Дистанційне зондування землі і моніторинг деградації ґрунтів

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Харківський національний аграрний університет ім. В.В. Докучаєва

Дистанційне зондування землі і моніторинг деградації ґрунтів

Л.М. Казаченко

канд. техн. наук, доцент

Д.А. Казаченко

здобувач

Постановка проблеми. Проблема своєчасного виявлення процесів деградації ґрунту та можливості ГІС-технологій та ДЗЗ як найсучасніших в Україні є дуже важливим в різноманітних галузях. Сучасне програмне забезпечення дозволяє спрогнозувати розвиток негативних явищ та попередити їх вплив на довкілля. У низці законів України: «Про охорону земель», «Про моніторинг», «Про державний контроль за використанням і охорони земель» йдеться про охорону тих земель, що потребують особливої уваги з боку держави. Такими землями є деградовані, ерозійно-небезпечні, зсувні, забруднені землі, малопродуктивні угіддя.

Аналіз останніх досліджень та публікацій, присвячених вирішенню цієї проблеми. Наявність великої кількості наукових публікацій з питань застосування ГІС-технологій та систем наземного базування і ДЗЗ у вирішенні питань моніторингу довкілля, розглядається у працях С.Ю. Булигіна та В.М. Кривова (Булигін, 2004; Кривов, 2006). Створення центру космічного моніторингу екологічного стану довкілля висвітлено в праці Г.Я. Красовського (Красовський, 2009).

Формулювання цілей статті. Здійснення моніторингу деградованих земель та ерозійно-небезпечних територій можливо завдяки використанню сучасних ГІС-технологій та ДЗЗ. Для своєчасного реагування на негативні процеси деградації ґрунтового покриву і прийняття управлінських рішень весь час потрібна своєчасна інформація і створення відповідної бази даних. Потрібне прогнозування розвитку негативних процесів руйнації, які в наш час досягають дуже великих розмірів на сільськогосподарських угіддях та призводять до зменшення площ орних земель та її якісного стану.

Виклад основного матеріалу. У системі землеустрою для здійснення природоохоронної діяльності, встановлення контролю за використанням земель сільськогосподарського призначення, що виконує роль товарного виробництва потрібно вести постійні спостереження - моніторинг. Для точного відображення раціонального використання земель необхідно мати базу даних для поповнення періодичної інформації, побудови динаміки розвитку негативних процесів.

У наш час з розвитком ГІС-технологій і доступної космічної інформації, яка є у вільному доступі в Інтернеті - це і кадастрова карта з різними інформаційними шарами, яку вже мають управлінці різного рангу, і органи місцевого самоврядування, і органи контролю за використанням та охорони земель для прийняття управлінських рішень. Завдяки ГІС-технологіям, дистанційному зондуванню Землі з космічного простору, що відображено на космічних знімках, можна вести постійні спостереження - моніторинг. Це стосується розвитку негативних явищ - еродованості земель, процесів зсувів, малопродуктивності орних земель.

Об'єктом нашого дослідження були деградовані землі інтенсивного використання Охоченської сільської ради Нововодолазького району Харківської області, що знаходиться у приватній власності громадян, які уклали довгострокові договори оренди з орендарем - приватним сільськогосподарським підприємством СПАТ «Охоче» площею 1655,0489 га. Територія підприємства представлена в основному схиловими землями, крутістю від 1-3°, 3-5°, 5-7°. Нашими дослідженнями встановлено, що кожний рік землі в обробітку підприємства знаходиться все менше і менше, тобто земля деградує під впливом агротехнічних засобів. Для досягнення означеної мети ми застосували дані дистанційного зондування Землі з космічного простору. За даними дешифрування космічного знімку ми мали приблизне місце розташування земельного масиву з наявними негативними процесами. На представленому космічному знімку великої роздільної здатності можна побачити процеси еродованості, величину змитості та засоленості ґрунтового покриву.

Рис. 1. Космічний знімок території Охоченської сільської ради Нововодолазького району

На представленому космічному знімку (рис. 1) еродованість орних земель досягла дуже великих розмірів - яружно-балкова система розрізає всю територію на невеликі земельні масиви. Кожен рік ерозія ґрунтів поглинає все більше орних земель, на космічному знімку минулих років зовсім інша ситуація. На цьому космічному знімку представлені земельні масиви інтенсивного сільськогосподарського використання з наявними процесами деградації ґрунтового покриву. Деградація ґрунту відбувається під час механічного впливу машино тракторних агрегатів і ґрунтооброблюючих знарядь, внесення агрохімікатів, збору врожаю, які змінюють характерні для природного ґрунту обмін речовин і енергії.

Метою нашого дослідження було за даними багаторічних спостережень - геодезичного детального вертикального знімання - отримати координати меж земельного масиву з розвитком ерозійних процесів та побудувати динаміку подальшого розвитку негативного явища і зробити прогнозні висновки. На космічному знімку оглядової кадастрової карти ми виявили земельні масиви з наявними руйнівними ерозійними процесами на сільськогосподарських землях, які постійно поширюються внаслідок чого, з кожним роком площа ріллі зменшується, а відповідно і зменшується здатність товаровиробника отримувати сільськогосподарську продукцію. Ми дослідили напрямок обробітку ґрунту на схилових землях, який не завжди відповідав правильному - впоперек схилу. Також на еродованих землях не посаджені лісосмуги, які виконують ґрунтозахисну роль. У результаті землевпорядного обстеження території, геодезичних даних, отриманих у процесі детального геодезичного знімання було побудовано межі земельного масиву еродованої ріллі. У результаті ґрунтового обстеження було виділено 9 ґрунтових відмін і за цими даними ми побудували картограму агровиробничих груп ґрунтів (рис. 2).

Рис. 2. Фрагмент картограми агровиробничих груп ґрунтів, де різними кольорами виділені ґрунтові відміни

Ґрунти підприємства СПАТ «Охоче» загальною площею 1655,0489 га представлено в табл. 1.

Таблиця 1. Експлікація агровиробничих груп ґрунтів СПАТ «Охоче»

Тобто найбільші площі займають такі ґрунти: 55е - 620,4437 га, 53е - 555,0812 га, 55л - 178,0611 га, 56е - 168,7905 га, 57е - 96,7195 га.

Ґрунти 53е - чорноземи типові малогумусні та чорноземи сильнореградовані важкосуглинкові площею 555,0812 га віднесені до переліку особливо цінних ґрунтів (затвердженого Наказом Держкомзему від 06.10.2003 р. № 245), які є землями інтенсивного сільськогосподарського використання.

У проектах землеустрою, що забезпечує еколого-економічне обґрунтування сівозмін та впорядкування угідь, проводиться землевпорядне обстеження ріллі, визначається крутість схилу і ступінь еродованості (змитості) земель. У нашому випадку ми зробили вертикальне геодезичне знімання території для прогнозування розвитку ерозійних та деградаційних процесів ґрунтового покриву та виділення площі земельних масивів для раціонального використання.

Для виявлення таких небезпечних територій потрібен час, кошти, транспорт, прилади, спеціалісти, тобто цей процес є дорогим і довготривалим. Застосування даних ДЗЗ з космічного простору економить час, кошти і дає інформацію про сучасний стан використання землі, розвиток ерозійних та деградаційних процесів ґрунтового покриву. У табл. 2 відображено крутість схилів досліджуваної території.

Рис. 2. Фрагмент картограми крутості схилів і еродованості земель

На картограмі відмічено різними кольорами різні зони крутості схилів, штриховими лініями показано зони еродованості земель. Як бачимо з картограми, найбільші площі займають зони крутості від 0-1° та 1-2°. Зони крутістю схилів 3-5° займають у господарстві понад 200 га. В експлікації (табл. 2) наведено аналіз земель підприємства за крутістю схилів.

Таблиця 2. Експлікація земель за крутістю схилів СТОВ «Охоче»

Було зроблено агротехнологічне і агроекологічне групування орних земель. Так, до І агротехнологічної групи віднесли орні землі площею 1423,729 га (до неї віднесені землі крутістю схилів від 0-3°), до ІІ - 208,909 га, до ІІІ - 22,410 га. На землях І агротехнологічної групи зона необмеженого землеробства, ІІ агротехнологічна група - змиті та еродовані землі зона обмеженого землеробства, ІІІ - ґрунтозахисна група або група консервації земель.

Під час розробки проектів землеустрою, що забезпечують еколого-економічне обґрунтування сівозмін та впорядкування угідь, використовують інформацію, яка є вкрай необхідною для прийняття проектних рішень та пропозицій щодо подальшого використання деградованих та ерозійно-небезпечних земель. Для отримання повної інформації під час розробки проектних рішень, як правило, використовують застарілі матеріали ґрунтового обстеження, які за роки господарювання зазнали значних змін якості ґрунтового покриву. Ми провели ґрунтове та землевпорядне обстеження згідно з яким отримали дані про ґрунтовий покрив, змитість і еродованість означеного земельного масиву СПАТ «Охоче». У своїх дослідженнях ми використали дані дистанційного зондування Землі.

На оглядовій кадастровій карті, яка є у вільному доступі в Інтернеті, є різні інформаційні шари, це і дані про задокументованих землевласників і землекористувачів, і дані про адміністративно-територіальний устрій, і дані цільового використання землі тощо. Ми використали спочатку дані про землекористувача СПАТ «Охоче» і про земельні ділянки, які є в користуванні на умовах оренди. За допомогою даних космічного базування Землі можливо досить швидко визначити межі досліджуваних територій, визначити приблизні площі і координати досліджуваних територій, тим самим скоротити час проведення обстежень. Для швидкого реагування та прийняття управлінських рішень щодо подальшого використання деградованих земель необхідно мати таку інформацію. Основною метою застосування GIS-технологій та даних ДЗЗ є швидке виявлення територій, що зазнали процесу деградації ґрунтового покриву та можливе прогнозування розвитку негативних явищ.

Для прогнозування подальшого розвитку руйнації ґрунтового покриву земель сільськогосподарського використання, які знаходяться у власності громадян і які передані в оренду землекористувачам для здійснення підприємницької діяльності - ведення товарного сільськогосподарського виробництва потрібно було провести аналіз і змоделювати розвиток негативних явищ - руйнації ґрунтового покриву. За допомогою космічних знімків було виявлено земельні масиви, які потребують особливої уваги і здійснення протиерозійної організації території.

Вертикальне геодезичне знімання території з виявлення степеня розвитку ерозії ґрунту ми проводили один раз на рік - восени протягом 5 років за 2012-2017 рр. За даними наших спостережень - вертикального геодезичного знімання території дослідження було виявлено розповсюдження де градаційних процесів ґрунтового покриву - спостерігався ріст яружно-балкової системи.

Рис. 3. Проектні рішення раціонального використання земель - деградовані змиті землі, які належать до ІІ і ІІІ агротехнологічної групи, використати у ґрунтозахисній сівозміні, решту ріллі - у польовій (умовними позначеннями показано: польову та ґрунтозахисну сівозміни та агротехнічні заходи - стрілками напрямок обробітку ґрунту)

Для встановлення дійсної картини об'єкта деградації було зроблено детальне геодезичне знімання цієї території, визначено розміри земельного масиву, його загальну площу. За допомогою сучасного високоточного геодезичного обладнання - електронного тахеометра і GPS-приймача було зроблено координування кожної поворотної точки окремої земельної ділянки для отримання інформації про ступінь деградації ґрунтового покриву.

У результаті комп'ютерної обробки результатів геодезичних вимірів за допомогою сучасних геодезичних програм ми одержали координати земельного масиву, координати об'єктів деградації кожної земельної ділянки. Було виявлено, що площа руйнівного об'єкта збільшилася за 5 років, і відповідно площа ріллі зменшилася. Коли порівняли площу еродованої ріллі, то за нашими спостереженнями за 5 років було втрачено 24,3567 га орних земель - вони сповзли в яр. Тобто можна констатувати, що 1,47 % ріллі втратилося назавжди.

За даними наземного геодезичного знімання та комп'ютерної обробки результатів геодезичних вимірів, ми отримали ряд координат земельних масивів та побудували картографічне зображення розвитку ерозійних процесів різних років, результати оформили в таблиці і побудували модель розвитку деградаційних процесів руйнування поверхневого шару ґрунту.

За даними багаторічних спостережень - вертикального і горизонтального геодезичних знімань території було створено базу даних шляхом обробки геодезичних даних і внесення до відповідних комп'ютерних програм. За допомогою програмного забезпечення ми побудували тривимірну модель розвитку деградації ґрунтового покриву - розповсюдження ерозійних процесів.

Рис. 4. Тривимірні моделі розвитку процесів деградації ґрунтового покриву (помітні зміни в рельєфі: намитість і поглиблення ерозії)

Такі прояви руйнівних процесів ґрунтового покриву потрібно вносити до бази даних Державного земельного кадастру через районні відділи (управління) Держгеокадастру для періодичної інформації про земельні ділянки, що є ерозійно небезпечними та потребують охорони з боку держави. Так, до бази даних Держгеокадастру вноситься певні дані про земельні ділянки, землевласника та землекористувача, встановлюються межа за геодезичними координатами і категорія земель та її цільове призначення при оформленні правовстановлюючих документів на земельну ділянку право власності або користування, договір оренди землі.

Сучасні геоінформаційні технології дозволяють забезпечити потрібний постійний контроль спостереження об'єкта - моніторинг шляхом створення потрібної комп'ютерної бази даних. За допомогою використання космічних знімків великого масштабу можна побачити розвиток ерозійних процесів певної земельної ділянки і за певного масштабування космічного знімку можна встановити розміри земельних ділянок, а також їх приблизну площу.

Під час космічного базування ДЗЗ встановлюється система спостережень за різними наземними об'єктами або розвитку процесів. В аграрній галузі за допомогою космічного знімку можна встановити розміри засіяного поля, поля під бур'янами, розміри лісосмуг, польових шляхів, тобто можливості дуже великі.

Нашими дослідженнями було встановлено розміри і площу масиву деградованих земель, розташованого на території Охоченської сільської ради Нововодолазького району Харківської області, та отримано картографічне зображення еродованої території, побудовано тривимірну модель розвитку ерозійних процесів.

Дешифрування космічних знімків дозволяє встановити об'єкти деградації ґрунтового покриву. При накладанні на растр електронної цифрової карти ми одержали растрове зображення місцевості з нанесенням визначуваного земельного масиву. Космічний знімок масштабували до масштабу плану земельного масиву і в результаті було одержано космічне зображення масиву, яке майже не відрізнялося за розмірами і площею.

Моніторинг деградованих земель можливо вести за допомогою даних ДЗЗ. Нами було картографовано прояви деградації ґрунтів і внесено до бази даних ДЗК.

За допомогою ДЗЗ одразу були виявлені території порушених земель, що було швидким реагуванням на процеси деградації ґрунтового покриву для агротехнічних заходів з точним розрахунком прямих капіталовкладень на ту площу і те місце, де це потрібно.

За нашими спостереженнями, за 5 років було втрачено 24,3567 га орних земель - вони сповзли в яр. Тобто можна констатувати, що 1,47 % ріллі втратилося назавжди.

За створеною базою даних з допомогою програмного забезпечення побудовано тривимірну модель прогнозування розвитку ерозійних процесів та оптимізовано землекористування СПАТ «Охоче».

Список літератури

деградація ґрунт руйнівний покрив

1. Красовський Г.Я. Інформаційні системи тематичної обробки геодданих в завданнях моніторингу довкілля і природних ресурсів на регіональному рівні / Г.Я. Красовський, О.М. Трофимчук // Можливості супутникових технологій і сприянні вирішення проблем Харківщини: мат-ли наради. - Х., 2009. - С. 65-68.

2. Krasovsky G.Ya., Trofimchuk O.M., 2009, "Information systems of thematic processing of geodata in the tasks of environmental monitoring and natural resources at the regional level", Possibilities of satellite technologies and assistance in solving problems of the Kharkiv region: Materials of the meeting, Kharkiv, pp. 65-68.

3. Булигін С.Ю. Прогноз ерозії ґрунтів для цілей проектування протиерозійно упорядкованих агроландшафтів: методичні вказівки / С.Ю. Булигін. - К.: НАУ, 2004. - 44 с.

4. Bulygin S.Yu., 2004, "Prognosis of soil erosion for the purpose of designing anti-erosion- friendly agro-landscapes", Methodical instructions, Kiev, NAU, 44 p.

5. Кривов В.М. Екологічно безпечне землекористування лісостепу України. Проблема охорони ґрунтів: наук.видання / В.М. Кривов. - К.: Урожай, 2006. - 304 с.

6. Krivov V.M., 2006, "Ecologically safe land use of the forest-steppe of Ukraine. Soil protection problem", Science Edition, Kiev, Harvest, 304 p.

Размещено на Allbest.ru