В. С. Крыщенко, О.М. Голозубов, И.А. Сахабиев, Ю.А. Литвинов
На основе почвенно-агрохимических очерков, почвенных карт и картограмм содержания элементов питания реализован ГИС- проект почвенного покрова и картограмм содержания элементов питания Заинского государственного сортоиспытательного участка Республики Татарстан. Построение аппроксимирующих интерполяционных поверхностей по данным разных лет с использованием геостатистического подхода выявило достаточно четкие изменения в содержании элементов питания за десятилетний период интенсивного сельскохозяйственного использования.
В 2010 г. Правительством Российской Федерации была одобрена Концепция развития государственного мониторинга земель сельскохозяйственного назначения на период с 2010 по 2020 г. Мониторинг осуществляется с использованием современных информационных технологий. Подобные систематические исследования почвенного покрова невозможны без картографической основы материалов почвенных обследований: почвенных карт, агрохимических картограмм и картограмм эрозионных земель, той базы, на которой должны строиться мероприятия по кадастровой оценке и мониторингу земель сельскохозяйственного назначения.
Большая часть почвенных карт устарела, требует корректировки или повторного почвенного обследования территории. Такое положение дел вызвано следующими причинами:
материалы составлены более 15 лет назад;
границы обследования не совпадают с современными границами землепользования;
отсутствуют надлежащие приложения к почвенным картам - очерки и картограммы;
информация, которая находилась на бумажных носителях, частично или полностью утеряна вследствие неправильного хранения материалов;
6) доступ к материалам закрыт.
Восстановление фондовых материалов посредством их векторизации и создания цифровых почвенных карт, формирование информационных ресурсов, которые аккумулировали бы картографическую и субстантивную информацию о почвенном покрове, является важной задачей качественного управления почвенными ресурсами.
Материалы и методы исследования. Объектом проведения мониторинга послужил Заинский государственный сортоиспытательный участок (ГСУ) Республики Татарстан. Заинский ГСУ расположен на территории Восточного Закамья Республики Татарстан. Он относится к суббореальной северной семигумидной ландшафтной зоне, типичной и южной лесостепной ландшафтной подзоне, Черемшан-Икскому ландшафтному возвышенному району с приволжскими липоводубовыми лесами и закамско-заволжскими в сочетании с липово-дубовыми и липовыми лесами на выщелоченных оподзоленных черноземах и серых лесных почвах.
Заинский ГСУ образован в 1939 г. Общая площадь на 1987 г. составляла 87,5 га, 76,64 га пашни в том числе. Для изучения применения ГИС-технологий в целях мониторинга элементов питания были взяты данные с 1977 по 1987 г.
Преобладающим почвенным типом на территории Восточного Закамья является чернозем (43,5%), преобладающим подтипом - чернозем выщелоченный (40,2%).
Территория ГСУ представлена следующими разновидностями почв (по очерку 1987 г.):
Чернозем выщелоченный среднемощный средне- гумусный глинистый на делювиальных желто-бурых карбонатных глинах (57,07 га).
Чернозем выщелоченный среднемощный средне- гумусный глинистый слабогалечниковатый на делювиальных карбонатных глинах, подстилаемых древнеаллювиальными отложениями (15,5 га).
Чернозем выщелоченный среднегумусный маломощный глинистый среднещебнистый среднегалечни- ковый (2,88 га).
Чернозем выщелоченный среднегумусный маломощный глинистый слабощебнистый среднегалечни- ковый (1,14 га).
В основу создания цифровой почвенной карты исследуемой территории легла методика формирования цифровых почвенных карт, разработанная на кафедре почвоведения и оценки земельных ресурсов Южного федерального университета (г. Ростов-на-Дону).
Методика позволяет на основе материалов почвенных обследований - почвенных карт, данных очерков, картограмм, землеустроительных планов и кадастровых карт - формировать и корректировать цифровые почвенные карты для мониторинга земель сельскохозяйственного назначения и земельного кадастра.
Следует отметить ряд ее особенностей:
восстановление и оцифровка фондовых материалов почвенных обследований;
использование условно бесплатных программ для редактирования растровых изображений почвенных карт, кадастровой карты и космических снимков (графический редактор GIMP) и географической привязки на местности (программа Google Earth);
работа с материалами дистанционного зондирования Земли, находящимися в открытом доступе (космические снимки - Google Earth);
векторизация почвенных карт с помощью программы Soil Contour, программы-векторизатора, разработанной на базе кафедры почвоведения и оценки земельных ресурсов ЮФУ. Особенностью векторизации является возможность корректирования почвенных контуров относительно современных космических снимков и кадастровой карты;
использование пакета программ АгсвШ 9.3 для визуализации векторизованных материалов и геостати- стического анализа.
Этапы формирования цифровой почвенной карты:
Подготовка картографических материалов. Почвенные карты и соответствующие приложения к ним (очерки почвенного обследования, агрохимические картограммы и картограммы эродированных земель) могут находиться в плохом состоянии или же часть материалов может вовсе отсутствовать. Поэтому крайне важно провести тщательный анализ содержимого, как карты, так и отчета почвенного обследования, на предмет отсутствия данных. Почвенные карты сканируются и сохраняются в формате JPEG. Полученные таким образом изображения проходят простейшую обработку в графическом редакторе, в частности в редакторе GIMP. Редактирование представляет собой подготовку почвенной карты к привязке ее на местности, а именно «сшивку» отдельных отсканированных листов почвенной карты в единое целое, кадрирование, изменение яркости, контрастности и размеров изображения.
Материалы дистанционного зондирования - космические снимки - могут быть получены из любых доступных источников, например программы Google Earth. Кадастровые карты берутся из открытого источника - публичной карты Росреестра. Данные космического снимка и кадастровой карты также проходят обработку в графическом редакторе.
Географическая привязка. Привязка карты на местности производится в программе Google Earth с последующим сохранением пространственных данных в стандарте kml 2.2. Процесс привязки заключается в наложении изображения почвенной карты на космический снимок в программе Google Earth таким образом, чтобы элементы почвенной карты совпадали с элементами рельефа на снимке. Достичь полного совпадения двух изображений практически невозможно, поскольку почвенная карта является в большей степени схемой, на которой отображается лишь взаимное расположение почвенных контуров на местности. Ко всему прочему почвенная карта зачастую серьёзно деформирована из- за неправильных условий хранения. Подобные искажения не всегда возможно исправить, даже средствами современных графических редакторов.
Составление списков - классификаторов. Работа с атрибутивной информацией включает подробное изучение отчетов почвенных исследований, условных обозначений и легенды почвенной карты. В ходе анализа изучаются почвенный покров хозяйства, особенности рельефа, данные сводных таблиц гранулометрического состава, химических, физических и морфологических свойств почв. Данные почвенных контуров сравниваются с почвенными контурами на карте, выявляются недочеты, связанные как с ошибками составления карты, так и с деформациями, возникшими при хранении материалов (плохо видны условные обозначения, порядковый номер или шифр почвенного контура). Почвенные контуры карты дробятся на отдельные таксономические единицы согласно классификации почв 1977 г. Выбор за основу составления списков- классификаторов почвенной классификации 1977 г. связан с тем, что существующие картографические материалы по почвенным обследованиям составлены в этой классификации почв.
Помимо классификационных единиц, приведенных в рамках классификации 1977 г., в легенде почвенных карт присутствует ряд почв, которым даны местные названия, в дальнейшем их необходимо привести к общей классификации в соответствии с «Классификацией и диагностикой почв СССР».
Атрибутивные данные группируют в виде таблиц MS Excel и MS Access таким образом, чтобы получить исчерпывающий перечень всех классификационных единиц, без повторений. Таким образом, формируется список атрибутивных данных, готовый к внесению в программу Soil_Countur.
Векторизация почвенной карты в среде программы Soil Countur. Процесс векторизации представляет собой выделение пространственных данных посредством создания векторного слоя из полигонов (почвенные контуры и земельные участки хозяйств) и точек (почвенные разрезы, объединенные почвенные пробы) на слоях растровых изображений почвенной карты и спутникового снимка. Использование программы SoilContour позволило решить задачи векторизации объектов, а также внесения атрибутивной информации, связанной с элементами топологии. Входными данными для программы являются растровые изображения почвенной карты и спутникового снимка. Векторизация почвенных карт производится в стандарте представления пространственной информации kml 2.2, который является расширением языка разметки xml. Стандарт kml 2.2 поддерживается большинством современных ГИС.
В программе SoilContour также заложена функция управления прозрачностью слоев растровых изображений, что дает возможность корректировать векторизацию почвенной карты, опираясь на более современные данные спутникового снимка.
Внесение атрибутивной информации происходит посредством выпадающих списков, заложенных в программе SoilCountur. Результатом работы программы SoilCountur являются пространственные и атрибутивные данные, представленные в файле формата kml. В дальнейшем они могут быть просмотрены и отредактированы текстовым редактором XML Notepad.