В Акмолинской области по состоянию на 2014 год находится около 10 млн. га сельскохозяйственных угодий [5]. Интенсивное освоение целинных и залежных земель в середине XX века привело к деградации естественных ландшафтов вследствие таких явлений, как ветровая, водная эрозия [4].
Целью данной работы стала оценка интенсивности воздействия и экологических последствий земледелия на территории Акмолинской области в разрезе ландшафтной составляющей с применением картографических методов исследования. Подобный выбор темы связан с тем, что прошло уже шестьдесят лет с момента интенсивного освоения целинных земель и настала необходимость подвести некоторые итоги этого процесса.
Поставленная цель определила и основные задачи исследования:
– Проанализировать структуру земельного фонда и землепользования области;
– Выявить участки с высокой, средней и низкой степенью деградированности земель;
– Проследить динамику изменения пахотных площадей в исследуемом регионе в период после освоения целинных и залежных земель.
– Применить методы дистанционного зондирования земли с целью выявления наиболее угнетенных ландшафтов региона.
Работа основана на методике исследования данных дистанционного зондирования, чем и отличается от остальных подобных.
Объект исследования: ландшафты и пахотные угодья Акмолинской области.
Предметом исследования является деградация естественных ландшафтов региона в контексте динамики землепользования в 1990-х — 2010 гг.
Методика выполнения работы: картографический подход к оценке изменения динамики посевных площадей, также называемый «Change Detection».
На территории Акмолинской области на сегодняшний день практически не осталось нетронутых участков. Из 14 620 000 га общей площади территории области 10 540 000 га являются землями сельскохозяйственного назначения [1]. Данные значения наглядно демонстрируют степень антропогенной освоенности территории региона. Степень освоенности и степень воздействия на естественные ландшафты области в различных ее районах выражена по-разному.
Автором применена методика по дешифрированию космических снимков, так как снимки из космоса могут быть использованы как одни из основных источников информации [3]. Космические снимки были получены в базе данных Национальной геологической службы США [6]. Снимки необходимо отбирать по предустановленным критериям. А именно: каждый снимок должен быть с минимальным показателем облачности, сделан в летнее время, а также иметь «вшитые» цветовые каналы, которые в дальнейшем помогают дешифрировать сельскохозяйственные угодья.
На первом этапе работ была оцифрована карта ландшафтов области. Оцифровка проводилась в программе ArcGIS с применением стандартных инструментов.Методом полигонального выделения были выделены все 30 основных типов ландшафтов, территориально приуроченных к региону исследования. При помощи инструмента «Calculate geometry» было произведено вычисление площадей, занятых каждым типом ландшафта.
Для определения степени распаханности ландшафтов области использовались данные дистанционного зондирования — разновременные космические снимки, выполненные аппаратом, установленным на спутниках Landsat-5 и 8. Как известно, давно очевидна высокая эффективность совместного использования карт и космических снимков [2].
Для определения динамики пахотных угодий были использованы мозаики снимков, выполненных в 1990 и 2014 гг. Для оцифровки использовались снимки, полученные в базе данных Национальной геологической службы США [6]. Для получения данных о площади пахотных угодий за 1990 год использовались снимки Landsat 5, которые при помощи программного обеспечения ArcGIS подвергались спектральному разложению на дешифрирующие цветовые каналы. Например, используя определенный набор цветовых каналов, можно выделить непосредственно земли, относящиеся к сельхоз угодьям, пашни, пары и т. д. Для изучения территории Акмолинской области было обработано 15 космических снимков (рис. 1).
Рис. 1. Снимок экрана, демонстрирующий ход выполнения работы с космическими снимками при помощи программного обеспечения ArcGIS. (Рамкой автором выделен набор космических снимков, которые использовались в работе)
Для дальнейшего исследования автором была произведена оцифровка современных пахотных угодий Акмолинской области (Рис. 2). Методика составления нижеследующей карты идентична предыдущей. Различие заключается лишь в использовании космических снимков спутников системы Landsat-8, которые на сегодняшний момент предоставляют наиболее свежие данные космического зондирования. В целом, за два периода, дешифрирование и оцифровка пашен были произведены по 15 привязанным космическим снимкам.
Основными дешифровочными признаками обрабатываемых пашен были прямоугольные очертания полей и цветовая гамма растительности. Для определения использовался набор цветовых каналов 6, 5, 4. Данные цветовые каналы позволяют достаточно эффективно дешифрировать сельскохозяйственные угодья.
Рис. 2. Процесс дешифрирования пахотных угодий. Скриншот рабочего поля программы ArcMap. (На данной иллюстрации видны сформированные очертания пахотных угодий, которые затем будут применены для расчетов)
По приведенным изображениям в программе ArcGIS была определена площадь пахотных угодий.
На следующем этапе работы полученные карты пахотных угодий были совмещены с ландшафтной картой области, что позволило определить распаханность ландшафтов на разные временные этапы.
Затем с использованием метода «Changedetection» (он использован в упрощенной форме — с использованием технологий программного пакета ArcGIS) были выявлены участки, испытавшие изменения землепользования разной направленности: без изменений, с увеличением площади пашен и с уменьшением площади пашен.
Итогом работы может считаться набор карт, которые отражают динамику изменения площадей пахотных угодий в Акмолинской области в период с 1990 по 2014 годы (рис. 3), а также данные по степени деградированности тех или иных типов ландшафтов, полученные с помощью метода сопоставления площадей в программном пакете ArcGIS.
Рис. 3. Комплексная карта, составленная автором для отражения динамики изменения пахотных угодий в Акмолинской области в период с 1990 по 2014 гг.: 1 — пахотные угодья в 1990–2014 гг., 2 — пахотные угодья, заброшенные с 1990 г., 3 — территории, заново распаханные к 2014 г.
Таким образом, автор сосредоточившись на изучении пахотных угодий, сделал акцент на их воздействие на ландшафты области. Выводы, полученные в результате исследования, говорят о следующем:
– Акмолинская область подверглась сильнейшему антропогенному прессу в результате освоения целинных и залежных земель в 1950–1960-е годы.
– В результате интенсивного освоения территории области произошло снижение основных качественных характеристик почвенного покрова.
– К наиболее измененным видам ландшафта можно отнести такие ландшафты: мелкосопочника с типчаково-ковылковой растительностью на темно-каштановых солонцеватых почвах, аллювиальная равнина с разнотравно-красноковыльно-ковылковой растительностью на черноземах южных карбонатных с участием черноземов обыкновенных, делювиально-пролювиальной равнины с разнотравно-красноковыльно-ковылковой растительностью на черноземах южных карбонатных и лугово-черноземных почвах, озерно-аллювиальной равнины с разнотравно-ковыльной растительностью на черноземах обыкновенных солонцеватых с солонцами, озерно-аллювиальной равнины с типчаково-ковылковой растительностью на темно-каштановых карбонатных и солонцеватых почвах с участием темно-каштановых и луговых солонцов.
– К наименее измененным относятся ландшафты денудационной равнины с кустарниково-овсецово-красноковыльной растительностью на темно-каштановых солонцеватых почвах, мелкосопочника с кустарниково-типчаковой-красноковыльной растительностью на черноземах южных карбонатных и темно-каштановых солонцеватых почвах, денудационной равнины с разнотравно-красноковыльной растительностью на черноземах южных карбонатных.
Данное исследование может найти применение в широкой сфере общественной деятельности — от сельского хозяйства до геоэкологии.
Литература:
- Агрохимическое состояние плодородия пахотных угодий Акмолинской области: отчет Министерства сельского хозяйства Республики Казахстан, Научный, 2014. — 52 с.
- Берлянт А. М. Теория геоизображений. — М.: ГЕОС, 2006. — 262 с.
- Географическое картографирование: карты природы: учебное пособие / Под ред. Е. А. Божилиной. — М.: КДУ, 2010. — 316 с.
- Климанова О. А. Геоэкологический мониторинг современных степных ландшафтов Монголии / Совместная Российско-Монгольская комплексная биологическая экспедиция РАН и АН Монголии. Отв. ред. П. Д. Гунин. Смоленск: Изд-во СГУ, 1998. — 110 с.
- Республика Казахстан: 50 лет начала освоения целинных и залежных земель. Статистический сборник 1953–2003 гг., Алматы, 2003. — 78 с.
- Интернет ресурс геологической службы США [Электронный ресурс] Режим доступа: http://www.usgs.gov/
