1. Введение
Устойчивость землепользования требует совместной оценки сохранения продуктивности, защиты ресурсов и жизнеспособности хозяйственных практик. В международной системе FESLM эти требования рассматриваются через продуктивность, снижение рисков, защиту природных ресурсов, экономическую жизнеспособность и социальную приемлемость [1]. Спутниковые наблюдения раскрывают часть экологических изменений, но сами по себе не характеризуют доходность хозяйств и условия доступа к земле.
Для региональной оценки необходимо различать критерий как требование к устойчивости, индикатор как измеряемую характеристику и порог как обоснованную границу интерпретации. Цель статьи — разработать согласованную систему индикаторов и порядок их применения в ГИС для Алматинской области. Предлагаемый результат представляет собой методическую конструкцию, которая в дальнейшем поможет изучить фактическое состояния земель.
2. Материалы и методы исследования
Основу разработки составляют подход FESLM, руководство UNCCD по показателю ЦУР 15.3.1 и требования к оценке точности карт изменений [2, 3]. В качестве перспективных источников предусмотрены спутниковые продукты поверхностного отражения, цифровая модель рельефа, почвенные обследования, земельный кадастр, сведения о поголовье и землепользовании. Перечень описывает необходимые данные; их региональная обработка в настоящей работе не выполнялась.
Территориальный контур следует зафиксировать с учётом изменения границ Алматинской области и установления границ области Жетісу в 2022 году [4]. Более ранние наблюдения обрезаются по одному принятому контуру. Единицей оценки предлагается участок либо однородный контур землепользования; районные показатели получают последующим агрегированием. Орошаемую и богарную пашню, пастбища и естественные территории анализируют раздельно, с учётом рельефа и почв.
Для дистанционного анализа подходят Sentinel-2 Level-2A и Landsat Collection 2 Level-2 [5]. Проводятся маскирование облаков, теней и снега, проверка геопривязки и построение сезонных композитов. Сроки сравнения согласуются по фенологическим фазам. Значения Landsat переводятся в отражательную способность с предусмотренными множителем и смещением до вычисления индексов [6].
Рис. 1. Структура предлагаемой системы индикаторов
Три блока на рисунке 1 связывают наблюдаемые характеристики с управленческими задачами. Полноценная оценка социальной и экономической устойчивости потребует дополнительных обследований хозяйств; дистанционные показатели их не заменяют.
Таблица 1
Индикаторы и методы расчёта
|
Индикатор |
Расчёт и единица |
Данные и интерпретация |
|
Растительный отклик |
NDVI = (NIR − RED) / (NIR + RED); безразмерный |
Поверхностное отражение. Сезонная медиана; сравнение внутри одного типа земель. |
|
Динамика растительности |
β = median [(Vj − Vi)/(tj − ti)], j > i; год⁻¹ |
V — ежегодный сезонный NDVI. Отрицательный тренд — сигнал проверки; учитываются климат и смена культур. |
|
Запас органического углерода |
SOC = C × ρ × z × (1 − f); т/га |
C — углерод, %; ρ — плотность, г/см³; z — слой, см; f — объёмная доля скелета. Полевые данные. |
|
Засоление |
Ps = 100As/A; % |
As — площадь почв с подтверждённым засолением; A — обследованная площадь. Электропроводность почвенной вытяжки и локальные пороги. |
|
Неблагоприятные переходы |
Plc = 100ΣAab/A; % |
Aab — площади переходов, признанных неблагоприятными в локальной матрице; A — площадь с валидными картами. |
|
Потенциальная водная эрозия |
E = R × K × LS × Cc × P; т/(га·год) |
Модель RUSLE: осадки, почвы, рельеф, покров и практики. Расчётный риск, а не измеренная потеря почвы. |
|
Пастбищная нагрузка |
L = Nусл / Aдост; усл. голов/га |
Поголовье в условных единицах и доступная площадь. Сопоставление с локальной кормовой ёмкостью за один период. |
|
Охват защитными практиками |
Pm = 100Am/Aцел; % |
Am — площадь подтверждённых мероприятий; Aцел — площадь, где они применимы. Реестры и полевая проверка. |
Таблица задаёт операциональные определения. Ни один индикатор не имеет универсального порога для всех земель области. Спектральные признаки засоления служат только для выбора точек обследования; увеличение NDVI не тождественно росту урожайности. Запас углерода сравнивают при согласованной глубине и учёте изменения плотности почвы.
3. Результаты и обсуждение
Методическим результатом является система из восьми индикаторов и последовательность оценки (рисунок 2). Она позволяет заранее определить единицы измерения, источники и проверяемые допущения. Для каждой единицы территории сохраняют исходные значения, период наблюдений, долю валидных данных и сведения о точности. Индикаторы, неприменимые к данному виду землепользования, отмечают отдельно от отсутствующих данных.
Рис. 2. Этапы предлагаемой геоинформационной оценки
В ГИС требуется единая пространственная основа. Для площадей используют подходящую равновеликую проекцию либо геодезический расчёт. Общую сетку выбирают по масштабу задачи и фактическому разрешению источников: увеличение числа пикселей грубого слоя не повышает его точность. Категориальные данные переносят методом ближайшего соседа, непрерывные — согласованным методом интерполяции; каждый способ фиксируют в метаданных.
Основным выходом предлагается профиль индикаторов. Если необходим сводный индекс, сначала значения переводят на шкалу 0–1 по заранее обоснованным границам a и b: для положительного показателя s = (x − a)/(b − a), для отрицательного s = (b − x)/(b − a). Значения вне диапазона ограничивают 0 и 1; b должно превышать a. Для нагрузки и иных показателей с оптимальным интервалом задают отдельную функцию пригодности.
Условный сводный индекс рассчитывают как I = Σwi si, где wi ≥ 0 и Σwi = 1. Веса и границы нормирования согласуют до анализа и проверяют на чувствительность. Недопустимо заменять отсутствующие наблюдения нулём или сравнивать индексы с разным набором показателей без явного указания этого различия.
Сводное значение не должно скрывать критическое ухудшение отдельного компонента. Поэтому рядом с индексом сохраняют сигналы риска и полный профиль. Предлагаемый индекс не является показателем ЦУР 15.3.1: методика UNCCD отдельно рассматривает земной покров, продуктивность земель и органический углерод почв. При подготовке официальной отчётности необходимо применять соответствующие правила, а не подменять их средневзвешенной региональной оценкой.
Тренд NDVI оценивают по многолетнему ряду ежегодных сопоставимых композитов. Два снимка не позволяют отделить устойчивое изменение от сезонного или погодного эффекта. Для пашни учитывают севооборот и орошение, для пастбищ — сроки выпаса и осадки. Статистическую значимость тренда следует проверять с учётом автокорреляции; даже значимое снижение является основанием для диагностики, а не самостоятельным доказательством деградации.
Классификацию земного покрова проверяют по независимой вероятностной выборке, желательно стратифицированной по классам и переходам. Обучающие участки не используют как единственный контроль. Рекомендуется публиковать матрицу ошибок, пользовательскую и производительскую точность, а также оценки площадей и доверительные интервалы, согласованные с дизайном выборки. Такая проверка предотвращает интерпретацию ошибок карт как реальных изменений. Для почвенных характеристик учитывают давность обследования, глубину отбора и пространственную неоднородность. Участки с недостаточным покрытием наблюдениями выделяют в самостоятельную категорию неопределённости. Они не должны автоматически получать благоприятную оценку.
4. Заключение
Предложена система из восьми индикаторов, объединённых в три тематических блока, для оценки устойчивого использования земель Алматинской области. Система охватывает состояние и продуктивность земель, изменения земного покрова и организацию землепользования. Её применение предусматривает раздельную оценку типов земель с учётом природных условий и характера хозяйственного использования, согласование пространственных и временных данных, а также независимый контроль качества. Совместное рассмотрение индикаторов позволяет учитывать различные аспекты устойчивости и определять участки, требующие дополнительной проверки. Система предназначена для выбора территорий для полевого обследования, определения приоритетов и планирования дальнейшего мониторинга.
Литература:
- Smyth A. J., Dumanski J. FESLM: An international framework for evaluating sustainable land management. Rome: FAO, 1993. URL: https://www.fao.org/4/t1079e/t1079e00.htm.
- UNCCD. Good practice guidance. SDG indicator 15.3.1, Proportion of land that is degraded over total land area. Version 2.0. 2021. URL: https://www.unccd.int/resources/manuals-and-guides/good-practice-guidance-sdg-indicator-1531-proportion-land-degraded.
- Olofsson P., Foody G. M., Herold M., Stehman S. V., Woodcock C. E., Wulder M. A. Good practices for estimating area and assessing accuracy of land change // Remote Sensing of Environment. 2014. Vol. 148. P. 42–57. DOI: 10.1016/j.rse.2014.02.015.
- Об изменении границ Алматинской области и установлении границ области Жетісу: постановление Правительства Республики Казахстан от 23 сентября 2022 года № 735. URL: https://adilet.zan.kz/rus/docs/P2200000735.
- Copernicus. SentiWiki. S2 Products. URL: https://sentiwiki.copernicus.eu/web/s2-products.
- U. S. Geological Survey. Landsat Collection 2 Surface Reflectance. URL: https://www.usgs.gov/landsat-missions/landsat-collection-2-surface-reflectance.
