Применение геоинформационного картографирования для оценки состояния агроландшафтов Северного Приволжья (стр. 1 из 2)

Применение геоинформационного картографирования для оценки состояния агроландшафтов Северного Приволжья

Н.П. Канатьева 1, Ф.Н. Лисецкий 2, П.А. Украинский 2

Арзамасский филиал Нижегородского государственного университета им. Н.И. Лобачевского

Белгородский государственный национальный исследовательский университет

Проведена оценка влияния рельефа на функционирование агроландшафтов региона. Определено значительное влияние показателя эрозионного потенциала рельефа на территориальную дифференциацию процессов трансформации пашни. Применение методов геоин- формационного картографирования обеспечивает точность пространственного анализа основных морфометрических показателей и позволяет применить полученные результаты в агроэкологическом районировании.

Введение

Кризисное состояние, установившееся в сфере сельскохозяйственного производства, сопровождалось трансформацией системы землепользования и прогрессированием почвенно- деградационных процессов. Их регулирование и формирование экологически устойчивых ландшафтов определяет необходимость в экологическом каркасе территории на региональном уровне. Решение этой задачи должно быть основано на методе агроэкологического районирования - одного из компонентов адаптивно-ландшафтного земледелия. Такой подход заключается в выделении территорий, однородных по основным факторам - условиям, влияющим на главный показатель качества почвы - почвенное плодородие.

Среди всех факторов почвообразования, рельефу принадлежит ведущее значение в направленности многих естественных процессов [1] и мозаичности их сочетания. Это определяет закономерную территориальную организацию пространства, а морфометрические характеристики рельефа могут выступать в качестве индикатора экологически значимых компонентов ландшафта [2, 3]. Это объясняет широкое применение качественной и количественной информации о рельефе в науках о Земле [4]. Применение методов геоинформационного картографирования позволяет определять количественные показатели рельефа достаточно быстро и легко при обеспечении необходимой точности и объективности пространственного анализа [5]. На сегодняшний день в ГИС-технологиях представлены многочисленные алгоритмы для определения основных или базовых морфометрических показателей, применяемых в геоморфологических исследованиях [6]. При этом в зарубежных [7 и др.] и отечественных [8 и др.] работах применяются различные комбинации морфометрических факторов-предикторов: уклон, экспозиция, система тальвегов, теплообеспеченность, индекс влажности и др. Если оценка эрозионной опасности территории выполняется с целью оптимизации использования ее земельных ресурсов, то объектом оценки выступает потенциальная интенсивность эрозионных процессов в данных климатических и почвенно-геоморфологических условиях, а субъектом - природная или природно-хозяйственная территориальная система соответствующего ранга, а точнее, ее резистентные способности по отношению к деструктивному проявлению эрозионных процессов [9].

Цель работы состояла в оценке влияния морфометрических характеристик рельефа на функционирование агроландшафтов с использованием современных методов геоинформаци- онного картографирования.

Объект и методы исследований

Исследования проведены в пределах Починковского района Нижегородской области, занимающего левобережье среднего течения Алатыря и бассейны его правых притоков - Рудни и Ирести. Геоморфологически территория относится к Сурско-Пьянскому микрорайону Горьковско-Казанского Северного Приволжья с эрозионно-денудационным крупно холмистоувалистым рельефом [10]. Территория отличается сложной ландшафтной структурой (рис. 1).

Рис. 1. Эрозионно-морфологическое районирование.

I - Приокское денудационно-зандровое полесье; II - Починковская лесостепь.

1. - Придолинный район; 2. - Заалатырское левобережье: 2А - Заалатырский ареал, 2Б - ареал водораздельного склона; 3. - Иресть-Руднинский район: 3А - Приирестьский ареал, 3Б - Прируднинский ареал пологого приводораздельного склона, 3В - Учуево-Ирестьский водораздельный; 4. - Рудня-Алатырское междуречье: 4А - Пелько-Алатырское междуречье; 4Б - Атьма-Руднинское междуречье; 5. - Поймы крупных рек

Согласно агроландшафтному районированию [11], алатырское левобережье - это часть агроландшафтного района «Окское полесье», принадлежащего зоне смешанных и широколиственных лесов, со светло-серыми лесными и дерново-подзолистыми почвами. Правобережье р. Алатырь - часть района «Починковская степь» лесостепной зоны с серыми лесными почвами, выщелоченными и оподзоленными черноземами. На правобережье западнее долины р. Рудня распространены серые лесные почвы, а восточнее - глинистые и тяжелосуглинистые черноземы [12].

Пространственная неоднородность региона определяет необходимость зонирования территорий для разработки стратегий рационального природопользования. Большинство существующих схем природного районирования на данную территорию относятся к 60-80 гг. ХХ в., когда использование компьютерных технологий картографирования было весьма ограничено и корректировка таких данных требует больших временных затрат. В этой связи, моделирование процессов, протекающих в ландшафтах на региональном уровне, предполагает использование в качестве основной компоненты данных дистанционного зондирования. Одним из подходов выделения гомогенных территориальных единиц по ряду критериев является автоматизированная классификация, проводимая с использованием ГИС, в которых представление топографических данных осуществляется с помощью цифровой модели рельефа (ЦМР). Для генерации ЦМР были использованы данные гидрографического архива HIDROSEDS разработанного на базе ЦМП SRTM. Предобработка ЦМР заключалась в гидрологической коррекции (заполнение впадин), фильтрации и приведении разрешения растра к 50 м/пиксель, что обеспечило получение топологически корректной гидрологической ситуации территории. В границах агроландшафтных районов проведено эрозионно-морфологическое районирование на основе различий морфологических признаков [13] с оценкой его адекватности параметрам эрозионной сети [14].

Сведения о землеустройстве (1985-1990 гг.), расположении угодий, их площадях, почвенном покрове, эродированности почв, получены анализом карт внутрихозяйственного землеустройства сельхозпредприятий составленных Росгипроземом. Современное состояние пахотных земель (2008-2009 гг.) оценивалось по материалам натурного обследования сельскохозяйственных угодий районной администрацией с последующей корретировкой по сценам Landsat (TM, ETM+) за весеннее-летний период 1988 г. Такая последовательность операций по идентификации земель позволяет исключить ошибку в определении видов угодий.

С целью оценки возможности использования автоматизированного определения природной предрасположенности территории к развитию процессов деградации земель в Северном Приволжье, на основе структурного анализа ЦМР с помощью модулей динамических библиотек открытых геоинформационных систем SAGA и QGIS, обладающих значительным аналитическим потенциалом в ландшафтных исследованиях [15], была разработана факторная карта эрозионного потенциала рельефа. Его количественной характеристикой служит функция морфометрических параметров склона - рельефная функция, для которой за 30 последних лет предложено около 10 различных математических выражений [16].

Результаты и их обсуждение

Влияние морфолитологических факторов района на территориальное распределение и интенсивность современных эрозионных процессов, проявляется через «выборочность» трансформации пахотных угодий, т.е. явления, когда высокие затраты на обработку круто- склонов и мелкоконтурных межовражных участков способствовали сокращению площадей пашни. На территории района это проявилось достаточно наглядно. В Приокском полесье (ареалы 2А, 2Б, 3В) процесс трансформации пашни в залежь к 2009 г. достиг максимума - 100, 94 и 50% соответственно. В Рудня-Алатырском междуречье с черноземными почвами залежи составили 13%. В целом, по району доля неиспользуемой пашни в 2009 г. составила 24%.

Определение степени воздействия эрозионного потенциала рельефа проводили путем извлечения зональной статистики из растровой карты по ячейкам регулярной сети.

Для оценки степени влияния LS-фактора на масштабы и динамику трансформации пахотных земель был использован дисперсионный анализ [17]. Показателем результирующего фактора служила доля неиспользуемой пашни (% от площади пашни 1985 г.), а организующим фактором морфологическое районирование. Оценочными территориальными единицами являлись ареалы, обособленные наложением границ морфологических ареалов и границ сельхозпредприятий. При таком подходе возможна оценка влияния морфологии и морфометрии рельефа на «выборочность» земледельческого освоения.

Анализировали два дисперсионных однофакторных комплекса (табл.). Первый включал все морфологические ареалы (варианты Аъ Въ В1), а второй - только ареалы в пределах Починковской лесостепи (варианты А2, Б2, В2). Использовались три показателя трансформации: А - общая доля неиспользуемой пашни, т. е. суммы площадей залежи и закустаренной пашни; Б - доля залежи; В - доля закустаренной пашни. Такое разбиение позволяет осветить временной аспект процесса, поскольку закустаренные пашни выведены из оборота не менее

8-ми лет назад, а к залежи относилась пашня не используемая более 2-х лет.

Таблица

Влияние морфолитологических условий на трансформацию основного массива пахотных угодий Починковского района

Вариант	Морфолитологические ареалы									П2* (%)	F**
А1	Пойма	1	2А	2Б	ЗА	ЗБ	ЗВ	4А	4Б	53	+
А2		1	-	-	ЗА	ЗБ	ЗВ	4А	4Б	36	+
Б1	Пойма	1	2А	2Б	ЗА	ЗБ	ЗВ	4А	4Б	39	+
Б2		1	-	-	ЗА	ЗБ	ЗВ	4А	4Б	17
В1	Пойма	1	2А	2Б	ЗА	ЗБ	ЗВ	4А	4Б	61	+
В2		1	-	-	ЗА	ЗБ	ЗВ	4А	4Б	26	+
Площадь пашни, % (1985 г.)	2.8	13.3	4.1	5.0	12.0	13.8	4.3	8.94	16.9
Залежь, % (2009 г.)	65.6	9.9	100	93.4	26.4	13.6	49.9	1.9	18.6
LS (1985г.)	0.0	1.38	3.25	1.34	2.16	1.61	1.89	3.37	3.96
LS (2009г.)	0.0	1.38	-	1.05	1.88	1.48	1.05	3.32	3.93

*П2 (%) - доля влияния организованного фактора (%); **+ - различие (F) достоверно при вероятности 0,95- LS (1985 и 2009 гг.) - эрозионный потенциал рельефа