Разработка ГИС системы для оценки агрохимического состояния сельскохозяйственных земель

30 июля 2010 года, Правительством Российской  федерации, во главе с Председателем  Правительства Российской Федерации  В.В.Путиным, было одобрено распоряжение  № 1292-р:  «О концепции развития  государственного мониторинга земель  сельскохозяйственного назначения  и земель, используемых или предоставленных  для ведения сельского хозяйства  в составе земель иных категорий,  и формирования государственных  информационных ресурсов об этих  землях на период до 2020 года». 

В настоящее время в большинстве  субъектов Российской Федерации  продолжается снижение плодородия почв, ухудшается состояние земель. Почвенный  покров подвержен деградации и загрязнению, теряет устойчивость к разрушению, способность к восстановлению свойств  и воспроизводству плодородия. В  соответствии с Положением об осуществлении  государственного мониторинга земель, утвержденным постановлением Правительства  Российской Федерации от 28 ноября 2002 г. № 846, осуществляется сбор информации о состоянии земель в Российской Федерации, ее обработка и хранение, ведется непрерывное наблюдение, за использованием земель исходя из их целевого назначения и разрешенного использования, анализ и оценка качественного  состояния земель с учетом воздействия  природных и антропогенных факторов.  Мониторинг земель осуществляется федеральными органами исполнительной власти, органами исполнительной власти субъектов Российской Федерации и органами местного самоуправления в соответствии с их полномочиями. Постановлением Правительства Российской Федерации от 12 июня 2008 г. № 450 на Министерство сельского хозяйства Российской Федерации возложены полномочия по осуществлению государственного мониторинга земель сельскохозяйственного назначения.

Государственный мониторинг сельскохозяйственных земель — система оперативных, периодических  и базовых наблюдений за изменением качественного и количественного  состояния земель сельскохозяйственного  назначения.

Объекты государственного мониторинга —  сельскохозяйственные земли, включая  сельскохозяйственные полигоны и контуры, независимо от форм собственности и  форм осуществляемого на них хозяйствования.

  Тестовый полигон — часть сельскохозяйственных  угодий,  характеризующая представительный  природный регион с типичной  структурой почвенного покрова,  выбранный для проведения мониторинга  показателей плодородия почв, состояния  развития растений и развития  негативных почвенных процессов  с использованием геоинформационных  технологий, данных дистанционного  зондирования Земли и наземных  обследований. Тестовые полигоны  предназначены также для отработки  технологий земледелия, в том  числе с использованием глобальной  навигационной спутниковой системы  ГЛОНАСС.

Государственный мониторинг сельскохозяйственных земель осуществляется в целях предотвращения выбытия земель сельскохозяйственного  назначения, сохранения и вовлечения их в сельскохозяйственное производство, разработки программ сохранения и восстановления плодородия почв.

  Государственный мониторинг сельскохозяйственных  земель включает в себя систематические  наблюдения: за состоянием и использованием  полей севооборотов, сельскохозяйственных  полигонов и контуров, а также  за параметрами плодородия почв  и развитием процессов их деградации; за изменением состояния растительного  покрова на пашне, залежах,  сенокосных и пастбищных угодьях. 

При проведении государственного мониторинга  сельскохозяйственных земель решаются следующие задачи: своевременное  выявление изменений состояния  сельскохозяйственных земель, оценка этих изменений, прогноз и выработка  рекомендаций по повышению их плодородия, предупреждению и устранению последствий  негативных процессов; получение данных на основе систематического обследования плодородия почв и наблюдений за качественным состоянием и эффективным использованием сельскохозяйственных земель как основного  ресурса сельскохозяйственной деятельности с использованием географической привязки сельскохозяйственных контуров; мониторинг состояния растительности сельскохозяйственных угодий; обеспечение доступа юридических  и физических лиц к информации о состоянии сельскохозяйственных земель.

Развитие  государственного мониторинга сельскохозяйственных земель потребует скоординированных  действий всех заинтересованных федеральных  органов исполнительной власти по следующим  направлениям: разработка и совершенствование  нормативной правовой базы, методических материалов по измерению и обработке данных мониторинга; создание и использование картографической основы различного масштаба по всей территории России;  развитие и широкое использование методов дистанционного зондирования Земли с различным пространственным разрешением; разработка системы показателей государственного мониторинга сельскохозяйственных земель; развитие системы наземных обследований и наблюдений за состоянием посевов, состоянием и использованием сельскохозяйственных земель, плодородием почв этих земель, развитием негативных почвенных процессов; развитие системы обработки и анализа данных о плодородии почв, состоянии произрастающей растительности и использовании сельскохозяйственных земель; развитие и внедрение современных технических средств; совершенствование информационных технологий и информационных систем.

Сформированные  государственные информационные ресурсы  о сельскохозяйственных землях позволят: проводить анализ состояния и  использования земель на основе применения современных информационных технологий, включая геоинформационные технологии; прогнозировать развитие негативных почвенных  процессов и воздействие на состояние  растительного покрова земель негативных природных процессов; предотвращать  выбытие сельскохозяйственных земель, сохранять и вовлекать эти  земли в сельскохозяйственное производство; обосновывать необходимость и целесообразность разработки программ сохранения и восстановления плодородия почв; обеспечивать потребности  государства, включая органы исполнительной власти, осуществляющие функции государственного земельного контроля.[6]

Благодаря единой позиции Минсельхоза России и Россельхозакадемии был дан  хороший импульс и выбран правильный вектор совместной работы по проблеме научного обеспечения мониторинга  земель сельскохозяйственного назначения. Сейчас она целенаправленно и  регулярно осуществляется, приобрела  плановый, постоянный и эффективный  характер. Весьма обнадеживает в этом плане создание Российского центра мониторинга земель сельхоз назначения в структуре Минсельхоза России.

Сейчас  о мониторинге земель говорят  много и многие, часто вкладывая  в этот термин ведомственно-ориентированное  понимание, конкретные цели и интересы.

Однако  стало окончательно понятно, что  в порядке обязательных, первоочередных мер необходимы: сохранение и актуализация имеющегося картографического материала  по данным почвенногеоботанического обследования;

интеграция  профессионального опыта и кадрового  потенциала; формирование новых программ НИР с учетом мировых тенденций  развития мониторинга и оценки земель, новых технологических решений.

Мировая практика свидетельствует о том, что в большинстве стран мира сохранению сельскохозяйственных земель уделяется особое внимание. Сокращение их площади защищено законодательными нормами и определенными действиями органов исполнительной власти. Земельные  участки продуктивных земель зафиксированы  в национальных реестрах, их использование  ограничено строгими процедурами.

Для принятия обоснованных решений необходимо: своевременное обнаружение негативных тенденций в состоянии почв; проведение фундаментальных исследований, вскрывающих  причины и процессы развития негативных явлений, и создание моделей изменения  состояния объекта, которые используют для составления вариантов прогноза.

Требуется создание и использование единой геореференсированной картографической основы различных масштабов на всю  территорию России, отображающей важную информацию для ведения мониторинга  сельскохозяйственных земель и интерпретации  его данных. Создаваемая ГИС - среда  должна быть ориентирована на интеграцию и анализ разнообразных дистанционных, картографических и наземных данных, характеризующих качество сельскохозяйственных земель, их использование, прогнозов  состояния.

Законодательство  серьезно ограничивает доступ «для служебного пользования» к сведениям о местоположении (координатах) геодезических пунктов, ключам перехода из одной системы  координат в другую, первичным  или производным материалам космических  съемок и аэрофотосъемок, сведениям  о рельефе местности, базовым  земельно-кадастровым или другим тематическим картам или планам. Почвенный  институт имени В.В. Докучаева разработал иерархическую геоинформационную  систему – ГИС, которая позволяет  вести инвентаризацию, оценку и мониторинг земель на 7-и иерархических уровнях. ГИС имеет единство структуры информации, в ее структуру заложены параметры, определяющие плодородие и состояние земель, системы их контроля и мониторинга. Каждый уровень обеспечивается соответствующими картографическими слоями и базами данных: топографическая основа в растровом и векторном видах; цифровая модель рельефа и трехмерная модель рельефа; параметры рельефа, спектрозональные материалы дистанционного зондирования. Карту административного деления кадастровых участков и база данных к ней, землеустройства сельскохозяйственных угодий схема полей с базой данных; климатические данные метеостанций, в т.ч. по регулярной сети; карта элементарных участков Агрохимслужбы, почвенная карта и карта растительности, негативных почвенных процессов с базами данных к ним.

Геореференсированная  схема должна быть единой для любых  картографических масштабов и расчетов, обеспечивать сбор и обработку разнообразной  наземной и дистанционной информаций.

Одна  из сложнейших задач – сохранение и использование имеющихся архивных материалов. Для ее решения разработана  специальная технология. В наиболее общем виде она предполагает: сканирование бумажных изображений, исправление  картографических искажений исходных материалов в растровом виде и  создание векторных слоев с базой  данных к ним.

Накоплен  опыт совмещения растровых и векторных  слоев внутрихозяйственного землеустройства, почвенной карты и схемы элементарных участков, что важно для эффективной  работы агрохимической службы.

В организационном плане государственный  мониторинг земель сельскохозяйственного  назначения является информационной основой  для обоснованного принятия решений  по эффективному ведению сельского  хозяйства. Его целесообразно дополнить  созданием земельной и агротехнологической  служб под эгидой Минсельхоза  России.

Земельная служба должна быть наследницей землеустроительной службы, которая была разрушена в  последние годы, но ее функции крайне необходимы для рационального и  эффективного ведения сельского  хозяйства и экологизации землепользования. В мире совершенствуется территориальное, развивается ландшафтное планирование. В России получило развитие проектирование агроландшафтов на основе разработанной  Россельхозакадемией методологии. Земельная служба может быть наделена следующими функциями: агроэкологическое и мелиоративное районирование  территории; почвенно-ландшафтное картографирование и специальные изыскания и обследования, агроэкологическая и кадастровая оценка земель; оценка земельно-ресурсного потенциала и инвентаризация земель; территориальное, ландшафтное планирование, землеустройство, проектирование агроландшафтов; мелиоративное проектирование; разработка экологических нормативов и регламентов землепользования; агроэкологический мониторинг земель; государственный контроль использования и охраны земель.[7]

При мониторинге плодородия земель используется разнообразный набор карт, процесс  создания и ещё в большей степени, анализ которых без применения современной  настольной картографии требует  много времени и средств. Быструю  и эффективную работу обеспечивает использование материалов аэрофотосъёмки, космофотосъёмки и различных  ГИС-технологий  с их способностью связывать пространственное положение  объекта с семантической информацией. При этом основой анализа плодородия отдельно обрабатываемого участка  территории выступает географическая информационная система, содержащая структурированные  сведения о состоянии земель по различным  показателям, которые включены в  систему мониторинга плодородия почв.

Карты, состоящие из разного количества слоёв, отображают пашню, сенокосы и  пастбища, леса, гидрографию, населенные пункты и прочее в соответствии с  их пространственным расположением, содержат структурированные и классифицированные сведения о фактическом состоянии  плодородия земель и являются основой  ГИС-модели отдельно обрабатываемых рабочих  участков. Все эти слои позволяют  проводить анализ и генерировать различные тематические отчёты по инвентаризации земельных угодий, оценивать качество и пригодность земель под возделывание определённых сельскохозяйственных культур  и отдельных свойств почв.

Создание  картографических материалов состоит  из нескольких этапов и включает: подготовку, векторизацию, ввод в таблицы базы данных атрибутивной информации, анализ и оценку результатов.

В России рынок программных средств  не слишком разнообразен, а касательно ГИС-технологий, весьма ограничен. Наиболее распространены в России ArcGIS компании ESRI и MapInfo Professional.

Одной из главных особенностей MapInfo является работа с растровыми и векторными слоями на одной и той же карте. ГИС MapInfo – полностью русифицированный программный продукт, позволяющий  корректно работать с русскоязычными данными, включая процедуры сортировки, индексации и запросов.

Достоинства этого программного продукта: соотношение  цена/качество; качественная русификация, как интерфейса программы, так и  прилагаемого к ней справочного  материала.

  Подводя некоторые итоги, следует отметить, что на сегодняшний день использование ГИС-технологий в работах по мониторингу плодородия почв позволяет эффективно решать многие задачи, наглядно представлять результаты анализа. Однако есть проблемы, иногда препятствующие достижению требуемого качества. В частности, остро стоит проблема отсутствия общероссийских классификаторов в области агрохимии и почвоведения, пригодных для компьютерных баз данных, поскольку обычная текстовая запись не может использоваться в запросах.[8]