ПОЧВОВЕДЕНИЕ, 2013, № 11, с. 1294-1315
ГЕНЕЗИС И ГЕОГРАФИЯ ПОЧВ
УДК 631.4:528.92.94
ОРГАНИЗАЦИЯ РЕТРОСПЕКТИВНОГО МОНИТОРИНГА ПОЧВЕННОГО ПОКРОВА И ЗЕМЕЛЬ АЗОВСКОГО РАЙОНА РОСТОВСКОЙ ОБЛАСТИ*
© 2013 г. А. В. Брызжев, Д. И. Рухович, П. В. Королева, Н. В. Калинина, Е. В. Вильчевская, Е. А. Долинина, С. В. Рухович
Почвенный институт им. В.В. Докучаева РАСХН, 119017, Москва, Пыжевский пер., 7
e-mail: landmap@yandex.ru Поступила в редакцию 27.02.2013 г.
Обоснована возможность ведения ретроспективного мониторинга состояния почв и земель на принципах актуализации дешифровочных признаков доступных материалов дистанционного зондирования (ДЗ). Дана характеристика использованных в работе материалов ДЗ, топографических карт, необходимых для решения проблемы. Установлено, что задача выявления временной изменчивости почв и земель возможна на трех типах материалов ДЗ, которыми покрыта вся сельскохозяйственная территория страны. Дана информация о доступности и путях получения этих материалов. Разработана методика мониторинга почвенно-земельного покрова и реализована в виде технологии ГИС. Разработаны классификация использования земель и классификация динамики землепользования.
Ключевые слова: почвоведение, геоинформатика, цифровые модели рельефа, почвенные карты.
Б01: 10.7868/80032180X13110026
ВВЕДЕНИЕ
Почва как биокосное тело является мало изменчивой во времени по сравнению с изменчивостью флоры, фауны, климата, гидрографии. Более того, почва как зеркало ландшафта меняется вслед за изменениями более динамичных параметров [3]. Развивается почва во времени и без изменения внешних факторов в силу протекающих почвенных процессов. По отношению же к большинству геологических факторов почва совсем не косное тело и обладает высокой изменчивостью. Но в настоящее время появляется и все усиливается дополнительный фактор воздействия на окружающую среду — антропогенное вмешательство, в целом оно сравнимо с геологическими процессами слабой интенсивности [1].
Изменчивость почвы под влиянием антропогенных воздействий возрастает на порядки. Наиболее масштабное воздействие на почву человек оказывает при вовлечении земель в сельскохозяйственную эксплуатацию. Оно имеет разную степень интенсивности, а, следовательно, дает и различную нагрузку на почву. Так, коренное мелиоративное воздействие может в кратчайшие сроки привести к переходу автоморфных и полугидро-
*Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (грант № 13-07-00538).
морфных почв в гидроморфную стадию развития, а может перевести почвы автоморфного ряда в солончаки (рис. 1Б а—г). В то время как пастбищное воздействие, как правило, прекращается уже на стадии деградации растительного покрова, что может привести к усилению ветровой эрозии, но коренных изменений в почве может и не произвести (рис. 2А). Антропогенное воздействие может привести к разнонаправленным процессам одной и той же исходной почвы, например, серая лесная почва может оподзоливаться под хвойным лесом и становится черноземовидной при возделывании сельскохозяйственных культур [14].
В ряде регионов РФ сельскохозяйственная освоенность территории превосходит 80%. То есть практически вся изменчивость почвенного покрова (ПП) связана с сельскохозяйственным производством. Как показывает опыт, изученность динамики ПП в этих регионах слабая. При изучении ПП связь его изменчивости с интенсификацией сельского хозяйства масштабно не устанавливалась. Почвенная съемка территорий никак не связана с сельскохозяйственным использованием (рис. 1А, 3Е). Вывод земель из оборота и вовлечение почв в сельскохозяйственный оборот не отслеживаются.
На основании имеющихся в настоящее время материалов практически невозможно ответить на
А
Б
Рис. 1. Различные технологии создания карт: А — фрагменты карт Московской обл.: а - традиционная технология, б - технология "пластика рельефа"; Б — фрагменты карт засоления почв Голодной степи (степени засоления, мг-экв/100 г почвы: 1) 1-2, 2) 2-4, 3) 4-6, 4) >6): а - 1985 г., б - 1986 г., в - 1988 г., г - 1989 г.
Рис. 2. Актуализация карт: А — Чеченской Республики: а — фрагмент исходной почвенной карты, б — актуализация почвенной карты на 1988 г., в — актуализация почвенной карты на 1999 г. (Ксксд — светло-каштановые карбонатные слабодифференцированные, Кклснск — каштановые орошаемые карбонатные остаточно-луговатые солонцевато-засоленные, Кллтк — луговато-каштановые карбонатные, Лглск — луговые орошаемые засоленные, Пзс — пески средне-и слабозакрепленные, Пз — пески закрепленные); Б — Азовского р-на Ростовской обл.: а — фрагмент внутрихозяйственного деления, б — актуализация внутрихозяйственного деления на 1990 г. по снимку Landsat 5ТМ 30 м, в — актуализация внутрихозяйственного деления на 2000 г. по снимку Landsat 7 ЕТМ+ 15 м.
я
о л и
о и
и to и
м
К
и %
В
■ 0 250 500II М -]М| 1 0 250 50011
Н|зоЩ| /р] \\ 5294 / И \\ / \\ 53J2 1 // \ X V X Ii Дге370С=! 6, ет ———' 5302
/ 53
ж Mjflffl jttfflj 5388 * II j I
у 6274.: • t
Рис. 3. Динамика землепользования части Азовского р-на Ростовской обл. и материалы, используемые для актуализации карт: А — снимок IRS 6 м, актуализация на 2010 г.; Б — материалы с сайта Google 1 м, актуализация на 2010 г.; В — ортофотоплан 0.6 м, актуализация на 2010 г.; Г — топооснова масштаба 1 : 25000; Д — план внутрихозяйственного землеустройства 1970 г.; Е — почвенная карта масштаба 1 : 10000; Ж — схема кадастрового деления; 3 — съемка разведывательного спутника США 1968 г. 2.8 м с актуализацией карты землепользования; И — общие контуры землепользования и динамика некоторых участков: 1 — участки динамики 1990—2000 гг., 2 — участки динамики 2000—2010 гг., 3 — участки, динамичные по типу землепользования на протяжении всего периода исследований (1990—2010 гг.).
О та м
S
£
К
тз и н тз
о о я
и
п
S и Я
О
О
О
я я
Ö тз
я я
53
я
о л а
и
я я
о
о
я
о
es
о
а
>
ы
чо
вопросы о степени и причинах изменчивости ПП и землепользования.
Сложность оценки динамики ПП и земельного покрова (ЗП) связана в немалой степени с технологическими проблемами. Сравнение более двух карт на бумажной основе затруднено [6, 10], в то время как цифровая картография открывает новые горизонты мониторинга [15, 17, 21, 23].
Целью данной работы является выявление изменений землепользования и ПП, а также связи между ними. Поскольку нам не удалось обнаружить методику, пригодную для поставленных целей, то одной из задач работы является разработка и адаптация такой методики.
Для данного исследования ПП и ЗП не являются синонимами. Понятие ПП для данной работы вполне традиционно и подразумевает под собой кору выветривания, подвергнутую инструментально измеримой биологической трансформации. Под ЗП понимается поверхность планеты с указанием типа землепользования. Под типом землепользования подразумевается не форма собственности, а только варианты воздействия на поверхность почвы. Классификатор к составленным нами картам землепользования представлен в табл. 1.
ПП и ЗП тесно связаны друг с другом и оказывают взаимное влияние. Как правило, трансформация ЗП происходит значительно быстрее. Посадка лесополос для предотвращения ветровой эрозии переводит тип землепользования из обрабатываемой пашни в лесные насаждения, в то время как ПП под лесополосой поменяется значительно позже, или не изменится за время исследования. Под докучаевскими лесополосами сохраняются черноземы.
С другой стороны, те же лесополосы в сочетании с дорожной сетью, идущей вдоль них, влияют на перераспределение влаги, как в виде внутри-почвенных потоков, так и поверхностных водотоков. Изменение увлажнения неизбежно ведет к смене процессов почвообразования и самих почв. Изменение же ПП, в свою очередь, может обусловливать и изменение землепользования. Например, перекрытие водотоков уплотнением грунтовых дорог и лесополос вызывает застой влаги, развитие процессов олуговения и подтопления, что со временем делает невозможным пахотную обработку переувлажненного участка и может разделить поле на части (рис. 2Б б, в, 3Б, З).
С точки зрения поставленной задачи необходимо ввести понятие поля, как объекта мониторинга сельскохозяйственных земель. Это понятие введено авторами при разработке методических рекомендаций агрохимической службе и для ор-
ганизации сельскохозяйственной переписи 2006 г Под полем понимается часть поверхности земного шара, предназначенная для сельскохозяйственной эксплуатации, пригодная для однотипной сельскохозяйственной обработки, ограниченная естественными разделителями: дорогами, оврагами, реками, лесополосами, постройками и т.д.
ОБЪЕКТ И МЕТОДЫ
Наиболее интенсивным регионом сельскохозяйственной эксплуатации РФ является Южный федеральный округ. Отработка методики именно в этом регионе, где уровень распаханности превышает местами 80%, неслучайна. Очевидно, что изменение землепользования требует площадных или пространственно распределенных исследований. Такие исследования трудоемки даже на уровне сбора исходной информации. С одной стороны, выбор объема работ обусловлен исключительно техническими возможностями исследователя. С другой стороны, авторы стремились придать исследованиям картографическую законченность. Компромиссом являлось изучение одного административного района. Выбран Азовский р-н Ростовской обл. Временной интервал для исследования определен разработанной методикой и анализом собранных материалов. В данной статье период исследования ограничен 1990—2010 гг., но в ходе работ выявлена возможность увеличения временного диапазона с 1968 по 2012 гг.
Достижение поставленных целей возможно методами мониторинга почвенного и земельного покрова. В основу исследования изменчивости почвенного и земельного покрова в данной работе положен метод составления карт на разные годы и сравнение их между собой. Выбор осуществлен из нескольких типов мониторинга:
1. Точечный мониторинг.
1.1. Собственно точечный.
1.2. Ключевой.
1.3. Метод трансект.
2. Точечный пространственно распределенный.
2.1. На регулярных сетях (GRID).
2.2. На нерегулярных сетях (TIN).
3. Пространств
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.