Исследование загрязнения почв. Оценка свойств растительного покрова

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

1. Картографирование загрязнения почв и других депонирующих сред

2. Дистанционные методы в исследовании растительного покрова, его состояния и продуктивности

3. Выбор данных с помощью запросов в MapInfoProfessional

Список использованной литературы

1. Картографирование загрязнения почв и других депонирующих сред

Проблема, связанная с загрязнением почв имеет весьма широкое распространение. Особенно данная проблема характерна для тех стран, которые являются промышленно-развитыми. Загрязняющие вещества обладают свойством сохраняться в почвах длительное время. Тем самым, создается непосредственная угроза для здоровья населения.

Исследование загрязнения почв осуществляется в двух следующих аспектах:

- в качестве самостоятельно экологической проблемы;

- в качестве индикатора, указывающего на общее экологическое неблагополучие определенной территории.

В качестве самостоятельной экологической проблемы загрязнение почв рассматривается выборочно, где имеются основания ожидать высоких уровней содержания тех или иных специфических веществ, как правило, высоких классов опасности (радионуклидов, пестицидов, ПАУ и др.). Такие исследования обычно проводятся на ограниченных площадях, они отличаются высокой детальностью (масштабы от 1:10 000 до 1:500) и имеют целью удаление и захоронение выявленных скоплений веществ, представляющих непосредственную опасность. По окончании работ по очистке организуют повторные обследования в целях контроля.

Те исследования загрязнения почв, которые направлены на сравнительную оценку общего уровня экологического неблагополучия территорий (эколого-геохимические съемки), проводятся в крупных и средних масштабах (от 1:200 000 до 1:10 000) и охватывают территории городов и их частей, а в отдельных случаях целых регионов.

Методика эколого-геохимической съемки была разработана в России в 80-е годы XX в. Геохимия окружающей среды / Ю.Е. Сает, Б.А. Ревич Е.П. Янин и др. М., 2012. При этом была успешно использована приборная и нормативно-методическая база, ранее применявшаяся при геологических съемках и поисках месторождений рудных полезных ископаемых (лито-геохимические исследования). Наибольшее внимание при эколого-геохимических съемках обычно уделяется тяжелым металлам. Это обусловлено широким распространением и индикационным значением данного вида загрязнения, а также наличием хорошо отработанных и достаточно дешевых аналитических методов (преимущественно спектральных), позволяющих определять концентрации нескольких (до 30-40) элементов одновременно. Составными частями эколого-геохимических съемок являются: отбор проб, аналитическая обработка, интерпретация результатов и составление карт.

В процессе изучения тех загрязняющих веществ, которые содержаться в снеге, дает возможность дать характеристику атмосферным выпадениям за определенный сезон. Целесообразным является проведение отбора снеговых проб в конце зимнего периода, чтобы дать характеристику более длительному периоду. Тем не менее, необходимо делать это до того, как началось снеготаяние для того, чтобы избежать выщелачивания тех компонентов, которые являются растворимыми.

Отбор проб снега осуществляет из шурфов. В состав пробы необходимо включить весь снег, который извлекается по всей мощности снежного покрова. Для того, чтобы результаты были достоверными, нужно исключить возможность попадания в пробу частиц мусора и подстилающего грунта. Исходя из этого, то место, где осуществляет отбор, должно располагаться не троп, дорог и прочих мест, где высока вероятность попадания механических примесей. При осуществлении отбора должна быть зафиксирована площадь шурфа и дата.

В составе донных отложений отражается рельеф, геологическое строение и экологическое состояние того или иного водосборного бассейна. Большую роль в формировании загрязнений донных отложений играет перераспределяющее свойство водного потока. В отложения разного гранулометрического состава может быть разная концентрация загрязняющих веществ. Исходя из этого, фациальные особенности при опробовании донных отложений должны быть учтены.

Для объективной характеристики водотоков и водоемов рекомендуется отбирать осредненные пробы, состоящие из нескольких частных проб Геохимия окружающей среды / Ю.Е. Сает, Б.А. Ревич Е.П. Янин и др. М., 2012.. На небольших и неглубоких водотоках, русло которых слагается однородным материалом, отбирают осредненные по поперечному профилю пробы. На крупных водоемах и водотоках пробы отбирают вблизи уреза воды, в местах видимой аккумуляции наносов. При наличии илистых отложений отбирают вертикальные колонки илов, по возможности на всю мощность. При значительных мощностях илов может проводиться изучение их вертикального разреза.

В результате эколого-геохимических съемок создают моноэлементные карты и карты суммарных показателей загрязнения. Карты составляются с использованием способа изолиний с послойной окраской или штриховкой. Интерполяция между значениями выполняется с учетом пространственных закономерностей (географическая интерполяция). При этом необходимо учитывать, что в условиях городов и горнопромышленных зон широко распространены поверхности, которые не могут быть охарактеризованы данными опробования (застройка, асфальтированные поверхности). Во многих случаях такие объекты -- источники загрязнения.

Обязательные требования при выполнении интерполяции -- расположение всех точек, охарактеризованных количественными данными, в пределах контуров соответствующих градаций, а также последовательная смена градаций. Изолинии уровней загрязнения, как и любые другие изолинии, не должны соприкасаться, пересекаться, прерываться. Исключением из этого правила является резкая смена искусственных (преобразованных) и естественных грунтов, с резко различающимися уровнями загрязнения. Участки распространения таких фунтов могут выделяться особо, с использованием способа ареалов. Мелкие аномалии, не выражающиеся в масштабе карты, обозначают значками.

Цветовая гамма послойной окраски подбирается согласно «принципу светофора».

На картах загрязнения почв, снежного покрова, донных отложений выделяются техногенные геохимические аномалии различного происхождения, территориального охвата, степени выраженности и опасности. Важнейшая задача анализа эколого-геохимических карт -- выявление причин образования аномалий, что служит предпосылкой целенаправленной, адресной разработки планов природоохранных мероприятий. Эта работа должна опираться на сбор и анализ имеющихся в природоохранных органах материалов о технологии производства на предприятиях, составе используемого сырья и отходов.

При анализе эколого-геохимических карт может применяться весь арсенал средств картографического метода исследования:

- визуальный;

- графический;

- картометрический;

- математико-статистический метод анализа;

- математическое моделирование;

- использование приемов теории информации Берлянт А.М. Картографический метол исследования. М., 2013..

2. Дистанционные методы в исследовании растительного покрова, его состояния и продуктивности

Достижения науки и техники на современном этапе развития общества объективно способствуют более эффективному решению природоресурсных задач. В этой связи открываются также инновационные возможности для развития производства растениеводческой продукции. В сельском хозяйстве так же, как в других сферах человеческой деятельности, идет постоянный поиск новых технологий, позволяющих улучшить процесс производства продуктов и сырья. Развитие компьютерной индустрии, появление на рынке прецизионной сельскохозяйственной техники, оборудованной приемниками глобальной системы позиционирования (ГСП), всевозможными датчиками и бортовыми компьютерами с соответствующим программным обеспечением, а также возможность использования географических информационных систем (ГИС) для обработки и визуализации пространственно-атрибутивных данных привели к появлению новой концепции, получившей название точное земледелие Точное сельское хозяйство (Precision Agriculture). Под общей редакцией Д. Шпаара, А. Захаренко, В. Якушева. СПб - Пушкин, 2012. 397 с..

Точное земледелие (ТЗ) позволяет наилучшим образом реализовать стратегию планирования и оперативного дифференцированного управления ресурсосберегающим производством растениеводческой продукции с учетом выявленных количественных закономерностей, характеризующих биологическую специфику культур и сортов, локальных условий почвенного питания растений и микроклиматических особенностей территории их произрастания. Технологии ТЗ справедливо относят к высоким технологиям, так как они, кроме ресурсосбережения, обеспечивают достижение близкой к биологическому потенциалу урожайности сельскохозяйственных культур с высоким качеством получаемой продукции при минимальном загрязнении окружающей среды.

Методология ТЗ во многом построена на оценке пространственно-неоднородных агроландшафтов и приспособлении системы хозяйствования к выявленной неоднородности конкретных полей. Так, для изучения самой пространственной неоднородности, ее количественного описания и выделения границ изменчивости на заданной территории используются различные технические и математические методы. В частности, для обеспечения высокоэффективного точного управления необходимо располагать сведениями о пространственной структуре управляемых показателей, об основных тенденциях и трендах наблюдаемых пространственных изменений, статистической связности (коррелированности) значений варьирующихся показателей.

Данные задачи, а также многие другие (выбор сетки опробований, установление оптимальных интервалов пространственного осреднения и сглаживания, оптимальная интерполяция и т.д.) могут решаться на основе методов геостатистики и ее главного инструмента - вариаграммного анализа. Однако данный подход имеет объективный недостаток, который заключается в том, что все выводы делаются на основе значений изучаемого варьирующегося показателя почвы или посева, полученного в результате дискретного отбора образцов на заданной территории. Свойства таких объектов столь сложно и непредсказуемо меняются в пространстве, что практически не могут быть описаны никакими детерминированными зависимостями. Поэтому в мировой науке активно разрабатываются приемы непрерывного измерения в системе ТЗ важнейших технологических показателей почвы и посевов с помощью современных методов физики дисперсных сред и различных сенсоров (оптические, радиометрические, электромагнитные и др.). Одним из перспективных подходов для сплошной (площадной) оценки состояния и вариабельности свойств растительного покрова и почвы является комплекс средств и методов дистанционного зондирования земли (ДЗЗ).

За рубежом данные ДЗЗ достаточно давно и успешно используются для решения различных задач, в том числе сельскохозяйственных. Материалы ДЗЗ формируются без непосредственного контакта с изучаемым объектом. При помощи специальных приборов регистрируются отражаемые и излучаемые земной поверхностью электромагнитные волны, в основном это излучения в оптическом и радиолокационном диапазонах. Особенно широко применяются датчики, использующие спектральный анализ и измеряющие различия в отражении и абсорбции солнечного света растительной массой и почвой. На основе комбинации значений яркости в определенных каналах, информативных для выделения исследуемого объекта и расчета по данным значениям «спектрального индекса», строится изображение, соответствующее той или иной величине индекса в каждом пикселе, что и позволяет выделить исследуемый объект и оценить его состояние.

Важно отметить, что при анализе неоднородностей по данным аэрофотоснимков полей с большой площадью возникает проблема выделения соответствующих границ. По данным аэрофотоснимков возможно дешифрирование в автоматическом режиме, но указанный метод дает только территориальное распределение неоднородностей без объяснения биологических (агро) причин разделения площади на некоторое число однородных участков, выявленных на основе коэффициентов спектральной яркости. Наличие тестовых площадок (эталонных участков) на поле позволяет проводить дешифрирование снимков с так называемым обучением, когда тестовые площадки используются как индексные контролируемые изображения, по которым с высоким процентом вероятности возможно следить за физиологическими изменениями в процессе вегетации растений на других участках поля.

На каждом из полей в контрольном варианте были заложены тестовые площадки, на которых перед посевом вносились строго определенные дозы азотного удобрения и регулярно в течение вегетационного сезона контактными и дистанционными методами проводился мониторинг состояния растений и определение их спектральных характеристик. Применение данного подхода привело к увеличению урожайности пшеницы в варианте точного земледелия с использованием тестовых площадок на 20-27% по сравнению с высокоинтенсивным вариантом опыта Якушев В.П., Лекомцев П.В., Петрушин А.Ф. 2014. Точное земледелие: опыт применения и потенциал развития // Информация и космос. № 3. С. 50-56..

Большой инновационной привлекательностью сопряженного использования данных ДЗЗ и наземных измерительных систем обладает разработанная в АФИ научно-методическая база оценки водного и теплового балансов сельскохозяйственного поля. Для указанных целей применяется автоматизированный мобильный полевой агрометеорологический комплекс (АМПАК), который осуществляет сбор, хранение, обработку и передачу по беспроводной сети метеопараметров: температуры и влажности воздуха, атмосферного давления, скорости ветра, температуры подстилающей поверхности и балансовой радиации. На основе метеорологических данных и параметров посева производится расчет суммарного испарения, нормы полива и индекса водного стресса в ре- жиме реального времени. Мобильность комплекса обеспечивает его работу на полях с различными сельскохозяйственными культурами и использование как системы наземной измерительной калибровки спутниковых данных для управления режимом орошения больших площадей. Указанная возможность АМПАКа связана с тем, что распределение радиационной температуры поверхности (данные ДЗЗ в тепловом инфракрасном режиме) для различных участков агроландшафта сильно варьируется, поэтому необходимо ее корректировать соответствующими наземными измерениями.

3. Выбор данных с помощью запросов в MapInfoProfessional

MapInfo Professional - географическая информационная система (ГИС), предназначенная для сбора, хранения, отображения, редактирования и анализа пространственных данных.

Первая версия ГИС MapInfo Professional была разработана в 1987 году компанией MapInfo Corp., и быстро стала одной из самых популярных ГИС в мире. Сейчас MapInfo Professional используется в 130 странах мира, переведена на 20 языков, включая русский, и установлена в десятках тысяч организаций. В России благодаря простоте освоения, богатым функциональным возможностям и умеренной стоимости MapInfo Professional стала самой массовой геоинформационной системой.

Наряду с тем, что MapInfo позволяет отображать данные на географических Картах, мощный аппарат анализа дает пользователю возможность группировать и организовывать эти данные. Разбив данные на логические группы, пользователь может проводить анализ на основании одной или нескольких переменных величин.

Под выборкой понимается подмножество данных, объединенных в одну группу на основании значений одной или нескольких переменных. Выборка - это подмножество данных, сгруппированных по значениям одной или нескольких переменных.

Например, пользователь может создать подмножество клиентов, проживающих не далее 50 км от Новгорода. Или подмножество клиентов, сделавших покупки более, чем на 10000 рублей. Или подмножество клиентов, чьи фамилии начинаются на букву B.

Приведенные тут предложения, на основании которых формируются подмножества данных, называются запросами. Слово "запрос" эквивалентен общеупотребимому слову "вопрос": Кто из клиентов потратил более 10000 рублей? Кто из клиентов проживает в 50 км от Новгорода?

Существует множество способов группировки данных. Некоторые записи попадают более чем в одну категорию. Пользователь также может группировать данные по нескольким переменным. Кто из клиентов живет в радиусе 50 км от Новгорода и сделал покупки на сумму более 10000?

Рисунок 1 - Формирование временной таблицы из выборок MapInfo Professional

Из выборок формируются временные таблицы. Когда Вы проводите выбор, MapInfo создает временную таблицу и сохраняет в ней выбранные записи.

Над таблицей выборки можно проводить многие из тех операций, которые разрешены для постоянных таблиц, например:

- ее можно просматривать в окнах Списка, Карты (если в ней имеются графические объекты), Графика и Отчета;

- ее можно вырезать и копировать в буфер обмена, а также вставлять в другие таблицы или даже использовать в других программах;

- работая с выборкой, можно редактировать исходную таблицу. Если пользователь хочет изменить только некоторые записи базовой таблицы, можно сделать выборку и редактировать только эту выборку;

- из выборки, в свою очередь, можно выбирать записи.

Чтобы сохранить таблицу выборки в виде постоянной таблицы, нужно выполнить команду Файл > Создать копию. Сохранив выборку в постоянную таблицу, можно дольше работать с ней также, как со всеми другими таблицами. Таблицы выборок полностью зависят от тех таблиц, на основании которых они были созданы. Так, при закрытии исходной таблицы все связанные с ней таблицы выборок будут закрыты.

В MapInfo Professional выборку можно создать с помощью нескольких команд и инструментов. Их можно разделить на две категории:

- Выбор на экране: инструменты Выбор, Выбор-в-круге, Выбор-в-области, Выбор-в- полигоне, Выбор-в-рамке, Обратить Выборку, команда Выбрать полностью. Чтобы выбрать записи инструментом, следует указать на соответствующий графический объект (объекты) или обвести его (их). Чтобы выбрать все записи с какого-либо слоя, выполните команду Запрос > Выбрать полностью;

- Выбор с помощью запросов: команды Выбрать, SQL-запрос. В обоих случаях Вы задаете логическое выражение, на основании которого MapInfo выбирает записи. Например, выражение ПРОДАЖИ > 20000 означает, что MapInfo выберет только записи о продажах на сумму более 20 тыс. Руководство пользователя MapInfo Professional

почва картографирование информационный

Список использованной литературы

1. Берлянт А.М. Картографический метол исследования. М., 2013.

2. Геохимия окружающей среды / Ю.Е. Сает, Б.А. Ревич Е.П. Янин и др. М., 2012.

3. Точное сельское хозяйство (Precision Agriculture). Под общей редакцией Д. Шпаара, А. Захаренко, В. Якушева. СПб - Пушкин, 2012. 397 с.

4. Якушев В.П., Лекомцев П.В., Петрушин А.Ф. 2014. Точное земледелие: опыт применения и потенциал развития // Информация и космос. № 3. С. 50-56.

5. Руководство пользователя MapInfo Professional

Размещено на Allbest.ru