Использование геоинформационных систем для агроэкологической оценки земель сельскохозяйственного предприятия

анализом явлений и событий, прогнозированием их вероятных последствий, планированием стратегических решений. ГИС существенно экономят временные ресурсы, автоматизируя процесс работы с картами, и создают трехмерные модели местности.

Геоинформационные системы (ГИС) и гео-информационные технологии (ГИС технологии) получили сегодня в мире самое широкое применение. Возможности геоинформационных технологий используют для разработки картографических моделей пространственных закономерностей распределения агроэкологических условий. Применение ГИС для агроэкологической оценки земель позволяет перевести на новую качественную основу решение этой сложной проблемы, особенно при проектировании интенсивных систем земледелия и агротехнологий, не говоря уже о высоких агротехнологиях и адаптивно-ландшафтных системах земледелия высокой точности. Особая актуальность агро- экологического подхода при землеустройстве обуславливается усилением региональных проблем массовой деградации земель, качественным ухудшением их экологического состояния и функциональных возможностей, необходимостью разработки землеустроительной документации на эколого-ландшафтной основе, при которой наилучшим образом учитываются природные свойства земель и адаптивные свойства сельскохозяйственных культур [2]. Проведение агроэкологической оценки земель для разработки адаптивно-ландшафтных систем земледелия практически невозможно без ГИС-технологий [1]

Однако сегодня землеустроительные организации используют ГИС лишь в целях векторизации и расчета площадей. Тогда как в них скрыты большие возможности геоанализа, позволяющие значительно сократить затраты времени на его проведение [5]. К сожалению методики применения таких технологий в целях агроэкологической оценки земель и типизации для широкого круга пользователей практически отсутствует.

Поэтому цель наших исследований – разработка методов геоинформационного анализа для проведения агроэкологической оценки земель (на примере типичного хозяйства ООО «Родина» Северного района Оренбургской области).

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ

Агроэкологическая оценка земель возможна с помощью пакета Maplnfo. Maplnfo обладает большими возможностями по созданию различных ГИС, относительно невысокой стоимостью, удачной русификацией, совместимостью с другими распространенными программами ГИС и всеми распространенными версиями операционной системы Windows, широкой поддержкой и частым выходом новых версий. Необходимо отметить, что в России Maplnfo во многом стала стандартом «де-факто» в области создания ГИС [3].

Кроме программы ГИС, необходима соответствующая операционная система (MS Windows 2000/XP Pro или другими), офисный пакет (как правило, MS Office), графический редактор (как правило, Adobe Photoshop), программа для записи дисков и антивирус. Значительно облегчают работу по оцифровке карт программы-векторизаторы (например, Easy Trace).

Для проведения агроэкологической оценки земель были выбраны пахотные земли землепользования ООО «Родина» Северного района Оренбургской области.

Землепользование хозяйства расположено в южной части Северного района и северо-западной части Оренбургской области. По условиям рельефа данная территория вполне пригодна для механизированной обработки, хотя сильная расчлененность местности ограничивает размеры полей и затрудняет применение сложных сельскохозяйственных машин. На слабопологих и пологих склонах сформировались черноземы выщелочные, типичные, типичные карбонатные, на узких вершинах водоразделов – черноземы типичные остаточно карбонатные. На склонах увалов, которые являются преобладающим элементом рельефа, образовались почвы в различной степени эродированные. В пойме рек сформировались аллювиальные почвы.

В пахотных почвах наблюдается значительный дефицит легкогидролизуемого азота, среднее его содержание составляет 108 мг/кг почвы. Средневзвешенное содержание гумуса в почве по хозяйству составило 4,6 %, при этом 21,0 % почв – относится к низкой степени обеспеченности гумусом и 79,0 % – к средней степени обеспеченности [4].

Площадь пашни в хозяйстве составляет 3271 га, на которой возделываются зерновые культуры (озимые и яровые), однолетние и многолетние травы, подсолнечник (техническая культура) и кукуруза. Сенокосов и пастбищ в хозяйстве нет.

Данную агроэкологическую оценку целесообразно проводить в три этапа:

• 1)    агрономическая характеристика основных почв хозяйства и их агропроизводственная группировка;

• 2)    агроэкологическая оценка земель;

• 3)    построение цифровой модели рельефа по средствам применения ГИС-технологий.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Проведенные исследования позволяют нам разработать и выделить такие уровни агроэкологического состояния земель, как «Риск», «Кризис» и «Кризис 2» (табл.1).

К уровню агроэкологического состояния «Риск» отнесены пахотные почвы достаточно хорошего качества, пригодные под посевы рекомендованных для почвенно-климатической зоны культур, занимающие площадь чуть более 40 % площади пашни. В выделяемый уровень отнесены черноземы типичные и выщелоченные. Этот уровень агроэкологического состояния по потенциальному плодородию соответствует 1 степени деградации.

Пахотные земли уровней агроэкологического состояния «Кризис 1» и «Кризис 2» занимают около 60 % территории. Почвенный покров представлен черноземами типичными. Интенсивность эрозионных процессов определила вторую и третью степень деградации.

Для проведения более объективной агроэкологической оценки и стабилизации агроэкологического состояния пахотных земель на

Таблица 1. Агроэкологическая оценка земель

Уровень агроэкологического состояния Крутизна склонов Степень эродированности Категория эрозионной опасности. Тип эрозии А-водная, Б-ветровая Тип почв Площадь пашни, га % от общей площади пашни Риск пологие 1-2о покатые 2-3о эрозионноопасные, среднеэрозионноо пасные I A IIБ черноземы выщелоч-ные и типичные 1343 41,0 Кризис 1 покатые 3-5о слабая водная, среднедефляцион ноопасные II АБ черноземы типичные 1507 46,1 Кризис 2 покато крутые 5-6о средняя и сильная водная, среднедефляцион ноопасные II АБ III АБ черноземы типичные 421 12,9 топографической основе выделяли категории земель, с использованием почвенной карты и картограммы крутизны склонов (рис. 1).

При создании 3D-карты при помощи программы MapInfo Professional 11.5, в качестве исходных данных использовалась топографическая карта «Топо Карта (маршруты.ру)» из программы SAS Планета 151111.9233 Stable. Набор исходных данных представлен в виде координат в проекции Mercator/WGS84 и горизонталей проведенных с высотой сечения рельефа 10 или 5 м.

Последовательность работ по созданию 3D-карты следующая:

• -    построение интерполированной поверхности. ГИС MapInfo располагает штатными инструментами для такой манипуляции. По исходным горизонталям топографической карты устанавливаются высоты (пикеты) для заданного участка. В результате получается интерполированная поверхность.

• -    создание тематической карты. Для этого в MapInfo в меню «Карта» выбирается команда «Создать тематическую карту».

• -    итоговый процесс создания 3D-карты осуществляется при помощи манипуляций в меню «Карта», далее «Издать 3D-карту».

В качестве растровой подложки использована карта местности. Листы карты можно отсканировать с небольшим перекрытием на широкоформатном (формата А0) сканере (42”Xerox CSTF XEScan), затем «склеить» векторизатором Easy Trace, после чего провести редактирование карты средствами Adobe Photoshop [3].

Векторные слои высотных горизонталей и тематических слоев карты (слои типов почв, уклонов, внутрихозяйственного устройства) могут быть получены в программном продукте MapInfo. Слои впоследствии накладываются на растровую подложку. Затем полученные растры накладываются на полученную трехмерную модель рельефа.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Работу по агроэкологической оценке начинали с формирования цифровой модели рельефа, полученной в процессе геообработки ранее созданных векторных объектов, содержащих соответствующую информацию. Это дает возможность представить исследуемую территорию в трехмерном пространстве. На ней хорошо видны линейные формы эрозии: балки и промоины. В объёмном пространстве выделяются геоморфологические части рельефа (плакорные и склоновые), видны границы их перехода. Территория хозяйства, с плакорный и склоновый типами местности, изрезана линейными эрозионными формами. Преобладают уклоны от 3 до 5°.

Трехмерное изображение рельефа дает представление о том, что рельеф разделен балками и оврагами на ряд увалов. Склоны увалов ассиметричны: южные склоны покатые и крутые не велики по протяженности, северные пологие, имеют большую протяженность. Восточная часть территории хозяйства имеет увалисто-волнистый характер. Увалы разделены большим количеством оврагов и балок, склоны и днища их задернованы и закустарены.

Также на 3D-карте наглядно изображены пахотные земли уровней агроэкологического

Рис. 1. 3D- к apтa агроэ к ологическ о й оценки з е мель ООО « Родина»:

I | - не пахотн ы е земли; I к I - лес; I I - риск ; |    |

- кризис 1; 1331

- криз и с 2

состояния «Кризис 1» и «Кризис 2» занимают большую часть территории. Они расположены преимущественно на покатых, покатокрутых и пологокрутых склонах.

Данные характеристики рельефа предполагает, что прямолинейное расположение полей полевого севооборота вдоль склона нецелесообразно, так как это может привести к усилению процессов водной эрозии. В данных условиях целесообразно применять комбинированную систему обработки почв в севообороте с чередованием отвальной, плоскорезной и поверхностной обработок, а также вспашки и посева зерновых культур поперек склона или по горизонталям местности, рекомендуется полосное щелевание для сокращения стока талых и ливневых вод, введение почвозащитного севооборота.

Исходя из проведенных исследований, можно сделать вывод, что использование ГИС-технологий дает возможность формировать информационную основу агроэкологической оценки, результаты которой применяются при агроэкологической типизации земель. Разработанная методика также может быть применена при разработке проекта адаптивно-ландшафтной системы земледелия, противоэрозионной организации территории.