Применение ГИС и методов дистанционного зондирования для выявления деградации почв Азово-Кубанской низменности (на примере Ейского района Краснодарского края)

Применение ГИС и методов дистанционного зондирования для выявления деградации почв Азово-Кубанской низменности (на примере Ейского района

Краснодарского края) Application of GIS and methods of remote sensing for identification of degradation of soils of the Azov-Kuban low

Ь Л московский

p ЭКОНОМИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ

УДК 332.1 DOI 10.24411/2413-046Х-2020-10082

Жуков В.Д.,

канд. с.-х. наук, доцент кафедры землеустройства и земельного кадастра Сидоренко М.В.,

старший преподаватель кафедры землеустройства и земельного кадастра Перов А.Ю.,

канд. геогр. наук, доцент кафедры землеустройства и земельного кадастра ФГБОУ ВО «Кубанский государственный аграрный университет имени И.Т. Трубилина» г. Краснодар Zhukov V.D.,

PhD in Agriculture, associate professor of the chair of land management and land cadastre Sidorenko M.V.,

senior lecturer the chair of land management and land cadaster

Perov A. Yu.,

candidate of geographical sciences, associate professor of the chair of land management and land cadastr of the FSBEI HE "Kuban State Agrarian University named after I. T. Trubilin ", Krasnodar Аннотация. В статье раскрывается сущность применения современных ГИС и методов дистанционного зондирования для выявления деградационных процессов на землях сельскохозяйственного использования. Определены основные недостатки и преимущества использования современных методов сбора и обработки информации о землях, используемых в сельскохозяйственном производстве. Доказан положительный результат применения методов дистанционного зондирования для оперативного и точного выявления изменений почвенного покрова. Выдвинуты предложения по применению

геоинформационных систем для систематизации информации о качестве земель и изменениях в их структуре, что позволит вести постоянный мониторинг, проходящих процессов в почве непосредственно на картографическом материале. Summary. The article reveals the essence of the use of modern GIS and remote sensing methods to identify degradation processes on agricultural land. The main disadvantages and advantages of using modern methods of collecting and processing information about the lands used in agricultural production are identified. The positive result of the use of remote sensing methods for the prompt and accurate detection of changes in soil cover has been proven. Proposals have been put forward for the use of geographic information systems for systematizing information on land quality and changes in their structure, which will allow for constant monitoring of ongoing processes in the soil directly on cartographic material.

Ключевые слова. Деградационные процессы, почвенный покров, геоинформационные системы, дистанционное зондирование, земли сельскохозяйственного назначения. Keywords. Degradation processes, soil cover, geographic information systems, remote sensing, agricultural land.

Основой ведения сельского хозяйства всегда было, есть и останется почвенное плодородие. Обеспечение продовольственной, экономической и национальной безопасности страны в целом в значительной мере зависит от состояния земель сельскохозяйственного назначения и их способности к воспроизводству почвенного плодородия. Краснодарский край, обладая 4% пахотных земель, обеспечивает поступление 14 % зерна в общий объем произведенного в России зерна.

Почвы Краснодарского края весьма разнообразны. В равнинной части края распространены в основном черноземные почвы, которые образовались под степной растительностью. Деградация почв на Кубани является одним из самых острых вопросов, требующих незамедлительного вмешательства.

В качестве исследуемого объекта было выбрано одно из муниципальных образований Краснодарского края - Ейский район. Этот район выступает в роли модельного объекта для оценки применения различных методов наблюдений за изменениями в почвах. Оценив процессы деградации почв в границах одного муниципального образования или предприятия различными способами, а именно с использованием методов дистанционного зондирования земли и наземными способами (почвенное и агрохимическое обследование) сопоставим результаты наблюдений за почвенным покровом.

От выбора геоинформационной системы в большинстве случаев и зависит возможность обработки полученной информации о качестве земель, в том числе и методами дистанционного зондирования.

В основе цифровизации объектов агропромышленного комплекса России стоит концепция «Цифрового сельского хозяйства», одной из основных задач которой является создание цифровых методов, технологий, технических средств, обеспечивающих мониторинг полей, сбор цифровых данных о растениях, животных и полезных микроорганизмах, цифровых методов составления и обновления почвенных карт, методов актуализации и использования селекционного и генетического материала.

В настоящее время на рынке программного обеспечения представлено огромное количество продуктов, которые позволяют выполнять как узкие задачи, связанные с работой в конкретном направлении, так и универсальные комплексы, позволяющие охватывать единовременно несколько сфер деятельности.

Рабочая гипотеза исследования заключается в том, что методы дистанционного зондирования в совокупности с современными геоинформационными системами способны систематизировать данные о земной поверхности, позволяют проследить динамику физических и химических процессов происходящих в ней. Это позволит дать краткосрочный и долгосрочный прогноз по развитию деградационных процессов на рассматриваемой территории.

Геоинформационные системы (ГИС), используемые в настоящее время классифицируются следующим образом:

- динамические;

- статистические;

- реального времени.

Отличительной особенностью статистических ГИС является довольно редкий период обновления - не чаще одного раза в месяц. Это связано с тем, что информация, накапливаемая в ГИС, может долго оставаться неизменной. Примером статистических ГИС являются редко обновляемые атласы и карты.

Наиболее часто требуют обновления динамические ГИС. Как правило, обновление происходит раз в сутки и чаще.

ГИС реального времени содержит сведения, которые изменяются постоянно. Часто обновляемая информация может быть получена с датчиков, выполняющих определение показателей

Геоинформационные системы можно представить в виде программного продукта, способного одновременно работать с графической информацией на карте и сведениями, характеризующими нанесенные на нее объекты. Такие системы способны работать с достаточно объемной информацией, охватывающей огромные территории. У пользователей появляется возможность в короткие сроки выполнять сложные задачи по работе с информацией (обновление, систематизация и анализ).

В настоящее время создано большое количество схожих по своим функциям ГИС. Однако на практике пользователи из-за существующих особенностей каждой системы выбирают для себя наиболее эффективные для работы с конкретными материалами. Из-за большой конкуренции на рынке геоинформационных систем программистам необходимо постоянно совершенствовать свои продукты.

Практически все ГИС написаны для оптимальной работы с Мiсrоsоft Windows. Большинство ГИС имеют схожие интерфейсы, что значительно облегчает переход пользователя с одной платформы на другую. На рынке информационных систем можно приобрести коммерческую версию ГИС, либо воспользоваться бесплатной версией. Как правило, у бесплатных версий ГИС отсутствуют некоторые функции для работы с данными.

По нашему мнению, ГИС способны полностью удовлетворить требованиям по наблюдению за изменениями почвенного покрова на основе материалов, полученных способами дистанционного зондирования. Так как программы позволяют прослеживать изменения в определенные промежутки времени, у пользователя есть возможность спрогнозировать изменения в почвах на перспективу и определить территории с такими переменами.

Каждая из представленных на рынке программного обеспечения ГИС имеет определенные преимущества и недостатки. При выборе системы обращают внимание на возможность получения бесплатного обновления и добавления дополнительных приложений для выполнения специальных функций. После установки дополнительных утилит пользователь расширяет возможности ГИС. Постоянная поддержка разработчиками своих программных продуктов делает его более востребованным у пользователей долгое время, так как со временем программа модернизируется.

Существующим платным версия ГИС чаще всего разработчики уделяют больше внимания, устраняют возможные недостатки в программах. Как правило, платные версии ГИС имеют более высокие стандарты безопасности, сформированные коды.

Современные ГИС способны обрабатывать большое количество информации. Часто возникает необходимость выгрузки отдельной информации в другие форматы, так как

различные программные продукты позволяют работать только с определенным перечнем данных.

При наличии достоверной и актуальной информации в ГИС, можно принимать более рациональные решения по использованию территории, в том числе и подверженной деградационным процессам. Выявление на ранних стадиях деградации почв, способно предотвратить или снизить развитие негативных процессов. Наиболее распространены следующие ГИС:

1. MapInfo;

2. ArcGIS;

3. Geomedia;

4. Autodesk AutoCad;

5. ГИС-платформа ИнГео;

6. ГИС Карта;

7. ГИС-платформа ИнГео.

Каждая из представленных ГИС имеет свои достоинства и недостатки. Однако у всех у них есть и схожие характеристики, например возможность обмена данными. Стоит отметить, что реализация обмена данными у отдельных программ на высоком уровне, у других возникает ряд сложностей при выгрузке информации для открытия в сторонних ГИС.

MapInfo можно приобрести за приемлемую невысокую стоимость. Положительными сторонами данной ГИС являются:

- Язык MapBasic;

- Использование Basic Microsoft;

- Возможность обмена данными.

MapInfo имеет и ряд недостатков:

- Сложная работа с Web-приложениями;

- Отсутствие 3d модуля;

- Нет поддержки ogc-протокола;

- Ограниченная работа с условными обозначениями

- Не развитая многоплатформенность.

Следующим наиболее популярным программным продуктом является Autodesk AutoCad. Данная программа имеет большое распространение во всем мире. Это связано с возможностью использования в различных сферах деятельности (строительство, геодезия, архитектура и другое). Отличительной особенностью данной ГИС является возможность

работы с пространственными данными в 3D. Несмотря на популярность программы и в целом положительные отзывы пользователей, существует и ряд недостатков:

- Высокая стоимость;

- Нагруженный интерфейс;

- Сложности с хранением и передачей данных;

- Необходимость установки дополнений.

К выбору ГИС необходимо подходить очень серьезно. Для этого нужно определить основные задачи в работе с пространственными данными, и только после этого приобретать специализированную ГИС. В целях ознакомления с программой разработчики реализовали возможность пользования пробной версии в течение установленного времени (30 дней).

Проведенные в работе исследования выполнены на основе почвенных и агрохимических данных, с применением дистанционных методов космо- и аэрофотосъемки и векторизации тематических слоев.

Исследования проводились на территории Ейского района. Расчеты площадей и исследования почв проводились в отношении земельных участков с кадастровыми номерами 23:08:0104001:15 и 23:08:0104001:5. Исходными данными послужила почвенная карта масштаба 1:50000, которая была привязана к сведениям ЕГРН (Рисунок 1).

М I :25 ООО Условные обозначения

23:08:0104001:5 - ка_частровый номер земельного участка

-  р:ши1 ил почвенных ра нкм: I ей

- номер поченной рашкеш

Рисунок 1 - Схема почвенных разностей в границах земельных участков с кадастровыми номерами 23:08:0104001:15 и 23:08:0104001:5

По почвенно-географическому районированию территория относится к центральной лесостепной и степной области, степной зоне обыкновенных черноземов Приазово-Предкавказской степной провинции к Азово-Кубанскому почвенному округу.

Значительная часть территории занята черноземами, различающиеся между собой по выщелоченности углекальциевых солей и степени гумусированности. Большая часть земельных участков покрыта черноземами обыкновенными слабогумусными сверхмощными и мощными слабодефлированными. В западинах распространены лугово-черноземные уплотненные слабогумусные мощные и лугово-черноземные слитые слабогумусные мощные почвенные разности.

Таблшлд 2 — Почвенный покров земельных участков

Кадастровый ноыер земельного участка Ноыер почвенной разности Наименование почвенной разности Площадь, га

23:08:0104001:15 6 черноземы обыкновенные слабогумусные св ерхиощные слаб одефлнрованные 63=39

19 лугово-чернозеыные уплотненные слабогумусные мощные <5 ДО

3& ллтов о-черноземные слитые слабог\№тные мощные 10,22

ГГгого - - 79,81

23:08:0104001:5 6 "черноземы обыкновенные слабогумусные св ерхмощные слаб о д еф л ированные 98,9

£ "черноземы обыкновенные слабогумусные мощные слаб о дефлированные 2,14

ГГгого - - 101.04

Материалы почвенной карты позволили построить векторы почвенных разностей и на основании обработанных контуров вычислить их площадь и сформировать контуры для проведения агрохимического обследования почв (Рисунок 2).

j (5В 0 ©

О

) <300 0 ©

Рисунок 2 — Границы земельных участков, сведения о которых

содержаться в ЕГРН Помимо архивных исследований была проведена аэрофотосъемка территории беспилотным летательным аппаратом DJI Inspire, которая позволила скорректировать графическую часть слоя с контурами отбора почвенных проб для агрохимического обследования (Рисунок 3).

Рисунок 3 - Аэрофотоснимок БПЛА DJI Inspire

На основании полученных сведений были проведены изыскательские работы с использованием тростевых буров и GPS-приемников Gamin

При применении комплекса мероприятий по исследованию земельных участков, наблюдается увеличение точности проводимых расчетов.

Проведя ряд таких исследований на небольших территориях сельскохозяйственных предприятий в различных условиях в границах Ейского района, с уверенностью можно прийти к выводу, что с применением ГИС значительно сокращаются сроки на выявление деградационных процессов. Такой положительный эффект дает возможность оперативно

применять методы борьбы с развитием деградации почв и проводить охранные мероприятия.

Основной вывод заключается в том, что комплексный подход при внедрении элементов цифрового сельского хозяйства, а именно точного земледелия позволяет рационально проводить агрохимическое обследование с учетом почвенных разностей и разрабатывать системы минерального и органического питания, повышающее плодородие почв. Как следствие, увеличение экономического и экспортного потенциала сельского хозяйства Краснодарского края.

Оптимальный выбор методов и средств, применяемых в ходе наблюдений за почвенным покровом, включающих выполнение статистических наблюдений за изменениями в качестве почв и их наложение на картографическую основу позволит значительно снизить трудоемкость данного процесса и снизить затраты на их выполнение.

Статья опубликована на основании научных результатов, полученных при финансовой поддержке по гранту РФФИ №19-44-230008 и администрации Краснодарского края.

Список литературы

1. Ведешин Л. А. Космические информационные технологии для решения сельскохозяйственных задач / Л. А. Ведешин, Д. А. Шаповалов, Е. В. Белорусцева // Экологические системы и приборы. - 2011. - № 9. - С. 3-10.

2. Власенко В.П. Анализ ГИС-технологий, применяемых в целях оптимизации использования и зонирования земель сельскохозяйственного назначения Краснодарского края / В.П. Власенко, З.Р. Шеуджен // Труды Кубанского государственного аграрного университета. 2018. № 71. С. 62-67.

3. Власенко В.П. Влияние динамики агроэкологических показателей почв Азово-кубанской низменности на их агропроизводственную ценность и кадастровую стоимость / В.П. Власенко, З.Р. Шеуджен //. Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета. -2017. -№ 133. - С. 718-729.

4. Жуков В.Д. Применение ГИС и методов дистанционного зондирования для выявления деградациии почв Азово-Кубанской низменности (на примере Ейского района Краснодарского края) / В.Д. Жуков, М.В. Сидоренко // Московский экономический журнал. - 2019. - № 9. - С. 476-488.

5. Жуков В. Д., Шеуджен З. Р. К вопросу учета качественных характеристик сельскохозяйственных угодий Краснодарского края. Научное обеспечение агропромышленного комплекса Сборник статей по материалам IX Всероссийской

конференции молодых ученых, посвященная 75-летию В. М. Шевцова. Краснодар. 2016.-С. 25-26

6. Жуков В.Д. Земельная реформа в Российской Федерации и роль землеустроительной службы в ее реализации на Кубани / Жуков В.Д., Сидоренко М.В. // В сборнике: Современные проблемы и перспективы развития земельно-имущественных отношений Сборник статей по материалам Всероссийской научно-практической конференции. Краснодар, 2019. С. 323-334.

7. Землеустройство как механизм обеспечения эффективного сельскохозяйственного землепользования в Краснодарском крае / Э. Н. Цораева, А. С. Иванов, Н. В. Гагаринова // Вестник Курской государственной сельскохозяйственной академии. - 2018. - № 8. - С. 256-261.

8. Пименов В.В. Применение сметно-финансовой расчетов в рабочих проектах по организации использования и охране земель / В.В. Пименов, О.А. Сорокина // Статья в журнале Управление экономическими системами. ФГБОУ ВО «Государственный университет по землеустройству». - 2016. - № 4 (86). - С. 10/

9. Подколзин О.А. Современные проблемы мониторинга земель и пути их решения (на примере Краснодарского края) / О.А. Подколзин, А.Ю. Перов, М.В. Сидоренко // Вестник Адыгейского государственного университета. Серия 5: Экономика. -2018.- № 3 (225). - С. 144-148.