Геоинформационное картографирование и анализ ландшафтов тестового полигона «Нижние Берли»

УДК 528.946/551.43

ГЕОИНФОРМАЦИОННОЕ КАРТОГРАФИРОВАНИЕ И АНАЛИЗ ЛАНДШАФТОВ ТЕСТОВОГО ПОЛИГОНА «НИЖНИЕ БЕРЛИ»

GIS MAPPING AND ANALYSIS OF LANDSCAPE TEST SITE «NIZHNY BURLEY»

А.В. Вдовенко* кандидат сельскохозяйственных наук В.Г. Юферев , доктор сельскохозяйственных наук А.Н. Кравченко2, аспирант

12 2 А.У. Vdovenko , V. G. Yuferev , A. N. Kravchenko

1Волгоградский государственный аграрный университет

2ФГБНУ «Федеральный научный центр агроэкологии, комплексных мелиораций и защитного лесоразведения Российской академии наук», г. Волгоград

1 Volgograd State Agrarian University 2FSC of Agroecology, Complex Melioration and Protective Afforestation of the

Russian Academy of Sciences

Исследование основных видов деградации в зоне полупустынь и пустынь обеспечивает создание базы данных дешифровочных признаков и их классификацию для картографирования и моделирования состояния ландшафтов. Исследования агроландшафтов в зоне полупустынь и пустынь осуществляются с использованием геоинформационных технологий и с применением трехмерных цифровых моделей местности, представляющих собой синтез цифровых моделей рельефа, космокарт местности, почвенных, гидрологических карт и карт растительности. Геоинформационный анализ деградации и опустынивания ландшафтов осуществляется с использованием компьютерных и геоинформационных технологий и базируется на анализе аэрокосмической информации и фотоэталонов. Для картографирования и моделирования агроланд-шафтов степной и полупустынной зоны необходимо выявить актуальные уровни их деградации. Анализ и тематическое картографирование основаны на статистической оценке изменения параметрических характеристик ландшафтов и на определении коэффициентов корреляции этих характеристик с природными и антропогенными факторами. Тестовый полигон «Нижние Берли» площадью 8384,5 га расположен в 15 км восточнее железнодорожной станции Верблюжья. Территория тестового полигона относится к ландшафтным комплексам морских перевеянных равнин - бугристо-грядовые ландшафты «Бэровских» бугров с белополынно-прутняковыми (Artemisia lerchiana-Kochia prostata) ассоциациями на бурых солонцеватых и солончаковатых супесчаных почвах. В итоге исследований тестового полигона «Нижние Бер-ли» установлено, что травянистый покров на тестовом полигоне в различной степени деградирован на площади более 6000 га, что составляет более 70 % территории полигона, из них 283,4 га - это открытые пески с проективным покрытием менее 10 %.

Study the main types of degradation in the zone of semideserts and deserts provides for the establishment of a database of interpretive signs and their classification for mapping and modeling the state of the landscape. The study of agricultural landscapes in zone of semideserts and deserts is carried out with use of geoinformation technologies and with the use of three-dimensional digital terrain models that represent a synthesis of digital elevation models, cosmocat terrain, soil, hydrological and vegetation. GIS analysis of degradation and desertification of the landscape is carried out with the use of computer and GIS technologies and is based on the analysis of aerospace information and poliatlonu. For mapping and modelling of agricultural landscapes in steppe and semidesert zones is necessary to identify current levels of degradation. Analysis and thematic mapping based on the statistical evaluation of the parametric change characteristics of the landscape, and on the determination of the coefficients of correlation of these characteristics with natural and anthropogenic factors. Test polygon "Lower Burley" area 8384,5 hectares, is located 15 km East of the train station Camel. The territory of the testing area belongs to the landscape systems of sea seaboard plains - Hilly-ridge landscape "Barowski" mounds with belopolye-putnamville (Artemisia lerchi-ana-Cosa prostrata) associations on brown solonetzic and saline soils. In the end of the research test site "Nizhny Burley" found that grass cover on the test polygon in different degrees degraded area of more than 6000 hectares, accounting for more than 70% of the area of the polygon, of which 283,4 hectares of this open Sands with the projective cover less than 10%.

Ключевые слова: геоинформационная система, картографирование, опустынивание, деградация, рельеф, ландшафт, анализ.

Key words: geographic information system, mapping, desertification, degradation, relief, landscape, analysis.

Введение. Исследование основных видов деградации в зоне полупустынь и пустынь обеспечивает создание базы данных дешифровочных признаков и их классификацию для картографирования и моделирования состояния ландшафтов. Такая база данных в геоинформационной среде обеспечивает достоверность выделения и оценки состояния агроландшафтов. На основании такого исследования осуществляется предварительное картографирование состояния объектов исследования.

Исследования агроландшафтов в зоне полупустынь и пустынь осуществляются с использованием геоинформационных технологий с использованием трехмерных цифровых моделей местности, представляющих собой синтез цифровых моделей рельефа, космокарт местности, почвенных, гидрологических карт, карт растительности и др.

Имеющиеся в современных программных комплексах встроенные функции вычислений обеспечивают возможность как численного описания характеристик агро-ландшафта, так и визуализацию этих расчетов.

Материалы и методы. Геоинформационный анализ деградации и опустынивания ландшафтов осуществляется с использованием компьютерных и геоинформационных технологий и базируется на анализе аэрокосмической информации и фотоэталонов.

Выбор территориальных объектов, подверженных процессам деградации и опустынивания, осуществляется на основании предварительного изучения космоснимков деградированных агроландшафтов [1, 2, 9].

Потенциально опасными с точки зрения развития процессов деградации и опустынивания могут считаться:

- предрасположенные к дефляции, открытые, не защищенные мелиоративными насаждениями территории, лишенные растительного покрова;

- активно используемые территории для выпаса скота с пастбищной нагрузкой, превышающей реальную продуктивность при отсутствии систем мелиорации ландшафта;

- агроландшафты с природными неблагоприятными условиями, а именно засушливость климата, обедненный состав почв легкого гранулометрического состава, пески и слабогумусированные супеси, засоленные почвы: солонцы и солончаки - наличие соленых грунтовых вод и др.;

- ландшафты, подвергшиеся катастрофическому природному или антропогенному воздействию.

Способы создания тематических карт для пастбищ отличаются от способов картографирования деградации других агроландшафтов тем, что в этом случае анализируются состав и проективное покрытие травянистого покрова, для защитных лесных насаждений важным являются сохранность и состояние древостоя и кустарника.

Для картографирования и моделирования агроландшафтов степной и полупустынной зоны необходимо выявить актуальные уровни их деградации. Анализ и тематическое картографирование основаны на статистической оценке изменения параметрических характеристик ландшафтов, определение коэффициентов корреляции этих характеристик с природными и антропогенными факторами.

Для оценки состояния ландшафтов в среде геоинформационной системы создается комбинированная база данных, состоящая из картографических тематических слоев. Такие слои включают цифровые карты, отражающие их текущее и прогнозное состояние, а также атрибутивную информацию об объектах, отраженных на этих картах [10, 4].

86

Деградация пастбищ определяется состоянием и составом травостоя [6, 7, 8]. Состояние пастбищ с определенной точностью можно установить по проективному покрытию [1, 2], которое дает возможность оценить состояние пастбищ и выявить уровни деградации травянистого покрова в регионе исследований.

Период, который предпочтителен для выполнения съемки с целью оценки состояния пастбищ выбирается в зависимости от климатических факторов и для Астраханского Заволжья, в связи с этим, рекомендуется использование космоснимков, отснятых в мае, начале июня.

Масштаб космокарт для оценки состояния пастбищных фитоценозов выбирается 1:30 000 - 1:50000.

Дешифрирование и анализ космоснимков пастбищ, расположенных на засоленных почвах проводится с учетом особенностей присутствующих здесь фитоценозов, а солончаки относят к сильно деградированным землям.

Результаты и обсуждение. Тестовый полигон «Нижние Берли» площадью 8384,5 га расположен в 15 км восточнее железнодорожной станции Верблюжья. Координаты центра полигона 47° 33' 44"с.ш., 47° 16' 54" в.д. (рисунок 1).

Почвенные условия (рисунок 2) обусловлены тем, что тестовый полигон в северо-западной части расположен в контуре 1 - почвы бурые полупустынные супесчаные; в северо-восточной в контуре 13 - почвы бурые полупустынные солонцеватые и засоленные солонцами полупустынными 25-50 %, суглинистые, супесчаные; в юго-западной части в контуре 9 - пески слабогумусированные; в юго-восточной в контуре 3 - почвы бурые полупустынные, солонцеватые, засоленные суглинистые и супесчаные.

Территория тестового полигона относится к ландшафтным комплексам морских перевеянных равнин I - Бугристо-грядовые ландшафты «Бэровских» бугров с белопо-лынно-прутняковыми (Artemisia lerchiana-Kochia prostrata) ассоциациями на бурых солонцеватых и солончаковатых супесчаных почвах.

Рисунок 1 - Космокарта тестового полигона «Нижние Берли»

В результате исследований установлено, что тестовый полигон имеет относительно одинаковые ландшафтные условия и характеризуется наличием в основном засоленных почв 4 типов, при этом, гранулометрический состав изменяется от песчаного до суглинистого.

При проведении геоинформационных исследований территории полигона определены его характеристики (таблица 1) и разработан векторный слой «изолинии высот», представленный на рисунке 3, и изолинейная карта распределения диапазонов высот по полигону (рисунок 4).

Таблица 1 - Характеристики территории полигона

Характеристика

Площадь, га 8483,5

Периметр, км 38,876

Средняя абс. высота, м -10,30

Средний угол склона, ° 1,01

Максимальная высота, м 0

Максимальный угол склона, ° 3,90

Минимальная высота, м -20,00

Стандартное отклонение высот, м 3,61

Стандартное отклонение угла склона, ° 0,46

4Т» 34*30" к 1 1 д 4

] 1 4

47*33-00- : ШШШзг

3 и N

с 8 I Я I 1 Я 1 г 1 Я 1 ш

= - я

1000 £ » £ £ £ £ т £ т

Рисунок 2 - Почвенная карта тестового полигона «Нижние Берли»

Геоинформационный анализ рельефа показал наличие возвышений в виде гряд с перепадом высот 20 м. Абсолютные высоты изменяются от 0 до - 20 м.

Анализ тестового полигона показал: распределение его площади таково, что около 61 % (5164 га из 8384,5 га) приходится на диапазон высот от -8 м до -12 м и еще около 26 % площади (2190 га) приходится на диапазон от -12 до -18 м. На высоты менее -18 м приходится около 2 % площади полигона (195 га), а на высоты более -8 м приходится около 11% площади (933 га) (рисунок 5).

Высота, м

о 1

Рисунок 3 - Изолинейная карта диапазонов высот тестового полигона «Нижние Берли»

88

НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА: НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ

диапазон высот, м  -20  -18 -!6  -14 "-12  -10  -8  -6 -4 И-2

Рисунок 4 - Распределение диапазонов высот по тестовому полигону «Нижние Берли»

Состояние растительности на полигоне определялось по результатам дешифрирования и классификации космоснимков сверхвысокого разрешения по уровням деградации. По результатам классификации был разработан картографический геоинформационный слой «деградация растительности» (рисунок 5).

По результатам дешифрирования и классификации выявлено соотношение площадей с различными уровнями деградации на полигоне (таблица 2, рисунок 6).

Рисунок 5 - Картографический геоинформационный слой «деградация растительности»

на тестовом полигоне «Нижние Берли»

Таблица 2 - Площади деградированных земель на тестовом полигоне «Нижние Берли»

Уровень деградации пкс га

Норма 76 794 2471,3

Риск 141 599 4556,8

Кризис 36 412 1171,8

Бедствие 8813 283,6

Всего 263 618 8483,5

НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА: НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ

29%

3% бедствие

14%

54%

Рисунок 6 - Распределение площади на тестовом полигоне «Нижние Берли» по уровню деградация растительности

Заключение. В итоге исследований тестового полигона «Нижние Берли» на момент съемки установлено, что около 54 % площади или 4556,8 га имеют уровень деградации растительности «риск», а площадь недеградированных земель составляет (29 %) 2471,3 га, уровень деградации «кризис» отмечен на площади 1171,8 га (14 %), уровень деградации «бедствие» отмечен на площади 283,6 га, что составляет около 3 % от площади полигона.

Таким образом, травянистый покров на тестовом полигоне в различной степени деградирован на площади более 6000 га, что составляет более 70 % территории полигона, из них 283,4 га - это открытые пески с проективным покрытием менее 10 %.

Библиографический список

1. Виноградов, Б.В. Биотические критерии выделения зон экологического бедствия РФ [Текст] / Б. В. Виноградов, В. А. Орлов, В. В. Снакин // Изв. РАН. Сер. География - 1993. - №5. - С.77-89.

2. Виноградов, Б. В. Аэрокосмический мониторинг экосистем [Текст] / Б. В. Виноградов. -М.: Наука, 1984. - 320 с.

3. Геоинформационные технологии в агролесомелиорации [Текст] / В.Г. Юферев, К.Н. Кулик, А С. Рулев и др. - Волгоград: ВНИАЛМИ, 2010. - 102 с.

4. Дешифрирование космических снимков для целей картографии [Электронный ре-сурс]/09 Nov 2004/ Опубликовано: November 9, 2004. - Режим доступа: http://www.ntsomz.ru/articles/articles_dzz/ deshifr_ kosm _img.

5. Картографирование зон экологического неблагополучия по динамическим критериям [Текст]/ Б. В. Виноградов, К. Н. Кулик, А. Д. Сорокин и др. // Экология. - 1988. - №4. - С. 243-251.

6. Кондратьев, К.Я. Спектральная отражательная способность и распознавание растительности [Текст]/ К.Я. Кондратьев, П. П. Федченко. - Л.: Гидрометеоиздат, 1982. - 216 с.

7. Кормовые ресурсы сенокосов и пастбищ Калмыкии [Текст] / Т.И. Бакинова и др. -Ростов-на Дону: Изд-во СКНЦ ВШ, 2002. - 184 с.

8. Кулик, К. Н. Агролесомелиоративное картографирование и фитоэкологическая оценка аридных ландшафтов [Текст]/ К. Н. Кулик. - Волгоград: ВНИАЛМИ, 2004. - 248 с.

9. Кулик, К.Н. Дистанционно-картографическая оценка деградационных процессов в агроландшафтах Юга России [Текст]/ К.Н. Кулик, А.С. Рулев, В.Г. Юферев // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование. -2009. - №4. - С. 12-25.

10. Харин, Н. Г. Применение космических снимков для составления тематических карт в зоне пустынь [Текст] / Н. Г. Харин, Г. С. Каленов, А. М. Бабаев // Географическая интерпретация аэрокосмической информации. - М.: Наука, 1988. - С. 12-30.

Reference

1. Vinogradov, B. V. Bioticheskie kriterii vydeleniya zon jekologicheskogo bedstviya RF [Tekst] / B. V. Vinogradov, V. A. Orlov, V. V. Snakin // Izv. RAN. Ser. Geografiya - 1993. - №5. - S.77-89.

2. Vinogradov, B. V. Ajerokosmicheskij monitoring jekosistem [Tekst] / B. V. Vinogradov. - M.: Nauka, 1984. - 320 s.

3. Geoinformacionnye tehnologii v agrolesomelioracii [Tekst] / V. G. Yuferev, K. N. Kulik, A. S. Rulev i dr. - Volgograd: VNIALMI, 2010. - 102 s.

4. Deshifrirovanie kosmicheskih snimkov dlya celej kartografii [Jelektronnyj resurs]/09 Nov 2004/ Opublikovano: November 9, 2004. - Rezhim dostupa: http://www.ntsomz.ru/articles/articles_dzz/ deshifr_ kosm _img.

5. Kartografirovanie zon jekologicheskogo neblagopoluchiya po dinamicheskim kriteriyam [Tekst]/ B. V. Vinogradov, K. N. Kulik, A. D. Sorokin i dr. // Jekologiya. - 1988. - №4. - S. 243-251.

6. Kondrat'ev, K. Ya. Spektral'naya otrazhatel'naya sposobnost' i raspoznavanie rastitel'nosti [Tekst]/ K. Ya. Kondrat'ev, P. P. Fedchenko. - L.: Gidrometeoizdat, 1982. - 216 s.

7. Kormovye resursy senokosov i pastbisch Kalmykii [Tekst] / T. I. Bakinova i dr. - Rostov-na Donu: Izd-vo SKNC VSh, 2002. - 184 s.

8. Kulik, K. N. Agrolesomeliorativnoe kartografirovanie i fitojekologicheskaya ocenka aridnyh landshaftov [Tekst]/ K. N. Kulik. - Volgograd: VNIALMI, 2004. - 248 s.

9. Kulik, K. N. Distancionno-kartograficheskaya ocenka degradacionnyh processov v agroland-shaftah Yuga Rossii [Tekst]/ K. N. Kulik, A. S. Rulev, V. G. Yuferev // Izvestiya Nizhnevolzhskogo agrouniversitetskogo kompleksa: nauka i vysshee professional'noe obrazovanie. - 2009. - №4. - S. 12-25.

10. Harin, N. G. Primenenie kosmicheskih snimkov dlya sostavleniya tematicheskih kart v zone pustyn' [Tekst] / N. G. Harin, G. S. Kalenov, A. M. Babaev // Geograficheskaya interpretaciya ajero-kosmicheskoj informacii. - M.: Nauka, 1988. - S. 12-30.

E-mail: anastasiya.vdovenko@mail. ru

УДК 630.232.22

ДИСТАНЦИОННАЯ ЛАНДШАФТНО-ЭРОЗИОННАЯ ОЦЕНКА И АГРОЛЕСОМЕЛИОРАТИВНАЯ ОБЕСПЕЧЕННОСТЬ ВОДОСБОРОВ

REMOTE LANDSCAPE-EROSION ESTIMATION AND AGRO-FOREST-MELIORATIVE DIVERSITY OF DRAINS

М.М. Кочкарь, кандидат сельскохозяйственных наук О.М. Воробьева, кандидат сельскохозяйственных наук А.В. Вдовенко кандидат сельскохозяйственных наук

M.M. Kochkar, O.M. Vorobyeva, A.V. Vdovenko

Волгоградский государственный аграрный университет Volgograd State Agrarian University

В работе проведена оценка эрозионного состояния агроландшафтов с использованием дистанционных методов. Использование в прикладных агролесомелиоративных исследованиях современных ГИС-технологий повышает эффективность работы с данными дистанционного зондирования ландшафтов (аэро- и космоснимками), способствует составлению высококачественных картографических материалов. Наличие в рельефе Доно-Чирского междуречья выраженной ярус-ности, крутых склонов, наряду с климатическими факторами и хозяйственной освоенностью, предопределили ведущую форму деградации агроландшафтов - процессы водной эрозии. Цель исследований заключалась в ландшафтно-экологической оценке и выявлении эрозионных показателей водосборов Доно-Чирского междуречья для дальнейшего агролесомелиоративного обустройства, снижения интенсивности процессов деградации, формирования устойчивых агроландшафтов. Объектом исследований являлись агроландшафты региона. Дистанционная оценка ландшафтно-эрозионных показателей и определение лесомелиоративной обеспеченности водосборов осуществлялась путем проведения крупномасштабных ландшафтных исследований на ключевых участках. С использованием программы MapInfo были созданы карты современного землепользования и ландшафтно-эрозионного фонда. На приводораздельном земельном фонде с крутизной склонов

91