По данным Института мировых ресурсов, пастбищные земли в республике Казахстан покрывают 188 миллионов гектаров, или 70 процентов всей площади. Из них общая часть деградированных земель составляет более 48 миллионов гектаров, или 26 процентов от общей площади. [1]
Основной причиной деградации земель является экстенсивное пастбищное хозяйство, которое имеет недостаточный уровень технического оснащения и, как правило, нестабильно. Отрицательно влияют на состояние скота сухие годы или долгие холодные зимы, в связи с этим необходимо развитие стабильного кормового обеспечения. Изменение форм собственности в сельском хозяйстве привели к неравномерному и нерегулярному использованию пастбищ. Перевыпас и засорение пастбищ на территориях вблизи населенных пунктов привели к деградации почв и растительности, а это, в свою очередь, привело к снижению запасов кормов, что в конечном итоге приводит к снижению уровня жизни населения. В связи с этим особую актуальность приобретают детальные исследования современного состояния пастбищ, выявление степени их антропогенной деградации, как основа для планирования мероприятий по реставрации и рациональному использованию.
В рамках научно-исследовательской работы по проекту «Разработка технологии космического и наземного мониторинга эколого-мелиоративного состояния пастбищных территорий» лабораторией космического мониторинга сельскохозяйственного производства («Институт космических исследований им. академика У.М. Султангазина») в 2012 году проведены работы в результате которых для территорий Алматинской, Жамбылской, Южно-Казахстанской и Кызылординской областей с помощью современных данных космической съемки составлены в масштабе 1:750 000 карто-схемы кормовых угодий и антропогенной нарушенности земель.
Проведение картирования и оценки состояния кормовых угодий южных областей Казахстана в первую очередь предполагало создание единообразной геоинформационной системы (ГИС) для каждой из областей для решения проблемы сбора, обработки, хранения и анализа информации, требующая определенной формы систематизации описаний и специфической базы данных.
База данных ГИС служит основой для дальнейшего анализа и создания новой преобразованной информации. Для разработки ГИС мы использовали программный продукт фирмы ESRI ArcGIS 9.3.1. База геоданных включала различные по своим характеристикам и назначению данные: растры, вектора, гриды, статистические таблицы. В качестве основной проекции для работы была выбрана проекция UTM с 41-ой по 44-ую зоны с эллипсоидом WGS-1984.
ГИС была наполнена топографическими картами масштаба 1:500 000, содержащие информацию по административным границам области, гидрографической сети, населенным пунктам и дорожной сети. Дополнительно с карт масштаба 1:200 000 были оцифрованы слои водных источников («колодцы» и «источники») с указанием в атрибутивной таблице солености вод.
В ходе исследований были использованы космические снимки различного пространственного разрешения. Критерии выбора спутниковых данных были сформулированы для решения конкретных задач картирования кормовых угодий на территории южного Казахстана. Данные космической съемки должны иметь широкий охват одной сценой, что обусловлено размерами района исследования; иметь высокую периодичность, так как в данном регионе высока доля облачных дней; иметь пространственное разрешение не более300 м, а для задач картирования границ угодий – не более 30м; а также наличие спектральных каналов в ближнем инфракрасном (БИК) и видимом диапазонах, так как основным объектом исследований является растительный покров.
Всем обозначенным нами критериям отвечают спутниковые данные:
Landsat с разрешением 30м и периодичностью надирной съемки 16 суток и Terra/MODIS с разрешением250 м и периодичностью съемки 2 раза в сутки.
Проведен сбор многолетней спутниковой информации для территории всех 4-х областей южного Казахстана. Все космические снимки для проектных работ подобраны из архива цифровых изображений ИКИ по принципу:
1. покрытия территории областей историческими снимками со спутников высокого разрешения Landsat-5 TM и Landsat-7 ETM за вегетационный период в 2000-2001 и 2010-2012 годы. Эти данные предназначены для анализа, картирования и оценки экологического состояния пастбищ.
2. сбора данных дистанционного зондирования со средним пространственным разрешением со спутника Terra/MODIS за период с 2001 по 2012 годы. Эти данные космической съемки предназначались для оценки кормозапаса пастбищных территорий;
3. сбора данных дистанционного зондирования с низким пространственным разрешением со спутника NOAA/AVHRR в период с 2001 по 2012 годы – для оценки условий вегетации и состоянием снежного покрова.
Данным дистанционного зондирования требуется предварительная обработка, заключающаяся в геометрической, радиационной и атмосферной коррекции. В рамках проектных работ предварительная обработка архивных космических изображений проведена с помощью программного обеспечения ENVI 4.7.
В первую очередь проведено избавление от ошибок (темных полос) на космических снимках со спутника Landsat-7 ETM, связанных с физическими повреждениями на самом спутнике. В процессе обработки снимков использованы маски-файлы (gap_mask_files), которые предоставляются вместе с архивом для всех семи каналов.
На втором этапе проведен перерасчет физических величин измеренной на борту спутника интенсивности излучения в коэффициенты спектрального отражения. Третья процедура предварительной обработки заключалась в атмосферной коррекции снимков. Она проведена с использованием стандартных инструментов программы ENVI 4.7. В итоге сформированы композитные RGB изображения из величин 7-го, 4-го и 3-го каналов соответственно.
Картирование кормовых угодий и антропогенной нарушенности земель в масштабе 1:750 000 осуществлялось в программном продукте ArcGIS 9.3 путем экспертного дешифрирования полных покрытий космическими снимками Landsat 2010 года. Для заполнения информации о контурах (выделов легенды) использовались данные из ряда источников [2-5], а также данные собственных подспутниковых исследований. На рисунке 1 представлен пример совмещения космических снимков и карты кормовых угодий 1978 года выпуска масштаба 1:1 500 000, которая предварительно была сканирована, геопривязана и приведена в цифровой вид с занесением полной атрибутивной информации из легенды карты.
Дешифрирование космоснимков LANDSAT осуществлялось классическим (ручным) методом – выделением контуров по рисунку и фототону изображения. В ходе работ для каждой из 4-х областей созданы два вида карт в масштабе 1:750 000 – карта кормовых угодий и карта участков сильной деградации земель. Каждая карта существует в виде отдельного электронного слоя для удобства пользователей. Всего было выполнено 8 картографических моделей. На рисунках 2 и 3 представлены примеры карт для Алматинской области.
Рисунок 1 – Пример совмещения космических снимков и карты кормовых угодий 1978 года выпуска масштаба 1:1 500 000 для Алматинской области
К каждой карте имеется легенда с описанием контуров. Легенды к картам кормовых угодий выполнены по образу и подобию легенды «Карты кормовых угодий» [2], для обеспечения преемственности данных и удобства работы традиционных целевых пользователей. В таблице 1 представлен фрагмент легенды к карте кормовых угодий Алматинской области.
Таблица 1 – Фрагмент легенды к карте кормовых угодий Алматинской области
|
Цвет заливки № |
Описание |
|
1 |
2 |
|
Пустынная зона Полынные и солянковые, реже с дерновинными злаками, пастбища на бурых и серо-бурых почвах |
|
| 1 |
Мортуково-эбелеково-итсигековые, сбитые, на серо-бурых глинистых и суглинистых почвах с биюргуновыми и полынными на солонцах до 20% |
 |
Полынно-кейреуковые или солянково-кейреуковые на суглинистых и супесчаных почвах местами с черносаксаулово-солянковыми на засоленных почвах или еркеково-серополынные на песках до 20% |
 |
Полынно-кейреуковые или солянково-кейреуковые на суглинистых и супесчаных почвах местами с черносаксаулово-солянковыми на засоленных почвах, еркеково-серополынными и серополынно-терескеновыми на песках до 20% |
 |
Полынно-кейреуковые или солянково-кейреуковые на суглинистых и супесчаных почвах местами с черносаксаулово-солянковыми на засоленных почвах, и однолетнесолянковыми на солончаках по понижениям |
Рисунок 2 – Карта – схема кормовых угодий Алматинской области
Сложность распознавания растительных объектов на спутниковых снимках заключается в том, что в течение вегетационного периода в процессе роста и развития растения претерпевают значительные изменения. Изменения по годам и по сезонам так же связаны с воздействием антропогенных факторов. Требуемая информация в необходимых объемах может быть получена только на основе совместной интерпретации данных дистанционного зондирования и наземных наблюдений и измерений. В связи с этим в дальнейшем, для установления достоверности, а так же возможной корректировки созданных карт, запланированы наземные исследования по основным типам пастбищной растительности.
Рисунок 3 – Карта – схема антропогенной нарушенности земель Алматинской области
Библиографический список
- http://tengrinews.kz/kazakhstan_news/okolo-50-millionov-gektarov-pastbisch-v-kazahstane-nahodyatsya-v-upadke-220604/.
- Карта кормовых угодий Казахской ССР. – М 1:1 500 000. – 1978.
- Растительность Казахстана и Средней Азии (в пределах пустынной области). М 1:2 500 000. – Санкт-Петербург, 1995
- Рачковская Е.И., Волкова Е.А., Храмцов В.Н. Ботаническая география Казахстана и Средней Азии (в пределах пустынной области). Санкт-Петербург, 2003. 425 с.
- Топографические карты – М 1:200 000