WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 |
-- [ Страница 1 ] --

Министерство образования и наук

и Российской Федерации Ставропольский государственный университет

На правах рукописи

Каторгин Игорь Юрьевич АНАЛИЗ И ОЦЕНКА АГРОЛАНДШАФТОВ СТАВРОПОЛЬСКОГО КРАЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ

ГЕОИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ 25.00.26 – землеустройство, кадастр и мониторинг земель ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата географических наук

Научный консультант: кандидат географических наук, профессор Шальнев Виктор Александрович Научный консультант: кандидат сельскохозяйственных наук Желнакова Людмила Ивановна Ставрополь – 2004 2 ОГЛАВЛЕНИЕ Введение Глава 1. Теоретические и методические основы изучения агроландшафтов 1.1. История изучения агроландшафтов 1.2. Ландшафтный подход в изучении агроландшафтов 1.3. Развитие и использование ГИС-технологий для анализа агроландшафтов Глава 2. Методика использования ГИС-технологий при анализе агроландшафтов и проектировании районных систем земледелия 2.1. Программное обеспечение диссертационного исследования 2.2. Методика создания цифровых картографических основ 2.3. Построение электронного банка данных 2.4. Методика построения тематических карт Глава 3. Концепция адаптивно-ландшафтного земледелия 3.1. Методология перехода к адаптивно-ландшафтному земледелию в Ставропольском крае на разных уровнях административного и ландшафтного районирования 3.2. Ретроспективные ландшафты Ставропольского края и их структурные единицы 3.3. Типология ландшафтных морфологических единиц на уровне местностей 3.4. Агроэкологические группы земель, их связь со структурой ландшафтов Глава 4. Использование ГИС-технологий при анализе и оценке агроландшафтов Ставропольского края 4.1. Оценка почвенно-климатических ресурсов ландшафтов края 4.2. Анализ сельскохозяйственной нагрузки на ландшафты края 60 60 74 55 53 48 45 30 30 31 33 42 45 24 9 9 18 4.3. Обобщенная оценка степени деградации почвенного покрова агроландшафтов края 4.4. Пути оптимизации соотношения угодий в агроландшафтах 4.5. Оценка экологического состояния агроландшафтов через КЭСЛ (коэффициент экологической стабилизации ландшафтов) 4.6. Использование ГИС-технологий при анализе и оценке агроландшафтов Изобильненского района и разработке районных систем земледелия на адаптивно-ландшафтных принципах 4.6.1. Методология построения адаптивно-ландшафтных систем земледелия на уровне района 4.6.2. Ландшафтное и агроландшафтное зонирование территории района 4.6.3. Анализ и оценка земельных ресурсов агроландшафтных зон района 4.6.4. Оценка экологической опасности использования земель Выводы Литература Приложения 123 129 135 138 153 117 115 115 110 81 ВВЕДЕНИЕ Актуальность. На современном этапе на первый план выступает проблема оптимизации землепользования и сохранения экологического каркаса природных комплексов. Решить эту проблему должно адаптивноландшафтное землеустройство, являющееся основой систем земледелия нового поколения. Оно предусматривает, с одной стороны, максимальный учет и сохранение природных ресурсов, с другой – ограничение антропогенного воздействия, негативно влияющего на состояние окружающей среды. При переходе к адаптивно-ландшафтному земледелию необходимо в первую очередь хорошее знание специфики местных природных ландшафтов, а потому требуется создания обширной пространственной и тематической информационной базы. Такая база есть в организациях занимающихся исследованиями и проектными работами в области сельского хозяйства, но обширные банки ценной информации, представленные преимущественно на бумажных носителях, громоздки. Традиционная технология анализа этих материалов ведет к значительным затратам сил, времени, выпадению части информации из научного оборота, а также может вызывать ошибки, снижающие ценность окончательных выводов. Оптимизировать процесс анализа могут информационные технологии. Особенно значимую роль при сборе, хранении и анализе пространственной информации играют геоинформационные системы и ГИС-технологии, позволяющие значительно повысить качество проводимых исследований. Вместе с тем, эти технологии в области планирования адаптивно-ландшафтных систем земледелия применяются в России в единичных случаях и требуют разработки новых подходов их использования. Объектом ных зон. Предметом исследования является анализ и оценка пространственной структуры агроландшафтов, их природно-ресурсного потенциала, сельскохоисследования являются территориальные природносельскохозяйственные геосистемы ранга агроландшафтов и агроландшафт зяйственной нагрузки, деградационных процессов с использованием ГИСтехнологий. Цель: анализ и оценка агроландшафтов Ставропольского края с применением ГИС-технологий для систем адаптивно-ландшафтного земледелия. В соответствии с целью были поставлены следующие задачи: 1. 2. создать банк географической (электронные карты) и атрибутивоценить природно-ресурсный потенциал агроландшафтов и стеной информации по агроландшафтам края;

пень его соответствия сельскохозяйственной деятельности на основе картографических моделей;

3. 4. определить уровень сельскохозяйственных нагрузок на агроландшафты с использованием электронных баз данных;

выявить экологическое состояние, в частности интенсивность проявления и развития различных видов деградационных процессов в агроландшафтах, их связь с морфологической структурой ландшафтов;

5. оценить с использованием ГИС-технологий земельные ресурсы и экологическую опасность использования земель по агроландшафтным зонам административного района. Теоретико-методологическую основу исследования составляют общенаучные методы – описательный, сравнительный, статистический, системного анализа, моделирования, картографический. Методология исследования базируется на системе общих принципов и подходов. Общенаучных: комплексного, интегрального, системного и экологического, а также ландшафтного, как части географического. Информационной базой являются материалы: ландшафтного картирования территории Ставропольского края проф. Шальневым В.А.;

Ставропольского НИИСХа;

СтавропольНИИгипрозема;

Комитета по земельным ресурсам Ставропольского края, Агрохимического центра «Ставропольский».

Научная новизна работы. Впервые осуществлен комплексный анализ агроландшафтов Ставропольского края с применением методов и технологий геоинформационных систем (ГИС):

- созданы разномасштабные электронные карты ретроспективных ландшафтов и их морфологических единиц на уровне местностей;

- разработана структура и собран банк данных, содержащий информацию для анализа агроландшафтов;

- проведен анализ природно-ресурсного потенциала ландшафтов и связанных с ним сельскохозяйственных нагрузок;

- предложена методика комплексной оценки деградационных процессов, базирующаяся на учете площади и интенсивности поражения;

- для территории Ставропольского края апробирована и рекомендована для широкого использования оценка экологического состояния территорий по коэффициенту экологической стабилизации ландшафтов (КЭСЛ). Практическое значение. Полученные материалы и рекомендации могут быть использованы при организации агроландшафтов на уровнях ландшафтов и агроландшафтных зон. Составленные мелко- и среднемасштабные электронные карты используются Ставропольским научноисследовательским институтом сельского хозяйства для разработки мероприятий по рациональному использованию земельных угодий. На защиту выносятся следующие материалы и положения: 1. 2. структура и содержание электронного банка данных по агроландшафтам края;

оценка природно-ресурсного потенциала агроландшафтов и сельскохозяйственной нагрузки на них;

3. количественные характеристики деградационных процессов в агроландшафтах Ставропольского края;

4. картографические модели экологического состояния агроландшафтов Ставропольского края на основе коэффициента экологической стабилизации ландшафтов (КЭСЛ);

5. результаты оценки экологической опасности использования земель по агроландшафтным зонам на уровне административного района края на основе ГИС-технологий. Апробация работы и публикации. Материалы диссертации докладывались на научно-практических конференциях «Природные ресурсы и экологическое образование на Северном Кавказе» (Ставрополь, 2002), «Университетская наука – региону» (Ставрополь 2003), Международной научнопрактической конференции «Проблемы земледелия» (Ставрополь, 2003), Второй Всероссийской научной телеконференции «Современная биогеография» (2003). Часть материалов диссертации включена в отчет по заданию МСХ Ставропольского края: «Разработать структуры ГИС (геоинформационных систем) ландшафтов Ставропольского края для мониторинга состояния и принятия практических решений при сельхозиспользовании» (соисполнители: зав. группы моделирования к.б.н. П.П.Гончар-Зайкин, ведущий научный сотрудник СНИИСХ, к.с-х.н. Л.И.Желнакова) (Михайловск, 2002) и в отчет по договору № 16 от 10.04.03 с ОАО «СтавропольНИИгипрозем» «Оценка видов деградаций, их вредоносности и составление карты экологической напряженности ландшафтов края по факторам-предикторам» (соисполнитель – заведующая лабораторией агроландшафтов СНИИСХ, к.с.-х.н., Л.И.Желнакова) (Михайловск, 2003). По теме диссертации опубликовано 6 работ. Структура и объем диссертации.

Работа состоит из введения, четырех глав, выводов и приложения, содержит 25 таблиц и 28 рисунков. Общий объем диссертации 153 страницы машинописного текста. Список литературы включает 183 наименования, из них 15 на иностранных языках. Автор выражает искреннюю благодарность за помощь в подготовке работы научному руководителю – к.г.н., профессору Шальневу В.А., научному консультанту – к.с.-х.н., заведующей лабораторией агроландшафтов СНИИСХ Желнаковой Л.И., заведующей отделом ландшафтного земледелия СНИИСХ д.с.-х.н., профессору Годуновой Е.И., заведующему кафедрой гео информатики и картографии доценту Найденко В.Н., директору ОАО «СтавропольНИИгипрозем» Чернышеву В.Н., начальнику техотдела Лопатину С.И. и всему коллективу, коллективу сотрудников Агрохимического центра «Ставропольский», начальнику отдела кадастра Комитета по земельным ресурсам Ставропольского края Березуцкому А.Ю., доцентам Диденко П.А., Лысенко А.В., Петину О.В., Скрипчинскому А.В.

ГЛАВА 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ИЗУЧЕНИЯ АГРОЛАНДШАФТОВ 1.1. История изучения агроландшафтов Возникновение агроландшафтных исследований обусловлено необходимостью изучения природно-сельскохозяйственных геосистем. Начало формирования ландшафтного подхода в сельскохозяйственной деятельности связывают с В.В. Докучаевым и его учениками, доказавшими, что плодородие сельскохозяйственных земель и условия их обработки зависят не только от свойств почв. Они являются производными природного комплекса и составляющих его компонентов, таких как рельеф, грунты, климат и другие. Необходимость изучения исторического процесса формирования культурного ландшафта, исторического анализа взаимодействия и противоречий между сложившимся методом использования природной среды и новыми производственными силами и производственными отношениями определил Ю.Г. Саушкин (1946, 1951, 1973). Л.Г. Раменский, один из основателей агроландшафтных исследований, дал определение типа земель с двух взаимосвязанных сторон: природной и производственной. «Тип - это, прежде всего потенция определенных видов использования территории: ее пахотно-сенокосно-пастбище-лесоспособность, пригодность для разведения определенных культур (пшеницы, риса, кендыря и т.д.), потенция их урожайности, увеличения плодородия под влиянием осушки, от внесения каких-то удобрений и т.п. » (1971, с. 177). Со второй половины XX столетия в связи с ростом населения стран, научно-техническим прогрессом, возрастающей интенсификацией сельского хозяйства и соответственно усилением нагрузки на природную среду изучению агроландшафтов начинают уделять особенно пристальное внимание. Так, в США почвенную съемку уже многие годы проводят с ландшафтных позиций, т.е. классифицируют и оценивают для сельскохозяйственных целей не почву, а весь комплекс природных условий (Kellog, 1951, Stallings, 1957).

Большой опыт в изучении агроландшафтов накопили и отечественные географы (Раменский, 1938, Глазовская, 1958, Зворыкин, 1965, Геренчук, 1965, Николаев, 1979 и др.). Особый интерес представляет школа Ф.Н. Милькова (Каменная степь…, 1971, Мильков, 1972, 1973, 1978, 1986, 1990). Но в подходах разных научных направлений и взглядов отдельных ученых существует достаточно сильный разброс мнений об объекте исследования. У Раменского - это тип земель. Немецкие географы называют их ландескультурными типами, или типами культурных ландшафтов, которые выделяются на основе сочетания природного районирования и видов современного использования (Рихтер, 1983). Л.И. Мухина и В.С. Преображенский употребляют термин «геотехнические системы». А.М. Рябчиков пишет о преобразованных или культурных ландшафтах, к которым он относит поля, сады, плантации, сеяные луга, лесонасаждения, пригородные лесопарки и «в которых природные связи в той или иной степени целенаправленно изменены и постоянно поддерживаются человеком путем культивации, мелиорации, химизации почвы, разведения полезных человеку растений и животных, создания полезащитных лесокультурных полос и т.д.» (1972, с. 184). В.А. Николаев употребляет термин агроландшафт, под которым понимает «не только природные, но и природно-производственные типы земель — агроландшафтные системы» (1979, с. 114). По его мнению, агроландшафт – это система, включающая в себя природный территориальный комплекс и сельскохозяйственное производство. Целью их функционирования является производство сельскохозяйственной продукции. Интерес к ландшафтному подходу в изучении агросистем в последнее время стали проявлять специалисты сельскохозяйственных наук (Володин, Здоровцов, 1999;

Кирюшин, 1996, 1996а;

Котлярова, 1999;

Постолов, 1999;

Сатаров, Карпович, 1998;

Семендяева, Дробышева, 1999 и др.). Сделаны первые шаги в направлении интеграции между географами и учеными-сельхозниками. Так, коллективом ученых была разработана концепция ландшафтноэкологического земледелия (Концепция формирования …, 1992).

А.Н. Каштанов определяет агроландшафт как «сложную территориальную экологическую и биоэнергетическую систему, где все взаимосвязано и сбалансировано. Одновременно же это и база для сельскохозяйственного производства» (1992). А.П. Щербаков и Г.И. Швебс употребляют термин культурный агроландшафт, под которым подразумевается «обоснованное сочетание пашни, лугов, леса и лесных полос, водоемов, резерватов, естественных ландшафтов, мест отдыха, дорог и другой хозяйственной инфраструктуры» (1992). М.И. Лопырев под агроландшафтом понимает «участок земной поверхности, обычно ограниченный естественными рубежами, состоящий из комплекса взаимодействующих природных компонентов и элементов системы земледелия с признаками единой экологической системы» (1995). В работах других авторов, которые говорят об оптимальном соотношении различных угодий и соответствии их естественным морфологическим границам, присутствует покомпонентный подход, рассматриваются лишь принципы почвенно-мелиоративного устройства агроландшафта, конструирования его с учетом неоднородности почвенных ресурсов. В то же время не учитываются другие компоненты ландшафта, их взаимосвязи между собой (Бураков, 1990;

Морозов, 1992;

Белолипский, 1992). А.Н.Ракитников (1970) дал глубокий анализ географии сельскохозяйственного производства, и доказал тесную связь способов ведения сельского хозяйства с природными условиями территорий. С возникновением учения о геотехнических системах (Преображенский, 1966;

Ретеюм и др., 1972) и агроценозах, открылась возможность понимать и исследовать земли, используемые в сельском хозяйстве как природно-производственные объекты, состоящие из двух взаимодействующих блоков: природного и сельскохозяйственного. Они представляют собой агроландшафтные (природносельскохозяйственные) системы, агроландшафты. Природно-территориальные комплексы различного таксономического ранга рассматриваются как объекты территориальной организации сельскохозяйственного производства или как объекты изменения природы под влиянием сельского хозяйства.

Современное понимание агроландшафта базируется на системном подходе. В ландшафтоведении понятие системного подхода связано с именами В.Б. Сочавы (1978), В.С. Преображенского (1986), Э. Неефа, П. Хаггета (1979). В настоящее время существует много понятий «система». Наиболее краткое и емкое принадлежит Л. Берталанфи (1968), где «система есть комплекс элементов, находящихся во взаимодействии». По мнению А.Н. Аверьянова (1985), любая система обладает способностью делиться на подсистемы и входить в системы высшего порядка, обладающие большим содержанием, чем сумма, содержащая подсистему. Понятие «система» теснейшим образом связано с понятием «структура». Под структурой одни авторы понимают закон связи между элементами (Свидерский,1962), другие - инвариант системы (Овчинников, 1966). Мы придерживаемся того мнения, что понятие «структура» отражает состав и форму расположения элементов системы, а также характер их взаимодействия, взаимосвязей. Вместе с тем структура есть итог организации элементов системы, их упорядочение во времени и пространстве. В географии такими природными и природно-антропогенными системами являются геосистемы (Сочава, 1963). Если определение геосистемы по В.Б. Сочаве тесно связано с конкретными географическими реалиями, то В.М. Гохман, А.А. Минц, В.С. Преображенский (1971) расширяют понятие геосистемы. Оно охватывает весь спектр от систем, включающих в качестве подсистем только природные компоненты, до систем, образованных человеческой деятельностью, включая различные сочетания и взаимодействия этих компонентов. Следуя понятию геосистемы можно дать следующее определение природно-сельскохозяйственным комплексам (агроландшафтам). Агроландшафт — это интегральная территориальная геосистема культивационного (сельскохозяйственного) типа, состоящая из двух взаимодействующих подсистем — природной (ландшафтной) и антропогенной, а также набора более мелких природно-сельскохозяйственных геосистем, в совокупности решающих проблемы продовольственного обеспечения (Шальнев, Диденко, 1997;

Диденко, 2001а).

В отличие от природного комплекса агроландшафт формируется в результате взаимодействия косной и биокосной естественной основы и антропогенного использования с искусственно налагаемыми на эту основу и поддерживаемыми агроценозами (Зворыкин, 1984). Взаимодействие ПТК и сельскохозяйственного производства - необходимое условие функционирования агроландшафтных систем. Ландшафты, испытывая влияние сельскохозяйственного производства, претерпевают существенные изменения, выражающиеся в трансформации природной геосистемы в территориальную природно-сельскохозяйственную геосистему (ТПСГ). С одной стороны в таких ландшафтах сохраняются природные свойства, подчиняющиеся природным закономерностям (главным образом, законам саморегуляции), с другой стороны, включается «антропогенное содержание», связанное с законами управления в хозяйственной деятельности. К природным круговоротам вещества и энергии добавляются антропогенные. Поэтому агроландшафт имеет сложную структуру, представленную большим числом составляющих (рис. 1).

Рис. 1. Структура агроландшафта (Диденко, 2001).

В соответствии с представленными В.А.Николаевым (1979, 1987) сельскохозяйственными системами, рассматриваются такие территориальные природно-сельскохозяйственные геосистемы, которые формируются и функционируют в результате постоянного взаимодействия сельскохозяйственного производства и природной среды. Производственная и природная подсистема - важнейшие структурные составляющие агроландшафта, обладающие определенной взаимосвязью и выполняющие единую функцию - производство сельскохозяйственной продукции. Природная ландшафтная подсистема – это территориальная система, состоящая из взаимосвязанных природных компонентов и комплексов более низкого таксономического ранга, и формирующаяся под влиянием природных процессов. Функционирование данной подсистемы обусловлено многочисленными связями, существующими как внутри нее, так и с производственной подсистемой. Изучается она с помощью ландшафтных моделей: структурнокомпонентной и структурно-морфологической (Преображенский, 1972). Компонентная составляющая состоит из набора всех природных компонентов и связей между ними, что формирует коллективное свойство (эмерджентность) ландшафта – природные условия конкретной территории. Каждый из компонентов уже давно используется человеком как природный ресурс в хозяйственной деятельности. Чаще всего именно компонентноресурсная функция природного ландшафта используется в работах по конструированию агроландшафта. Структурно-морфологическая (территориальная) модель представлена мелкими территориальными комплексами - местностями, урочищами, фациями. Природная подсистема в результате хозяйственной деятельности в большей или в меньшей мере антропогенезирована, что проявляется в изменении структуры природно-территориального комплекса, возникновению ответных реакций на хозяйственное воздействие, часто негативных - деградация земель, замена видового состава растительности и т.д. Хозяйственная оп тимизация природной среды приводит к созданию гармоничной природносельскохозяйственной среды, которая становится высокопродуктивной, динамически устойчивой и благоприятной. Структура и динамика природной подсистемы агроландшафтов в известной степени изменена длительным антропогенным воздействием, что проявляется в усилении зависимости природной подсистемы от постоянно увеличивающейся антропогенной энергии (Pimentel D., Pimentel S, 1980;

Pimentel, Behardi, Fast, 1983;

Шальнев, Диденко, 1998). В географической литературе существует ряд классификаций комплексов по степени их антропогенной измененности (Ахтырцева, 1977;

Исаков и др., 1980;

Исаченко, 1991, 1993;

Методическое руководство… 1991;

Мильков, 1977;

Федотов, 1985;

Westhoff, Leewen, 1966;

Code pour …, 1968;

Long, 1974), под которой понимается мера антропогенно-техногенного воздействия, привнесения или перемещения вещества и энергии, изменения пространственной структуры. Однако, как правило, они относятся к геокомплексам ранга ландшафта. Выявление антропогенно-измененных комплексов в ранге урочищ отличается от выявления таких же модификаций в ранге ландшафта (Мамай, 1992). Для характеристики антропогенно-модифицированных территориальных единиц ранга урочищ П.А.Диденко предлагает использовать следующие характеристики (1999):

- условно ненарушенные – имеют растительный и почвенный покров, наиболее соответствующий условиям местообитания. Обязательное условие – сохранение почвенного покрова в нетронутом виде. К таким комплексам относятся леса, луга и сенокосы;

- слабонарушенные – растительность находится на различных стадиях сукцессионного процесса. Обязательное условие – ненарушенность почвенного покрова. К слабонарушенным относятся пастбища;

- собственно антропогенные комплексы. К ним относятся комплексы, в которых биота настолько изменена, что они могут существовать только при условии регуляции со стороны человека (пашня, сады, виноградники);

- техногенные комплексы. Развитие данных комплексов определяется постоянным воздействием технических систем. Техногенными комплексами являются дороги, водохранилища, каналы и т.д. Антропогенная подсистема агроландшафта представлена компонентной составляющей, а также набором типов землепользования и их технологий. В компонентную составляющую включаются культурные и синантропные растения и животные, различные строения, дороги и каналы, удобрения и т.д., т.е. все, что создано или привнесено человеком. Антропогенные компоненты без участия человека устойчиво функционировать в пределах агроландшафта не могут, и будут разрушаться природными процессами. Система землепользования, сложившаяся в том или ином регионе, определяет соответствующий набор типов землепользования: богарное и орошаемое земледелие, садово-огородничество, виноградарство, пастбищное животноводство и т.д. Каждый из названных типов землепользования имеет свои технологии ведения хозяйства: паровая, пропашная, плодосеменная, почвозащитная, мелиоративная с различными технологиями обработок почвы. Ключевое место в антропогенной подсистеме агроландшафта занимает блок управления, задача которого состоит в обеспечении регулирования всей системы в целях повышения ее биологической продуктивности и поддержания экологического равновесия. Для нормального функционирования антропогенной подсистемы необходим постоянный контроль за состоянием сельскохозяйственных земель. Для решения производственных задач требуется создание агроландшафтного мониторинга, обеспечивающего информацией блок управления. Современные географические исследования включают широкий круг вопросов о взаимодействии производства и природной среды (Мильков, 1973, 1978;

Рябчиков, 1972;

Николаев, 1987). Л.Г. Раменский (1938), В.А. Николаев (1979, 1987) считают ландшафтно-региональные исследования основой агрогеографических исследований. Анализ подсистем агроландшафта и его составляющих - традиционная часть всех схем научных исследований. Однако предметом изучения агро ландшафтов должны быть не только его подсистемы и их составляющие, но и закономерности их взаимодействия, так как в процессе взаимодействия формируются и обнаруживаются не только новые свойства подсистем, но и принципиально новые свойства всей системы. В.И. Булатов, считает, что это «связано: а) с появлением взаимодействующих систем связей между создающими антропогенный ландшафт подсистемами, б) с утратой части свойств подсистем при их вхождении в состав интегральной системы;

в) с возникновением новой целостности и новых свойств;

г) с упорядоченностью подсистем, детерминированностью подсистем, детерминированностью их пространственного и функционального взаимоотношения» (1973, с. 18). Примером новой целостности и новых свойств агроландшафта служат такие интегральные структуры, как территориальные природносельскохозяйственные геосистемы (ТПСГ), которые формируются в пределах природных морфологических единиц природного ландшафта (главным образом урочищ) с использованием различных технологий определенного типа землепользования агрофитосистем. Их главная функция – средоформирующая и ресурсная по производству сельскохозяйственной продукции (Диденко, 2001). 1.2. Ландшафтный подход в изучении агроландшафтов Анализ достижений географической и сельскохозяйственных наук показал, что накопленный ими опыт позволяет вывести сельскохозяйственное землепользование на качественно новые уровни, названные ландшафтными (Каштанов, 1992;

Щербаков, Швебс, 1992;

Храмцов, 1996), ландшафтноэкологическими (Егоренков, 1995;

Теплицын, 1995;

Шальнев, Диденко, 1998), системно-экологическими (Годзевич, 1993, 1995, 1997, 1998).

Ландшафтное природопользование базируется на учении о системах природы и общества и образующихся в процессе их взаимодействия природно-антропогенных системах. В сельскохозяйственном природопользовании к таким системам относятся агроландшафты. А.Г. Исаченко (1980), отмечая, что назрела необходимость в научной теории оптимизации антропогенного воздействия на природу, выдвинул концепцию ландшафтного подхода к ее построению и ввел термин «оптимизация природной среды». Ландшафтный подход является ветвью общего системного подхода, в основе которого лежит идея целостности исследуемых объектов и единства их внутренней динамики (Преображенский и др., 1988;

Демек, 1977). Суть ландшафтного подхода состоит в системном анализе взаимодействия природной и антропогенной составляющих в современных ландшафтах и оценке результатов изменений и последствий в окружающей среде. Ландшафтный подход позволяет рассматривать ТПСГ с позиций моносистемной (компонентной) и полисистемной (пространственной) моделей. До последнего времени в сельском хозяйстве преобладал покомпонентный подход, не учитывающий связей между компонентами. Такой подход предопределил конкурентный характер использования одного ресурса относительно других. Результатом явилось нарушение установившихся связей и, как следствие, разрушение компонентной структуры агроландшафта. С позиций моносистемной модели агроландшафт рассматривается как система, состоящая из взаимосвязанных природных и антропогенных компонентов. Полисистемная модель позволяет подходить к рассмотрению агроландшафта с позиций его пространственной структуры, состоящей из взаимосвязанных территориальных компонентов различного иерархического уровня. Территориальная модель представлена мелкими территориальными комплексами (местностями, урочищами, фациями) и набором типов землепользования со своей технологией ведения хозяйства. Морфологическое разнообразие зависит от вертикального расчленения и обилия мезоформ рельефа, что фор мирует территориально-ресурсный потенциал агроландшафта. Границы морфологических единиц обычно определяют границы той или иной сельскохозяйственной деятельности. Территориальная локализация такой деятельности отражается в законе функционального соответствия, когда каждому типу природных территориальных комплексов присущ определенный набор фактических, возможных и желательных видов использования и мелиорации. Из него вытекают два принципа: 1) функционального тождества (участки одного ландшафтного вида могут и должны использоваться одинаково);

2) функциональной однородности (использование одного ландшафтного вида должно быть одинаковым на всем протяжении) (Родоман, 1993). Первым шагом в этом направлении должна быть типизация ландшафтных таксонов. С позиций ландшафтного подхода в сельскохозяйственной деятельности наиболее интересны местности и урочища. На их территории возможна реализация той или иной специализации с учетом максимальной адаптивности к природным условиям. Принцип функционального тождества позволяет объединять местности и урочища с учетом их пространственных отношений в ландшафтнотерриториальные структуры по принципу таксономических рядов. Ландшафтному подходу присущи все черты системы: 1. целостность изучаемого объекта, обусловленная взаимоотношениями его элементов и связями со средой;

2. наличие иерархически соподчиненных систем, которые выступают как совокупность других систем и входят в системы более высокого ранга;

3. открытость систем, проявляющаяся в саморегулировании и в устойчивости к внешним воздействиям. Целостность проявляется в устойчивости к внешним воздействиям, в наличии границ, упорядоченности структуры, большей тесноте внутренних связей в сравнении с внешними. Одна из важных особенностей ландшафтного подхода - рассмотрение не только объекта изучения, но и его среды как иерархически сложно сформированного целого. Формирование систем земледелия, адаптированных в со ответствии с природными факторами территории, должно происходить в соответствии со структурно-функциональной иерархией ландшафта. А.Н. Каштанов, А.П. Щербаков, И.Г. Швебс делают вывод, что «тип ландшафта обусловливает специализацию сельского хозяйства, вид ландшафта - преобладающий вид сельскохозяйственных угодий и т.д.» (О концепции …, 1992). До недавнего времени эта проблема оставалась слабо разработанной и ограничивалась лишь выделением агропроизводственных групп почв (Фридланд, 1966). Их недостатком при формировании систем земледелия является ограниченная оценка и учет геоморфологических, литологических, гидрологических и микроклиматических условий. Основой систем земледелия нового поколения является адаптивноландшафтное землеустройство. Концептуально-методические основы и нормативная база для развития и проектирования новых систем земледелия на ландшафтной основе были разработаны в последние годы большой группой авторов из головных институтов Российской академии сельскохозяйственных наук и целого ряда сельскохозяйственных вузов России (Концепция…, 1992;

Ландшафтное земледелие, 1993;

Кирюшин, 1996, 2000;

Методика…, 1996;

Модели управления…, 1998;

Проектирование…, 1999;

Адаптивноландшафтная система…, 2001;

Лопырев, Макаренко, 2001;

Методическое пособие…, 2001). Адаптивно-ландшафтное землеустройство предусматривает:

- агроэкологическую типизацию земель по ресурсам и лимитирующим факторам почвенного плодородия, тепла, влаги и потенциала развития деградационных процессов;

- функционально-целевую типизацию земель с оптимизацией соотношения угодий и структуры посевных площадей;

- формирование природоохранной инфраструктуры агроландшафта;

- уточнение специализации хозяйства и схемы размещения севооборотов по территории на базе комплексного анализа природно-хозяйственных ресурсов и эффективности их использования.

Важнейшими технологическими элементами адаптивно-ландшафтных систем земледелия являются:

- адаптированное к местным условиям ландшафта и дифференцированное по территории хозяйства агроэкологическое регламентирование агротехногенных нагрузок на почвенный покров;

- адаптивный подбор культур, сортов и севооборотов, технологий возделывания культур с учетом агроэкологических особенностей земель;

- рациональные с точки зрения экологии и экономики землепользования биологизации земледелия и гибкие агротехнологии;

- консервация и мелиорация деградированных земель, повышение устойчивости продуктивности проблемных агроландшафтов. В формировании агроландшафтов Центрального Предкавказья выделяются семь периодов. На протяжении первых четырех периодов антропогенное воздействие на природу было связано со скотоводством и было незначительным. С началом интенсивной колонизации Предкавказья русским населением происходит смена скотоводства земледелием. С этого момента ведется активная распашка территории, достигшая своего максимума в 60-е годы XX столетия. Травопольная система земледелия была заменена зернопропашной. Увеличение площадей пахотных земель происходило без учета природно-климатических условий территории, в связи с чем активизировались негативные процессы в агроландшафтах (эрозия, дефляция и т.д.). В 70-х годах начались первые работы по научному обоснованию систем земледелия, под которыми понимаются интегральные территориальные геосистемы, состоящие из двух взаимодействующих подсистем – природной и антропогенной (сельскохозяйственной). Такое понимание агроландшафтов позволяет рассматривать их с позиций ландшафтного подхода: при формировании сельскохозяйственных ландшафтов должны учитываться их целостность, иерархичность и открытость. На Ставрополье переход земледелия на адаптивно-ландшафтную основу закреплен постановлением Государственной Думы Ставропольского края «О порядке использования земельных ресурсов Ставропольского края на агроландшафтной основе» № 637-39 от 26.06.97г. (Схема использования…, 1997). Сложность перевода земледелия Ставропольского края на агроландшафтную основу заключается в большом разнообразии и своеобразии почвенно-климатических и рельефных условий, различном уровне ведения сельскохозяйственного производства. Общим же для большинства агроландшафтов является аридность климата, морфологическая сложность ландшафтов, водная и ветровая эрозия почв и другие. Поэтому создание высокопродуктивных и экологически устойчивых агроландшафтов должно быть максимально приближено к природным аналогам. Это единственный путь сохранения плодородия почв, повышения эффективности сельскохозяйственного производства. Переход к адаптивно-ландшафтному земледелию должен опираться на хорошее знание специфики местных природных ландшафтов, а потому требует создания обширной информационной базы, особенно значимую роль при сборе, хранении и анализе пространственной информации должны играть геоинформационные системы и ГИС-технологии. 1.3. Развитие и использование ГИС-технологий для анализа агроландшафтов В последние 40 лет происходит активное и постоянно ускоряющееся развитие информационных технологий и их внедрение во все сферы человеческой деятельности. Информатизация затронула и науки о земле. В науках о земле информационные технологии породили геоинформатику и географические информационные системы (ГИС), которые дали географии новый мощный инструмент анализа и применения пространственной географической информации (Берлянт,1996). Потребность в ГИС связана:

- с ростом в последнее время потребностей у общества в географической информации;

- с быстрым старением информации и необходимостью накопления новых данных;

- с мощным поступлением данных дистанционного зондирования поверхности Земли;

- с отсутствием хорошо отработанных форм и методов сбора, хранения и передачи географической информации;

- с тенденцией развития географических наук в перспективе не только за счет увеличения объема информации, но, прежде всего в зависимости от роста «эффективности (с позиций каждой из групп потребителей) дифференциальной и универсальной информации» (Преображенский, 1972). Первая ГИС была создана в начале 60-х годов в Канаде Отделением информационных систем регионального планирования по поручению федерального правительства. Его первоначальной задачей были классификация и нанесение земельных ресурсов Канады (Де Мерс, 1999). В России проблема географических информационных систем в широком понимании этого термина начала разрабатываться лишь с начала 80-х годов, хотя в области развития отдельных компонентов ГИС (теория баз данных, автоматизация в картографии, обработка изображений, географическое моделирование) к тому времени имелись значительные достижения (Лурье, 1997). Так, В.Ф.Гракович (1978) показывает принципы построения банка географических данных для информационной системы прогноза снежных лавин. В Москве был сформирован первый Российский научно-производственный центр геоинформации (Росгеоинформ). Одновременно развернуты региональные производственные центры еще в пяти городах страны: Санкт-Петербурге, Екатеринбурге, Новосибирске, Иркутске и Хабаровске. При создании разветвленной ГИС-инфраструктуры к этим центрам привязываются местные и отраслевые ГИС разной проблемной ориентации, а также центры сбора и обработки аэрокосмической информации. К сети ГИС России присоединяются научные и научно-производственные базы и банки тематических данных, существующие в институтах Академии наук, вузах, отраслевых учреждениях и ведомствах. Россия включается в международные сети, благодаря которым идет формирование информационного гиперпространства, значительную часть которого составляет геоинформационное пространство (Берлянт, 1996). А.М. Берлянтом было сформулировано определение геоинформатики и ГИС, состоящее из трех подходов (Берлянт,1996): 1. Научно-познавательный подход. Геоинформатика - научная дисциплина, изучающая природные и социально-экономические геосистемы (их структуру, связи, динамику, функционирование в пространстве-времени) посредством компьютерного моделирования на основе баз данных и географических знаний. ГИС - средство моделирования и познания геосистем. 2. Технологический подход. Геоинформатика - технология (ГИСтехнология) сбора, хранения, преобразования, отображения и распространения пространственно-координированной информации, имеющая цель обеспечить решение задач инвентаризации, оптимизации, управления геосистемами. ГИС - техническое средство накопления и анализа информации в процессе принятия решений. 3. Производственный подход. Геоинформатика - производство (геоинформационная индустрия) имеющее целью изготовление аппаратных средств и программных продуктов, включая создание баз и банков данных, систем управления, стандартных (коммерческих) ГИС разного целевого назначения и проблемной ориентации. Сюда же относится формирование ГИСинфраструктуры и организация маркетинга. ГИС - программная оболочка, реализующая геоинформационные технологии. Современная ГИС – это автоматизированная система, имеющая большое количество графических и тематических баз данных, соединенная с модельными и расчетными функциями для манипулирования ими и преобразования их в пространственную картографическую информацию для принятия на ее основе различных решений и осуществления контроля (Коновалова, Капралов, 1997).

В последние годы для анализа земельных ресурсов все более широко используются данные компьютерного моделирования и, в частности ГИСтехнологии (Рожков, 1995;

Burrough, 1988;

Chidly, 1993;

GIS…, 1997;

Le Bas, Jamagne, 1996;

Савин и др., 1998;

Рамазанов, 1999). Так, И.Ю.Савин и Е.Г.Федорова (2000) предлагают в качестве основы анализа ресурсного потенциала ГИС региона исследования, содержащую строго структурированные сведения о фактическом состоянии земель, алгоритмы анализа пригодности земель под основные типы землепользования, алгоритмы оценки деградационных рисков, а также технологии оптимизации результатов оценки в виде серии вероятностных сценариев размещения угодий и посевов отдельных культур. Это на взгляд авторов позволяет пользователю отбирать для анализа именно тот набор культур и типов землепользования, который потенциально экономически выгоден в быстро меняющихся социально-экономических условиях и максимально соответствует рыночной конъюнктуре. Для решения практических задач по анализу земельных ресурсов во многих странах мира проводятся работы по созданию качественно новых типов почвенных компьютерных баз данных (Le Bas, Jamagne, 1996). В России начало исследований в этом направлении было положено в 1990 г. во время работ лаборатории почвенной информатики Почвенного института им. В.В.Докучаева над созданием «Электронного Атласа СССР» (ГИС-модели …, 1996). В результате исследований создана Геоинформационная система деградации почв России, в которой аккумулированы практически все доступные на время исследования сведения о специфике почвенного покрова страны на федеральном уровне обобщения с учетом его деградированности (Геоинформационная система …, 1999). Интегральная природно-экономическая оценка территории и определение рационального типа и вида аграрного природопользования с использованием ГИС-технологий была сделана в Алтайском крае (Красноярова, 1999). С помощью программных средств ARC/INFO и FOX PRO создана интегральная база данных, отражающая аграрно-природный потенциал административных сельских районов Алтайского края, сложившиеся системы расселения и территориальной организации аграрного природопользования. Определенные работы в сфере геоинформатики и моделирования представлены Институтом проблем использования природных ресурсов и экологии республики Беларусь. Здесь развивается несколько в значительной мере автономных направлений: разработка региональной системы оценки воздействий на окружающую среду (РС ОВОС), создание эколого-географической информационной системы (ЭГИС) «Природопользование», моделирование водных объектов и их водосборных бассейнов, моделирование атмосферных процессов в пограничном слое и др. (Сачок, Иконников, 1999). Институт географии АН Молдовы разработал ГИС РМ (Республики Молдова). Она позволяет количественно оценить климатический и агроклиматический потенциалы территории республики, дать экспертную оценку размещению сельскохозяйственных культур, выявить эрозионно-опасные территории, определить склоновые земли, предрасположенные к оползням, а также антропогенную нагрузку на природную среду, изучить механизмы формирования геоэкологических ситуаций (Разработка и использование …, 1999). Принципиальные вопросы информационно-методического обеспечения земледелия и землепользования в России, алгоритмы и программы для областных и локальных информационно-справочных систем по оптимизации землепользования в условиях Центрального Черноземья, основные принципы организации и ведения агроэкологического мониторинга земель рассмотрены Всероссийским научно-исследовательским институтом земледелия и защиты почв от эрозии (Информационно-справочные системы…, 2002). В Ставропольском крае АО СтавропольНИИгипрозем в последние несколько лет внедряется информационные технологии и в том числе геоинформационная система MapInfo в научно-исследовательскую работу, работы по проектированию земель, идет перевод в электронную форму крупномасштабных карт и схем использования земельных ресурсов на уровне края, административных районов и хозяйств. Однако до настоящего времени в крае не создан банк данных по агроландшафтам, на основе которого осуществляется их анализ, и не был проведен сам анализ агроландшафтов. Восполнить этот пробел и должна наша работа.

ГЛАВА 2. МЕТОДИКА ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ГИС-ТЕХНОЛОГИЙ ПРИ АНАЛИЗЕ АГРОЛАНДШАФТОВ 2.1. Программное обеспечение диссертационного исследования Обоснование выбора программного обеспечения. Для перевода информации с твердых носителей (бумажных карт, таблиц тематической информации, аэрофото- и космоснимков) необходимо привлечение программных средств имеющих возможность работы с графическими и атрибутивными данными. Перечень таких программ весьма объемен и возможности различны;

в чем-то программное средство может выигрывать, а в чем-то иметь недоработки. Немаловажную роль здесь играет и цена программного продукта. Так, использование ГИС профессионального уровня, имеющих огромные возможности для анализа информации, было бы оптимальным, но высокая цена зачастую делает неприемлемым их применение в такой дотационной и находящейся в кризисе отрасли, как сельское хозяйство. Поэтому для работы над диссертацией нами были выбраны в достаточной степени дешевые и довольно широко применяемые программные продукты, такие как ГИС настольного уровня MapInfo, Adobe Photoshop и 3D Field, позволяющие в необходимой нам степени охватить процесс обработки информации, ее анализ и визуализацию. ГИС настольного уровня MapInfo. Пакет MapInfo (США, Mapping Information System Corporation) занимает одну из ведущих позиций среди геоинформационных систем для персональных компьютеров. Выбор данной программы объясняется оптимальным соотношение цены и качества, а также в том, что MapInfo отлично зарекомендовал себя практически на всех информационных сегментах рынков различных отраслей, где применимо планирование на основе цифровых технологий. Несмотря на небольшой объем и малые потребляемые ресурсы программа обладает широкими возможностями, позволяющими на ее основе создавать как картографические произведения, так и геоинформационные системы. В ее состав входит специализированный язык программирования MapBasic, поставляемый в качестве расширения базовой системы. В MapInfo можно совмещать растровую графику с векторной, что значительно облегчает создание и восприятие данных. Векторную графику можно конвертировать из AutoCad, ArcInfo, переносить через системный буфер Windows (Clipboard), а также создавать на месте, пользуясь собственным графическим редактором. Возможно использование практически всех распространенных растровых форматов. Система представляет широкие возможности для управления базами данных, созданными как в самой программе, так и в других программах, работающих под управлением Windows. Эти возможности включают в себя сортировку, выборку, объединение объектов и т.д. В MapInfo сильно развита система запросов. Запросы бывают двух типов: простые и сложные. Первые включают в себя сортировку, выборку, объединение объектов, различные математические действия с частями базы данных, то есть имеют вид QBE – query by example – запрос по образцу. В простых запросах указываются части базы данных, над которыми необходимо произвести действия, и простые действия, которые следует произвести. Формирование сложных запросов происходит с использованием структурного языка запросов SQL (structured query language). Есть также третий специальный (статистический) тип запросов с расчетом максимальных, минимальных, средних значений, сумм, средних отклонений и т.д. В системе поддерживается также множество проекций, которые можно использовать при создании карт. Так как проекции описаны в простом текстовом формате, имеется возможность создавать собственные проекции. В MapInfo предусмотрена возможность создания собственного эллипсоида и создания собственного типа линий. Процедура редактирования очень удобна, так как при ручном редактировании можно использовать функцию Snap, которая позволяет точно привязывать координаты узлов одного объекта к другому. Есть встроенная функ ция сглаживания линейных и полигональных объектов с помощью кубических сплайнов. Есть возможность преобразования полигонов в полилинии и наоборот. Широко представлены возможности интерактивного нанесения объектов (точки, линии, полигоны, эллипсы, прямоугольники и др.). MapInfo дает богатые возможности зарамочного оформления карты. Существует возможность создания тематических карт с использованием пяти способов изображений: качественный фон, картограммы, точечный способ, картодиаграммы и локализованные картодиаграммы. Карты создаются в автоматическом режиме по атрибутивным данным для полигональных или точечных объектов. Возможно совмещение нескольких способов. Удачно спроектированный интерфейс содержит команды и операции, представляющие в понятной и естественной форме концепцию геоинформатики. Преобразование координат, проекции и другие географические подробности удалены с переднего плана интерфейса, но легко доступны. Работая в графических средах, MapInfo широко использует их в оформительский арсенал. При работе можно пользоваться арсеналом деловой графики, вращать текстовые объекты и располагать их параллельно линиям, создавать тематические карты и выделять на них объекты по сложному критерию, а также совмещать все эти карты, графики, списки и украшающие элементы. Программа для работы с растровой графикой Adobe Photoshop. Графический редактор Adobe Photoshop – профессиональная программа для редактирования растровых изображений. На сегодняшний день Photoshop фактически выполняет функции эталона, используемого для оценки качества и функциональных возможностей, родственных с ним программ. Программа обладает весьма развитым арсеналом инструментов для обработки растровых изображений и отличающими ее развитыми средствами для цветокоррекции сканированных изображений. В программе удобно производить устранение графических недостатков, точные повороты изображений, сшивку растров. Поддержка подавляющего большинства растровых форматов позволяет выполнять конвертацию из одного формата файла в другой.

Программа для построения поверхностей 3D Field. Данная программа служит для построения статистических поверхностей, изолиний и визуализации полученных результатов. При создании поверхностей используются наиболее распространенные методы интерполяции: система линейных уравнений, обратных взвешенных расстояний и кригинг. Визуализация полученных результатов может происходить как в 2-х так и в 3-х мерном виде с помощью простых и цветных изолиний, цветных ячеек, значений в виде кругов, полигонов Вороного и сети треугольников. Возможность сохранения результатов в растровых форматах jpeg, bmp, gif и других позволяет их в дальнейшем отвекторизовать в MapInfo и получить карты в векторном формате. 2.2. Методика создания цифровых картографических основ Под цифровой картой обычно понимают цифровую запись в памяти ЭВМ картографической информации. Цифровая карта – это цифровая модель на соответствующей математической основе в выбранной проекции и номенклатурной разграфке, принятых для карт определенного назначения и тематического содержания, удовлетворяющая требованиям по содержанию, точности и надежности. Цифровая карта содержит дискретную, целенаправленно генерализованную цифровую запись содержания листа топографической карты (Новаковский, Прасолова, Прасолов, 2000). Цифровая карта состоит из двух частей, которые различаются особенностями ввода, хранения, обработки и т.д.: 1. цифровой картографической основы (ЦКО);

2. тематического содержания. Создание цифровой картографической основы является первым этапом составления любого картографического произведения (Новаковский, Прасолова, Прасолов, 2000). Для составления ЦКО мы провели отбор информации с топографических карт масштабов – 1:500000 (для создания ЦКО на уровне края) и 1:100000 (для создания ЦКО на уровне административного района), ландшафтной карты Ставропольского края масштаба 1:1500000 (Атлас земель…, 2000) и карты размещения метеостанций на территории Ставропольского края масштаба 1 : 1500000. Содержание цифровой картографической основы, составленной по топографическим картам следующее: границы края (района);

границы административных районов (на уровне края);

населенные пункты;

гидрография и гидротехнические сооружения;

дорожная сеть;

леса, сады, виноградники;

лесополосы;

границы землепользователей на 1978 г. (базовый слой для внесения тематического содержания). Цифровая картографическая основа, составленная по ландшафтной карте, включает: природные ландшафты (базовый слой для внесения тематического содержания);

местности и сложные урочища. Цифровая картографическая основа, составленная по карте размещения метеостанций, включает: метеостанции (базовый слой для внесения тематического содержания);

границы края;

границы административных районов. Этапами создания цифровой картографической основы явились: отбор и изучение картографических источников, приведение их к виду, пригодному для сканирования;

Сканирование, которое производилось с разрешением 300 dpi, размер ячейки растра 0,083 мм, что соответствует 42 м на местности, а это меньше предельно допустимой ошибки в 0,1 мм – 50 м;

редактирование и сшивка частей растров в Adobe Photoshop;

векторизация информации по растровой подложке в MapInfo;

редактирование отвекторизованной информации;

контроль полученной цифровой карты. 2.3. Построение электронного банка данных Понятийно-терминологический аппарат. Быстроту получения информации, ее актуальность в настоящее время может гарантировать только автоматизированная система. Первыми попытками применения автоматизации в географии стали банки географической информации, первые разработки которых относятся к концу 60-х и особенно к 70-м годам XX века. Так, В.Ф.Гракович (1978) показывает принципы построения банка географических данных для информационной системы прогноза снежных лавин, а Г.Айхорн (1979) предлагает создание многоцелевой автоматизированной ГИС, в которой накапливается информация по вопросам рационального использования ресурсов и охраны окружающей среды, в связи с прогнозами роста численности населения земного шара. С течением времени накапливался опыт сбора, хранения и управления данными, нарабатывались библиотеки программ, решающих стандартные задачи. Современная ГИС – это автоматизированная система, имеющая большое количество графических и тематических (атрибутивных) баз данных, соединенная с модельными и расчетными функциями для манипулирования ими и преобразования их в пространственную картографическую информацию для принятия на ее основе различных решений и осуществления контроля (Коновалова, Капралов, 1997). Нами использованы определения терминов из «Геоинформатика. Толковый словарь основных терминов / под ред. А.М. Берлянта и А.В. Капралова» (1999).

Банк данных – информационная система централизованного хранения и коллективного использования данных. Содержит совокупность баз данных, СУБД и комплекс прикладных программ. База данных (БД) – совокупность данных, организованных по определенным правилам, устанавливающим общие принципы описания, хранения и манипулирование данными. Хранение данных в БД обеспечивает централизованное управление, соблюдение стандартов, безопасность и целостность данных, сокращает избыточность и устраняет противоречивость данных. БД не зависит от прикладных программ. Создание БД и обращение к ней (по запросам) осуществляется с помощью системы управления базами данных (СУБД). БД ГИС содержат наборы данных о пространственных объектах, образуя пространственные БД. Атрибут – свойство, качественный или количественный признак, характеризующий пространственный объект (но не связанный с его местоуказанием) и ассоциированный с его уникальным номером, или идентификатором;

наборы значений атрибутов обычно представляются в форме таблиц средствами реляционных СУБД;

классу атрибутов при этом соответствует имя колонки, или столбца, или поля таблицы. Для упорядочения, хранения и манипулирования атрибутивными данными используются средства систем управления базами данных, как правило, реляционного типа. Содержание электронного банка данных (на уровне края). Электронный банк данных включает в себя следующие атрибутивные базы данных базовых слоев цифровой карты (Каторгин, 2003): характеристика землепользователей (слой «землепользователи»);

агроклиматические ресурсы и потенциалы (слой «метеостанции»);

характеристика агроландшафтов (слой «природные ландшафты»). База данных «Характеристика землепользователей» содержит информацию о 286 сельскохозяйственных предприятиях, входящих в так называемые ядра ландшафтов, составленных из хозяйств, большая часть которых находится в пределах определенного ландшафта. В качестве атрибутов по структуре землепользования были выбраны данные за 1984 и 1986 гг., так как это время относится к периоду наиболее интенсивного развития сельского хозяйства (Экономическая эффективность …, 1984;

Экспликация земель …, 1986). По агрохимической характеристике почв пашни использованы данные за 1986, 1988 и 2003, для выявления изменения обеспеченности почв элементами питания за период с 1986, 1988 гг. по 2003г (Агрохимическая характеристика…, 1988;

Группировки почв…, 2003). Данные по развитию деградационных процессов выбраны из технических отчетов по материалам почвенного обследования хозяйств края (Технические отчеты…, 1975-2002) Данные по почвенной бонитировке на 2002 г. предоставлены ФГУП СтавропольНИИгипрозем. Структуру таблицы составляют следующие колонки: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. номер ландшафта;

административный район;

индекс хозяйства;

название хозяйства до реформирования;

название хозяйства после реформирования;

площадь сельхозугодий (га) на 1984 г.;

площадь пашни (га) на 1984 г.;

площадь сенокосов (га) на 1984 г.;

площадь пастбищ (га) на 1984 г.;

площадь орошаемых земель (га) на 1984 г.;

площадь посевов (га) на 1984 г.;

поголовье коров на 1984 г.;

поголовье крупного рогатого скота на 1984 г.;

поголовье лошадей на 1984 г.;

поголовье молодняка лошадей на 1984 г.;

поголовье овец на 1984 г.;

общая площадь земель (га) на 1986 г.;

площадь пашни (га) на 1986 г.;

площадь сенокосов (га) на 1986 г.;

20. 21. 22. 23. 24. 25. 26. 27. 28. 29. 30. 31. 32. 33. 34. 35. 36. 37. 38. 39. 40. 41. 42. 43. 44.

площадь пастбищ (га) на 1986 г.;

площадь орошаемых земель (га) на 1986 г.;

площадь залежей (га) на 1986 г.;

площадь многолетних насаждений (га) на 1986 г.;

общая площадь сельхозугодий (га) на 1986 г.;

площадь приусадебных земель (га) на 1986 г.;

площадь земель находящихся в стадии мелиоративного строительства (га) на 1986 г.;

площадь лесов (га) на 1986 г.;

площадь земель находящихся под водохранилищами и прудами (га) на 1986 г.;

площадь прочих земель (га) на 1986 г.;

содержание гумуса в пашне (%) на 1.01.1988 г.;

площадь обследованной пашни на содержание гумуса на 1.01.1988 г.;

содержание гумуса в пашне (%) на 1.01.2003 г.;

площадь обследованной пашни на содержание гумуса, подвижного фосфора и обменного калия (га) на 1.01.2003 г.;

содержание подвижного фосфора в пашне (мг/кг почвы) на 1.01.1986 г.;

содержание обменного калия в пашне (мг/кг почвы) на 1.01.1986 г.;

площадь обследованной пашни на содержание подвижного фосфора и обменного калия (га) на 1.01.1986 г.;

содержание подвижного фосфора в пашне (мг/кг почвы) на 1.01.2003 г.;

содержание обменного калия в пашне (мг/кг почвы) на 1.01.2003 г.;

уровень pH пашни на 1.01.2003 г.;

площадь обследованной пашни на выявление уровня pH (га) на 1.01.2003 г.;

площадь пашни I агроэкологической группы (га);

площадь пашни II агроэкологической группы (га);

площадь пашни III агроэкологической группы (га);

площадь пашни IV агроэкологической группы (га);

45. 46. 47. 48. 49. 50. 51. 52. 53. 54. 55. 56. 57. 58. 59. 60. 61. 62. 63. 64. 65. 66. 67. 68. 69. 70. 71. 72. 73. 74.

площадь пашни V агроэкологической группы (га);

площадь пашни VI агроэкологической группы (га);

площадь сельхозугодий обследованных на деградацию (га);

площадь пашни обследованной на деградацию (га);

площадь засоленных сельхозугодий (га);

площадь засоленной пашни (га);

площадь сельхозугодий засоленных в слабой степени (га);

площадь пашни засоленной в слабой степени (га);

площадь сельхозугодий засоленных в средней степени (га);

площадь пашни засоленной в средней степени (га);

площадь сельхозугодий засоленных в сильной степени (га);

площадь пашни засоленной в сильной степени (га);

площадь солончаков в сельхозугодиях (га);

площадь пашни на солончаках (га);

площадь солонцовых комплексов в сельхозугодиях (га);

площадь пашни на солонцовых комплексах (га);

площадь переувлажненных сельхозугодий (га);

площадь переувлажненной пашни (га);

площадь заболоченных сельхозугодий (га);

площадь пашни заболоченной пашни (га);

площадь сельхозугодий заболоченных в слабой степени (га);

площадь пашни заболоченной в слабой степени (га);

площадь сельхозугодий заболоченных в средней степени (га);

площадь пашни заболоченной в средней степени (га);

площадь сельхозугодий заболоченных в сильной степени (га);

площадь пашни заболоченной в сильной степени (га);

площадь каменистых сельхозугодий (га);

площадь каменистой пашни (га);

площадь сельхозугодий каменистых в слабой степени (га);

площадь пашни каменистой в слабой степени (га);

75. 76. 77. 78. 79. 80. 81. 82. 83. 84. 85. 86. 87. 88. 89. 90. 91. 92. 93. 94. 95. 96. 97. 98. 99.

площадь сельхозугодий каменистых в средней степени (га);

площадь пашни каменистой в средней степени (га);

площадь сельхозугодий каменистых в сильной степени (га);

площадь пашни каменистой в сильной степени (га);

площадь сельхозугодий каменистых в очень сильной степени (га);

площадь пашни каменистой в очень сильной степени (га);

площадь дефляционно-опасных сельхозугодий (га);

площадь дефляционно-опасной пашни (га);

площадь сельхозугодий дефляционно-опасных в слабой степени (га);

площадь пашни дефляционно-опасной в слабой степени (га);

площадь сельхозугодий дефляционно-опасных в средней степени (га);

площадь пашни дефляционно-опасной в средней степени (га);

площадь сельхозугодий дефляционно-опасных в сильной степени (га);

площадь пашни дефляционно-опасной в сильной степени (га);

площадь сельхозугодий эродируемых ветром (га);

площадь пашни эродируемой ветром (га);

площадь сельхозугодий эродируемых ветром в слабой степени (га);

площадь пашни эродируемой ветром в слабой степени (га);

площадь сельхозугодий эродируемых ветром в средней степени (га);

площадь пашни эродируемой ветром в средней степени (га);

площадь сельхозугодий эродируемых ветром в сильной степени (га);

площадь пашни эродируемой ветром в сильной степени (га);

площадь сельхозугодий подверженных совместной водной и ветровой эрозии (га);

площадь пашни подверженной совместной водной и ветровой эрозии;

площадь сельхозугодий подверженных совместной водной и ветровой эрозии в слабой степени (га);

100. площадь пашни подверженной совместной водной и ветровой эрозии в слабой степени (га);

101. площадь сельхозугодий подверженных совместной водной и ветровой эрозии в средней степени (га);

102. площадь пашни подверженной совместной водной и ветровой эрозии в средней степени (га);

103. площадь сельхозугодий подверженных совместной водной и ветровой эрозии в сильной степени (га);

104. площадь пашни подверженной совместной водной и ветровой эрозии в сильной степени (га);

105. площадь эрозионно-опасных сельхозугодий (не смытых) (га);

106. площадь эрозионно-опасной пашни (не смытой) (га);

107. площадь сельхозугодий подверженных водной эрозии (га);

108. площадь пашни подверженной водной эрозии (га);

109. площадь сельхозугодий подверженных эрозии в слабой степени (га);

110. площадь пашни подверженной водной эрозии в слабой степени (га);

111. площадь сельхозугодий подверженных водной эрозии в средней степени (га);

112. площадь пашни подверженной водной эрозии в средней степени (га);

113. площадь сельхозугодий подверженных водной эрозии в сильной степени (га);

114. площадь пашни подверженной водной эрозии в сильной степени (га);

115. балл почвенного бонитета сельскохозяйственных угодий (на 2002 г.);

116. балл почвенного бонитета пашни (на 2002 г.);

117. балл почвенного бонитета пастбищ (на 2002 г.). База данных «Агроклиматические ресурсы и потенциалы» содержит данные по 32 метеостанциям края (Агроклиматические ресурсы Ставропольского края, 1971). Структуру таблицы составляют колонки: 1. 2. 3. 4. название метеостанции;

годовая сумма осадков (мм);

сумма осадков вегетационного периода (мм);

весенние запасы продуктивной влаги в метровой толще (мм);

5.

сумма средних суточных температур воздуха за период активной вегетации (C°);

6. 7. 8. 9.

сумма температур выше 5°С;

сумма температур выше 10°С;

сумма среднесуточных значений дефицита влажности воздуха (гПа);

сумма осадков за июль-август (мм);

10. сумма осадков за сентябрь-октябрь (мм);

11. сумма осадков за ноябрь-март (мм);

12. сумма осадков за апрель-июнь (мм);

13. сумма отрицательных температур за зиму (°С);

14. сумма активных температур за апрель-май (°С);

15. сумма активных температур за июнь (°С);

База данных «Характеристика агроландшафтов» содержит данные о 24 ландшафтах края. Структуру таблицы составляют следующие колонки: 1. 2. 3. номер ландшафта;

название ландшафта;

агроклиматическая зона (в которую входит ландшафт или его большая часть);

В нее также были импортированы таблицы, полученные путем вычислений из баз данных «характеристика землепользователей» и «агроклиматические ресурсы и потенциалы», анализируемые в четвертой главе. Содержание электронного банка данных (на уровне района). При анализе агроландшафтных зон на уровне административного района мы пользовались базой данных «Характеристика землепользователей». В результате запроса по образцу в поле «Административный район» выбирался Изобильненский район, и в дальнейшем необходимые вычисления проводились в результирующей таблице.

Для оценки экологической опасности использования земель была создана электронная карта Изобильненского района масштаба 1:100000, содержащая следующие слои: 1. рельеф;

2. гидросеть (включая балочное расчленение);

3. сельские населенные пункты (содержит поля реляционной таблицы: название и численность населения);

4. агроландшафтные зоны;

5. экологически опасные объекты;

6. загрязнение почв химическими элементами. Работа с атрибутивной базой данных в среде Mapinfo. Основной объем информации, используемый в нашем исследовании, хранился, обрабатывался и анализировался в ГИС MapInfo, так как данный продукт представляет достаточно широкие возможности для работы с базами данных, созданных как в самой программе, так и в таких программных продуктах как Microsoft Excel, Microsoft Access и других. Развитая система запросов позволяет делать три типа запросов (MapInfo, 2000): 1. выборку;

2. SQL-запросы;

3. статистический. Предусмотрена возможность сохранения шаблона запросов. Первый тип – выборка позволяет создать (подмножество записей) на основании информации из некоторой таблицы MapInfo. С ее помощью возможна выборка записей и сопоставленных им графических объектов по значениям их атрибутов. Таким образом, можно выделять в окне Карты или Списка объекты, удовлетворяющие некоторому критерию. Результаты запросов сохраняются в окнах Списков, Карт и Графиков. Чтобы выполнить поиск по запросу необходимо задать логическое выражение. Составление выражения производится в MapInfo двумя способами – напрямую (при задании простых выражений) и построение выражения с помощью диалога «Выражение» (при задании сложных выражений). Второй тип – SQL-запросы сложнее по структуре, чем выборка с помощью обычных запросов. Команда SQL-запрос позволяет решать следующие задачи в MapInfo: создавать вычисляемые колонки – колонки, значения в которых вычисляются на основании данных в уже существующих столбцах таблицы;

обобщить данные таким образом, чтобы вместо сумм просматривать суммарные данные по таблице;

скомбинировать несколько таблиц в одну новую таблицу;

показ только интересующих колонок и строк. Третий тип запросов производится с помощью статистического окна, в котором показываются общая сумма и средняя величина для всех числовых полей, выбранных в данный момент объектов/записей. Также показывается число выбранных записей. При изменении выборки статистические данные автоматически пересчитываются. 2.4. Методика построения тематических карт Тематическая картография является мощным средством анализа и наглядного представления данных. Она сопоставляет атрибутивным данным графические образы на карте, что позволяет легко уловить те тенденции и взаимозависимости данных, которые порой очень трудно обнаружить с помощью табличного представления. Тематические карты строились нами в двух системах: MapInfo и 3D Field. Тематическими картами мы называем карты, объекты на которых выделены графическими средствами в зависимости от сопоставленных им значений. В MapInfo тематические карты создаются путем присвоения графическим объектам на карте цветов, штриховок и размеров символов, согласно значению соответствующему им в таблице. Столбчатые и круговые диаграммы позволяют сравнивать несколько видов данных одновременно. В нашей работе использовались тематические карты, построенные методом диапазонов значений, применение которого позволяет группировать записи с близкими значениями тематической переменной и присваивать созданным группам единые цвета, или штриховки. Построение тематических карт по расчету средневзвешенных значений интерполированных показателей для ландшафтов происходило в несколько этапов: 1. вычисление значений показателей с помощью SQL-запросов;

2. растеризация векторной карты метеостанций с подписанными значениями по какому-либо из атрибутов в MapInfo;

3. построение интерполированной поверхности методом кригинга в 3D Field и экспорт цифровых моделей в растровый формат;

Использование метода кригинга в нашей работе объясняется рядом преимуществ, которые он имеет перед другими методами интерполяции, так как он оптимизирует процедуру интерполяции на основе статистической природы поверхности (Oliver and Oliver, 1990). Кригинг использует идею регионализованной переменной, которая изменяется от места к месту с некоторой видимой непрерывностью, но не может моделироваться только одним математическим уравнением. Кригинг обрабатывает эти поверхности, считая их образованными из трех независимых величин. Дрейф или структура поверхности. Дрейф оценивается с использованием математического уравнения, которое наиболее близко представляет общее изменение поверхности, во многом подобно поверхности тренда. Случайных отклонений от общей тенденции связанных друг с другом пространственно. Случайный шум, который не связан с общей тенденцией и не имеет пространственной автокорреляции (Де Мерс, 1999).

4. регистрация растрового изображения, векторизация и построение тематических карт методом диапазонов в MapInfo. 5. использование технологии оверлея между слоями «природные ландшафты» и слоем с отвекторизованными интерполированными показателями, а также применение SQL-запросов по формуле Sum(показатель*area(«obj,sq km») где показатель – атрибут, по которому находят суммарное значение;

area(«obj,sq km») – автоматически вычисляемая площадь полигонов с одинаковыми показателями. позволило рассчитать суммарные значения, которые были добавлены в атрибутивную базу данных и поделены на площадь ландшафтов. Так были вычислены средневзвешенные значения величин биоклиматического потенциала, коэффициента роста, индексированные показатели для оценки условий возделывания культур по ландшафтам края и другие средневзвешенные параметры агроландшафтов, а в дальнейшем методом «диапазонов значений» построены тематические карты.

ГЛАВА 3. КОНЦЕПЦИЯ АДАПТИВНО-ЛАНДШАФТНОГО ЗЕМЛЕДЕЛИЯ 3.1. Методология перехода к адаптивно-ландшафтному земледелию в Ставропольском крае на разных уровнях административного и ландшафтного районирования В связи с ориентацией традиционного землеустройства на плановые задания по производству растениеводческой и животноводческой продукции, плановой урожайности и количеству поголовья скота площадь пашни не подлежала сокращению. Напротив, она должна была увеличиваться и быть достаточной для производства планируемого объема продукции различных культур и созданию кормовой базы для планируемого поголовья скота. Основой для землеустройства был покомпонентный учет природных условий и природных ресурсов (Методические подходы к …, 2002). Ориентация сельского хозяйства края на широкую интенсификацию сельскохозяйственного производства вызвала негативные процессы, нашедшие отражение в широком развитии водной и ветровой эрозии, загрязнении вод и почв агрохимикатами и тяжелыми металлами, аридизации и деградации земельных массивов. Индикатором нерационального землепользования сельскохозяйственной отраслью явилось состояние земельного фонда края. В качестве альтернативы традиционному земледелию возникла парадигма адаптивно-ландшафтного (ландшафтно-экологического) земледелия. Она была принята земледелием края как стратегическая задача, что было закреплено постановлением Государственной Думы Ставропольского края № 63739 от 26.06.1997 г. (Государственная Дума …, 1997). Парадигма адаптивно-ландшафтного земледелия базируется на принципиально новых теоретических положениях, отражающих закономерности функционирования агроландшафтов, как единства природных и социальнохозяйственных компонентов.

Основным принципами, разработанной в Ставропольском научноисследовательском институте сельского хозяйства концепции развития адаптивно-ландшафтного земледелия в современных условиях хозяйствования в Ставропольском крае (Петрова, Желнакова, 1999), принято признание первичности природных ландшафтов, рассмотрение в их таксономических единицах антропогенных воздействий и выбор этих единиц как «адресов» разрабатываемых адаптивно-ландшафтных систем земледелия. Концепция предусматривает адаптацию систем земледелия к дифференциации природных условий, к разным уровням экономической и технической обеспеченности хозяйств, разному соотношению растениеводческой и животноводческой отраслей в них. В основу концепции положен принцип рационального природопользования. Ландшафтный подход рассматривается как ветвь общего системного подхода. Отсюда комплексность и системность изучения как всех уровней ландшафтного устройства территории края (от ландшафтных провинций до фаций) и разрабатываемых адаптивно-ландшафтных подходов в агродеятельности всех административных уровней – от края до фермерского хозяйства, так и степень приближения к решению поставленных задач. Согласно концепции при рассмотрении агродеятельности на всех уровнях принимается:

- широкое использование принципа построения естественных экосистем: максимум разнообразия и экологическая адресность;

- одинаковая важность оценок как продукционных, так и средообразующих, энергетических, экологических;

- приоритет факторов биологизации (использование «даровых» сил природы);

- повышение плодородия и биогенности почв стратегической задачей адаптивно-ландшафтного земледелия (Петрова, Желнакова, 1999). В зависимости от размерности административно-хозяйственных единиц и поставленных целей адаптации того или иного звена хозяйственной дея тельности (вида специализации, структуры угодий и посевных площадей, зональных систем земледелия, севооборотов, технологий, систем удобрений и пр.) объектом анализа и дифференциации использования могут выступать природно-территориальные комплексы различных рангов. При разработке адаптивно-ландшафтных систем земледелия объектом особого внимания являются природно-территориальные комплексы (ПТК) ранга ландшафта и его морфологических частей: местностей, урочищ, подурочищ, фаций (рис. 2). Необходимым условием широкого внедрения и успешного использования систем земледелия на ландшафтной основе становится внедрения информационных технологий для поддержки принятия решений при проектировании, корректировке и реализации систем земледелия. Развитие адаптивных систем земледелия на ландшафтной основе подразумевает функционально-целевой анализ больших массивов разноплановой информации. Существенную помощь здесь могут оказать геоинформационные системы (ГИС), обеспечивающие систематизацию, обработку, отображение и распространение пространственно-координированных данных. ГИС выступают как мощные системы анализа и моделирования процессов и явлений, обработки статистической информации, что позволяет существенно сократить сроки обработки и анализа информации. Переход к адаптивно-ландшафтному земледелию должен опираться на хорошее знание специфики местных ландшафтов, поэтому требуется создание хорошей информационной базы. По нашему мнению ГИС должны включать в себя как показатели, так и целевые блоки оценки различных потенциалов и рисков сельскохозяйственной деятельности в ландшафтах края с целью принятия решений в последовательности: анализ – диагноз – прогноз – планирование.

Рис. 2. Методология адаптивно-ландшафтного земледелия на основе ландшафтных таксономических уровней (Петрова, Желнакова, 1999). 3.2. Ретроспективные ландшафты Ставропольского края и их структурные единицы Вопросы изучения ландшафтов края рассматривались чаще всего при составлении схем физико-географического районирования и карт Северного Кавказа (Гвоздецкий, 1960;

Чупахин, 1974;

Беручашвили, 1979, 1980). Ландшафты Ставропольской возвышенности и ее отдельных частей изучались В.А.Шальневым, М.Д.Черноваловым, П.А.Диденко, А.В.Лысенко, А.В.Скрипчинским и другими авторами (Черновалов, 1963;

Шальнев, 1965, 1965, 1974;

Тертышников, Шальнев, 1990;

Шальнев, Василенко, 1991;

Скрипчинский, 1999). В последнее десятилетие В.А.Шальневым и группой авторов проведено целостное описание ретроспективных и современных ландшафтов края, начатое составлением ландшафтной карты в масштабе 1:500000 в 1992 году и продолженное в учебном пособии и монографиях (Шальнев 1995;

Современные ландшафты…, 2002). При выделении ландшафтов учитывались следующие принципы (Шальнев, 2002):

- генетический, отражающий историю формирования природных ландшафтов и его морфологических единиц;

- азональных и зонально-провинциальных особенностей, учитывающий ведущие закономерности территориальной дифференциации географической оболочки;

- бассейновый, определяющий выделение ландшафтов в пределах отдельных речных бассейнов и их частей, либо в пределах межбассейновых водоразделов;

- эволюционных изменений ландшафтов под влиянием факторов и процессов культурогенеза, которые связаны с количественными и качественными изменениями как в компонентной (замена природных видов биоты на виды агрофитоценозов, увеличение видового разнообразия лесной растительности за счет лесополос, изменениями типа влагооборота в связи с обводнением и орошением территории края и др.), так и морфологической (поселки и технические сооружения, лесополосы, аквальные комплексы – пруды и водохранилища и др.) структур. Этот принцип отражает также историю заселения и освоения природных ресурсов;

- геоэкологических аномалий, связанных с возникновением внутриландшафтных геополей антропогенного происхождения, которые изменяют динамику процессов как в компонентной и морфологической, так и биоценотической подсистемах, ускоряя эволюционные изменения ландшафтов края. Ландшафтные провинции и ландшафты Ставропольского края показаны на рис. 3.

Рис. 3. Ландшафты Ставропольского края (Атлас …, 2000).

1 – номера ландшафтов;

2 – границы ландшафтов;

3 – границы ландшафтных провинций;

4 – границы физико-географических стран. Ландшафтные провинции: 5 – лесостепная провинция, ландшафты типичных лесостепей;

6 – лесостепная провинция, ландшафты байрачных лесостепей;

7 – степных ландшафтов;

8 – полупустынных ландшафтов;

9 – предгорных степных и лесостепных ландшафтов;

10 – среднегорных ландшафтов лесостепей и остепненных лугов.

Согласно ландшафтному районированию, проведенному В.А.Шальневым, на территории Ставропольского края выделяются следующие ландшафты (по номерам представленным на рис. 3) 1. 2. Верхнеегорлыкский водораздельный ландшафт типичных лесостеПрикалаусско-Саблинский водораздельный ландшафт типичных и пей, структурно-денудационных плато и речных долин;

байрачных лесостепей, структурно-денудационных плато и речных долин;

3. 4. 5. 6.

Ташлянский ландшафт байрачных лесостепей, структурно денудационных плато и речных долин;

Грачевско-Калаусский ландшафт байрачных лесостепей, высоких Прикалаусско-Буйволинский ландшафт байрачных лесостепей, эрозионно-денудационных равнин, останцовых плато и речных долин;

структурно-денудационных плато и речных долин;

Егорлыкско-Сенгилеевский ландшафт злаковых степей, эрозионноденудационных высоких равнин и депрессий обращенных форм рельефа и останцовых плато;

7. 8. 9. Расшеватско-Егорлыкский ландшафт злаково-разнотравных степей, Среднеегорлыкский ландшафт злаково-разнотравных степей, эрозиБурукшунский ландшафт ландшафт злаковых злаковых степей, степей, эрозионноструктурноэрозионно-аккумулятивных равнин с долинным расчленением;

онно-аккумулятивных равнин с долинно-балочным расчленением;

аккумулятивных и аллювиально-озерных равнин;

10. Нижнекалаусский денудационных и эрозионно-аккумулятивных равнин;

11. Айгурский ландшафт злаковых и полынно-злаковых степей, эрозионно-аккумулятивных равнин с долинно-балочным расчленением;

12. Карамык-Томузловский ландшафт злаковых степей эрозионноаккумулятивных равнин с долинно-балочным расчленением;

13. Кубано-Янкульско-Суркульский ландшафт злаковых и злаковополынных степей, высоких эрозионно-денудационных равнин и речных долин депрессий обращенных форм рельефа;

14. Левокумский ландшафт полынно-злаковых степей и аллювиальных аккумулятивных четвертичных равнин;

15. Правокумско-Терский ландшафт злаковых степей и аллювиальных аккумулятивных четвертичных равнин;

16. Курско-Терский ландшафт полынно-злаковых степей и злаковополынных полупустынь и аллювиальных морских (дельтовых) аккумулятивных верхнечетвертичных низменностей;

17. Нижнекумско-Прикаспийский ландшафт злаково-полынных полупустынь и полынных пустынь и молодых морских аккумулятивных равнин;

18. Чограйско-Прикаспийский ландшафт злаково-полынных пустынь и аккумулятивно-морских равнин и террас;

19. Западно-Манычский ландшафт злаково-полынных полупустынь, террас и аллювиально-озерных равнин;

20. Прикубанский ландшафт злаково-разнотравных и луговидных степей предгорных террасированных наклонных равнин;

21. Воровсколесско-Кубанский ландшафт лесостепей, слабо расчлененных моноклинальных гряд палеогеновой куэсты и высоких эрозионноденудационных равнин;

22. Подкумско-Золкинский ландшафт лесостепей, предгорных наклонных аллювиальных террасированных равнин и останцовых магматических гор;

23. Малкинско-Терский ландшафт злаково-разнотравных степей и пойменных лугов и предгорных наклонных аллювиальных террасированных равнин;

24. Кубано-Малкинский ландшафт лесостепей среднегорий, структурно-денудационных моноклитных куэст, межкуэстовых эрозионнотектонических депрессий и речных долин. Природный ландшафт состоит из взаимодействующих природных компонентов и формируется под влиянием природных процессов. Он является частью ландшафтной сферы, которая представляет производное прямого соприкосновения и связанного с ним активного взаимного обмена веществом и энергией четырех сфер: земной коры, тропосферы, гидросферы (Мильков, 1990), биосфера (четвертая среда) представляет собой совокупность экосистем. Поэтому природные ландшафты имеют сложную структуру, состоящую их следующих подсистем (Шальнев, 1995).

1. Компонентной, состоящий из всех природных компонентов (горные породы, воздух, поверхностные и подземные воды, почвы, растительность и животный мир) и связей между ними. Компоненты и связи определяют эмерджентные свойства ландшафта (природные условия), создающие однородную природную среду ландшафта. 2. Морфологической (территориальной), состоящей из более мелких территориальных комплексов (местностей, урочищ, фаций) и строится по принципу полисистемной или хорической модели ландшафта (Охрана ландшафтов…, 1982). Сочетание морфологических единиц (фаций, урочищ, местностей) по Н.А.Солнцеву, образует структурно-морфологическую особенность ландшафта, где взаимодействие осуществляется через горизонтальные связи. Морфологическое разнообразие ландшафта зависит от вертикального расчленения ландшафта и обилия мезоформ рельефа. 3. Экосистемной, отражающей функциональные особенности биосистем, активно участвующие в процессах саморегуляции ландшафта. Она включает в себя набор биоценозов, состоящих из продуцентов, консументов и редуцентов, их среды обитания и связей между ними. 3.3. Типология ландшафтных морфологических единиц на уровне местностей В 24 ландшафтах края насчитывается 93 местности, которые по генезису, гипсометрии, геоморфологическому сходству, особенностям геологического строения, положению на геохимической катене могут быть объединены в 23 типа местностей. Именно тип местности определяет внутреннее содержание систем адаптивно-ландшафтного земледелия. Рассчитанное нами с использованием ГИС-технологий процентное соотношение типов местностей в ландшафтах края приводится в приложении 1. Распределение типов местностей по площади и процентному отношению к площади края приводится в таблице 1.

Таблица 1 Площадь и процентное отношение типов местностей к площади края Тип местности Структурно-денудационные плато с плакорами сарматской поверхности выравнивания Структурно-денудационные низкие плато с плакорами верхнесарматской поверхности выравнивания Эрозионно-денудационные высокие равнины акчагыльской поверхности выравнивания Эрозионно-денудационные равнины апшеронской поверхности выравнивания Аккумулятивные первичные четвертичные равнины Эрозионно-аккумулятивные вторичные равнины (верхнечетвертичного расчленения) Пойменные аллювиальные современные равнины Эоловые дефляционно-аккумулятивные и аллювиально-морские низменности Аллювиально-озерные аккумулятивные постхвалынские равнины Аллювиально-морские хвалынские аккумулятивные равнины Аллювиально-морские нижнехвалынские и хазарские равнины и террасы Междолинные равнины высоких верхнеплиоценовых (апшеронских) террас Равнины нижнее- и верхнечетвертичных террас Низко- и средневысотные останцовые магматичеПлощадь, км2 490 4586 3212 6180 10431 18268 1404 1551 1309 4695 3708 600 1907 72 Отношение к площади края, % 0,7 6,9 4,9 9,4 15,9 27,7 2,1 2,3 2,0 7,2 5,6 0,9 2,9 0, Тип местности ские горы Низкие горные моноклинальные гряды и останцовые плато Средневысотные моноклинальные структурноденудационные куэсты Эрозионно-тектонические межкуэстовые депрессии Верховья речных долин Речные долины верхнего течения рек Речные долины среднего и нижнего течения рек Озерные котловины Верхнеплиоценовые и нижнечетвертичные террасы Кубани Средне- и верхнечетвертичные террасы Кубани и Терека Площадь, км Отношение к площади края, % 1213 98 48 417 1896 2367 66 550 1,8 0,1 0,1 0,6 2,9 3,6 0,1 0,8 1, 3.4. Агроэкологические группы земель, их связь со структурой ландшафтов С учетом многообразия природных и экономических условий в Ставропольском крае сложились региональные системы земледелия, отражающие особенности выделенных сельскохозяйственных зон. Зональные системы земледелия адаптированы к ландшафтным провинциям. По почвенно-климатическим условиям, преобладающим типам сельскохозяйственных предприятий, специализации, набору возделываемых культур и отраслей выделяются следующие зоны (Системы …, 1983).

1.

Овцеводческая (крайне засушливая). Включает Апанасенковский, Арзгирский, Левокумский, Нефтекумский районы, большинство хозяйств Туркменского и восточную часть Курского районов. Соответствует ландшафтам, относящимся к провинциям полупустынь и отчасти сухих степей. 2. Зерново-овцеводческая (засушливая) – наиболее крупная. Включает Александровский, Благодарненский, Буденовский, Ипатовский, Курский, Новоселицкий, Петровский, Советский и Степновский районы. Почти соответствует ландшафтам злаковых и полынно-злаковых степей. 3. Зерново-скотоводческая (неустойчивого увлажнения). Включает центральные и западные районы края: Грачевский, Изобильненский, Кочубеевский, Красногвардейский, Андроповский, Новоалександровский, Труновский и Шпаковский. Соответствует ландшафтам злаково-разнотравных и злаковых степей, лесостепей. 4. Прикурортная (достаточного увлажнения). Включает районы, примыкающие к курортам Кавказских Минеральных Вод – Георгиевский, Кировский, Минераловодский, Предгорный. Соответствует ландшафтам разнотравно-злаковых степей предгорий и лесостепей среднегорий. Концепция «сухого» земледелия, используемая в последнее время, учитывает почвенно-климатические условия ландшафтных провинций и адаптирована в первую очередь к аридности климата сельскохозяйственных зон через севообороты с чистыми парами, расширение орошаемых земель. Сейчас она нуждается в дальнейшем развитии и корректировке согласно принципам концепции адаптивно-ландшафтного земледелия. По договору с краевым комитетом по земельным ресурсам и землеустройству, СтавропольНИИгипрозем в 1996 году начал и в марте 1997 года завершил работы по составлению «Схемы использования земельных ресурсов Ставропольского края на агроландшафтной основе до 2005 года». Схема использует принципы адаптивно-ландшафтной системы земледелия, в основе которых лежит выделение агроэкологических групп земель, в первую очередь на пашне, как более подверженной негативным процессам. В соответст вии с характером природных ограничений пригодности земель для возделывания конкретных культур или групп культур и характером мероприятий по их преодолению, агроэкологические группы земель ранжированы по шести категориям (Схема…, 1997). I-Агроэкологическая группа. Включает земли большинства хозяйств края, в которых имеется пашня с балльной оценкой выше среднерайонного уровня с уклонами местности до 1°, с различными почвенными разновидностями, которые по признакам, влияющим на плодородие могут быть объединены и использоваться для возделывания всех районированных культур в системе полевых севооборотов. Группа объединяет все подтипы черноземов, каштановых, лугово-черноземных и лугово-каштановых почв, сформировавшихся в различных биоклиматических и гидрологических условиях объединенными однотипным процессом почвообразования без отрицательных признаков, влияющих на плодородие. Эта группа земель составляет 2169,8 тысяч гектаров или 58% от всей площади пашни края и относится к особоценным. II-Агроэкологическая группа. Включает земли также всех хозяйств края, с балльной оценкой ниже или близкой к среднерайонному уровню, с уклонами местности 2-3°. Сюда отнесены участки пашни с различными почвенными разновидностями, подверженными эрозии почв в слабой степени. Группа объединяет те же почвы, что и первая, но с наличием отрицательных признаков, влияющих на плодородие – слабоэродированные, слабозасоленные, слабокаменисто-щебенчатые. Эта группа пригодна для возделывания менее требовательных сельскохозяйственных культур, должна быть включена в систему кормовых севооборотов. Занимает 1121,2 тысячи гектаров или 30% от площади пашни края. III-Агроэкологическая группа. Участки подверженные ветровой, водной и совместной эрозии в средней степени. По рельефным и почвенным условиям они отличаются значительным разнообразием, но их объединяет одно – они могут использоваться в системе почвозащитных севооборотов и оста ваться в составе пахотных угодий. Занимает 447,2 тысячи гектаров или 12% от площади пашни. IV-Агроэкологическая группа. Участки пашни в сильной степени утратившие свои свойства, малопригодные для возделывания сельскохозяйственных культур, на которых в соответствии с законом «О сохранении почв и предотвращении их деградации» (1995) намечается изменение целевого назначения. Занимают 174,5 тысяч гектаров. 0,02 тысячи гектаров рекомендуется перевести в запас, 1,1 – использовать для создания многолетних насаждений, 46,8 – перевести в сенокосы и 126,6 – в пастбища со срочным выполнением работ по ускоренному залужению многокомпонентными травосмесями, включая семена трав «аборигенов»;

V-Агроэкологическая группа. Участки пашни, подверженные деградации в сильной степени, потерявшие свыше 50% мощности почвенного профиля (А+В), непригодные для возделывания сельскохозяйственных культур, подлежащие выводу из состава сельскохозяйственных угодий с последующей консервацией. Занимает 46,1 тысячу гектаров. VI-Агроэкологическая группа. Включает участки богарной и орошаемой пашни, подверженные подтоплению, вторичному засолению, требующие проведения работ по устранению избыточного переувлажнения, рассоления и по другим причинам, подлежащие переводу в стадию мелиоративного строительства. Занимает 22,3 тысячи гектаров. С использованием технологии оверлея между слоем, содержащим пространственные данные о типологии ландшафтных морфологических единиц на уровне местностей и слоем, содержащим границы землепользователей с привязанной к слою атрибутивной базой данных по площади и соотношению агроэкологических групп земель была выявлена прямая зависимость между типами местностей и характером распределения пашни по агроэкологическим группам. Это позволило типизировать ландшафты по способу организации их территории на группы. По преобладанию типов местностей все ландшафты делятся на 10 групп (таблица 2).

Таблица 2 Соотношение типов местностей в ландшафтах Ставропольского края – индикатор агроэкологического состояния пашни № груп№ пы ландшафтов 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1, 2, 4 3, 5 7, 8, 9, 10, 15, 19 11, 12, 14 16, 17 18 6 13 20, 22, 23 21, 24 Площадь, тыс.га, % 581,2 8,8 430,7 6,7 1969,0 29,7 1399,2 21,2 974,8 14,7 231,2 3,5 114,9 1,7 258,2 3,9 470,0 7,2 193,9 2,9 Преобладающие типы местностей Эрозионно-денудационные высокие равнины Структурно-денудационные плато Структурно-денудационные низкие плато Эрозионно-денудационные равнины Эрозионно-аккумулятивные вторичные равнины Аккумулятивные первичные равнины Эрозионно-аккумулятивные вторичные равнины Аккумулятивные первичные равнины Аллювиально-морские равнины Эоловые денудационно-аккумулятивные и аллювиально-морские низменности Аллювиально-морские аккумулятивные равнины и террасы Аллювиально-озерные аккумулятивные равнины Структурно-денудационные низкие плато Эрозионно-денудационные равнины Озерные котловины Эрозионно-денудационные равнины Эрозионно-денудационные высокие равнины Речные террасы надпойменные Пойменные террасы Низкие горные моноклинальные гряды и останцовые плато Эрозионно-денудационные глубоко расчлененные равнины Площадь, % 67 20 69 18 51 31 55 31 67 16 70 23 39 38 6 82 7 86 5 63 25 Агроэкологические группы в пашне, % (I-II) (III) (IV-VI) 35 68 78 75 30 9 39 27 61 15 15 8 5 10 8 19 15 14 10 20 17 3 3 3 4 9 9 12 8 ГЛАВА 4. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ГИС-ТЕХНОЛОГИЙ ПРИ АНАЛИЗЕ И ОЦЕНКЕ АГРОЛАНДШАФТОВ СТАВРОПОЛЬСКОГО КРАЯ 4.1. Оценка почвенно-климатических ресурсов агроландшафтов края Оценка ресурсов почвенного плодородия агроландшафтов края по бонитетам. В крае многообразие и сложность природных условий обусловили большое разнообразие почв: от серых лесных и черноземов горных до светло-каштановых почв и песков. Наиболее обобщенной количественной оценкой уровня плодородия почв является бонитет (Государственная кадастровая оценка земель, 2003). На основе бонитетов базовой группы хозяйств каждого агроландшафта были рассчитаны средневзвешенные баллы бонитета сельскохозяйственных угодий, пашни и пастбищ (табл. 3). Самые плодородные почвы в крае имеет пашня РасшеватскоЕгорлыкского ландшафта (7 ландшафт – 72,7 балла) и Кубано-Малкинского ландшафта (24 ландшафт – 71,1 балла). Самые низкие бонитеты пашни в 18 ландшафте (23.7) и в 16, 17, 19 ландшафтах полупустынь (28.9, 26.8, 26.4 балла соответственно). Распределение бонитетов почв по ландшафтам края носит зонально-провинциальный характер. Крайние значения бонитетов различаются более чем в три раза, что естественно, определяет разную экологическую устойчивость почв и разные подходы к системам земледелия, в том числе и к мероприятиям по поддержанию плодородия. Рассматривая соотношение бонитетов пашни и пастбищ по ландшафтам края, можно отметить, что самые незначительные отличия (12-17%) отмечаются в ландшафтах 7, 22 и 24, отличающихся наиболее плодородными почвами, самые большие (76% и 68%) в 9 и 20 ландшафтах, где в пастбищах много солончаков и мочаристых почв. В остальных ландшафтах разница в плодородии почв пашни и пастбищ лежит в диапазоне 25-51%.

Таблица 3 Средневзвешенные баллы бонитета земель сельскохозяйственного использования в агроландшафтах Ставропольского края Балл бонитета № ландшафта 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Сельскохозяйственных угодий 37,0 51,9 56,6 43,3 50,7 48,5 72,0 53,7 43,8 37,4 28,9 49,8 39,5 39,1 41,6 23,7 20,6 20,3 25,0 59,0 48,2 63,4 40,0 67,3 пашни 46,1 55,7 59,0 46,9 53,5 58,7 72,7 57,6 49,4 40,0 32,0 50,9 42,6 39,9 42,6 28,9 26,8 23,7 26,4 64,4 54,0 65,3 43,0 71,1 пастбищ 34,6 40,5 45,5 37,5 38,6 40,2 63,4 40,8 28,1 26,4 22,6 39,5 33,4 31,8 31,5 20,1 18,3 16,8 20,9 38,3 39,9 55,8 29,0 63, Эти данные свидетельствуют о том, что резервы расширения пашни за счет других угодий в ландшафтах края исчерпаны и при существующем дисба лансе угодий (особенно в ландшафтах с распаханностью > 70%) целесообразно сокращение пашни за счет вывода малопродуктивных земель. Расчет биоклиматических потенциалов ландшафтов для сельскохозяйственной деятельности. При рассмотрении сельскохозяйственной деятельности в границах природных ретроспективных ландшафтов края очень важно определить их природно-ресурсный потенциал. Прежде всего, был проведен критический анализ существующих методических подходов по их оценке. Анализ литературы, во-первых, показал, что в основу всех показателей ресурсного потенциала положено соотношение тепла и влаги. Во-вторых, все они дифференцируются на две группы: общие оценки агроклиматического потенциала территории для регионального агроклиматического районирования и оценки, характеризующие условия возделывания конкретных с/х культур для частного районирования. Из первой группы показателей в земледелии России и за рубежом широкое распространение получила формула гидротермического коэффициента Г.Т.Селянинова (1928), как показатель увлажнения вегетационного периода p ГТК = 0,1 t > 10° где р – сумма осадков за теплый период, мм;

t – сумма температур выше 10°С за этот же период.

Недостатком ГТК является то, что он характеризует увлажнение только теплой части года и не учитывает весенние запасы влаги в почве, которые при одном и том же увлажнении вегетационного периода, могут определять различную влагообеспеченность сельскохозяйственных культур. Коэффициент увлажнения, предложенный Н.Н.Ивановым (1949) выражается формулой KУ = R E где R – сумма осадков за рассматриваемый период;

Е – приближенная испаряемость водной поверхности, рассчитываемая по уравнению: Е = 0,0018 (25 + Т)2 (100 – а) где Т – среднемесячная температура воздуха;

а – среднемесячная относительная влажность воздуха. Этот коэффициент широко используется при определении аридности климата. Для сравнительной оценки общей биопродуктивности ландшафтов края, на наш взгляд, наиболее приемлем климатический индекс биологической продуктивности – Бк, являющийся производным от биоклиматического потенциала Шашко Д.И. (1985) - БКП.

tак БКП = Кр (КУ) = tак (баз) где БКП – относительные значения биоклиматического потенциала;

Кр (КУ) – коэффициент роста по годовому показателю атмосферного увлажнения;

tак – сумма средних суточных температур воздуха за период активной вегетации в данном месте;

tак(баз) – базисная сумма средних суточных температур воздуха за период активной вегетации, т.е. сумма, относительно которой проводится сравнительная оценка. Биологическая продуктивность (Бк) рассчитывалась по формуле Бк = 55 Кр (КУ) tак Коэффициент роста Кр (КУ) рассчитывался через коэффициент увлажнения КУ. Кр = (КУ) 1,5 lg (20 КУ) – 0,21 + 0,63 КУ – КУ2 где КУ – коэффициент годового атмосферного увлажнения, равный отношению количества осадков к сумме средних суточных значений дефицита влажности воздуха. Вычисленные по метеостанциям величины биоклиматических потенциалов были интерполированы методом кригинга. Полученные поверхности были отвекторизованы и в дальнейшем отображены на картах (Каторгин, 2002). На примере рис. 4 показано зональное распределение биоклиматического потенциала по территории края. Как свидетельствуют данные, индекс биологической продуктивности (Бк) имеет зональный характер распределения с увеличением с северовостока на юго-запад края с 84,8 единиц (метеостанция Арзгир) до 140,7 единиц по метеостанции Ставрополь, а биоклиматический потенциал (БКП) в том же направлении возрастает с 1,5 до 2,6 единиц. Сравнение биоклиматического потенциала Ставропольского края с потенциалами Краснодарского края (Тюрин, 1973) показало, что для последнего он изменяется от 2,2 до 3,4 единиц. В Ставропольском крае только 34% территории края имеют потенциал > 2,2 единиц.

Рис. 4. Распределение индекса биологической продуктивности по территории Ставропольского края. Применение технологии оверлея позволило получить средневзвешенные значения биоклиматических потенциалов для ландшафтов Ставропольского края. По ним были построены тематические карты (рис. 5 – 10). Поскольку сельское хозяйство связано с возделыванием конкретных сельскохозяйственных культур, очень важно оценить агроландшафты края по благоприятности их возделывания. С помощью ГИС-технологий по усовершенствованной в СНИИСХ методике И.В. Свисюка (1980), для ландшафтов края был просчитан индекс почвенно-климатических ресурсов возделывания озимой пшеницы, ведущей сельскохозяйственной культуры края (ИПКР). Характер его изменения имеет такую же, как и БКП тенденцию увеличения с востока на запад с изменением от 1,38 до 2,25 единиц (рис. 7).

Рис. 5. Средневзвешенное значение биологической продуктивности ландшафтов Ставропольского края.

Рис. 6. Средневзвешенное значение биоклиматического потенциала ландшафтов Ставропольского края.

Рис. 7. Средневзвешенное значение индекса почвенно-климатических ресурсов возделывания озимой пшеницы в ландшафтах Ставропольского края. Установленная Л.И.Желнаковой (1992) связь ИПКР с урожайностью озимой пшеницы по районам и госсортучасткам по чистым парам и непаровым предшественникам позволила нам использовать установленные ею уравнения связи (у1, у2) и рассчитать по ним перспективную урожайность озимой пшеницы по чистым парам и непаровым предшественникам для ландшафтов Ставропольского края (таблица 4): у1 = 58,0 х – 66,88 при r1 = 0,964 ± 0,093 где у1 – перспективная урожайность озимой пшеницы по чистым парам, центнеров на гектар;

х – ИПКР. у2 = 50,88 х – 66,23 при r2 = 0,961 ± 0,077 где у2 – перспективная урожайность озимой пшеницы по непаровым предшественникам, центнеров на гектар.

Таблица 4 Индекс почвенно-климатических ресурсов и перспективная урожайность озимой пшеницы по чистым парам и непаровым предшественникам средняя почвенноклиматическая оценка перспективная урожайность озимой пшеницы по чистым парам (ц/га) 56,1 50,9 57,8 51,4 48,5 60,7 62,5 54,9 49,1 40,4 25,3 46,2 51,4 34,6 41,6 27,7 16,6 13,2 32,9 59,6 57,2 59,6 42,2 63,6 перспективная урожайность озимой пшеницы по непаровым предшественникам (ц/га) 41,6 37,1 43,2 37,6 35,0 45,7 47,2 40,6 35,5 27,9 14,7 33,0 37,6 22,8 28,9 16,7 7,0 4,0 21,3 44,7 42,7 44,7 29,4 48,3 индекс почвенноклиматических ресурсов (ИПКР) 2,12 2,03 2,15 2,04 1,99 2,20 2,23 2,10 2,00 1,85 1,59 1,95 2,04 1,75 1,87 1,63 1,44 1,38 1,72 2,18 2,14 2,18 1,88 2,25 суммарная оценка по климатическим условиям 160 90 150 113 75 188 177 125 88 52 6 66 126 23 54 21 -3 -5 45 161 154 155 56 200 отношение балла бонитета к среднему по краю (%) № ландшафта 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 123 130 104 118 130 160 127 109 88 71 112 94 88 94 64 59 52 58 142 119 144 95 131 107 140 109 97 159 169 126 99 70 39 89 110 56 74 43 28 24 52 152 137 150 76 В Ставропольском НИИ сельского хозяйства установлена высокая и достоверная связь с урожайностью озимой пшеницы критерия Улановой Е.С. (1975), учитывающего весенние запасы продуктивной влаги в метровом слое почвы (Wb) (рис. 8).

Wb + Rbe Ку = 0,01 t bc где Wb – весенние запасы продуктивной влаги в метровом слое почвы;

Rbe – сумма осадков за вегетацию;

t bc – сумма температур выше 5°С за период возобновления вегетации – восковая спелость озимой пшеницы.

Рис. 8. Средневзвешенное значение коэффициента Улановой Е.С. для оценки условий возделывания озимой пшеницы по ландшафтам. Поскольку запасы влаги в почве определяются только на 9 метеостанциях, оценка ландшафтов края по критерию Улановой Е.С. менее точна, однако, достаточно надежна, об этом свидетельствует сопоставление оценок Улано вой и индексов почвенно-климатических ресурсов (ИПКР) (рис. 7, 8) по ландшафтам края. Индекс Улановой также позволяет рассчитывать урожайность озимой пшеницы по непаровым предшественникам по уравнению У = 2,34 х – 17,27 где У – урожайность озимой пшеницы;

х – показатель Улановой. Показатель влагообеспеченности Сапожниковой С.А. (1958) (рис. 9) использовался нами для оценки условий возделывания ранних яровых колосовых культур. Весенние влагозапасы рассчитываются по зимне-весенним осадкам Q (X – IV) и формула имеет вид 0,4 Q ( X IV ) + Q (V VI ) Ку = t (V VI ) где - коэффициент перевода t > 10° в испаряемость. Сопоставление рисунков 7 и 9 свидетельствует о том, что почвенноклиматические ресурсы ландшафтов Ставропольского края более благоприятны для возделывания озимой пшеницы, а ранние яровые колосовые целесообразно возделывать только в западной и юго-западной части края. Для оценки ландшафтов по условиям возделывания кукурузы был использован коэффициент Чиркова Ю.И. (1969) К= 0,5 R ( X III ) + R ( III VIII ) 0,18 t ( III VIII ) где R – осадки за указанные месяцы. Сумма осадков осенне-зимнего периода (с октября по март) учтена с коэффициентом 0,5. Результаты вычислений отображены на рис. 10.

Рис. 9. Средневзвешенное значение коэффициента Сапожниковой С.А. для оценки условий возделывания яровых зерновых культур по ландшафтам.

Рис. 10. Средневзвешенное значение коэффициента Ю.И. Чиркова для оценки условий возделывания кукурузы по ландшафтам.

Оптимальные условия для возделывания кукурузы на зерно складываются только в 24 ландшафте среднегорий, очень хорошо в 1 и 20 ландшафтах. На 24,8% территории влагообеспеченность кукурузы от оптимальной составляет от 69 до 87%. Сопоставление коэффициентов благоприятности возделывания кукурузы на зерно с изогиетой суммы осадков за май - август в 200 мм, ограничивающей ландшафты производственной целесообразности возделывания кукурузы на зерно, свидетельствуют о большом риске возделывания ее в 8, 9, 5, 12, 14, 15 ландшафтах. Поскольку подсолнечник в Ставропольском крае является ведущей масличной культурой перспективна оценка ландшафтов по условиям его возделывания. Для этих целей был использован показатель увлажнения подсолнечника по Мельнику Ю.С. (1972) (рис. 11). 0,6 x1 + x 2 t > 10° К= где х1 – сумма осадков за период от +5° осенью до +10° весной;

х2 – сумма осадков за период от +10° весной до созревания подсолнечника;

t >10° - сумма температур свыше 10°С за период вегетации подсолнечника. Как показала оценка условий влагообеспеченности подсолнечника по ландшафтам края, только на 8% территории края она может быть оценена как отличная, на 26% - как хорошая, а на 41% - как посредственная.

Рис. 11. Средневзвешенное значение коэффициента Ю.С. Мельника для оценки условий возделывания подсолнечника по ландшафтам. Таким образом, проведенный с помощью ГИС-технологий анализ природно-климатических ресурсов ландшафтов Ставропольского края как в целом для земледелия, так и для возделывания отдельных сельскохозяйственных культур показал:

- во-первых, что территория края пригодна для ведения земледелия, особенно в западных ландшафтах, хотя потенциал территории Ставропольского края значительно ниже потенциала территории Краснодарского края;

- во-вторых, природно-ресурсный потенциал возделывания озимых зерновых культур в ландшафтах края значительно выше, чем яровых зерновых. Кроме того, установлено, что при возделывании озимых зерновых их низкий почвенно-климатический ресурс может быть оптимизирован с помощью использования чистых паров;

- в-третьих, надо очень взвешенно подходить к размещению подсолнечника и кукурузы в ландшафтах края, поскольку хороший потенциал их возделывания занимает только 30% территории края, а на 25% – в восточных и северо-восточных ландшафтах возделыванием этих культур заниматься нецелесообразно.

4.2. Анализ сельскохозяйственной нагрузки на ландшафты края Очень важно знать ареалы проявления, виды и типы экологических проблем в том или ином ландшафте, так как адаптивно-ландшафтные системы земледелия не мыслятся без обеспечения экологической устойчивости ландшафтов и экологической реставрации деградированных территорий. Поскольку экологические проблемы сегодняшнего дня являются следствием тех антропогенных нагрузок, которые были прежде с их определения и начинается анализ проблемных экологических ситуаций по системе «воздействие-изменение-последствие». Все недостатки хозяйствования как в фокусе отражаются на состоянии земельных ресурсов и, в первую очередь, пашни. Не имея материалов анализа и оценки предыдущих антропогенных воздействий на ландшафты края нельзя правильно представить себе степень остроты деструктивных процессов на их территории и дать обоснованный прогноз дальнейшего развития экологических проблем. В ландшафтах, где антропогенная нагрузка сбалансирована с природными возможностями ландшафта, деградация почв и негативные экологические ситуации не возникают. Поскольку в границах ландшафтов и их более мелких таксономических единиц не проводится сбор статистических сведений по видам и интенсивности сельскохозяйственных воздействий, то антропогенные нагрузки определялись по базовым группам хозяйств, лежащих всей своей территорией в границах каждого из 24 ландшафтов края. При анализе ландшафтов и агроландшафтов крайне важно знать масштабы антропогенной нагрузки. Для оценки сельскохозяйственной нагрузки на агроландшафты Ставропольского края использовались и обрабатывались данные государственной статистики по сельскому хозяйству за 1984 и годы, годы максимальной интенсификации земледелия и наибольшего поголовья скота в крае. Некоторые авторы (Дербинова, Сороковикова, 1983;

Шлейнис, 1992) предпринимали попытки оценивать антропогенную нагрузку с применением показателей государственной статистики. При этом основой служили пять основных показателей: доля сельскохозяйственных угодий (%) в площади рассматриваемой административной единицы, часть пашни (%) в этих угодьях, нормы внесения минеральных и органических удобрений, поголовье скота. В соответствии с предлагаемой авторами градацией этим показателям присваивался балл. На основании суммы баллов оценивали агрогенную нагрузку на территорию изучаемого региона. Например, для всех административных районов Литвы была проведена оценка агрогенной нагрузки на почвенный покров (Шлейнис, 1992). Вместе с тем названная выше методика не включает все основные виды оценки сельскохозяйственной нагрузки и нуждается в дополнении. Более полная методика оценки сельскохозяйственной нагрузки разработана в Смоленском НИИ сельского хозяйства (Харламов, 2001). Однако она не подходит для Ставропольского края, поэтому была разработана собственная методика (Каторгин, 2003а), приведенная ниже. Согласно Н.Ф. Реймерсу (1994), при расчете сельскохозяйственной нагрузки использовались 2-х балльные (норма и риск) и 4-х балльные (норма, риск, кризис и бедствие) шкалы. Расчет агрогенной нагрузки: доля сельскохозяйственных угодий в общей площади земель < 90 % - 1 балл;

> 90 % - 2 балла. доля пашни к площади сельскохозяйственных угодий < 30 % - 1 балл;

31 60 % - 2 балла;

61 - 80 % - 3 балла;

> 80 % - 4 балла;

доля паров к площади сельскохозяйственных угодий < 5 % - 1 балл;

5 - 10 % - 2 балла;

11 - 15 % - 3 балла;

> 15 % - 4 балла. Суммируя баллы вышеперечисленных показателей, получаем совокупный балл агрогенной нагрузки (рис. 12).

Рис. 12. Совокупная агрогенная нагрузка на земли в агроландшафтах Ставропольского края. Расчет мелиоративной нагрузки: доля орошаемых земель к площади сельскохозяйственных угодий < 5 % 1 балл;

5 - 10 % - 2 балла;

11 - 15 % - 3 балла;

> 15 % - 4 балла. Расчет нагрузки скота: Существующее поголовье скота переводилось в условные головы (УГ) через коэффициенты: коровы – 1,0;

крупный рогатый скот – 0,6;

лошади – 0,75;

молодняк лошадей – 0,6. Поголовье свиней и птиц в расчет не бралось, так как данные животные содержатся исключительно на фермах и на пастбища не выводятся. Далее рассчитывались условные головы скота, приходящиеся на 100 гектаров сельскохозяйственных угодий. < 10 гол. – 1 балл;

10 – 20 гол. – 2 балла;

20 – 30 гол. – 3 балла;

> 30 гол. – 4 балла. Нагрузка овец рассчитывалась отдельно из-за более интенсивного воздействия данного типа животных на пастбища. За 1 балл был принят норматив нагрузки овец на пастбища по 4-м агроклиматическим зонам: 1-я – 0, голов на гектар;

2-я – 2,5 головы;

3-я – 5,5 голов;

4-я – 8 голов. По приведенным нормативам была разработана таблица оценки нагрузки овец. Таблица 5 Оценка нагрузки овец, голов/гектар агроклиматическая зона 1 2 3 4 1 балл 0,5 и менее 2,5 и менее 5,5 и менее 8 и менее 2 балла 0,6 – 1 2,6 – 5 5,6 – 11 8,1 – 16 3 балла 1 – 1,5 5,1 – 7,5 11,1 – 16,5 16,1 – 24 4 балла 1,6 и более 7,6 и более 16,6 и более 24,1 и более Через деление площади пастбищ на количество овец по ядровым группам хозяйств была вычислена нагрузка овец на 1 гектар пастбищ. Суммируя показатели, получаем совокупный балл нагрузки скота. Данные, полученные по расчету сельскохозяйственной нагрузки, представлены в таблице 6 и показаны на рис. 13. Как видно из рис. 13, наименьшую суммарную сельскохозяйственную нагрузку, близкую к норме (9 баллов) имеют Верхнеегорлыкский и Воровсколесско-Кубанский ландшафты, что связано с относительно высокой расчлененностью рельефа и связанной с этим невысокой нагрузкой на земли. Кризисную нагрузку или близкую к кризисной имеет большинство степных и часть полупустынных ландшафтов, где ввиду невысокой расчлененности рельефа высока степень агрогенной нагрузки, составляющая 8 и более баллов (рис. 12), а также значительны нагрузки скота.

Таблица 6. Расчет суммарной сельскохозяйственной нагрузки на ландшафты Ставропольского края.

Нагрузка, (баллов) Агрогенная нагрузка Мелиоративная Общий балл 9 11 15 10 15 11 14 16 14 15 14 16 11 16 16 12 10 12 17 13 9 12 15 № п/п Ландшафты 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 Верхнеегорлыкский Прикалаусско-Саблинский Ташлянский Грачевско-Калаусский Прикалаусско-Буйволинский Егорлыкско-Сенгилеевский Расшеватско-Егорлыкский Среднеегорлыкский Бурукшунский Нижнекалаусский Айгурский Карамык-Томузловский Кубано-Янкульский Левокумский Правокумско-Терский Курско-Прикаспийский Нижнекумско-Прикаспийский Чограйско-Рагулинский Западно-Манычский Прикубанский Воровсколесско - Кубанский Подкумско-Золкинский Малкинско-Терский Кубано-Малкинский 4 7 8 6 8 7 7 8 8 9 8 9 7 10 9 6 5 6 9 6 5 6 8 1 1 2 1 1 1 2 3 1 1 1 2 1 1 1 1 1 1 2 2 1 1 2 Скота 4 3 5 3 4 3 5 5 5 5 5 5 3 5 6 5 4 5 6 5 3 5 5 Рис. 13. Сельскохозяйственная нагрузка на агроландшафты Ставропольского края. Агроландшафты имеют различную степень почвенного плодородия, и, соответственно, различную степень устойчивости к сельскохозяйственным нагрузкам. Поэтому сельскохозяйственные нагрузки были пересчитаны с учетом бонитировочных баллов почвенного плодородия. Агрогенная и мелиоративная нагрузки были поделены на средневзвешенный по агроландшафтам балл бонитета пашни, нагрузка скота – на балл бонитета сельскохозяйственных угодий, а нагрузка овец – на балл бонитета пастбищ. Полученные коэффициенты приведены в таблице 7, по суммарному коэффициенту создана тематическая карта (рис. 14).

Таблица 7 Коэффициенты сельскохозяйственных нагрузок приходящихся на 1 балл бонитета почв Суммарное значение коэффициентов 0,219 0,208 0,263 0,222 0,254 0,202 0,198 0,296 0,335 0,417 0,493 0,327 0,268 0,421 0,409 0,484 0,437 0,582 0,688 0,218 0,178 0,188 0,377 0,145 Балл бонитета № ландшафта сельскохозяйственных угодий агрогенной нагрузки Коэффициенты мелиоративной нагрузки нагрузки скота нагрузки овец 0,029 0,025 0,022 0,027 0,026 0,025 0,032 0,049 0,107 0,114 0,177 0,051 0,030 0,094 0,127 0,199 0,164 0,238 0,191 0,026 0,025 0,018 0,069 0, 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 37,0 51,9 56,6 43,3 50,7 48,5 72,0 53,7 43,8 37,4 28,9 49,8 39,5 39,1 41,6 23,7 20,6 20,3 25,0 59,0 48,2 63,4 40,0 67, 46,1 55,7 59,0 46,9 53,5 58,7 72,7 57,6 49,4 40,0 32,0 50,9 42,6 39,9 42,6 28,9 26,8 23,7 26,4 64,4 54,0 65,3 43,0 71, 34,6 40,5 45,5 37,5 38,6 40,2 63,4 40,8 28,1 26,4 22,6 39,5 33,4 31,8 31,5 20,1 18,3 16,8 20,9 38,3 39,9 55,8 29,0 63, пастбищ пашни 0,087 0,126 0,136 0,128 0,150 0,119 0,096 0,139 0,162 0,225 0,250 0,177 0,164 0,251 0,211 0,208 0,187 0,253 0,341 0,093 0,093 0,092 0,186 0, 0,022 0,018 0,034 0,021 0,019 0,017 0,028 0,052 0,020 0,025 0,031 0,039 0,023 0,025 0,023 0,035 0,037 0,042 0,076 0,031 0,019 0,015 0,047 0, 0,081 0,039 0,071 0,046 0,059 0,041 0,042 0,056 0,046 0,053 0,035 0,060 0,051 0,051 0,048 0,042 0,049 0,049 0,080 0,068 0,041 0,063 0,075 0, Рис. 14. Суммарный коэффициент сельскохозяйственных нагрузок на агроландшафты Ставропольского края. Анализируя рис. 14 можно сделать вывод, что возрастание суммарного коэффициента сельскохозяйственных нагрузок имеет четко выраженный зональный характер. С увеличением более чем в 3 раза от предгорных ландшафтов к полупустынным ландшафтам Терско-Кумской низменности и Кумо-Манычской впадины. Это связано как с уменьшение балла почвенного плодородия в восточном и северо-восточном направлении, так и с достаточно высокими нагрузками на ландшафты сухих степей и полупустынь.

4.3. Обобщенная оценка степени деградации почвенного покрова агроландшафтов края Важность выявления характера деградационных процессов в границах структурных единиц природных ландшафтов. Существующее, да лекое от оптимального, плодородие почв агроландшафтов Ставропольского края является следствием долголетнего нерационального их использования, неадаптивностью земледелия к особенностям рельефа, нерациональным зем леустройством, слабым внедрением почвозащитных технологий, незавершенностью систем противоэрозионной защиты. Расширился спектр деградационных процессов в крае, интенсивность их проявления и охват территории. Распаханность предгорий Большого Кавказа и протяженных склонов Ставропольской возвышенности, приводит к интенсивной водной эрозии, а высокая доля пашни в сельхозугодьях в комплексе с засушливым климатом и большим количеством ветровых коридоров на западе и песчаных почв на востоке края – к ветровой эрозии. Обширное распространение на территории Терско-Кумской низменности, Кумо-Манычской впадины и Янкульской депрессии соленосных морских отложений в совокупности с развитой мелиоративной сетью способствуют активным процессам вторичного засоления почв. Интенсивные технологии обработки пашни, недостаточное внесение снижению минеральных содержания и в органических них удобрений приводят к агрохимической деградации – потере естественного плодородия почв и питательных веществ. Развитая промышленность в городах Кавказских Минеральных Вод, Невинномысске, Ставрополе, Буденновске, нефтяные промыслы на востоке края, наличие в западной части края развитой дорожной сети и т.п. привели к загрязнению почв химическими элементами. Поскольку каждый природный ландшафт и его структурные единицы обладают определенными природными особенностями, которые способствуют или сдерживают развитие деградационных процессов, очень важно проводить анализ деградационных процессов сразу на нескольких геосистемных уровнях – от фаций до провинций ландшафтов. Вычленить особенности протекания деградационных процессов и связь их с природными свойствами хотя бы на уровне крупных природнотерриториальных комплексов ранга ландшафтов очень трудно, поскольку основная базовая информация не увязана с природными структурами, а привязана к административным единицам территории отдельных хозяйств, районов, края. Поэтому объективную оценку деградационным процессам можно дать только крупным природным единицам – ландшафтам, используя данные почвенных обследований крупных хозяйств, лежащих в границах ландшафтов края. В адаптивно-ландшафтном земледелии идентификация деградационных процессов, оценка их вредоносности, площади поражения очень важны, как и в медицине при анализе-диагнозе-прогнозе и лечении болезней. Неустойчивость деградированных почв в агроландшафте, не купированная целой системой защитных и реанимационных мероприятий, может стать очагом экологического бедствия, полного подрыва плодородия почв и сельскохозяйственного производства.

Агрохимическая деградация почв пашни. Агрохимическое обследо вание проводится с целью агрохимической оценки почв и контроля за изменением почвенного плодородия. Прослежена динамика изменения средневзвешенных значений почвенного плодородия агроландшафтов Ставропольского края за период с 1986-1988 годов до 2003 года по следующим показателям: содержанию гумуса в пашне (метод Тюрина в модификации ЦИНАО);

содержанию подвижного фосфора в пашне (метод Мачигина в модификации ЦИНАО);

содержанию обменного калия в пашне (метод Мачигина в модификации ЦИНАО);

При определении средневзвешенных показателей за 100% принималась фактически обследованная площадь в ядровых группах хозяйств ландшафтов, с помощью SQL-запросов были просчитаны средние значения показателей почвенного плодородия по 286 хозяйствам в 24 ландшафтах (таблица 9). При характеристике почв по обеспеченности элементами питания по ландшафтам Ставропольского края и pH мы пользовались следующими группировками, принятыми в Агрохимическом центре «Ставропольский» (Агрохимическая характеристика…, 1988;

Группировки почв…, 2003;

Подколзин, 1997) (таблица 8).

Таблица 8 Группировки почв по содержанию питательных веществ.

Группы почв по содержанию питательных веществ Очень низкое Низкое Среднее Повышенное Высокое Очень высокое Содержание в мг/кг почвы подвижный фосфор Менее 10 11 - 15 16 – 30 31 – 45 46 – 60 Более 60 обменный калий Менее 100 101 - 200 201 – 300 301 – 400 401 – 600 Более 600 Содержание гумуса в % Менее 2,0 2,1 – 4,0 4,1 – 6,0 6,1 – 8,0 8,1 – 10,0 Более 10, В результате вычислений были определены изменения содержания питательных веществ в пашне агроландшафтов Ставропольского края за 1988 – 2003 гг., показанные на картах-схемах, построенных методом диапазонов с помощью ГИС MapInfo (рис 15 – 17). Как видно из выше приведенных данных, изменения показателей плодородия по агроландшафтам края неоднозначны. В большинстве агроландшафтов, особенно в западной части края отмечается убыль гумуса и обменного калия, хотя эти изменения и не выходят за рамки групп обеспеченности. Можно говорить о тенденции снижения почвенного плодородия, не поддерживаемого внесением органических и калийных удобрений, особенно в период реформирования сельского хозяйства. По фосфору тенденции изменения менее тревожные. Возможно, это связано с тем, что еще не истощены запасы подвижного фосфора, накопленные в предреформенный период, когда в почву вносилось ежегодно достаточное количество фосфорных удобрений.

Таблица 9 Средневзвешенные значения содержания питательных веществ и их изменение в пашне агроландшафтов Ставропольского края (слой 0 – 20 см).

Содержание обменного калия на 1.01.1986 г. в мг/кг почвы Содержание обменного калия на 1.01.2003 г. в мг/кг почвы 397,2 318,2 274,0 365,4 303,5 377,7 383,0 369,1 421,7 372,0 403,4 345,0 364,9 390,0 374,4 436,6 463,0 423,9 434,1 306,5 335,2 412,0 423,8 235,0 Изменение содержания обменного калия за 1986 – 2003 гг. (%) -68,20 26,30 -24,90 -27,10 -20,20 -30,90 -26,20 -33,90 -46,70 -43,80 -12,30 34,80 -15,60 3,30 5,00 5,00 3,90 -26,60 -57,90 -0,90 0,10 50,50 82,50 -59,00 Изменение содержания гумуса за 1988 – 2003 гг. (%) Содержание подвижного фосфора на 1.01.1986 г. в мг/кг почвы Содержание подвижного фосфора на 1.01.2003 г. в мг/кг почвы 19,5 25,4 16,8 19,3 21,6 17,9 19,9 17,4 16,6 18,6 24,0 24,8 19,4 25,7 28,2 27,4 26,9 32,6 23,8 26,5 18,4 29,6 26,3 37,0 Изменение содержания подвижного фосфора за 1986 – 2003 гг. (%) Содержание гумуса на 1.01.1988 г. в % 4,76 3,81 3,24 2,90 2,90 3,55 3,57 2,81 2,63 2,33 2,03 2,91 4,13 1,87 2,30 1,67 1,37 1,22 1,98 6,11* 5,14 4,76 2,30 н/д Содержание гумуса на 1.01.2003 г. в % 4,14 3,33 3,21 3,12 2,86 387 3,19 2,82 2,72 2,35 1,93 2,74 3,80 1,77 2,10 1,53 1,49 1,48 1,80 4,08* 4,69 4,24 2,34 6, № ландшафта 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 -0,62 -0,48 -0,03 0,22 -0,04 0,32 -0,38 0,01 0,09 0,02 -0,10 -0,17 -0,33 -0,10 -0,20 -0,14 0,12 0,26 -0,18 -2,03* -0,45 -0,52 0,04 н/д 26,5 18,4 17,9 20,5 18,2 16,4 23,0 18,1 19,8 17,7 17,5 14,7 18,3 16,8 16,5 22,8 20,8 22,2 27,7 28,0 13,2 21,4 17,9 31, -7,00 7,00 -1,10 -1,20 3,40 1,50 -3,10 -0,70 -3,20 0,90 6,50 10,10 1,10 8,90 11,70 4,60 6,10 10,40 -3,90 -1,50 5,20 8,20 8,40 6, 465,4 291,9 298,9 392,5 323,7 408,6 409,2 403,0 468,4 415,8 415,7 310,2 380,5 386,7 369,4 431,6 459,1 450,5 492,0 307,4 335,1 361,5 341,3 294, * к данным по содержанию гумуса в хозяйствах 20-го ландшафта следует относиться критично. Возможно, это связано с тем, что в некоторых хозяйствах, входящих в данный ландшафт, была использована другая методика определения содержания гумуса.

Рис. 15. Изменение содержания гумуса в пашне агроландшафтов Ставропольского края за период с 1988 по 2003 гг. (%).

Рис. 16. Изменение содержания подвижного фосфора в пашне агроландшафтов Ставропольского края за период с 1986 по 2003 гг. (мг/кг почвы).

Рис. 17. Изменение содержания обменного калия в пашне агроландшафтов Ставропольского края за период с 1986 по 2003 гг. (мг/кг почвы).

Загрязнение почв химическими элементами. По мере ухудшения эко логического состояния окружающей среды Ставрополья приобретает все большую актуальность вопрос загрязнения такого важнейшего компонента ландшафтов, как почвы. Для анализа загрязненности почв ландшафтов края нами были использованы результаты мелкомасштабной экогеохимической съемки Ставрополья, выполненной в 1994 году Геоэкологической партией Центральной геологосъемочной экспедицией (ЦГСЭ) Регионального геологического центра (РГЦ) «Севкавгеология», положенные в основу Карты загрязненности почв и донных отложений Ставропольского края химическими элементами (Карта загрязненности…, 1994;

Пояснительная записка…, 1994). Для всех загрязняющих почвы химических элементов были рассчитаны статистические параметры, в том числе, определены «Ставропольские» фоны, значения которых необходимы при расчете суммарного показателя загрязненности (Zc), поскольку экогеохимические аномалии имеют полиэлементный состав (Пояснительная записка…, 1994).

Суммирование концентраций элементов осуществлено по методике, изложенной в «Методических указаниях…» (1987), согласно которым:

Zc = Kc ( n 1) i n где Kc – коэффициент концентрации Kc = Ci – реальное содержание элемента Ci Cф Сф – фоновое содержание того же элемента n – число суммируемых элементов. В качестве шкалы для создания тематической карты, показывающей средневзвешенное значение суммарного показателя загрязненности (Zc) почв в ландшафтах края химическими элементами мы взяли диапазоны, приведенные в «Пояснительной записке к карте загрязненности почв и донных отложений Ставрополья химическими элементами» (1994) и показанное в таблице 10. В результате перевода в векторный цифровой формат «Карты загрязненности почв и донных отложений Ставропольского края химическими элементами» и применения оверлейных операций были вычислены средневзвешенные значения Zc и построены тематическая карта (рис. 18).

Таблица 10 Схема оценки почв Ставрополья с использованием показателя суммарного загрязнения химическими элементами.

Pages:     || 2 |



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.