Мониторинг типов почв при использовании данных пространственного разрешения при анализе объектов Республики Калмыкии

В связи со сложной природно-климатической погодной ситуацией северо-западной части Прикаспийской низменности, пустынным типом растительности и следствием сильной антропогенной нагрузки, которую испытывает данная территория данный аспект географии Юга России требует привлечения дополнительного анализа изучения труднодоступности рассматриваемой территории и обзора ключевых вопросов источниковедения в области современного естествознания. Опустынивание как результат продолжительной засухи Юга России является предметом задачи экологической безопасности и решения ряда вопросов в геологии и сельскохозяйственном производстве. Появились новые возможности обследования территории Юга России: спутниковый мониторинг биоопасностей, анализ влияния потепления климата и отражение его на почвообразовании, экологическое загрязнение и т.д. В заключение приведен обзор последних разработок в области спутникового мониторинга почвенных покровов РК.Введение
Распределение административных районов Республики Калмыкии по зонам были предварительно предпринято специалистами филиала ФГБУ «Государственная комиссия РФ по испытанию и охране селекционных достижений» по Республике Калмыкия .
В.А. Пунцыковым и Б.Л. Хараевой по типам почв были определены зоны РК. Это – Западная зона, характеризующаяся типами почв –предкавказские черноземы и темнокаштановые почвы, которые находятся в Яшалтинском и Городовиковском районах РК, Центральная зона, характеризующаяся типами почв-каштановыми и светло-каштановыми почвами в комплексе с солонцами, которые находятся в Ики-Бурульском, Приютненском, Сарпинском, Целинном, западной части Малодербетовского района и западной части Кетченеровского района РК и Восточная зона, характеризующаяся бурыми почвами, которые находятся в Лаганском, Черноземельском, Юстинском, Яшкульском, Малодербетовском, Октябрьском, в восточной части Кетченеровского районов Республики Калмыкии. Детализированное исследование грунтов почвенных и растительных покровов, предоставляющий более точный состав типов почв позволяет ДЗЗ из космоса.

Формализованные методы анализа материалов ДЗЗ

Данные по открытым пескам деградированных пастбищных земель РК проводилися специалистами БНУ РК «ИКИАТ» Н.Л. Федоровой, В.Е. Джамбинова и Л.П. Четырева, было установлено расположение открытых песков на территории Черноземельского и Лаганского районов, рассчитаны их площади по степени зарастания растительными сообществами.
По материалам современных данных сканерных снимков ИСЗ «Landsat-8» OLI|TIRS 2024 г. выявлены и установлены открытые дефляционные очаги песков в Черноземельском районе РК, которые сосредоточены в его центральной и юго-восточной части и составляют 523,81 кв км, в Лаганском районе РК- в западной части территории составляют 131,17 кв км. Авторы дали оценку современного состояния ландшафтов пустынной зоны на основе геоинформационных технологий и пространственных баз данных, определили площади открытых очагов развеваемых песков по материалам актуальной космической съемки и наземных полевых изысканий в Черноземельском и Лаганском районах РК.
Методы ДЗЗ
Анализ состояния пастбищных угодий Юга России позволяет нам с помощью изучения объекта - аридных территорий Республики Калмыкии сезонное состояние типов почв сельскохозяйственных угодий, показать особенности паспортно-климатического состояния региона. При анализе состояния почвенных покровов мы использовали результаты методики Кашницкого А.В., Лупяна Е.А., Плотникова Д.Е, Толпина В.А. Несмотря на то, что авторы представили результаты обзора данных дистанционного зондирования Земли и их анализ значения среднего вегетационного индекса NDVI, мы постарались дать общую характеристику состояния типов почв РК, показать их современное состояние.
Результаты исследования
С помощью изучения космических снимков Черноземельского и Лаганского административных районов, расположенных на юге и юго-востоке РК, площадь Черноземельского района составила 1420 тыс. га, из них 918,8 тыс. гектаров приходятся на пастбищные угодия, общая площадь Лаганского района - 468,5 тыс. га, из них 260,2 тыс.га – пастбищные угодия. Согласно данным ученых Института комплексных исследований аридных территорий РК Комсомольский, Лагань, Артезиан среднегодовая температура воздуха составила от +12,6 градусов С до +13,5 градусов С, среднемесячная температура самого теплого месяца (июль) составила от +27,5 градусов С до +29,2 градуса С, среднее количество выпадающих осадков от 219 до 241 мм. Мезорельеф представлен западинами, лиманами, днищами высохших соленых озер и небольшими буграми. На выровненных участках сформировались бурые пустынные солонцеватые, бурые пустынные слабодиференцированные почвы в комплексе с солонцами. Гидрографическая сеть развита очень слабо. В западинах и понижениях – полугидроморфные и гидроморфные почвы, по днищам сухих озер и в приозерных понижениях – солончаки. Значительные площади занимают поверхностно-луговато-бурые, луговато-бурые, луговые, влажно-луговые пустынные почвы и солонцы луговые. Зональными почвами Лаганского района являются бурые пустынные почвы, сформировавшиеся в условиях более засушливого климата. Зональные бурые пустынные солонцеватые почвы занимают северо-западную и западную часть Лаганского района РК и распространены на буграх Бэра и слабоволнистой и бугристо-волнистой равнине. Большая часть восточной стороны почвенного покрова Лаганского района занята гидроморфными почвами: луговые, влажно-луговые, приуроченные к пониженной равнине. Пески распространены в северо-западной и западной части района, их выделяют по разной степени задернения растительностью. Солончаки приурочены к выраженным плоским впадинам, которые распространены по всей территории района. Таким образом, земли юго-восточных районов РК, а именно Черноземельский и Лаганский расположены в Евразиатской степной и Сахаро-Гобийской пустынной областях подзоны северных пустынь. При определении и анализе открытых песчаных массивов на пастбищных землях юго-восточной части РК применялись методы ГИС-технологий и ДЗЗ. Специалистами БНУ РК «ИКИАТ» было проведено дешифрование открытых очагов дифляции на мультиспектральных снимках с использованием компьютерных методов и программ, обеспечивающих визуальное и автоматизированное распознание объектов на снимке. С целью создания топоосновы объектов исследований были отвекторизированы в программе ГИС Мaplnfo Professional топографические карты М.1:100000 по 2 административным районам республики: Черноземельского (21 топокарты: L-38-057-L-38-058, L-38-069-L-38-071, L-38-079-L-38-083, L-38-091-L-38-094, L-38-103-L-38-106, L-38-116-L-38-118), Лаганского(8 топокарт:L-38-083, L-38-094-L38-096, L-38-106-L-38-107, L-38-118-L-38-119). С топографических карт выполнена векторизация изогипс рельефа, отметок высот объектов. Были составлены карты схемы Черноземельского и Лаганского районов. Первая из 23 векторных слоев, которая отражает мелкобугристые пески (3 слоя), среднебугристые пески(3 слоя), бугристо-грядовые, бугристо-увалистые пески(3 слоя), участки на взбугренной и пологоволнистой песчаной равнине (3 слоя), район бэровских бугров, дефлированные земли вокруг населенных пунктов, антропогенные водоемы и т.д. Таким образом, в ходе исследования площадь в пределах района с мелкобугристыми песками составила 502 кв.км.(5,4% от площади пастбищных угодий); площадь среднебугристых песков -969,06 кв км-10,5% от площади пастбищных угодий; бугристо-увалистые, бугристо-грядовые пески-361,86 кв км(5,1%);были выделены равнинные участки на вбугренной и пологоволнистой равнине, масштабом 473,1 кв км(3%); в районе Бэровских бугров выявлены открытые пески с площадью 100,23 кв км, полузаросшие пески-10-50% по всем выделенным ландшафтам района составили площадь 12,81% или 117,7 кв км . Карта-схема Лаганского района содержит 19 векторных слоев: мелкобугристые пески(3 слоя), среднебугристые пески (3 слоя), крупнобугристые пески(3 слоя), участки на пологоволнистой и холмистой песчаной равнине(2 слоя), ильмени, соры, дефлированные земли вокруг населенных пунктов с выделением следующих ландшафтов: мелкобугристых песков площадью-125,14 кв км-4,8% от площади пастбищных угодий; среднебугристые пески -221,44 кв км-8,5%; крупнобугристые пески-76,31кв км-2,9%; участки на пологоволнистой и холмистой песчаной равнине с засоленными(депрессиями и лиманами)-97,76 кв км-3,7%. Доля полузаросших песков10-50% по всем выделенным ландшафтам-9,7%-253,04 кв км. По данным сканерных снимков ИСЗ «Landsat-8» OLI|TIRS за 2024 г. открытые дефляционные очаги песков в Черноземельском районе сосредоточены в его центральной и юго-восточной части, в Лаганском районе-на западной части территории. В Черноземельском районе площадь открытых дефляционных очагов в 2024 г. составила 523,81 кв км(деградированных земель-100,23 кв км), в Лаганском районе-137,17 кв км(деградированных земель-18,38 кв км), площадь открытых песков и дефлированных земель по двум районам РК составила за 2024 г.-779,59 кв км, отмечен рост открытых песков в 3 раза с 523,81 кв км(22,6%) до 1588,46 кв км(68,6;), 26% земель от площади пастбищ приходится на пески.При оценке техногенного влияния на растительный покров Прикаспийской низменности с помощью данных дистанционного зондирования встречаются определенные трудности. Поскольку влияние погодной компоненты на состояние растительности велико. Температурный режим, интенсивность нагонных явлений, количество осадков являются наиболее значимыми факторами, формирующими состояние растительности на больших территориях. Одной из современных систем дистанционного зондирования Земли среднего разрешения является прибор «МОDIS», установленный на спутниках «Terra» u «Aqua». Получаемые с его использованием данные широко применяются в различных приложениях, в частности, для глобального мониторинга растительности. Прибор «МОDIS» выполняет съемку в 36 спектральных каналах видимого и инфракрасного диапазона длин волн с пространственным разрешением 250м, 300 м и 1 км(2-5) и обеспечивает ежедневное получение данных наблюдений для любого региона России. Задача обнаружения очагов степных пожаров в настоящее время относится к числу достаточно разработанных, к исследуемым задачам в этом направлении относятся: определение контуров гарей и площадей выгоревших участков, оценка последствий пожаров и экономического ущерба от них, ценности пород растительного и почвенного покрова, эколого-экономический ущерб выгоревшего породного состава растений, оценивая площадь выгоревших массивов с помощью снимков в оптических каналах, более эффективно эта задача решается с использованием радиолокационных снимков, так как для радиоволн как облачность, так и дымовые шлейфы пожаров являются прозрачными . Созданная система современных технологий спутниковых данных по исследованию поверхности растительных и почвенных покровов Земли, включая все виды мониторингов позволяет своевременно выявить и определить места загрязнений поверхности.
Таким образом, предположительно количество осадков в Калмыкии в Западной зоне - 460мм ежегодно, в Центральной зоне - 300 мм, в Восточной зоне - 200 мм, поэтому почвообразование происходит со слабой интенсивностью, иногда сплошной почвенный покров часто отсутствует. Из-за отсутствия широко распространены перевеянные пески, закономерности в распространении почв и анализ их свойств базируются на классификации почв. Основные принципы классификации, вытекающие из их группировки почв систематически разрабатывались в истории науки РФ, заложив основы для изучения и понимания генезиса, географии и картографии почв.
В настоящее время ФГБУ «Станция агрохимической службы «Калмыкия» имеет 5 отделов: мониторинга плодородия земель сельскохозяйственного назначения; агроэкологического мониторинга; проектно-сметной документации и прогноза; аналитический; информационного обеспечения и производственный. ФГБУ «Станция агрохимической службы «Калмыкия» производит мониторинг плодородия почв, в соответствии с рекомендациями на всех типах сельскохозяйственных угодий: пашня, пастбища, сенокосы, многолетние насаждения, залежь и всех форм собственности: сельскохозяйственных кооперативов, акционерных обществ, унитарных предприятий, крестьянских (фермерских) хозяйств, подсобных хозяйств, опытных, государственных и муниципальных предприятий, прочих предприятий и учреждений. При проведении комплексного мониторинга плодородия почв сельскохозяйственных земель решались следующие задачи:
-получение достоверной информации о состоянии плодородия почв;
-системный анализ и оценка получаемой информации;
-комплексная оценка плодородия почв каждого земельного участка;
-ведение агроэкологического мониторинга загрязнения земель сельскохозяйственного назначения;
-разработка рекомендаций по эффективному использованию земель сельскохозяйственного назначения;
-формирование банка данных плодородия земель сельскохозяйственного назначения и др.
Заключение
В результате проведения мониторинга в РК было установлено, что на большей части территории республики значительное распространение получили почвы с щелочной реакцией среды, обусловленное присутствием в почвенно-поглощающем комплексе иона Na+, наилучшие условия для питания растений создаются при преобладании в составе почвенно-поглощающем комплексе иона Ca2+ и катионов, необходимых для питания растений. Для вытеснения иона Na+ и его замены на иона Ca2+ в практическом земледелии республики рекомендовано применять гипсование, мелиоративную вспашку и применение кислых минеральных удобрений-суперфосфата, аммиачной селитры, сульфата аммония и др.
Таким образом, по степени щелочности на территории республики с нейтральной и слабощелочной реакцией среды на пашне выявлено 604,3 тыс.га, пастбищах -280,5 тыс.га, сенокосах-64,5 тыс.га почв. Щелочную и сильнощелочную реакцию почвенного раствора имеют 366,7 тыс. га обследованных сельхозугодий, в том числе 120,4 тыс.га пашни. В проведении мелиоративных мероприятий на площади с щелочной и сильнощелочной реакцией почвенного раствора нуждаются 16,5 тыс.га пашни Кетченеровского района, Целинного-12,2 тыс.га, Малодербетовского-36,7 тыс.га, Сарпинского-47,2 тыс.га, в Яшкульском из 12 тыс. га орошаемой пашни нуждаются в гипсовании 3,1 тыс.га, в Лаганском районе –из 1,25 тыс.га-0,8 тыс.га. Мониторинг показал, что наиболее важным показателем в гранулометрическом составе почв, отражающим их активность в поглощении веществ и их обмене, является количественное наличие в них фракции 0,001мм. Чем больше этой фракции в гранулометрическом составе почв, тем сильнее в них выражены такие свойства как емкость поглощения, активность обмена, пластичность, липкость и др.
Гранулометрический состав обследованных почв различный. Соотношение между фракциями изменяется в различных пределах: с преобладанием фракции физического песка (супесчаные, песчаные почвы) Лаганского, Черноземельского районов, с преобладанием фракции физической глины (суглинки, глины) – тяжелые суглинки – темно-каштановые и черноземные почвы Яшалтинского и Городовиковского районов РК, светло-каштановые почвы Сарпинского (60,1 тыс. га), Малодербетовского (19,8 тыс. га), бурые полупустынные почвы Октябрьского (21,9тыс. га) районов. Значительная часть сельхозугодий имеет средне-и-легкосуглинистый гранулометрический состав-609,2 тыс. га, из них пашня-417,4 тыс. га . Почвы описанного пояса различаются по степени выветрелости - переходные ближе к сухим поясам на восток, который довольно широк на территории Евразии с изменением режима увлажнения в пределах нескольких климатических зон. Оценка последствий создания и использования водных объектов Калмыкии на основе многолетних данных геоэкологического мониторинга отдельно была выполнена С.С. Улановой , краткий анализ по почвенным разностям двух кластеров государственного природного биосферного заповедника «Черные земли» был выполнен А.А. Ташниновой и Б.И. Убушаевым . Следовательно, анализ возможности использования данных различного пространственного разрешения при проведении мониторинга объектов на территории Юга России в объективном анализе аридных территорий позволяет сделать вывод о значительной антропогенной нагрузке данных территорий, формирование деградированных экосистем, опустыниванием отдельных видов растений и гетерогенностью растительного покрова восточной зоны РК.