Земля – это наше богатство, и от правильного отношения к состоянию ее плодородия, от правильного ведения хозяйства зависит не только получение хорошего урожая, но и сохранение плодородного потенциала для сегодняшнего и следующих поколений.
Делая агрохимическую паспортизацию сельскохозяйственных земель, встает вопрос оценки качественного состояния почв и сравнение разных участков для определения и принятия хозяйственных решений об их эффективном и рациональном использовании.
Применение геоинформационных технологий разрешает создавать географически привязанные базы данных и с помощью обработки результатов исследования сельскохозяйственных территорий строить карты их оценки с разных аспектов.
При проведении мониторинга земель сельскохозяйственного назначения соответственно с методикой агрохимической паспортизации [1] обследуются сельскохозяйственные земли на содержание гумуса, питательных веществ и загрязнений. Образцы отбираются с каждых пяти гектаров для пашни, 8-10 га для сенокосов и пастбищ, 1-2 га для садов и овощных участков. Результаты исследования по каждому образцу заносятся в базу данных и имеют координатную привязку. Для проведения оценки результатов агрохимического исследования почв используются программное обеспечение MapInfo и ArcGis. Осуществляется привязка растра исследуемых хозяйств и оцифровка исследуемых участков. Создаются картограммы содержания питательных элементов и загрязнений почв, исследуемых хозяйств по каждому образцу (точечные картограммы) и обобщенные по паспортизированном участке (рис.1, 2).
Рис.1 Точечная картограмма кислотности почв.
Рис.2 Картограмма кислотности почв по паспортизованном участке.
С помощью GIS-технологий возможно выполнять разные агрохимические исследования, которые необходимы для внедрения точного земледелия. Применение спутникового наблюдения для определения пространственно-временного размещения участков с разным содержанием питательных элементов, агрохимических исследований почв в реальном времени дают возможность использовать геоинформационные системы для управления сельскохозяйственными территориями.
Зачастую в хозяйствах не знают даже точных размеров своих посевных площадей, что обусловлено их постоянной сменой, в силу разного рода природных процессов. Кроме того, изменяются характеристики почв и вегетаций на разных участках полей, а также от участка к участку. И все это нужно учитывать, в противном случае невозможно избежать расходов. Но точные карты отсутствуют и дистанционный контроль за посевами - тоже.
За границей много проблем успешно решаются благодаря использованию данных дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ), которые получены с помощью космических аппаратов и аэросъемки, а также широкому использованию средств спутниковой навигации во время мониторинга посевов и вовремя сбора урожая.
Первый этап внедрения технологии точного земледелия — это разработка базы данных, где будет хранится информация о площади, урожайности, агрохимических и агрофизических свойствах почв и уровневое развитие растений.
На данный момент Украина постепенно переходит к точному земледелию – уборочная техника, оснащенная GPS-приемниками и бортовыми компьютерами, появляется на украинских полях.
На рис.3 изображено карту урожайности кукурузы, полученную в результате сбора урожая такой техникой (программа AGRO-MAP) в ТОВ СП им. Воловикова Гощанского района Ровенской области, которая показывает отличия в пределах одного участка поля.
Рисунок 3 - Карта урожайности кукурузы.
После интерполирования методом Кригинга [2] данные агрохимического обследования участка каждого отобранного образца, осуществляем и строим поверхности содержания основных питательных элементов и кислотности почв для поля (рис.4, 5, 6). Данные карты, построенные для каждого поля хозяйства, могут
служить основными показателями для проведения весеннего и осеннего удобрения.
Рисунок 4 – Поверхность кислотности почвы.
Рисунок 5. – Поверхность содержания движимых форм фосфора в почве.
Рисунок 6. – Поверхность содержания обменного калия в почве.
Также были использованы данные рельефа ASTER GDEM (рисунок 7) с точностью до 20 метров для данных по вертикали и 30 метров по горизонтали.
Рисунок 7 – Карта рельефа поля.
Для анализа прогноза урожайности кукурузы в хозяйстве им. Воловикова использовались снимки (23 мая, 19 июля, 11 августа) с ИСЗ Landsat 5.
Спутник Landsat 5 оснащенный сканером - TM (Thematic Mapper), который обеспечивает съемку земной поверхности с разным пространственным и спектральным разрешением.Основные технические характеристики сканера -
Для визуального дешифрирования космических снимков используют каналы, представленные в таблице 1. Таблица 1. Интерпретация комбинаций каналов данных Landsat 5 (TM):
3,2,1
Комбинация «естественные цвета». В этой комбинации используются каналы видимо диапазона, поэтому объекты земной поверхности выглядят похожими на то, как они воспринимаются человеческим глазом. Здоровая растительность выглядит зеленой, убранные поля – светлыми, нездоровая растительность – коричневой и желтой, дороги – серыми, береговые линии – белесыми.
5,4,3
Эта комбинация дает возможность анализировать сельскохозяйственные угодья. Здоровая растительность выглядит ярко зеленой, а почвы – розовато-лиловыми.
После обработки (калибровки и точной привязки к местности) формируются тематические карты основных индексов для возможности прогноза урожая:
NDVI – (Normalized Difference Vegetation Index) - нормализованный относительный индекс растительности - количественный показатель количества фотосинтетически активной биомассы – позволяет вычислять густоту растительности.
Рисунок 8 – Карты нормализованного индекса вегетации за разные месяца (23 мая, 19 июля, 11 августа).
GVI (Green Vegetation Index) - показатель вегетации зеленых растений – позволяет количественно оценить схождение и рост растений.
Рисунок 10 – Карты нормализованного дифференциального водного индекса за разные месяца (23 мая, 19 июля, 11 августа).
После анализа космических снимков и создания тематических карт возможно сделать вывод, что 23 мая кукуруза еще не взошла, а с помощью карт индексов вегетации за июль и август месяц возможно спрогнозировать участки поля, на которых урожай будет лучше. Соединивши карту рельефа с космическими снимками, возможно определить проблемные участки, на которых возможное заболачивание и понижение урожайности.
Полученные данные показывают, что после анализа карт: агрохимических показателей, рельефа, данных космической съемки за разные периоды, вегетации растений, возможно получить реальное представление о состоянии исследуемой территории, используя методы точного земледелия, эффективно проводить агромероприятия, а именно, вносить удобрения, выявлять и обрабатывать проблемные участки, прогнозировать урожай.
Литература
Методика агрохімічної паспортизації земель сільськогосподарського призначення /За ред. С.М.Рижука, М.В. Лісового, Д.М. Бенцаровського. - К. - 2003. - 64 с.
ArcGIS 9 Geostatistical Analyst Руководство пользователя.
Гарбук С.В., Гершензон В.Е. Космические системы дистанционного зондирования Земли. — М.: Издательство, 1997. — 296 с. ил.
Виноградов Б.В. Аэрокосмический мониторинг экосистем. М.: Наука, 1984.
Ш.М. Дейвис, Д.А. Ландгребе. Дистанционное зондирование: количественный поход. Пер. С англ. Недра, 1983, с. 415.
Кашкин В.Б., Сухинин А.И. Дистанционное зондирование Земли с космоса. Цифровая обработка изображений: Учебное пособие. – М.: Логос, 2001. – 264 с.
