ВЕДЕНИЕ МОНИТОРИНГА ЗЕМЕЛЬ В РОССИЙСКОЙ
ФЕДЕРАЦИИ
Общие представления о мониторинге земель
Государственный мониторинг земель (ГМЗ) – это система наблюдений за состоянием земельного фонда для своевременного выявления изменений, их оценки, прогноза, предупреждения и устранения последствий негативных процессов.
Цель мониторинга - информационное обеспечение управления природоохранной деятельностью и экологической безопасностью.
Задачи мониторинга земель:
· своевременное выявление изменений состояния земельного фонда, их оценка, прогноз и выработка рекомендаций по предупреждению и устранению последствий негативных процессов;
· информационное обеспечение государственного земельного кадастра, мониторингов и кадастров других природных сред, рационального природопользования и землеустройства;
· контроль за использованием и охраной земель;
· информационное обеспечение государственных органов и частных лиц о состоянии и возможных последствиях негативных процессов, происходящих на земле.
Объектом мониторинга земель Российской Федерации является земельный фонд страны независимо от принадлежности, т.е. от форм собственности на земельные участки, целевого назначения и характера использования земель.
Объекты мониторинга на функциональном уровне подразделяются на наблюдаемые объекты и объекты обобщения.
К наблюдаемым объектам относятся отдельные природные и природно-техногенные объекты.
К объектам обобщения относятся территории, по которым производится систематизация и обобщение информации, включая оценку состояния природной среды и прогнозирование её изменения, а также геоэкосистемы. Объекты обобщения могут совпадать с наблюдаемым объектом, либо представлять его часть, либо состоять из нескольких наблюдаемых объектов. Кроме отдельных природных и природно-техногенных объектов и их частей к объектам обобщения относятся территории отдельных субъектов Российской Федерации и их административных подразделений, других территорий с заранее нерегламентированными границами, а также территория Российской Федерации в целом.
Объекты мониторинга можно объединить в следующие группы:
- сельскохозяйственные угодья, подверженные водной и ветровой эрозии, опустыниванию, заболачиванию, засолению или зарастанию, на которых происходит снижение почвенного плодородия и ухудшение структуры почв;
- территории, уже подвергшиеся антропогенному загрязнению или потенциально опасные в этом отношении – наличие такого загрязнения или даже его вероятность оказывают существенное влияние на принятие управленческих решений, последующее использование и стоимость земли;
- береговые линии рек, морей, озер, заливов и других водных объектов, т.е. участки, имеющие неустойчивые естественные границы, изменение которых влечет за собой изменение площадей участков, а, следовательно, и величины земельного налога и других показателей.
Классификация систем мониторинга
По целям выделяют следующие виды мониторинга: научно-исследовательский, диагностический, фоновый, контрольный, прогнозный, проектировочный и другие виды мониторинга (таблица 1.1).
Таблица 1.1 - Классификация основных видов мониторинга
| Критерии выделения | Виды мониторинга |
| 1. По уровню охвата территории | 1.1. Глобальный (в пределах Земли); 1.2. Региональный: национальный (в пределах государства); «региональный» (в пределах административно-управленческих регионов, например, экономических районов); природно-региональный (в пределах природных зон и районов, например, бассейнов крупных рек или отдельных ландшафтов); 1.3. Локальный- в пределах конкретного объекта, например, завода, города, озера и т.п. |
| 2. По направлен-ности воздействия | 2.1.Биоэкологический (санитарно-токсикологический)- с точки зрения воздействия ОС на человека и населения: канцерогенных веществ, генетический мониторинг; 2.2.Геоэкологический (геосистемный) - с точки зрения изменения геосистем: природныхгеосистем; природно-антропогенных геосистем (например, агросистем); 2.3.Биосферный - с точки зрения биосферы (как экологической системы): глобальный фоновый мониторинг, геофизический мониторинг (климата, озонового экрана, газового состава атмосферы и т.п.). |
| 3. По факторам воздействия | 3.1.Химический: тяжелых металлов, пестицидов, отдельных химических веществ и элементов; 3.2. Физический: радиационный, электромагнитный; 3.3. Биологический: интродуцентов; микробиологический. |
| 4. По методам наблюдения | 4.1.Геохимический; 4.2.Дистанционный; 4.3. Аэрокосмический; 4.4. Биологический. |
МОНИТОРИНГА ЗЕМЕЛЬ
Рисунок 3.3 – Структура контактных методов наблюдения и контроля за состоянием окружающей среды
Рисунок 3.4 – Спектральные методы анализа объектов окружающей среды
Рисунок 3.5 – Электрохимические методы анализа объектов окружающей среды
Рисунок 3.5 – Хроматографические методы анализа загрязняющих веществ
Фондовыми данными
Накопление материалов мониторинга земель в архивах (фондах) и распределительных базах автоматизированной информационной системы «Земля России» осуществляется по следующей схеме [2].
В административных районах, городах накапливаются первичные данные локального мониторинга, характеризующие состояние всего земельного фонда, отдельных участков, угодий, элементов инфраструктуры. В субъектах Российской Федерации формируются сводные данные по входящим в состав административно-территориальным единицам, а также по отдельным ландшафтно-экологическим объектам регионального характера.
На уровне Российской Федерации формируются сводные данные по субъектам Российской Федерации, а также по ландшафтно-экологическим объектам зонального характера.
Сформированные базы и банки мониторинга земель могут быть использованы органами государственного и муниципального управления; Росреестром а также его органами на местах; предприятиями и организациями других ведомств, чья деятельность связана с использованием земель; органами в области охраны окружающей природной среды и природопользования.
Методы обработки информации
В РФ выстроена четкая взаимосвязь между системой натуральных наблюдений (экспедиционные, стационарные, комплексные фоновые, дистанционные) с автоматизированной информационной системой – АИС (информационно-поисковая система – АИПС, система обработки данных – АСОД, система комплексной интерпретации данных – АСКИ, прогнозно-диагностическая система – АПДС, система управления – АСУ) (рисунок 3.6).
По уровню интерактивности и аналитическим возможностям выделяют три типа АИС:
Визуализирующие – для печати, а также статичные АИС без интерактивных функций;
Интерактивные – с возможностью генерации карт и операциями над слоями (изменение стиля, цвета, метода классификации и др.);
Аналитические – с возможностями ГИС, в т. ч. осуществлять запросы к базе данных, редактировать, анализировать и визуализировать новые данные.
Рисунок 3.6 – Взаимосвязь методов получения и обработки информации при проведении мониторинга земель
В общем виде АИС является электронной версией бумажного атласа или карты с расширенными функциональными возможностями, в том числе возможностями масштабирования, навигации, адресного поиска, картометрических функций и более сложных аналитических функций присущих ГИС. Отличия между АИС и бумажными атласами представлены в таблице 3.1.
Таблица 3.1 – Отличия АИС и бумажных атласов или карт
|
Функциональные отличия АИС от ГИС представлены в таблице 3.2.
Таблица 3.2 – Отличия АИС от ГИС
Применение ГИС-технологий для мониторинга земель позволяет создавать карты непосредственно в цифровом виде по координатам, полученным в результате измерений на местности или при обработке материалов дистанционного зондирования. При создании цифровых карт в среде ГИС упор делается на создание структуры пространственных отношений между объектами, четко различаются понятия точного и неточного совпадения границ, легко осуществимо использование уже ранее оцифрованных границ при создании смежных объектов, в том числе и при работе в других отраслях, легко и в явном виде фиксируются отношения связности, соседства, смежности, вложенности, пересечения и др. пространственных объектов, необходимых при решении широкого круга аналитических и практических задач.
Цифровые карты служат основой для изготовления обычных бумажных и компьютерных карт на твердой подложке и содержат данные и правила, описывающие положение и пространственно-логические взаимоотношения объектов местности.
ЗЕМЕЛЬ
Понятие об агрометеорологии
Агрометеорология или сельскохозяйственная метеорология - наука, изучающая метеорологические, климатические и гидрологические условия в их взаимодействии с сельскохозяйственными культурами и процессами сельскохозяйственного производства.
Погода - состояние атмосферы в данном пункте в отдельный момент, характеризуемое совокупностью значений метеорологических величин.
Метеорологические величины - это различные характеристики состояния воздуха и некоторых атмосферных процессов. К основным метеорологическим величинам относятся атмосферное давление, температура воздуха, влажность воздуха, облачность, атмосферные осадки, ветер.
Значения метеорологических величин за определенный период времени характеризуют метеорологические условия (условия погоды).
Климат - многолетний режим погоды в данной местности, обусловленный ее географическим положением.
Метеорологические величины и процессы в большей или меньшей степени влияют на рост, развитие и урожайность растений, на состояние и продуктивность животных, поэтому они изучаются и в агрометеорологии. При этом анализируется их влияние на растения и животных, на процессы сельского хозяйства во взаимодействии с водным и тепловым режимом почвы. Водный режим почвы характеризуют гидрологические величины.
Агрометеорологические факторы - метеорологические и гидрологические величины, определяющие состояние и продуктивность сельскохозяйственных объектов. Их сочетания в определенный период времени называют агрометеорологическими условиями существования объектов сельского хозяйства.
Агроклиматические условия — это многолетние характеристики агрометеорологических условий в данной местности.
Агрометеорология тесно связана с другими отраслями метеорологии: физикой атмосферы, изучающей общие физические закономерности атмосферных процессов; синоптической метеорологией, изучающей эти процессы в целях разработки методов прогноза погоды; климатологией, исследующей процессы климатообразования, ресурсы климата и проблемы преобразования климата территорий разного масштаба; космической метеорологией и др.
Агрометеорология также тесно связана с физикой, географией, так как агрометеорологические явления изучаются в географическом и физическом аспектах; с почвоведением, физиологией растений, растениеводством, мелиорацией и другими сельскохозяйственными и биологическими науками.
Для этого в агрометеорологии применяются следующие методы исследований:
1. Метод параллельных, или сопряженных, полевых наблюденийза метеорологическими явлениями и растениями, позволяющий устанавливать связь между условиями погоды и ростом, развитием, урожайностью сельскохозяйственных культур. Метод предусматривает измерение метеорологических величин параллельно (сопряженно) с наблюдениями за развитием сельскохозяйственных растений в поле. Сопряженные наблюдения позволяют также оценивать потребность растений в определенных количествах света, тепла, влаги, определять критические температуры различных сортов и культур, выявлять повреждения их заморозками и др.
2. Метод учащенных сроков посевов, при котором растения высеваются в поле в разные сроки и за их развитием и условиями погоды в данном месте ведутся сопряженные (параллельные) наблюдения. При использовании метода изучаемый сорт высевается через каждые 5—10 дней в течение вегетационного периода. Растения различных сроков сева развиваются в неодинаковых метеорологических условиях. В результате опыта даже в течение одного года можно получить информацию о влиянии разных комплексов метеорологических параметров на исследуемое растение в данной местности. Этот метод значительно ускоряет изучение устойчивости растений к неблагоприятным явлениям погоды.
3. Метод географических посевов, при котором в разных географических пунктах (в разных климатических условиях) высевают исследуемые сорта (гибриды) растений. Метод географических посевов позволяет решать ту же задачу, что и метод учащенных сроков сева, так как посевы данного сорта в разных климатических зонах находятся в различных условиях увлажнения, температуры, длины дня и т. д.
4. Метод экспериментально-полевой, при котором в полевых опытах с помощью специальных конструкций и приемов изменяются агрометеорологические условия, возделывания растений регулируется по программе опыта температура и влажность почвы, продолжительность и интенсивность освещения, высота снежного покрова.
5. Метод дистанционных (неконтактных) измерений с вертолетов, самолетов и спутников, позволяющий определять состояние посевов, термический режим, увлажнение и т. п. на больших площадях.
6. Метод фитотронов, позволяющий исследовать реакции растений на различные комплексы света, тепла, влаги в камерах искусственного климата.
7. Метод математического моделирования, который состоит в построении математической модели, позволяющей при помощи математического аппарата описывать влияние агрометеорологических условий на рост и развитие растений, их продуктивность.
8. Метод математической статистики, который позволяет обрабатывать массовые материалы наблюдений для установления связи развития и формирования продуктивности растений с условиями погоды.
Из перечисленных методов первый — метод сопряженных наблюдений положен в основу программы агрометеорологических наблюдений, проводящихся на метеорологических станциях.
Задачи агрометеорологии определяются требованиями сельского хозяйства, его интенсификации путем механизации, химизации, мелиорации земель, селекции высокопродуктивных сортов культурных растений.
Основными задачами агрометеорологии являются:
1) исследование закономерностей формирования метеорологических и климатических условий сельскохозяйственного производства в географическом разрезе и во времени;
2) разработка методов количественной оценки влияния метеорологических факторов на развитие, состояние и продуктивность агроценозов, животных, на развитие и распространение вредителей и болезней сельскохозяйственных культур;
3) разработка методов агрометеорологических прогнозов;
4) обоснование размещения новых сортов и гибридов сельскохозяйственных культур и обоснование приемов наиболее полного использования ресурсов климата для повышения продуктивности земледелия;
5) разработка методов борьбы с неблагоприятными явлениями погоды и климата, изучение путей мелиорации микроклимата полей;
6) обоснование дифференцированного применения агротехники в соответствии со сложившимися и ожидаемыми условиями погоды;
7) агроклиматическое обоснование приемов мелиорации земель и интенсивной технологии в растениеводстве;
8) совершенствование методов оперативного обеспечения сельскохозяйственного производства агрометеорологической информацией и оценки ее экономической эффективности.
Агрометеорологические наблюдения представляют собой сопряженные наблюдения за метеорологическими элементами (температурой и влажностью воздуха, атмосферными осадками и т. д.), влажностью почвы, ростом и развитием сельскохозяйственных культур и проводимыми агротехническими мероприятиями.
Особое значение имеют наблюдения за неблагоприятными метеорологическими явлениями, такими как:
Заморозок – понижение температуры в приземном слое воздуха, на поверхности почвы или растений до 0,0 ºС и ниже, наблюдаемое в вегетационный период при положительной средней суточной температуре воздуха.
Засуха атмосферная – состояние атмосферы, характеризующееся недостаточным выпадением осадков, высокой температурой и пониженной влажностью, приводящее к образованию почвенной засухи.
Засуха почвенная – иссушение почвы, влекущее за собой недостаточную обеспеченность растений водой.
Засуха (НЯ) – сочетание высоких температур воздуха, дефицита осадков, низкой влажности воздуха, малых влагозапасов в почве в течение 2-3 декад
Засуха (ОЯ) – сочетание высоких температур воздуха, дефицита осадков, низкой влажности воздуха, малых влагозапасов в почве в течение 1 месяца и более, приводящее к значительному снижению урожая и гибели сельхозкультур.
Суховей – ветер при высокой температуре и большом недостатке насыщения воздуха влагой, вызывающий угнетение или гибель растений.
Сильный мороз – минимальная температура воздуха 35°С мороза и ниже.
Сильная жара – максимальная температура воздуха 35°С тепла и выше.
Пыльная буря – при преобладающей средней скорости ветра 11-14 м/с продолжительность 3 часа и более.
Цель агрометеорологических наблюдений.
Наземные агрометеорологические наблюдения проводятся с целью получения информации для:
- непосредственного обеспечения народнохозяйственных организаций сведениями об агрометеорологических условиях в пункте наблюдений;
- оповещения обслуживаемых организаций (потребителей) об опасных агрометеорологических явлениях;
- обеспечения прогностических органов Гидрометеоцентра необходимыми данными для составления всех видов агрометеорологических прогнозов, справок о текущем состоянии агрометеорологических условий и предупреждений в случае их неблагоприятного развития в последующем;
- накопления и обобщения объективных данных об агрометеорологическом режиме и агроклиматических ресурсах отдельных территорий и страны в целом.
Основные задачи станций и постов по производству агрометеорологических наблюдений следующие:
1 - проведение наблюдений в районе расположения станции или поста;
2 - первичная обработка результатов наблюдений;
3 - составление информационных агрометеорологических сообщений и передача их соответствующим организациям и учреждениям в установленные сроки.
5.2 Техническое обеспечение наземных агрометеорологических наблюдений и обследований
Наблюдения за температурой почвы.
Для измерения максимальной, минимальной и срочной температуры почвы на глубине 3 см применяют почвенный термометр АМ-34.
Срочную температуру почвы на глубине узла кущения растений озимых зерновых культур и корневой шейки многолетних трав измеряют с помощью термометров АМ-2М, АМ-29А. Эти термометры применяют также для измерения температуры почвы в зоне корневой системы плодовых культур.
Термометр почвенный максимально-минимальный АМ-34 предназначен для измерения срочной, максимальной и минимальной температуры почвы (далее температура почвы) на глубине залегания узла кущения озимых зерновых культур и корневой шейки многолетних трав, которая в среднем равна 3 см.
Пределы допускаемой погрешности (в условиях эксплуатации) составляют ±0,5 °С.
Термометр является автоматизированным средством измерения температуры, выполненным на базе программно-технических средств.
Датчик температуры представляет собой медный микропленочный термометр с номинальным сопротивлением 50 Ом, заключенный в герметичный корпус из нержавеющей стали.
Блок измерения и регистрации (далее БИР) через каждые 30 минут регистрирует значение срочной температуры почвы, сравнивает его с имеющимися в оперативном запоминающем устройстве (далее ОЗУ) БИР значениями минимальной и максимальной температуры, полученными по предыдущим запросам, уточняет их и хранит в памяти до следующего запроса датчика температуры.
Значения срочной, максимальной или минимальной температуры почвы при последовательном нажатии кнопок управления отображаются на цифровом индикаторе пульта считывания информации (далее ПСИ).
Действие электротермометров АМ-2М и АМ-29А основано на свойстве металлов изменять свое электрическое сопротивление в зависимости от температуры. С повышением температуры сопротивление металлического проводника увеличивается, с понижением – уменьшается. Для измерения значений этого меняющегося сопротивления в приборах применен равноплечий неуравновешенный мост постоянного тока.
Электротермометры АМ-2М и АМ-29А имеют пределы измерения температуры почвы от минус 30 до 45 °С.
Так как принцип действия и конструктивные особенности электротермометров АМ-2М и АМ-29А практически не различаются, то приводим описание только одного из них – электротермометра АМ-2М.
Шкала микроамперметра отградуирована в градусах Цельсия.
Температура почвы измеряется в двух диапазонах: от 5 до 45 °С и от минус 30 до 5 °С.
В комплект каждого прибора входит один пульт и десять датчиков.
Установку датчиков на участке производят до промерзания верхнего слоя почвы и не позже чем через 1-2 дня после осеннего обследования зимующих культур.
Одновременно с установкой датчиков термометра возле каждого из них производят установку стационарной снегомерной рейки М-103.
Физических свойств почвы
Картирование электропроводности почвы. В настоящее время комплексный подход может применяться не только для агрохимического обследования полей, но и для измерения электро- и теплопроводности почвы.
Показатель электропроводности почвы показывает изменение основных ее свойств в пределах поля, таких как гранулометрический состав, наличие органического вещества, влажность, концентрация солей в почвенном растворе, показатель рН и т. д. После этого количество почвенных образцов может быть сокращено в несколько раз. Для изучения электропроводности почвы используют контактный (измерение электрической проводимости) и бесконтактный (определение показаний магнитной индукции и георадаров) методы измерения.
Контактный метод основан на измерении электропроводности почвы с помощью электродов, которые представляют собой изолированные стальные диски, находящиеся в постоянном контакте с почвой. Для этого применяют внедорожник, оснащенный бортовым компьютером с технологией параллельного вождения, GPS-приемником, прибором, определяющим электропроводность, и прицепным агрегатом с дисками (с размещенными в них электродами) (рисунок 6.14). При проведении измерений агрегат движется по полю согласно технологии параллельного вождения с погруженными в грунт дисками. При этом на одну пару изолированных электродов подается напряжение, а другая служит для измерения снижения напряжения между ними. Замеры электропроводности совмещают с данными GPS и наглядно отображают в виде карты.
Рисунок 6.14 – Картирование электропроводности почвы с помощью прицепной машины Veris 3100 (компания Veris Technologies, США)
Машина Veris 3100 формирует два вида карт – поверхностного слоя (30,5 см) и корневой зоны (91,5 см). Карта верхнего слоя часто используется для выбора участков забора проб, а более глубокого слоя – определения нормы внесения удобрений (особенно азотных).
Бесконтактное определение электропроводности почвы проводят с помощью приборов для измерения электромагнитной индукции и георадаров. В большинстве случаев аппаратура для измерения электромагнитной индукции может быть объединена с приемниками GPS для обеспечения позиционирования проводимых измерений.
Представляет особый интерес датчик электропроводности ЕМ38-МК2 (компания Geonics Limited, Канада), позволяющий выделить почвенные контуры и оценить неоднородность почвенных свойств без разрушения ее структуры и отбора образцов. Он обеспечивает одновременное измерение электропроводности почвы и магнитной восприимчивости в интервалах почвенных глубин 0,75 и 1,5 м. При помощи карт вариаций электромагнитных свойств почвы можно наглядно разделить поля на участки определенных классов и осуществлять, например, отбор проб почвы только внутри одного класса без перемешивания с другими.
Отечественным прибором, подходящим для использования в сельском хозяйстве при исследовании состояния почв, является многоцелевой электромагнитный сканер «Немфис», разработанный Институтом нефтегазовой геологии и геофизики им. А. А. Трофимука СО РАН г. Новосибирска (рисунок 6.15). Он позволяет реализовать метод электромагнитного индукционного частотного зондирования и представляет собой трехкатушечный зонд.
Рисунок 6.15 – Электромагнитный сканер «Немфис» (ИНГГ СО РАН)
Прибор предназначен для сканирования больших площадей, прикрепленных к GPS, визуализации карт в реальном времени. Сканер управляется с помощью беспроводного модуля на базе карманного ПК по технологии BlueTooth, эксплуатируется одним оператором, обладает высокой помехозащищенностью. Одной из составляющих технологии «точного земледелия» является мониторинг плотности почвы на поле. В России появились механические и ультразвуковые пенетрометры – приборы для измерения плотности почвы.
Электронный пенетрометр SC 900 (компания «Spec-trum Technologies», США) измеряет индекс пирометрического конуса, сохраняет полученные данные и позволяет пользователю проводить их анализ. Запоминающее устройство и порт RS-232, расположенные на нижней стороне прибора, позволяют измерять уплотнения почвы относительно координат местности. При обнаружении GPS-сигнала широта и долгота местоположения будут включены в результаты измерения. Память устройства хранит до 772 профилей (или 579, если используется функция GPS). Для подключения GPS-приемника требуются GPS/DGPS-кабель и последовательный интерфейсный кабель. Прибор совместим с картографическим онлайн-приложением SpecMaps.
6.3 Современные способы планирования агрохимических обследований
Дистанционное зондирование
Данные дистанционного зондирования (ДЗ), гармонизированные с ГИС, -- еще одно перспективное направление совершенствование мониторинга земель. Возможности ДЗ для диагностики почв давно изучаются и могут рассматриваться как средство решения задач для ускорения оценок и вовлечения в одновременный анализ значительных территорий.
Спектральная отражательная способность почв является основой их диагностики с помощью ДЗ. Основной вклад в качественные характеристики спектра вносят: содержание органического вещества, грансостав, окислы железа, соли, влажность. Каталогизация спектров для разных условий, формализация зависимостей, автоматические компьютерные методы расчета и диагностики – все эти все эти задачи вполне решаемы.
Сегодня стало очевидно, что разнообразные средства ДЗ (аэро-, фото, космическая съемки, и материалы телевизионного теплового, микроволнового, радиолокационного и др. видов сканирования), осуществленные сопряженно и на геоинформационной основе, создают благоприятные условия для получения разнообразной информации с высокой оперативностью, разрешающей способностью и в режиме реального времени.
Аэрофотосъемка широко используется в геологии, гидрологии, гидрографии, использовании лесов. В настоящее время накоплено большое количество снимков, различающихся по масштабу спектральной чувствительности, цветопередаче. Разработано много методов дешифрирования таких снимков и даже технология почвенного исследования с помощью материалов аэрофотосъемок. Установлено наиболее информативное время для съемок, оптимальные типы снимков. На аэрофотоснимках достаточно надежно устанавливаются макро- и мезорельеф, неоднородности почвенного покрова, эродированность, засоленность, солонцеватость, степень увлажнения, содержание гумуса, границы почвенных контуров. Все это хорошо дополняет информацию, полученную наземным способом.
Классификация:
- почва как целостный объект непосредственно на снимках не изображается, не изображается строение генетического профиля, не отображаются физические и химические свойства почвенных горизонтов, их мощность и другие характеристики. Даже поверхность почв большей частью закрыта для фотографирования. Только аэрофотоснимки распаханных полей, не покрытые растительностью, содержат непосредственное изображение поверхности почвы. Это не достаточно для определения ее вида и разновидности;
- дешифрирование почв по аэрофотоснимкам производится только косвенно, путем дешифрирования форм рельефа, растительности, геологического строения местности и результатов хозяйственной деятельности.
Таким образом, тон и цвет снимка, размеры и форма выдела, дополненные анализом компонентов ландшафта, также видимых на снимках, являются косвенными и не всегда надежными признаками дешифрирования почв.
Надежность дешифрирования аэрофотоснимков во многом зависит от знаний дешифровщика компонентов ландшафта и полноты сопровождающейся наземной информации.
Космическая съемка почвенного покрова осуществляется со спутников, летающих набольших высотах (свыше 100 км). Для съемки используются фото- и телекамеры, сканеры и радары. Получаемая средне-, мелко- и обзорная информация используется для разработки почвенных карт, либо отдельных их свойств (карта гумусового состояния).
Наибольшего развития достигли методология почвенного картирования по аэро- и космическим снимкам. При этом были реализованы возможности дешифрировать размеры, форму и границы объектов, их контрастность, тональность , цвет и др. характеристики. Анализ почвенных неоднородностей различного происхождения с помощью ЭВМ, способных различать в 2 – 3 раза больше тонов, чем человек, позволил получить разномасштабные почвенные карты, насыщенные разнообразной информацией. Особенного развития достиг математический, логический, статистический и программный аппарат дешифрирования изображения.
В настоящее время особой популярностью пользуется диагностика гумусового состояния почв с учетом ее гранулометрического состава. Индикация содержания гумуса в почве возможна по оптическим ее характеристикам.
Если же произвести в различных диапазонах спектра с учетом различных длин волн, а также добиться стандартных условий съемки, то получится относительно точная индикация содержания гумуса в почве.
Для этого созданы необходимые предпосылки:
- имеются данные гранулометрического состава;
- имеются региональные модели расчетных уравнений;
- имеются космические снимки в необходимой зоне электромагнитного спектра, автоматизированная обработка которых с учетом требований ГИС, не представляет особых трудностей;
- имеется определенный агрофон – пашня.
Другие виды съемок. Наиболее всего исследовано радиолокационное зондирование. Оно позволяет проследить неоднородности различного происхождения в почвенном профиле, связанные с составом, плотностью укладки компонентов почв, влажностью и др. Из указанных возможностей вытекает, что такие процессы как эрозия, переуплотнение, аридизация, гидроморфизация почв могут быть диагностированы с помощью многоканальной радиолокационной съемки, преимущество которой объясняется меньшей зависимостью от погодных условий, состояния агрофона, времени суток. Однако, в разрешающей способности радиолокация уступает другим видам ДЗ.
Преимущества лазерного, теплового, телевизионного, микроволнового зондирования при данных мониторинговых исследованиях изучены недостаточно.
В настоящее время в мире наиболее развит мониторинг с/х посевов. Например, в США функционируют две системы такого мониторинга – USDA и USAID FEWS NET. Подобные системы имеются в Европе, Китае, Австралии, Индии. и др.
Геостатика и гис-технологии
Геостатистика – новый этап в изучении пространственной неоднородности почвенного покрова. В последние годы метод стал осваиваться и распространяться на территории СНГ. Суть этого метода заключается в использовании нескольких математических процедур (расчет дисперсии, построение вариаграмм, крикинг метод интерполяции и др.), которые позволяют отражать пространственные особенности почв. Для целей мониторинга чрезвычайно важна возможность, предоставляемая геостатистикой – перейти от изучения свойств почв в разрезе делянки – далее к полю, ландшафту, водосбору, то есть , перейти к пространственной вариабельности свойств почв.
Среди аспектов, где геостатистика найдет широкое применение , следует отметить детальную почвенную картографию. В дальнейшем все прогностические модели любых миграционных процессов будут содержать пространственные поправки. Особенно перспективно для целей мониторинга объединение геостатистического метода с дистанционным зондированием.
Географическая информационная система (ГИС) является новым современным техническим средством объединения и анализа разнообразной информации, производимой в процессе мониторинга. Это картографическая информация (почвенные, топографические, гидрометеорологические и другие карты, карты землепользования), а также любая другая цифровая информация о свойствах почв. ГИС позволяет сопоставить, проанализировать, графически представить, обновить, реконструировать информацию в удобном для пользователя виде, построить новую карту, таблицу, график, получив при этом новую информацию.
ГИС позволяет выполнить следующие обязательные процедуры:
- ввести в компьютер и отредактировать информацию о пространстве, привязанную к точкам, линиям, полигонам;
- сохранить, пополнить, обновить и в случае необходимости найти внесенную в компьютер информацию;
- произвести анализ введенной в компьютер информации, который может заключаться в картографировании, статистической обработке, имитационном моделировании, а также подвергать ее более сложным преобразованиям (например, с целью прогноза);
- составить отчет в виде таблиц, графиков, карт.
Система мониторинга почв не может обойтись без ГИС. Геоинформационные системы являются очень действенными помощниками для любого вида мониторинга – стандартного, фонового, кризисного.
В настоящее время ГИС (управления земельными, водными, лесными ресурсами) разработаны в большинстве стран.
Специализированная ГИС «Мониторинг почв» - дело будущего, по мере развития мониторинговых сетей и их аналитической поддержки.
Лекций
Лекция 1
Цель и задачи курса. Требования к организации наземных агрометеорологических наблюдений. Выбор, описание и организация наблюдательных участков.
Литература:
1. Грингоф, И. Г., Пасечнюк, А. Д. Агрометеорология и агрометеорологические наблюдения. С.-Пб.: Гидрометеоиздат, 2005. – 551 с.
2. Правила проведения агрометеорологических наблюдений и работ на станциях и постах/ Технический кодекс. – Минприроды. Минск. 2007, 2008. (ТКП 17.10-09-2008 и ТКП 17.10-03-2007 (02120)) – технический кодекс установившейся практики.
3. Наставление гидрометеорологическим станциям и постам. Выпуск 11. Агрометеорологические наблюдения на станциях и постах/ Часть 1. Основные агрометеорологические наблюдения. – М., 2000. - .
4. Грингоф, И. Г., Попова, В. В., Страшный, В. Н. Агрометеорология Л.: Гидрометеоиздат. 1987 – 312 с.
5. Шкляр, А. Х. Климатические ресурсы Белоруссии и использование их в сельском хозяйстве/ А. Х. Шкляр. – Минск: Выш. шк. 1973 – 432 с.
1. Шульгин, А. М. агрометеорология и агроклиматология. – Л.: Гидрометеоиздат. 1978 – 200 с.
2. Сенников, В. А., Ларин, Л. Г., Белолюбцев, А. И., Коровина, Л. Н. Практикум по агрометеорологии. – М.: Колос. 2006 – 215 с.
Лосев А. П. Практикум по агрометеорологическому обеспечению растениеводства Санкт-Петербург: Гидрометеоиздат. 1994 – 246 с.
Лекции по сельскохозяйственной метеорологии/ Под ред. М. С. Кулика и В. В. Синельщикова. Л.: Гидрометеоиздат. 1966 –340 с.
Фенологические исследования природы Белоруссии. – Мн.: Наука и техника. 1986 – 176с.
ВЕДЕНИЕ МОНИТОРИНГА ЗЕМЕЛЬ В РОССИЙСКОЙ
ФЕДЕРАЦИИ
Дата: 2019-03-05, просмотров: 370.
