Разработка ГИС системы для оценки агрохимического состояния сельскохозяйственных земель

Во  ВНИИА им. Д.Н. Прянишникова имеется  богатейший архив данных по результатам  полевых опытов Агрохимслужбы и  Геосети более чем за 40-летний период. Он включает данные по опытам, проводимых в различных почвенно-климатических  зонах – областях России и бывших Советских республиках, с разными  культурами, со всевозможными изучаемыми факторами и схемами опытов, применением  удобрений – фактически национальное достояние агрохимической науки. Данные о полевых опытах Агрохимслужбы  и Геосети не только не устарели, не утратили актуальности и ценности, а наоборот, необходимы для осуществления  балансовых исследований; моделирования, включая прогнозирование динамики агроэкосистем; развития современных  агротехнологий в условиях наблюдаемого глобального изменения природной  среды и климата и т.д. Из ряда областей России и в настоящее  время продолжает поступать информация о проведении разнообразных опытов в системах Агрохимслужбы и Геосети. Источники информации – это, в  основном, отчетные карточки и формы  отчетности по проведению полевых опытов.

К сожалению, основная масса данных представлена на бумажных носителях и данные Агрохимслужбы  и Геосети, имея сходные схемы, показатели и характеристики опытов, не объединены между собой, что практически  не позволяет использовать заключенную  в них ценнейшую и редчайшую  информацию. Таким образом, назрела  необходимость объединения обширной и, к сожалению, разрозненной информации для обеспечения наиболее оперативного целенаправленного её использования  для решения разнообразных задач  земледельческой науки и практики. Для этого и создается единая база данных результатов полевых  опытов Агрохимической службы и Географической сети «Агрогеос».

Базы  данных имеют единую форму представления  информации для всех составляющих. Это дает возможность пользователям  «Агрогеос» в своих исследованиях  использовать единые смешанные массивы  данных, что расширяет возможности  обработки информации. Таким образом, создается единое информационное пространство агрохимических исследований для России и стран СНГ.

Единая  систематизированная база данных «Агрогеос» представляет собой электронные  таблицы с данными по опытам Агрохимслужбы  и Геосети за 1966-2007 гг., набор электронных  папок с фотографиями или отсканированными  изображениями исходных данных –  отчетных карточек, связанных с электронной  таблицей через систему гиперссылок, и привязочный файл системы Google, позволяющий получить точные координаты проведения опытов и, по возможности  и необходимости, увидеть опытный  участок.

Единая  систематизированная база данных «Агрогеос» разрабатывается на основе полевых  опытов, проводимых Геосетью и Агрохимслужбой в разное время, с разными целями и на огромной территории с большим  разнообразием почвенно-климатических  условий. Цель формирования такой базы – не только актуализация архивной агрохимической информации всей опытной  работы за несколько десятилетий, но и объединение ее с текущими полевыми наблюдениями, что значительно расширяет  возможности решения многих теоретических  и прикладных задач современного сельскохозяйственного производства. [9]

Одним из важнейших направлений интенсификации и экологизации производства сельскохозяйственной продукции является точное земледелие, основанное на дифференцированном подходе к свойствам почвы и состоянию посевов отдельно взятого поля. Хотя 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. В настоящее время технологии точного земледелия основываются на применении эффективных методов картографирования внутрипольной неоднородности почвенного покрова, компьютерных программных средств для обработки информационных потоков, электронизированной высокопроизводительной техники для внесения удобрений и пестицидов. Дальнейшие исследования в этой области и совершенствование технологических приемов должны расширить масштабы внедрения точного земледелия в мире и, особенно, в нашей стране с ее просторами и известным «пестропольем».[10]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 ТЕХНОЛОГИЯ АГРОХИМИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА

 

2.1 Принципы создания почвенных  карт и агрохимических картограмм

 

Итоговой  целью комплексного агрохимического  обследования сельскохозяйственных земель является составление почвенных  крупномасштабных карт и тематических картограмм. Без их применения невозможно рациональное ведение хозяйства, использование  природного и эффективного плодородия почв на производстве.

Почвенная карта – это изображение территории в некотором уменьшении, отображающая почвенный покров территории. Она  позволяет наглядно оценить почвенный  покров. Для разработки дифференцированной системы агротехнических мероприятий, правильного применения удобрений, планирования противоэрозионных работ  преимущественно применят карты  масштабом 1:50000 – 1:10000.

Картограмма – это схематическая сельскохозяйственная карта. В зависимости от содержания могут быть расшифровывающими и  рекомендующими. Расшифровывающие картограммы  отображают отдельные важнейшие  свойства почвенного покрова. К рекомендующим картограммам относят картограммы производственной группировки почв, кислотности почв и нуждаемости их в известковании и т.д.

Материалы почвенных исследований необходимы для учета площадей сельскохозяйственных угодий, внутрихозяйственного землеустройства  территории, разработки дифференцированной агротехники, подбора культур, выявления  почв, нуждающихся в мелиоративном  и культур техническом воздействии, для бонитировки почв и экономической  оценки земель.

Составление почвенной карты включает три  общепринятых для почвенных исследований этапа: предварительный камеральный, полевой, камеральный заключительный. Необходимо, по возможности, полное использование  уже имеющихся материалов, в том  числе из ранее составленных почвенных  крупномасштабных карт. На основании  их анализа определяют конкретную программу  полевых исследований. Требования к  содержанию, детальности, точности и  оформлению почвенных карт определяются их практическим назначением, а также  графическими возможностями. Выбор  масштаба — 1:10000 —1:25000 зависит от сложности  почвенного покрова. Для некоторых  специальных целей почвенную  карту составляют в масштабе 1:5000.

Предварительный камеральный этап включает: сбор имеющихся материалов, анализ их полноты и качества; географическую привязку объекта съемки; составление по имеющимся материалам предварительной картографической основы и легенды к ней; составление предварительного списка почв и микроструктур почвенного покрова; планирование полевых работ.

При составлении почвенных карт используются: топографическая карта, аэрофотоснимки, а также землеустроительные, почвенные картографические материалы и отчеты прошлых исследований, почвенно-мелиоративные, геологические и гидрогеологические материалы.

Необходимо  заблаговременно заказать аэрофотоматериалы  и космические снимки. Они должны отвечать определенным требованиям к масштабу, виду съемки, сезону залета.

Материалы ранее проведенных почвенных  исследований используются как при  составлении почвенной карты, так  и для анализа изменений, происшедших  со времени предыдущего обследования. Изучение ранее составленных почвенных  карт дает представление о компонентном составе почвенного покрова, главных  закономерностях размещения почв. Наибольший интерес представляют фактические  данные: описание разрезов, их положение  на карте, сведения о почвообразующих  породах, аналитические данные.

Анализ  завершается обязательной сводкой  всех данных, имеющих значение для  почвенной карты. Сводка включает характеристику почвообразующих пород, их приуроченности к геоморфологическим элементам, информацию о почвенно-грунтовых водах, содержащихся в литературе данные анализов гранулометрического состава и химических свойств почв и пород. По литературным данным составляется список встречаемых на территории почв перечень всех описанных микроструктур почвенного покрова, все выводы о связях почвенного покрова с факторами почвообразования, которые можно использовать в целях почвенно-ландшафтной индикации.

Предварительная картографическая основа составляется в масштабе почвенной съемки (1:10000 или 1:250000) на топографической основе или фотоплане. Цель ее составления  — систематизация всей имеющейся  картографической информации и создание опорной контурной сети почвенных  выделов.

Содержанием картографической основы составляют ареалы, однотипные по условиям рельефа, почвенно-литологическим условиям. Картографическая основа используется для составления макета почвенной  карты, который подлежит полевой  проверке.

Цель  работ полевого периода — снять вопросы, возникшие при анализе материалов на предварительном этапе в отношении почвенно-литологического содержания контуров и их границ.

При планировании полевых работ исходят  из того, что весь объем почвенных выработок (разрезы, прикопки, буровые скважины) распределяется примерно поровну между двумя этапами полевого сезона. На первом, включающем рекогносцировку и ключевые исследования, основное внимание уделяют выявлению всего разнообразия почв и составлению полного списка почв и структур почвенного покрова, установлению связей между строением почвенного покрова и факторами почвообразования. На втором этапе проводится экстраполяция выявленных закономерностей на всей территории съемки. Объем полевого опробования на втором этапе зависит от того, с какой надежностью установлены индикационные связи, необходимые для выделения почвенных контуров, а также от заданной точности карты.

Цель  полевой рекогносцировки — получить представление о почвах обследуемой территории и их разнообразии, выявить основные различия в почвенном покрове между разными ее частями, проверить на местности закономерности строения почвенного покрова, установленные в результате предварительного анализа литературных, фондовых, картографических материалов. В процессе рекогносцировочного обследования уточняют предварительный список почв; уточняют на местности положение ключевых участков. Объем рекогносцировочных работ определяется задачами съемки, сложностью территории, условиями организационного порядка. Результаты рекогносцировочного опробования можно рассматривать как часть основного обследования. Во время рекогносцировочного маршрута закладывают основные разрезы, прикопки и буровые скважины.

Ключевые  исследования проводят с целью типизации почвенных неоднородностей, уточнения систематического списка ЭПС и выявления ландшафтно-индикационных связей. Необходимо охватить ключевыми исследованиями основные категории литологогеоморфологической группировки и типы аэрофотоизображения.

По  завершении полевых работ приступают к оформлению окончательного варианта карты. В завершенном виде контурная часть представляет сетку контуров — эпс.[11]

 

2.2 Принципы проведения агрохимического обследования почв

 

При агрохимическом обследовании почв определяют показатели их химических и физико-химических свойств.

Агрохимическому обследованию подлежат почвы всех сельскохозяйственных угодий. Его проводят на всех типах  сельскохозяйственных угодий — пашня, кормовые угодья, многолетние насаждения, плантации и залежь.

Агрохимическое  обследование почв проводят специалисты  отделов почвенно-агрохимических изысканий  государственных центров Агрохимслужбы.

Агрохимическое  обследование почв проводят в соответствии с планами работ. В календарном  плане работ по агрохимическому  обследованию почв определяют ежегодные  объемы площадей почв, подлежащих обследованию по видам сельскохозяйственных угодий, число агрохимических анализов по видам  с указанием методов их выполнения. Устанавливают очередность проведения работ по хозяйствам. План проведения агрохимического обследования по каждому  хозяйству доводят до конкретных исполнителей не позднее, чем за один месяц до начала полевого сезона. Для проведения агрохимического обследования почв в отделе почвенно-агрохимических изысканий организуются полевые группы в составе начальника группы, главных, ведущих, старших специалистов и специалистов почвоведов-агрохимиков.

Картографической  основой для проведения агрохимического  обследования почв является план внутрихозяйственного землеустройства с нанесенными  контурами земельных участков с  указанием их номеров.

При выезде на полевые работы специалистам, проводящим агрохимическое обследование, выдают сопроводительные письма, необходимое снаряжение. По приезду в хозяйство почвовед-агрохимик собирает сведения о применении удобрений, проведении химической и водной мелиорации, урожайности сельскохозяйственных культур, в том числе многолетних насаждений по видам культур, а также сенокосов и пастбищ за последние годы.

Пространственную  частоту отбора объединенных проб устанавливают  в зависимости от пестроты почвенного покрова и количества вносимых удобрений.  В соответствии с установленными размерами элементарных участков на картографическую основу наносят сетку элементарных участков с учетом типов, подтипов, разновидностей почв и рельефа. На каждом элементарном участке проставляют номер. Нумерацию элементарных участков проводят не по каждому земельному участку, а в целом по всему хозяйству.

Отбор объединенных почвенных проб в поле — ответственная и трудоемкая работа. Неправильно отобранные объединенные почвенные пробы искажают агрохимическую характеристику почв и обесценивают рекомендации по применению удобрений.

При отборе объединенных почвенных проб рекомендуется метод маршрутных ходов. Маршрутный ход прокладывают посередине каждого элементарного участка вдоль удлиненной стороны.

Отбор объединенных проб почвы проводят по элементарным участкам. С каждого элементарного участка отбирают одну объединенную пробу почвы. Каждую объединенную пробу почвы составляют из точечных проб, равномерно отбираемых на элементарном участке по маршрутному ходу. При этом первую точечную пробу отбирают не на краю обследуемого земельного участка, а на расстоянии, равном половине расстояния между точками точечного отбора. К отбору почвенных проб на каждом конкретном земельном участке нужно подходить индивидуально, так как каждый из них имеет свои размеры, конфигурацию, почвенные контуры и другие особенности. Главное в отборе — визуально равномерно взять почвенные пробы по длине маршрутного хода.