CC BY
41
УДК 631.48
ОСНОВНЫЕ ЭТАПЫ СОЗДАНИЯ КАРТЫ ПОЧВЕННО-РЕСУРСНОГО ПОТЕНЦИАЛА НА ПРИМЕРЕ НОВОСИБИРСКОЙ ОБЛАСТИ
Надежда Ивановна Добротворская
Сибирский научно-исслeдовательский институт земледелия и химизации сельского хозяйства, 630501, Россия, Новосибирская область, Новосибирский район, п. Краснообск, а/я 356, доктор сельскохозяйственных наук, зав. лабораторией рационального землепользования, тел. (383)348-06-55, е-mail: [email protected]
Светлана Юрьевна Капустянчик
СибНИИРС - филиал ИЦиГ СО РАН, 630501, Россия, Новосибирская область, Новосибирский район, п. Краснообск, ул. С-100, зд. 21, а/я 375, старший научный сотрудник, тел. (952)944-50-38, е-mail: [email protected]
Разработаны основные этапы создания карты почвенно-ресурсного потенциала на примере Новосибирской области. Приведен перечень показателей ресурсного потенциала агро-ландшафтов исследуемой территории для разработки и реализации адаптивно-ландшафтной системы земледелия с целью рационального использования земли. Данная методика моделирования ресурсного потенциала территории, реализованная на примере почвенной карты Новосибирской области, рекомендуется при оценке ресурсного потенциала территории Западной Сибири.
Ключевые слова: ресурсный потенциал, структура почвенного покрова, агроланд-шафт, цифровое картографирование, база данных.
BASIC DESIGNING STAGES OF MAP OF SOIL-RESOURCE POTENTIONAL IN THE NOVOSIBIRSK REGION
Nadezhda I. Dobrotvorskaya
The Siberian research institute of soil management and chemicalization of agriculture, 630501, Russia, Novosibirsk region, Krasnoobsk, the doctor of agricultural sciences, head of laboratory, tel. (383)348-12-62, e-mail: [email protected]
Svetlana Yu. Kapustyanchik
The Siberian research institute of plant and selection, 630501, Russia Novosibirsk region, Krasnoobsk, the сandidate of biological sciences; the research associate, tel. (383)348-12-62, e-mail: [email protected]
Basic designing stages of map of soil resource potentional in the Novosibirsk region are developed. The indicators of resource agrolandscapes potentional are presented. It is necessary for the development and implementation of adaptive-landscape system of agriculture. The goal of the study is the rational use of land. The method of the modeling of soil resource potentional in the Novosibirsk region is recommended for resource potential assessment of Western Siberia.
Key words: resource potential, structure of soil cover, agrolandscape, digital mapping, data base.
К числу важнейших категорий природопользования относится природно-ресурсный потенциал. Определению и анализу этого понятия посвящены рабо-
ты Бакланова П.Я., Минц А.А., Рюмина В.В., Черныша А. Ф. [1, 2, 3, 4]. В настоящее время существует ряд подходов к оценке природно-ресурсного потенциала: экономический, социальный, производственный, физико-географический и комплексный. Основными результатами экономической оценки являются количественные показатели величины и использования потенциала на базе единого критерия, системно-структурный анализ, оценка ситуации в области охраны и возобновления природных ресурсов. В социальных оценках потенциала видное место принадлежит медико-биологическим и социальным критериям. Технологические оценки используются при решении проектных, плановых и конструкторских задач в строительстве, рекреационном хозяйстве и других отраслях [5]. В физико-географических оценках основное внимание уделяется характеристике, сравнению, классификации и районированию компонентов природно-ресурсного потенциала по их фактической качественной структуре на ландшафтном уровне [3]. При анализе литературных источников отмечается разнообразие подходов, терминов и трактовок, способов расчета показателей, которые применяются при проведении экологических исследований. При этом каждый из подходов требует адаптации к конкретным территориям и условиям.
Рациональное землепользование, сохранение почвенного плодородия, повышение производительной способности почв невозможно без объективной оценки их ресурсного потенциала [6]. Разнообразие почвенно-земельных ресурсов Новосибирской области (НСО) при существенных различиях в природных условиях районов обусловливает необходимость дифференцированного подхода к оценке территории. В связи с этим на первый план выходят проблемы оценки ресурсного потенциала территории, включающего в себя не только продуктивность земель относительно сельскохозяйственных культур, но и устойчивость компонентов ландшафта к агрогенному воздействию.
Основными этапами оценки почвенно-ресурсного потенциала являются качественная и количественная оценка состояния всех элементов агроландшаф-та, влияние которых отражается на состоянии почвенного покрова. Почвенный покров НСО характеризуется типовым многообразием почв. Для их рационального использования необходима информация о таких важных показателях плодородия как мощность гумусового горизонта, содержание гумуса, тип засоления, гранулометрический состав почвообразующих пород и др. Для систематизации данной информации, ее обработки и анализа наиболее оптимальным является использование ГИС-технологий. Развитие информационных технологий позволяет на основе полученной многогранной информации о состоянии агроландшафтов создавать компактные программные продукты с структурированной, иерархически организованной информацией. Одним из видов таких продуктов является тематическая электронная карта. Однако еще не решены проблемы методологии создания таких карт для различных типов агроландшафтов. Поэтому исследование, направленное на выявление принципов организации информации о характеристиках ресурсного потенциала агро-ландшафтов, является актуальным.
Цель исследований заключается в разработке основных этапов создания карты почвенно-ресурсного потенциала на примере Новосибирской области. Задачи исследований: разработать перечень и ранжирование показателей оценки ресурсного потенциала агроландшафтов. Объектом исследования является территория НСО с почвенно-экологическими районами в административных границах. Методы исследований: сравнительно-географический, статистико-картометрический.
Система оценки земель любой территории должна соответствовать ресурсному потенциалу земель, под которым понимается устойчивость агро-ландшафтов без дополнительных вложений, а вероятность возникновения нежелательных экологических последствий стремится к нулю [7].
Для оценки земель весьма актуальна проблема сбора, обработки и хранения информации. Технология анализа, переработки и хранения компьютерной информации в ГИС требует определенной формы систематизации описаний в виде специфической базы данных (БД), под которой подразумевается составление электронных карт, создание и ведение атрибутивной информации, содержащей сведения о площади, типе использования земель, основных химических и физико-химических параметрах почв, потенциальной урожайности каждого почвенного выдела и т.п. Она может быть представлена в текстовой и табличной форме, что позволяет оперативно отслеживать все происходящие на исследуемой территории изменения. База данных является основой для дальнейшего анализа и создания новой преобразованной информации.
С этой целью на территорию Новосибирской области была составлена серия электронных карт (почвенная, топографическая, агроландшафтная и др.). Процесс создания электронной карты складывается из нескольких этапов: подготовительный, создание цифровой карты, наполнение базы данных атрибутивной информацией.
Картографической основой для создания почвенной электронной карты Новосибирской области была использована Почвенная карта масштаба 1:400000 [8]. Сканирование исходной бумажной основы было проведено с помощью планшетного сканера. Преобразование растрового изображения в графические форматы jpg проведено в программе Photoshop. Привязка растрового изображения выполняется как карта-схема в условной системе координат.
Процесс компьютерного картографирования почвенного покрова начинается с создания электронной почвенной карты, которая предполагает предварительную оцифровку топографических карт того же масштаба. Получение электронной цифровой картоосновы почв считается законченным тогда, когда все элементы карты согласно тематическим электронным слоям будут оцифрованы, т.е. проведено семантическое описание объектов и сбор геометрии объектов. Электронные слои объединяют объекты по единообразности смыслового содержания информации.
Электронная карта включает следующие самостоятельные слои: 1. Почвы -для хранения информации об элементарных почвенных ареалах (ЭПА) и почвенных комбинациях; 2. Дороги - для хранения информации о дорожно-
транспортных путях, которая необходима при планировании посевных территорий; 3. Населенные пункты - для хранения информации о населенных пунктах; 4. Гидрография - для хранения информации о водотоках; 5. Другие - для хранения информации об объектах других категорий.
После оцифровки и описания объектов выполняется формирование атрибутики объектов. Для каждого слоя создается своя база данных, куда заносится атрибутивная информация об объекте. Данные вводятся отдельно на каждый объект. В каждом электронном слое при описании объектов создаются поля атрибутов объекта с указанием типа локализации.
Электронная версия карты реализована средствами программного продукта МарМЮ. Основной слой карты содержит большое количество региональных элементов, каждый из которых соответствует одному элементарному ареалу с близкими агроэкологическими параметрами.
Следующий этап создания электронной карты Новосибирской области состоял в формировании информационного слоя карты. Для однозначной идентификации каждому отдельно взятому элементарному ареалу на электронной карте, то есть к каждому объекту слоя «Почвы», были присвоены уникальный номер (ГО) и строка параметров, которая содержит полную информацию об аг-роэкологических параметрах элементарного ареала. Структуру строки параметров в общем виде можно представить в виде 1.2.3.4.5.6.7.8.9..., где каждая из цифровых позиций обозначает следующее: а) для минеральных почв: 1 - почвенный индекс, 2 - наименование почвы, 3 - глубина грунтовых вод, 4 - физическая глина, 5 - илистая фракция, 6 - объемная масса , 7 - мощность гумусового горизонта, 8 - содержание гумуса, 9 - рН водная, 10 - рН солевая, 11 -сумма обменных оснований, 12 - ЕКО, 13 - степень насыщенности основаниями, 14 - Са обменный, 15 - обменный, 16 - № обменный, 17 - сумма солей, 18 - N общий, 19 - Р валовый, 20 - К подвижный; б) для органогенных почв: 1 - почвенный индекс, 2 - наименование почвы, 3 - глубина грунтовых вод, 4 - твердая фаза, 5 - объемная масса, 6 -степень разложения, 7 - рН водная, 8 - рН солевая, 9 - сумма обменных оснований, 10 - ЕКО, 11 - степень насыщенности основаниями, 12 - Са обменный, 13 - обменный, 14 - № обменный, 15 - сумма солей, 16 - N общий, 17 - Р валовый, 18 - К подвижный. Такой набор характеристик каждого элементарного ареала на карте позволяет с разных позиций анализировать пригодность выбранной посевной территории для той или иной сельскохозяйственной культуры.
Создание информационного слоя карты ГИС и привязка атрибутивной информации к каждому из объектов слоя «Почвы» позволяет воспроизводить различные варианты тематических закрасок карты, облегчающих визуальную оценку преобладания элементарных ареалов с теми или иными наборами агро-экологических параметров. Таким образом, созданный блок ГИС-системы является базовым для дальнейшей оценки ресурсного потенциала территории.
Вся информация по почвенным контурам исследуемой территории была перенесена в итоговую карту, для которой была составлена легенда. Входными данными для единой почвенной карты служит слой границ почвенных разно-
видностей, полученный путем оцифровки почвенной карты Новосибирской области. Для создания единой почвенной электронной карты использовалась Классификация почв СССР 1977 года [9].
Важнейшим резервом повышения эффективности использования ресурсного потенциала территории является система адаптивно-ландшафтного земледелия. Эта система определяет реальные пути стабилизации почвенных ресурсов с учетом возможностей ведения сельскохозяйственного производства и рациональных севооборотов для той или иной агроландшафтной группы. Поэтому следующая работа состояла в создании тематических карт по таким значимым почвенным показателям, как мощность гумусового горизонта, содержание гумуса в почве, засоленность. Для градации почвенных показателей использовалась Классификация почв России 2004 года [10].
Выполнение определенных операций позволяет создать любую тематическую карту с заданными диапазонами в заданной цветовой гамме - это может быть карта гранулометрического состава почв, карта мощности гумусового горизонта, карта солонцеватости почв, карта засоленности почв и др.
Карта гранулометрического состава почв имеет важное значение при подборе культур, а также при выборе системы обработки почвы. Карта солонцева-тости почв отображает комплексы почв с различным участием солонцов, а также сочетания и вариации несолонцеватых почв и почв различной степени солонцеватости. Используется для подбора культур в соответствии с группировками растений по солонцеустойчивости. Карта засоленности почв используется для подбора культур в соответствии с региональными шкалами солеустой-чивости растений и для дифференциации агротехнологий. Карты содержания гумуса, кислотности, содержания подвижных фосфора и калия используются для расчета доз мелиорантов и удобрений. Путем взаимного наложения перечисленных электронных карт-слоев получают электронную карту агроэкологи-ческих групп и видов земель. Каждый контур этой карты содержит в семантике информацию по агроэкологическим параметрам земель, начиная с теплообес-печенности и влагообеспеченности. Данная карта, названная нами «Агрланд-шафты», является основой для проектирования адаптивно-ландшафтных систем земледелия и агротехнологий применительно к различным агроэкологическим группам земель (плакорным, полугидроморфным, эрозионным, солонцовым, переувлажненным, литогенным и др.). Этот процесс начинается с создания карт пригодности земель под культуры, востребованные на рынке. Для этого экологические требования культур сопоставляются с агроэкологическими параметрами земель по каждому виду (контуру карты агроэкологических групп и видов земель) [11, 12, 13].
Создание карты почвенно-ресурсного потенциала основывалось на справочных данных, хранящихся в базе данных (БД), а процесс моделирования основывался на комплексном использовании программно-инструментальных средств ГИС и внешней специализированной БД. Наложение карт почвенного покрова и агроландшфтов позволило получить итоговый слой «Поч-вы+Агроландшафты», который представляет собой набор минимальных конту-
ров. Параллельно идет наложение всех карт по различным типам почвенных показателей. В результате пересечения почвенной карты, карты агроландшаф-тов и тематических карт почвенных показателей образуется слой минимальных контуров, принятый за таксономическую основу карты почвенно-ресурсного потенциала.
Таким образом, проект карты на территорию Новосибирской области представляет собой комплексную карту, отражающую ресурсный потенциал агроландшафтов. Так как карта почвенно-ресурсного потенциала территории создается на основе обобщенных данных, то благодаря большому объему данных на территорию полученный результат дает более адекватную оценку комплексного состояния территории.
ВЫВОДЫ
Оценка потенциала почвенно-земельных ресурсов территории Новосибирской области определяет структуру направлений соответствующего адаптивно-ландшафтного использования территории. ГИС являются эффективным инструментом на всех этапах оценки почвенно-ресурсного потенциала, позволяя создавать базу данных для одновременного многофакторного анализа результатов исследований. Подобный системный подход существенно упрощает территориальное проектирование рационального землепользования и открывает возможность разработки типовых решений в использовании потенциала почвенно-земельных ресурсов. Разработанная методика моделирования почвенно-ресурсного потенциала территории, реализованная на примере Новосибирской области, рекомендуется для использования при оценке ресурсного потенциала территории Западной Сибири. Карта почвенно-ресурсного потенциала Новосибирской области необходима также для разработки проектов адаптивно-ландшафтных систем земледелия в конкретных землепользованиях для целей рационального использования земель.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Региональное природопользование: методы изучения, оценки и управления. Учеб. пособие / П.Я Бакланов и др. - М.: Логос, 2002. - 158 с.
2. Минц А.А., Кахановская Т.Г. Опыт количественной оценки природно-ресурсного потенциала районов СССР // Изв. АН СССР. Сер. География. - 1973. - №5. - С. 78-91.
3. Рюмин В.В. опыт оценки природного потенциала ландшафта // География и природные ресурсы. - 1984. - №4. - С. 125-131.
4. Черныш. А. Ф., Радюк А. Э., Клус А. А. Методические подходы к оценке потенциала почвенно-земельных ресурсов эрозионных и заболоченных агроландшафтов // Почвоведение и агрохимия. - 2008. - № 1 (40).- С. 40-50.
5. Грищенкова Н.Д. Геоэкологическая оценка природно-ресурсного потенциала озерных геосистем Белорусского Поозерья // Земля Беларуси. - 2012. - №3. - С. 25-31.
6. Черныш А.Ф., Романова Т.А., Червань А.Н., Касьянчик С.А. Оценка ресурсного потенциала почвенно-земельных ресурсов сельскохозяйственных организаций Беларуси с применением ГИС и использование ее результатов при оптимизации землепользования // Весщ нацыянальнай акадэми навук Беларусь - Мшск, Серыя аграрных навук. - 2011. - № 3. -С. 10-20.
7. Савин И.Ю., Федорова Е.Г. Геоинформационный анализ ресурсного потенциала земель для сельскохозяйственных целей // Современные проблемы почвоведения: Науч. тр. почв. ин-та им. В.В.Докучаева. - М. - 2000. - С.144-155.
8. Почвенная карта Новосибирской области. М-б 1:400000. Под ред. Ковалева Р.В. -Новосибирск, 1987.
9. Классификация и диагностика почв СССР. - М.: Колос. - 1977. - 224 с.
10. Классификация и диагностика почв России / Л.Л. Шишов, И.И. Лебедева, М.И. Герасимова. - Смоленск: Ойкумена. - 2004. - 342 с.
11. Кирюшин В.И. Опыт агроэкологической оценки земель для проектирования адаптивно-ландшафтных систем земледелия в АГРОГИС / В.И. Кирюшин, Н.Н. Дубачинская, А.В. Трубников, О.В. Галактионова // Геоинформационные технологии в сельском хозяйстве: материалы международной научно-практической конференции. - Оренбург:ОГАУ. -2013 г. - С.4-6.
12. Дубачинская, Н.Н.Оптимизация севооборотов и агротехнологий на малосолонцовых землях Южного Урала / Н.Н. Дубачинская, А.С. Верещагина, В.А. Африн, С.Н. Дубачинский // Современные технологии в сельском хозяйстве. Материалы межд. науч.-практ. конф.-Оренбург. - 2007. С.314-328.
13. Кирюшин В. И. Агрономическое почвоведение // М. Колос: С. - 2010.- 688 с.
© Н. И. Добротворская, С. Ю. Капустянчик, 2016
