Космический мониторинг сельскохозяйственного землепользования Калужской области

Калужская область, расположенная в центре Европейской части России, является типичным регионом сельскохозяйственного землепользования нечерноземной зоны. Последствия системного кризиса, с которым столкнулся аграрный сектор России в последние 20 лет, и в особенности нечерноземные ее регионы, прослеживаются здесь в полной мере. Однако, благодаря активно внедряемой в регионе инвестиционной политике, и в сельскохозяйственной отрасли постепенно происходят положительные изменения.

ГБУ Калужской области «Агентство информационных технологий Калужской области» (ГБУ «Калугаинформтех»), флагман региона в сфере информатизации, на протяжении нескольких лет активно использует в своей деятельности современные ГИС-технологии и данные дистанционного зондирования Земли. В 2013 году ГБУ КО «Центр «Кадастр» практически завершило формирование электронной базы о собственниках и пользователях земельных участков, включая земли сельскохозяйственного назначения. По заказу ГБУ «Калугаинформтех» в 2012-2014 годах компания «Совзонд» выполняла комплекс работ по мониторингу сельскохозяйственных земель Калужской области с использованием космических снимков. Работы выполнялись в рамках подпрограммы «Повышение эффективности использования информационно-коммуникационных технологий, а также результатов космической деятельности на территории Калужской области» государственной программы «Информационное общество и повышение качества государственных и муниципальных услуг в Калужской области». Целью работ является организация непрерывного получения актуальной и достоверной информации для повышения ситуационной осведомленности и принятия управленческих решений в агропромышленном комплексе Калужской области на основе данных ДЗЗ.

Особенности сельскохозяйственного землепользования Калужской области

Землями сельскохозяйственного назначения по состоянию на начало 2014 года в Калужской области занято 1144,6 тыс. га, или 61,3% всего земельного фонда. Структура распределения сельскохозяйственных земель по типам представлена на рисунке 1.

Рис. 1. Структура сельскохозяйственных земель Калужской области.

Одной из главных проблем сельскохозяйственного землепользования Калужской области, является забрасывание земель, и как следствие, зарастание сельскохозяйственных полей кустарником и мелколесьем. Главным фактором, сдерживающим развитие сельского хозяйства, является низкое потенциальное плодородие преобладающих дерново-подзолистых почв. Содержание гумуса колеблется в пределах от 1,4% до 2%, следовательно, без внесения органических удобрений получение высоких урожаев не представляется возможным. Почвы региона также характеризуются повышенной кислотностью и нуждаются в известковании и иных улучшающих агрохимических и агротехнических мероприятиях. Более высоким плодородием отличаются серые лесные почвы, распространенные в центральной и восточной части области, но и они зачастую заброшены. Значительная часть земель в южных районах области подвержена радиоактивному загрязнению.

Природно-климатические особенности региона и экономическая ситуация также оказывает влияние на характер сельскохозяйственного землепользования Калужской области. Сельскохозяйственные угодья чередуются с лесными, болотными и луговыми массивами. Экономическая ситуация 90-х годов ХХ века характеризовалась развалом хозяйствующих субъектов советской эпохи и, как следствие, тотальным прекращением использования сельскохозяйственных земель по их назначению. В результате активизировались процессы деградации земель: зарастание древесно-кустарниковой растительностью, засорение, заболачивание, проникновение вредных инвазивных видов растений. Сокращение затрат на внесение удобрений привело к повсеместному снижению плодородия почв [1, 2].

В настоящее время около половины земель сельскохозяйственного назначения находится в государственной и муниципальной собственности, остальные земли принадлежат физическим и юридическим лицам (агрохолдингам, крестьянским фермерским хозяйствам, личным подсобным хозяйствам граждан). Насчитывается свыше 320 сельскохозяйственных организаций, около 2300 крестьянских фермерских хозяйств и свыше 106 тысяч владельцев личных подсобных хозяйств [4].

Анализ использования сельскохозяйственных угодий по данным дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ)

В ходе выполнения работ для ГБУ «Калугаинформтех» по информационному обеспечению агропромышленного комплекса Калужской области в 2014 году было выполнено двукратное безоблачное покрытие территории области космическими снимками RapidEye (май и сентябрь 2014 г, пространственное разрешение 6,5 м) и многократное покрытие общедоступными снимками Landsat 8 (пространственное разрешение 30 м) (рисунок 2) компании «Совзонд» были созданы тематические продукты, характеризующие структуру и состояние сельскохозяйственных земель области. Дешифрирование и последующие аналитические расчеты производились с использованием векторного слоя земель сельскохозяйственного назначения в разрезе полей (материалы предоставлены ГБУ «Калугаинформтех»). В ряде случаев границы полей редактировались в соответствии с фактическими рабочими участками севооборота 2014 года.

Рис. 2. Покрытие Калужской области снимками RapidEye за май (слева) и сентябрь (справа).

По результатам дешифрирования разновременных мультиспектральных снимков были созданы карты зарастания сельскохозяйственных угодий древесно-кустарниковой растительностью, а на их основе – карты фактического использования сельскохозяйственных угодий. Все карты создавались для трёх масштабных уровней: отдельных полей, сельскохозяйственных предприятий и муниципальных образований.

Дешифрирование древесно-кустарниковой растительности осуществлялось на уровне отдельных полей и рабочих участков (контуров) методом полуавтоматической классификации (с обучением). В первую очередь было выполнено дешифрирование участков произрастания древесно-кустарниковой растительности на сельскохозяйственных угодьях с получением растрового слоя, соответствующего заросшим участкам. Данный слой был подвергнут дальнейшему визуальному анализу и редактированию для исключения неверно распознанных объектов и добавления объектов, которые были пропущены. Результирующий слой представлен на рисунке 3.

Рис. 3. Распространение древесно-кустарниковой растительности в пределах контуров сельскохозяйственных земель.

При помощи растрового слоя участков произрастания древесно-кустарниковой растительности была рассчитана статистика зарастания угодий в пределах полей, сельскохозяйственных организаций и муниципальных образований. Выполнено ранжирование угодий по степени зарастания (рисунок 4). Степень зарастания рассчитана для каждого сельскохозяйственного угодья Калужской области. Знание этой информации позволяет подготовить проекты мелиоративных мероприятий в разрезе отдельных полей, сельскохозяйственных предприятий и муниципальных образований.

Рис. 4. Ранжирование угодий по степени зарастания. Слева – фрагмент (Мещовский р-н Калужской обл.) тематического слоя распространения древесно-кустарниковой растительности. Справа – соответствующий фрагмент картограммы степени зарастания сельхозугодий древесно-кустарниковой растительностью.

Исходя из степени зарастания каждого контура древесно-кустарниковой растительностью, а так же его фактического направления использования (установлено визуально по снимкам и атрибутам векторного слоя полей), он относился к одному из 7 классов. Перечень и характеристики классов приведены в таблице 1, распределение по районам – на рисунке 5.

Рис. 5. Структура сельскохозяйственных земель по муниципальным районам (условные знаки приведены в таблице 1).

Исходные снимки и результаты их обработки: тематические растровые и векторные слои, характеризирующие состояние сельскохозяйственных земель области, предоставлены в виде ГИС-проекта и опубликованы на геоинформационном портале Калужской области.

По результатам тематической обработки и проведенного геоинформационного анализа можно сделать ряд выводов о текущем сельскохозяйственном землепользовании Калужской области. Из всей площади сельскохозяйственных угодий 774,4 тысяч га или 68,1% были отнесены к потенциально неиспользуемым. К их числу отнесены также залежи и иные земли без признаков хозяйственной активности, закустаренные пастбища и сенокосы (хотя на последних возможен выпас скота и сенокошение). Особенно неблагоприятная ситуация сложилась в отношении пахотных земель. Как видно из рисунка 5, на долю неиспользуемой пашни приходится 54,1% всех сельскохозяйственных угодий области. В условиях специализации региона на молочно-мясном животноводстве встает вопрос о трансформации пашни в улучшенные пастбища.

В структуре сельскохозяйственного землепользования Калужской области отчетливо прослеживаются территориальные различия (рисунок 5 и 6). В самом общем виде выделяются северо-восточные районы области с удовлетворительными показателями использования сельскохозяйственных угодий и минимальным их зарастанием. В западных и южных районах, напротив, подавляющее большинство земельных угодий находится в заброшенном состоянии. В пяти муниципальных образованиях: Боровском, Жуковском, Тарусском, Ферзиковском районах и городе Калуге большая часть сельскохозяйственных угодий используется по прямому назначению. В остальных муниципальных образованиях области большинство сельскохозяйственных угодий не используется. В 15 районах юга и запада области неиспользуемая пашня занимает более 50% площади сельскохозяйственных угодий.

Рис. 6. Диаграмма площадей и удельного веса сельскохозяйственных угодий в муниципальных образованиях Калужской области.

Относительно благоприятная ситуация в северо-восточных районах обусловлена, прежде всего, их близостью к Москве и Московской области – основным рынкам сбыта калужской сельскохозяйственной продукции. Боровский, Жуковский, Тарусский районы расположены к Москве ближе, чем некоторые муниципальные районы Московской области. Кроме этого в данных регионах лучше развито логистическое обеспечение, организуются и развиваются логистические центры и иные инвестиционные проекты, что благоприятно сказывается на сельском хозяйстве. Так, в наиболее благоприятном (и ближайшем к Москве) Боровском районе используется 18,9 тыс. га или свыше 87% всех сельскохозяйственных земель. В Спас-Деменском, Ульяновском, Куйбышевском, Износковском, Жиздринском, Людиновском и Мещовском районах, по результатам анализа данных космосъемки неиспользуемыми являются более 80% сельскохозяйственных угодий.

Древесно-кустарниковой растительностью по результатам дешифрирования снимков покрыто 279 тыс. га (24,5%) сельскохозяйственных угодий. Самыми «чистыми» являются Боровский и Жуковский районы и город Калуга со степенью зарастания сельскохозяйственных угодий менее чем 10% (рисунок 6). В Ульяновском районе древесно-кустарниковой растительностью заросло 58% сельскохозяйственных угодий, что может быть объяснено, помимо общего упадка сельскохозяйственного производства, высокой лесистостью района в сочетании с особенностями рельефа (овражно-балочная сеть).

Заключение

Результаты инвентаризации сельскохозяйственных угодий с использованием космических снимков используются органами исполнительной власти и местного самоуправления, управлением Россельхознадзора по Калужской области для целей оптимизации налогообложения. Министерство сельского хозяйства области в 2012 году инициировало применение повышенной ставки земельного налога в отношении земельных участков из состава земель сельскохозяйственного назначения, неиспользуемых для сельскохозяйственного производства (1,5% вместо 0,3% от кадастровой стоимости участка). Данные выполненного проекта предоставляются как в виде бумажных отчетов, так и в электронном виде на геопортале Калужской области. На основании представляемой информации планируются и осуществляются мероприятия государственного земельного контроля. В 2014 году по результатам проверок было проведено доначисление налогов в областной бюджет на сумму 2,971 млн. рублей.

Данные космического мониторинга представляют ценность не только для интересов налогообложения. Космические снимки, результаты дистанционного мониторинга, отраслевые геоинформационные системы и веб-геосервисы – это ценнейшие источники информации и инструменты для принятия управленческих решений в сфере управления земельными ресурсами. Речь идет, в первую очередь, о территориальном планировании (землеустройстве). Именно на базе материалов землеустроительного проектирования возможно обеспечение оптимального режима использования каждого гектара угодий, и, следовательно, устойчивого развития сельских территорий.

Правительство Калужской области интенсивно использует в своей деятельности современные информационные технологии. Использование данных космического мониторинга позволяет увидеть реальную картину сельскохозяйственного землепользования и сформировать более объективную статистическую отчетность о структуре земельного фонда. Авторы статьи выражают надежду, что положительный опыт использования данных ДЗЗ в части инвентаризации, мониторинга и контроля земель сельскохозяйственных назначений будет взят на вооружения другими субъектами Российской Федерации, особенно в нечерноземной зоне.

Вероятно, проводимая в настоящее время политика импортозамещения послужит стимулом возрождения агропромышленного комплекса Калужской области и всей страны в целом, способствуя рационализации использования сельскохозяйственных земельных угодий и развитию цивилизованных рыночных земельных отношений.

В 2015 году проект «Мониторинг земель сельскохозяйственного назначения в Калужской области», в который вошли выше изложенные результаты, занял первое место на III Всероссийском конкурсе проектов региональной информатизации «ПРОФ-IT» в номинации «IT в сельском хозяйстве» [4].

Использованные источники:

1. Prishchepov A.V. et al. Effects of institutional changes on land use: agricultural land abandonment during the transition from state-command to market-driven economies in post-Soviet Eastern Europe //Environmental Research Letters.–2012.– Т.7.–№.2.–С.024021.
2. Белорусцева Е.В. Мониторинг состояния сельскохозяйственных угодий Нечерноземеной зоны Российской Федерации //Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса.–2012.–Т.9.–№.1.–С.57-64.
3. Официальный портал органов Власти Калужской области: Оборот земель сельхозназначения [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www. admoblkaluga.ru/sub/ selhoz/cooperation_ with_municipalities/ oborot_zem.php.–Дата доступа: 14.07.2015.
4. Сайт конкурса ПРОФ-IT: Результаты конкурсной защиты. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http: //prof-it2015.d-russia.ru/news/rezultatyi-pervogo-dnya-konkursnoj-zashhityi .html.–Дата доступа: 14.07.2015.
5. Геоинформационный портал Калужской области: Калуга [Электронный ресурс] / Калугаинформтех. – Режим доступа: http://geoportal40.ru/.–Дата доступа: 14.07.2015.