Our journals
Submit manuscript Sign in / Sign up
Advanced search
Article sections

ON THE APPLICATION OF THE EARTH REMOTE SENSING DATA FOR THE ANALYSIS OF THE ECOLOGICAL STATE OF AGRICULTURAL LAND IN ROSTOV OBLAST

Research article
Meshchaninova E.G.
Pechkurova E.V.
DOI:
https://doi.org/10.23670/IRJ.2020.102.12.040
Issue: № 12 (102), 2020
Published:
2020/12/17
PDF

К ВОПРОСУ О ПРИМЕНЕНИИ ДАННЫХ ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ ЗЕМЛИ ДЛЯ АНАЛИЗА ЭКОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ УГОДИЙ РОСТОВСКОЙ ОБЛАСТИ

Научная статья

Мещанинова Е.Г.1, *, Печкурова Е.В.2

1 ORCID 0000-0002-7002-4476;

1, 2 Новочеркасский инженерно-мелиоративный институт им. А.К. Кортунова, Новочеркасск, Россия

* Корреспондирующий автор (forpost-MEG[at]yandex.ru)

Аннотация

В статье обосновывается необходимость достоверной оценки экологического состояния сельскохозяйственных угодий, особенно в регионах с развитыми почвенными деградационными процессами. Для Ростовской области выбраны критерии и проведена оценка экологического состояния сельхозземель по административным районам. Так, критерии экологической оценки представляют собой абсолютные показатели, выраженные различными единицами измерения, то в работе предложено использование закрытой оценочной шкалы, в которой максимальному (наилучшему) значению экологического критерия присваивают 100 баллов. По результатам оценки выполнена группировка районов по видам экологического состояния. Рассмотрена возможность использования материалов дистанционного зондирования Земли в качестве информационной базы для оценки сельскохозяйственных угодий.

Ключевые слова: экологическое состояние, сельскохозяйственные угодья, дистанционное зондирование, деградационные процессы.

ON THE APPLICATION OF THE EARTH REMOTE SENSING DATA FOR THE ANALYSIS OF THE ECOLOGICAL STATE OF AGRICULTURAL LAND IN ROSTOV OBLAST

Research article

Meshchaninova E.G.1, *, Pechkurova E.V.2

1 ORCID 0000-0002-7002-4476;

1, 2 A. K. Kortunov Novocherkassk Engineering and Land Development Institute, Novocherkassk, Russia

* Corresponding author (forpost-MEG[at]yandex.ru)

Abstract

The article substantiates the need for a reliable assessment of the ecological state of agricultural land, especially in regions with developed soil degradation processes. The study selects the criteria and evaluates the ecological state of agricultural land by administrative districts for Rostov Oblast. Since the environmental assessment criteria are absolute indicators expressed in different units of measurement, the study suggests the use of a closed assessment scale, in which the maximum (best) environmental criterion value is assigned 100 points. the districts are grouped by type of ecological condition based on the results of the assessment. The study considers the possibility of using remote sensing materials as an information base for assessing agricultural land.

Keywords: ecological state, agricultural lands, remote sensing, degradation processes.

Введение

В настоящее время Ростовская область входит в перечень крупнейших сельскохозяйственных регионов Российской Федерации. Данный факт обусловлен наличием огромных почвенных ресурсов, среди которых черноземы, как самый плодородный вид почв, занимают более 65%. Общая площадь сельскохозяйственных угодий региона составляет 8,2 млн га. Доля Ростовской области в общей площади сельскохозяйственных угодий России составляет 3,9% [1], [8].

Однако, несмотря на высокие показатели сельскохозяйственного производства, в Ростовской области существуют многочисленные негативные деградационные процессы, оказывающие неблагоприятное воздействие на качественные характеристики почвенных ресурсов. Основными видами указанных негативных процессов являются: антропогенное загрязнение, эрозия, дефляция, засоление, нецелевое использование, загрязнение почв нитратами, пестицидами и т.д. [2].

Критерии оценки экологического состояния сельскохозяйственных угодий Ростовской области

Недоучет экологических параметров приводит к деградации окружающей среды и, как следствие, искаженному развитию экономики агропромышленного комплекса региона [7]. С целью минимизации неблагоприятного воздействия на почву, сохранения и повышения ее плодородия, увеличения урожайности и роста производства сельскохозяйственных культур осуществляется оценка экологического состояния почвенных ресурсов. При проведении оценки земельных ресурсов устанавливают следующие виды их экологического состояния [3], [10]:

- удовлетворительное (отсутствуют негативные процессы);

- слабое (незначительное проявление негативных процессов);

- экологическая напряженность сильная;

- кризисное (невозможно хозяйственное использование земель);

- критическое (формирование условий для экологического бедствия).

В число критериев экологического состояния сельскохозяйственных угодий Ростовской области считаем целесообразным включить следующие: экологическая устойчивость территории; антропогенная нагрузка территории; степень устойчивости ландшафта, экологическая напряженность территории и доля деградированных земель от площади района [9]. В общем виде оценка экологического состояния сельскохозяйственных территорий (Эс) может быть представлена в виде:

Эс = f(у1, у2, у3, у4, у5), где у1 – экологическая устойчивость территории; у2 – антропогенная нагрузка территории; у3 – степень устойчивости ландшафта; у4 – экологическая напряжённость территории; у5– доля деградированных земель от площади района.

Степень проявления показателей экологического состояния земель сельскохозяйственного назначения приведена в табл. 1 в виде пятиступенной шкалы. Так как каждый из критериев, приведенных в формуле, имеет различные единицы измерения, диапазоны значений и степени проявления, то возникает необходимость приведения результатов расчетов каждого из критериев к относительным величинам (баллам).

 

Таблица 1 – Степень проявления критериев экологического состояния земель сельскохозяйственного назначения

Показатели Степень проявления
очень сильная сильная средняя слабая очень слабая
Экологическая устойчивость территории 1,0-0,81 0,80-0,61 0,60-0,41 0,40-0,21 0,20-0
Антропогенная нагрузка территории 5,0-4,3 4,2-3,5 3,4-2,7 2,6-1,9 1,8-1,0
Степень устойчивости ландшафта 0-0,20 0,21-0,40 0,41-0,60 0,61-0,80 0,81-1,00
Экологическая напряженность территории 1,0-0,81 0,80-0,61 0,60-0,41 0,40-0,21 0,20-0
Доля деградированных земель, % 100-81 80-61 60-41 40-21 20-0
 

Метод бальной оценки, выбранный нами для оценки экологического состояния земель сельскохозяйственного назначения Ростовской области, предусматривает такой переход по оценочной шкале. Шкала в относительных показателях бывает двух видов: замкнутая и разомкнутая. При построении замкнутой шкалы 100 баллов присваивают наилучшему показателю экологического состояния земель, 0 баллов – наихудшему. При построении разомкнутой шкалы 100 баллов присваивают любому показателю. Замкнутая шкала более наглядна и удобна для практического использования. Тогда видам экологического состояния можно присвоить следующие баллы: 0-20 баллов – критическое; 21-40 баллов – кризисное; 41-60 баллов – экологическая напряженность сильная; 61-80 баллов – слабое; 81-100 баллов – удовлетворительное. Результаты расчетов экологического состояния сельскохозяйственных угодий по административным районам Ростовской области приведены в табл. 2.

 

Таблица 2 – Группировка районов Ростовской области по экологическому состоянию

Баллы Районы Количество
0-20 Кагальницкий, Зерноградский, Песчанокопский, Целинский 4
21-40 Азовский, Верхнедонской, Егорлыкский, Кашарский, Констаниновский, Куйбышевский, Мартыновский, Матвеево-Курганский, Милютинский, Морозовский, Мясниковский, Неклиновский, Октябрьский, Родионово-Несветайский, Сальский, Тацинский 16
41-60 Аксайский, Багаевский, Белокалитвинский, Боковский, Волгодонской, Зимовниковский, Каменский, Красносулинский, Миллеровский, Обливский, Орловский, Пролетарский, Семикаракорский, Советский, Тарасовский, Усть-Донецкий, Чертковский 17
61-81 Веселовский, Дубовский, Заветинский, Ремонтненский, Цимлянский, Шолоховский 6
81-100 - 0
 

Анализ табл. 2 показывает, что в Ростовской области нет районов с удовлетворительным экологическим состоянием сельскохозяйственных угодий; критическое состояние в 4 районах, а в большинстве районов наблюдается сильная экологическая напряженность.

Возможность использования материалов ДЗЗ для оценки экологического состояния сельскохозяйственных угодий

Несмотря на важность проведения экологической оценки сельскохозяйственных угодий, для получения достоверных и актуальных результатов требуется большой объем полевых обследований (преимущественно в теплый период года), а следовательно, большие временные затраты. В настоящее время функцию информационного обеспечения экологической оценки может выполнять дистанционное зондирование Земли (далее – ДЗЗ), представляющее собой наблюдение за земной поверхностью наземными, авиационными и космическими средствами, оснащенными различными видами съемочной аппаратуры.

Методы дистанционного зондирования основаны на том, что любой объект излучает и отражает электромагнитную энергию в соответствии с особенностями его природы. Различия в длинах волн и интенсивности излучения могут быть использованы для изучения свойств удаленного объекта без непосредственного контакта с ним. ДЗЗ, благодаря своим достоинствам, приходит на замену дорогостоящим и сравнительно медленным наземным методам сбора информации с поверхности Земли. Преимуществами данных ДЗЗ, по сравнению с наземными методами обследования, являются [4]:

1) достоверность и актуальность информации;

2) оперативность получения информации;

3) экономия средств;

4) высокая степень обзорности, охвата;

5) отсутствие непосредственного контакта с объектами;

6) возможность получения данных в периоды карантина и пандемий.

Для удобства обработки данных ДЗЗ применяются цифровые технологии, являющиеся ключом к устойчивому развитию агропромышленного комплекса и повышению эффективности сельскохозяйственного производства [5]. В табл. 3 представлены наиболее распространенные системы, используемые для анализа состояния и использования сельскохозяйственных угодий. Указанные системы работают на базе интеграции с данными ДЗЗ.

В России и, в частности, в Ростовской области уже несколько лет действует «Атлас земель сельскохозяйственного назначения Министерства сельского хозяйства». В Атласе представлены тематические слои, на которых отображается необходимая информация для осуществления экологической оценки: деградированные сельхозугодья, состояние неиспользуемых земель и т.п.

Авторы провели анализ этих слоев и получили практически ту же группировку районов Ростовской области по экологическому состоянию сельскохозяйственных угодий, что и в табл. 2, рассчитанную по данным наземных обследований. Таким образом, можно сделать вывод, что имеющиеся информационные системы состояния сельхозземель, основанные на использовании данных ДЗЗ, могут быть в полной мере адаптированы для оценки экологического состояния сельскохозяйственных угодий Ростовской области.

Заключение

В настоящее время области применения дистанционного зондирования активно развиваются. Однако важно отметить, что инструменты применения данных ДЗЗ (геоинформационные и автоматизированные информационные системы) требуют модификации и модернизации. Совершенствование информационных продуктов, необходимых для проведения экологической оценки сельскохозяйственных угодий, может способствовать устойчивому развитию агропромышленного комплекса Ростовской области и, как следствие, повышению эффективности сельскохозяйственного производства.

Таблица 3 – Обзор систем для анализа состояния и использования сельскохозяйственных угодий

Наименование Характеристика
«Геоаналитика.Агро» Программа предназначена для оперативного предоставления аналитической пространственной информации. Аналитическое наполнение веб-сервиса базируется на автоматизированной обработке данных различных источников: открытые данные с космических аппаратов Landsat 8, Sentinel-1 и Sentinel-2. Коммерческий сервис дистанционного мониторинга Blackbridge AG (RapidEye). Цифровые модели рельефа. Агрометеорологические данные и др.
«КосмосАгро» Программа предназначена для ведения непрерывного мониторинга состояния и использования сельскохозяйственных угодий. В основе геосервиса лежит технология полностью автоматизированного тематического анализа материалов космической съемки.
«ГИС для сельского хозяйства» Представляет собой специализированный комплекс программно-технических средств, включающий электронную карту полей, систему агрохимического анализа почв, систему мониторинга
Центральная информационно-аналитическая система Системы государственного информационного обеспечения в сфере сельского хозяйства «ЦИАС СГИО СХ» Система разработана в целях формирования единой аналитической базы для мониторинга состояния агропромышленного комплекса и поддержки принятия управленческих решений руководством министерства.
Единая федеральная информационная система о землях сельскохозяйственного назначения, предназначенная для обеспечения актуальными и достоверными сведениями о таких землях, включая данные об их местоположении, состоянии и фактическом использовании «ЕФИС ЗСН» Единая федеральная информационная система о землях сельскохозяйственного назначения, предназначенная для обеспечения актуальными и достоверными сведениями о таких землях, включая данные об их местоположении, состоянии и фактическом использовании.
 
Конфликт интересов Не указан. Conflict of Interest None declared.
 

Список литературы / References

  1. Официальный портал Правительства Ростовской области [Электронный ресурс]. — URL: https://www.donland.ru (дата обращения: 14.10.2020).
  2. Экологические проблемы загрязнения почвы и пути их решения: [Электронный ресурс]. — URL: https://delta-eco.ru (дата обращения: 15.10.2020).
  3. Критерии оценки экологической обстановки территорий для выявления зон чрезвычайной экологической ситуации и зон экологического бедствия. [Электронный ресурс]. — URL: http://docs.cntd.ru (дата обращения: 15.10.2020).
  4. Хабаров Д.А. Анализ современных технологий дистанционного зондирования Земли / Д.А. Хабаров, Т.С. Адиев, О.О. Попова и др. // Московский экономический журнал. 2019. №1. [Электронный ресурс] URL: https://cyberleninka.ru/article/n/analiz-sovremennyh-tehnologiy-distantsionnogo-zondirovaniya-zemli (дата обращения: 20.10.2020).
  5. Почвенное картографирование с использованием космоснимков [Электронный ресурс]. — URL: https://sovzond.ru (дата обращения: 17.10.2020).
  6. Космический мониторинг в сельском хозяйстве [Электронный ресурс]. — URL: https://sovzond.ru (дата обращения: 16.09.2020).
  7. Мещанинова Е.Г. Оценка сельхозугодий с учетом экологических факторов / Е.Г. Мещанинова, О.А. Ткачева // Экономика сельского хозяйства России. 2006. № 6. С. 32.
  8. Мещанинова Е.Г. Оценка эколого-экономического состояния землепользований Ростовской области / Е.Г. Мещанинова, О.А. Ткачева // Землеустройство, кадастр и мониторинг земель. 2013. № 2 (98). С. 63-69.
  9. Мещанинова Е.Г. Использование результатов комплексной социо-эколого-экономической оценки земель сельскохозяйственного назначения для построения рейтинга территории / Е.Г. Мещанинова, И.Ю. Гончарова // Вестник АПК Ставрополья. 2014. № 1 (13). С. 135-137.
  10. Долматова Л.Г. Характеристика экологического состояния земельно-ресурсного потенциала и процессов его деградации / Л.Г. Долматова // Экономика и экология территориальных образований. 2015. № 3. С. 89-93.

Список литературы на английском языке / References in English

  1. Oficial'nyj portal Pravitel'stva Rostovskoj oblasti [Official portal of the government of the Rostov region]: [Electronic resource] URL: https://www.donland.ru (accessed: 14.10.2020). [in Russian]
  2. Ekologicheskie problemy zagryazneniya pochvy i puti ih resheniya [Environmental problems of soil pollution and ways to solve them] [Electronic resource] URL: https://delta-eco.ru (accessed: 14.10.2020). [in Russian]
  3. Kriterii ocenki ekologicheskoj obstanovki territorij dlya vyyavleniya zon chrezvychajnoj ekologicheskoj situacii i zon ekologicheskogo bedstviya [Criteria for assessing the environmental situation of territories to identify areas of environmental emergency and environmental disaster zones] [Electronic resource] URL: http://docs.cntd.ru (accessed: 15.10.2020). [in Russian]
  4. Habarov D.A. Analiz sovremennyh tekhnologij distancionnogo zondirovaniya Zemli [Analysis of modern technologies of remote sensing of the Earth] / D.A. Habarov, T.S. Adiev, O.O. Popova and others // Moskovskij ekonomicheskij zhurnal. 2019. №1. [Electronic resource] URL: https://cyberleninka.ru/article/n/analiz-sovremennyh-tehnologiy-distantsionnogo-zondirovaniya-zemli (accessed: 20.10.2020). [in Russian]
  5. Pochvennoe kartografirovanie s ispol'zovaniem kosmosnimkov [Soil mapping using satellite images] [Electronic resource] URL: https://sovzond.ru (accessed: 17.10.2020). [in Russian]
  6. Kosmicheskij monitoring v sel'skom hozyajstve [Space monitoring in agriculture] [Electronic resource] URL: https://sovzond.ru (accessed: 16.09.2020). [in Russian]
  7. Meshchaninova E. G. Ocenka sel'hozugodij s uchetom ekologicheskih faktorov [Assessment of farmland taking into account environmental factors] / E. G. Meshchaninova, O. A. Tkacheva // Ekonomika sel'skogo hozyajstva Rossii [Economics of agriculture of Russia]. 2006. No. 6. P. 32. [in Russian]
  8. Meshchaninova E. G. Ocenka ekologo-ekonomicheskogo sostoyaniya zemlepol'zovanij Rostovskoj oblasti [Assessment of the ecological and economic state of land use in the Rostov region] / E. G. Meshchaninova, O. A. Tkacheva // Zemleustrojstvo, kadastr i monitoring zemel' [Land management, cadastre and land monitoring]. 2013. No. 2 (98). Pp. 63-69. [in Russian]
  9. Meshchaninova E.G. Ispol'zovanie rezul'tatov kompleksnoj socio-ekologo-ekonomicheskoj ocenki zemel' sel'skohozyajstvennogo naznacheniya dlya postroeniya rejtinga territorii [Using the results of a comprehensive socio-ecological and economic assessment of agricultural land to build a territory rating] / E.G. Meshchaninova, I.YU. Goncharova // Vestnik APK Stavropol'ya [Bulletin of the Stavropol agro-industrial complex]. 2014. No. 1 (13). Pp. 135-137. [in Russian]
  10. Dolmatova L. G. Harakteristika ekologicheskogo sostoyaniya zemel'no-resursnogo potenciala i processov ego degradacii [Characteristics of the ecological state of the land resource potential and its degradation processes] / L. G. Dolmatova // Ekonomika i ekologiya territorial'nyh obrazovanij [Economy and ecology of territorial entities]. 2015. no. 3. Pp. 89-93. [in Russian]