на всех информационных сегментах рынков различных отраслей, где применимо планирование на основе цифровых технологий.
Несмотря на небольшой объем и малые потребляемые ресурсы программа обладает широкими возможностями, позволяющими на ее основе создавать как картографические произведения, так и геоинформационные системы. В ее состав входит специализированный язык программирования MapBasic, поставляемый в качестве расширения базовой системы. В Maplnfo можно совмещать растровую графику с векторной, что значительно облегчает создание и восприятие данных. Векторную графику можно конвертировать из AutoCad, Arclnfo, переносить через системный буфер Windows (Clipboard), а также создавать на месте, пользуясь собственным графическим редактором. Возможно использование практически всех распространенных растровых форматов.
Система представляет широкие возможности для управления базами данных, созданными как в самой программе, так и в других программах, работающих под управлением Windows. Эти возможности включают в себя сортировку, выборку, объединение объектов и т.д. В Maplnfo сильно развита система запросов. Запросы бывают двух типов: простые и сложные. Первые включают в себя сортировку, выборку, объединение объектов, различные математические действия с частями базы данных, то есть имеют вид QBE — query by example - запрос по образцу. В простых запросах указываются части базы данных, над которыми необходимо произвести действия, и простые действия, которые следует произвести. Формирование сложных запросов происходит с использованием структурного языка запросов SQL (structured query language). Есть также третий специальный (статистический) тип запросов с расчетом максимальных, минимальных, средних значений, сумм, средних отклонений и т. д.
В системе поддерживается также множество проекций, которые можно использовать при создании карт. Так как проекции описаны в простом тек-стовом формате, имеется возможность создавать собственные проекции. В Maplnfo предусмотрена возможность создания собственного эллипсоида и создания собственного типа линий.
Процедура редактирования очень удобна, так как при ручном редактировании можно использовать функцию Snap, которая позволяет точно привязывать координаты узлов одного объекта к другому. Есть встроенная функция сглаживания линейных и полигональных объектов с помощью кубических сплайнов. Есть возможность преобразования полигонов в полилинии и наоборот. Широко представлены возможности интерактивного нанесения объектов (точки, линии, полигоны, эллипсы, прямоугольники и др.). Maplnfo дает богатые возможности зарамочного оформления карты.
Существует возможность создания тематических карт с использованием пяти способов изображений: качественный фон, картограммы, точечный способ, картодиаграммы и локализованные картодиаграммы. Карты создаются в автоматическом режиме по атрибутивным данным для полигональных или точечных объектов. Возможно совмещение нескольких способов. Удачно спроектированный интерфейс содержит команды и операции, представляющие в понятной и естественной форме концепцию геоинформатики. Преобразование координат, проекции и другие географические подробности удалены с переднего плана интерфейса, но легко доступны. Работая в графических средах, Maplnfo широко использует их в оформительский арсенал. При работе можно пользоваться арсеналом деловой графики, вращать текстовые объекты и располагать их параллельно линиям, создавать тематические карты и выделять на них объекты по сложному критерию, а также совмещать все эти карты, графики, списки и украшающие элементы.
Программа Для работы с растровой графикой Adobe Photoshop. Графический редактор Adobe Photoshop - профессиональная программа для редактирования растровых изображений. На сегодняшний день Photoshop фактически выполняет функции эталона, используемого для оценки качества и функциональных возможностей, родственных с ним программ. Программа обладает весьма развитым арсеналом инструментов для обработки растровых изображений и отличающими ее развитыми средствами для цветокоррекции сканированных изображений. В программе удобно производить устранение графических недостатков, точные повороты изображений, сшивку растров. Поддержка подавляющего большинства растровых форматов позволяет выполнять конвертацию из одного формата файла в другой.
Почвенные обследования 2004 года
Агроландшафт — это интегральная территориальная геосистема культивационного (сельскохозяйственного) типа, состоящая из двух взаимодействующих подсистем — природной (ландшафтной) и антропогенной, а также набора более мелких природно-сельскохозяйственных геосистем, в совокупности решающих проблемы продовольственного обеспечения (Шальнев В.А., Диденко П.А., 1997; Диденко П.А., 2001). Агроландшафт, в отличие от природного комплекса, формируется в результате взаимодействия косной и биокосной естественной основы и антропогенного использования с искусственно налагаемыми на эту основу и поддерживаемыми агроценозами (Зворыкин К.В., 1984). Взаимодействие природно-территориального комплекса и сельскохозяйственного производства — необходимое условие функционирования агроландшафтных систем. Ландшафты, испытывая влияние сельскохозяйственного производства, претерпевают существенные изменения, выражающиеся в трансформации природной геосистемы в территориальную природ-но-сельскохозяйственную геосистему (ТПСГ). С одной стороны в таких ландшафтах сохраняются природные свойства, подчиняющиеся природным закономерностям (главным образом, законам саморегуляции), с другой стороны включается «антропогенное содержание», связанное с законами управления в хозяйственной деятельности.
К природным круговоротам вещества и энергии добавляются антропогенные. Поэтому агроландшафт имеет сложную структуру, представленную большим числом составляющих. По состоянию на 01.01.2005 г. обследованная площадь в Шпаковском районе составила 99,8 тыс. га, завершен 7 тур агрохимического обследования и проводится 8 тур. Немногим более половины обследованной площади - 51 % занимают почвы с низким (менее 4%) содержанием органического вещества. Удельный вес среднеобеспеченных почв (от 4 до 6% органического вещества) составляет 44%, высоко-обеспеченных (выше 6%) - всего 5%. Средневзвешенное содержание органического вещества в пахотном горизонте почв района составляет 4,0% и находится на границе низкой и средней обеспеченности (рис 3.3).
В районе преобладают земли с низким содержанием подвижного фосфора, удельный вес которых равен 47%. Значительное распространение получили также среднеобеспеченные почвы, занимающие 39% обследованной площади. Доля высокообеспеченных почв невелика и составляет 14%).
Распределение земель района по содержанию фосфора в почвах (%) Практически на всей территории района залегают почвы со средним и высоким содержанием обменного калия. На их долю приходится 89% площади. Преобладают высокообеспеченные почвы, занимающие 64% территории. Удельный вес среднеобеспеченных почв составляет 25%, низкообеспеченных - 11%. Средневзвешенное содержание обменного калия в почвах района равно 345 мг/кг, что соответствует высокой обеспеченности (рис. 3.5).
Под урожай 2004 года в Шпаковском районе внесено всего 1,93 тыс. т д. в. минеральных удобрений или 33 кг/га пашни, что соответствует среднекраевому уровню. Под озимую пшеницу внесено 65 кг/га д. в. минеральных удобрений. Сев озимых с удобрениями проведен на 30% по 63 севной площади. Первая азотная подкормка в 2004 году проведена в районе на 32,9 тыс. га.
Внесение органических удобрений в районе под урожай 2004 года составило 0,6 т/га, при минимальной потребности для сохранения плодородия почв 4-6 т/га. Микроэлементы, регуляторы роста применялись под урожай 2004 года в районе на площади 16,0 тыс/га. Агроэкологическая оценка поверхностного горизонта (0-20 см) почв района приводилась по результатам сплошного агрохимического обследования, охватывающего все сельскохозяйственные предприятия района и ежегодного локального мониторинга на 10 реперных участках. В ходе выполнения этих работ определялось содержание в почве тяжелых металлов, остаточного количества пестицидов и долгоживущих радионуклидов. Так, даже верхний предел всех зафиксированных концентраций тяжелых металлов в почвах района составляет 0,75 ОДК (по никелю). Содержание остальных тяжелых металлов не превышает 0,5 ОДК. Среднее их содержание находится на уровне среднемноголетних значений и четкой зависимости их изменения по годам наблюдений, как в сторону увеличения, так и в сторону уменьшения не отмечено. Содержание тяжелых металлов в почвах района значительно ниже существующих ориентировочно допустимых концентраций (табл. 3.2).
Кобальт 7,4 3,1-12,0 50,0 Результаты мониторинга показывают, что загрязнения почв остаточным количеством пестицидов не происходит. Их содержание в почве не превышает нескольких сотых от предельно допустимых концентраций и находится на уровне обнаружения прибора, либо не обнаруживается вовсе. Согласно группировке почв по содержанию тяжелых металлов и по основным показателям радиоактивности почвы района относятся к первой группе и характеризуются, как незагрязнённые. Косвенным свидетельством того, что загрязнения почв тяжелыми металлами, радионуклидами и остаточным количеством пестицидов не происходит, могут служить результаты сертификации растениеводческой продукции. Отказов в выдаче сертификатов на почву и растениеводческую продукцию по причине загрязнения тяжелыми металлами и другими токсикантами в 2004 году в районе не было.
По содержанию тяжелых металлов и по основным показателям радиоактивности почвы района относятся к первой группе и характеризуются как незагрязненные. Содержание пестицидов в почве не превышает нескольких сотых от ПДК (предельно допустимых концентраций) и находится на уровне обнаружения прибора, либо не обнаруживается вовсе.
Дистанционное зондирование эрозионных процессов
Мониторинг наблюдений за различными эрозионными процессами показывает, что почва постоянно ощущает на себе антропогенную деятельность человека, которая имеет различную степень в зависимости от времени, интенсивности и масштабов. Суммарная площадь почв в мире, подверженных разрушению и деградации, в том числе в результате загрязнения тяжелыми металлами и другими химическими веществами, на протяжении истории человечества достигла 20 млн. км", что превышает общую пахотную площадь современного мира— 15 млн. км".
Развитее эрозии приводит к формированию эрозионно-опасных земель — участков, на которых сочетание природных условий может способствовать появлению эродированных процессов. Смыв верхних, наиболее плодородных горизонтов почвы дождевыми, талыми или поливными водами, стекающими по меняющимся микроруслам приводит к образованию поверхностной или плоскостная эрозия. А это происходит в основном в верхних и средних частях склона, а возле его подошвы происходит накопление смытого материала. Поверхностный смыв потенциально эрозионных земель тесно связан с крутизной и длиной склона, интенсивностью выпадающих осадков, скоростью снеготаяния, характером покрова и особенностями хозяйственного использования территории. И, главное, проявляется преимущественно на пашне и ведет не только к обеднению почвы гумусом и питательными веществами, но и прямым физическим потерям.
В связи с необычайной важностью проблемы сохранения почв, вопрос о мониторинге, прогнозировании и оценке эрозии всегда был актуальным. Поэтому в наших исследованиях мы анализировали земли в местах развития эрозионно-опасных процессов, выявленных по космическим снимкам спутников Ресурс Ф-1 за 1990 г. и Landsat-7 за 2000 и 2005 гг. При необходимо констатировать давно известную истину, что основными природными факторами, влияющими на интенсивность эрозионных процессов, являются: характер осадков, температурный режим, ветровая активность, наличие (плотность покрытия) растительности, рельеф (крутизна, длина, экспозиция склонов), состояние почвы (гранулометрический состав, водопоглотительная способность, оструктуренность и др.), а эрозия подразделяется на поверхностную, в которую входят потенциально эрозионно-опасные земли, или смыв почвы, и овражную (линейная, глубинная, вертикальная) или размыв почвы и подсти-лающих пород. Поверхностная плоскостная эрозия проявляется на пологих склонах правильной формы. Она равномерно смывает верхний слой почвы, наиболее богатый гумусом. Такую эрозию вначале трудно распознать. На космических снимках отчетливо видны потенциально эрозионно-опасные земли, они отличаются по фототону, он более светлый, и располагаются преимущественно в районах балочно-речной сети на склоновых участках. Влияние отражательных свойств поверхности почвы на отражательные свойства системы почва - растительность проявляется в тех случаях, когда просветы почвы между растениями меньше пространственного разрешения съемочной системы. В таком случае яркости растений и почвы интегрируются. Влияние почвы наиболее заметно проявляется в красной зоне спектра и выражается, как правило, в более высокой яркости системы почва - растительность по сравнению с яркостью растительности.
Изучение изменений спектральной яркости посевов сельскохозяйственных культур в течение периода вегетации выявило такие особенности. В начале вегетации, пока всходы растений не достигли 20%-ного проективного покрытия, кривая системы почва — растительность имеет вид кривой почвенного покрова. С увеличением зеленой массы в ней начинают появляться признаки зеленой растительности — яркость в красной зоне падает, а в ближней ИК повышается. При проективном покрытии больше 60% вклад яркости почвы в яркость системы почва — растительность становится малосущественным. Поверхностная эрозия - процесс смывания, удаления наиболее плодородных верхних слоев почвы вследствие неурегулированного поверхностного стока. В результате поверхностной эрозии на пахотных склонах наблюдается или относительно равномерный смыв поверхностного слоя почвы, или струйчатые размывы небольшой глубины, которые легко заравниваются при очередной обработке почвы (вспашки, культивации). Многократный смыв поверхностного слоя и образование струйчатых размывов, которые систематически заравниваются, постепенно приводят к формированию почв с укороченным профилем, так называемых смытых почв.
Разработанная карта-схема интенсивности эрозионных процессов пред-ставлена в зеленом цвете показывает, она отражает состояние земельных ресурсов в те годы и имеет прямую зависимость с рельефом местности и крутизны склонов. Поверхностная струйчатая эрозия наблюдается на неровной поверхности земли. Вода растекается ручейками по линии наибольшего уклона. Неровности поверхности склонов собирают атмосферные воды в струи и ручьи, которые, размывая почвы, создают очень мелкие промоины. Распашкой и обработкой эти промоины сглаживаются. На склонах постепенно идет смывание, удаление с поверхности почвы более или менее однородного по мощности почвенного слоя. Эта эрозия самая наглядная и наиболее быстро развивающаяся. Смывается не только почва, но и глубокие горизонты материнской породы. Если при плоскостной эрозии происходит уменьшение плодородия, то линейная (овражная) эрозия совершенно исключает территорию из сельскохозяйственного пользования.
Используя статистическую и картографическую обработку полученных данных, мы вначале создали базу данных эродированных земель, и построили тематическую карту-схему эрозионных участков, на которой отчетливо видно, какая часть исследуемой территории подвержена сильной, средней, слабой эрозии или не эродирует вообще. Интенсивность очагов эрозионно-опасных земель существенно меняется. Наиболее широко представлены очаги со слабой и слабо-средней степенью эрозионных процессов.
С помощью дешифровочных признаков по космическому снимку нами были выявлены все территории подверженные эрозия и затем оцифрованы с помощью геоинформационной программы Maplnfo 7.5. Более детальный анализ территории получается на оцифрованной основе космического снимка с помощью наложенной квадратной сетки по 5 тыс. га, о чем подробно расписывалось в методике подсчета площадей деградированных и подверженных деградации земель.
Похожие диссертации на Мониторинг агроландшафтов центральной части Ставропольской возвышенности с использованием геоинформационных технологий
