Ландшафтно-водосборный подход и геоинформационные технологии в оценке состояния агроландшафтов Волгоградской области

Ландшафтно-водосборный подход и геоинформационные технологии в оценке состояния агроландшафтов Волгоградской области*

А.С. Рулев, д.с.-х.н., О.Ю. Кошелева, к.с.-х.н., С.Н. Му-ругов, аспирант, Всероссийский НИИ агролесомелиорации, г. Волгоград

Опыт земледелия в различных странах показывает, что особенно неустойчивыми оказываются те агроландшафты, которые слабо пространственно дифференцированы, состоят только из однотипных пахотных угодий вопреки разнообразию морфологической структуры ландшафта. Одним из путей поддержания устойчивого состояния агросистем, ослабления и прекращения процессов деградации, а также достижения реградации среды (в первую очередь почвенного покрова) выступает агролесомелиоративное обустройство ландшафтов, иначе говоря — создание устойчивых и продуктивных агролесоландшафтов [1]. Известна многофункциональная роль защитных лесных насаждений (ЗЛН): они оказывают большое экологическое, социальное значение и положительное комплексное воздействие на окружающую среду, производственную деятельность и здоровье человека.

Основное назначение ЗЛН — предотвращение пыльных бурь, ослабление засухи и суховеев. Мелиоративные насаждения улучшают микроклимат на защищённой площади, способствуют повышению урожайности сельскохозяйственных культур. Лесообустроенные агротерритории расширяют пищевую и кормовую базы для человека, домашних и диких животных, удлиняют трофические связи в природном цикле и тем самым повышают устойчивость агросферы к негативным природно-антропогенным воздействиям, снижают напряжённость метеорологических факторов в экологически неблагополучных районах. Обладая ярко выраженными ландшафтно-стабилизирующими свойствами, ЗЛН существенно изменяют внешний облик территории, формируют пространственное расчленение угодий, в какой-то мере регламентируя землепользование. Таким образом, система ЗЛН образует специфический каркас, составляющий основу рациональной противодеградационной организации территории со всей её инфраструктурой — границами рабочих участков и полей,

* Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ

севооборотных массивов, сетью полевых дорог, водотоков и т.п. Лесонасаждения занимают ключевое положение при конструировании агроландшафтов [2, 3].

Материалы и методы. Многосторонний анализ долговременного влияния различных типов ЗЛН на компоненты ландшафтов при решении различных отраслевых природопользовательских задач (мелиорации, земледелия, лесного и водного хозяйства, рекреации, паркового строительства, организации особо охраняемых природных территорий и т.д.) способствовал оформлению в 80-е гг. XX в. нового экологического направления в агролесомелиорации. Во второй половине 90-х гг. это направление, благодаря достижениям агролесомелиоративного картографирования с использованием дистанционных данных и гео-информационных технологий, трансформировалось в ландшафтно-географическое. Согласно этому направлению, во-первых, ландшафт и его структурно-геоморфологические составляющие в географическом пространстве имеют общие и чёткие границы, поэтому в первую очередь необходимо учитывать геоморфологические особенности ландшафта и, во-вторых, природоохранное и мелиоративное обустройство территории должно учитывать катенарную дифференциацию ландшафтов, наиболее ярким выражением которой является ярусность рельефа. Поэтому оптимальной операционной единицей при агролесомелиоративном обустройстве ландшафта должно стать его среднее таксономическое звено в ранге водосбора, которое и трансформируется в агролесокомплекс, адекватный морфострукту-ре природного ландшафта [4]. Таким образом, ландшафтный подход в агролесомелиорации предполагает оперирование водосбором как элементарной территориальной единицей. Это обусловлено ещё и тем обстоятельством, что всегда представляется возможным выделить на территории (топокарте) генетически однородные по эрозионно-гидрологическим условиям поверхности склонов. Основными типами таких поверхностей в поперечном профиле являются поверхности одностороннего падения стока — нейтральные — и разностороннего падения — собирающие и рассеивающие сток. В совокупности эти поверхности и образуют водосбор [5].

Лёгкость и однозначность выделения водосбора на топографической основе сделала его удобной операционной единицей при геоинформационном картографировании. На сегодняшний день целостное представление о лесоаграрных ландшафтах может дать только картографическое изображение. Его получение с помощью географических информационных систем (ГИС) становится обязательным требованием нашего времени, когда уже нельзя обойтись без компьютерных технологий, если

необходимо соблюсти условия оперативности обработки и передачи информации.

Внедрение в агролесомелиоративную практику современных ГИС-технологий позволяет автоматизировать процесс работы с аэро- и космоснимками и составления картографических материалов, всесторонне характеризующих объект исследования. ГИС-технология является средством сбора, хранения, преобразования, отображения и распространения пространственнокоординированной географической информации и позволяет интегрировать аэрокосмический мониторинг, методы математического моделирования и компьютерного картографирования в единый процесс, что поднимает эти исследования на качественно новый уровень [6].

Результаты исследований. В данной статье представлен опыт среднемасштабного геоинфор-мационного картографирования ландшафтноводосборной структуры р. Медведицы в пределах Волгоградской области на основе использования космоснимков высокого разрешения Quick Bird в среде программного комплекса MapInfo.

Река Медведица является левым притоком Дона, впадая в него западнее г. Серафимовича. Её протяжённость по территории Волгоградской области — 380 км. Водосбор реки Медведицы расположен в пределах Серафимовичского, Михайловского, Кумылженского, Фролов-ского, Даниловского, Еланского, Котовского, Руднянского, Жирновского административных районов Волгоградской области на площади около 18 тыс. км2. Анализ природных условий исследуемого региона свидетельствует о том, что данный регион уникален по разнообразию и богатству основных компонентов природноресурсного потенциала, делающего его одним из центральных ядер экологического каркаса Волгоградской области. На территории области Медведица принимает ряд притоков: правобережных — Терсу, Тишанку, Чёрную и др.; левобережных — Арчеду, Берёзовую, Лычак, До-бринку и др. Бассейн р. Медведицы входит в две геоморфологические области: Окско-Донскую низменность (районы — Хопёрско-Бузулукская ледниково-эрозионная равнина и Медведицкие эрозионно-тектонические яры) и Приволжскую возвышенность (Медведицко-Иловлинская гряда и Арчединское аккумулятивно-денудационное плато). Территория Медведицы расположена на границе двух почвенных зон — чернозёмной и каштановой. Правобережная часть реки располагается в подзоне обыкновенных и южных чернозёмов, левобережная — в тёмно-каштановой подзоне. На территории поймы реки выделяется зона интразональных иллювиальных почв [7, 8]. Регион богат пойменными и байрачными лесами, пойменными и суходольными сенокосными пастбищными лугами. Однако увеличение пло-

щади пашни с 20—40% в начале XX в. до 60—70% в настоящее время привело к трансформации ландшафтного разнообразия региона: сокращению площади пастбищ в 2—3 раза, сенокосов — в 5—20 раз, лесов и гидрографической сети — в 1,5—2 раза [9].

Геоинформационное картографирование водосборной структуры р. Медведицы в среде Мар1п& осуществлялось в несколько этапов. На первом этапе производили регистрацию космоснимка путём ввода географических координат характерных объектов, опознаваемых на космоснимке (пересечения дорог, зданий и т.д.). Географические координаты этих объектов могут определяться как в полевых условиях при помощи GPS-навигатора, так и сниматься с топографической карты.

Следующий этап — послойное картографирование путём оконтуривания соответствующих объектов на космоснимке в окне «Карта» с одновременным вводом необходимой атрибутивной информации в окне «Список». Для полигона создавали тематические слои «Пашня», «Гидрографическая сеть», «ЗЛН», «Пойменные леса» и т.д. Каждый из дешифрируемых на космоснимке объектов располагался на соответствующем слое. Мар1п& обладает богатым картографическим инструментарием для создания границ объектов (линии, ломаной, многоугольника и т.д.), их фоновой заливки, а также предоставляет широкий выбор штриховок. МарМо позволяет получать в автоматическом режиме количественные характеристики картографируемых объектов по каждому водосбору: протяжённость овражнобалочной сети (в км), площадь пахотных угодий (в км2), площадь ЗЛН (в км2) и т.д. Исходя из этих показателей для каждого водосбора рассчитываются основные эрозионные и агролесомелиоративные показатели. Итоговые данные для 10-ти крупнейших водосборов р. Медведицы представлены в таблице.

Согласно данным таблицы для Медведиц-кого полигона характерны следующие особенности:

— высокая доля пахотных угодий в современной структуре землепользования (в среднем 54%);

— наиболее высокая эрозионная расчленённость на водосборах левобережья р. Медведицы (1,2—1,8 км/км2);

— на всех водосборах р. Медведицы, в том числе и на сильно расчленённых эрозионной сетью, искусственная лесистость не превышает 2%, что не оказывает существенного влияния на стабилизацию экологической ситуации в агроландшафтах;

— лесистость некоторых территорий существенно повышается только за счёт наличия ещё сохранившихся больших массивов пойменных и байрачных лесов.

Таким образом, послойное картографирование в Мар1п& позволяет уже на этапе сбора первоначальной информации, т.е. компьютерного дешифрирования космического снимка, создавать вполне самостоятельные картографические материалы. Например, слои «Пашня», «ЗЛН», «Гидрографическая сеть», «Населённые пункты» и другие при соответствующем оформлении могут служить картой современного землепользования Медведицкого полигона. Широкие возможности Мар1п& в тематической картографии способствуют созданию в короткие сроки различных сочетаний и серии тематических карт (земельных, лесистости, антропогенной нагрузки и т.д.). На данном этапе геоинформа-ционного картографирования комплектуются и анализируются тематические карты, отвечающие задачам исследования.

На заключительном этапе геоинформаци-онного картографирования происходит оформление карт и создание легенды. Созданные в Мар1п& карты можно выводить на печать или экспортировать в другие форматы, например, в форматы *.jpg, *.ШТ.

Заключение и выводы. Эффективность тематического картосоставления в ГИС МарМо обеспечивается использованием в качестве исходной контурной основы космоснимка и

Основные эрозионно-мелиоративные характеристики крупнейших водосборов р. Медведицы

Водосбор (по названию реки) Площадь, км2 Эрозионное расчленение, км/км2 Распаханность, % от площади водосбора Защитная лесистость водосбора, % Общая лесистость водосбора, %

Тишанка 951,8 0,9 61 1,9 3,0

Лычак 852,1 1,8 64 0,9 2,8

Михайловка 473,7 0,7 42 2,2 11,5

Княжная 303,8 1,1 49 1,2 3,3

Арчеда 395,5 1,2 66 1,0 8,0

Берёзовка 1141,9 1,2 63 0,8 2,5

Чёрная 375,3 1,0 37 1,0 6,4

Бурлук 1088,6 0,6 39 0,6 4,3

Добринка 576,8 0,7 43 0,6 10,9

Терса 4944,3 0,7 74 0,9 4,6

ландшафтно-водосборной карты. Таким образом, ландшафтно-водосборная основа, материалы дистанционного зондирования и геоинформа-ционные технологии существенно повышают эффективность и темпы оценки современного эрозионного состояния и инвентаризации ЗЛН. Кроме того, на ландшафтной основе могут быть наиболее обоснованно назначены мелиоративные мероприятия на водосборах с различным сочетанием эрозионно-мелиоративных показателей. Ландшафтно-водосборная структура также может служить жёсткой основой для изучения биологического и экологического разнообразия агроландшафтов и его динамики под воздействием деятельности человека. На ландшафтно-водосборной основе могут выделяться эталонные объекты для создания особо охраняемых природных территорий.

Литература

1. Анопин В.H., Рулёв A.C. Картографирование деградированных ландшафтов Нижнего Поволжья. Волгоград: ВолГАСУ, 2007. 168 с.

2. Павловский Е.С., Сохина Э.Н. Экологический каркас как основа организации агротерритории // Аграрная наука. 1999. № 6. С, 17-19.

3. Стратегия развития защитного лесоразведения в Российской Федерации на период до 2020 года / К.Н. Кулик [и др.]. Волгоград: ВНИАЛМИ, 2008. 34 с.

4. Рулёв A.C. Ландшафтно-географический подход в агролесомелиорации. Волгоград: ВНИАЛМИ, 2007. 160 с.

5. Гаршинев Е.А. Эрозионно-гидрологический процесс и лесомелиорация: теория и модели. Волгоград, 1999. 196 с.

6. Раклов В.П. Географические информационные системы в тематической картографии. М.: ГУЗ, 2003. 136 с.

7. Краеведение: биологическое и ландшафтное разнообразие природы Волгоградской области / В.А. Сагалаев [и др.]. М.: Глобус, 2008. 272 с.

8. Природные условия и ресурсы Волгоградской области / под ред. В.А. Брылева. Волгоград: Перемена, 1995. 264 с.

9. Зайченко К.И. Антропогенное опустынивание степных и полупустынных ландшафтов России // Проблемы освоения пустынь. 1999. № 5. С. 13-19.