Деградация земель, используемых для производства сельскохозяйственной продукции, влияет в первую очередь на состояние почв [1, 2]. Для сохранения плодородия аграрных угодий имеется необходимость применения мер защиты полей от дефляции, засоления и водной эрозии, основными из которых являются меры биологической защиты, лесомелиоративное обустройство сельскохозяйственных угодий, а также применение почвозащитных агротехнологий возделывания почв. При антропогенной деградации возможно применение ограничений, например замена сельскохозяйственных культур, создание и установление наличия защитных лесных насаждений и др. [3, 4]. Существует прямая зависимость структуры сельскохозяйственных угодий от пространственного размещения, крутизны склонов, почвенных особенностей территории [5, 6]. При этом высокие риски хозяйственного использования земель сельскохозяйственного назначения обусловлены природными факторами; сезонным характером выпадения осадков, наличием паводков и засушливых периодов, природной засоленностью почв и др.

Полевые исследования агроландшафтов проводятся для эталонирования космоснимков с целью повышения точности интерпретации данных дистанционного зондирования о состоянии агроландшафтов и степени их агролесомелиоративного обустройства. При эталонировании определяются объективные характеристики участков агроландшафтов и лесных насаждений, которые можно идентифицировать по космоснимкам, причем как для аграрных площадей (пашня, кормовые угодья, полезащитные, приканальные, противоэрозионные лесные насаждения), так и естественных ландшафтов, проведение эталонирования растительности с определением состава древостоев и фитоценозов, количественной и качественной оценки травянистой растительности пастбищ и лесных насаждений при их наличии, исследование состояния почв и ландшафтное профилирование. Дистанционное зондирование поверхности обеспечивает возможность установить состояние агроландшафтов на значительной площади, обеспечивая уменьшение объема наземных исследований, экономическую эффективность и научную достоверность исследований [7]. Применение геоинформационных технологий для картографирования пространственных данных [8] обеспечивает разработку картографических слоев, отражающих информацию, привязанную к географическим координатам, что обеспечивает новый научный уровень исследований. Дешифрирование космоснимков с космических аппаратов Sentinel 2, Landsat 8, а также сверхвысокого разрешения со спутников WorldView –3, 4 является основой для геоинформационного картографирования и выявления состояния сельскохозяйственных ландшафтов, защитных лесных насаждений и их оценки.

Цель исследования – разработка фотоэталонов участков поверхности и определение основных характеристик агроландшафтов, включая тип почвы, степень ее деградации, определение вида и пространственного распределения деградации, степени агролесомелиративного обустройства сельскохозяйственных угодий, состава фитоценозов для верификации космоснимков.

Материалы и методы исследования

Полевые исследования были проведены в 2020–2021 гг. на территории тестового полигона «Амара». В ходе исследований был заложен полевой ландшафтный профиль, быль проведен отбор образцов почвы и оценка растительного покрова с использованием специализированных сервисов, например «Плантариум» (https://www.plantarium.ru/). После проведения полевых исследований с использованием геоинформационных технологий была разработана космокарта полевого участка (рис. 1), с использованием данных спутниковой съемки сверхвысокого разрешения (спутники Woorld View – 2, 3, 4, GeoEye 1 провайдер снимков компания Digital Globe), на который нанесена линия полевого профиля и выделены точки проведения исследований (https://discover.digitalglobe.com). Анализ образцов почв в точках по профилю полевого участка проведен в сертифицированной лаборатории U-Scines. Достоверность результатов, полученных при полевых исследованиях, подтверждена их статистической обработкой, встроенной в программу QGIS (https://gis4design.wordpress.com/2016/03/14/qgis-basic-statistics/).

Результаты исследования и их обсуждение

С использованием данных полевых исследований совместно с результатом геоинформационного анализа рельефа территории полевого участка построен опытный профиль, представленный на рис. 2.

Геоморфологические данные по линии профиля следующие: начало построения линии профиля находилось в точке с координатами 31°53′46′′ северной широты, 47°05′12′′ восточной долготы. Высота рельефа в начальной точке – 9 м. Окончание линии профиля – в точке с координатами 31°54′15′′ северной широты, 47°04′48′′ восточной долготы. Высота рельефа в конце профиля – 7 м, протяженность профиля – 1109 м. Дифференциация высот между начальной и конечной точкой – 2 м, максимальная высота по профилю – 10 м, минимальная высота – 6,5 м. Крутизна субгоризонтальной поверхности средняя – 0,1°. Крутизна склона максимальная – 2,62°. Рельеф равнинный, с преимущественно аллювиальными песчаными слабогумусированными почвами. Отмечается наличие локальных повышений высотой до 2 м над средней высотой рельефа и локальных понижений, глубиной до 1 м, округлой формы диаметром до 50 м.

В табл. 1 приведены данные полевого позиционирования и общее описание территории вокруг точки профиля.

Результаты анализа образцов почв в точках по профилю полевого участка показали чрезвычайный уровень засоления территории; засолены слабо только два образца почв в точках 6 и 8, образцы почв в точках 5, 7 и 8 засолены в средней степени (табл. 2).

Рис. 1. Космокарта полевого участка на территории тестового полигона «Амара» с линией профиля и контрольными точками

Рис. 2. Профиль полевого участка тестового полигона с контрольными точками (0–10)

Таблица 1

Характеристика точек полевого профиля

На рис. 3 представлен космоснимок территории вокруг точки 1 полевого профиля и фотоснимок территории вокруг точки 1. Здесь видно присутствие растительности, сосредоточенной по понижениям (высота рельефа 6,5 м) и по берегам оросительного канала. На возвышениях (высота рельефа 7 м) растительность сильно разрежена, а местами отсутствует. Необходимо отметить отсутствие мелиоративных насаждений на этом участке профиля. Уровень засолённости и почвенные характеристики территории исследований свидетельствуют о том, что для предотвращения деградации земель на территории исследований имеется возможность лесомелиоративного обустройства с использованием трехрядных лесных полос из двух рядов, состоящих из Tamarix aphylla L. с включением среднего ряда Phoenix dactylifera L.

Таблица 2

Степень засоления почв по точкам профиля

Рис. 3. Космоснимок территории вокруг точки 1 полевого профиля

Растительность на участке профиля представлена Arundo donax L. (рис. 4, а), Tamarix aphylla и галофитом Suaeda vera Forssk. (рис. 4, б). По берегам канала произрастают в основном Tamarix aphylla и Spergulária rúbra.

Точка 4 имеет высоту рельефа 8,5 м, что на 1 м выше точки 3. Почва здесь сильно засолена, но в меньшей степени, чем в точке 3. Растительность представлена видами Suaeda vera , Tamarix aphylla и Artemisia judaica. Точка 5 расположена на сельскохозяйственном поле (рис. 1), используемом для выращивания пшеницы; по периметру произрастают одиночно и группами пальмы Phoenix dactylifera L. Точка 6 имеет высоту рельефа 8,3 м. Почва засолена слабо. Здесь присутствует растительность, которая представлена Suaeda vera Forssk., Cynodon dactylon (L.) Pers, Beta vulgaris L. Точка 6 имеет высоту рельефа 8,4 м. Почва засолена в средней степени. Здесь присутствует растительность, которая представлена Suaeda vera Forssk., Cynodon dactylon (L.) Pers., Beta vulgaris L. и Phoenix dactylifera L. (рис. 5, а).

а б

Рис. 4. Фотоснимки территории вокруг точки 1 полевого профиля: а – Arundo donax L., б – Suaeda vera Forssk.

а б

Рис. 5. Фотоснимки территории вокруг точки 6 (а), растительность Suaeda vera Forssk., Cynodon dactylon (L.) Pers, Beta vulgaris L. и точки 7 (б), растительность Suaeda vera Forssk., Cynodon dactylon L., Beta vulgaris L. и Phoenix dactylifera L. На заднем плане поле Triticum aestivum L.

Точка 7 имеет высоту рельефа 8,4 м. Почва засолена средне. Здесь присутствует растительность, которая представлена Suaeda vera Forssk., Cynodon dactylon (L.) Pers, Beta vulgaris L. и Phoenix dactylifera L. На заднем плане поле с Triticum aestivum L. (рис. 5, б). Точка 8 имеет высоту рельефа 7,4 м. Почва засолена средне. Здесь присутствует растительность, которая представлена видами Suaeda vera Forssk., Spergularia rubra (L.) Presl., и Phoenix dactylifera L. Точка 9 имеет высоту рельефа 7,4 м. Почва засолена средне. Здесь присутствует растительность, которая представлена Arundo donax L., Phoenix dactylifera L., Tamarix aphylla L. и поле Triticum aestivum L. Точка профиля 10 пространственно расположена на заброшенных орошаемых полях, засоление почвы на которых достигло критических значений (3,26 %), в этом случае использование таких земель для выращивания культурных значений становится невозможным. Территория зарастает галофитами Suaeda vera Forssk.

Заключение

В результате полевых исследований на тестовом полигоне получены фотоэталоны участков поверхности, определены основные характеристики агроландшафтов, включая тип почвы, степень ее деградации, определены вид и пространственное распределение деградации, состав фитоценозов для верификации космоснимков. С использованием геоинформационных технологий по космоснимкам установлено, что наибольшую часть тестового участка занимают угодья с очень сильным и сильным засолением. Такие площади выводятся из использования и в настоящее время зарастают рудеральной растительностью. Угодья со средним уровнем засоления занимают поля сельскохозяйственных культур, где проводится выращивание сельскохозяйственных культур, преимущественно Triticum aestivum L.; потеря урожая в отдельные годы достигает 25 %. Заброшенные поля медленно зарастают галофитами. Древесно-кустарниковая растительность представлена Arundo donax L., Phoenix dactylifera L., Tamarix aphylla L., которые занимают заброшенные поля и берега каналов. В связи с этим целесообразно рекомендовать агролесомелиоративное обустройство сельскохозяйственных земель по берегам оросительных каналов путем создания трехрядных лесных полос, состоящих из двух рядов кустарника Tamarix aphylla L. и среднего ряда пальмы Phoenix dactylifera L. Получение фотоэталонов почв и растительности дает возможность ее идентификации на изображениях, полученных в результате космосъемки, и применения таких эталонов для дешифрирования агроландшафтов-аналогов.