Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Методы регионального контроля мелиоративного состояния орошаемых земель Калмыкии на основе комплексного использования наземной и аэрокосмической информации

ВАК РФ 06.01.02, Мелиорация, рекультивация и охрана земель

Автореферат диссертации по теме "Методы регионального контроля мелиоративного состояния орошаемых земель Калмыкии на основе комплексного использования наземной и аэрокосмической информации"

Российская Академи; сельскохозяйственных наук

Всероссийский ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский институт гидротехники и мелиорации им. А.Н. Костикова (ВНИИГиМ)

Р Г Б ОД

'¡I ' На правах рукописи

Александров Валентин Александрович

Методы регионального контроля мелиоративного состояния орошаемых' земель Калмыкии на основе комплексного использования наземной и аэрокосмической информации

Специальность 06.01.02—мелиорация и орошаемое земледелие

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1995

Работа выполнена в Производственном объединении по изысканиям, исследованиям, проектированию и строительству мелиоративных и водохозяйственных объектов в России и за рубежом ПО «Совинтервод» и Прикаспийском филиале Государственного научно-исследовательского и производственного центра «Природа».

Научный руководитель: кандидат технических наук, старший научный сотрудник В.А. Харитонов

Официальные оппоненты: доктор технических наук Д.А. Манукьян

член-корреспондент Петровской АН, доктор географических наук, профессор Ю.С. Толчельников

Ведущая организация: Калмыцкое землеустроительное проектно-изыскательское предприятие «ЮжНИИГипрозем»

Защита состоится « 1995 года в часов на

заседании диссертационного совета К 099.05.01 по присуждению ученых степеней кандидата наук во Всероссийском ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательском институте гидротехники и мелиорации им. А.Н. Костякова по адресу: 127550, Москва, Б.Академическая, 44, ВНИИГиМ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ВНИИГиМ.

Автореферат разослан

95 года.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических наук

Общая характеристика работы

Актуальность темы

В Калмыкии стремительно развиваются процессы засоления орошаемых земель в связи с быстрым подъемом уровня грунтовых вод. Вследствие этого в настоящее время к неблагополучным отнесены свыше 50 % площади орошаемых земель республики, что составляет около 90 тыс га. Из-за неблагоприятной обстановки на оросительных системах прогрессирует подтопление прилегающих территорий. В частности, подтоплено более 33 населенных пунктов.

В сложившейся ситуации необходимо усилить контроль за динамичными факторами, отражающими мелиоративное состояние земель, главными из которых являются степень засоления почвы, уровень залегания и минерализации грунтовых вод, состояние'посевов сельскохозяйственных культур. Мониторинг мелиоративного состояния орошаемых земель, распространенных в республике на значительных территориях, можно осуществить на основе совместной обработки материалов аэрокосмической съемки и наземных наблюдений. Цель и задачи исследований

Цель исследований—разработка методов регионального контроля, мелиоративного состояния орошаемых земель Калмыкии на основе комплексного использования наземной и аэрокосмической информации.

В соответствии с целью разработки необходимо решить следующие задачи: —обосновать перспективные направления исследований на основе ана-шза состояния оросительяых систем, наземных и дистанционных методов мелиоративного контроля;

—выполнить природно-мелиоративное районирование территории респуб-ики, летно-еъемЬчные и наземные исследования на репрезентативных ключе-ых участках мелиоративных систем;

—разработать методику тематического дешифрирования аэрокосмиче-ких снимков для оценки мелиоративного состояния орошаемых земель с спользованием данных наземного обоснования. ¿?бъецтй и методы исследований

Диссертация выполнена по результатам научно-исследовательских работ по ме ЗЛО, проводимых в Прикаспийском филиале Государственного научно-ис-

следовательского и производственного центра «Природа». В основу работы были положены материалы аэро- и космической фотосъемки, полевого агробиологического и почвенного обследования, данные химических анализов ключевых участков Право-Егорлыкской, Сарпинской, Черноземельской и Каспийской оро-сительно-обводнительных систем.

Для обоснования дистанцибнных методов контроля мелиоративного состояния орошаемых земель проведены теоретические и экспериментальные исследования закономерности формирования изображения почвенно-растительного покрова на участках с разной степенью засоления почвы по разновременным и разномасштабным аэрокосмическим снимкам. Научная новизна

Разработан и научно обоснован метод оценки мелиоративного состояния орошаемых земель Республики Калмыкии на основе комплексного использования наземной и аэрокосмической информации о степени засоления почв, глубине залегания грунтовых вод и состоянии посевов сельскохозяйственных культур.

Разработаны критерии оценки мелиоративного состояния территории республики и методика природно-мелиоративного районирования с выделением лапдшафтно-экологичсской ситуации по отдельным природно-мелиоративным районам.

Разработана система дешифровочных признаков и .методика оценки засоления орошаемых земель Калмыкии на основе индикационных свойств основных сельскохозяйственных структур региона. Практическая значимость и реализация результатов работы

Разработанные методы позволяют осуществить мониторинг мелиоративного состояния орошаемых земель и обосновать первоочередные меры по их улучшению. Они применимы для планирования распределения водных ресурсов на орошение и промывку засоленных почв, а также для оценки экологической обстановки па массивах орошения Калмыкии.

На основе этих методов были составлены карты природно-мелиоративного районирования республики в масштабе 1:500 ООО и мелиоративного состояния орошаемых земель в масштабе 1:200 ООО на ключевые участки. Материалы

исследований были переданы для практического использования Департаменту по земельным ресурсам и землеустройства Республики Калмыкия. Апробация работы

• Основные положения и результаты исследований были доложены на секции Ученого Совета VI отдела Госцентра «Природа» в 1990 году, на производственных совещаниях Калмыцкой гидрогеолого-мелиоративной партии, в Департаменте по земельным ресурсам и землеустройству Республики Калмыкия. Публикации

Результаты проведенных исследований опубликованы в 4 печатных работах. ВИСХАГИ (г. Новочеркасск) в 1993 году изданы две карты масштаба 1:500 ООО природно-мелиоративного районирования и ландшафтно-экологиче-ских условий территории Калмыкии. Структура и объем работы

Работа состоит из введения, четырех глав, выводов, списка литературы из 170 источников и 3 приложений. Объем работы: 2 ОО страниц текста, 22» таблица, 30 рисунков.

Глава 1. Выбор перспективных направлений исследований

Калмыкия находится в сложных природных условиях и признана зоной экологического бедствия. В последние годы здесь стремительно развиваются процессы опустынивания, засоления и подтопления орошаемых земель.

Оптимальный мелиоративный режим определяется допустимыми пределами изменения засоления, влажности почвы, уровней залегания и минерализации грунтовых вод, требующих систематического контроля.

Для оценки засоления почв в орошаемом, земледелии применяются прямые методы, основанные на непосредственном определении количества солей в почвенных образцах, и индикационные, основанные на взаимосвязях непосредственно оцениваемых параметров почвенно-растительного покрова с засоленностью почвы.

Высокая трудоемкость и стоимость солевой съемки потребовали разработки более оперативных и дешевых способов определения засоления. Получили

развитие фитоиндикационные, геофизические, спектрофотометрические методы. Однако до настоящего времени задача оценки пространственного распределения засоления почв по большим массивам орошения удовлетворительно не решена.

Наземные наблюдения за мелиоративными состоянием земель выполняет гидрогеолого-мелиоративная служба, в обязанности которой входят:

—наблюдение за режимом грунтовых вод, водным и солевым балансом орошаемых земель;

—наблюдение за степенью, характером и динамикой засоления почв, изменениями их водно-физических свойств и плодородия;

—выявление эффективности работы дренажа и других мелиоративных мероприятий, возможности использования дренажных вод для орошения;

—выявление опасности подтопления грунтовыми водами населенных пунктов и возникновения других неблагоприятных инженерно-геологических процессов;

—оценка достоверности почвенно-гидрогеологических прогнозов и мелиоративных расчетов;

—систематическая разработка предложений по улучшению мелиоративной обстановки или предупреждению ее улучшения и другое.

Основными задачами службы являются регулярная оценка мелиоративного состояния орошаемых земель и установление направленности гидрогеологических и почвенно-мелиоративных процессов.

Основными показателями мелиоративного состояния орошаемых земель являются:

—степень засоленности почв и подстилающих их пород токсичными солями в слоях 0-1 м и 0-2 м;

—степень солонцеватости и комплексность почв;

—глубина залегания, общая минерализация и химический состав грувтовых вод;

—урожайность сельскохозяйственных структур;

—степень подтопления грунтовыми водами населенных пунктов, дорог и других сооружений в зонах влияния мелиоративных систем.

Эти показатели используются для обоснования мероприятий по управлению регулируемыми факторами почвообразования, обеспечивающих рациональ-

ное использование водных и земельных ресурсов с учетом состояния окружающей среды.

Фундаментальные основы наземных методов контроля гидрогеолого-мелио-ративного состояния орошаемых земель по основным показателям заложили Костяков (1960), Ковда (1947, 1971), Егоров (1954), Кад (1988), Парфенова (1982), Манукьян (1987), Емельянов (1970) и другие.

Работами Федорова (1964) было положено начало развитию индикационного метода оценки зЪсоления почвы по состоянию растительного покрова.

Розановым (1945), Лазаревым (1945), Ковдой (1947), Егоровым (1968, 1971), Керзумом (1957, 1967), Волобуевым (1965) было предложено определять градации засоленности орошаемых земель, в частности, по состоянию хлопчатника.

Значительную роль в почвенно-мелиоративных исследованиях многие авторы отводили природному, природно-мелиорагивному, гидрогеолого-мелиоратив-ному, почвенно-мелиоративному районированию территории (Шмидт, 1936; Гейнц, 1950; Роговская, 1959; Ходжибаев, 1962; Сквалецкий, 1965; Солнцев, 1962; Гвоздецкий, 1960; Ковда, 1956; Кац, 1967).

В настоящее время накоплен значительный опыт по использованию материалов аэрокосмической съемки для картографирования почв. Фундаментальные основы методов тематического дешифрирования аэрокосмических снимков почвенного покрова были разработаны в МГУ, ЛАЭМ, Почвенном институте им. В.В. Докучаева Симаковой (1954, 1984), Андрониковым (1958, 1979), Толчельниковым (1959, 1974), Афанасьевой (1865, 1977), Виноградовым (1966), Востоковой (1962) и многими другими исследователями.

Положительный опыт применения материалов аэрокосмической съемки для оценки засоленности почвы рассматривается в работах ряда авторов (Виноградов, 1966; Richardson, 1976; Панкова, Мазиков, 1975, 1976, 1985; Myers, 1983; Харитонов, 1981, 1982; Панкова, Соловьев, 1986; Соловьев, 1989; Щуклин, 1990; Мамедов, 1985; Горохова, 1992 и другие).

Особенностями отдельных разработок является следующее. Панковой, Мазиковым, Харитоновым, Соловьевым, Щуклиным исследования проводились,. в основном, в хлопковой зоне методами визуально-инструментального, фотометрического и автоматизированного дешифрирования аэрокосмических снимков.

Эти методы основавы на зависимости това и структуры изображения посевов хлопчатника от степени засоленности почвы, и поэтому мало пригодны для других севооборотов. Более близкими в этом смысле являются методические разработки Гороховой в сухостепной и полупустынной зонах Нижнего Поволжья; однако и она не могут учитывать особенностей формирования изображения почвенпо-растительного покрова на аэрокосмических снимках конкретных мелиоративных систем Калмыкии.

' Необходимо обратить внимание на специфику природно-мелиоративных условий территории Калмыкии, которые характеризуются большим разнообразием геоморфологических форм рельефа, пестротой почвенного покрова по механическому составу, водно-физическим свойствам, степенд засоления почв, видового состава и состояния сельскохозяйственных структур, глубине залегания и минерализации грунтовых вод, условий дренированности территории . и другим, а также на отсутствие достоверных дистанционных методов определения этих показателей.

Кроме того, анализ требований к видам и параметрам информации о мелиоративном состоянии земель, наземных и дистанционных методов ее получения показал, что в настоящее время практически отсутствуют дистанционные методы оценки глубины залегания и минерализации грунтовых вод, •технического состояния оросительной сети, что подтверждает необходимость комплексирования наземных и аэрокосмических методов.

Таким образом, цель, поставленная в диссертационной работе, может быть достигнута' на основе детального изучения природно-мелиоративных условий территории, выявления - всего многообразия орошаемых земель в регионе с учетом наземной информации о. засолении почв, уровнях залегания и минерализации грунтовых вод, составе и состоянии сельскохозяйственных структур, изучения закономерностей формирования изображения орошаемых земель на аэрокосмических снимках, разработки дешифровочных признаков засоленных и подтопленных земель, элементов мелиоративной сети, состояния сельхозугодий, а также требований к природным и техническим условиям проведения летно-съемочных работ.

Глава 2. Характеристика оросительных систем Калмыкии

Калмыкия расположена в северо-западной части Прикаспийской низменности. С юга она ограничена Кумо-Манычской впадиной, западная граница в основном проходит по Ергенинской возвышенности. Северо-запад Прикаспийской низменности представляет собой плоскую низменную равнину, бывшую прежде дном Каспийского моря, плавно понижающуюся от подножья Ергеней к побережью Каспийского моря.

Климат республики характеризуется ярко выраженными континентальными чертами. Особенность 'климата\-быстрое нарастание температур весной и почти такое же быстрое падение их осенью. На территории республики выпадает малое количество осадков. Преобладают ветры восточного направления.

По почвам Калмыкия разделяется на три основные зоны: западную, центральную и восточную. Западная зона расположена в пределах Кубано-Манычской впадины. Почвенный покров ее сравнительно однообразный. Преобладают каштановые почвы наряду со степным черноземным типом. Центральная зона характеризуется пестротой и комплексностью почвенного покрова и пустынно-степным, каштановым и бурым типом почвообразования. Наибольшее распространение имеют светло-каштановые почвы. Для восточной части характерны бурый тип почв, пестрота и комплексность. На юго-востоке республики типичны песчаные и супесчаные бурые пустынно-степные почвы в комплексе с солонцами и солончаками. В приморской полосе распространены массивы бугристых грядовых песков, закрепленных и полузакрепленных.

Видовой состав растительности меняется с запада и северо-запада на восток и юго-восток в соответствии с нарастанием летних температур, сухого климата и неблагоприятным для растений балансом влаги. Значительное влияние на растительность оказывает солонцеватость почв. Естественный лесной растительности в республике почти нет.

Гидрографическая сеть развита очень слабо. На территории республики много озер, характеризующихся различной степенью минерализации. Своими природными источниками, необходимыми для орошения земель, Калмыкия не располагает.

Площадь республики составляет 75,9 тыс. кв. км.

Вопросы широкого обводнения и орошения Калмыкии были поставлены только при Советской власти. -Первенцем оросительных систем республики является Аршань-Зельменьская. Оросительные системы построены и эксплуатируются с 1960-1970 годов. Каждая оросительная система имеет свои характерные особенности по климатическим, геоморфологическим, гидрологическим, почвенным, хозяйственно-экономическим и социальным условиям, которые подробно рассматриваются в диссертации. В таблице 1 приводится наименование оросительных систем, год их ввода в эксплуатацию, площади и виды орошения по состоянию на 01.01.91.

Таблица 1

Наименование ороси- Год Площади Виды орошения

п/п тельной системы ввода в орошаемых

эксплу- земель, Регулярное Лиманное, Инициати-

атацию га/% га/% га/% вное, га/%

1 Право-Егорлыкская 1960 11175 6495 — 4680

6,4 58,1 41,9

2 Сарпинская 1962 48319 17137 18888 12294

27,4 35,5 39,1 25,4

3 Калмыцко-Астрахан- 1984 11944 6411 — 553?

ская 6,8 53,7' 46,3

4 Чернозем ельская 1968 72 920 23004 21706 28210

41,4 31,5 29,8 38,7

5 Каспийская 1962 10228 1729 5 346 3153

5,8 16,9 52,3 30,8

6 Кумской коллектор 8625 - 8 625 —

4,9 100

7 • Местный стрк 12 76.6 4 028 535 8203

7,3 31,6 4,2 64,2

Всего 175 977 58 804 55100 62073

100 33,4 31,3 35,3

Три оросительные системы: Сарпинская, Калмыцко-Астраханская, Каспийская—используют воды реки Волги. Способ подачи воды в основном

самотечный, способ полива—дождевание, КПД не превышает 0,7-0,8, средняя поливная норма 600-700 м3/га, минерализация оросительной воды от 0,3 до 1,61 г/л, эффективно работающая коллекторно-дренажная сеть—исключение для большинства систем.

Из общей площади обследованных ранее земель регулярного орошения почти половина находится в неудовлетворительном состоянии.

Глава 3. Разработка научно-методических основ регионального контроля мелиоративного состояния орошаемых земель Калмыкии

На первом этапе исследований для изучения природно-мелиоративных особенностей региона, уяснения причинно-следственных связей негативных процессов засоления и подтопления земель с условиями естественной дренированное™, выбора репрезентативных ключевых участков для проведения летно--сгемочного эксперимента было выполнено природно-мелиоративное районирование территории республики в масштабе 1:500 000 по комплексу признаков (рельеф, гидрогеология, почвообразующие и подстилающие породы, почвы и так далее). За основную таксономическую единицу был принят район. В целом по республике было выделено 17 районов, в том числе в пределах Ергенинской аккумулятивно-денудационной возвышенности и Манычской аккумулятивной впадины по 4 района, Прикаспийской морской аккумулятивной низменности—7 и 2 в пределах Сарпинской аккумулятивной низменности. Карта природно-мелиоративного районирования республики и легенда к ней были составлены на основе фондовых картографических материалов. Эта карта издана ВИСХАГИ (г. Новочеркасск) в 1993 году и является в настоящее время одним из основных документов в республике для текущего и перспективного планирования работ по освоению и мелиорации земель, организации природоохранных мероприятий и мониторинга земельных ресурсов.

По этой карте были выявлены земли, склонные к переувлажнению и засолению в условиях орошаемого земледелия, а также перспективные и непригодные для освоения.

Выбор ключевых участков в пределах оросительных систем осуществлялся по результатам природно-мелиоративного районирования с использованием усредненных за несколько лет данных кадастра мелиоративного состояния земель Калмыцкой гидрогеолого-мелиоративной партии (см. таблицу 2) по принципу их типичности и способности характеризовать все многообразие гидрогеолого-мелиоративных участков каждой оросительной системы.

' Таблица 2

Оросительная Общая В том числе не- Ключевые учас- Пл. оро- В том чисде не-

система пл. оро- удовлетворитель- тки на орошае- шаемых удовлетворитель

шаемых ного мелиорати- мых землях земель ного мелиорати-

земель вного состояния хозяйств хоз-в вного состояния

под наб- га % под наб- га %

людени- людени-

ем, га ем, га

Право-Егорлык- 6400 3424 53,5 к/х «Пролетар- 284 148 52,1

ская ская Победа»

Сарпияская 22285 11499 51,6 с/х «Восход» 4 075 2274 55,8

Черноземель- 22986 13194 57,4 с/х «Хар Толга» 2105 1339 63,6

ская 9 779 8116 83,0 с/х «Прогресс» 1217 1092 89,7

Каспийская 1736 1257 72,4 с/х «Ракушен- 480 370 77,0

ский»

с/х «Красинс- 508 360 70,8

кий»

Здесь и далее использовалась следующая классификация мелиоративного состояния орошаемых земель, разработанная в соавторстве с Н.Б. Помпаевым (см. таблицу 3)

Таблица 3

Характеристика мелиоративного состояния орошаемых земель Соотношение степени засоления земель и глубины залегания уровня грунтовых вод

Хорошее 1. Незасоленные и слабозасоленные земли с глубоким залеганием уровня грунтовых вод (>3,0 м) 2. Незасоленные и слабозасоленные земли со средним залеганием грунтовых вод (1,5-3,0 м)

Удовлетворительное 1. Среднезасоленные земли со средним залеганием уровня грунтовых вод (1,5-3,0 м) 2. Среднезасоленные земли с глубоким залеганием уровня грунтовых вод (>3,0 м)

НеудовлетворительЙое 1. Незасоленные и слабозасоленные земли с высоким залеганием уровня сильноминерализированных грунтовых вод (<1,5 м) 2. Среднезасоленные земли с высоким залеганием уровня грунтовых вод (<1,5 м) 3. Сильнозасоленные земли с глубоким залеганием уровня грунтовых вод (>3,0 м) 4. Сильнозасоленные земли со средним залеганием уровня грунтовых вод (1,5-3,0 м) 5. Сильнозасоленные земли с высоким залеганием уровня грунтовых вод (<1,5 м)

Всего было отобрано 60 ключевых участкбв в 12 хозяйствах, общая площадь которых, согласно рекомендациям Панковой и Мазикова, была в пределах 10-20 % от площади орошения.

Почвенные исследования на ключевых участках производились по методике Почвенного института им. В.В. Докучаева и включали рекогносцировочное обследование территории (структура сельскохозяйственного использования земель, видовой состав, состояние и проективное покрытие почвы растительностью,- поверхностное переувлажнение почвы и другое), бурение и отбор почвенных проб с горизонтов 0-20 см, 20-40 см, 40-60 см, 60-80 см, 80-100 см, химический анализ водной вытяжки, определение типа и степени засоления

почвы. Набор сельскохозяйственных структур на ключевых участках был следующим: люцерна, суданка, рис, ячмеВь-горох.

Объемы проведенных почвенных исследований на ключевых участках по каждой оросительной системе приведены в таблице 4.

Таблица 4

Название Площадь Название Кол-во Кол-во Количество образцов,

оросительно- ключ. хозяйств ключ. выра- отобранных на анализ

обводнительной участков участ- боток водной вытяжки

системы оросит. ков Полный Сокра- Всего

системы анализ щенный

анализ

Право- Егорлык- 1200 к/х «Пролетар- 3 6 30 — 30

ская ская Победа»

к/х «Победа» 2 4 20 — 20

к/х «Ленинец» 3 6 30 — 30

Сардинская 7850 с/х «Калмыцкий» 20 20 100 - 100

с/х «Восход»

канал-насосная 10 10 50 — 50

станция 2 4 20 — 20

Черноземельская 7000 с/х «Хар' Толга» 9 26 48 85 130

с/х «Прогресс» 3 9 — 45 45

с/Х «Яшкуль- 2 6 — 30 30

окий»

с/х «Кормовой» 2 ' 6 — 30 30

Каспийская 550 с/х «Ракушин- 1 3 — 15 15

ский»

с/х «Крашиский» 3 9 15 30 45

Всего 16600 12 60 109 310 235 545

Аэрофотосъемка ключевых участков производилась в течение 1989-1991 годов аэрофотоаппаратами АФА-ТЭА-10 и АФА-ТЭ7«С». При аэрофотосъемке применялись светофильтр ЖС-18 с оттенением, значение кратности равно 3,8 и

аэропленка изопанхром тип 42 со светочувствительностью 1 400 единиц, которая изготовлена на триацетатцеллюлозной противореольной основе с высокой степенью задубленности эмульсионного слоя.

Качество дешифрирования таких мелиоративных показателей, как засоленность, поверхностное переувлажнение и проективное покрытие почвы растительностью, во многом зависят от срока аэрофотосъемки. Лучшим является период, когда большинство орошаемых культур находятся в фазе наилучшего развития и имеют максимальную вегетативную зеленую массу. На основе анализа периодов активной вегетации посевов основных сельскохозяйственных культур на орошаемых землях Калмыкии было установлено, что лучшим периодом проведения аэрофотосъемки является вторая половина июня.

Непосредственно после получения контактных отпечатков всех ключевых участков были изготовлены 15 одномаршрутных и 3 многомаршрутных фотосхемы, смонтированные по общим контурным точкам. Фотосхемы использовались при полевом дешифрировании сельскохозяйственных угодий и обследовании территории оросительных систем.

При дешифрировании орошаемых земель Калмыкии по аэро- и космическим снимкам различных масштабов автор диссертации придерживается принципов, изложенных в таблице 5.

Таблица 5

№ п/п Масштаб аэро- и ко смических снимков Объекты дешифрирования Цель дешифрирования Использование результатов дешифрирования

1 2. 3 4 5

1 Аэрофотоснимки» масштабов 1:5 000— -1:10000 Зоны засоления и увлажнения на орошаемых зем-' лях Оперативная оценка состояния орошаемых земель и почвенно-со-левая съемка Для контроля мелиоративного состояния орошаемых земель и обоснование агрономи ческах, мелиоративных и технических мероприятий по улучшению состояния орошаемых земель

1 2 3 4 5

2 Аэрофото- Зоны засоления и Определение зон под- Для районирования орошае-

снимки подтопления на топления и засоле- мых земель по мелиоратив-

масштабов орошаемых и при- ния, их местоположе- ному состоянию, составления

1:25000— легающих к ним ния, протяженности, проектов строительства дре-

—1:35000 землях степени проявления нажа, реконструкции орошае мых земель

3 Аэрофото- Зоны фильтрации Установление зон под Для разработки проектов ин-

снимки и подтопления ок- топления от лиманов, женерной защиты населен-

масштабов ружающих. терри- прудов, накопителей ных пунктов от подтопления

1:50000— торий, участки и контроль состояния

—1:75000 техногенных нарушений каналов, зоны ирригационной эрозии поливной и коллек-торно-дренажной сети

4 Космичес- Орошаемые зем- Выявление природ- Для уточнения и обновления

кие фото- ли, водные объек- ных особенностей и различных почвенно-мелиора

снимки ты, мелиоратив- новых взаимосвязей, тивных карт, составленных

масштабов ная сеть, места возникших после ме- до мелиоративного строитель

1:280000 сбора коллектор- лиоративного освое- ства, составления карт, отра-

но- дренажных ния территории жающих влияние орошения

вод, солончаки, земель на окружающую среду

овраги, земли,

перспективные и

непригодные для

мелиоративного

освоения

Картографирование мелиоративных объектов и процессов имеет свои особенности. Так, лиманы можно выявить только по ранневесенним снимкам, когда они еще не высохли. Почвенные особенности—по снимкам осенних съемок, когда отмирает травяной покров. Солончаки и солонцы лучше дешифрировать по летним снимкам, когда эти процессы наиболее интенсивно протекают. Внешний вид засоляющихся при орошении, почв зависит от степени

их засоления, проходя фазы мелкопятнистого, крупнопятнистого и сплошного засоления. Это явление обуславливает пятнистый внешний вид засоленных почв. Именно поэтому признак однородности или неоднородности изображения орошаемых участков на аэро- и космофотоснимках, зависящий от соотношения по площади пятен и фона степени засоления почв, избирается в качестве основного при дешифрировании. Было установлено, что территория, подверженная засолению, покрыта мозаикой пятен, имеющих различную тональность: от светло-серых до белых на основном более темном фоне. При сильной степени засоления орошаемые участки имеют сплошь пятнистый рисунок изображения. При этом отдельные пятна сливаются вместе, образуя размытые «языки», «потоки», овальные контуры, имеющие, как правило, светлую окраску. Среднезасо-ленные почвы имеют мелкопятнистый рисунок изображения, где площадь пятен составляет 10-20 % от площади почвенного выдела, а незасоленные и слабозасоленные земли имеют однородные тон и структуру изображения.

По тону и структуре изображения уверенного распознаются водоемы и водотоки, трансформация береговой линии, зарастание акваторий влаголюбивой растительностью, поверхностно переувлажненные почвы и другое.

В таблице' в приведены разработанные в диссертации дешифровочные признаки компонентов оросительных систем Калмыкии и сведения о достоверности тематического дешифрирования. Последняя определялась как достоверность правильного распознавания объектов по аэрокосмическим снимкам. Она выражается отношением количества правильно отдешифрированных объектов к общему числу случаев их дешифрирования, то есть объему выборки, который изменялся в пределах от 30 до 60-80. Дешифровочные признаки разрабатывались для конкретных аэро- и космических снимков каждой оросительной системы на основе природно-мелиоративного районирования и данных наземного обоснования.

Для подтверждения дешифровочных признаков был выполнен анализ взаимосвязи засоления метрового слоя почвы, проективного покрытия почвы растительностью и оптической плотности изображения, измеренной денситометром ДО-1М. Коэффициент корреляции между этими показателями изменялся в пределах 0,6-0,8. На рисунках 1 и 2 приведены типичные графики взаимосвязи засоления почвы с проективным покрытием и оптической плотностью изображе-

Ta.fi"- 6

№ п/п Название оросительной системы Исходные фотоматери алы Отличительные особенности оросительных систем Компоненты оросительных систем и их свойства Дешифровочные признаки и достоверность дешифрирования

1 2 3 4 5 6

1 Право-Егор-лыкская Космические фотоснимки масштаба 1:280000 и увеличенные до масштаба 1:100000 на всю территорию системы; аэрофотоснимки масштабов 1:25000 и 1:10000 оросительной системы вдоль магистральных каналов Оросительная система находится в зоне умеренного орошения со сложными гидрогеологическими условиями. Территория испытывает прогрессирующее подтопление со стороны Пролетарского водохранилища. Наблюдается подъем грунтовых вод, подтопление и засоление земель на фоне низкой естественной дренированности территории. Орошаемые земли рассредоточены небольшими участками среди богарных. Наиболее сложная мелиоративная обстановка в центральной части системы, примыкающей к Западному Маньгчу, где в значительной мере распространены озера, солончаки, засоленные и подтопленные земли. Вдхр. Западный Маныч, Городо-виковское вдхр., пруды, магистральные каналы Орошаемые земли на фоне богарных Заболоченные, подтопленные, переувлажненные земли Степень засоления орошаемых земель: незасоленные и с лаб озасол енные Темный однородный тон изображений, осветленный на мелководьях и зонах поступления взмученных вод (0,9-1,0) Тон изображения от светлого до темного, рисунок изображения от однородного до мелко- и крупнопятнистого, в зависимости от видового состава, состояния и фазы развития с/х культур (0,5) Более темный тон изображения по сравнению с объектами фона, рисунок, как правило, полосчатый вдоль урезов водохранилищ, каналов и коллекторов, пятнистый на полях внутри массивов орошения (0,7) Тон изображения от темного до светлого, однородный в зависимости от видового состава, состояния и фазы развития с/х культур (0,7)

1 2 3 4 5 в

2 Сарпннская Космические фотоснимки масштаба 1:280 ООО и увеличенные до масштаба 1:100000 на всю территорию системы; аэрофотоснимки масштабов 1:50000 и 1:70000 на земли, находящиеся в неудовлетворительном состоянии, аэрофотоснимки масштаба 1:25 000 на орошаемые земли рисовых севооборотов Оросительная система находится на слабодренированной территории с близким залеганием водо-упора шоколадных глин. На системе преобладают рисовые севообороты. Повсеместно проявляются негативные явления подтопления и засоления прилегающих к системе территорий. Подтапливаются населенные пункты. Сбросные воды с Волгоградской области существенно ухудшают мелиоративную и экологическую остановку. среднезасолевные ыщьнозасоленные Сарпинские озера, пруды, водоприемники, магистральные каналы Рисовый севооборот Заболоченные, подтопленные, переувлажненные земли Степень засоления орошаемых земель Интегральный тон изображения серый, рисунок изображения мелкопятнистый, площадь пятен составляет 10-20 % от площади почвенного выдела (0,7) Интегральный тон изображения светло-серый, рисунок изображения крупподятвистый, площадь пятен составляет более 50 % от площади почвенного выдела (0,7) Темный однородный тон изображения (0,9-1,0) Правильный геометрический рисунок изображения полей севооборота. Темный тон изображения залитых водой чеков, неоднородное по тону и структуре изображение посевов риса и других с/х культур (0,9) То же, что и в п. 1 То же, что и в п. 1

1 2 3 4 5 в

3 Черноземель-ская Космические фотоснимки масштаба 1:280000 и увеличенные до масштаба 1:100000 на всю территорию системы; аэрофотоснимки масштаба 1:50000 на земли, находящиеся в неудовлетворительном состоянии, аэрофотоснимки масштаба 1:25000 и 1:10000 на орошаемые земли Большая часть системы находится в подножии Ергенинской возвышенности. Естественная дрениро-валность территории слабая. Вследствие орошения наблюдается подъем минерализованных вод и засоление почв. За счет фильтрации воды из магистрального канала сильно засолена восточная часть приканальной полосы, где распростанены солонцы, солончаки, лиманы, луга Чограйское вдхр., магистральный канал Орошаемые земли Заболоченные, подтопленные, переувлажненные земли Степень засоления орошаемых земель То же, что и в п. 1 Характерные контуры полей, структура оросительной а кол-лекторно-дренжной сети, высокий контраст с объектами фона (0,9) То же, что и в п. 1 То же, что и в п. 1

Примечание: сведения о Каспийской оросительной системе в таблице не приводятся в связи с тем, что в настоящее время она практически полностью выведена из эксплуатации в результате затопления и подтопления водами Каспия. В диссертации соответствующие разделы оставлены.

Рис.1 Аппроксимированная регрессионная зависимость проективного • покрытия почвы сельскохозяйственными культурами (Р%) от засоления метрового слоя почвы токсичными солями (8 % ) на посевах: а) люцерны, б) суданки, в) риса, г) ячменя-гороха

5

1.0|

0,8.

---,-■-,-1 |---1- I I л

О 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,60,7 0,8 0,9 1,0

Рис.2 Аппроксимированная регрессионная зависимость оптической плотности изображения сельскохозяйственных культур (Б) от засоления метрового слоя почвы токсичными соляш! (5%) на посевах: а) люцерны, б) суданки, в) риса, г) ячменя-гороха

ния. Важным результатам исследований явилось выявление следующей закономерности: для всех сельскохозяйственных структур региона, даже на единовременно выполненных аэро- и космических снимках оросительных систем, характер вышеуказанных взаимосвязей сильно изменялся даже в пределах малого по площади севооборота, что объясняется, прежде всего, сложным набором культур, различиями в фазах развития, технологии возделывания и уборки урожая. Например, на одном и том же аэроснимке в идентичных почвенно-мелиоративных условиях могли,находиться поля люцерны в стадии максимального вегетативного развития и после очередного укоса. Таким образом, в региональных условиях Калмыкии нельзя описать зависимость оптической плотности изображения посевов сельскохозяйственных культур от степени засоления почвы одним-двумя уравнениями регрессии, как это было сделано для крупных массивов орошения в хлопковой зоне Мазиковым, Харитоновым, Щуклиным, Соловьевым и другими. Поэтому в диссертации для практического применения аэрокосмических снимков в оценке мелиоративного состояния земель рекомендуется создание и использование эталонов дешифрирования.

Кроме того, для оценки мелиоративного состояния земель, сведений о пространственном распределении засоленных почв недостаточно, поэтому необходим комплексный подход для оценки с помощью аэрокосмической информа- . ции условий увлажненности почв, особенностей рельефа, наличия водной эрозии, технического состояния мелиоративной сети и, косвенно, глубины залегания и минерализации грунтовых вод, причем определение последних параметров выполняется в основном гидрогеолого-мелиоратавной службой.

Теоретико-методические и экспериментальные исследования, выполненные автором на ключевых участках оросительных систем, позволили научно обосновать метод оценки мелиоративного состояния орошаемых земель Калмыкии на основе комплексного использования наземной и аэрокосмической информации. Основное содержание метода заключается в выполнении следующих этапов работ:

1) Выполнение природно-мелиоративного районирования территории;

2) Составление проекта летно-съемочных и наземных работ на репрезентативных ключевых участках мелиоративных систем;

3) Разработка дешифровочиых признаков засоления, поверхностного переувлажнения почв, состояния посевов сельскохозяйственных культур и так далее, составление эталонов дешифрирования;

4) Выполнение аэро- и космической съемки массивов орошения в период максимального вегетативного развития сельскохозяйственных культур во второй половине июня, проведение наземной солевой и гидрологической съемки;

5) Тематическое дешифрирование аэрокосмических снимков и составление карты-гипотезы мелиоративного состояния орошаемых земель;

6) Корректировка содержания карты с учетом данных наземных репер-ных определений типа и степени засоления почвы, глубины залегания и минерализации грунтовых вод; составление авторского оригинала карты.

Метод был апробирован на части территории мелиоративных систем Калмыкии (порядка 20 %). Проанализировав материалы, полученные в результате дешифрирования аэрофотоснимков ключевых участков, по засоленности, а также карты глубин залегания и минерализации грунтовых вод и карты гидромелиоративной сети по оросительным системам, используя данные вновь созданной карты природно-мелиоративного районирования Калмыкии масштаба 1:500 ООО, автором дисссертации составлены на ключевые участки четырех оросительных систем карты мелиоративного состояния земель масштаба 1:200 000, обладающие достаточной информативностью для обоснования мелиоративных мероприятий. На картах отражается территориальное распределение, точное местоположение земель регулярного, инициативного и лиманного орошения. Совмещение картографических материалов по засоленности, глубине залегания грунтовых вод и дренированности орошаемых и прилегающих земель на единой плановой основе позволило оперативно выделить земли хорошего, удовлетворительного и неудовлетворительного состояния.

Глава 4. Оценка мелиоративной обстановки на Черноземельской оросительно-обводнительной еистеме

Черноземельская оросительно-обводнительная система имеет важнейшее значение для Калмыкии, особенно для ее восточных районов, где сосредоточено практически все земледелие и производится основная масса кормов. Система является крупнейшей в республике и в настоящее время занимает площадь 72920 га. Продуктивность орошаемого гектара на полях системы составляет 35-40 % кормовых единиц и пока еще ниже проектной.

Орошаемые массивы располагаются вблизи магистрального и участковых каналов в пределах Манычской ложбины и в западной части черных земель Прикаспийской морской аккумулятивной низменности.

Природное засоление почв и грунтовых вод в зоне действия оросительной системы очень высокое. Уровень грунтовых вод почти повсеместно подходит к критической отметке. Существующая коллекторно-дренаясная сеть находится в крайне неудовлетворительном техническом состоянии. Зоны подтопления и засоления формируются в местах поверхностного стока с Ергеней, усиленного орошением, что подтверждает проведенное геоботаническое обследование системы.

Анализ созданной карты масштаба 1:200 ООО мелиоративного состояния орошамых земель показывает, что для орошаемого земледелия наиболее пригодна узкая полоса территории, ограниченная с запада Ергенями, а с востока зоной близкого залегания грунтовых вод. Четко видно, что распределение земель с различным мелиоративным состоянием подчинено определенным ландшафтным закономерностям и обусловливается геоморфологическими, гидрогеологическими и инженерно-геологическими условиями территории, по которой проходит трасса основного канала и прилегающие к ней орошаемые земли.

Земли хорошего мелиоративного состояния расположены главным образом в западной части—зоне грунтового стока и транзита с Ергеней и зоне относительно глубокого залегания грунтовых вод.

Земли неудовлетворительного мелиоративного состояния приурочены к местам изгибов трассы канала, там, где он пролегает в насыпи или полувыемке, особенно в местах пересечения каналом ложбин, балок, и долин небольших

речек, протянувшихся с Ергеней. Много земель неудовлетворительного состояния в узкой прилегающей к каналу полосе, испытывающих подтопление и вторичное засоление почвогрунтов, а также в более удаленной от канала зоне, на территории с высоким естественным уровнем грунтовых вод и низкой дренированностью.

Подтверждением результатов анализа карты, свидетельствующего об ухудшении мелиоративной обстановки, являются данные кадастра мелиоративного состояния орошаемых земель и технического состояния системы за 9 лет, с 1981 года по 1989 год, составленного Калмыцкой гидрогеолого-мелиоративной партией, из которых следует, что площади земель, находящиеся в хорошем мелиоративном состоянии, за 9 лет. уменьшилась с 57,2 % до 0,4 % от общей площади орошаемых земель, а в удовлетворительном и неудовлетворительном состоянии соответственно возросла с 19,9 % до 41,4 % и с 22,9 % до 58,2 %.

Не останавливаясь подробно на оценке технико-экономической эффективности разработанных методов, отметим, что в настоящее время в связи с инфляцией и постоянными изменениями расценок на все виды полевых и лабораторных работ произвести расчет технико-экономической эффектцвности дистанционных методов контроля мелиоративного состояния орошаемых земель представляется возможным лишь по трудозатратам.

Предполагалось, что составлением карты мелиоративного состояния орошаемых земель республики в масштабе 1:200 ООО с помощью дистанционных методов занимались бы 5 специалистов в течение двух лет, л том числе на полевые работы было бы затрачено 8 месяцев. Традиционными наземными методами на эту работу потребовалось бы как минимум 16 месяцев полевых исследований экспедиции, состоящей из 10-12 специалйстов и 20-30 человек технического персонала. Составительские и полевые работы в общей сложности по времени потребовали бы около 3 лет. Таким образом, дистанционные методы исследования сокращают йатраты трудовых, материальных ресурсов и времени на выполнение работ как минимум в 4-5 раз.

Выводы

1. Для повышения эффективности орошаемого земледелия в Калмыкии необходимо резкое улучшение качества, объективности и оперативности исходной информации для обоснования режимов эксплуатации и проектов реконструкции мелиоративных систем на основе мониторинга основных показателей мелиоративного состояния орошаемых земель с помощью аэрокосмических методов.

2. Природно-мелиоративные условия территории Калмыкии отличаются большим разнообразием геоморфологических форм рельефа, пестротой почвенного покрова по механическому составу, воднофизическим свойствам, степени засоления почв, видового состава и состояния сельскохозяйственных культур, глубине залегания и минерализации грунтовых вод, условий дренированности территории и другое, в связи с чем в настоящее время в региональных условиях Калмыкии практически отсутствуют дистанционные методы контроля орошаемых земель.

3. Разработав, научно обоснован и апробирован метод оценки мелиоративного состояния орошаемых земель Калмыкии на основе комплексного использования наземной, и аэрокосмической информации о степени засоленности почв, глубине залегания грунтовых вод и состоянии посевов сельскохозяйственных культур, который включает:

—методику природно-мелиоративного районирования территории республики;

—систему дешифровочных признаков мелиоративного состояния орошаемых земель и методику тематического дешифрирования аэрокосмических снимков;

—обоснование природных Л технических 'условий выполнения леТно-съемочных работ.

4. Установлено, что достоверность распознавания засоленных и переувлажненных земель, оросительной и коллекторно-дренажной сети, источников орошения и водоприемников, зон фильтрации воды и подтопления окружающей территории изменяется для аэрофотоснимков в пределах 70-90%, а детальность

тематического картографирования зависит в основном от масштаба изображения.

5. Лучшим периодом проведения аэро- и космической фотосъемки для оценки гидрогеолого-мелиоративного состояния орошаемых земель, совпадающим с периодом активной вегетации большинства сельскохозяйственных культур в регионе, является вторая половина июня.

6. Составленные на основе разработанного метода карты природно-мелиора-тивного районирования республики Калмыкия масштаба 1:500 ООО и мелиоративного состояния орошаемых земель Черноземельской оросительно-обводни-тельной системы масштаба 1:200000 могут стать основой информационной базы при организации гидрогеолого-мелиоративного мониторинга орошаемых земель республики.

По теме диссертации опубликованы следующие работы

1. Александров В.А. «Природно-мелиоративное районирование Республики Калмыкия»—Хальмг Танч, Элиста, ЦНГИ, 1993.

2. Александров В.А., Помцаев Н.Б. «Опыт картографирования мелиоративного состояния орошаемых земель Республики Калмыкия»—Хальмг Танч, Элиста, ЦНТИ, 1993.

3. Александров В.А., Харчевко В.М. «Природно-мелиоративное районирование Республики Калмыкия»—Хальмг Танч, карта масштаба 1:500 ООО на 4 листах. Новочеркасск, ВИСХАГИ, 1993.

4. Харченко В.М., Агапова Л.П., Александров В.А., Веселева C.B., Кузь-менко C.B., Роженцев В.П., Санкуева З.М., Суслякова Г.О., Щипицин М.Н., Яркова Л.Ф. Карта ландшафтно-экологических условий территории Республики Калмыкия—Хальмг Танч, масштаб 1:500 ООО на 4 листах. Новочеркасск, ВИСХАГИ, 1993.

Подп. к печати 29.06.95 Формат 60x90 Бумага иллюстр. Печ.л. 1,7 Уч.-изд.л. 1,7 Тираж 100 экз. Заказ №290 Цена договорная

МосГУГК

103064 Москва К-64 Гороховский пер. 4