Геоинформационные исследования эрозионной деградации в агроландшафтах

АГРОНОМИЯ И ЛЕСНОЕ ХОЗЯЙСТВО

УДК 631.459.2.528.77

ГЕОИНФОРМАЦИОННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ЭРОЗИОННОЙ ДЕГРАДАЦИИ В АГРОЛАНДШАФТАХ

А.С. Рулев, член-корреспондент РАСХН

В.Г. Юферев, доктор сельскохозяйственных наук М.В. Юферев, аспирант

Всероссийский научно-исследовательский институт агролесомелиорации РАСХН

Геоинформационный анализ агроландшафта позволил определить агрогеоморфологические особенности склонов, выделить контуры и установить уровень эрозионной деградации почв в них.

Ключевые слова: агроландшафт, эрозия, деградация, анализ, геоинформационный, космоснимок, картографирование.

Исследование эрозионной деградации и ее пространственного распределения в агролесоландшафте необходимо для выявления и классификации эрозионных процессов в таких ландшафтах.

Для решения такой задачи эффективным инструментом является создание и последующий геоинформационный анализ цифровой модели ландшафта с использованием космоснимков. При этом ГИС используется как источник геокодированной информации о геоморфологических особенностях ландшафта и его характеристиках, и как инструмент для его анализа. При анализе выделяются контуры полей, контуры лесных насаждений, контуры пастбищ и т. д. [6, 7, 8, 9].

Использование актуального космоснимка как основы для создания космокарты агролесоландшафта дает возможность выявить современное состояние такого ландшафта по смытости, проективному покрытию травянистой растительностью и сохранности лесных насаждений. При этом дешифровочными признаками являются: контуры, структура и цвет. Для пашни характерны контуры в основном виде четырехугольников, структура мелкозернистая иногда с продольными полосами борозд (на снимках сверхвысокого разрешения), часто поля разделены полезащитными лесными полосами.

Цвет пашни, отображаемый на космоснимке, зависит от многих факторов, в том числе и от типа почв, например, для каштановых и светло-каштановых он может изменяться от темно-коричневого до светло-коричневого. Поэтому при исследовании определенного обособленного участка можно принять предположение о его генетической однородности и одинаковости влияния как внутренних, так и внешних факторов.

Уровень смытости почв по космоснимкам определяется по изменению фототона изображения рассматриваемого участка ландшафта. Установлено [4, 6], что при одинаковых условиях более гумусированный горизонт почв имеет более темный оттенок на изображении. Плоскостная эрозия приводит к смыву верхнего, наиболее гумусирован-ного слоя. Это обстоятельство позволило предположить, что более смытые почвы, будут иметь более светлый оттенок.

Компьютерный анализ растрового изображения обеспечивает выделение 256 оттенков (тонов) в шкале серого цвета, или в каждом цветовом канале принятой цветовой схемы. Такого количества оттенков вполне достаточно для идентификации каждого пикселя в генетически однородном контуре. Вследствие чего, определяются статистические данные по распределению пикселей в выделенном контуре изображения, в частности, среднее значение тона. Сравнение средних значений тона в выделенных контурах со средним значением тона в контуре, имеющем заранее установленный уровень

смытости (полевыми исследованиями или по эталонам), позволяет распределить выделенные контуры по уровням «Норма», «Риск», «Кризис», «Бедствие» [2]. Критерием для определения эрозионной деградации пашни по космоснимку (кэп), может быть выбрано отношение среднего тона изображения в контуре с несмытой почвой (Рнср), к среднему тону в выделенных контурах (р£ср):

кэп= Рнср/ Ркср,

При значении кэп - 1-0,85 принимается уровень деградации «Норма», 0,84-0,70 -«Риск», 0,69-0,65 - «Кризис», менее 0,65 - «Бедствие».

Геоинформационный анализ [1] цифровой модели рельефа топографической карты и цифрового космоснимка в местах расположения сельскохозяйственных угодий позволяет определить особенности геоморфологии склонов, на которых они расположены, определить контуры эрозионной деградации почв и установить их смытость в этих контурах.

Анализ распределения пикселей и выделение диапазона [10] дает возможность картографирования контуров с различной степенью смытости. Установлены следующие диапазоны фототона для дешифрирования смытости почв в контуре: несмытые -AFн=94-109; слабосмытые ДFслб=П0 -120; среднесмытые ДFсрд=121-142; сильносмы-тые ДFслн более 143.

С использованием этих диапазонов были составлены карты контуров смытости на участке. На рисунке 1 представлен фрагмент космокарты с выделенными контурами смытых почв на участке пашни.

- ашьносмытые  - чэеднесмытые

- СЛПООСМЫТЫе  - несмытые

Рисунок 1 - Карта контуров смытости 2

Участок пашни, расположенный на полигоне «Вторая Ураковка» (Камышинский район, Волгоградская область; координаты: 50°20'56" С.Ш., 45°33'2" В.Д.), представляет собой типичный для юга Приволжской возвышенности агролесоландшафт [3, 5] с наличием байрачных лесов, защитных лесных насаждений и сельскохозяйственных земель. Необходимо отметить, что при площади контура 112 га перепад высот составляет 47 м.

Отмечено, что наиболее смытые участки (вплоть до выхода коренных пород) расположены в конце участков склона с максимальными углами наклона; таких зон 3 (на рисунке 1 выделены контурами со светло-серой заливкой). Одна расположена вблизи изолинии 160 м, где угол наклона склона 3,5°, вторая - вблизи изолинии 150 м, где угол наклона склона 3,6°, третья зона расположена вблизи изолинии 135 м, угол наклона склона 3,4°.

На рисунке 2 приведен профиль рельефа исследуемого участка. Характеристики контура: начальная высота 167,21 м, конечная высота 120,22 м, дистанция 1320 кт, перепад высот 47,0 м, минимальная высота профиля 120,22 м, максимальная высота профиля 167,22 м, средний угол наклона склона 2,04°, максимальный - 3,77° на дистанции 1230 м от начала. Профиль слабовыпуклый, рассеивающий, в верхней части, на расстоянии 149 м от начала профиля наблюдается терраса шириной около 10 м. Почва на террасе сильно смыта, наблюдается выход подстилающих пород, что соответствует уровню деградации «Бедствие».

160 ш

150 та

ЫОта

130 и

250 ш 500 т 750 т 1000 т 1219 т

Рисунок 2 - Профиль рельефа в контуре

Результаты исследования контуров деградации, что 7 % пашни на участке силь-носмыты, среднесмыты около 46 %, слабосмыты 33 %, несмыты только 14 %. Всего около 53 % пашни находятся в неудовлетворительном состоянии по смытости.

Таким образом, геоинформационный анализ агроландшафтов, в том числе создание в среде ГИС тематических слоев - космокарт с выделенными контурами эрозионной деградации различного уровня - обеспечивает визуализацию имеющейся информации о состоянии агролесоландшафтов, выявление очагов деградации с установлением их точного расположения и характеристик, а при применении пространственновременного подхода еще и возможность оценки скорости и направленности деградаци-онных процессов.

Библиографический список

1. Геоинформационные технологии в агролесомелиорации [Текст] / В.Г. Юферев, К.Н. Кулик, A.C Рулев, и др. - Волгоград: ВНИAЛМИ, 2010. - 102 с.

2. Картографирование зон экологического неблагополучия по динамическим критериям [Текст]/ Б.В. Виноградов, К.Н. Кулик, A^. Сорокин и др. // Экология. - 1988. - № 4. -

С. 243-251.

3. Кулик, К.Н. Дистанционно-картографическая оценка деградационных процессов в агроландшафтах юга России [Текст]/ К.Н. Кулик, A.C Рулев, В.Г. Юферев // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование. -2009. - № 4 (1б). - С. 12-25.

4. Михайлова, НА. Оптические свойства почв и почвенных компонентов [Текст]/ НА. Михайлова, Д. С. Орлов. - М: Наука, 19S6. - 120 с.

5. Рулев, A.G Картографо-аэрокосмический мониторинг аридных агроландшафтов [Текст] / A.C Рулев, В.Г. Юферев, М.В. Юферев // Вестник института комплексных исследований аридных территорий. - 2011. - № 1 (22). - С. 57-63.

6. Способ определения состояния почвы, подверженной деградации [Текст] : пат. RU № 2265S39 С1 Российская Федерация, G01N33/24, G01V9/00. / Юферев В.Г., Кулик К. Н., Рулев A. С., Бакурова К. Б; заявитель ГНУ ВНИAЛМИ Россельхозакадемии. -№200411132S/14; заявл. 13. 04. 2004; опубл, 10.12.2005, Бюл. № 34; приоритет от 13.04. 2004. -3 с.

7. Способ определения состояния пастбищ, подверженных деградации [Текст] : пат. RU № 2327107 С1 Российская Федерация, МПК G01C 11/00. / Юферев В.Г., Кулик К. Н., Рулев A. С., Бакурова К. Б.; заявитель ГНУ ВНИAЛМИ Россельхозакадемии. - №2006112379/2S; заявл. 13. 04. 2006; опубл. 20.06.200S, Бюл. № 17; приоритет от 13.04.200S. - 3 с.

8. Способ определения состояния защитных лесных насаждений [Текст] : пат. RU № 2330242 С1 Российская Федерация, МПК G01C 11/00 / Юферев В.Г., Кулик К. Н., Рулев A. С., Кошелев A^.; заявитель ГНУ ВНИAЛМИ Россельхозакадемии. - №2006144553/2S; заявл. 13. 12. 2006; опубл. 27.07.200S, Бюл. № 21; приоритет от 13.12.2006. - 3 с.

9. Способ определения сохранности лесных насаждений [Текст] : пат. RU №2437061 С1 Россиская Федерация, G01N33/24, G01V9/00 / Рулев A.C, Юферев В.Г., Михалев В.Ю., Маенко A.tt; заявитель ООО «БиоЭкоЛес». - №2010115216/2S; заявл. 19.04.2010; опубл. 20.12.2011, Бюл. № 35; приоритет от 19.04.2010. - 4 с.

10. Юферев, В.Г. Дистанционный мониторинг состояния и динамики агроландшафтов [Текст]/ В.Г. Юферев // Земледелие. - 2007. - № 3. - С. S-9.

E-mail: vnialmi@avtlg.ru