Особенности мониторинга почв и растительности

Почвенный экологический мониторинг (ПЭМ) – научная информационная система наблюдения, оценки и прогноза изменений состояния почв и почвенного покрова, протекающих под воздействием естественных и антропогенных факторов.

Цель ПЭМ — быстрое выявление изменений почв с целью регулирования неблагоприятных процессов и явлений, вызванных хозяйственной деятельностью человека.

В ПЭМ решаются следующие задачи:

1. Наблюдение за состоянием почв и почвенного покрова и оценка их изменений во времени и в пространстве.

2. Прогноз изменения состояния почв и почвенного покрова во времени и пространстве.

3. Научно-обоснованные рекомендации по направленному регулированию состояния почв и почвенного покрова с целью повышения потенциального и эффективного плодородия земель, урожайности сельскохозяйственных культур, сохранения и улучшения экологических условий.

В мировом сообществе, чаще всего используется единственный норматив загрязнения почвы — норматив для пахотного слоя. В РФ применяется развернутая система.

В России с 15 июня 2003 г. введены новые санитарные правила СанПиН 2.1.7.1287

Санитарно эпидемиологические требования к качеству почвы, которые устанавливают требования к качеству почв населенных мест и сельскохозяйственных угодий, обуславливающие соблюдение гигиенических нормативов при размещении, проектировании, строительстве, реконструкции (техническом перевооружении) и эксплуатации объектов различного назначения, в том числе и тех, которые могут оказывать неблагоприятное воздействие на состояние почв.

Этот документ содержит список нормативов ПДК для почв сельскохозяйственного использования, а для жилых зон — перечень объектов наблюдения и основных показателей оценки санитарного состояния почв населенных мест.

Основные понятия, касающиеся химического загрязнения почв, установлены ГОСТом 27593 88. Почвы. Термины и определения.

Предельно допустимая концентрация химического вещества в почве представляет собой комплексный показатель безвредного для человека содержания химических веществ в почве, так как используемые при ее обосновании критерии отражают возможные пути воздействия загрязняющего вещества на контактирующие среды, биологическую активность почвы и процессы ее самоочищения.

Обоснование ПДК химических веществ в почве базируется на 4 основных показателях вредности, устанавливаемых экспериментально:

• транслокационном, характеризующим переход вещества из почвы в растение;

• миграционном водном, характеризующим способность перехода вещества из почвы в грунтовые воды и водоисточники;

• миграционном воздушном, характеризующим переход вещества из почвы в атмосферный воздух;

• общесанитарном, характеризующим влияние загрязняющего вещества на самоочищающую способность почвы и ее биологическую активность.

При этом каждый из путей воздействия оценивается количественно с обоснованием допустимого уровня содержания вещества по каждому показателю вредности. Наименьший из обоснованных уровней содержания является лимитирующим и принимается за ПДК.

Индекс NDVI

NDVI (Normalized Difference Vegetation Index) - нормализованный относительный индекс растительности - простой количественный показатель количества фотосинтетически активной биомассы (обычно называемый вегетационным индексом). Один из самых распространенных и используемых индексов для решения задач, использующих количественные оценки растительного покрова.

Вычисляется по следующей формуле: NDVI = (NIR-RED)/(NIR+RED)

где, NIR - отражение в ближней инфракрасной области спектра, RED - отражение в красной области спектра.

Согласно этой формуле, плотность растительности (NDVI) в определенной точке изображения равна разнице интенсивностей отраженного света в красном и инфракрасном диапазоне, деленной на сумму их интенсивностей.

Расчет NDVI базируется на двух наиболее стабильных (не зависящих от прочих факторов) участках спектральной кривой отражения сосудистых растений. В красной области спектра (0,6-0,7 мкм) лежит максимум поглощения солнечной радиации хлорофиллом высших сосудистых растений, а в инфракрасной области (0,7-1,0 мкм) находится область максимального отражения клеточных структур листа. То есть высокая фотосинтетическая активность (связанная, как правило, с густой растительностью) ведет к меньшему отражению в красной области спектра и большему в инфракрасной. Отношение этих показателей друг к другу позволяет четко отделять и анализировать растительные от прочих природных объектов. Использование же не простого отношения, а нормализованной разности между минимумом и максимумом отражений увеличивает точность измерения, позволяет уменьшить влияние таких явлений как различия в освещенности снимка, облачности, дымки, поглощение радиации атмосферой и пр.

NDVI может быть рассчитан на основе любых снимков высокого, среднего или низкого разрешения, имеющим спектральные каналы в красном (0,55-0,75 мкм) и инфракрасном диапазоне (0,75-1,0 мкм). Алгоритм расчета NDVI встроен практически во все распространенные пакеты программного обеспечения, связанные с обработкой данных дистанционного зондирования