Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Мониторинг земель: контролируемые параметры почвенно-гидрологического режима бассейна р. Дон

ВАК РФ 11.00.11, Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

Автореферат диссертации по теме "Мониторинг земель: контролируемые параметры почвенно-гидрологического режима бассейна р. Дон"

РГ6 од 1 3 НОЯ 1995

НА ПРАВАХ РУКОПИСИ

ЖЕРДЕВ ВЛАДИМИР НИКОЛАЕВИЧ

МОНИТОРИНГ ЗЕМЕЛЬ: КОНТРОЛИРУЕМЫЕ ПАРАМЕТРЫ ПОЧВЕННО-ГИДРОЛОГЙЧЕСКОГО РЕЖИМА БАССЕЙНА Р.ДОН

Специальность: 11.00.11 - "Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов"

АВТОРЕФЕРАТ

диссертаций на соискание ученой степени доктора сельскохозяйственных наук

Курск - 1995

Работа выполнена в Черноземном институте мониторинга земел и экосистем

Научные консультанты: - заслуженный деятель науки и техник

РФ, академик РАСН, доктор технических наук, профессо М.С.Григоров - член-корреспондент РЭА, доктор сельскохозяйственных наук профессор А.Ю.Черемисинов

Официальные оппоненты: - член-корреспондент РЭА,

доктор сельскохозяйственных наук, профессор В.К.Подгорный

- академик РАЕН,

доктор сельскохозяйственных наук профессор В.Г.Шаталов

- доктор географических наук, профессор В.И.Федотов

Ведущая организация - Всероссийский научно-исследовательск

институт земледелия и защиты почв от эрозии

Защита состоится "7- " 1995 г. в 4_0^_часов на за

седании диссертационного совета Д 120.25.01 в Курской Государс твенной сельскохозяйственной академии имени профессора И.М.Ивано ва по адресу: 305034. г.Курск, ул.Карла Маркса, 70.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Курской госу дарственной сельскохозяйственной академии.

Автореферат разослан "3/ " 1995 г.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат сельскохозяйственных наук доцент

ВВЕДЕНИЕ

• Актуальность темы. Жизнь "Дона-батюшки" находится в опасности. Решение многих жизненных вопросов по охране окружающей среды и рациональному использованию природных ресурсов бассейна р.Дон откладывается ка более поздние сроки. До сих пор нет Федеральной целевой программы по оздоровлению экологической обстановки на реке Дон и ее притоках, восстановлению и предотвращению деградации природных комплексов Донского бассейна.

В связи с чем назрела актуальная проблема возрождения Дона, тем более в бассейне р.Дон сосредоточены в большом количестве уникальные в мировом плане по своей значимости - русские черноземы.

В Государственном (национальном) докладе' о состоянии и использовании земель Российской Федерации за 1993 год (Москва. 1994) среди- основных предложений по улучшению состояния и использования земельного фонда выделены следующие:

- выполнить организационно-технические мероприятия по разработке инструкций, методик, технологий и другой нормативной документации. необходимой для внедрения при выполнении работ по землеустройству, ведению государственного земельного кадастра и мониторинга земель;

- провести работы по созданию базы данных о состоянии земель, системы ведения мониторинга земель, совершенствованию системы государственного земельного кадастра, государственного контроля за использованием и охраной земель, научного и материально-технического обеспечения земельной реформы и землеустройства.

В таком же докладе за 1994 год предусмотрено разработать и осуществить большой комплекс мероприятий направленных на совершенствование земельных отношений, улучшение использования и охраны земельных ресурсов на ландшафтной основе. Из наиболее актуальных по ведению мониторинга земель (ИЗ) отмечены такие:

- обеспечить разработку и внедрение оперативных методов контроля за состоянием и использованием земель:

- разработать проект целевой "Государственной программы МЗ РФ на период 1996-2000 годов";

- продолжить работы по выявлению деградированных и загрязненных земель и разработке мероприятий по их восстановлению.

В этой связи разработка перечня контролируемых параметров почвенно-гидрологического режима по бассейновому принципу с соответствующей нормативной документацией является актуальной темой при создании системы МЗ России, где в технических предложениях состав показателей МЗ различных категорий будет уточнятся в процессе проектирования, а для основных показателей, которые приве-

дены в предпроектном документе необходима разработка шк&лы, характеризующей степень развития процесса или явления и его влияния на состояние земель.

Цель и задачи работы. Целью данной работы является разработка состава контролируемых параметров почвенно-гидрологйческого режима в системе МЗ и создание структуры геоинформационной системы (ГИС) по бассейновому принципу (на примере бассейна р.Дон).

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

1. -В связи со слабой информационной базой МЗ укомплектовать ее фонд данными исследований других природоохранных органов, ведомств и служб кадастров и специализированных мониторингов природных ресурсов.

2. отработать концепцию дифференцированной оценки земельных ресурсов на исходном материале.

3. Районировать изучаемую территорию по характеру формирования гидрометеорологических полей.

4. Использовать малые водосборы и речные экосистемы для проведения МЗ на различных уровнях и как критерий выбора полигонов и ключевых'участков.

5. Изучить потоки данных гидрометеорологической информации в системе МЗ по бассейновому принципу.

6. Определить состав контролируемых параметров на локальном и региональном уровнях.

7. Разработать нормативную документацию созданной структуры ГИС для ведения МЗ.

Объекты и методы исследования, Объектом исследования являются потоки данных гидрометеорологической информации бассейна р.Дон.

Методологической основой работы является применение геосистемного и экспертно-аналитического подходов для анализа контролируемых параметров в системе МЗ. ГеосиЬтемные исследования осуществлялись с использованием известных методов получения информации: фондовых материалов с ретроспективным анализом, наземных наблюдений и дистанционного зондирования.

В процессе научной работы применялись различные методы исследований: маршрутное обследование ключевых участков и полигонов; изучение природных и антропогенных процессов на репрезентативных участках балансовыми методами; различные методы определения качества почв и'аоды; природное картирование; методы натурно-математического моделирования, статистические, гидрологической аналогии, географической интерполяции. Использовались также теоретические и методические разработки Роскомзем, РосИМЗ. Институтов географии и водных проблем РАН, ГГИ, Всероссийского НИИ земледе-

лия и защиты почв от эрозии. ЧерноземйМЗ и методические указания, наставления, инструкции и рекомендации землеустроительных, лесо-хозяйственных, геологических и водохозяйственных организаций Донского бассейна и сопредельных территорий.

Личный вклад автора состоит в разработке программы и методики исследований, проведении экспериментов, систематизации'и-интерпретации результатов анализов и экспериментов,' теоретическом обобщении собственных и литературных материалов.

Научная новизна. В работе впервые разработаны: : методологический подход к проведению ИЗ- по бассейновому принципу; методика изучения контролируемых параметров почвенно-гидрологического ре-, жима бассейна на основе расчленения малых водосборов на морфологические элементы рельефа и ландшафта (приводораздельный склон, овражная и балочная сети, лесополосы и лес островного характера) и в зависимости от степени дренирования или подземных вод: руководство по контролируемым параметрам почвенно-гидрологического режима в системе МЗ на действующих полигонах бассейна р.Дон; обоснованный состав параметров МЗ на локальном уровне; система показателей МЗ на региональном уровне для земель водного фонда; нормативная документация бассейновой структуры ГИС.

Теоретическая значимость. Созданная структура- состава контролируемых параметров по бассейновому принципу еще более расширит применение ГИС в сфере слежения за.последствиями позитивных и негативных процессов объектов МЗ на -локальном и региональном уровнях.

Практическая ценность: Разработанное руководство по контролируемым параметрам в системе МЗ на действующих полигонах бассейна р.Дон имеет ценность для следующих министерств и ведомств, заинтересованных этой информацией: ■ Роскомзем, Минприроды России. Минсельхозпрод России. ГКЧС (гражданской обороны и чрезвычайной ситуации) России, Госкомчернобыль России, Роскомнедра, ■ Роскомсе-вер, Росгидромет, Рослесхоз. Некоторые параметры и их нормативная документация применимы при экспертной оценке гидрологических и водохозяйственных расчетов в проектных организациях.

Материалы исследований широко используются автором в учебном процессе на факультете повышения квалификации специалистов Рос-комзема, а также студентов 2, 3 и 4 курсов агрономического -и землеустроительного факультетов Воронежского государственного аграрного .университета имени К.Д.Глинки при разработке учебный целевых программ и чтении дисциплин "Мелиорация земель". "Основы проектирования простейших гидротехнических сооружений", "ГИС", "Дистанционное зондирование земельных ресурсов" и "Картография".

Реализация результатов. Часть исследований проведено в Проблемной гидромелиоративной научно-исследовательской лаборатории по

теме Воронежского СХИ "Регулирование местного стока и мелиоративная организация территории в условиях ЦЧЗ", включенной в Государственный координационный план 1976-1980 г. по проблеме 0.51.01 (задание 03.02). В 1981-1985 г. эти работы продолжались по теме "Изучить закономерности формирования водных ресурсов, возможности их рационального использования в с.-х. производстве и разработать систему противоэрозионных мелиорации в ЦЧЗ". В 1986-1990 г. по теме "Разработать рекомендации по комплексному и.эффективному использованию водных ресурсов для орошения и с.-х. водоснабжения в хозяйствах ЦЧЗ".

Далее в 1992 г. автор по заказу Роскомзем в ЧерноземИМЗ разрабатывал тему "Обосновать контролируемые параметры гидрологического режима в системе МЗ ЦЧО". В 1993-94 г.. там же и по заказу Роскомзем проводил исследования по теме "Разработать руководство по контролируемым параметрам почвенно-гидрологического режима в системе МЗ на действующих полигонах бассейна р.Дон".

Все отчеты проблемной лаборатории имеют положительные отзывы. Последние два отчета рассмотрены в отделе МЗ и охраны почв Роскомзем и также получили положительную оценку.

Отдельные результаты исследований учтены при планировании комплексов основных тематических задач МЗ РФ и составлении Государственного (национального) доклада о состоянии и использовании земель РФ за 1993 год.

Результаты исследований использованы при составлении рекомендаций по расчету инженерных характеристик при проектировании противоэрозионных комплексов (Воронеж, 1978). Они внедрены в "ЦЧОГипроводхоз" и Воронежском филиале института "Гипрокоммун-дортранс". Некоторые результаты исследований использованы при составлении рекомендаций "Водные ресурсы и их рациональное использование в хозяйствах Хохольского района Воронежской области" (Воронеж, 1983), "Методические указания по обоснованию проектных режимов орошения сельскохозяйственных культур в ЦЧО" (Новочеркасск, 1988) и справочно-нормативной информации по контролируемым параметрам МЗ в ЧерноземИМЗ (Воронеж. 1993).

Апробация работы. Результаты исследований и основные положения работы ежегодно докладывались и обсуждались на научно-практических конференциях Воронежского государственного агроуниверсите-та с 1975 по 1995 г.; советах ЧерноземИМЗ с 1991 по 1995 г., заседании кафедры экологии и охраны природы Курской государственной сельскохозяйственной академии в 1995 г., а также на международных, всесоюзных, российских, республиканских, региональных, межвузовских и отраслевых симпозиумах, конференциях, совещаниях, семинарах: "Теоретические и практические проблемы почвозащитного земледелия" (Курск, 1981), "Закономерности проявления эрозионных

и русловых процессов в различных природных условиях" (Москва, 1981), "Комплексное изучение, использование и охрана природных богатств бассейнов Черного и Азовского морей" (Ростов, 1982). "Закономерности проявления эрозионных и русловых процессов в различных природных условиях" (Москва, 1987), "Охрана окружающей среды и человек" (Кзыл, 1988). "Повышение эффективности использования водных ресурсов в сельском хозяйстве" (Новочеркасск, 1989), "Экологические аспекты мелиорации Северного Кавказа" (Новочеркасск, 1990), "Территориальная организация народного хозяйства крупного экономического района в условиях новых форм хозяйствования" (Воронеж, 1990), "Катастрофы и человечество" (Суздаль.

1991), "Экологические основы природопользования в бассейне Дона" (Воронеж, 1991), "Актуальные проблемы формирования экологической культуры специалиста" (Петрозаводск, 1991). "Эрозиоведение: теория. эксперимент, практика" (Москва. 1991). "Дистанционный.мониторинг экосистем (Воронеж, 1991, 1992), "Проблемы сохранения почвенного плодородия" (Пенза, 1992), "Семинар-совещание по мониторингу земель России" (Воронеж, 1992), "Компьютеризация учебного процесса и научно-исследовательские работы в с.-х. вузах" (Кострома, 1992). "Методы и средства активизации экологического образования и воспитания в технических вузах Украины" (Запорожье,

1992), "Гидрологические функции ландшафтов" (Иркутск, 1992), "Экологические проблемы аграрного производства" (Днепропетровск, 1992), "Экологические проблемы Северо-Запада России" (Псков, 1992), "Проблемы экологии в сельском хозяйстве" (Пенза, 1992), "Восьмое межвузовское координационное совещание по проблеме эрозионных, русловых и устьевых процессов" (Воронеж. 1993), "Экология и здоровье" (Пенза. 1993), "Земельная реформа на Украине и задачи землеустройства в ее осуществлении" (Харьков, 1994), "Экологические проблемы сельскохозяйственного производства" (Воронеж, 1994), "Мониторинг природной среды: экология, экономика, практика" (Москва, 1995), "Десятое межвузовское координационное совещание по проблеме эрозионных, русловых и устьевых процессов" (Вологда, 1995), "Аграрная реформа России в условиях формирования рыночных отношений: теория и практика" (Воронеж, 1995).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 80 работ, в том числе 2 монографии, 3 книги в соавторстве, методические указания, руководство и рекомендации .г

Структура и содержание работы.. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов и предложений производству, списка литературы и приложений. Работа изложена на Ц* страницах машинописного текста с Л. таблицами., .32 рисунками'и 10 фрагментами аэро-космоснимков, список литературы из -<<>Г наименований, в том числе _!£" на иностранном.языке. .

Предметом защиты является:

1. Бассейновый подход к МЗ.

2. Укомплектованная база данных МЗ по бассейновому принципу.

3. Концепция дифференцированной оценки земельных ресурсов.

4. Методика изучения контролируемых параметров почвенно-гид-' рологического режима бассейна на основе расчленения малых водосборов на морфологические элементы рельефа и ландшафта и в зависимости от степени дренирования ими подземных вод.

5. Обоснованный состав параметров МЗ не локальном уровне.

6. Система показателей МЗ на региональном уровне.для земель водного фонда.

7. Нормативная документация бассейновой структуры ГИС.'

1. ИЗУЧЕННОСТЬ, ХАРАКТЕРИСТИКА ИСХОДНЫХ МАТЕРИАЛОВ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ

Изученность. Концепция государственного МЗ появилась относительно недавно (Государственная программа МЗ РФ, 1991; Научные основы МЗ-РФ; 1992), где по содержанию МЗ представляет собой систему наблюдений,.за состоянием земельного фонда для своевременного выявления изменений,'из оценок, прогноза, предупреждения и устранения последствий негативных . процессов. Он является составной частью единой государственной информационной системы о состоянии окружающей среды и природных ресурсов, а также глобального мониторинга природной среды и климата в свете созданной Единой государственной системы экологического мониторинга (ЕГСЭМ).

В настоящий момент уже выполнены концептуальные и лредпроек-тные разработки по МЗ, определяющие функциональное назначение, основные задачи, источники финансирования и порядок реализации МЗ, его взаимосвязь с землеустройством, земельным кадастром, государственным контролем за использованием и"охраной земель, место в ЕГСЭМ. Установлено, что наиболее эффективный путь реализации МЗ - организация взаимосвязи между действующими,' сложившимися федеральными и региональными системами наблюдений, -'• характеризующими состояние земельных фондов.

Государственная программа МЗ РФ имеет большую экологическую и природоохранную значимость и связующую роль в обеспечении- комплексной информацией других видов мониторинга и кадастра природных ресурсов, в связи с чем в основу теоретических исследований и разработок положены труды В.И.Вернадского. А.И.Воейкова, В.В.Докучаева, В.Р.Вильямса. А.Н.Костякова, В.А.Шумакова, С.Ф.Аверьянова и других ученых.

Обоснование контролируемых параметров в система МЗ базируется на методологии системного анализа: геосистемного (В. Б. Сочава),

природных общесистемных положениях (Л.фон Берталанфи. В.Н.Сукачев. Г.Ф.Хильми, А.Д.Арманд, Ю.П.Одум, К.Я.Дьяконов и другие), агросистемного (Б.Г.Заславский. А.Н.Полевой, А.М.Глобус.

A. Г. Ивахненко, М.Г.Саноян. Ю. М. Свирежев, М.С. Страшкраба. А.Гнаук,

B.А.Рожков, Р.А.Полуэктов. 0. Д. Сиротенко, В.В.Шабанов. В.М.Иво-нин. Ф.Пенинг де Фриз, Х.Х.ван Лаар. де Вит, Дж. Франс. Да.Торн-тли, Д.'Лаукс, Д. Орлоб и другие).

При'использовании контролируемых параметров для систем земледелия и организации территории необходим ландшафтный подход. Из исследований по агрономической ветви отметим следующих ученых

A.Н.Каштанова, А.П.Щербакова. Г. И. Швебса, 0. Г. Котлярову и других, по географической ветви - Д.Л.Арманда, А.Г.Исаченко, Н.А.Солнцева, Ф.Н.Милькова и других. К сожалению общетеоретические, положения последних ученых не нашли должного внедрения в практику сельского хозяйства.

Есть много трудностей с внедрением концепции ландшафтного земледелия (Ландшафтное земледелие, Курск, 1993) в практику, так как не отработаны многие контролируемые параметры агроландшафтов.

Важную роль в настоящих исследованиях получила экология, которая является объединяющим началом всех природных и искусственных систем (Ю.Либих, К.Рулье. Э.Реклю. Э.Геккель, Н. А.Северцев, Р.Карсон и другие). Именно такой подход по мнению Н.Н.Моисеева. Н.Н.Воронцова, В.П.Самсонова. А.Н.Тюрюканова, Н. Ф. Реймерса,

B.К.Подпорного, М.Дж.Розенберга, У.К.Кларка, П. Р.Красона и других позволит более рационально использовать природные ресурсы и сделать сельское хозяйство экологически сбалансированным.

При ведении мониторинга мелиорируемых земель отмечается много негативных процессов с земельными фондами. В связи с чем многие ученые: В.В.Шумаков, М.С.Григоров, Н.Г.Кружилин, И.В.Минаев, Н. А.Мосиенко и другие считают, что улучшить мелиорируемые земли можно только благодаря экологизации мелиорации.

Наиболее актуально проблемы мониторинга окружающей среды рассматриваются в исследованиях Ю. А.Израэля, В.М.Федорова, В. Д.Козды, В.И.Гридина, В.И.Аковецкого, К.Я.Кондратьева, Н.З.Ма-лащенко, Ш. И. Литвака, Б. С.Маслова, В. М. Чупахина, Б. И. Кочурова, В. Н.Родионова, П.Р. Поповича, Г.Н.Василенко, Ю. Н. Зборищука и других.

По нашему мнению большинство наших и зарубежных исследователей все процессы, происходящие в природе, изучают в отрыве друг от друга или увлекаются одним из методов мониторинга (ретроспективный анализ, наземные или дистанционные наблюдения).

На каш взгляд такой подход недостаточно полно учитывает изменения, происходящие в природной среде, так как при этом невозможно проследить за динамикой обменных энерговещественных процес-

сов в различных средах и приспособляемостью растительных и животных сообществ к окружающей их природной среде. Аналогичное может произойти и с МЗ. если его разделить на различные объекты исследований. тогда за внешними проявлениями не будет видна сущность происходящих внутренних процессов.

Все выше перечисленные исследования ученых в той или иной мере способствовали разработке контролируемых параметров и создании структуры ГИС по бассейновому принципу.

Характеристика исходных материалов. Сбор, обобщение и анализ экспериментальных и полевых исследований за негативными процессами, происходящими с земельными фондами при использовании аэрокосмической фотоинформации проводился в ЧерноземИМЗ по программе Роскомзем на пяти полигонах: КМА, Красногвардейский, Рамонский, Таловский и Усманский. Исследования на Рамонском, Таловском (Воронежская область) и Усманском (Липецкая область)''полигонах проводятся с 1992 г. на КМА. Красногвардейском (Белгородская область) полигонах - с 1993 г.

В- связи с мальм набором наземных наблюдений основной упор в исследованиях делался на фондовые и опубликованные материалы с ретроспективным анализом. Для получения более достоверной информации о негативных процессах и их контролируемых параметров сюда были привлечены гидрометеорологические потоки данных четырех водно балансовых станций Роскомгидромет и мониторинга окружающей среды, 307 метеорологических станций и постов. 162 действующих и 152 закрытых постов на реках и каналах, 23 действующих и 10 закрытых постов на озерах и водохранилищах, 18 пунктов наблюдений за испарением с водной поверхности, 104 лесхозов (данные ВНИЦ лесресурс) и гидрогеологические показатели более чем 2000 скважин (данные ГИНГЕО). В работе использовались материалы Роскомзем, РосИМЗ, ЧерноземИМЗ, РосНИЦ "Земля", ВИУА и его филиалов. Почвенного института им.В.В.Докучаева, ЦИНАО, ВИСХАГИ, Рос НИИземпроект, МГУЗ, ГИЗР, Госцентра "Природа". Института почвоведения и фотосинтеза. ВНИАЛМИ и его опытной сети, Всероссийского НИИ земледелия и защиты почв от эрозии. Курской зональной опытно-мелиоративной станции, ВНИИГИМ и гидрологической группы Института географии РАН, Факультета почвоведения МГУ, Геоэкоцентра МГУ, Лаборатории эрозии почв и русловых процессов МГУ, Проблемной научно-исследовательской гидромелиоративной лаборатории Воронежского СХИ, других ведомств и организаций. К исследованиям привлекались данные областных и районных комитетов охраны природы.

Длительность рядов наблюдений за гидрометеорологическими элементами на исследуемой территории по большинству пунктов более 40 лет. Все полевые наблюдения с участием автора проводились согласно рекомендациям ГГИ и ГГО, для экспериментальных репрезента-

тивных бассейнов (1966,' 1972). Точность полученных результатов, а также исходных материалов сетевых станций и постов, проводящих наблюдений по стандартной программе, находится в пределах 5-10%. Таким образом, материалы наблюдений являются достаточно надежными.

Аэрофотосъемочныс работы проводились с соблюдением всех требований "Основных положений по аэрофотосъемке, выполняемой для создания и обновления топографических карт и планов".

Методика теоретических и натурных наблюдений. Для решения поставленной цели сначала надо было собрать как можно больше материалов и укомплектовать фонд базовой информации по контролируемым параметрам бассейна р.Дон с учетом всех структур кадастров и специализированных мониторингов природных ресурсов. С помощью большого фондового материала изучались потоки данных гидрометеорологической информации в сйстеме 143. Особенно интересным способом использования географически ' зависимых параметров водосбора явилась компоновка моделей водосборов с ГИС. Эта идея выражена схематически (рис.1).

Надо отметить, что при изучении геосистемы бассейна р.Дон наиболее существенными будут гидрометеорологические параметры. В связи с чем был составлен примерный план изучения основных бассейновых, гидрологических и климатических характеристик, которые подвергнуться изменениям в результате конструирования агроланд-иафтов по структуре и содержанию (таблица). Анализ показал, что желательно рассмотреть 5 градаций: геоморфологическая, гидрологическая, климатическая, почвенная и растительная. Все эти градации в синтезе хорошо описывают почвекно-гидрологический режим любого крупного бассейна.

Затем отрабатывалась концепция дифференцированной оценки земельных ресурсов по четырем позициям, которые лежат в основе методики теоретических и натурных наблюдений на исходном материале.

Первая позиция - развить теоретическую концепцию, позволяющую дифференцированно оценивать структурно-однородные гидрометеорологические поля, земельные угодья и агроландшафты. Она основана на новом методологическом подходе расчленения водосборов по ланд-шафтно-типологическим признакам на элементы. В связи с чем предложен новый подход к изучению негативных процессов в системе МЗ с расчленением водосборов на . морфологические элементы рельефа и ландшафта (приводораздельный склон, овражная и балочные сети, лесополосы и.-лес) и с разделением водотоков ка три группы (Курдов, 1974), в- зависимости от степени дренирования ими подземных вод (рис.2а, б). ' i '

Вторая позиция - выделение структурно-однородных гидрометеорологических полей, земельных ..угодий и агроландшафтов. Для этого потребовалось прежде всего районировать территорию по характеру

Дистанционное зондирование

т'

Наземные наблюдения

Рекомендации по использованию земельных ресурсов

Параметры сопряженного анализа мониторинга земель

Банк данных мониторинга природных процессов и водного кадастра

Экономический анализ, негативных процессов и явлений

Банк данных по квадратам сетки

1. Местоположение

2. Геосистема

3. Бассейн

4. Водосборы притоков

5. Почвы

6. Землепользование

7. И т.д.

Гидрометеорологический анализ Программы расчетов

Аналитические решения методики расчетов и прогнозов негативных явлений. Контролируемые параметры гидрологического режима " сток, смыв и т.д.

Рис.1. Потоки данных гидрометеорологической информации в системе монитооинга земель

Таблица 1

План изучения контролируемых параметров почвенно-гидрологического режима по бассейновому принципу

1 2

Геоморфологические Площадь Базис эрозии Экспозиция Уклон водотока Уклон водосбора Максимальные уклоны склонов балки Длина русел данного порядка Длина главного водотока Густота овражно-балочной сети Гипсометрическая кривая Профиль водотока Форма водосбора Плотность депрессий

Гидрологические Суммарные снегозапасы Склоновый сток Склоновый смыв Поверхностный сток Подземный сток Склоновый расход Подземный расход Склоновые потери стока на просачивание Суммарные потери стока Понижение грунтового стока Бассейновое задержание Интенсивность инфильтрации Перехват осадков растительностью Зеркало грунтовых вод

Климатические Температура воздуха Влажность воздуха Ветер Радиационный баланс Осадки Испарение

Почвенные Пористость Текстура Структура Площадь поверхности на единицу глубины Гидравлическая проводимость Характеристика влажности Содержание гумуса Температура почвы Уплотнение Характеристика промерзания

Растительные Покров Высота Вес Объем Частота Плотность т • ' ' Плотность корневой системы >' Глубина корневой системы:' Лесная подстилка

а) Схема морфологического строения малого водосбора

с)Схематическое изображение реки в -меченный период: А-временный* водоток ,Б-эпизодичес:-:и пэресьгса-ощая (перемерзающая) река,' 3-ре:-:а с постоянным течением:1-положение

уровня зсщ» в искяяиктел&но влажный год, ¿-положение усозня воды в очень засун'ли-ЗУ/ год.

Рис.2 а,б,з,г. Методология изучения гидромз! сорммрования процессов; б,г - по площади и г

з)Типовой пример комплексных исследований- на экспериментальном водосборе:

-линия водораздела,.

■I ■-"■- линия снегомерного '. Г"

- '• . 1 маршрута, - ' ••

--снегомерный поперечникСп.пЗу

■ водомерный пост," . .

• гидрометрический створ

Щ

©

г)Типовое размещение стоковых полос и площадок: I- номер полосы или площадки

¿- условный размер полосы

Т- водослив

есоологаческих полей:а,5- по генезису лзментам сельеса и ландшафта

формирования гидрометеорологических полей с учетом типов циркуляции. Оно реализовано в виде районов Донского бассейна, выделенных по однородности гидросиноптических полей и их основных картированных параметров: норма годового стока, и СБ.

Данное районирование позволит правильно подбирать полигоны или ключевые участки для ведения ИЗ в пространстве и во времени на различных уровнях. При этом критерием выбора этих объектов наблюдений должен быть мальм водосбор или речная система. Данные рассуждения подтверждаются такке и с позиций целостности ландшафтного комплекса с его основными свойствами. Но использовать единый репрезентативный бассейн ("водосбор-индикатор") в различных природных условиях нельзя, так как в природе подобрать два совершенно одинаковых водосбора не возможно. В связи с чем в системе МЗ имеет большую перспективу (для определения контролируемых параметров природных и антропогенных процессов) лишь ограниченный набор существенных переменных малых водосборов (например, склоновый сток, смыв и другие).

Третья позиция - развитие и продолжение точечных исследований природных систем. Здесь необходимо проводить полевые комплексные наблюдения на экспериментальных водосборах и стоковых полосах и площадках (рис. 2в, г). Типовые примеры таких комплексов приведены в многочисленной литературе. В этой ситуации необходимо предусматреть возможность организации дополнительных репрезентативных наземных полигонов или укрупнения и модификации старых с углубленным и расширенным составом экспериментов в зависимости от изучаемого негативного процесса или явления.

Четвертая позиция - установление требований к аэрокосмической информации. Эти требования в настоящий момент сформулировать трудно, так как нужен многолетний опыт сопряженного мониторинга, т.е. обширных разноплановых компонентных исследований по типу этажерки. Пока такие исследования ведутся единично и фрагментами. Поэтому в этом плане пока только уточняется техническая документация контролируемых параметров, которые подлежат мониторингу и моделированию, и усовершенствуются технологии и структура информационной системы МЗ с подсистемами: космическая, авиационная, наземных наблюдений, комплекса технических средств наземной обработки, математического обеспечения, связи и теллексммуникаций.

2. ГЕОФИЗИЧЕСКИЕ И ПРИРОДНЫЕ АСПЕКТЫ ЭКОЛОГИИ БАССЕЙНА Р.ДОН

При обосновании контролируемых параметров почвенно-гидроло-гического режима -.бассейна р.Дон были проанализированы природные (рельеф, геоморфологические особенности, геологическое строение, карст) и климатические (общая характеристика, радиационный и тем-

пературный режимы, осадки, влажность воздуха, ветер) условия; почвы, растительность, поверхностные и подземные воды, а так же основные направления хозяйственного использования земельных и водных ресурсоз.

Общий фон физико-географических условий необходим для оценки состояния и выявления сверх интенсивной эксплуатации природной среды, определения ее экологического резерва и возможности регулирования природными процессами и явлениями. На этом фоне сделан анализ состава контролируемых параметров при составлении меню многих негативных процессов и явлений в системе МЗ: эрозия почв, опустынивание, подтопление, заболачивание и т.д. в свете созданной ЕГСЭМ. Это важно так же для создания автоматизированных систем в структуре ГИС.

3. ДИСТАНЦИОННОЕ ЗОНДИРОВАНИЕ ДЛЯ ЦЕЛЕЙ МОНИТОРИНГА ПОЧВЕННО-ГИДРОЛОГИЧЕСКОГО РЕЖИМА

Водный режим бассейна, обусловленный особенностями климата, рельефа, характера растительного и почвенного покрова, степенью и интенсивностью его освоения во многом определяет изменения состояния земельного фонда, целый шлейф негативных процессов, которые определяют содержание МЗ. Достаточно назвать процессы водной эрозии, опустынивания, засоления, подтопления, вызывающие изменения рельефа, геоморфологических особенностей, геологического строения, гидрографической сети, состояния и качества почв.

Множество количественных и качественных показателей, характеризующих гидрологические изменения состояния земель, чаще всего приводимые к определенному сроку или периоду требуют формирования специализированной системы,наблюдений, программно-методического, технологического и приборного обеспечения. В связи с этим понятна ориентация как всей системы МЗ, так и его гидрологической тематики на технологий дистанционного зондирования (ДЗ) в сочетании с наземными, сопряженными или автономными работами.

Наиболее отработанными являются методики использования материалов разновысотной аэрофотосъемки. Анализ таких материалов показал, что из негативных геологических процессов, проявление которых .связано с деятельностью гидрологических явлений отслеживаются оползни, лавины, абразия берегов водных объектов, движение наносов, русловая эрозия, сели, карст, просадки лессов и лессовидных грунтов при подтоплении, термокарст, преобразование рельефа при нарушении водного баланса, состояние пойменных участков крупных и малых рек. Хорошо фиксируется площадь зеркала водоемов и ее сезонная динамика, состояние береговой линии водоохранной и прибрежной зон, некоторых качественных характеристик воды ("цве-

тение", мутность и другие).

Использование спектрозональных, радиолокационных, сканерных съемок может расширить возможности ДЗ, а привлечение материалов космической съемки - оперативность получения гидрометеорологической информации.

Для Донского бассейна наиболее сложной, пограничной с другими проблемами МЗ, является тематика по водной эрозии, особенно по динамике эрозионных процессов овражно-балочной сети.

ДЗ и использование аэрокосмической информации при ведении МЗ позволило выявить ряд контролируемых параметров (особенно площадных характеристик и каркасных точек агроландшафтов) и их техническую документацию для земель водного фонда.

Применение спектрозональной аэрокосмосъемки сыграет большую роль в разработках технологий выявления и оценки многих негативных процессов и явлений, что позволит создать фотомакеты или фотоэталоны их дешифровочных признаков на трех уровнях картографирования.

4. ОБОСНОВАНИЕ СОСТАВА КОНТРОЛИРУЕМЫХ ПАРАМЕТРОВ ПОЧВЕННО-ГНДРОЛОГИЧЕСКОГО РЕЖИМА БАССЕЙНА Р.ДОН И ИХ НОРМАТИВНАЯ ДОКУМЕНТАЦИЯ

Система МЗ (цели и задачи, организационная структура; объекты исследований и составляющие их показатели) должна разрабатываться с учетом определение земли, как важнейшей части окружающей среды. В системе организации МЗ компоненты занимают связующее положение между простыми дискретными телами и геосистемами. По составу компонентов и элементов МЗ охватывает в той или иной мере все процессы, происходящие в геосистемах. При ведении МЗ надо учитывать всю исходную информацию, накопленную и собираемую другими ведомственными мониторингами РФ. МЗ должен проводится в рамках целостных природных образований ландшафтов с учетом антропогенной деятельности человека. Поэтому выбор мест наблюдений должен предваряться ландшафтной съемкой.

К числу компонентов МЗ относятся: метеорологические, синоптические и климатические условия; горные породы, рельеф, геоморфологические условия; воды суши; почвы; растительный мир (Научные основы МЗ РФ. Москва, 1992). Считаем необходимым ввести еще один - животный мир. Многие негативные процессы нельзя изучать без этого компонента. В структуре МЗ также надо учитывать новый вид МЗ по глубине воздействия, где выделяются три группы исследований: сопряженный или подземно-наземно-аэрокосмический (этажерка), многокомпонентный (от 2 до 5 компонентов) и однокомпонентный. Большое значение имеет сопряженный МЗ. Он требует проведения

синхронных в выбранном режиме биосферных (аэрокосмических дистанционных, наземных и подземных) исследований с участием всех заинтересованных ведомств и организаций.

В результате исследований разработано руководство по контролируемым параметрам почвенно-гидрологического режима в системе МЗ на действующих полигонах бассейна р.Дон.

Настоящее руководство может послужить определенной структурой (строго фиксированной конструкцией из элементов данных локального и регионального уровней МЗ с установленными отношениями между ними) при организации базы данных фондовой информации на основе автоматизированных информационных систем (АИС) всех негативных процессов, происходящих с земельными ресурсами. В свою очередь единая ГИС будет накапливать по мере аналитики и синтеза тех или иных негативных процессов блоки АИС.

Структура предполагает рассматривать состав контролируемых параметров (базу данных) по пяти основным градациям (геоморфологическая. гидрологическая, метеорологическая, почвенная и растительная). Данные -потоки гидрометеорологической информации в большей мере связывают все основные компоненты и элементы МЗ, Такой подход позволил' даТь наиболее полный перечень системы показателей локального и регионального МЗ.для всех ее категорий.

Полученный перечень контролируемых параметров на локальном уровне (геоморфологических - 55, гидрологических - 240, метеорологических - 250, почвенных - 50 и растительных - 30) не только расширяет возможность описания тех или иных негативных процессов, происходящих на землях сельскохозяйственного назначения, но и дает возможности лучше изучить контролируемые показатели МЗ других категорий земель, по которым отсутствуют длительные ряды наблюдений проводимых различными учреждениями и ведомствами систем Рос-комзем, Росхнил, РАН и других.

Эта система показателей применима на полигонах и пунктах стационарных наблюдений. Перечислим их по порядку значимости: полигоны, пункты стационарных наблюдений, опорные разрезы; стационарные метеорологические, гидрохимические, гидробиологические, геоботанические станции; воднобалансовые, речные, озерные, мелиоративные и болотные станции; метеорологические, речные, озерные и болотные посты. Точнее вышеперечисленные станции и посты можно назвать следующим образом: полигоны, станции и посты ЕГСЭМ. Они в той или иной мере занимаются экологическими и природоохранными проблемами.

Состав контролируемых параметров локального уровня описан следующими графами: графа 1 описывает явление, процесс, режим; графа 2 - характеристику, элемент, основные параметры, даты,- графики. карты-схемы климатических ресурсов; графа 3 - контролируе-

мый параметр; графа 4 характеризует стабильность параметров (стабильный, периодически изменчивый, динамичный); графа 4 - показывает какой параметр (наблюденный или расчетный); графа 6 - символ; графы 7 и 8 - обычные единицы измерения и разномерность (размерность и метрические меры).

Построение системы показателей регионального уровня базировалось на генерализации данных полигонов МЗ локализованных по территории Донского бассейна на основе картографической и дистанционной информации. За основу системы также как и при локальном МЗ, берутся геоморфологические, гидрологические, климатические, почвенные и растительные показатели, но на более высоком иерархическом уровне, без их детализации. Проведена детализация одного их объектов МЗ - земель водного фонда (рис.3) с выделением 58 основных контролируемых параметров. Они систематизированы по объектам наблюдений и водного фонда с учетом повторяемости наблюдений.

При выборе системы показателей регионального МЗ важно учитывать зональность, азональность и внутризональность факторов. Зональные - ото преимущественно климатические факторы. К азональным факторам относятся площадь бассейна, продольный профиль реки, тип поймы, геоморфологическое строение склонов и другие.

Внутризональные факторы - это прежде всего факторы, которые связанны с данной зоной и не изменяются в ее пределах: лесистость, озерность, зоболоченность и другие.

Способы и технические средства получения информации МЗ на региональном уровне расписаны по трем большим блокам: ДЗ, наземные наблюдения, обработка информации и выдача выходной продукции для системы показателей, составляющих базу данных МЗ.

Основу базы данных составляют источники и обработка информации МЗ. Он состоит из четырех блоков: источники первичной или исходной информации; вид производства по обработке информации; база данных (оперативная или фондовая); средства передачи и распространения информации.

При этом система показателей локального и регионального уровней и база данных является интеллектуальной собственностью автора и ЧерноземИМЗ. Многие шкалы и графы по способам и техническим средствам, источниками и обработке информации МЗ согласованы с Роскомзем.

Полученная в первом приближении структура ГИС должна являться ядром всех систем ведомственных мониторингов природных ресурсов, которая призвана осуществлять контроль за их состоянием и трансформацией в связи хозяйственной деятельностью человека и природными факторами. Полнота, достоверность и скорость получения информации будет являться показателями ее ценности.

При установлении состава обязательных контролируемых пара-

Рис.3 Структура мониторинга зеяель водного <{онда

метров почвенно-гидрологического режима в система МЗ с помощью ДЗ обращено внимание на те параметры поверхности сущи, которые подлежат мониторингу и моделированию с соблюдением всех нормативных требований к данным наблюдений (Кондратьев и др., 1990). Учтены также требования к разрешающей способности обзорной аппаратуры ИСЗ при исследовании природных ресурсов земли (Герман, 1975).

Многообразие природных параметров и существующих моделей, а также чрезмерная полнота спутниковой информации и АФС подводит нас вплотную к необходимости взаимной оптимизации структуры негативных явлений и системы наблюдений за их параметрами и входными функциями. Такая оптимизация должна осуществляться на основе пространственно-временных спектров гидрометеорологических и ландшафтных полей.

Использование аэрокосмических методов возможно в двух направлениях:

1. Дистанционно определяются лишь стабильные геологические и физико-географические параметры водосбора: входные и выходные функции получаются наземными способами. .Функция влияния водосбора (бассейна) находится методом решения обратных задач с оптимизацией по измеренным стоку и осадкам за предыдущие годы. Такой подход монет внести уточнения в параметры моделей негативных явлений за счет пространственной непрерывности и интегральности информации, но не использует в полной всех тех преимуществ, которые дают методы ДЗ!

2. Принципиально новым подходом является моделирование критических, значимых моментов гидрологического цикла, параметры которых наилучшим образом определяются по спутниковой глобально-непрерывной информации. В развитии гидрологического цикла наряду со "спокойными" периодами наблюдаются критические моменты, которые являются переломными между определенными его фазами, завершая их и определяя дальнейшее развитие негативного явления. В качестве таких фаз можно назвать фазу формирования объемов воды поступающих на водосбор в период весеннего половодья и ливневых осадков; фазу формирования гидрометеорологических полей осеннего увлажнения: фазу затопления участков водосбора водой, как индикатора интенсивности паводка и другие критические моменты гидрологического цикла которые надо изучать при негативных процессах, происходящих с земельными фондами. Такие моменты проще, эффективнее и характеризуются минимальным количеством факторов. В "спокойные" периоды, косящие черты эволюционного развития, процессы можно рассматривать как стохастические, определяющиеся большим число взаимно уравновешенных факторов, которые мало информативны и трудноучитываемы.

5. ОПЫТ ВЕДЕНИЯ МЗ ПО БАССЕЙНОВОМУ ПРИНЦИПУ

Проведенные исследования позволили накопить первый опыт ведения МЗ по бассейновому принципу. В Государственной программе МЗ, 1991 не систематизированы процессы изменения состояния почв (их перечислено 13). Они значительно отличаются друг от друга по генезису и совсем не увязаны с элементами рельефа и ландшафта, это не позволяет их все обобщить основными параметрами, так как под каждый процесс требуется определенный набор гидрологических характеристик и свой балансовый метод, который будет отражать законы сохранения вещества и энергии. Они также не увязаны в пространстве и во времени с землепользованием и категориями использования земель. Надо под каждое изменение искать свой понятийный аппарат с учетом его происхождения и чаще всего здесь одним водным балансом не обойтись. Нужно знать тепловой, химический балансы, баланс органического вещества и другие. Однако надо заметить, что водный режим является наиболее важным инженерным приемом в управлении показателями плодородия почв. Заметим также, что при рассмотрении процессов изменения состояния почв следует отметить обязательность изучения почвенно-гидрологических контролируемых параметров. .

Изучение изменений состояния почв требует разработок методического характера в каждом конкретном случае с использованием всех известных методов. Еще сложнее подобрать обязательные контролируемые параметры для изменений состояния геологической среды, рельефа, гидрографической сети, растительности.' Здесь требуется комплексный подход и многофакторный анализ. При выявлении факторов всех негативных, явлений содержания МЗ надо отличать естест-' венный и антропогенный характеры воздействия.

Немаловажную роль играют промежутки времени за которые составляются балансы. Это может быть несколько часов в течение которых развилась ливневая эрозия или конкретное загрязнение почв, а затем соответствующие последствия. Монет быть несколько суток фаза гидрологического режима, годовой сток и, наконец, многолетний период, эпоха. Здесь будут важны характеристики гидрометеорологических полей с учетом циркуляционных процессов.

В настоящее время к наиболее значительным антропогенным факторам, приводящим к негативным последствиям в природной среде, относят: низкий уровень и экстенсивные формы земледелия, неправильная обработка почвы, использование тяжелой техники, необоснованные гидромелиорации, чрезмерная химизация, техногенные выбросы, при этом упускается самый негативный факт - организация территории.

Отсутствие учета особенностей природных ландшафтов (литоло-

гия, гидрогеология, гидрологический режим и другие) при проведении крупномасштабного землеустройства сельскохозяйственных предприятий. совхозов, колхозов, фермерских и частых хозяйств и приусадебных участков с длительным применением командно-административных методов в управлении сельским хозяйством привело к возрастанию антропогенных нагрузок на экосистемы, дегумификации, загрязнения и эрозии почв.

В этих условиях особую роль должно сыграть совершенствование почвозащитной организации территории, обоснованной на'экологических принципах и предусматривающее максимальный учет особенностей природных комплексов (ландшафтов). В связи с чем разработка новых методов землеустройства, учитывающих особенности природных ландшафтов и многоукладность сельского хозяйства станет одной из крупнейших задач рационального использования и охраны земельных ресурсов.

Бассейновый подход ведения МЗ и анализ существующей концепции формирования высокопродуктивных экологически устойчивых агро-ландшафтов и совершенствования систем земледелия на ландшафтной основе в типах ландшафтных территориальных структурах, где приводятся четыре типа: генетико-морфологическая, позиционно-динами-ческая, парагенетическая (ПГ) и бассейновая (ландшафтное земледелие, Курск, 1993), позволил выделить новые элементы для формирования ландшафтных систем земледелия. Удалось выявить основные каркасные точки рисунка ландшафта, а также микроручейковую сеть на склонах. При этом отмечено три основных фактора, определяющих площадь водосборов и рисунок микроручейковой сети на склоновых землях - уклон земной поверхности, характер почвогрунтов и предыдущая ее история.

С позиционных соображений из каркасных точек микрорельефа при землеустройстве необходимо учитывать ширину, длину и площадь водосборов, их центры тяжести, водораздельную линию (точнее ее площадную функцию), форму водосбора.

По динамическим соображениям следует рассматривать динамику склонового стока и смыва, зону нулевого стока.

По морфометрическим показателям помимо основных характеристик строения склоновых земель надо иметь в виду и их возможную микроручейковую сеть (древнюю сеть). В бассейне Дона выделены следующие типы микроручейковой сети: решетчатый, древовидный, параллельный, центростремительный, прямоугольный, радиальный, цир-кообразный и смешанный. При этом надо учитывать и другие антропогенные и природные формы микрорельефа, влияющие на перераспределение энергии и вещества по линиям тока.

Бассейновый МЗ позволил выявить состояние малых рек. Прослеживается четкая тенденция темпов отмирания малых рек бассейна

Верхнего Дона (0.20% суммарной протяженности в год). Среднего Дона (0.40-0.45%) и Нижнего Дона (до 0.60%).. Процессы деградации за последние 100 лет охватили соответственно в верхней части реки с площадью водосбора до 200 км2, в средней части до 500 км2 и нижней части - до 1000 км2.

На Нижнем Дену процессы заиления русловых и пойменных участков идут более интенсивно, способствуя опустыниванию и деградации земельных ресурсов.

Многие малые реки исчезли совсем или близки к исчезновению. Основные причины истощения водных ресурсов малых рек: заиление русел избыточным количеством продуктов смыва; вырубка лесов и распашка степей; распашка крутых склонов, балок, оврагов, пойм; мелиоративные ра'боты с осушением пойменных зон и водоемов; орошаемое земледелие; загрязнение рек Продуктами производственной деятельности; нарушение энергетического 'состояния потока воды в период половодья за счет нарушения естественного растительного покрова; необоснованное строительство большого количество прудов, запруд, водохранилищ на руслах рек, ручьев и балок; не соблюдаются водоохранные и прибрежные, зоны водных' объектов.

Лесной мониторинг в бассейнах рек выявил большое количество контролируемых параметров, которые хорошо фиксируются методами ДЗ. В составе лесного фонда отметим наиболее важные характерные изменения: уменьшение площадей покрытых лесом земель в результате воздействия лесных пожаров, ураганов, затопления, снижения грунтовых вод, засух, отчуждение под строительство, повреждения вредителями; уменьшения площадей покрытых лесом земель в результате рубок и увеличение за счет лесовосстановления; в качественном состоянии защитных лесных полос и лесов агрономического назначения. В целом полезащитная лесистость пашни в хозяйствах почти повсеместно находится в плохом состоянии и ниже оптимальной величины.

Мониторинг эрозионных процессов позволил составить схему направленности этих процессов по бассейновому принципу, направленность процессов овражно-балочной (линейной) эрозии определялась по четырем градациям (Дроздов, 1978): 1 - районы с практическим отсутствием роста овражно-балочной сети; 2-е затуханием эрозионных процессов; 3 - со слабым затуханием линейной эрозии; 4 - с интенсивно продолжающимися эрозионными процессами. Учитывались также их стадии развития (Соболев, 1948).

Для районов с практическим отсутствием роста овражно-балоч-ной сети в последнее десятилетие отмечается просадка почво-грун-тов с негативными процессами - подтоплением и затоплением земель. Одной из главных причин этих-негативных процессов можно ' на,ззать карстовые явления'.' . " ' ,г-

Районы с затуханием процессов эрозии характеризуются полным выявлением оврагами ложбин древней гидрографической сети. За единичным исключением все овраги имеют склоны в 3-й и 4-й стадиях развития. Лишь на небольшом протяжении (1-10%) от всей длины оврага склоны находятся во второй стадии развития. Рост овражных вершин почти не наблюдается, fio днищам ложбин преобладают процессы аккумуляции наносов. Новые овраги обычно формируются как от-вершки из ранее возникших склоновых и донных оврагов.

Районы со слабым затуханием эрозионных процессов имеют современные скорости оврагов от 1 до 5 метров в год. Для них характерны овраги со склонами во 2-й стадии развития.

В районах с продолжающимися интенсивными эрозионными процессами (с очагами активизации этих процессов) большая часть склонов приводораздельных оврагов (70-85% от общей длины) находится в 1-2-й стадиях развития. Имеется древняя гидрографическая сеть, которая еще не выявлена процессами водной эрозии. Современные скорости оврагов достигают более 5 м з год.

Анализ данных полевых наблюдений ВГАУ и ЧерноземИМЗ (период наблюдений 25 лет) показывает, что активно процессы водной эрозии на значительной части приводораздельных склонов проходили в 1968. 1970, 1976, 1980, 1981, 1993 годах, не значительны эти процессы были в 1971, 1973, 1S76, 1977, 1979, 1983, 1986 годах. В остальные годы наблюдений они не отмечались вообще, что касается русловых процессов в овражно-балочной сети, то там процессы водной эрозии наблюдались почти ежегодно. В 1982, 1987, 1990. 1991, 1995 годах они слабо прослеживались.

Накопленный опыт ведения МЗ по бассейновому принципу позволил обосновать контролируемые параметры при развитии водной эрозии на пахотных склонах в период весеннего снеготаяния. Склоновый смыв определялся в зависимости от склонового стока, средней глубины промерзания почв на водосборной площади перед началом снеготаяния, влажности почвы в метровом слое с учетом уклона приводо-раздельного склона. Все контролируемые параметры этого процесса картированы (норма и С,).

Пространственно-временные характеристики водной эрозии почв - самые обязательные параметры фиксируемые всеми методами наблюдений (при этом особенно важны методы ДЗ с выявлением площадей поражения этими негативными процессами на федеральном, региональном и локальном уровнях) и в какой-то мере являются критериями оценки состояния земель.

Надо заметить, что при рассмотрении любых негативных процессов или явлений происходящих с земельными фондами (это относится и к вышеперечисленному) необходимо учитывать обязательные контролируемые параметры по характеру формирования гидрометеорологичес-

ких полей, -к ним относятся: норма годового стока, Су и схема районов выделенных по однородности гидросиноптических полей.

Первичное картирование этих контролируемых параметров выполнено на крупномасштабной гипсометрической основе. Последующие результаты генерализованы в виде схематических карт масштаба 1:4000000.

Дальнейшие исследования в области картирования контролируемых параметров негативных процессов и явлений предполагается вести в следующем направлении. Имея в наличии крупномасштабную гипсометрическую основу с первичным картированием контролируемых параметров и каталоги дешифровочных признаков, космоснимки. этой же территории можно разработать технологии выявления и оценки многих негативных процессов при этом разработав макеты-эталоны карт этих проявлений в масштабах федерального, областного и районного уровней (М - 1:1000000, 1:200000, 1:100000, 1:50000). А если в арсенале есть более детальные аэрофотосъемки, то можно разработать фотомакеты-эталоны и более крупных масштабов (1:25000, 1: 10000, 1:2000 и более) с любым содержанием информации, интересующей того или .иного потребителя.

' Полученные автором средне- к мелкомасштабные карты контролируемых параметров водной эрозии с учетом характера формирования гидрометеорологических полей предназначены для планирования и рационального размещения производства основных видов с.-х. продукции, обоснования протизозрозионных мер и разработки систем защиты водоемов от загрязнения удобрениями и пестицидами на уровне административных районов или областей. Эти карты и экспликации к ним вместе с сопутствующими материалами составляют основу для расчетов объемов и стоимости противоэрозионных и водоохранных мероприятий в укрупненных показателях по административно-территориальным единицам.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

Анализ контролируемых параметров почвенно-гидрологического режима бассейна р.Дон показал сложность их обоснования. Это связано с многообразием и большим количеством гидрометеорологических характеристик, участвующих в описании процессов негативных явлений по содержанию МЗ.

Каждые изменения границ и площадей, состояния почв, геологической среды, рельефа, гидрографической среды, растительности; изменения состояния земель, подверженных негативному воздействию; производственных объектов требуют отдельного многофакторного гидрологического анализа с совсем новыми методологическими геосистемными подходами. При этом необходимо изучение механизма устойчивости мозаичных ландшафтов, как наиболее устойчивых к антропо-

генным воздействиям человека.

Изучение данного вопроса показало, что одним из самых лимитирующих факторов устойчивости механизма ландшафтов в системе МЗ является вода (глобальный, федеральный и региональный водообмены; локальный и импактньй водные балансы), так как эффективность фотосинтеза возрастает при добавлении именно этого компонента.

Настоящее обоснование состава контролируемых параметров можно считать на данном этапе только приближенным описанием изучаемых явлений почвенно-гидрологического режима. Часть; картированных параметров этого режима только частично объясняют механизм этих явлений. Требуется следующий конструктивный этап приложения знаний к реальной действительности.

Из других трудностей обоснования контролируемых параметров можно отметить полное несовершенство информационной базы ЕГСЭМ (в том числе и МЗ), которая объясняется следующими важными причинами:

- слабая отработка в концепции МЗ вопросов природных функциональных и структурных зависимостей, вытекающих из понимания геосистемного подхода;

- несовершенство обоснования природной информативности ключевых участков на полигонах для проведения непосредственных дистанционных, наземных и сопряженных наблюдений;

- отсутствие разработанных экспериментально-методических указаний, связанных с использованием контролируемых почвенно-гид-рологических параметров для производства расчетов и прогнозов негативных явлений;

- нет обоснования методических указаний для применения данных наблюдений других организаций и ведомств в системе МЗ;

- трудность получения дорогостоящей информации об экспериментальных наблюдениях в других организациях и ведомствах;

- слабое обеспечение приборами и оборудованием для производства и ведения экспериментальных работ на ключевых участках полигонов МЗ;

- сложность и большая стоимость проведения довольно динамичных по времени сопряженных дистанционных и наземных наблюдений за обязательными контролируемыми параметрами почвенно-гидрологического режима в пространстве и во времени на всех уровнях и подсистемах МЗ.

Проведенные исследования позволили сформулировать четыре основные задачи МЗ:

1. Необходимо развивать теоретическую концепцию, позволяющую дифференцированно оценивать и конструировать структурно-однородные гидрометеорологические поля, земельные угодья и агроландшафты по бассейновому принципу. Концепция основана на новом методологи-

ческом подходе расчленения водосборов по ландшафтно-типологичеЬ-ким признакам на элементы. Подобного рода теоретико-экспериментальные исследования можно осуществить на имеющихся стоковых полосах, площадках и репрезентативных овражно-балочных системах различными методами. Более полную информацию можно было бы получить наземными методами с помощью фотографирования гидрометеорологических и других динамических процессов, происходящих на элементарных водосборах с некоторой высоты.

2. Большую роль играет выделение структурно-однородных гидрометеорологических полей, земельных угодий и агроландшафтов. Конструирование проводить с более точной увязкой их естественных границ на местности. Здесь важны два момента. Первый момент связан с тем, что выбрав точку отсчета дистанционно определится лишь постоянные и медленно меняющиеся геологические и физико-географические параметры компонентов геосистемы; входные и выходные функции получаются наземными способами. Второй момент отличается принципиально иными подходом к аэрокосмической информации, в которой зафиксированы значимые моменты слежения за состоянием земель. Тут важна динамика процессов и непрерывная информация.

3. Развивать и продолжать традиционно точечных исследований природных систем с учетом пространственно-временного анализа. Сюда должны привлекаться материалы наблюдений всех специализированных мониторингов природных ресурсов, специальных исследований других организаций и экспериментов специалистов и ученых. Необходимо предусмотреть возможность организации дополнительных репрезентативных наземных полигонов или укрупнения и модификации старых с углубленным и расширенным составом экспериментов..

4. Установить требования к аэрокосмической информации, характеризующей пространство, время, точку отсчета негативного про-, цесса или явления, оптимальную частоту ее повторности. необходимую разрешающую способность аппаратуры и наиболее информативные диапазоны спектра. Эти требования могут быть корректно сформулированы лишь в результате "соединения" довольно обширных постоянных и временных, наземных и аэрокосмических исследований природных систем.

5. Использование аэрокосмических методов возможно в двух направлениях:

- С помощью ДЗ определяются лишь стабильные геологические и физико-географические параметры водосбора: входные и выходные функции получаются наземными способами.

- Принципиально новым подходом является моделирование критических, значимых моментов различных фаз гидрологического цикла,

параметры которых наилучшим образом определяются по спутниковой глобально-непрерывной информации.

ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВУ

1. Рекомендовать систему показателей, созданных по бассейновому принципу, для оценки компонентов при проектировании системы МЗ всех категорий земель на локальном и региональном уровнях и реализации федеральных и региональных программ мониторинга окружающей среды. Предлагаемая система параметров и структуры ГИС бассейна р.Дон позволяет полнее использовать всю информационную базу других целевых и ведомственных кадастров и природных монито-рингов и уточнить как по количеству, так и по качеству показатели изучаемых объектов при описании негативных процессов и явлений. Приведенные показатели регионального уровня ориентированы в большой степени на земли водного фонда, причем многие из них применимы для оценки состояний и других категорий земель. Эта система показателей имеет большое преимущество перед другими и в связи с тем, что позволяет выявить и установить определенные границы при-родно-охранных и историко-культурных земель, которые исторически привязаны к водным объектам.

2. В структуре МЗ необходимо учитывать'новый вид МЗ по глубине, характеру и масштабам воздействия, где выделяются три группы исследований: сопряженный или подземно-наземно-аэрокосмический (этажерка), многокомпонентный (от 2 до 5 компонентов) и одноком-понентный (тематический). Большое значение имеет сопряженный'МЗ с синхронными в выбранном режиме биосферных исследований с участием всех заинтересованных ведомств и организаций.

3. Расширить и укрепить фонды базовой информации по показателям МЗ различного уровня в ЕГСЭМ. Шире использовать информацию всех других структур кадастров и специализированных мониторингов природных ресурсов, при этом применять бассейновый' подход с учетом характера формирования гидрометеорологических полей изучаемой .территории.

. 4. Уточнить комплексы основных тематических задач МЗ России за счет созданного состава контролируемых параметров и их технической документации.

5. Структуру МЗ обогатить еще одним компонентом - животным миром. Нельзя рассматривать систему: грунтовые воды - почва -растения - животные - человек и антропогенные воздействия на нее без этого компонента. Тематическую задачу загрязнения почв тяжелыми металлами, химическими и радиоактивными элементами, пестицидами, гербицидами и инъектицидами невозможно решить без этой цепи. Яивотный мир играет большую роль в переносе энергии и вещества в экосистемах. С ним связаны многие катастрофические явления: эпидемии, эпизоотия, нашествие саранчи и других вредителей.

6. Внедрить полученную структуру ГИС и систему показателей при формировании требований к МЗ со стороны объекта. ' Данная разработка позволяет вести поиски новых технических решений в созданной системе МЗ России и улучшить подсистемы картографического обеспечения. "

7. Расширить автоматизированные банки данных МЗ за счет их обогащения потоками данных гидрометеорологической информации, что в значительной мере повлияет на качественное улучшение наблюдений, анализа, прогноза того или иного негативного процесса, позволит оптимизировать прогнозные модели и функции управления, а также позволит систематизировать разнокачественные материалы результатов при обеспечении начального этапа совершенствования научно-методической и нормативной базы'МЗ.

8. Сформировать многофункциональные банки мониторинга окружающей среды с применением самых современных технологий ГИС для целей обработки и управления тематической базой данных МЗ.

'Из 80 опубликованных научных работ, в которых отражено содержание диссертации, основными являются следующие:

1. Гидрография ЦЧО/ Карты стока рек и временных водотоков. - Воронеж: ВГУ, 1975. С. 27-33.

2. Карта стока рек и'временных водотоков (на примере Центрально-Черноземных областей)// Изучение и охрана водных ресурсов. - М.: Наука, 1976. с.38-40. (В соавторстве).

3. Почвенный фактор и его количественная оценка в формировании местного стока/ Территориальная организация землепользования

. . в условиях Центрально-Черноземной зоны. - Воронеж: ВСХИ. 1977. С.121-130. (В соавторстве).

4. Особенности залегания снежного покрова и формирования стока талых вод на склонах,'обработанных различными агротехническими приемами в условиях ЦЧО/ Мелиорация в условиях Черноземного Центра РСФСР. - Воронеж: ВСХИ, 1978. С.128-139.

5. Особенности склонового смыва на территории ЦЧЗ// Материалы в помощь с.-х. производству. Вып.5.4.VI. - Воронеж: Центр. Черн,- кн. изд-во, 1979. С.43-46. (В соавторстве).

6. Влияние циклических колебаний климата на стоковые характеристики-половодья // Деп. в ЙЦ ВНИИГМИ МЦД 14.12.84. К 366 гм-Д84. -12 с. (В соавторстве).

7. Физико-географическая характеристика снеготаяния и его основных фаз на территории ЦЧЗ/ Вопросы гидрометеорологии'Урала. -Пермь. 1984. С.74-78. (В соавторстве).

8. Учет строения особенностей территории при проведении водоохранных мероприятий и защите почв от эрозии/ Интенсификация землепользования и землеустройство.. - Воронеж: ВСХИ, 1985. С.172-175. (В соавторстве).

9. Расчет максимальных расходов талых вод, формирующихся на склоновых землях сельскохозяйственных угодий/ Вопросы комплексных мелиораций в ЦЧЗ. - Воронеж: ВСХИ, 1986. С.5-9.

10. Максимальный расход талых вод - определяющий фактор формирования процессов водной эрозии на склонах/ Тезисы конференции "Закономерности проявления эрозионных и русловых процессов в различных природных условиях". - М. 1987. С.84-85. (В соавторстве) .

11. Метод расчета смыва почвы со склонов/ Тезисы конференции "Закономерности проявления эрозионных и русловых процессов в различных природных условиях". "- М, 1987. С.95-96. (В соавторстве) .

12. Основные морфометрические характеристики водотоков в период прохождения максимального стока// Деп. в ИЦ ВНИИГМИ МЦД ■15.01.88. N 726ГМ-88. - 7 с. (В соавторстве).

13. Анализ распределения снежного покрова в лесной, лесостепной и степной зонах Европейской территории СССР// Деп. в ИЦ ВНИИГМИ МЦД 15.01.88. N 727гм-88. - 21 с. (В соавторстве).

14. Характер снегонакопления в овражно-балочной сети лесной, лесостепной и степной зон Европейской территории СССР// Деп. в 'ИЦ ВНШГМИ МЦД 10.02.88. N 734-гм 88. - 18 с. (В соавторстве).

15. Гидрологическое обоснование рационального использования и охраны водных ресурсов ЦЧО// Деп. в ИЦ ВНИИГМИ МЦД 10.06.88. N 781-гм 88. - 39 с. (В соавторстве).

16. Методические указания по обоснованию проектных режимов орошения сельскохозяйственных культур в ЦЧО.■ - Новочеркасск: НПО "Югмелиорация", 1988. - 46 с. (В соавторстве).

17. Совершенствование землепользования с.-х. предприятий в условиях перестройки// К.Маркс и актуальные проблемы аграрной теории. - Воронеж: ВГУ, 1989. С.275-290. (В соавторстве).

18. Гидрологическое обоснование комплексного использования водных

ресурсов/ Тезисы конференции "Повышение эффективности использования водных ресурсов в сельском хозяйстве". Ч, И-Ново-черкасск, 1989. С.105-106. (В соавторстве).

19. Гидрслого-экологические аспекты комплексного использования водных ресурсов малых рек/ Тезисы конференции "Экологические аспекты мелиорации Северного Кавказа1. - Новочеркасск. 1990. С.201-202. (В соавторстве).

20. Земельно-кадастровая информация в системе мер повышения эффективности АПК// Устойчивость производства и адаптивные системы ведения сельского хозяйства - Воронеж: ВСХИ, 1990. С.71-85. (В соавторстве).

21. Совершенствование землепользования с.х. предприятий в АПК на современном этапе// Устойчивость производства и адаптивные

системы ведения сельского хозяйства - Воронеж: ВСХИ, 1990. С.86-102. (В соавторстве).

22. Анализ.пространственных корреляционных связей годового стока ,, рек 'и •'возможности гидрологического районирования территории

ЦЧО// Деп. в. ВИНИТИ. 16.10.90. N 5374-В90. 17 с. (В соавторстве) ... ■

23. Агро'экологические и природоохранные аспекты с.-х. мелиора-ций// Эколого-мелиоративные аспекты рационального использования водных и земельных ресурсов в ЦЧЗ. - Воронеж: ВСХИ, 1990. С.5-16. (В соавторстве).

24. К методике оценки водных ресурсов малых водосборов с учетом экологических- требований// Эколого-мелиоративные аспекты рационального использования водных и земельных ресурсов в ЦЧЗ.

- Воронеж: ВСХИ, 1990. С.16-23. (В соавторстве).

25. Влияние атмосферной циркуляции на пространственное положение корреляционных полей годового стока рек ЦЧО на фоне различных геоморфологических условий// Деп. в ВИНИТИ 12.12.90. N 6212-В90. 30 с. (В соавторстве).

26. Природоохранные гидрографы стока малых рек на территории ЦЧО/ Тезисы конференции "Достижения аграрной науки-стабилизации с.-х. производства" - Воронеж: ВГАУ, 1991. С.97-98. (В соавторстве).

27. Формирование половодья малых равнинных водотоков. - Воронеж: ВГУ, 1991., С. 182. (В соавторстве).

28. Типизация малых водосборов по элементам рельефа и ландшафта при планировании водоохранных мероприятий/ Тезисы конференции "Экологические основы природопользования в бассейне Дона".

- Воронеж.'1991. С.61-64. (В соавторстве).

29. Совершенствование мониторинга малых речных экосистем// Эколого-мелиоративные вопросы землеустройства. - Воронеж: ВГАУ, 1991. С.50-54. (В соавторстве).

30. Влияние хозяйственной деятельности на сток половодья в условиях Центрального Черноземья// Природные условия Курской и сопредельных областей и влияние на них деятельности человека.

- Курск: Изд-во КГПИ, 1991. С.59-66. (В соавторстве).

31. Количественная оценка эффективности противоэрозионных агротехнических приемов/ Тезисы докладов конференции "Эрозиоведе-ние, теория, эксперимент, практика". - М. 1991. С.139-140. (В

.-соавторстве).

32. Роль природоохранных мероприятий в повышении уровня использования земельных фондов/ Тезисы конференции "Проблемы сохранен ния почвенного-плодородии". - Пенза, 1992. С.7-9.

33. Переход к многообразным формам собственности и организации территории// Формирование рыночной экономики в АПК. - Воро-

неж. 1992. С. 186-204. (В соавторстве).

34. Концепция конструирования экологически устойчивых агросисем/ Тезисы симпозиума "Эколого-ландиафтное районирование', развитие адаптивного растениеводства и производства' экологически чистой продукции. - Днепропетровск,. 1992. С: 104.' (В соавторстве) . ■

35. Возможности использования пространственно-временных • характеристик гидрометеорологических полей для прогноза урожайности с.-х. культур/ Тезисы конференции "Проблемы экологии в сельском хозяйстве". 4.1. -Пенза. 1993. С.33. (В соавторстве).

36. Водные проблемы в системе мониторинга земель/ Тезисы докладов конференции "Проблемы экологии в сельском хозяйстве". 4.1. -Пенза, 1993. С. 35. ' -

37. Проблемы и опыт ведения мониторинга земель/ Тезисы конференции "Научные аспекты формирования интеллектуальной собственности специалистов АПК России". - Воронеж. 1993. С.59-60. (В соавторстве).

38. Проблемы математического моделирования процессов переноса вещества и энергии в агросис.темах/ Тезисы конференции "Научные аспекты формирования интеллектуальной собственности специалистов АПК России". - Воронеж. 1993. С.213-214. (В соавторстве) .

39. Мониторинг земель: вопросы водной эрозии почв/ Тезисы координационного совещания по проблеме эрозионно-русловых и устьевых процессов. -Воронеж. 1993. С.31-33.

40. Роль природоохранных мероприятий в улучшении использования земли// Земледелие, N8, 1993. С.2-3. (В соавторстве).

41. Мониторинг земель:. вопросы прогнозирования радиоактивного загрязнения земель с помощью гидрометеорологических полей в условиях ЦЧР/ Тезисы конференции "Экология и здоровье". -Пенза, 1993. С.26-27. (В соавторстве).

42. Мониторинг земель: проблемы регионального дистанционного мониторинга малых речных экосистем/ Тезисы конференции "Экология и здоровье". - Пенза, 1993. С.28-29. (В соавторстве).

43. Мониторинг земель: гидролого-экологические проблемы оценки ненарушаемого стока малых рек Донского бассейна/Тезисы конференции "Экология и здоровье". - Пенза, 1993. С.29-30.

44. Использование малых водосборов и речных экосистем для проведения регионального мониторинга земель// Вестник Россельхоза-кадемии, N 4. 1994. С. 44-45. (В соавторстве)..

45. Мониторинг земель: концепция дифференцированной оценки земельных ресурсов// Земледелие, N 6. 1994. с.2-4. (В соавторстве) .

46. Радиационный мониторинг земель Воронежской области/ Тезисы

конференции "Земельная реформа на Украине и задачи землеустройства в ее осуществлении". - Харьков. 1994. С. 105-106. (В соавторстве).

47. Новые элементы почвозащитной организации территории склонов/ Тезисы конференции "Земельная реформа на Украине и задачи землеустройства в ее осуществлении". - Харьков. 1994. С. 121-122.

48. Проблемы дистанционного мониторинга агроэкосистем/ Тезисы докладов конференции "Экологические проблемы сельскохозяйственного производства". - Воронеж. 1994. С.3-5. (В соавторстве).

49. Создание структуры геоинформационной системы на примере мониторинга земель бассейна реки Дон/ Тезисы докладов конференции "Экологические проблемы сельскохозяйственного производства".

- Воронеж. 1994. С. 37-39. (В соавторстве).

50. Региональный мониторинг земель с использованием аэрокосмической информации (на примере бассейна р.Дон)/ Тезисы докладов международного симпозиума "Мониторинг природной среды: экология, экономика, практика". -'М. 1995. С. 36-37. (В соавторстве).

51. Лесной мониторинг в бассейнах рек/ Тезисы докладов международного симпозиума "Мониторинг природной среды: ' экология, экономика, практика". - М. 1995. С.66-67.(В соавторстве).

52. Мониторигн земель: исследование контролируемых параметров негативных явлений и процессов по бассейновому принципу/ Научные сообщения десятого межвузовского координационного совещания по проблеме эрозионных, русловых и устьевых процессов.

- Вологда. 1995. С.49-50.

53. Концепция социально-экономического мониторинга земельной реформы в условиях ЦЧР/ Тезисы докладов международной конференции "Аграрная реформа России в условиях формирования рыночных отношений: теория и практика". -Воронеж, 1995. с.203-205. (В соавторстве).

54. Бассейновый подход к мониторингу земель/ Тезисы докладов международной конференции "Аграрная реформа России з условиях формирования рыночных отношений: теория и практика". - Воронеж, 1995. С.226-227.

Р. п АТип &П4У ЖИ :Ьж Т-Зьг. Гн|> ЮО-