КОМПЛЕКСНЫЙ МОНИТОРИНГ ЗЕМЕЛЬ С ПРИМЕНЕНИЕМ ГИС-ТЕХНОЛОГИЙ

Тарбаев В.А.¹, Долгирев А.В.², Забелин С.А.³, Кондракова С.А.⁴

¹ Кандидат сельскохозяйственных наук, доцент; ²ORCID: 0000-0001-7835-1503, Аспирант; ³Аспирант; ⁴Магистр, Саратовский государственный аграрный университет им. Н.И. Вавилова

КОМПЛЕКСНЫЙ МОНИТОРИНГ ЗЕМЕЛЬ С ПРИМЕНЕНИЕМ ГИС-ТЕХНОЛОГИЙ

Аннотация

Статья посвящена мониторинговым исследованиям на территории Аткарского муниципального района Саратовской области с применением геоинформационных технологий. В рамках работы рассмотрены основные деградационные процессы на данной местности и их влияние на агроландшафт, даны рекомендации для землепользователей по рациональному использованию земель на основе комплексного мониторинга земель. Предложен комплекс мер, позволяющих эффективно влиять на восстановление почв, а также на повышение устойчивости агроландшафтов и улучшение  систем  противоэрозионной  защиты.

Ключевые слова: мониторинг, агроландшафт, геоинформационные системы.

¹ Tarbaev V.A.¹, Dolgirev A.V.², Zabelin S.A.³, Kondrakova S.A.⁴

¹PhD in Agriculture, Associate professor; ²ORCID: 0000-0001-7835-1503, Postgraduate student; ³Postgraduate student; ⁴Master, Saratov State Agrarian University named after N.I. Vavilov

INTEGRATED MONITORING OF LAND OF GIS-TECHNOLOGIES

Abstract

The article is devoted to monitoring studies in the territory Atkarsk municipal district of the Saratov region with the use of geoinformation technologies. As part of the basic degradation processes in this area and their impact on agrolandscape, recommendations for land users on the rational use of land in an integrated land monitoring. A range of measures to effectively influence the restoration of soil, as well as at improving the sustainability of agricultural landscapes and improving anti-erosion protection systems.

Keywords: monitoring, agrolandscape, geographic information systems.

Современный уровень развития дистанционных методов изучения Земли, а также программных комплексов цифровой обработки полученных данных, выдвигает на первый план проблему создания технологий эффективного использования получаемой пространственной информации при решении широкого спектра прикладных задач.

В настоящее время основным способом повышения качества и эффективности землеустройства стала его автоматизация на основе компьютерных технологий. Современные технологии и соответствующее программное и аппаратное обеспечение позволяют обрабатывать большие объёмы информации, повысить её точность, наглядность и достоверность, получать наиболее эффективные проектные решения, изготавливать качественную землеустроительную документацию. Среди компьютерных технологий в землеустройстве центральное место занимают геоинформационные системы [1].

Целью исследования стали анализ и оценка состояния  территории Елизаветинского муниципального образования Аткарского района Саратовской области и выработка мер по рациональному использованию земель на основе устойчивого адаптивно-ландшафтного землеустройства.

 В процессе исследования выполняются следующие задачи:

- проведение анализа  и  оценки  состояния  земель;

- проведение микрозонирования изучаемой территории;

- разработка  комплекса  мер,  позволяющих  эффективно  влиять  на сохранение, восстановление почв и повышение устойчивости агроландшафтов и эффективности землеустройства на основе мониторинговых данных.

Используя беспилотный летательный аппарат, имеющийся на кафедре «Землеустройство и кадастры» Саратовского ГАУ, путем получения, обработки аэрофотоснимков и построения 3D модели и картограммы высот были установлены 6 категорий эрозионной опасности земель исследуемой территории (рисунок 1).

Рис. 1 - Картограмма эрозионной опасности земель

Так, наибольшую площадь занимают земли 2 категории. В данную категорию вошли земли, подверженные  слабой водной эрозии. Это черноземы обыкновенные среднегумусные, среднемощные слабосмытые глинистые (3160 га), черноземы обыкновенные малогумусные, маломощные слабосмытые глинистые (7059 га). Занимают они пологие и слабопологие слабоволнистые и волнистые верхние, средние и иногда низкие части склонов. Для прекращения эрозии необходимо применять простейшие противоэрозионные мероприятия, оптимальные сроки обработки почвы, обработку почвы и посев поперек склона, периодическую глубокую вспашку, применение временного водозадерживающего микрорельефа, прерывистое бороздование пропашных, посев кулис на парах, внесение органоминеральных удобрений, регулирование снеготаяния.

Около 10 % территории занимают земли 4, 5 и 6 категории, которые непригодны под пашню. Для прекращения эрозии на данной территории рекомендуется строго нормировать выпас, заравнивание промоин, устройство простейших гидротехнических сооружений, высадку приовражных лесных полос, облесение [2].

По результатам картограммы эрозионной опасности земель было проведено микрозонирование исследуемой территории по категориям эрозионной опасности. На рисунке 2 представлено состояние, интенсивность и степень  эродированных процессов на территории Елизаветинского муниципального образования Аткарского района Саратовской области.

Рис. 2 - Распределение земель по степени эрозионной опасности

Таким образом, больше половины земель подвержены слабой водной эрозии.

Также в рамках данного исследования были проанализированы  туры  обследования  основных  показателей плодородия  почв  в  соответствии  со  следующей  периодизацией: 1991  – 1998 – 2003 – 2014 г. В процессе исследования выявляются тенденции изменения основных показателей плодородия почв. Так на исследуемой территории Аткарского района были проанализированы показатели гумуса, содержания азота, фосфора, калия и реакции почвенной среды.

Содержание  гумуса  является одним из  основных показателей состояния почв. Анализ данных показывает, что почвы по всем годам обследования относятся к группировке с повышенным содержанием гумуса. Таким  образом,  гумусное  состояние обследованных  почв  характеризуется средним и повышенным содержанием, и средний показатель составил 6%.

Азот для растений является одним из основных питательных элементов. Содержание азота в почвах с 1991 по 2014 год стремительно снижалось (рисунок 3). Так, за это время  увеличилась доля почв с низкой обеспеченностью, а со средней уменьшилась. Таким образом, обеспеченность азотом в целом снизилась более чем в 2 раза, что является катастрофическим. В этой ситуации необходимо увеличивать дозы азотных удобрений и проводить агрохимические обследования для контроля за обеспеченностью почв этим питательным элементом.

Рис. 3 - Динамика содержания азота в пашне (1991-2014 гг.)

 

Обеспеченность подвижным фосфором по годам в целом оставалась стабильной.

Содержание обменного калия (рисунок 4) в общем также оставалось стабильным. На исследуемой территории практически отсутствуют почвы с очень низким и низким содержанием этого элемента.

Рис. 4 - Динамика содержания калия в пашне (1991-2014 гг.)

Реакцию почвенной среды (рН) в среднем можно оценить как нейтральную и близкой к нейтральной (рисунок 5).

Анализ динамики изменения реакции почвенного раствора показывает, что в период исследования снижается доля слабокислых почв и, напротив, возрастает доля нейтральных и близких к нейтральным почв. Среднекислые почвы перешли в категорию слабокислых. Также незначительно возросла доля слабощелочных почв. Но в целом наблюдается положительная динамика, поскольку постоянно возрастает доля почв с нейтральной и близкой к нейтральной реакцией почвенной среды.

Рис. 5 - Динамика реакции почвенной среды

Также был проведен анализ содержания тяжелых металлов на пахотных землях, который показал, что все исследуемые элементы находятся в пределах допустимого значения (таблица 1).

 

Таблица 1 - Содержание тяжелых металлов в пашне, мг/кг почвы

Элементы	Значение, мг/кг почвы			ПДК
	минимальное	максимальное	среднее
Pb	10,6	14,5	12,27	130
Cd	0,32	0,47	0,4	2
Zn	30	52	48,7	220
Ni	27	33	29,6	80
Mn	277	422	334,3	1500
Cu	14	18,8	16,2	132
Hg	0,01	0,04	0,025	2,1
As	1,6	2	1,9	10

 

Содержания тяжелых металлов в пахотных землях муниципального образования не превышают предельно допустимые концентрации. Таким образом, территория пашни относится к категории незагрязненных.

Практическая реализация полученных материалов заключается во внедрении их в геоинформационную систему агропромышленного комплекса Саратовской области,  разработанную совместно со специалистами кафедры «Землеустройство и кадастры» Саратовского государственного аграрного университета и которая частично функционирует на территории области (9 районов) и охватывает исследуемый район. Это позволит видеть изменения состояния почвы каждого поля и в случае необходимости оперативно реагировать на негативные тенденции путем привлечения к ответственности землепользователей и землевладельцев, а также с помощью мер экономического воздействия стимулировать сельхозтоваропроизводителей к рациональному использованию земель.

Применение Геоаналитической системы «АгроУправление» также позволит решить некоторые вопросы и по столь актуальной проблеме, обозначенной Президентом РФ, как изъятие неиспользуемых земель сельскохозяйственного назначения.

При постоянной актуализации данных,  ГИС АПК можно использовать специалистами государственного земельного надзора с целью выявления негативных изменений состояния земель и привлечения к административной и иной ответственности землевладельцев и землепользователей.

Геоаналитическая система «Агроуправление» уже сейчас может выявить невостребованные и незаконнообрабатываемые земли, а интеграция многолетних мониторинговых исследований позволит следить за качественным состоянием земель, и при выявлении негативных аспектов в использовании земель сельхозначения. Данный комплекс мер позволит улучшить общую культуру землеустройства и увеличить поступление налогов в местный бюджет [3, 4].

В целом на протяжении последних 25 лет на исследуемой территории наблюдалось ухудшение показателей почвенного плодородия. Данных факт является следствием многолетнего нерационального использования земель, неэффективного землеустройства, незавершенности  систем  противоэрозионной  защиты,  неадаптивности  систем земледелия к особенностям рельефа, довольно медленного внедрения почвозащитных технологий.

Таким образом, синтез мониторинговых исследований и современных геоинформационных технологий позволит вывести на новый уровень управление агробиологическим и технологическим потенциалом отрасли растениеводства региона, будет способствовать увеличению объемов выращивания сельскохозяйственной продукции, улучшению производственно-экономической деятельности хозяйств, а также усилить административный контроль и управление земельными ресурсами района.

Литература

1. Долгирев, А.В. Проблемы и перспективы землеустройства в современных условиях [Текст]/ А.В. Долгирев, Ю.С. Костюкова // Проблемы агропромышленного комплекса стран Евразийского экономического союза: материалы I Международной научно-практической конференции. – Саратов: ООО "Центр социальных агроинноваций СГАУ", 2015. – С. 274-276.
2. Долгирев, А.В. Разработка земельной информационной системы для оценки эффективности землепользования и создания устойчивых агроландшафтов [Текст]/ А.В. Долгирев, С.А. Забелин, С.А. Кондракова // Международный научно-исследовательский журнал №4-6 (46). – Екатеринбург: Соколова Марина Владимировна, 2016. – С. 79-85.
3. Мурашева, А.А. Анализ показателей мониторинга сельскохозяйственных земель [Текст]/ А.А. Мурашева, В.А. Тарбаев, М.П. Галкин // Аграрный научный журнал №8, 2014. – Саратов: Саратовский государственный аграрный университет им. Н.И. Вавилова, 2014. – С. 27-31.
4. Тарбаев, В.А. Использование беспилотных систем для уточнения площади полей землепользователей [Текст] / В.А. Тарбаев, А.В. Долгирев, К.Д. Минаева//Вавиловские чтения – 2015.–Саратов: ООО «Амирит», 2015.–С. 261-262.

References

1. Dolgirev, A.V. Problemy i perspektivy zemleustrojstva v sovremennyh uslovijah [Tekst]/ A.V. Dolgirev, Ju.S. Kostjukova // Problemy agropromyshlennogo kompleksa stran Evrazijskogo jekonomicheskogo sojuza: materialy I Mezhdunarodnoj nauchno-prakticheskoj konferencii. – Saratov: OOO "Centr social'nyh agroinnovacij SGAU", 2015. – S. 274-276.
2. Dolgirev, A.V. Razrabotka zemel'noj informacionnoj sistemy dlja ocenki jeffektivnosti zemlepol'zovanija i sozdanija ustojchivyh agrolandshaftov [Tekst]/ A.V. Dolgirev, S.A. Zabelin, S.A. Kondrakova // Mezhdunarodnyj nauchno-issledovatel'skij zhurnal №4-6 (46). – Ekaterinburg: Sokolova Marina Vladimirovna, 2016. – S. 79-85.
3. Murasheva, A.A. Analiz pokazatelej monitoringa sel'skohozjajstvennyh zemel' [Tekst]/ A.A. Murasheva, V.A. Tarbaev, M.P. Galkin // Agrarnyj nauchnyj zhurnal №8, 2014. – Saratov: Saratovskij gosudarstvennyj agrarnyj universitet im. N.I. Vavilova, 2014. – S. 27-31.
4. Tarbaev, V.A. Ispol'zovanie bespilotnyh sistem dlja utochnenija ploshhadi polej zemlepol'zovatelej [Tekst] / V.A. Tarbaev, A.V. Dolgirev, K.D. Minaeva//Vavilovskie chtenija – 2015.–Saratov: OOO «Amirit», 2015.–S. 261-262.