Разработка ГИС системы для оценки агрохимического состояния сельскохозяйственных земель

ОГЛАВЛЕНИЕ

 

ВВЕДЕНИЕ……………………………………………………………….……….………...7

1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ  ОБЗОР……………………………………………………………….9

2 ТЕХНОЛОГИЯ АГРОХИМИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА……………………........22

2.1 Принципы  создания почвенных карт и  агрохимических картограмм……………..22

2.2 Принципы  проведения агрохимического обследования  почв……………………...25

2.3 Методы анализов почвенных образцов……………………………………………...29

3 ХАРАКТЕРИСТИКА  МЕСТА И ОБЪЕКТА ИССЛЕДОВАНИЯ…………………...31

3.1 Характеристика  Каргопольского района……………………………………….……31

3.2 Характеристика ООО «Каргополье»……………………………………………...….32

3.2.1 Рельеф………………………………………………………………………………...32

3.2.2 Почвообразующие  породы…………………………………………….……….…...33

3.2.3 Климат……………………………………………………………………….……….34

3.2.4 Почвенный  покров…………………………………………………………………..35

3.2.5 Растительность………………………………………………………………...…….37

4 ТЕХНОЛОГИЯ  СОЗДАНИЯ ГИС……………………………………………………..39

4.1 Принципы  создания ГИС…………………………………………………….……….39

4.1.1 Работа  с растровыми изображениями………………………………..…………….42

4.1.2 Работа  с векторными картами…………………………………………………........45

4.1.3 Работа  с атрибутивными данными…………………………………………………47

4.1.4 Визуализация…………………………………………………………………….…..49

4.2 Технология  создания ГИС для ООО «Каргополье»…………………………….…..55

4.3 Анализ……………………………………………………………………………….…59

4.3.1 Выборки,  запросы и статистика ……………………………………………………61

4.3.2 Геостатистический анализ…………………………………………………………..62

4.3.3 Пространственный  анализ…………………………………………………………..72

4.3.4 3D Анализ……………………………………………………………………………76

5 БЕЗОПАСНОСТЬ  ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ………………………………………...80

5.1 БЖД при работе на персональном компьютере……………………………………..81

ЗАКЛЮЧЕНИЕ………………………………………………………………….…….......86

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ…………………………..………….87

ПРИЛОЖЕНИЕ  А…………………………………………………………………………90

ПРИЛОЖЕНИЕ  Б…………………………………………………………………………91

ПРИЛОЖЕНИЕ  В…………………………………………………………………………92

ПРИЛОЖЕНИЕ  Г…………………………………………………………………………93

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Одним из важнейших направлений развития сельского хозяйства является применение точного земледелия, основанное на дифференцированном подходе к свойствам почвы и состоянию посевов отдельно взятого поля. Необходимость учета внутрипольной пестроты почвенного плодородия была известна давно, только развитие современной науки и техники позволило на практике применить принципы точного земледелия, прежде всего в области агрохимии. Термин «точное

земледелие» пришел к нам из-за рубежа как  перевод с английского «Precision agriculture». Суть точного земледелия состоит  в учете внутрипольной вариабельности плодородия почвы и применении агротехнологических  методов, снижающих эту вариабельность и ее влияние на формирование урожайности  сельскохозяйственных культур.

Перевод традиционного ведения сельского  хозяйства в русло точного  земледелия требует разработку новых методологических указаний. Прежде всего, это технология проведения агрохимического мониторинга и составления агрохимических карт и картограмм.

Вследствие  увеличения точности почвенного мониторинга  неизбежно возрастает объем данных. Сложности возникают как на этапе  отбора проб, так и в вопросах упорядочивания и хранения информации.

Как известно, информация в почвоведении представлена не только в виде семантики, но также в виде графического материала, это и почвенные карты и  картограммы всевозможных показателей, процесс создания и ещё в большей степени, анализ которых без применения современных технологий картографии требует много времени и средств.

С развитием компьютерных технологий быструю и эффективную работу обеспечивает использование материалов аэрофотосъёмки, космофотосъёмки и различных ГИС-технологий с их способностью связывать пространственное положение объекта с семантической информацией.

Темой данной работы является разработка геоинформационной системы для анализа агрохимических показателей почв сельскохозяйственных земель на примере ООО «Каргополье». Актуальность темы не вызывает никаких вопросов. Явная нацеленность на будущее, повышение точности исследований, сокращение трудовых и финансовых затрат, расширение возможностей анализа, и как следствие рационализация ведения хозяйства, всё это вкупе с инновационными компьютерными технологиями дает возможность к коренному улучшению ведения сельского хозяйства нашей страны. К слову, коллеги из стран Западной Европы, Северной и Южной Америк уже в полной мере используют технологии будущего, результаты, работы которых мы можем наблюдать уже сейчас.

Как это бывает в последние время, новые научные направления возникают  на стыке нескольких наук. Так инженер  ГИС должен быть подкован в различных  направлениях. Сельскохозяйственное образование  в России является далеко не самым  популярным, поэтому подготовка специалистов ГИС именно сельскохозяйственного  направления, становится одной из первоочередных задач Российской агрономической науки.

Исходя  из этого, мной были поставлены некоторые  задачи. Во-первых, это разработка технологии создания полноценной, функциональной геоинформационной системы.   Во-вторых, разработка новых способов и методов оформления карт и картограмм, с учетом возможностей программных средств. В-третьих, наглядное представление возможностей анализа на основе ГИС. И последнее, это печать графического материала.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ЛИТЕРАТУРНЫЙ  ОБЗОР

 

Возникновение почвенного мониторинга можно отнести  к середине 19 века и связать с  деятельностью русского ученого-агронома Фортунатова Алексея Фёдоровича. К сожалению, исследования земель тогда  носили исключительно статистические функции, а также использовались для оценки стоимости земли и  расчета налога.

Почвенные исследования возникли, как известно, ещё в то время, когда общественная земская агрономия была или в  самом зародыше или во многих земствах её совсем не существовало. Поэтому  вся организация земских почвенных  работ, так построена, что почвенные  исследования в поле и лаборатории  исключительно приспособлены и  направлены к удовлетворению оценочных  целей. И при всех этих работах  как бы забывается, что все данные и по географии почв, и по их химическому  и механическому составу являются столь же необходимыми для земской  агрономии, сколько и для оценочных  целей. Так при развитии общественной земской агрономии от почвенных  работ требуют, прежде всего, почвенных  карт с тем, чтобы иметь правильные, фактические основания для распространения  сельскохозяйственных орудий – плугов, борон и других. Затем, общественная агрономия развивается, когда заходит  вопрос о распространении искусственных  удобрений с целью повысить урожаи на местных почвах.

Словом, представители общественной агрономии  – земские агрономы – обращаются к почвенным исследованиям ничуть не реже, чем земские статистики – оценщики. [1]

Уже в то время, ученые почвоведы, агрохимики начали задумываться о полноценном  агрохимическом обследовании почв.

Едва  ли за период существования сельскохозяйственной статистики можно было бы отметить такой момент, когда роль почвы, как  фактора доходности, могла бы подлежать  сомнению.

Собирание сведений об условиях земледельческого промысла производилась либо в целях  выяснения хозяйственно-экономического характера области либо в целях  исключительно оценочных. 

Важное  значение естественных свойств почвы, как фактора урожайности, вполне ясно осознается в 40х годах 19 столетия.[2]

На  рубеже 18 – 19 веков, когда во главе  науки стояли такие люди как  Н.П. Адамов, П.Ф. Бараков, Н.А. Богословский, К.Д. Глинка, П.А. Замятченский, Д.О. Ивановский, П.С. Коссович, Н.М. Сибирцев, Г.И. Танфильев и А.Р. Ферхмин, сформировались основные принципы ведения агрохимического мониторинга, его цели и задачи. Заложен крепкий фундамент для развития почвоведения как самостоятельной науки, и по большому счету эти принципы используются и по сей день. Впервые была высказана необходимость связать результаты почвенных исследований с местоположением данной почвы, то есть создание почвенных карт, являющихся предками современных геоинформационных технологий.

Изучение  почвы должно иметь ближайшей  целью, получить все те данные об её естественном залегании и внутренних свойствах, на основании которых  можно было бы составить более  или менее полное и ясное понятие  о практическом значении почвы в  отношении культурной производительности.

Другим  вопросом не менее существенного  значения является вопрос об изучении местоположения данной почвы. Сюда относятся, прежде всего, географическое и топографическое  положение. Широта и долгота места, возвышение над уровнем моря, рельеф поверхности, наклон к горизонту. Вместе  с тем, необходимы указания на окружающие почву леса, горы, реки, озера и  т.п.

Затем в сельскохозяйственном отношении  весьма важны сведения, касающиеся прошлого состояния данной почвы, равно  как и её современного назначения. В этих видах требуются указания на то, находилась ли данная почва под  культурою, или она представляет место, ещё не подвергшееся обработке. Если это поле, то нужно знать, какими растениями оно использовалось, далее  род и способ обработки орудиями, удобрение, его виды и повторяемость, порядок смены растений.

После всех вышеуказанных исследований на месте залегания почвы, эта последняя  должна быть подвергнута лабораторному  испытанию. В этом отношении требуется  произвести механический, физический  и химический анализ почвы.[3]

После формирования основных принципов обследования начинаются первые, масштабные агрохимические обследования почв.

С 1895 года началось объективное почвенное  обследование Псковской губернии, заведывание  которым принял на себя сначала профессор  Н.М. Сибирцев, но ему вследствие болезни  удалось провести лишь часть работ, после чего с 1897 года общее руководство  исследование почв перешло к профессору К.Д. Глинке. В 1901 году были закончены  работы и составлены почвенные поуездные  карты 3-верстного масштаба.

С 1896 года начались почвенные исследования Ярославской губернии. С 1897г. – Саратовское  земство, Харьковская губерния. В 1989г. – Тульская, Самарская и Владимирская губернии.  1900г. – Орловская, Смоленская, Новгородская и Тверская губернии.[4]

С тех пор прошло много времени, почвоведение стало самостоятельной  наукой. Созданы множество учебных  заведений, обучающих всем премудростям агрономии. К сожалению, экономическая  ситуация в Российской федерации  не дает больших возможностей в развитии данной сферы. Страдают как методическая, так и нормативная базы. В 90-е  годы почвенные исследования практические не проводились. Не было единой концепции  агрохимического мониторинга.

В последние же годы наблюдается положительная  динамика. Одна за другой проходят конференции, съезды ученых. Ведется активная дискуссия  по вопросам агрохимического обследования. Ответственность за этот вопрос теперь несет Министерство сельского хозяйства.

29 – 30 сентября 2009г. В Почвенном  институте им. В.В. Докучаева прошла  Всероссийская конференция «Методическое  обеспечение мониторинга земель  сельскохозяйственного назначения».  На конференции присутствовало 150 человек из 29 городов Российской  Федерации, было заслушано 47 докладов. С докладами выступили руководители  и сотрудники: Почвенного института  им. В.В. Докучаева, ВНИИ агрохимии  им. Д.Н. Прянишникова, Федерального  кадастрового центра «Земля», Россельхоз академии, ВНИАЛМИ, ФГУ Центр агрохимической службы «Новосибирский», «Ростовский» и др.

В материалах, представленных на конференцию, отмечается, что главная причина  ущерба, наносимого земельным ресурсам страны – принятие идеологии рыночного  саморегулирования экономики, - вследствие чего была ликвидирована землеустроительная служба, а также практически прекращено ведение государственного агрохимического  мониторинга земель.

Отсутствуют многие нормативно-правовые и организационно-методические документы, нет четкой концепции  ведения мониторинга земель, единой системы показателей государственного мониторинга земель, положения о  порядке его ведения.

Конференция постановила: Считать одним из приоритетов  в сфере использования сельскохозяйственных земель разработку и развертывание  постоянно действующей эффективной  системы мониторинга.

Определить  важнейшим направлением в работе научно-исследовательских учреждений Россельхозакадемии, ВУЗов и научных центров Министерства сельского хозяйства Российской Федерации проведение исследований по разработке научно обоснованной системы государственного мониторинга, включая: разработку концепции и технического проекта автоматизированной информационной системы государственного мониторинга сельскохозяйственных земель на уровнях: район, субъект РФ, РФ, разработку научно-обоснованной сети постоянно действующих полигонов, эталонных стационарных участков наблюдения за состоянием земель в рамках государственного мониторинга сельскохозяйственных земель; разработку комплекса средств, для дистанционного и наземного определения и картографирования параметров состояния и использования сельскохозяйственных земель с необходимой точностью и детализаций.

Просить Министерство сельского хозяйства  РФ с привлечением научно-исследовательских  учреждений Россельхозакадемии: разработать  предложения по созданию в системе  Министерства сельского хозяйства  РФ земельной службы по агроэкологической  оценке земель; разработать соответствующие  стандарты, нормы и правила в  сфере сельскохозяйственного пользования; подготовить систему правовых и  нормативно-технических документов, обеспечивающих проведение государственного мониторинга земель; разработать программы кадрового обеспечения государственного мониторинга.[5]