CC BY
42
УДК 911.2; 631.58; 631.4; 528.93 С.Е. Перфильев
Красноярский НИИ сельского хозяйства СО РАСХН
АСПЕКТЫ КОСМИЧЕСКОГО АГРАРНО-ПРОМЫШЛЕННОГО МОНИТОРИНГА
The summary
In publication the technique of optimization agrarian landscapes structures in limits tectonics - geomorphology borders of natural landscapes is examined on the basis of division into districts and mapping of space pictures and topographical maps in GIS. The technique is approved in Joint-Stock Company «Ogurskoe» Balahtinskie area and Open Society «Plemsavod «Taeshnia» Suhobuzimskie area of Krasnoyarsk Region. Result of researches of steel «Recommendations on the organization of the grounds for manufacture of a forage the Open Society «Plemsavod «Taeshnia».
Министерство сельского хозяйства Российской Федерации с 2003 года осуществляет мероприятия по созданию системы дистанционного мониторинга земель сельскохозяйственного назначения (СДМЗ). Головным учреждением по созданию СДМЗ выступает Главный вычислительный центр (ГВЦ) Минсельхоза РФ.
Получение информации дистанционного зондирования осуществляют с высокоорбитальных космических аппаратов (КА) спутников серии №аа, Terra и Aqua. Разрешающая способность снимков составляет 250 - 1000м местности. Космические снимки (КС) указанных масштабов пригодны для выяснения ежедневного состояния погод и получения предварительных метеорологических данных по облачности и движению воздушных масс.
Для определения состояния почвенного покрова, вегетации природных и культурных растений, фитосанитарной и ветеринарной обстановок в различных регионах страны привлекаются ДДЗ, получаемые с КА серии Landsat. Снимки с этих спутников имеют разрешение 15 - 30м, что позволяет составить сельскохозяйственную карту М 1:200000 и почвенную карту М 1:1000000.
Состояние аграрных земель по результатам сельскохозяйственного мониторинга (СДМЗ) оцениваются степень, глубина и площади эрозионных процессов, заболачивание и опустынивание аграрных угодий, фитосанитарное и ветеринарное состояние земель. КС разрешают обнаружить очаги и пути распространения колорадского жука, лугового мотылька, саранчи, в ветеринарии - оградить распространение сибирской язвы, ящура, птичьего гриппа. В целом, с помощью СДМЗ осуществляется обнаружение и прогноз негативных явлений на аграрных землях, что предотвращает развитие чрезвычайных ситуаций в сельском хозяйстве.
В России, специалистами ЗАО «Инженерный центр «ГЕОМИР» на базе агрофирмы ЗАО «Ильинка» Оренбургской области впервые для управления крупным агропромышленным хозяйством создана система дистанционного мониторинга сельскохозяйственного производства (СМСП). СМСП представляет собой единую систему анализа и поддержки принятия решений,
которая объединяет в единое целое объективные и актуальные данные, полученные с помощью самых современных средств мониторинга окружающей среды, включая космический и авиационный мониторинг [1]. В настоящее время руководство сельскохозяйственного предприятия может принимать оперативные и стратегические решения на базе реальных данных о состоянии производства, экономики, потреблении ресурсов и сбыте продукции, собранных инструментальными средствами. Цель создания СМСП - увеличение объемов выпуска товарной продукции, уменьшение затрат на производство и повышение рентабельности. Задачей создания СМСП являлось получение достоверной информации о продукционных процессах в растениеводстве и животноводстве для принятия управленческих решений.
При создании СМСП в аграрно-промышленном комплексе (АПК) «Ильинка» были разработаны и выполнены ряд мероприятий по получению, обработке и привязке к местности космических снимков, интерпретация ДДЗ в ГИС с послойным составлением тематических карт, разработка пакетов программного обеспечения обработки и хранения информации.
С помощью СМСП в АПК «Ильинка» в основном решались задачи земледелия - состояние посевов, контроль по использованию современной техники, внедрение элементов точного земледелия, предоставление сведений для руководителей по всему аграрному спектру в режиме он-лайн (здесь и сейчас), архивация информации, ее доступность для руководителей подразделений.
В Красноярском НИИ сельского хозяйства СО РАСХН (КНИИСХ) к решению задач по использованию ДДЗ в агропроизводстве подошли с позиций ландшафтного планирования, ландшафтного картографирования, проектирования агроландшафтов и функционального зонирования систем земледелия. Ландшафтное планирование есть экологизация территории, ландшафтное картографирование отграничивает структурные элементы агроландшафтов по плодородию и продуктивности, а ландшафтное
проектирование предусматривает использование структурных элементов агроландшафта различного плодородия по специализации земель и применения подсистем земледелия - обработки почв, севооборотов, внесению удобрений, семеноводства, системы машин и защиты растений.
В 2000-2002гг разработали аграрно-структурный метод (АСМ)
картографирования и районирования сельскохозяйственной зоны Центральной Сибири (Красноярский край). Сущность метода заключается в ступенчатом дешифрировании аэрокосмических снимков различного разрешения по выяснению агроландшафтного устройства территории по масштабам космических снимков:
- Разрешение 500-1000м - физико-географическая область,
географическая (сельскохозяйственная) провинция;
- Разрешением 200-300м - ландшафтный (сельскохозяйственный)
округ и ландшафтные (агроландшафтные) области /макрогеохора/;
- Разрешением 50-100м - ландшафтные (агроландшафтные) районы и ландшафты (система агроландшафтов) /топогеохора/;
- Разрешением 10-30м - местность (агроландшафт) /мезогеохора/;
- Разрешением 1-5м - ландшафтные урочища (агромассивы)
/микрогеохора/.
Весь комплекс методов и работ по картографированию и районированию агроландшафтов, картографированию агроландшафтных, агроэкологических и специальных тематических карт с использованием ДДЗ и применения ГИС был определен как система космического аграрнопромышленного мониторинга (СКАМ). Выполнение СКАМ с использованием материалов аэрокосмической съемки предусматривает осуществление ряда мероприятий:
- Анализ экономического состояния предприятия;
- Планирование, заказ и ввод полученных результатов космических съемок и топографических карт района расположения сельхозугодий АПК;
- Интерпретация материалов высотной съемки и карт для аграрных целей;
- Сбор наземной информации и составление агроландшафтной и агроэкологической карт для выяснения плодородия земель и применения систем земледелия в агромассивах;
- Составление карт обработки почв, размещения культур по площадям, защиты растений;
- Разработка рекомендаций для руководителей хозяйств по принятию стратегических и оперативных решений.
Проводимые мероприятия были направлены на выполнение следующих задач:
- Отслеживание изменения состояния почвенного покрова полей и посевов на различных участках, что позволяет установить «спелость» земель к посевным и защитным работам, и определить последовательности их обработки;
- Обозначение технологических проходов на карте обработки почв для выполнения технологических операций мощной агрегатной техникой. Этим добились экономичности, технологичности и организованности использования дорогостоящей техники;
- Переход к прецизионному (точному) земледелию, за счет разбиения агровыделов (агроурочища) на рабочие участки, отличные друг от друга по плодородию и продуктивности почв;
- Накопление и хранение данных, что позволяет отслеживать динамику процессов, а электронный формат обеспечивает наглядность их представления;
- Многофакторный анализ и визуализация собранных данных, разрешающий легко и быстро их интерпретировать;
- Контроль за исполнением принятых решений.
В основе территориального обособления агроландшафтов, их тектоникогеоморфологических структур как фундаментов ландшафтов, находятся блоковые неотектонические вертикальные и горизонтальные движения земной коры. Тектонические движения обусловлены стоячими поперечными и продольными гравитационными волнами, возникающие в результате лунно -солнечных приливов и солнечной радиации. При этом в земной коре формируются прямолинейные, криволинейные, дуговые, кольцевые трещины различной размерности. Примером тектонических трещин планетарного порядка выступают долины главных рек планеты - Волги, Енисея, Амазонки, Нила и других. Эндотрещиноватость четвертичных отложений проявляется в виде логов, лощин, оврагов и ложбин. Примером микроэндотрещиноватости почв выступают бугры пучения - булгуняхи криолитоморфогенеза, языковатость верхних горизонтов почв - перетекание гумуса по морозобойным трещинам в нижележащие почвенные горизонты в Восточной Сибири.
Исследованиями пространственной организации агроландшафтов Центральной Сибири (Красноярский край) по аэрокосмическим снимкам высотного положения неотектонических блоков и их рельефом установлено, что территориально агроландшафты имеют четкие природные границы и вписывается (входят) в ландшафтные местности. Указанная географическая закономерность позволяет определить агроландшафт как часть или вся территория природного ландшафта (местности), находящаяся в одном неотектоническом режиме и подвергнутая постоянному или временносезонному управлению и воздействию агротехнологических систем с целью получения сельскохозяйственной продукции [2].
Анализ пространственной организации агроландшафтов на агроландшафтных картах М 1:100000 и картах агромассивов М 1:25000, оконтуренных по эндотектонической трещиноватости показал аграрно -географические закономерности:
1. Система агроландшафтов территориально вмещается в природный ландшафт;
2. Каждый агроландшафт (местность) и каждый агромассив (системы урочищ) имеют в плане свой рисунок, геометрию, форму, размещение и распространение сельскохозяйственных земель, свои особенности формирования и функционирования пашни, сенокосов и пастбищ[3]. Каждый агроландшафт и каждый агромассив в пространстве повторяет тектоникогеоморфологическую форму, с поверхности это рельеф общего тектонического блока, разбитого тектоническими трещинами различной размерности и порядка.
Составленный ряд агроландшафтных и агроэкологических карт масштабов 1:25000 - 1:100000 формируют ландшафтную систему земель аграрных территорий [4,5]. Ландшафтная система земель в нашем понимании является самостоятельной категорией, отражающей систему природно-
территориальных комплексов иерархии ландшафтной структуры или ландшафтного устройства земледельческой территории суши с измененными, в большей степени трансформированными природно-антропогенными почвами. В основе выделения земель ландшафтов и их структуры находятся форма или элемент мезорельефа и подпочвы (четвертичные отложения), сформированные за четвертичный период. Данный подход о введении представлений по ландшафтной системе земель вызван и обусловлен тем, что на сельскохозяйственных территориях в формировании и пространственном размещении почв антропогенные факторы превалируют над природными факторами.
В результате интерпретации высотных снимков как для территории хозяйства ЗАО «Огурское» Балахтинского района, так и для хозяйства ОАО «Племзавод «Таежный» Сухобузимкого района Красноярского края, установили общую аграрно-географическую закономерность в плановом рисунке полей земель. По пространственным рисункам сельскохозяйственных угодий, приуроченных к определенному типу морфологической структуры рельефа, и подтверждаемые рисунком гидросети, определили типы земель. Это полевой сплошной, полевой параллельный, полевой радиальный (разлапистый), полевой центральный, полевой перистый, полевой дугообразный, полевой кольцевой и полевой террасово-пойменный тип агромассивов.
Интерпретация (дешифрирование) данных дистанционного зондирования (ДДЗ) при космическом аграрнопромышленном мониторинге имеет свои особенности. Применение ГИС-технологий позволяет быстро отграничивать объекты, поскольку сегодня уже не требуется навыков компонентного дешифрирования ландшафтной структуры - лес, водные объекты, рельеф, населенные пункты, сельскохозяйственные угодья. Процесс обособления географических объектов путем распознавания и оконтуривания проводится синтезом цветов, тонов и полутанов и составлением композитных снимков, что позволяет находить объекты на снимках. Внутреннее содержание контуров осуществляют методами полевых исследований. Полевые исследования разрешают составить наборы шаблонов интерпретации снимков на определенные сельскохозяйственные территории. Трудности заключаются в распознавании площадей занятости пашни парами, однолетними, многолетними насаждениями, зерновыми, зернобобовыми или корнеплодными культурами. В данном случае требуются глубокие знания используемых агротехники и агротехнологий, стадии вегетации видов культурных растений и их травосмесей (монокультур и поливидовых составов), производственной специализации земель и некоторых других особенностей.
Предложенная технология картографирования и районирования сельскохозяйственных земель по выявлению агроландшафтов как целостных структур, которые включают пашню, сенокосы, пастбища, лесные массивы, лесополосы, колки, места поселений и водные объекты и составление
агроландшафтных, агроэкологических и специальных карт в ГИС послужили начальным этапом создания автоматизированного места агронома (АМА).
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. [Электронный ресурс]: Режим доступа:
http://www.geomir.ru/for_year/for_year_0401.htm.
2. Достиж. науки и техники АПК. - 2003. - №9. - С. 12-15.
3. Достиж. науки и техники АПК. - 2005. - №2. - С.44-45.
4. Перфильев С.Е. Методологические подходы составления ландшафтной системы
земель Центральной Сибири / С.Е. Перфильев // Сб. Плодородие почв Сибири. - Барнаул, 2005. - С. 52-56.
5. Перфильев С.Е. Типизация земель и проектирование агроландшафтов юга
Центральной Сибири / С.Е. Перфильев, Ю.Ф. Едимеичев, Е.Э. Маркова // Проблемы опустынивания и защита биологического разнообразия природохозяйственных комплексов аридных регионов России. - М: «Современные тетради», 2004. - С.86-95.
© С.Е. Перфильев, 2007
