что умеет агроатлас

Афонин А.Н., Гринн С.Л., Ли Ю.С.

Что умеет Агроатлас…

Изображения карт, приведенные в интернет-версии Агроатласа (http://www.agroatlas.ru), полезны для пользователей, но они  реализуют лишь малую часть функциональных возможностей, представляемых Агроатласом. Наиболее важно то, что Агроатлас интерактивен и является настоящей географической информационной системой (ГИС).  Полностью ГИС функции реализованы в DVD версии Агроатласа, которую можно скачать на http://www.agroatlas.ru/ru/downloads/

- Что дают ГИС возможности Атласа пользователю?

Визуализация:

Во-первых, - все карты атласа можно увеличивать и уменьшать, накладывать друг на друга, менять палитры.

Попробуем проанализировать распространение и вредоносность летней капустной мухи (Delia floralis (Fallen)) на капусте белокочанной (Brassica oleracea L. convar capitata L.). 

Откроем карту распространения капусты белокачанной.

Композиция карты создается отдельно подключаемыми слоями: гидрография, градусная сетка, границы стран... Например, - подключаемый слой областного административного деления позволяет оценить присутствует или отсутствие объекта в областях, краях и республиках.

ГИС слои масштабируются. Интересующий регион может быть увеличен и рассмотрен более детально.

Откроем карту распространения и вредоносности летней капустной мухи.

 Цветом охры показано распространение вредителя, светло-коричневый цвет отражает зону слабого вреда, темно-коричневый - зону средней вредоносности. При необходимости может быть изменен цвет слоев и тип штриховки - линк. 

Раздельное рассмотрение слоев распространения культуры и вредителя не удобно для анализа. Существует возможность совместного рассмотрения слоев в единой композиции. Для этого в панели открытой карты капусты следует нажать «кнопку» (Freeze non common layers). 

Затем открываем слой вредоносности капустной мухи - он наложится на ранее открытый слой.

Визуальный анализ наложенных слоев показывает приуроченность зон вредоносности летней капустной мухи к северным границам распространения капусты. Часть южной зоны ею не охвачена.

Видео и презентации:

1. Работа с векторными слоями: открытие, наложение и масштабирование слоев (видео, .mp4, 15.8 мб)

2. Изменение палитр векторных слоев

Анализ:

В варианте работы с географической информационной системой возможен количественный анализ введенных в систему карт.

Допустим, мы хотим рассмотреть экологические потребности биологического объекта. Пусть это будет актинидия коломикта Actinidia kolomikta (Maxim.) Maxim.– плодовая лиана с вкусными плодами, представляющая большой интерес для садоводов-любителей. В дикорастущем виде это растение распространено на Дальнем Востоке: в Приморском и Хабаровском краях, на юге Амурской области, на Сахалине и Курилах, в Китае, Корее и Японии. Нам хотелось бы оценить возможность интродукции в Европейскую часть страны популяций этого интересного вида – в первую очередь зимостойких из дальневосточных регионов нашей страны.

Специалистам известно, что основными лимитирующими распространение актинидии коломикты экологическими факторами среды являются недостаточные суммы активных температур за вегетационный период, низкие зимние температуры, а также недостаток увлажнения. Рассмотрим количественные потребности вида в тепле и увлажнении.

Сначала наложим ареал вида на карту сумм активных температур выше 0 градусов. Экологические карты Агроатласа представляют собой растры. Все территория страны разбита прямоугольной сеткой на клетки со сторонами 10 на 10 км. Таких клеток на карте 443560 – 853 колонки и 520 рядков. Каждая клетка характеризуется числовым значением экологического фактора. По сути – растровые карты есть не что иное как числовые матрицы. Для каждой клетки растра пиксельной пипеткой (инструмент «i» из верхней панели инструментов) можно определить значение соответствующего фактора. Пройдем инструментом «i» по площади ареала актинидии, фиксируя значения сумм температур. Суммы активных температур в пределах дальневосточного ареала актинидии меняются от 1800 до 2900С.

Аналогичным образом проанализируем пределы распространения актинидии по зимним температурам. Возьмем для этого среднюю температуру самого холодного месяца – января. Самые низкие среднеянварские температуры в пределах дальневосточного ареала актинидии наблюдаются в горах Сихотэ-Алиня и в континентальной удаленной от океанского побережья западной части ареала – до -28 градусов. В приморской части ареала, на островах и на юге зимы значительно мягче – средняя январская температура не опускается ниже -16С, а в ряде мест -10С. На территории Китая и Японии зимние температуры, как и суммы активных температур за вегетационный период, могут быть еще выше.

Также определим необходимое для вида увлажнение. Для этого можно использовать сумму осадков за год или гидротермический коэффициент (ГТК), учитывающий помимо осадков и испаряемость. Нормальным считается увлажнение при ГТК равном единице. Меньше единицы – условия засушливые, больше единицы – увлажнение выше среднего. Актинидия на Дальнем Востоке произрастает при ГТК от 1.6 до 3.7 – то есть в очень влажных условиях.

Экологические амплитуды актинидии коломикты, произрастающей на российском Дальнем Востоке, по основным лимитирующим факторам среды следующие:

Полученные данные об экологических лимитах позволяют моделировать зону возможного распространения видов.  С технологией моделирования можно познакомиться в следующем разделе.

Видео и презентации:

1. Работа с растровыми слоями: представление о растре, анализ растрового слоя.

2. Изменение палитр растровых слоев (видео, .mp4, 13.9 Мб)

Моделирование:

Геоинформационные технологии позволяют на основе полученных данных об экологических лимитах биологического объекта смоделировать территорию возможного его распространения.

Мы определили экологические лимиты актинидии коломикта и у нас имеются соответствующие карты экологических факторов среды – суммы активных температур, температуры января и условия увлажнения (ГТК) на территорию всей страны. Попробуем определить: на какой территории Европейской части России мог бы произрастать этот вид.

Кратко логика и методика ГИС моделирования распространения биологических объектов заключается в следующем: по каждому из лимитирующих распространение объекта факторов среды раздельно выделяются территории, пригодные для обитания объекта – так называемые экологически пригодные территории (ЭПТ). Для актинидии нам следует выделить территории пригодные для произрастания этого вида по суммам тепла (ЭПТ-1), зимним температурам (ЭПТ-2) и условиям увлажнения (ЭПТ-3).

То, что мы ищем, - потенциальный экологический ареал вида – территория, которая пригодна для произрастания вида по всему комплексу лимитирующих факторов.

Для выделения каждой из трех экологически пригодных территорий мы используем стандартную ГИС операцию – реклассификацию. Для объединения отдельных ЭПТ в потенциальный экологический ареал воспользуемся операцией растровой алгебры – все это умеет делать Агроатлас.

Выделение экологически пригодных территорий. Реклассификации.

Начнем с сумм активных температур. Растения за вегетационный период должны получить определенное специфичное для каждого вида количество тепла необходимое для полного прохождения всех фаз онтогенеза от начала весеннего отрастания, до формирования семян и зимующих органов. Мы установили, что минимальное количество тепла, необходимое актинидии, составляет 1800С. Напомню, что имеющаяся в Агроатласе карта сумм активных температур растровая и каждая клеточка растра размером 10 на 10 км имеет численное значение сумм активной температуры. Всем клеткам растровой карты, имеющим температуру выше 1800, присвоим значение 1, а непригодным для произрастания актинидии клеткам растра с температурой ниже 1800 присвоим нулевые значения.

Эта операция в ГИС называется реклассификацией. Выполняется она в программе Агровьюер (AAviewer), которая входит в набор инструментов Агроатласа.

В программу Агровьюер включен калькулятор растров, который может выполнять различные математические действия с растрами: складывать их, делить, перемножать и т.д. Возможность проведения реклассификации также имеется.

Примечание:  для работы с Агровьюером желательно перенести в отдельную папку необходимые для работы карты.  Агровьюер работает с картами в форматах Idrisi (растровые - rdc/rst, векторные – vdc/vct) и MapInfo (mid/mif). Каждый растровый и векторный слой в формате Idrisi представлен двумя файлами – с расширениями .rdc и .rst для растров и – .vdc и .vct  для векторов. Файлы в экспортном формате MapInfo представлены двумя файлами, имеющими расширения  .mid и .mif. 

 Карты Агроатласа в ГИС формате можно скачать с интернета или с DVD. На DVD карты хранятся в папке AgroAtlas. В подпапке agroecology - агроэкологические карты, в cultural – зоны возделывания культурных растений, в related – ареалы дикорастущих родичей культурных растений,   вdiseases – распространение и вредоносность болезней культурных растений, в pests – распространение и вредоносность вредителей культурных растений, в weeds – распространение и вредоносность сорных растений. Описание слоев карт дается в текстовых файлах метаданных, которые хранятся в тех же папках c названиями объектов. В папке common -> BASE – можно найти дополнительные топографические слои для работы с Атласом: административные границы, сетка, гидрография… 

После перенесения необходимых слоев в рабочую папку и открытия Агровьюером первого слоя, он начинает работать с соответствующей папкой и сохранять в ней вновь созданные слои. Для работы с калькулятором растров адрес рабочей папки следует указать в меню калькулятора Settings -> Folders for Images. Подробно о работе с Агровьюером и DVD версией Агроатласа см. в Руководстве по использованию Агроатласа

Растр сумм температур выше 0С имеет числовые значения от -100 (условное обозначение для территорий, выходящих за границы б. СССР) до 6671.4 (самые большие суммы средних температур выше 0С, отмечаемые на территории б.СССР).

Присвоим нулевые значения территориям, на которых произрастание актинидии невозможно или которые находятся за пределами исследуемой территории: от -101 до 1800. В пределах ареала актинидии на территории российского Дальнего Востока максимальные отмеченные нами суммы активных температур выше 0С составили 2900С, но ареал актинидии коломикты заходит значительно южнее - и в Китае, Японии и Корее суммы тепла за вегетационный период в пределах ареала актинидии могут быть значительно выше. Поэтому все территории с суммами тепла выше 1800 будем считать пригодными для произрастания актинидии. Единицу – знак присутствия – присвоим всем территориям, суммы активных температур в пределах которых превышают 1800С.

Так выглядит рассчитанная Агровьюером территория в пределах б.СССР, экологически пригодная для выращивания актинидии коломикты по суммам активных температур. – Непригодные территории показаны белым цветом, пригодные – темно-серым. Совершенно очевидно, что экологически пригодная по теплу территория дает избыточную площадь. Например, в Каракумах актинидия расти не сможет в связи с нехваткой влаги. Эта территория будет элиминирована при выделении экологически пригодной территории по влажности.

Территория Дальнего Востока характеризуется повышенной влажностью. ГТК в пределах дальневосточного ареала актинидии коломикты составляет 1.6 – 3.7. Выделим территорию с соответствующими условиями как оптимальную для выращивания актинидии по условиям влажности. Учтем также, что в зарубежных частях ареала в Китае и Корее ГТК может быть меньше, а на садовых участках возможен полив – поэтому территорию с ГТК от 1 до 1.6 также отнесем к возможной для выращивания актинидии, но оптимальным территориям дадим бал 2, тогда как неоптимальным – 1. Реклассификационное условие запишем следующим образом:

Экологически пригодная по условиям увлажнения территория будет выглядеть следующим образом:

Оптимальные для актинидии по увлажнению территории расположены в частности на севере европейской части и Западной Сибири, но, в то же время,  не все они пригодны для актинидии по суммам тепла и зимним температурам.

Территория, пригодная по температурам самого холодного месяца (выше -26С) представлена ниже:

Выделение экологически пригодных территорий. Растровая алгебра.

Актинидия может расти только на той территории, которая экологически пригодна по каждому из рассмотренных факторов. Для того, чтобы получить итоговый слой, учитывающий воздействие всех трех факторов, перемножим три реклассифицированных слоя. На них присутствуют значения «0» – экологически непригодные территории, и «1» (а для ГТК и «2») – пригодные. Наличие нуля в соответствующей клетке растра по любому из экологических факторов перемноженное на любое значение даст нуль. Значение «1» и «2» сохранится в том случае, если для всех перемножаемых слоев в соответствующих клетках растра будут только отличные от нуля значения.

Таким образом, в итоговом слое учтены только те территории, которые пригодны для произрастания актинидии коломикта по каждому из трех ведущих экологических факторов. Наиболее оптимальные территории показаны тёмно-серым цветом, светло-серым – экологически пригодные области с ГТК от 1 до 1.6 – в этих районах актинидия коломикта временами может испытывать потребность в дополнительном поливе.