Способ картографирования земель
Изобретение относится к области картографирования земель и может быть использовано при проведении их мониторинга и оценки. Сущность: дешифрированием материалов аэро- и космосъемки определяют ареалы почвенных разностей. Сканируют снимки земель и их топографическую основу. Совмещают полученные отображения на экране компьютера, объектизируют, генерализуют, векторизуют границы земель с разными почвенными и геоморфологическими признаками. При необходимости производят дополнительную аэросъемку обследуемых сложных участков земель непосредственно после схода снежного покрова. Границы почвенных разностей уточняют наложением аэроснимков почвы на аэроснимки растительности. Места несовпадения этих границ уточняют полевыми почвенными работами. После этого разделяют земли на зоны по видам их оптимального использования. При необходимости убирают ненужные зафиксированные съемкой объекты и детали. Фиксируют полученное отображение в электронном носителе. Распечатывают на бумажном носителе в требуемом виде и масштабе. Технический результат: повышение оперативности, снижение затрат. 8 з.п. ф-лы., 10 ил.
Изобретение относится к области мониторинга и оценки земель.
Земли регионов имеют разные типы, подтипы, характеристики почв и различные природные особенности. База данных по характеристикам и особенностям земель и их почв, являющаяся основой земельного кадастра регионов, со временем устаревает, то есть имеет определенную степень возрастной дифференциации и требует периодической корректировки, то есть обновления и уточнения (актуализации).
Земли РФ согласно ст.7 "Земельного кодекса Российской Федерации" по целевому назначению подразделяются на категории:
1. Земли сельскохозяйственного назначения.
2. Земли поселений.
3. Земли промышленности, энергетики, транспорта, связи, радиовещания, телевидения, информатики, земли для обеспечения космической деятельности, земли обороны, безопасности, земли иного специального назначения.
4. Земли особо охраняемых территорий.
5. Земли лесного фонда.
6. Земли водного фонда.
7. Земли запаса.
Государственный мониторинг земель (ст.67 "Земельного кодекса Российской Федерации") - это система наблюдений за состоянием всех земель РФ, задачами которой являются:
1. Своевременное выявление изменений состояния земель, оценка этих изменений, прогноз и выработка рекомендаций о предупреждении и об устранении последствий негативных процессов.
2. Информационное обеспечение ведения государственного земельного кадастра, государственного земельного контроля за использованием и охраной земель, иных функций государственного и муниципального управления земельными ресурсами, а также землеустройства.
3. Обеспечение граждан информацией о состоянии окружающей среды в части состояния земель.
В связи с тем что земли сельскохозяйственного назначения являются наиболее значимой для жизнеобеспечения населения категорией, в описании заявляемого способа почвенного мониторинга земель как пример рассматривается его применение в основном к землям сельскохозяйственного назначения. Предложенный способ почвенного мониторинга может быть использован (применен) для обследования земель любой категории.
Качество сельскохозяйственных земель в первую очередь зависит от свойств почвы. Рациональное использование сельскохозяйственных земель предусматривает сохранение их плодородия, объективную оценку соответствия агропроизводственных свойств их почв требованиям возделываемых сельскохозяйственных культур.
Необходимую информацию для обоснования рационального использования сельскохозяйственных земель и их охраны получают систематическими полевыми изысканиями с периодичностью в 10-15 лет.
Проведение постоянных систематических изысканий (полевых исследований) почв сельскохозяйственных земель определено земельно-кадастровой документацией и Законами РФ (№ 78-ФЗ от 18.06.2001 г. "О землеустройстве", № 136-ФЗ от 25.10.2001 г. "Земельный кодекс РФ"), согласно которым производится практически периодическая инвентаризация земель.
Почвенная карта - это картографический документ, отражающий в масштабе пространственное расположение почв на обследуемой территории, их состав и свойства. Каждый почвенный контур имеет свой индекс и окраску согласно перечню почв и цветовой шкале Государственной почвенной карты РФ.
Для детального и объективного почвенного картографирования используют космические снимки, видеоснимки, аэроснимки, полевые исследования.
Известен способ картографирования почв по их спектральной отражательной способности в зависимости от содержания в них гумуса ("Космические методы в сельском хозяйстве". Учебное пособие, В.И.Незамов, Красноярский государственный аграрный университет, Красноярск, 2000, стр.164-174).
Недостатком известного способа является отсутствие классификации и разделения земель обследуемой территории на зоны по видам оптимального использования земель в сельском хозяйстве в зависимости от агрохимических свойств почв и геоморфологического расположения, их качества, экологического состояния, стоимости.
Известен способ классификации и зонирования (территориального районирования) земель, включающий картографирование, оценку качества и классификацию почв, расчет их стоимости ("Методические рекомендации по оценке качества и классификации земель по их пригодности для использования в сельском хозяйстве". Федеральная служба земельного кадастра России, ФГУП "Госземкадастрсъемка" - ВИСХАГИ, Центр "РосНИИземпроект", Москва - 2003 - прототип).
Недостатком известного способа является то, что его технология предусматривает классификацию и зонирование (территориальное районирование) земель методом полевого обследования всех без исключения участков обследуемой территории, при котором вид, тип, подтип, характеристики почв, природные свойства всех многочисленных участков, границы разного вида почв, их негативные особенности (смытость, переувлажнение, пятна солонцов и солодей, эрозия в виде оврагов, и т.п.) определяют контактным обследованием, отбором и лабораторным исследованием проб почв со всех участков обследуемой территории.
Полевое обследование всех без исключения участков территории является долговременным и дорогостоящим процессом, не всегда возможно по природным климатическим условиям, имеет набор специфических особенностей, приводящих к соответствующим ошибкам и искажению границ почвенных зон при обследовании больших территорий.
Известный способ не оперативен, требует больших затрат средств и времени.
Дополнительными недостатками известного способа является также то, что он не предусматривает:
- оценку экологического состояния почв обследуемых земель;
- определение стоимости земель в зависимости от экологического состояния почвы;
- выявление локальных участков сельскохозяйственных земель с неблагополучной почвой;
- разработку и применение дифференцированных технологий использования сельскохозяйственных земель, имеющих участки с "неблагополучной" почвой;
- определение сравнительного качества и стоимости рабочих участков сельскохозяйственных земель относительно зональных эталонов.
Целью предложенного изобретения является устранение вышеперечисленных недостатков путем совмещения и совместного использования отображений космоснимков, аэроснимков, материалов видеосъемки (видеоматериалов) и топографической основы (картографических материалов) обследуемых земель. Это позволяет достаточно детально изучить особенности почвенного покрова в основном не контактным (дистанционным) способом, значительно сократить объем полевых работ и затрат средств и времени на их проведение.
Поставленная цель достигается тем, что в предложенном способе, включающем дистанционную съемку, картографирование земель обследуемой территории, оценку качества и классификацию их почв, расчет их стоимости, на космических снимках (аэроснимках, материалах видеосъемки) земель визуально определяют по фототону, структуре изображения, спектральной яркости (дешифруют), ареалы почвенных разностей (контуров, то есть границ распространения почв заданного таксономического уровня), негативные свойства почв, выделяют их условными обозначениями, сканируют снимки и топографическую основу (картографические материалы) этой же территории в этом же масштабе, совмещают полученные отображения на экране компьютера по опознаваемым точкам в одно общее двухслойное отображение.
На полученном общем отображении объектизируют, генерализируют, векторизуют (в координатах используемой топографической основы) границы земель с различными почвенными и геоморфологическими признаками, зафиксированными съемкой, разделяют земли на зоны по видам их оптимального использования в сельском хозяйстве, указывают условными обозначениями границы этих зон, их конфигурацию, площадь, тип, подтип, характеристики и качество почвы.
После зонирования земель из общего отображения убирают (при необходимости) не нужные зафиксированные на снимках и имеющиеся в используемой топографической основе объекты и детали, фиксируют полученное общее отображение в электронном носителе как базу свойств земель обследуемой территории, распечатывают на бумажном носителе в требуемом виде и масштабе как картограмму классификации земель обследуемой территории по их использованию и/или как карту зонирования (районирования) земель обследуемой территории по их пригодности для сельского хозяйства.
При зонировании (территориальном районировании) земель учитывают агроклиматические показатели местности (например, теплообеспеченность и влагообеспеченность), влияющие на ассортимент и нормативную урожайность сельскохозяйственных культур (например, рассчитывают агроэкологический потенциал земель по формуле, разработанной Почвенным институтом им. В.В.Докучаева).
При необходимости, но не реже чем через 10-15 лет, производят аэросъемку (например, спектрозональную) сложных по рельефу, виду и качеству почв участков обследуемой территории в более крупном, чем космические снимки, масштабе, на полученных аэроснимках визуально, относительно зонального фона, выявляют пятна (контура) большей и/или меньшей спектральной яркости почв и/или однотипных растений на них, сканируют аэроснимки и топографическую основу (картографические материалы) этих участков, выводят полученные отображения в одном масштабе на экран компьютера, совмещают их по опознаваемым точкам в одно общее двухслойное отображение, объектизируют, генерализируют, векторизуют на нем границы пятен с различными почвенными и геоморфологическими признаками, зафиксированными фотосъемкой, берут из почвы в этих пятнах пробы, лабораторным исследованием проб определяют характеристики почвы, причисляют почву в выявленных пятнах с негативными характеристиками к неблагополучной, на почвенной карте этих участков земель указывают условными обозначениями контур, площадь, рельеф, агрохимические характеристики неблагополучных почв, фиксируют полученные данные в электронном носителе как базу состояния почв этих участков и/или выводят их на бумажный носитель в требуемом виде и масштабе, как почвенную карту отдельных сложных участков обследуемых сельскохозяйственных земель.
При необходимости производят дополнительную аэросъемку обследуемых отдельных сложных участков сельскохозяйственных земель непосредственно после схода снежного покрова (аэросъемка почвы), после чего границы неблагополучных почв уточняют наложением снимков почвы на снимки растительности. Места несовпадения границ неблагополучных почв на совмещенном снимке при необходимости уточняют полевыми работами.
Для участков обследуемых сельскохозяйственных земель, имеющих неблагополучные почвы, разрабатывают и применяют локальные технологии выращивания сельскохозяйственных растений (агротехнические, мелиоративные и другие мероприятия, например, направление и глубину вспашки, вид и количество вносимых удобрений; количество высеваемых семян, вид и количество средств химической защиты от вредителей и т.п.), дифференцированно учитывающие рельеф и агрохимические характеристики почв.
В каждой зоне обследуемых сельскохозяйственных земель выявляют не менее трех горизонтальных, технологически правильно содержащихся в рабочем состоянии участков, имеющих одинаковую урожайность сельскохозяйственных растений, принимают их за зональные эталоны качества почвы, берут в каждом эталоне не менее трех проб почвы и их лабораторным исследованием определяют ее основные характеристики, усредняют полученные значения. Берут не менее трех проб почвы из обследуемых (рабочих) участков сельскохозяйственных земель этой зоны, их лабораторным исследованием определяют ее основные характеристики, усредняют полученные значения. Определяют коэффициент качества почвы обследуемых (рабочих) участков сельскохозяйственных земель относительно эталона зоны и используют его при оценке и эксплуатации участков, заносят в банк данных и/или в паспорт участков, наносят условными обозначениями на картографические материалы участков обследуемых сельскохозяйственных земель.
Определяют интегральную токсичность почвы обследуемых земель живыми тестирующими микроорганизмами, например спермой крупного рогатого скота. При выявлении опасной интегральной токсичности определяют известными технологиями и приборами вид и процентное содержание токсикантов, их источник, намечают мероприятия по нейтрализации выявленных токсикантов и ликвидации их источников.
Определяют массовую концентрацию бензапирена в почве обследуемых земель, расположенных в непосредственной близости от автодорог и промышленных предприятий, например, на расстоянии до 500 метров от них. При выявлении опасной концентрации бензапирена принимают меры по устранению имеющегося загрязнения и ликвидации его источников.
При невозможности или нецелесообразности нейтрализации опасного действия выявленных токсикантов и бензапиренового загрязнения и ликвидации их источников отчуждают загрязненные земли от использования в сельском хозяйстве и показывают отчуждение условными обозначениями в картографических материалах.
Стоимость участков обследуемых земель (кадастровую; рыночную для продажи и/или для аренды) определяют как сумму двух слагаемых, одно из которых - их материально-эксплуатационная стоимость, состоящая из затрат на их создание и/или на их эксплуатацию и из прибыли от их эксплуатации, второе - их экологическая стоимость, состоящая из затрат на экологическое обследование их почвы, на нейтрализацию обнаруженных в ней токсикантов, на ликвидацию источников этих токсикантов, при этом:
- до экологического обследования почв, нейтрализации опасного действия выявленных токсикантов и ликвидации источников токсикантов материально-эксплуатационную стоимость участков земель уменьшают на размер затрат, необходимых для проведения проверочных и восстановительных экологических работ;
- после экологического обследования почвы, нейтрализации опасного действия выявленных токсикантов и ликвидации источников токсикантов, материально-эксплуатационную стоимость участков земель увеличивают на размер произведенных затрат при проведении проверочных и восстановительных экологических работ;
- при выявлении повышенной токсичности почв и невозможности или нецелесообразности проведения восстановительных экологических работ материально-эксплуатационную стоимость участков земель уменьшают во столько раз, во сколько раз выявленная токсичность почв превышает норму.
Стоимость участков сельскохозяйственных земель обследуемой территории определяют с учетом стоимости разработанной для них оптимальной технологии производства сельскохозяйственной продукции.
В качестве комплексного показателя качества сельскохозяйственных земель используют зерновой эквивалент в виде урожайности зерновых культур, получаемой на эталон затрат, эквивалентной по величине расчетного чистого дохода всему ассортименту оценочных культур.
Совокупность существенных признаков предложенного способа почвенного мониторинга земель проявляет новые свойства, заключающиеся в том, что он позволяет оперативно, без проведения большого объема полевых работ (со значительным их сокращением, а в некоторых случаях вообще без полевых работ, так как не требует взятия проб со всех обследуемых участков территории и их лабораторного исследования) провести классификацию, зонирование (территориальное районирование) почв обследуемых земель, определить их характеристики, оценить их качество и стоимость, создать картограммы классификации земель по их использованию (в том числе в сельском хозяйстве), карт зонирования (территориального районирования) на основе классификации земель по их пригодности к использовании.
Согласно предложенному способу пробы почвы берут не из всех участков обследуемой территории, а только из нескольких, отличающихся друг от друга на снимках по фототону, структуре изображения, спектральной яркости. Тип, подтип, характеристики почв на других обследуемых участках, имеющих такой же (одинаковый) фототон, структуру изображения, спектральную яркость на снимках, в предложенном способе принимают такими же, как на таком же по фототону, структуре изображения, спектральной яркости (практически эталонном) участке земель, из которого взяли пробы почвы и провели ее лабораторное исследование.
Таким образом, в предложенном способе производят дистанционную, а не полевую классификацию земель и зонирование практически всех участков земель на обширной обследуемой территории.
Предложенный способ позволяет не только дистанционно определить агрохимические и экологические характеристики и качество почв земель обследуемой территории, но и определить их качество и стоимость относительно наилучших (эталонных) участков однотипных земель (зон) региона, выявить участки обследуемых земель с разным рельефом и негативными особенностями, с разными характеристиками однотипных почв, разработать и реализовать локальные дифференцированные агротехнологии подготовки и обработки почв и растений на неблагополучных и на находящихся рядом благополучных участках сельскохозяйственных земель.
Предложенный способ позволяет значительно сократить затраты средств и времени на классификацию, зонирование (территориальное районирование) земель, сохранить и улучшить агрохимические характеристики почв сельскохозяйственных земель, повысить их продуктивность, улучшить экологию окружающей среды, более объективно определить качество и стоимость отдельных участков земель.
Важно знать не только стандартную характеристику земель по отдельным признакам (гранулометрический состав, эрозия, засоление, избыточное увлажнение, каменистость и пр.), но и полноценную характеристику земель по уровню их плодородия, по их производительной способности, раскрывающую ресурсный потенциал сельскохозяйственного производства РФ и ее отдельных территорий (регионов), свидетельствующую о пригодности использования земель под различные виды сельскохозяйственных угодий, о возможности выращивания и потенциальной урожайности основных сельскохозяйственных культур, о потенциальной эффективности различных отраслей сельского хозяйства.
Наличие такой оперативной информации позволит администрациям различного территориального уровня более эффективно управлять земельными ресурсами, принимать решения по выделению и охране лучших и особо ценных (особенно для сельского хозяйства) земель, разрабатывать государственные программы по мелиорации земель, по повышению плодородия почв, мероприятия по поддержке сельскохозяйственного производителя, определять наиболее выгодные места для инвестиций в сельскохозяйственное производство.
Обеспечиваемая предложенным способом оперативная информация необходима также для решения конкретных задач землеустроительного проектирования по рациональному использованию земель - оптимальному размещению посевов сельскохозяйственных культур, формированию севооборотных массивов, выявлению малопродуктивных земель, трансформации пашни в менее интенсивные виды угодий, проведению мероприятий по повышению плодородия угодий, уточнению производственной специализации хозяйств.
На основе этой информации возможно также более эффективное техническое и правовое управление использованием земель, задействование их под различные виды хозяйственного пользования, в том числе под различные сельскохозяйственные угодья (пашни, многолетние насаждения, сенокосы, пастбища), оценка уровня их плодородия.
Следует особо отметить, что предложенный способ практически дистанционного почвенного мониторинга земель дает не только колоссальный экономический эффект, но и оперативную качественную актуализацию базы сведений о их состоянии на любой обследуемой территории (хозяйства, района, области, страны в целом), то есть практически своевременную их актуализацию и инвентаризацию.
Таким образом, предложенное техническое решение соответствует критерию "новизна" и "изобретательский уровень".
Почвенный мониторинг земель обследуемой территории по предложенному способу производят следующим образом.
На космических снимках земель обследуемой территории (аэроснимках, видеоматериалах) визуально по фотограмметрическим дешифровочным признакам (фототону, структуре изображения, спектральной яркости, цвету) определяют границы ареалов почвенных разностей (тип почвы на различных участках), негативные свойства почв (дефекты склоновых и низменных земель - эрозию, переувлажнение, гранулометрический состав, пятна солонцов и солодей; и др.). Технически это выполнимо, так как тон фотоизображения определяется степенью почернения фотоэмульсии и является логарифмической функцией яркости изображаемого объекта.
Главную роль в субъективном (визуальном) сравнении изображения и объекта играет восприятие яркости и фототона, которые находятся в сложной взаимозависимости друг от друга. Благодаря регулирующим системам человеческого глаза фототон зависит не только от яркости исследуемого объекта, но и от яркости окружающих объектов, средней величины яркости, особенностей зрения дешифровальщика. Яркость равномерной поверхности, к которой адаптирован глаз, называют яркостью адаптации.
При постоянной адаптации глаза яркость наблюдаемого на снимке участка зависит от яркости окружения (так называемый одновременный контраст). Если рассматривать две небольшие одинаково серые поверхности на белом или на черном фоне, то поверхность на черном фоне будет казаться более светлой, чем на белом. Таким образом, в зависимости от яркости окружения объекты одинаковой яркости могут восприниматься глазом с различной степенью яркости (светлотой), а объекты различной яркости могут восприниматься одинаково светлыми.
Человеческий глаз способен различать до 25 ступеней серого тона. В практике дешифрирования достаточно использовать 6-балльную шкалу тональности - белый, почти белый, светло-серый, темно-серый, почти черный, черный.
Словесные определения тонов недостаточны для дешифрования, поэтому используют стандартные шкалы в виде ступенчатого светового клина (отдельно для негативов и позитивов).
Искажения в цветопередаче при фотообработке и печати затрудняют использование цветных фотоснимков в натуральных цветах (обычно на трехслойную цветную пленку), поэтому более широкое распространение получили спектрозональная и многозональная фотосъемки.
Цветовые различия между объектами являются одним из основных дешифровочных признаков при дешифровании снимков и материалов видеосъемки земной поверхности.
При регистрации и отображении результатов съемки выделяют (синтезируют) следующие задачи, необходимые для исследования природных ресурсов:
- регистрация первичной информации и представление ее в виде черно-белых и цветных изображений, удобных для практического использования;
- цифровое кодирование изображений для ввода их в ЭВМ, результаты которого представляют в виде черно-белых и цветных снимков;
- отображение информации (изображений) на экране компьютера в виде черно-белого или цветного изображения.
Синтезирование как метод преобразований первичной информации придает изображениям новые свойства. Перед началом дешифрования определяют задачи тематического дешифрования. Специалист-дешифровщик обязательно должен участвовать во всех без исключения работах по дешифрованию и преобразованию фотоинформации, по совмещению, объектизации, генерализации, по выбору оптимальных режимов для синтезирования или дискретизации изображений, по работе в диалоговом режиме "человеко-машинного" комплекса (на ЭВМ).
Следует учитывать, что работа дешифровщика очень специфична и требует большого опыта и навыка, без которых правильное дешифрование, а следовательно, и весь дистанционный почвенный мониторинг земель, практически невозможен.
К преимуществам синтезированных снимков относится их тонкая реакция (изменение цвета) на изменчивость спектральной яркости природных объектов. На цветных вариантах синтеза каждый фактор (например, увлажнение или засоление почв, недостаток гумуса и т.д.) фиксируется определенным цветом гаммы, а на черно-белых снимках все факторы суммируются в оттенках серого цвета.
В предложенном способе земли обследуемой территории разделяют на почвенные разности (ареалы) по цветотону, структурному изображению, спектральной яркости почв и/или растительности (на космических снимках и/или на аэрофотоснимках).
Дешифрование (получение информации о ландшафте) снимков заключается в умозрительном сравнении фотоизображений объектов с самими объектами с использованием дешифровочных признаков.
Дешифрование снимков лесостепной черноземной зоны является большой сложностью, так как зона имеет большое разнообразие и неоднородность ландшафта, в частности почвенного покрова и растительности.
Следует также иметь в виду, что культурная растительность не является хорошим индикатором изменения свойств почв (особенно при внесении удобрений), поэтому она затрудняет точность дешифрования почв на снимках. Использование снимков сельскохозяйственных земель до всходов культурных растений или в период их ранних всходов облегчает выделение почвенных ареалов.
Фотоизображение почв гидроморфных и полугидроморфных, а также почв глинистого и тяжелосуглинистого гранулометрического состава отличается более интенсивной плотностью фототона или более темной и равномерной окраской контуров.
Более темными по окраске на снимках представляются почвы с большим содержанием гумуса, то есть почвы тучные и среднегумусные.
Легкие по гранулометрическому составу почвы, а также почвы, сформированные на меловых породах, на снимках выделяются светлым тоном или пятнистым рисунком.
Средне- и сильносмытые почвы характеризуются значительной степенью смытости гумусового горизонта, поэтому специфическим признаком фотоизображения этих почв является светлый тон, местами пятнистый, испещренный линейными полосами - сетью промоин (так называемая пестрота рисунка).
Комплексный солонцово-черноземный почвенный покров дешифруется как мелкопятнистый рисунок серого или светло-серого цвета.
Солонцы при присущем им разреженном растительном покрове проявляются на фотоснимках в виде светлых пятен.
В виде белых, но однородных по окраске пятен на фотоснимках представляются солоди.
Аллювиальные почвы дешифруются по их приуроченности к поймам рек. Заболоченные пойменные почвы проявляются в более темных тонах, слоистые почвы поймы проявляются светло-серым тоном.
В качестве надежного дешифровочного признака типа и качества почв может служить фотоизображение естественной травяной растительности, когда она первична и естественные природные связи между нею и почвами не нарушены. Именно поэтому целинная растительность позволяет с большой точностью выявить на фотоснимках границы переходов и типы почв.
Для обеспечения точности выделяемых контуров (разностей) почв снимки и используемая топографическая основа (картографические материалы обследуемых земель) должны быть в одном масштабе.
Выявленные на снимках ареалы почвенных разностей (контуров почв) негативные свойства почв, выделяют условными обозначениями.
В случае затруднений точного определения границ почв камеральным способом (дешифрованием снимков) спорные участи уточняют полевыми работами.
После выполнения вышеуказанных работ сканируют снимки (космические снимки, аэроснимки, видеосъемку) и топографическую основу этой же территории в этом же масштабе (картографические материалы земель обследуемой территории), выводят их отображения на экран компьютера и совмещают по опознаваемым точкам (объектам) в одно общее двухслойное отображение, являющееся в последующем базовой основой для классификации, зонирования, картографирования.
Отображения космических снимков и соответствующей им топографической основы выводят на экран компьютера в масштабе 1:(100000-300000).
Для предложенного почвенного мониторинга в качестве топографической основы земель обследуемой территории могут использовать любые тематические карты, однако следует иметь в виду, что от качества этих материалов в значительной мере зависит качество почвенного мониторинга.
На общем совмещенном отображении (на экране компьютера) объектизируют, генерализируют, векторизуют (в координатах используемой топографической основы) границы земель с различными почвенными и геоморфологическими признаками, зафиксированными съемкой. Под объектизацией понимается индификация на снимках, на топографической основе, на их отображениях (на экране компьютера) одних и тех же объектов. Под генерализацией понимается отбор и/или обобщение содержания отображения в соответствии с его назначением, тематикой, возможностями масштаба.
После этого на общем совмещенном отображении (на экране компьютера) разделяют земли обследуемой территории на зоны по видам их оптимального использования, в том числе в сельском хозяйстве, указывают условными обозначениями границы этих зон, их конфигурацию, площадь, тип, подтип, характеристики и качество почвы, вид использования этих земель, в том числе в сельском хозяйстве. Тип, подтип, характеристики почв указывают в отдельной таблице.
При необходимости убирают из общего отображения не нужные зафиксированные съемкой и не нужные имеющиеся в используемой топографической основе объекты и детали. В качестве ненужных объектов могут быть зафиксированные съемкой строения, средства передвижения, стога сена, имеющиеся в используемой топографической основе второстепенные условные обозначения, и т.п.
После этого фиксируют полученное общее отображение в электронном носителе как базу свойств земель обследуемой территории, распечатывают на бумажном носителе в требуемом виде и масштабе как картограмму классификации земель обследуемой территории по их использованию, в том числе в сельском хозяйстве, и/или как карту зонирования (районирования) земель обследуемой территории по их пригодности для сельского хозяйства.
В каждой из полученных почвенных ареалов выявляют не менее трех экологически нормальных, горизонтальных, технологически правильно содержащихся в рабочем состоянии участков, имеющих одинаковую урожайность сельскохозяйственных растений, и принимают их за эталоны качества почвы зоны. Берут в каждом из выделенных эталонных участков не менее трех проб почвы, лабораторным исследованием проб определяют параметры, характеризующие состояние и свойства земель выделенной зоны, усредняют и принимают их за эталонные параметры почвы зоны. Берут не менее трех проб среды почвы на каждом из обследуемых участков зоны, лабораторным исследованием проб определяют параметры, характеризующие состояние и свойства земель обследуемого участка, усредняют и принимают их за рабочие параметры почвы обследуемого участка.
Использование трех эталонных участков и трех проб почвы с каждого обследуемого участка повышает надежность правильной оценки и снижает возможность случайной ошибки не только усреднением определяемых параметров, но и их контролем относительно друг друга (усредняемые параметры не должны сильно отличаться друг от друга; а при больших отличиях должны перепроверяться).
После этого определяют коэффициент качества почвы обследуемых (рабочих) участков зоны сельскохозяйственных земель относительно эталонных участков зоны, который используют при оценке и эксплуатации участков; заносят в банк характеристик и/или в паспорт участков, наносят условными обозначениями на картографические материалы участков обследуемых сельскохозяйственных земель.
При необходимости, но не реже чем через 10-15 лет в масштабе, крупнее масштаба космической съемки, производят аэросъемку (например, спектрозональную) сложных по рельефу, типу и качеству почв отдельных участков обследуемых сельскохозяйственных земель. Такую же аэросъемку производят на участках, на которых по космическим снимкам определено большое количество мест с негативными характеристиками почв. На полученных аэроснимках этих отдельных участков визуально, относительно зонального фона, выявляют пятна большей и/или меньшей спектральной яркости почв и/или однотипных растений на них, сканируют аэроснимки и топографическую основу этих участков, выводят полученные отображения на экран компьютера в одном масштабе, совмещают их по опознаваемым точкам в одно общее двухслойное отображение, объектизируют, генерализируют, векторизуют на нем границы пятен с различными почвенными и геоморфологическими признаками, зафиксированными аэрофотосъемкой
Отображения аэроснимков и соответствующей им топографической основы выполняют в масштабе 1:(20000-60000).
Из почвы в выявленных пятнах берут пробы, лабораторным исследованием проб определяют характеристики почвы, причисляют почву в выявленных пятнах с негативными характеристиками к неблагополучной, указывают на общем отображении этих отдельных участков земель условными обозначениями контур, площадь, рельеф, агрохимические характеристики неблагополучных почв, фиксируют полученные данные в электронном носителе как базу состояния почв этих отдельных участков и/или выводят их на бумажный носитель в требуемом виде и масштабе, как почвенную карту отдельных участков обследуемых сельскохозяйственных земель.
Для более точного определения границ разностей почв могут производить дополнительную аэросъемку участков сельскохозяйственных земель непосредственно после схода снежного покрова (аэросъемка почвы в относительно короткий по времени период года), после чего границы почв этих участков уточняют наложением аэрофотоснимков их почвы на аэроснимки их растительности (практически все снимки земной поверхности для ее почвенного мониторинга выполняются в то время, когда она покрыта растительностью). После этого места несовпадения границ выявленных на совмещенном аэроснимке неблагополучных почв при необходимости уточняют полевыми работами.
Для участков обследуемых сельскохозяйственных земель, имеющих неблагополучные почвы, разрабатывают и применяют локальные технологии выращивания сельскохозяйственных растений (агротехнические, мелиоративные и другие мероприятия - направление и глубину вспашки, количество высева семян, вид и количество вносимых удобрений, нормы полива, вид и количество ядохимикатов обработки растений от вредителей, и др.), дифференцированно учитывающие рельеф и агрохимические характеристики почв (так называемое точечное земледелие).
Живыми тестирующими микроорганизмами, например, спермой крупного рогатого скота, определяют (известными методами) интегральную токсичность почвы обследуемых земель. При выявлении опасной интегральной токсичности известными технологиями и приборами определяют вид и процентное содержание токсикантов в почве, их источник, намечают мероприятия по нейтрализации выявленных токсикантов и ликвидации их источников.
Определяют (известными методами) массовую концентрацию бенза-пирена в почве обследуемых земель, расположенных в непосредственной близости от автодорог и промышленных предприятий (например, на расстоянии до 500 метров от них). При выявлении опасной концентрации бензапирена принимают меры по устранению имеющегося загрязнения и ликвидации его источников.
При невозможности или при нецелесообразности устранения имеющегося загрязнения и ликвидации его источников (например, по экономическим причинам; по необходимости иметь в этом месте дорогу или загрязняющее предприятие), отчуждают загрязненные земли от использования в сельском хозяйстве, что показывают условными обозначениями в общем отображении и/или в картографических материалах.
Стоимость участков обследуемых земель (кадастровую, рыночную для продажи и/или для аренды) определяют как сумму двух слагаемых. Одно из этих слагаемых - материально-эксплуатационная стоимость участков, состоящая из затрат на их создание и/или на их эксплуатацию и из прибыли от их эксплуатации, зависящей от качества их почвы, месторасположения, урожайности. Второе слагаемое - экологическая стоимость участков, состоящая из затрат на экологическое обследование их почвы, на нейтрализацию обнаруженных в ней токсикантов, на ликвидацию источников этих токсикантов.
Общую стоимость участков земель определяют следующим образом.
До экологического обследования почв, нейтрализации опасного действия выявленных токсикантов и ликвидации источников токсикантов, материально-эксплуатационную стоимость участков земель уменьшают на размер затрат, необходимых для проведения проверочных и восстановительных экологических работ.
После экологического обследования почвы, нейтрализации опасного действия выявленных токсикантов и ликвидации источников токсикантов материально-эксплуатационную стоимость участков земель увеличивают на размер произведенных затрат при проведении проверочных и восстановительных экологических работ.
При выявлении повышенной токсичности почвы и невозможности или нецелесообразности проведения восстановительных экологических работ материально-эксплуатационную стоимость участков земель уменьшают во столько раз, во сколько раз выявленная токсичность их почвы превышает норму.
Объективность (сопоставимость) сравнительной оценки качества участков сельскохозяйственных земель обеспечивают расчетом потенциальной урожайности сельскохозяйственных культур, затрат на их выращивание и уборку в строгом соответствии с нормами и структурой затрат зональных технологий (зональных технологических карт). Для этого стоимость участков сельскохозяйственных земель обследуемой территории в предложенном способе определяют с учетом стоимости разработанной для них оптимальной технологии производства сельскохозяйственной продукций.
В качестве комплексного показателя качества сельскохозяйственных земель используют зерновой эквивалент в виде урожайности зерновых культур, получаемой на эталон затрат, эквивалентной по величине расчетного чистого дохода от всего ассортимента оценочных культур.
Комплексные показатели качества участков земель используют при установлении их продажной цены, арендной платы, объемах кредитования под залог земли и других операциях с землей как с недвижимостью.
Принцип применения предложенного почвенного мониторинга земель обследуемой территории иллюстрируется следующими материалами.
На Фиг.1 приведен фрагмент компьютерного отображения космоснимка участка территории одного из субъектов РФ, на котором: 1 - реки; 2 - пруды; 3 - водохранилища; 4 - гослесфонд (леса); 5 - поросль леса; 6 - кустарники; 7 - болота проходимые; 8 - луг; 9 - железные дороги; 10 - шоссе; 11 - грунтовые дороги; 12 - населенные пункты; 13 - сельскохозяйственные поля; 14 - овражно-балочная сеть.
На Фиг.2 приведен фрагмент компьютерного отображения топографической основы (топокарты) этого же участка территории, на котором: 1 - реки; 2 - пруды; 3 - водохранилища; 4 - гослесфонд (леса); 5 - поросль леса; 6 - кустарники; 7 - болота проходимые; 8 - луг; 9 - железные дороги; 10 - шоссе; 11 - грунтовые дороги; 12 - населенные пункты; 13 - сельскохозяйственные поля; 14 - овражно-балочная сеть; 15 - горизонтали.
На Фиг.3 приведено совмещенное по опознаваемым точкам общее компьютерное отображение космоснимка и топографической основы (топокарты) участка территории одного из субъектов РФ. На Фиг.3 цифрами не обозначены объекты, указанные на Фиг.1 и Фиг.2 (реки, дороги, сельскохозяйственные поля и др.), чтобы не усложнять и не затенять изображение.
На Фиг.4 приведен фрагмент картограммы (в электронном виде) классификации земель по их пригодности для сельского хозяйства (для участка территории одного из субъектов РФ), на котором земли различной пригодности для сельского хозяйства обозначены разными цветами.
На Фиг.5 приведены условные обозначения земель (разные цвета) по их пригодности для использования в сельском хозяйстве (к Фиг.4).
На Фиг.6 приведен фрагмент карты зонирования (территориального районирования) земель (в электронном виде) на основе классификации по их пригодности для сельского хозяйства (на территории одного из субъектов РФ), на котором земли различной пригодности для сельского хозяйства обозначены разными цветами, М 1:200000.
На Фиг.7 приведены условные обозначения земель (разные цвета) по их зонированию (к Фиг.6).
На Фиг.8 приведен фрагмент компьютерного отображения аэроснимка участка территории одного из субъектов РФ, где:
1 - гослесфонд; 2 - сельскохозяйственные земли; 3 - лесные полосы; 4 - полевые дороги; 5 - автомобильная дорога; 6 - населенный пункт; 7 - овражно-балочная сеть; 8 - пруд; 10 - сильносмытые почвы; 11 - среднесмытые почвы; 12 - переувлажненные земли.
На Фиг.9 приведен фрагмент компьютерного отображения топографической основы (топокарты) этого же участка территории, на котором:
1 гослесфонд (леса); 2 - сельскохозяйственные земли; 3 - лесные полосы; 4 - полевые дороги; 5 - автомобильная дорога; 6 - населенный пункт; 7 - овражно-балочная сеть; 8 - пруд; 9 - горизонтали.
На Фиг.10 приведено совмещенное по опознавательным точкам общее компьютерное отображение аэроснимка и топографической основы (топокарты) участка территории одного из субъектов РФ, на котором:
1 гослесфонд (леса); 2 - сельскохозяйственные земли; 3 - лесные полосы; 4 - полевые дороги; 5 - автомобильная дорога; 6 - населенный пункт; 7 - овражно-балочная сеть; 8 - пруд; 9 - горизонтали; 10 - сильносмытые почвы; 11 - среднесмытые почвы; 12 - переувлажненные земли.
На приведенных фрагментах компьютерных отображений цифрами обозначены только отдельные единицы элементов ландшафта (объекты: сельскохозяйственные земли, леса, дороги, реки, неблагополучные почвы и т.д.). Остальные однотипные объекты - единицы элементов ландшафта цифрами не обозначены (чтобы не затемнять отображение) и определяются визуально по одинаковому фототону, структуре изображения, яркости изображения.
Из приведенных иллюстраций (Фиг.1-10) видно, что, применяя предложенный способ, опытный дешифровщик может оперативно дистанционно выявить на обследуемой территории ареалы имеющихся почв, разделить их на зоны использования (в том числе в сельском хозяйстве), классифицировать их по пригодности использования в сельском хозяйстве, выявить практически все имеющиеся ненормальности (дефекты) почв, что практически невозможно оперативно и качественно сделать в полном объеме полевым способом (невозможно обойти, обмерить, взять и исследовать пробы почв практически из каждого м2 обследуемой обширной территории).
Предложенный способ применен Центрально-Черноземным филиалом ФГУП "Госземкадастрсъемка" - ВИСХАГИ при проектно-изыскательских работах по теме "Разработка рекомендаций по предотвращению эрозионных процессов в Воронежской, Курской, Белгородской областях", выполненных по государственному контракту. №К-04/16 от 05.04.2005 г ("ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ на выполнение работ по разработке рекомендаций по предотвращению эрозионных процессов в Воронежской, Курской, Белгородской областях" от 06.05.2005 г.).
Результаты использования предложенного способа приведены в материалах отчета по выполненным вышеуказанным работам "II этап: Зонирование территорий Воронежской, Курской, Белгородской областей на основе классификации земель по их пригодности для использования в сельском хозяйстве". На Фиг.1-8 приведены фрагменты из вышеуказанного отчета.
Применение предложенного способа позволило Центрально-Черноземному филиалу ФГУП "Госземкадастрсъемка" - ВИСХАГИ выполнить территориальное районирование земель по вышеуказанному "ТЕХНИЧЕСКОМУ ЗАДАНИЮ" (пилотный проект) в короткий срок, с хорошим качеством, с малыми затратами средств.
Качественное зонирование земель вышеуказанных регионов (следующий этап почвенного мониторинга земель) Центрально-Черноземный филиал ФГУП "Госземкадастрсъемка" - ВИСХАГИ будет выполнять по ТЗ заказчиков.
По мнению специалистов и ученых Центрально-Черноземного филиала ФГУП "Госземкадастрсъемка" - ВИСХАГИ, предложенный способ почвенного мониторинга земель целесообразно срочно гостировать и внедрить в принудительном (законодательном) порядке на всей территории Российской Федерации.
Авторы предполагают подать международную заявку на предложенный способ почвенного мониторинга земель.
1. Способ картографирования земель, включающий их космическую съемку, аэросъемку, оценку качества и классификацию их почв, расчет их стоимости, отличающийся тем, что на снимках земель обследуемой территории по фототону, структуре изображения, спектральной яркости визуально определяют ареалы почвенных разностей, выделяют их условными обозначениями, сканируют снимки земель и их топографическую основу, совмещают полученные отображения на экране компьютера по опознаваемым точкам в одно общее двухслойное отображение, объектизируют, генерализуют, векторизуют на нем границы земель с разными почвенными и геоморфологическими признаками, зафиксированными съемкой, при необходимости производят дополнительную аэросъемку обследуемых сложных участков земель непосредственно после схода снежного покрова и границы почвенных разностей уточняют наложением аэроснимков почвы на аэроснимки растительности, места несовпадения этих границ на двухслойном отображении уточняют полевыми почвенными работами, после чего разделяют земли на зоны по видам их оптимального использования, условными обозначениями указывают этот вид использования, границы, конфигурацию, площадь зон, тип, подтип, характеристики почв этих зон, при необходимости убирают ненужные зафиксированные съемкой и имеющиеся в используемой топографической основе объекты и детали, фиксируют полученное общее отображение в электронном носителе как базу свойств земель обследуемой территории, распечатывают на бумажном носителе в требуемом виде и масштабе как картограмму классификации земель обследуемой территории по их использованию и/или как карту зонирования (районирования) земель обследуемой территории по пригодности для использования в сельском хозяйстве.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при картографировании земель обследуемой территории учитывают местные агроклиматические показатели, влияющие на ассортимент и нормативную урожайность сельскохозяйственных культур, например указывают на картографических материалах теплообеспеченность и влагообеспеченность почв в зонах.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что при создании на экране компьютера общего двухслойного отображения обследуемых земель используют:
космические снимки и соответствующую им топографическую основу в масштабе 1:(100000-300000),
аэроснимки и соответствующую им топографическую основу в масштабе 1:(20000-60000).
4. Способ по п.1, отличающийся тем, что для участков земель, имеющих почвы с негативными свойствами (эродированные, засоленные, солонцеватые, осолоделые, заболоченные, переувлажненные, каменистые и др.) и/или загрязненные почвы (имеющие повышенную концентрацию токсичных химических веществ, тяжелых металлов, радиационных элементов и др.), разрабатывают и применяют локальные технологии выращивания на них сельскохозяйственных растений (агротехнические, агрохимические, мелиоративные и др.), дифференцированно учитывающие рельеф поверхности, агрохимические характеристики почв, вид и степень их загрязнения.
5. Способ по п.1, отличающийся тем, что в почвах обследуемых земель, расположенных на расстоянии до 500 м от интенсивно используемых автодорог, а также интенсивно работающих промышленных предприятий (например, оснащенных котельными), определяют массовую концентрацию бенз-а-пирена и при выявлении его опасной концентрации отчуждают земли от использования в сельском хозяйстве.
6. Способ по п.1, отличающийся тем, что в каждой зоне сельскохозяйственных земель выявляют не менее трех участков, имеющих примерно одинаковую высокую урожайность сельскохозяйственных культур, принимают эти участки за эталон качества почвы этой зоны, берут в каждом эталоне не менее трех проб почвы, лабораторным исследованием определяют основные характеристики почвы, усредняют полученные значения, берут не менее трех проб почвы в обследуемом (рабочем) участке этой зоны, лабораторным исследованием определяют эти же характеристики почвы, усредняют полученные значения, определяют коэффициент отличия усредненных значений характеристик почвы обследуемого (рабочего) участка зоны от усредненных значений этих же характеристик почвы эталона зоны, после чего используют полученный коэффициент отличия при определении цены, и при назначении локальных технологий выращивания сельскохозяйственных растений на рабочем участке заносят его в банк данных и/или в паспорт рабочего участка, наносят условными обозначениями на картографические материалы обследуемых сельскохозяйственных земель.
7. Способ по п.1, отличающийся тем, что стоимость участка обследуемых земель (кадастровую, рыночную для продажи и/или для аренды) определяют как сумму двух слагаемых, одно из которых - его материально-эксплуатационная стоимость, состоящая из затрат на его создание и/или на его эксплуатацию и из прибыли от его эксплуатации, второе - его экологическая стоимость, состоящая из затрат на экологическое обследование его почвы, на нейтрализацию обнаруженных в ней загрязнителей, на ликвидацию источников этих загрязнителей, при этом
до экологического обследования почвы, нейтрализации опасного действия выявленных загрязнителей и ликвидации источников загрязнителей уменьшают материально-эксплуатационную стоимость участка на размер затрат, необходимых для проведения проверочных и восстановительных экологических работ,
после экологического обследования почвы, нейтрализации опасного действия выявленных загрязнителей и ликвидации источников загрязнителей увеличивают материально-эксплуатационную стоимость участка на размер произведенных затрат при проведении проверочных и восстановительных экологических работ,
при выявлении повышенного загрязнения почвы и невозможности или нецелесообразности проведения восстановительных экологических работ уменьшают материально-эксплуатационную стоимость участка во столько раз, во сколько раз выявленное загрязнение его почвы превышает норму.
8. Способ по п.1, отличающийся тем, что стоимость участка сельскохозяйственных земель обследуемой территории определяют с учетом стоимости, разработанной для него оптимальной (локальной) технологии производства сельскохозяйственной продукции.
9. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве показателя качества сельскохозяйственных земель используют зерновой эквивалент в виде урожайности зерновых культур, получаемой на эталон затрат, эквивалентной по величине расчетного чистого дохода всему ассортименту оценочных культур.
