Важную роль в регулировании почвенного плодородия играет мониторинг состояния почв, включающий наблюдения за изменениями показателей в пахотном слое почвы и влиянием этих изменений на формирование количества и качество урожая. С помощью мониторинга можно установить потребность растений в элементах питания и других факторах плодородия. Мониторинг предполагает не только наблюдение за процессом или явлением, но также в себя включает его оценку, прогноз распространения и развития, а также разработку системы мер по предотвращению опасных последствий или поддержанию благоприятных тенденций. Для эффективного осуществления мониторинга весьма актуальна проблема сбора, обработки и анализа информации на основе геоинформационных технологий. В конце XX века на рынке высоких технологий возник новый тип информационных систем — геоинформационные системы (ГИС). В настоящее время ГИС являются самыми развивающимися и перспективными информационными системами для управления и ведения мониторинга. Удобные методы визуализации данных с пространственной привязкой все больше привлекают пользователей во всех отраслях экономики.
Разработка и внедрение информационно-аналитических систем обеспечивает компактность хранения и оперативность обновления информации, повышает достоверность за счет однократного ввода и контроля данных, сокращает бумажный документооборот, следовательно, и ручной труд специалистов при обработке, поиске и выдаче информации. Информационно-аналитические системы с функцией обмена данными между составляющими блоками позволяют наиболее полно и всесторонне анализировать состояние пахотных почв, получать выходные формы в виде графиков, таблиц и картографического материала, и прогнозировать потенциальные изменения плодородия почв. Возможность создания электронной карты территорий с подробным описанием характеристики почв позволяет оперативно принимать управленческие решения. В связи с этим, активно осваивается программное пространство и обеспечение ГИС технологии. ГИС-технология при мониторинге позволяет более детально анализировать состояние почвенного плодородия. Последние достижения науки и техники, особенно в области информационных технологий, позволяют выйти на качественно новый уровень обследования почв. Для этого обследование почв проводится с использованием приборов и мобильных информационных систем. Технология ГИС — это соответствующий современности, эффективный, удобный и быстрый переход от анализа проблем к решению задач. Преимущество полноценной визуализации и географического (пространственного) анализа, которые предоставляет карта, вместе с традиционными операциями с базой данных, делают ГИС технологию актуальной во всех сферах человеческой деятельности. Сбор и обработка данных агрохимического обследования ведется с использованием современного оборудования и программного обеспечения на основе ГИС [1, 2].
При разработке информационно-аналитической системы учитывались следующие требования [2].:
‒ поддержка ввода разновременных данных;
‒ обеспечение унификации объектов и их автоматическая идентификация;
‒ ввод и обновление данных частично автоматизирован;
‒ необходимые расчеты выполняются по запросу пользователя.
При мониторинге почв учитывались следующие показатели:
‒ наличие питательных веществ (количество гумуса)
‒ степень подверженности почвы влиянию деградационных процессов (в нашем случае водная эрозии);
‒ информация о почвенных разностях.
Элементарным объектом при сборе информации о качестве почв являлись почвенные пробы, полученные в конкретной точке территории с учетом рельефа. Агрохимический анализ состояния почв, а точнее гумус определялся по методу Тюрина. В настоящее время значение определенного показателя на уровне элементарного участка усредняется по набору точечных проб. Затем на уровне поля выполняется расчет среднего взвешенного по площади элементарных участков значения искомого показателя.
В нашем случае мы использовали современное оборудования GPS прибор, которая даёт возможность получение географических координат взятия почвенных проб и последующее их нанесение на карту. Основные принципы определения координат GPS-прибором заключается в том, что относительное положение точек на поверхности Земли (координаты наземных почвенных разрезов) устанавливается путем измерения расстояний между ними (при условии, что каждый пункт геодезической сети может непосредственно наблюдаться с нескольких других пунктов) [3].
Исходя из приведенных особенностей, задач и уровней обобщения информации сформулируем концепцию ГИС-технологии для проведения мониторинга. Базовая структура технологии включают в себя:
Сбор данных для системы — информационное обеспечение технологии агрохимического исследования составляют данные ДДЗ, данные наземных наблюдений, топографические и почвенные карты. В качестве исходного картографического материала необходимо использовать карты крупного масштаба. Для корректировки исходного картографического материала используются космические изображения высокого разрешения LANDSAT. Использование комических изображений позволяет решить ряд задач диагностики состояния почвенного покрова: например, выявить зоны подверженности деградационным процессам, скорректировать границы полей с учетом текущих изменений ландшафта [4].
На основе изготовленных копий космических снимков района исследований был проведен анализ изображений и сделаны выводы, краткое описание по составленным картам. Также была изучена индикационная роль растительности при дешифрировании спутниковых снимков для выявления эрозионноопасных территорий самым известным индексом NDVI. NDVI прост для вычисления, имеет самый широкий динамический диапазон из распространенных вегетационных индексов, и лучшую чувствительность к изменениям в растительном покрове в ГИС. Формулой расчета для индекса вегетации является отношение разности красного и инфракрасного каналов к сумме этих каналов. Он умеренно чувствителен к изменениям почвенного и атмосферного фона. Цветовая гамма участков характеризует наличие растительности с большим коэффициентом влажности почвы.
Исходя из того, что границы землепользования и границы полей со временем изменяются, предлагается использовать полную векторную картографическую основу, на базе которой можно формировать участки обследования.
Первичная обработка данных— на данном этапе реализуются операции ввода, хранения, архивирования и пр. База атрибутивных данных содержит данные, организованные по уровням элементарный участок, поле и. т.д. База знаний необходима для выполнения задач классификации объектов исследования, решения задач районирования и обработки многомерных данных.
Переход от традиционных (бумажных) карт к электронным (компьютерным) картам представляет собой сложный, весьма трудоемкий процесс. Для этой цели в работе использованы доступные и довольно широко применяемые программные продукты, такие как ГИС настольного уровня ArcView, Adobe Photoshop и 3D Field, позволяющие в необходимой нам степени охватить процесс обработки информации, ее анализ и визуализацию.
Анализ — на основе собранной агрохимической информации выполняются процедуры анализа состояния почвенного покрова, расчет баланса питательных веществ и пр. В дальнейшем при помощи соответствующей процедуры в нашем случае модулем Spatial Analyst — Create Contours выполняется расчет изолинейного слоя ареалов изменения свойств почвенного покрова исследуемой территории. По результатам почвенных лабораторных данных из образцов почв ключевых участков, измеренных точной координатной системе с GPS аппаратом, были составлены тематические карты с помощью программного обеспечения ArcView /Spatial Analyst по распределению гумуса в верхнем слое почв. Для построения карт химического состава в почвах с помощью модуля Spatial Analyst выбирается пункт меню Surfase/Interpolate Grid по имеющимся точкам и заданным им значениям. В появившемся диалоговом окне выбирается метод, с помощью которого должен проводиться расчет. В данном случае был использован метод IDW.
Использование такого информационного обеспечения позволит реализовать функции контроля рациональности системы земледелия, оценить нанесенный экономический и экологический ущерб в ходе нерациональной хозяйственной деятельности, контроля степени воспроизводства плодородия земель хозяйствующим субъектом. Задачи контроля рационального землепользования на сегодня становятся все более актуальными. Это связано, прежде всего, с развитием рынка аренды земель сельхозназначения и с формированием системы ипотечного кредитования сельхозпроизводителей.
Выводы: Разработка и внедрение информационно-аналитических систем в агрохимическом мониторинге обеспечивает:
‒ компактность хранения и оперативность обновления информации;
‒ повышает достоверность за счет однократного ввода и контроля данных, сокращает бумажный документооборот, следовательно, и ручной труд специалистов при обработке, поиске и выдаче информации
‒ информационно-аналитические системы с функцией обмена данными между составляющими блоками позволяют наиболее полно и всесторонне анализировать состояние почв, получать выходные формы в виде графиков, таблиц и картографического материала, и прогнозировать потенциальные изменения плодородия почв.
Из приведенных данных видно, что самое большое количество гумуса содержится, в основном, в шлейфах и водораздельных частей территории, так как здесь распространены, в основном, несмытые и намытые почвы, а малое в смытых склонах. И это связана с потерей наиболее богатого гумусом верхнего слоя почвы во время смыва, последствий чего приводится к значительному снижению запаса гумуса, где распределяется основная корневая масса растений. Из приведенных данных следует, что для почв северных склонов характерно повышенное содержание гумуса, с высотой оно увеличивается, однако незначительно. Почвы южных склонов бедны гумусом, по мере подъема в горы его количество слабо возрастает, оставаясь относительно невысоким. На прочно задернованных теневых склонах, поверхностный смыв практически отсутствует, и почва получает возможность развиваться нормально, а на солнечных, то есть южных экспозициях почвообразование постоянно прерывается денудационными процессами.
Литература:
- Береговой Г. Т., Киенко Ю. Т. О космической картографической инвентаризации природных ресурсов на основе космической информации. // Геодезия и картография. 1977, № 11
- Берлянт А. М. Информационное картографирование // М.: Наука, 1997, стр. 62
- Применение приемников спутниковой системы WILD GPS System200 фирмы Лейка (Швейцария) при создании и реконструкции городских геодезических сетей.- Н. Новгород.- ВАГП.- 1995.
- Рымашевская М. В. «Картографирование категорий земель по снимкам LANDSAT -5TM» // Материалы межд.конференции «Проблемы землеустройства в современных условиях»// г.Горьки, 2003 г., стр. 204
- ArcView Gis, Using ArcView Gis, Справочник и методика работы с программным продуктом (Разработка ГИС проектов, распечатка карт, подготовка другого аналитического материала). Printed in the United States of America, New York Street, Redlands, CA 92373–8100 USA, 1996.
