APPLICATION OF CARTOGRAPHIC MONITORING IN IDENTIFYING LAND DEGRADATION PROCESSES

ПРИМЕНЕНИЕ КАРТОГРАФИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА ДЛЯ ВЫЯВЛЕНИЯ ДЕГРАДАЦИОННЫХ ПРОЦЕССОВ ЗЕМЕЛЬНЫХ РЕСУРСОВ

Научная статья

Петрова И.А.^1, *, Степкин Ю.А.²

¹ ORCID: 0000-0003-0199-4492;

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

² Донской государственный аграрный университет, Новочеркасск, Россия

* Корреспондирующий автор (petroffa_i[at]mail.ru)

Аннотация

Земельные ресурсы Российской Федерации почти повсеместно подвержены деградационным процессам, таким, как водная и ветровая эрозия, переувлажнение, заболачивание, засоление, солонцеватость и др.

В связи с этим при планировании использования земельных ресурсов необходимо анализировать имеющуюся и перспективную ситуацию развития этих процессов по различным аспектам. Необходимые данные можно получить в результате мониторинга земельных ресурсов, который представляет собой информационную базу данных наблюдений, анализа и прогноза изменений в их состоянии. Чтобы воспроизвести основные геоэкологические объекты и явления в естественной пространственной последовательности, применяют картографический мониторинг, который состоит в использовании карт для понимания отражаемых на них объектов и явлений: для получения сведений, изучения корреляции, установления их динамики и развития, прогнозирования. В статье приведены необходимые типы карт для оценки состояния земельных ресурсов в условиях деградации, которые необходимы при ведении мониторинга земель, приведена их классификация по способу работы с ними и описаны требования к картам как единой многоуровневой информационной системы.

Ключевые слова: деградация земельных ресурсов, мониторинг земель, картографический метод.

APPLICATION OF CARTOGRAPHIC MONITORING IN IDENTIFYING LAND DEGRADATION PROCESSES

Research article

Petrova I.A.^1, *, Stepkin Y.A.²

¹ ORCID: 0000-0003-0199-4492;

¹ Novocherkassk Land Reclamation Institute named after A.K. Kortunov, Novocherkassk, Russia;

² Don State Agrarian University, Novocherkassk, Russia

* Corresponding author (petroffa_i[at]mail.ru)

Abstract

Land resources of the Russian Federation are almost universally subject to degradation processes, such as water and wind erosion, waterlogging, salinization, salinity, etc.

In this regard, when planning the use of land resources, it is necessary to analyze the current and future situation of the development of these processes in various aspects. The necessary data can be obtained from land resources monitoring, which is an information database of observations, analysis and forecast of changes in their state. To reproduce the main geo-ecological objects and phenomena in a natural spatial sequence, use cartographic monitoring, which consists in using maps to understand the objects and phenomena reflected on them: to obtain information, study the correlation, establish their dynamics and development, and forecast.

Keywords: land degradation, land monitoring, cartographic method.

На основании анализа данных Государственного (национального) доклада "О состоянии и использовании земель Российской Федерации" можно сделать вывод, что на территории России почти повсеместно наблюдается деградация земельных ресурсов [1]. Так, в период с 2015 г. по 2019 г. (рисунок 1) количество земель подверженных водной эрозии увеличилось с 39527,8 тыс. га до 45505,31 тыс. га., ветровой эрозии 18653,57 – 21309,80 тыс. га., переувлажнению и заболачиванию 27314,15 – 32852,61 тыс. га., засолению и солонцеватости 44635,33 – 48834,96 тыс. га.

Рис. 1 – Динамика деградационных процессов на территории РФ в период 2015-2019 гг.

 

Положительная динамика роста деградации земельных ресурсов связана с экстенсивным и нерациональным их использованием.

В связи с этим при планировании использования земельных ресурсов необходимо анализировать имеющуюся и перспективную ситуацию по следующим аспектам:

- состояние природных и земельных ресурсов территории;

- имеются ли на данный момент источники деградации и загрязнения, а также могут ли они появиться в процессе использования земельных ресурсов;

- качественный и количественный состав загрязняющих веществ и интенсивность их выбросов, а также сбросов, масштабы и виды деградационных процессов;

- в каком направлении будет изменяться природная среда, какова будет интенсивность этих изменений;

- влияние предлагаемых воздействий на состояние почвенного покрова и на загрязнение разрабатываемых земель в целом;

- последствия воздействия планируемых мероприятий на состояние земельных ресурсов, водных источников, и на загрязнение воздушной атмосферы;

- какое ожидается влияние на состояние естественных процессов на территориях;

- прогнозирование возможных последствий влияния на перспективу с учетом их экологической и экономической оценки и др.

Перечисленные данные можно получить в результате мониторинга земельных ресурсов, который представляет собой информационную базу данных наблюдений, анализа и прогноза изменений в их состоянии. При мониторинге земельных ресурсов проводят не только наблюдение и фиксацию текущего состояния, но и сравнение состояния в данный момент времени с эталонным, определяют допустимые изменения объекта и анализируют динамику этих изменений в пространстве и во времени. Информационная система создаётся для целей акцентирования влияния антропогенных факторов, влияющих на эти изменения на фоне природных процессов.

При исследовании экологического состояния земельных ресурсов присущий комплексный подход. Поэтому системы показателей, используемые в комплексном мониторинге земель, должны включать в себя наборы показателей, благодаря которым с учетом поставленных задач достаточно полно оценивается состояние земельных ресурсов. Так в настоящее время для проведения анализа состояния земельных ресурсов необходимо полагаться на сгруппированные характеристики окружающей среды, поэтому объема базовой информации необходимо иметь в большом количестве. Данная информация обязана быть систематизирована и быть легко доступной. Наибольшая эффективность достигается при одновременном контроле трех групп показателей (ранней диагностики, краткосрочные и долгосрочных изменений состояния земельных ресурсов), отражающих наиболее значимые их характеристики [2], [3].

Чтобы воспроизвести основные геоэкологические объекты и явления в естественной пространственной последовательности, применяют картографический мониторинг. В целом метод картографических исследований состоит в использовании карт для понимания отражаемых на них объектов и явлений: для получения сведений, изучения корреляции, установления их динамики и развития, прогнозирования.

Картографический мониторинг включает в себя следующие этапы:

а) образование центра картографической информации с разнообразными видами карт, сделанных на основе материалов, имеющихся на момент начала организации наблюдений;

б) накопление сведений, анализ и группирование данных аэрокосмических и наземных наблюдений с целью их картографирования;

в) преобразование проанализированных данных в картографическом виде, т. е. создание динамических карт исследуемых процессов;

г) проведение анализа полученных карт для выявления закономерностей распространения различных явлений, оценки и прогнозирования состояния природной среды [5], [6], [7].

Особое значение имеют крупномасштабные карты негативных процессов, сформированные в масштабе 1:100000 – 1:1000000. Они основаны на аэрокосмических снимках и позволяют проанализировать закономерности распространения и развития наблюдаемых явлений.

В зависимости от цели и задач проведения мониторинга земель, необходимо определить конкретный перечень карт, их структуру, систематическое и технологическое обеспечение их создания и использования. Так, для выявления деградации земельных ресурсов необходима подготовка следующих типов карт:

Фактические карты:

- цифровые ортофотопланы (М 1:2000; подготавливаются на основе аэро- и космоснимков, обновляются ежегодно; показывают воссозданную максимально достоверную земную поверхность);

- цифровые топографические планы (М 1:2000; подготавливаются на основе аэроснимков, обновляются с периодичностью исходных ортофотопланов; служат готовой основой, на которую накладываются различные слои о деградационных процессах и т.д.);

- цифровая картографическая основа (М 1:10000; подготавливаются на основе аэро- и космоснимков, обновляется с периодичностью исходных ортофотопланов);

- карта фактического содержания в почве химических веществ (М 1:25000, съемка происходит по специальному заказу; показывает воздействие загрязнения на различные контактирующие среды);

- карта фактического уровня грунтовых вод (М 1:25000; съемка происходит по специальному заказу; показывает уровень залегания грунтовых вод);

- карта фактической эродированности земель (М 1:25000; отражает контура земельных участков с разной степенью эродированности).

Аналитические карты:

- карта зон загрязнения земель химическими веществами (выделяет контуры и уровни загрязнения);

- карта подтопления земель (отображает степень риска подтопления территорий грунтовыми водами);

- карта засоления (показывает площади, занимаемые под засоленными почвами и возможное их распространение);

- карта категории эрозионно-опасных земель (отражает контура земельных участков с разной категорией эрозионной опасности).

Карты динамики:

- карта динамики загрязнения земель (отображает разницу содержания количества вредных веществ и степени загрязнения земель в течении нескольких периодов);

- карта динамики подтопления земель (отображает изменения в размерах зон подтопления территорий в течении нескольких периодов);

- карта динамики засоления (показывает изменение степени и количества засоления почв в течении нескольких периодов);

- карта динамики развития эрозионных процессов (показывает развитие эрозионных процессов в различных направлениях в течении нескольких периодов).

Оценочные карты:

- карта опасности загрязнения земель (отображает возможную опасность и оценку земель по их загрязнению);

- карта опасности подтопления земель (отображает оценку степени опасности подтопления территорий грунтовыми водами);

- карта опасности засоления земель (показывает сравнение и ранжирование различных областей засоления земель по приоритетности);

- карта опасности развития эрозионных процессов (показывает потенциальную опасность развития процессов эрозии).

Полученная различными методами информация об изменении состояния земельных ресурсов, произошедшем за несколько периодов наблюдений, отражается на картах динамики, которые могут быть как аналоговыми, так и статистическими. Информация на таких картах должна отвечать на вопросы, что и где происходило с земельными ресурсами с течением времени, каковы тенденции и скорость изменений, а также информацию о причинах, объясняющих различные изменения, связанные с земельными ресурсами. Все это получается путем синтеза информации из карт изменений, которые для целей выявления деградации земель представляют собой топографические карты масштабов 1:100000 и 1:200000, на которых отображены данные, показывающие произошедшие изменения местности (эрозионные процессы; земли, подверженные загрязнению; затопленные и заболоченные участки местности и т. п.) [8], [9].

Так как карты имеют определенный диапазон точности и детальности содержания, а также задачи пользователей различны, то необходима система группировки мониторинговых карт деградационных процессов земельных ресурсов по способу работы с ними.

В этом отношении их можно разделить на обзорные, операционные и измерительные (метрические). К первой группе относятся преимущественно мелкомасштабные карты, предназначенные для визуального восприятия и анализа, а также для принятия решений. Ко второй группе - карты среднего масштаба, с содержанием которых можно выполнять различные аналитико-синтетические операции графическими, математическими и геоинформационными методами для получения новых сведений и знаний, производных карт и для подготовки плановых решений и экспертных оценок. К третьей группе относятся крупномасштабные карты, по которым можно выполнять измерительные и проектные работы ручными или геоинформационными средствами [9].

Все карты, представляют собой часть единой многоуровневой информационной системы, поэтому применительно для них были разработаны следующие принципиальные требования:

1. Требование нормативной обеспеченности. Разработка различных карт необходимо осуществлять в соответствии с установленными законодательством нормативно-правовых документов.
2. Требование последовательности. Проведение процессов картографирования рассчитывает следующий порядок действий: построение карт регистрации свойств и карт анализа состояния – до создания прогнозных карт.
3. Требование определённости. Картографирование должно выполняться таким способом, чтобы на каждой отдельно полученной карте гарантировалось единственное относительно другой части территории к какой-либо одной и только одной учетной или же ориентировочной, прогнозной зоне по сформированному признаку.
4. Требование непрерывности. Обновление всех мониторинговых карт, происходит при помощи обновления данных по учету различных свойств земельных ресурсов в рабочем режиме.
5. Требование информационной совместимости. Необходимо применять только государственные или местные системы координат, едины коды и единицы, что позволит использовать полученные данные в других самостоятельных системах.
6. Требование доступности. Полученная информация о состоянии земельных ресурсов должна быть систематизирована и доступна для конкретных пользователей [9], [10].

Обобщая сказанное, отметим, что картографический метод отображения и представления мониторинговой информации о состоянии и использовании земельных ресурсов представляется весьма эффективным на всех стадиях процесса мониторинга земель.

Различаясь по своему содержанию и практической направленности, карты, сформированные в результате его применения, в целом формируют массив базы данных для фиксации и прогнозирования развития деградационных процессов земельных ресурсов.

В перспективе картографической составляющей должна быть отведена адекватная ее возможности основополагающая роль в организации и функционировании системы мониторинга земель по выявлению, фиксации и прогнозирования развития деградационных процессов.

Конфликт интересов Не указан.

Conflict of Interest None declared.

Список литературы / References

1. Государственный (национальный) доклад о состоянии и использовании земель Российской Федерации // //Федеральная служба государственной регистрации, кадастра и картографии, 2020. [Электронный ресурс] URL: https://rosreestr.gov.ru/site/activity/gosudarstvennyy-natsionalnyy-doklad-o-sostoyanii-i-ispolzovanii-zemel-rossiyskoy-federatsii/ (дата обращения: 24.10.2020).
2. Башоров, В.А. Эколого-экономический мониторинг земельных ресурсов / В.А. Башоров. - М: ГП УСЗМинсельхозпрод России. - 1998. - 97с.
3. Шаповалов, Д.А. Методические основы мониторинга земель: учебное пособие / Д.А. Шаповалов, П.В. Клюшин, А.А. Мурашева; Гос. ун-т по землеустройству. - М., 2010.
4. Шубин М.А. Картографическое обеспечение мониторинга инженерно-геологических процессов на основе ГИС-технологий / М.А. Шубин // Природные системы и ресурсы, 2018, №4. - С. 64-69.
5. Николаева О.Н. Роль картографического метода исследования в экологическом мониторинге окружающей среды / О.Н. Николаева, А.Л. Ромашова // Интерэкспо Гео-Сибирь, 2009, №2. - С. 69-72.
6. Николаева О.Н. Роль картографического метода исследования в решении проблем радиационной обстановки окружающей среды / О.Н. Николаева, А.Л. Ромашова, О.А. Волкова // Вестник СГГА, 2012, - Вып. 1 (17). - С. 104-108.
7. Сизов А.П. Новые подходы к картографированию результатов мониторинга земель сверхкрупного города / А.П. Сизов // Изв. высш. учеб. завед. Геодезия и аэрофотосъемка, 2010, № 5. - С. 63-71.
8. Неганова, И.И. Использование планово-картографических материалов при ведении государственного мониторинга земель / И.И. Неганова // Молодой ученый. - 2018. - № 50 (236). - С. 48-51.
9. Лебедев П.П. Карты в системе мониторинга земель (СМЗ) / П.П. Лебедев, А.П. Сизов, А.В. Донцов // Московский экономический журнал, 2018, №5 (1). - С. 66-74.

Список литературы на английском языке / References in English

1. Gosudarstvennyj (nacional'nyj) doklad o sostojanii i ispol'zovanii zemel' Rossijskoj Federacii [State (national) report on the state and use of land in the Russian Federation] // Federal'naja sluzhba gosudarstvennoj registracii, kadastra i kartografii [Federal service for state registration, cadastre and cartography], 2020. [Electronic resource] URL: https://rosreestr.gov.ru/site/activity/gosudarstvennyy-natsionalnyy-doklad-o-sostoyanii-i-ispolzovanii-zemel-rossiyskoy-federatsii/ (accessed: 24.10.2020). [in Russian]
2. Bashorov, V. A. Jekologo-jekonomicheskij monitoring zemel'nyh resursov [Ecological and economic monitoring of land resources] / V. A. Bashorov. - M: GP Essentialist Russia. - 1998. – 97p. [in Russian]
3. Shapovalov, D. A. Metodicheskie osnovy monitoringa zemel' [Methodical bases of monitoring of lands]: a textbook / D. A. Shapovalov, P. V. Klyushin, A. A., Murasheva; GOS. University of land management. - M., 2010. [in Russian]
4. Shubin M. A. Kartograficheskoe obespechenie monitoringa inzhenerno-geologicheskih processov na osnove GIS-tehnologij [The Cartographic monitoring of engineering-geological processes on the basis of GIS-technologies] / M. A. Shubin // Prirodnye sistemy i resursy [Natural systems and resources], 2018, No. 4. - P. 64-69. [in Russian]
5. Nikolaev O. N. Rol' kartograficheskogo metoda issledovanija v jekologicheskom monitoringe okruzhajushhej sredy [The role of cartographic method of research in the ecological monitoring of environment] / O. N. Nikolaev, L. A. Romashova // Interjekspo Geo-Sibir' [Interexpo Geo-Siberia], 2009, No. 2, Pp. 69-72. [in Russian]
6. Nikolaeva O. N. Rol' kartograficheskogo metoda issledovanija v reshenii problem radiacionnoj obstanovki okruzhajushhej sredy [The Role of cartographic research method in solving problems of radiation environment] / O. N. Nikolaeva, A. L. Romashova, O. A. Volkova // Vestnik SGGA, 2012, - Issue 1 (17). - Pp. 104-108. [in Russian]
7. Sizov A. P. Novye podhody k kartografirovaniju rezul'tatov monitoringa zemel' sverhkrupnogo goroda [New approaches to mapping the results of monitoring the land of a super-large city] / A. P. Sizov // Izv. vyssh. ucheb. zaved. Geodezija i ajerofotos#emka [Izv. studies'. no. Geodesy and aerial photography], 2010, no. 5. - Pp. 63-71. [in Russian]
8. Neganova, I. I. Ispol'zovanie planovo-kartograficheskih materialov pri vedenii gosudarstvennogo monitoringa zemel' [Use of planning and cartographic materials in the conduct of state land monitoring] / I. I. neganova // Molodoj uchenyj [Young scientist]. - 2018. - № 50 (236). - Pp. 48-51. [in Russian]
9. Lebedev P. P. Karty v sisteme monitoringa zemel' (SMZ) [Maps in the land monitoring system (SMZ)] / P. P. Lebedev, A. P. Sizov, A.V. Dontsov // Moskovskij jekonomicheskij zhurnal [Moscow economic journal], 2018, №5 (1). - Pp. 66-74. [in Russian]