К методике формирования цифровой почвенной карты республики Дагестан

К методике формирования цифровой почвенной карты республики дагестан

Пайзулаева РМ., Литвинов Ю.А., Киров С.Н.

В соответствии концепцией развития государственного мониторинга земель сельскохозяйственного назначения, одобренной распоряжением правительства Российской Федерации от 30 июля 2010 г.№1292-р, Министерством сельского хозяйства РФ были намечены объекты, цели и задачи мониторинга. Его проведение будет осуществляться на основе данных агро-химцентров и ГИПРОЗЕМов с использованием современных информационных технологий. Тем не менее, во многих регионах Российской Федерации, и, в частности, в Северокавказском Федеральном округе, отсутствие актуальной картографической основы не позволяет решать поставленные задачи мониторинга. [4] Систематические исследования невозможны без картографической основы — почвенных карт, той базы, на которой будет строиться в дальнейшем мониторинг земель сельскохозяйственного назначения. В связи с этим возникает проблема использования материалов «почвенных наследия» - отчетов почвенных обследований, большинство из которых проводилось в период с 50 по 90 гг прошлого века. Даже такие мало изменяющиеся во времени показатели, как почвообразующая порода и гранулометрический состав необходимо повторно изучать по истечению 15 лет. Несмотря на то, что материалы почвенных обследований, на сегодняшний день, устарели, они представляют собой ценный источник информации, который необходимо сохранять и эффективно использовать. Создание цифровых почвенных карт позволит решить задачу сохранения почвенного наследия и тем самым позволит создать картографическую базу для дальнейшего мониторинга. [5,6]

В результате деятельности творческой группы ученых из Южного Федерального университета и Дагестанского государственного института народного хозяйства был запущен проект по созданию цифровой почвенной карты Республики Дагестан. Формирование цифровой почвенной карты планируется выполнять в три этапа:

1. Подготовительный этап — изучение материалов почвенного обследования, векторизация почвенных карт и импорт полученных данных в среду АгсОК 9.3;

2. Анализ данных посредством пакета программ АгсОК 9.3;

3. Последующее пополнение данных и применение цифровой почвенной карты для государственного мониторинга земель сельскохозяйственного назначения и целей земельного кадастра;[6]

Почвенный покров Дагестана характеризуется пестротой и многообразием природных ландшафтов, как в высотной поясности, так и в широтном направлении. Подобное разнообразие связано со сложностью орографического и геолого-геоморфологического строения территории Дагестана. Здесь на сравнительно небольшой территории (50,0 тыс. км2) можно встретить полупустыни, засушливые степи и дельтовые леса на низменности, горные цепи и плодородные речные долины.[1,8,9]

Почвенно-картографический учет показывает, что из общей площади территории Республики в 5,3 млн. га: 52% земель подвержены водной и ветровой эрозии; 38% засолены в различной степени, из них около 500 тыс. га составляют солончаки, 2% представляют скальные обнажения и ледники. Только 8% почвенного покрова сравнительно качественные земельные угодья.[3,7] Зональными типами Республики являются: каштановые, коричневые, горные бурые лесные, горные лугово-степные, горно-луговые черноземовидные и горнолуговые почвы; интразональными: лугово-каштановые, луговые, аллювиально-луговые, лугово-лесные, луговоболотные, солончаки и солонцы, а также горно-долинные почвы предгорных и горных речных долин.

Большую пестроту и комплексность почвенного покрова придаёт наличие в его структуре в различной степени эродированных и засоленных почв. Почвенный покров равнинной части Дагестана представлен: темно-каштановыми (6,68 тыс. га), каштановыми (37,95 тыс. га), светло-каштановыми (496,0 тыс. га), луговокаштановыми (375,8 тыс. га), луговыми (416,5 тыс. га), аллювиально-луговыми (160,6 тыс. га), лугово-болотными (76,2 тыс. га) почвами, солончаки занимают 542,5 тыс. га. Отдельными пятнами выделяются солонцы и комплексные солонцевато-солончаковые разности. В предгорьях почвенный покров представлен горными бурыми лесными (287,2 тыс. га), коричневыми (171,9 тыс. га) и каштановыми (230,5 тыс. га) типами почв. С увеличением высоты изменением гидротермических условий распространение получают горно-каштановые (66,5 тыс. га), горные бурые лесные (292,6 тыс. га), горные лугово-степные (125,2 тыс. га), горные лугово-лесные (18,8 тыс. га) и горно-луговые почвы (1,3 млн. га). Для всех почв горной зоны характерна маломощность и щебнистость почвенного профиля.[2]

Ярко выраженная контрастность и мелкоконтур-ность почвенного покрова, затрудняют разработку эффективных систем рационального природопользования и районирования земельного фонда. Причиной этого служат: сложное строение орографии, рельефа местности, солярно-экспозиционное различие склонов, подверженность почв водной и ветровой эрозии, а также большие масштабы засоления почв на низменности.

Картографической основой для формирования электронной почвенной карты республики Дагестан послужила Почвенная карта Дагестанской АССР масштаба 1:300 000, 1987 г. В ходе работ были использованы также материалы почвенно-эрозионных и почвенномелиоративных исследований Севкавгипрозема. [8,9] На подготовительном этапе формирования цифровой почвенной карты Республики Дагестан можно выделить шаги:

1. Подготовка картографического материала — корректировка растрового изображения почвенной карты и космического снимка посредством графического редактора GIMP;

Биологические и сельскохозяйственные науки

2. Географическая привязка полученного изображения на местности в программе Google Earth. В результате привязки формируется kml файл, который при необходимости корректируется в программе XML NotePad 2007;

3. Составление исчерпывающих списков — классификаторов атрибутивных данных по материалам почвенного обследования и экспликации к почвенной карте;

4. Векторизация почвенной карты;

5. Импорт данных в программу ArcMap 9.3.

Следует отметить ряд особенностей методики формирования цифровой почвенной карты. К подобным особенностям можно отнести:

• использование бесплатных программ для редактирования растровых изображений почвенных карт и космических снимков (графический редактор GIMP) и географической привязки на местности (программа Google Earth);

• работа с материалами дистанционного зондирования Земли, находящимися в открытом доступе (космические снимки - Google Earth);

• векторизация почвенных карт посредством программы, разработанной на базе кафедры почвоведения и оценки земельных ресурсов ЮФУ.[5,6]

Для сбора картографической информации на базе кафедры группой почвоведов, математиков и программистов, разработана и успешно используется программа «Soil_Contour». Она представляет собой простой в использовании инструмент для первичного сбора пространственной информации в базу данных состава и свойств почв Soil Matrix. [6]

Программа позволяет работать с двумя типами информации: геометрическими данными - почвенные контуры, точки почвенных разрезов и атрибутивными данными — существенными признаками и свойствами почвенного контура позволяющими выделять его из ряда подобных. Использование этой программы позволило решить задачи, связанные с векторизацией этих типов объектов, а также внесением атрибутивной информации, связанной с элементами топологии. Входными данными для программы Soil_Contour являются растровые изображения почвенной карты и спутникового снимка. Векторизация почвенных карт производится в стандарте представления пространственной информации kml 2.2, который является расширением языка разметки xml. Стандарт kml 2.2 поддерживается большинством современных ГИС.

Подготовка картографических материалов. Почвенные карты были отсканированы и обработаны в графическом редакторе GIMP. Редактирование представляло собой подготовку почвенной карты к привязке её на местности, а именно «сшивку» отсканированных листов почвенной карты, кадрирование, изменение яркости и контрастности изображения.

Географическая привязка. Привязка карты на местности производилась в программе Google Earth с по-

следующим сохранением пространственных данных в стандарте кт1 2.2. Процесс привязки заключался в наложении изображения почвенной карты на космический снимок, таким образом, чтобы элементы почвенной карты совпадали с элементами рельефа на снимке. Достичь полного совпадения двух изображений практически не возможно, поскольку почвенная карта является в большей степени схемой, на которой отображается лишь взаимное расположение почвенных контуров на местности. Ко всему прочему почвенная карта зачастую серьёзно деформирована из-за неправильных условий хранения. Подобные искажения не всегда возможно исправить, даже средствами современных графических редакторов. Немаловажной особенностью является присутствие, в качестве «слоя-подложки» космического снимка, в программе Бо11_Соп1оиг, отображающего картируемую местность на настоящий момент. Его наличие дает возможность вносить изменения в границы почвенных контуров при векторизации, внося поправки и изменения учетом современного состояния территории.

Составление списков — классификаторов. Работа с атрибутивной информацией включает подробное изучение отчетов почвенных исследований, условных обозначений и легенды почвенной карты. В ходе анализа изучаются почвенный покров хозяйства, особенности рельефа, данные сводных таблиц гранулометрического состава, химических, физических и морфологических свойств почв.

Особое внимание уделяется работе с легендой почвенной карты, поскольку на её основе строятся списки-классификаторы атрибутивных данных. Наименование почв в легенде, в большинстве случаев, давалось в соответствии с классификацией почв 1977г. Помимо классификационных единиц, приведенных в рамках этой классификации, в легенде присутствует ряд почв, которым даны местные названия. При составлении списков-классификаторов за основу нами была взята классификация 1977г, поэтому все наименования почв не соответствующие ей (выполненные в местной или иной классификации) подлежат анализу и корреляции с этой классификацией.

В качестве атрибутивных данных выступают следующие классификационные единицы и признаки почв: тип, подтип, род, содержание гумуса, в %, мощность А+В, в см, каменистость почв, глубина засоления, со-лонцеватость, гранулометрический состав, почвообразующие породы.

При составлении списков - классификаторов содержание легенды разбивается по перечисленным атрибутам, если необходимо выполняется корреляция местной классификации с классификацией 1977 г. Полученный таким образом классификатор заносится в программу Бо11_Соп1оиг.

Векторизация почвенной карты. Процесс векторизации представляет собой выделение пространственных данных посредством создания векторного слоя

Всероссийский журнал научных публикаций, октябрь 2011

25

из многоугольников (почвенные контура и земельные участки хозяйств) и точек (почвенные контура) на слоях растровых изображений почвенной карты и спутникового снимка. В программе заложена функция управления прозрачностью слоев растровых изображений, что дает возможность корректировать векторизацию почвенной карты, опираясь на более современные данные спутникового снимка.

Внесение атрибутивной информации происходит посредством выпадающих списков, заложенных в программе Soil_Countur. Результатом работы программы Soil_Countur являются пространственные и атрибутивные данные, представленные в файле формата kml. В дальнейшем они могут быть просмотрены и отредактированы текстовым редактором XML Notepad.

Импорт данных в программу ArcMap 9.3. Является завершающем шагом подготовительного этапа. Файл в формате kml, сформированный в процессе векторизации, с помощью функции программы Soil_Countur —«экспорт карты в ArcGIS» сохраняется как файл импорта в среду ArcGIS. В программу ArcMap файл импортируется с помощью инструмента конвертации «Quick Import».

В начале подготовительных работ по формированию цифровой почвенной карты Республики Дагестан, были векторизованы земли, расположенные на территории 3 бывших хозяйств — колхоза «им. Шаумяна», колхоза «Рассвет» и колхоза «им. Крупской». Все они расположены в пределах Кизлярского и Тарумов-ского районов Республики Дагестан. Материалы подготовлены к импорту и дальнейшему анализу в среде программы ArcGIS 9.3.

Список использованных источников

1. Аджиев А.М., Баламирзоев М.А., Мирзоев Э.М.-Р и др. Почвенные ресурсы Дагестана, их охрана и рациональное использование. Махачкала: Изд-во МСХ РД, 1998.328 с.

2. Баламирзоев М.А., Мирзоев Э.М.-Р., Усманов Р.З.

Принципы почвенно-агороэкологического районирования территорий горных областей на примере Дагестана // Почвоведение. - 2008. - №6. С.668-678.

3. Керимханов С.У., Баламирзоев М.А., Белолипский В.А. Эрозия почв в предгорьях Дагестана и меры её предотвращения // Изв. СКНЦВШ. Сер.Естественные науки. - 1977.

- №4.С. 23-26.

4. Концепция развития государственного мониторинга земель сельскохозяйственного назначения и земель, используемых или предоставленных для ведения сельского хозяйства в составе земель иных категорий, и формирования государственных информационных ресурсов об этих землях на период до 2020 года.

5. Крыщенко В.С., Голозубов О.М., Колесов В.В. Технология формирования баз данных состава и свойств почв. - Ростов н/Д: Издательство Южного Федерального университета. -2008. - С 10-36.

6. Крыщенко В.С., Татаринцева О.П, Голозубов О.М., Литвинов Ю.А. Методические указания к практическим занятиям по курсу «Базы данных почв» и «ГИС технологии» - Ростов н/Д:. Издательство Южного Федерального университета. - 2010.

- С 20-45.

7. Мирзоев Э.М.-Р. Почвенно-мелиоративное районирование Северо-Дагестанской низменности // Почвенно-мелио-

ративные процессы в районах нового орошения. - М:. Тр. Почв. ин-та им. Докучаева. - 1975. С 63-73.

8. Молчанов Э.Н., Можарова Н.В., Стасюк Н.В. и др. Почвенная карта Дагестанской АССР М.: Изд-во ГУГК СССР, 1987.

9. Молчанов Э.Н., Можарова Н.В., Стасюк Н.В. и др Почвенный покров Дагестанской АССР. (Пояснительный текст к почвенной карте Дагестанской АССР). - М.: Изд-во ГУГК СССР. - 1990. 27с.

Информация об авторах

• Пайзулаева РМ. заведующий кафедрой землеустройства и земельного кадастра Дагестанского государственного института народного хозяйства

• Литвинов Ю.А. ассистент кафедры почвоведения и оценки земельных ресурсов, факультета биологических наук Южного Федерального университета, Ростов-на-Дону

• Киров С.Н. аспирант кафедры почвоведения и оценки земельных ресурсов, факультета биологических наук Южного Федерального университета, Ростов-на-Дону