CC BY
59
УДК 528.9:631.471
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КАРТОГРАФИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ В СИСТЕМЕ АГРОЭКОЛОГИЧЕСКОЙ ОЦЕНКИ ЗЕМЕЛЬ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО НАЗНАЧЕНИЯ
Надежда Ивановна Добротворская
Сибирский федеральный научный центр агробиотехнологий, 630501, Россия, Новосибирская область, п. Краснообск, доктор сельскохозяйственных наук, зав. лабораторией рационального землепользования, тел. (960)795-08-95, e-mail: [email protected]
Александр Николаевич Радчиков
ООО «Беспилотные технологии», 630087, Россия, г. Новосибирск, ул. Немировича-Данченко, 138, заместитель директора, тел. (923)191-00-61, e-mail: [email protected]
В статье описывается новый метод и инструментарий для осуществления агроэкологи-ческой оценки земель сельскохозяйственного назначения. В результате исследований получен пакет картографических материалов, составляющих цифровую модель местности (ЦММ), позволяющую выявить факторы, лимитирующие выращивание сельскохозяйственных культур, и разработать комплекс рациональных агротехнологических приемов.
Ключевые слова: агроэкологическая оценка земель, почвенный покров, рельеф, беспилотный летательный аппарат, цифровая модель рельефа, цифровой топографический план.
CARTOGRAPHIC MODELING IN SYSTEM OF AGRO-ECOLOGICAL ASSESSMENT OF AGRICULTURAL LANDS
Nadezhda I. Dobrotvorskaya
Siberian Federal Scientific Centre of Agro-biotechnologies, 630501, Russia, Novosibirsk region,
Krasnoobsk, D. Sc., head of Laboratory for Efficient Land Use, tel. (960)795-08-95, e-mail: do-brotvorskaya@mail .ru
Alexandr N. Radchikov
Open corporation "Pilotless Technologies", 630087, Russia, Novosibirsk, 138 Nemirovicha-Danchenko St., assistant director, tel. (923)191-00-61, e-mail: [email protected]
The article describes a new method and tools for agriecological diagnosis of the agricultural use lands. The cartographic material package was received. It is a digital terrain model (DTM), which allows you to identify the factors of agriculture restriction and to develop a complex of rational agrotechnical methods.
Key words: agriecological diagnosis of the agricultural use lands, soil cover, relief, unmanned flying vehicle, digital terrain model, digital topographic plan.
Агроэкологическая оценка земель сельскохозяйственного назначения - новое и актуальное направление, как в сельскохозяйственной науке, так и в агрономической практике, а также в планировании и управлении сельскохозяйственным производством. Это направление является составной частью концепции адаптивно-ландшафтного земледелия, ставшей продолжением и закономерным развитием систем зонального земледелия. В результате смены соци-
ально-экономических условий и перехода в рыночную экономику, отсутствия руководящих централизованных планов производства, сельскохозяйственный товаропроизводитель оказался перед необходимостью самому планировать использование своих земель, исходя из их специфических особенностей. Природные особенности и ресурсный потенциал земель существенно различаются в зависимости от ландшафтных условий. Важнейшим фактором дифференциации является рельеф местности: различия высоты над уровнем моря, характер поверхности, крутизна, форма и экспозиция склонов, наличие форм микрорельефа и т. д. В зависимости от перечисленных факторов находятся такие важные агрономические характеристики как тепло- и влагообеспеченность почв и агро-ценозов, уровень почвенного плодородия, которые в свою очередь определяют весь технологический комплекс выращивания тех или иных культур.
В 60-80-е годы XX века информация о природных ресурсах местности обеспечивалась почвенной съемкой территории региональными институтами системы Гипрозем. Методика полевого почвенного обследования этого периода опиралась в основном на использование в качестве топографической основы аэрофотоснимков, а также планов земле- и лесоустройства. Топопланы с линиями рельефа использовались в основном на территориях с сильно пересеченным рельефом, а так же при проведении почвенной съемки крупного и детального масштаба для проектирования мелиоративных (осушительных и оросительных) систем.
В 70-80-е годы вышла серия работ, посвященных проблемам составления детальных и крупномасштабных почвенных карт [1-3], в которых авторы поднимают вопросы отображения структуры почвенного покрова как способа достижения полноты и высокой точности информации об участке.
В конце 80-х годов сотрудники Института почвоведения и фотосинтеза РАН предложили свою картографическую концепцию почвенного тела-потока, основанную на идее существования единой конструкции латерального простирания почв, привязанной к геометрической конструкции топографической поверхности, то есть к линиям водного стока [4]. «В качестве элементарного почвенного ареала выступает не лоскутный «выдел» и не катенная «полоса», а ли-тодинамический «поток», который включает в себя «выделы» и «полосы» как составные части для отражения частных законов почвообразования» [5]. В качестве картографической основы для создания почвенных карт авторы отдают предпочтение топографическим картам с линиями рельефа, как цифровой основе дифференциации почвенного покрова. Новые способы генерализации почвенных контуров на основе учета «пластики рельефа» были восприняты многими региональными филиалами системы Гипрозем и НИИ, хотя некоторые положения данной концепции до сих пор остаются дискуссионными.
В настоящее время в методологическом плане крупномасштабное почвенное картографирование рассматривается не только как основной метод изучения почвенного покрова, но и как необходимый инструмент при решении генетических и агроэкологических задач, изучении агрогенной трансформации почвенного покрова и разработке региональной диагностики почв. Возросшие тре-
бования к почвенным картам реализуются на основе расширения состава картографируемых признаков и изучаемых зависимостей, с применением новых методических средств и приемов, в том числе ГИС-технологий, с привлечением информации из других разделов почвоведения и смежных дисциплин.
В настоящее время развитие методов агроэкологического обследования земель видится в интеграции способов традиционной почвенной съемки, знаний и практического опыта с использованием современных приборов и инструментов для дистанционного зондирования. В данной статье приводится опыт использования картографического моделирования для целей агроэкологической оценки земель конкретного хозяйства путем создания пакета тематических цифровых карт.
Объектом исследований выбрана часть территории ООО «Альтаир» Лок-тевского района Алтайского края. Участок «Самарка» расположен в предгорной равнине Алтая. Рельеф исследуемой территории характеризуется значительной расчлененностью с преобладанием поверхностей с углом наклона 1,5...3,0°. Площадь участка составляет 1920 га. Координаты от 50.9 до 50,95° с.ш. и от 81,55 до 81,63° в.д. В качестве исходной информационной основы использовалась карта почвенного обследования 1975 года.
Методика исследовательской работы включала в себя обследование рельефа с использованием беспилотного летательного аппарата Supercam-250, оборудованного фотокамерой SONY Альфа 6000 24,3 мП, высокоточным бортовым приемником JAVAD TRE-G3TAJT и полевого почвенного обследования, изготовления карты рельефа, почвенной карты и интегральной карты агроэко-логических типов земель.
На рис. 1 представлен фрагмент почвенной карты хозяйства, составленной в 1975 году. Как видим, на карте применен «лоскутный» тип картографирования.
Рис. 1. Почвенный покров участка «Самарка» на карте 1975 г.:
Чоб - чернозем обыкновенный; Чк - чернозем обыкновенный карбонатный; Чсн -чернозем обыкновенный солонцеватый; Снз - солонец лугово-черноземный средний
Традиционные почвенные карты можно рассматривать как модель почвенного покрова [6], однако, учитывая постепенность накопления изменчивости признаков-свойств почв и неопределенность границ между элементарными почвенными ареалами, точность такой модели ограничивается субъективностью суждений почвоведа-картографа. Тем не менее карты прошлых лет являются важнейшим источником информации о состоянии почвенного покрова.
Точность почвенного обследования существенно возрастает при использовании картографической модели рельефа (ЦМР). В данной работе ЦМР создавалась по материалам цифровой аэрофотосъемки с БПЛА с разрешением снимков 9 см на пиксель, с использованием маркированных опорных и контрольных точек. Точность ЦМР порядка 25 см по высоте, что соответствует требованиям к высоте сечения рельефа 1 м. Построение ЦМР и ЦТП (цифрового топографического плана) осуществлялось с использованием программ Photoscan (Agisoft, Россия) и ГИС Панорама. ЦМР была представлена в двух вариантах: 1) высотная часть ЦТП масштаба 1 : 2000 в виде пикетов и горизонталей через 1 метр, наложенных на ортофотоплан. В этом варианте представлены те основные формы мезорельефа, которые должны быть отображены на ЦТП соответствующего масштаба; 2) матрица высот, в которой каждому пикселю соответствует квадрат на поверхности размером 0,5 х 0,5 м. Такой вариант ЦМР позволяет детализировать особенности поверхности, включая уровень микрорельефа - формы поверхности и элементы размером единицы и десятки метров даже с незначительными колебаниями высот.
Указанная картографическая модель позволяет рассчитывать и визуализировать такие характеристики как: уклон поверхности в градусах, направления поверхностного стока и эрозии, описать элементы рельефа, с указанием крутизны и экспозиции склона, создавать продольные и поперечные профили участков поверхности и т. п. В данной работе полученная цифровая картографическая модель позволила детализировать особенности поверхности, включая уровень микрорельефа - формы поверхности и элементы размером единицы и десятки метров с колебаниями высот до 1,0 м (рис. 2).
Рис. 2. Высотная часть ЦТП участка «Самарка»: изолинии проведены через 1 м; черные линии - границы сельскохозяйственных полей
На представленном рисунке видно, что сельскохозяйственные поля расположены в межсопочных пространствах. Отчетливо проявляется особенность рельефа - склоны сложной формы, называемые гофрированными. Такой характер склонов особенно способствует развитию процессов линейной эрозии, формирующих в течение короткого времени глубокие ложбины и промоины. Кроме того, на карте легко рассчитать длину склона, эта характеристика очень важна для прогнозирования скорости водного потока и возможных объемов сносимой почвы с талыми весенними водами.
По результатам почвенной съемки и на основании данных карты рельефа определены протяженность и площадь водосборных ложбин, которые ранее не могли быть выявлены в полной мере, более точно определены границы элементарных почвенных ареалов и комплексов. Полученная новая почвенная карта участка в упрощенном виде представлена на рис. 3.
Рис. 3. Почвенная карта - корректировочное обследование 2016 г.
В обновленном варианте выявлены площадь и степень развития эрозионных процессов на севооборотных полях - главный фактор, лимитирующий выращивание сельскохозяйственных культур на исследуемом участке. Исходя из полученных данных, определяется рациональный способ использования земель, выбор культур и видов почвозащитной обработки почв. По границам полей на верхних частях склонов и вершинах сопок выявлены ареалы чернозема скелетного (Чск), т. е. отсутствие гумусового слоя и обнажения щебнистых почвооб-разующих пород, которые подлежат выведению из площади пашни.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Фридланд В. М., Сорокина Н. П., Шершукова Г. А. Принципы и методы почвенной картографии // Картография почв и структура почвенного покрова. - М., 1980. - С. 3-20.
2. Годельман Я. М. Структура почвенного покрова и землеустроительное проектирование // Почвоведение. - 1977. - № 9. - С. 13-25.
3. Сорокина Н. П. Уровни организации рельефа и почвенного покрова южного склона Клинско-Дмитровской гряды и их отражение на почвенных картах // Картография почв и структура почвенного покрова : науч. тр. Почв. ин-та им. В. В. Докучаева. - М., 1980. - С. 65-82.
4. Степанов И. Н. Структура почвенного пространства // Пространственно-временная организация и функционирование почв. - Пущино, 1990. - С. 57-75.
5. Степанов И. Н., Лошакова Н. А. Анализ изменения контурности на почвенных картах // Геодезия и картография. -1997. - № 10. - С. 31-37.
6. Кренке А. Н. Коррекция почвенных карт на основе данных дистанционного зондирования и цифровых моделей рельефа // Цифровая почвенная картография: теоретические и экспериментальные исследования : сб. статей. - М. : Почвенный институт им. В. В. Докучаева, 2012. - С. 284-301.
© Н. И. Добротворская, А. Н. Радчиков, 2017
