CC BY
53
УДК 504.54
Канд. геогр. наук А.Г. ОСИПОВ (BKA им. А.Ф. Можайского, zoyaks@yandex.ru) Канд. экон. наук В.В. ГАРМАНОВ (СПбГАУ, garmanovvVvmail.m)
МЕТОДИКА ИНТЕГРАЛЬНОЙ ОЦЕНКИ СОСТОЯНИЯ И УСТОЙЧИВОСТИ ПОЧВ ПРИ МОНИТОРИНГЕ ЗЕМЕЛЬ ПРИРОДНО-АГРАРНЫХ СИСТЕМ
Интегральная оценка состояния и устойчивости почв, индекс устойчивости, эколого-геохимическая устойчивость, геоморфологическая устойчивость, устойчивость к эрозионному смыву
Современный этап развития человечества характеризуется нарастанием противоречий между человеческим обществом и окружающей средой. Обширная территория нашей страны создает ошибочное представление о неисчерпаемости земель сельскохозяйственного назначения. Фактически же земельные ресурсы России значительно ограничены для аграрного использования. Это обусловлено природно-климатическими особенностями территории, негативным антропогенным воздействием и нерациональным использованием земель.
В этих условиях особое значение приобретает реализация в аграрной отрасли Концепции перехода Российской Федерации к устойчивому развитию. Эффективное решение этой задачи невозможно без организации государственного мониторинга земель, суть которого заключается не только в слежении за каким-либо параметром состояния земли или в целом антропогенного измененного ландшафта во времени, но и в исследовании механизмов различных природных процессов [1].
Вопросам оценки земель природно-аграрных систем посвящено множество отечественных и зарубежных работ, отметим лишь некоторые из них: Романова и др., 1988; Barret, 1992; Николаев, 1992; Яцухно, 1995; Каштанов и др., 1994; Krewza, 1994; Солодовников, 1996; Володин и др., 2000; Брилевский и др., 2001; Власова, 2002; Осипов А., 2003, 2004; Кирюшин, 2005; Арефьев Н.В., 2011; Лопырев и др., 2012; Malezieux, 2012; Осипов А. и др., 2015 и другие. Однако теоретические основы интегральной оценки состояния и устойчивости почв природно-аграрных систем разработаны еще не достаточно.
Частные оценки представляют собой сопоставление отдельных исходных характеристик с принятыми фоновыми уровнями и нормами. Они составляют основу комплексных и многокритериальных оценок [2]. Комплексные оценки в отличие от частных устанавливают значимости объекта по совокупности показателей [3, 4]. Многокритериальные (синтетические) оценки устанавливают значимость объекта путем построения вектора значений нормированных показателей, характеризующих данный объект, или путем свертывания информации о состоянии объекта в виде некоторой функции желательности.
Интегральная оценка предполагает наличие этапа, связанного с объединением в одно целое ранее разнородных (многокритериальных) оценок с учетом их вклада в общую оценку
[5].
Для оценки состояния и устойчивости почв природно-аграрных систем наиболее подходит интегральный подход, учитывающий степень влияния каждого фактора на конечный результат.
В природопользовании термин «устойчивость» используется в следующих значениях: инертность - способность экосистем сохранять при внешнем воздействии исходное состояние в течение некоторого времени; пластичность - способность экосистем переходить из одного состояния равновесия в другое, сохраняя при этом внутренние связи; восстанавлиемость - способность экосистем возвращаться в исходное состояние после временного внешнего воздействия. При этом если первые два понятия трактуются как адаптационная устойчивость - способность экосистем сохранять исходное состояние или
плавно переходить в другое состояние, сохраняя при этом внутренние связи, то третье понятие как регенерационная - способность экосистем многократно восстанавливать свои свойства, возвращаться в исходное состояние после временного внешнего воздействия [4].
Для интегральной оценки состояния почвенного покрова предлагается использовать пять показателей: 1) естественное плодородие почв; 2) заболоченность почв; 3) завалуненность почв; 4) эродируемость почв; 5) энергоемкость почв, а для оценки устойчивости почв три показателя: 1) устойчивость почв к загрязнению тяжелыми металлами; 2) устойчивость почв к закислению; 3) устойчивость почв к эрозионному смыву. При этом устойчивость почв к загрязнению тяжелыми металлами и закислению следует рассматривать как скорость их «самоочищения» от продуктов техногенеза, то есть их способность к восстановлению своего нормального функционирования после прекращения антропогенного воздействия. В этом случае показателем степени устойчивости почвы является продолжительность периода восстановления своего исходного геохимического состояния. Следовательно, на устойчивость почв к загрязнению тяжелыми металлами и закислению наряду с геохимическими показателями влияет и их местоположение в ландшафтно-географическом пространстве. В то время как устойчивость почв к эрозионному смыву следует рассматривать с точки зрения их способности сохранять исходное состояние или плавно переходить в другое состояние, без нарушения внутренних связей.
Кратко рассмотрим особенности каждого фактора, участвующего в интегральной оценке состояния и устойчивости почвенного покрова.
Естественное плодородие почв - их способность обеспечивать потребности растений в факторах и условиях жизни. Оно характеризует природные возможности почв производить растительную сельскохозяйственную продукцию. Данный вид плодородия обусловлен химическим, физическим и биологическим состояниями почв. Результаты оценки естественного плодородия целесообразнее всего выражать в баллах бонитета, учитывающих связь свойств почвы с уровнем урожайности основных сельскохозяйственных культур [6]. Бонитировка проводится по основным, устойчивым во времени, свойствам почв, коррелирующим со средней многолетней урожайностью производимых на них культур. Сопоставимость агроклиматических условий и интенсивности земледелия достигается путём природно-сельскохозяйственного зонирования территории с выделением сравнительно однородных по указанным признакам - земельно-оценочных районов.
Заболоченность почв - их переувлажнение. Она ухудшает водно-физические свойства почв, снижает производительность сельскохозяйственной техники, усложняет структуру почвенного покрова, приводит к уменьшению урожайности сельскохозяйственных культур. В зависимости от степени переувлажнения и механического состава почв недобор урожая изменяется от 5% на временно избыточно увлажняемых почвах легкого механического состава до 50% на суглинистых и глинистых глеевых почвах.
Завалуненность почв - их «загрязненность» камнями. Она зависит от гранулометрического состава почвообразующих пород. Степень завалуненности определяется по суммарному объему камней (крупнее 5 см в диаметре), находящихся на поверхности почвы и в слое 30 см. Завалуненность пахотных земель приводит к потере их полезной площади от 3 до 15%, способствует развитию сорняков, снижает производительность сельскохозяйственных машин на 10 - 25%, увеличивает себестоимость полевых работ, ухудшает качество обработки почв и, как следствие, ведет к снижению урожайности сельскохозяйственных культур. При сильной завалуненности почв (40 куб. м / га и более) недобор урожая может достигать 19%.
Эродируемость почв - их разрушение стоком дождевых осадков и талых вод. Она снижает продуктивность почв и затрудняет рациональное использование земель. По степени эродированности почвы рекомендуется делить на пять групп: не затронутые эрозией, слабоэродированные, среднеэродированные, сильноэродированные и разрушенные эрозией. Характер протекания и интенсивность эрозионных процессов зависят от особенностей
геоморфологического строения территории, в первую очередь от крутизны склонов, их длины и формы. Эрозия начинает проявляться при крутизне склонов 0,5 - 2,0 градуса. Изменение длины склона с 400 до 500 м ведет к увеличению смыва почвы с 18 до 25 т/га. Слабая эрозия приводит к недобору урожая на 15%, средняя - на 34%, а сильная - на 51%.
Энергоемкость почв - их сопротивление почвообрабатывающим орудиям. Она характеризуется физическим состоянием почв - плотностью и связностью. Для её оценки используются показатели удельного сопротивления плуга по данным зональных нормативно-исследовательских станций. Энергоёмкость почв оценивается в баллах. За 100 баллов принимается удельное сопротивление почв плугу 0,5 кгс/см2. Баллы энергоёмкости почв обратно пропорциональны производительности машинно-тракторных агрегатов и прямо пропорциональны расходу топлива.
Устойчивость почв к загрязнению тяжелыми металлами - их способность противостоять переходу тяжелых металлов в почвенный раствор. Большая часть тяжелых металлов поступает в почву с минеральными удобрениями и атмосферными осадками. К почвенным условиям, значительно влияющим на доступность тяжелых металлов, относятся: гранулометрический состав почвы, ее кислотность, содержание органического вещества, катионообменная способность и гидрофизические свойства почвы. Почвы с высокой адсорбционной способностью могут удерживать значительное количество тяжелых металлов, особенно в верхних горизонтах. Тяжелые металлы значительно ограничивают биологическую деятельность, ингибируют процессы нитрификации, которые влияют на плодородие почв.
Устойчивость почв к закислению - их способность противостоять повышению концентрации ионов водорода в почвенном растворе и в почвенном поглощающем комплексе. Кислотность обусловлена выщелачиванием оснований из верхних горизонтов почвы под воздействием промывного режима и замещением их водородом молекул воды или водородом органических и минеральных кислот. На повышение кислотности почв влияют атмосферные осадки, поглощение почвой из воздуха кислотообразующих компонентов в ходе микробиологических, химических и физических процессов и внесение высоких доз минеральных удобрений, особенно азотных. Повышение кислотности почв обусловлено наличием в почве органических и неорганических коллоидов, несущих ионы водорода и алюминия, и недостатком кальция, магния и других щелочных элементов. Одним из негативных воздействий является повышение мобильности алюминия, который обладает свойствами фитотоксиканта.
С учетом вышеизложенного для определения устойчивости почв к загрязнению тяжелыми металлами и закислению предлагается использовать следующие зависимости:
Ук=КхВк+УрхВр,- (1)
Ум = М хВм + Ур хВр, (2)
где Ук, Ул, - взвешенный балл почвенной единицы, характеризующий ее устойчивость соответственно к закислению и к загрязнению тяжелыми металлами; К, М - балл, характеризующий эколого-геохимическую устойчивость почвенной единицы соответственно к закислению и к загрязнению тяжелыми металлами; Вк, Вм - весовой коэффициент, характеризующий влияние геохимических особенностей почв на их устойчивость соответственно к закислению и к загрязнению тяжелыми металлами (в нашем случае Вк, Вм = 0,6); Ур - балл, характеризующий геоморфологическую устойчивость почвенной единицы к закислению и к загрязнению тяжелыми металлами; Вр - весовой коэффициент, характеризующий влияние геоморфологических особенностей территории на устойчивость почв к закислению и к загрязнению тяжелыми металлами (в нашем случае Вр = 0,4).
Для определения эколого-геохимической устойчивости почвенной единицы соответственно к загрязнению тяжелыми металлами и закислению предлагается использовать эмпирические зависимости, приведенные в работе [7]:
К = [(а + а!) /(о + г + об)] /[(о + г + об + к + с + ов) /(а + а1)]; (3)
М = [(а + ов + м) /(о + г + е)] /[(о + г + е + а! + к + с) (а + ов + м)], (4)
где К, М - уровень эколого-геохимической устойчивости почв соответственно к закислению и к загрязнению тяжелыми металлами; а - влияние кислотно-щелочных условий на устойчивость почвы к кислотным воздействиям и к загрязнению тяжелыми металлами; м - влияние вечной мерзлоты в пределах слоя 0 - 100 см на устойчивость почвы к загрязнению тяжелыми металлами; аI - влияние аморфных гидроксидов Ре + А1 на устойчивость почвы к кислотным воздействиям и к загрязнению тяжелыми металлами; о, г - влияние мощности горизонтов соответственно О+АО и А на устойчивость почвы к кислотным воздействиям и к загрязнению тяжелыми металлами; е - влияние емкости поглощения катионов, находящихся в гумусовом горизонте и горизонте АО, на устойчивость почвы к загрязнению тяжелыми металлами; об - влияние суммы обменных оснований в органических и гумусовых горизонтах на устойчивость почвы к кислотным воздействиям; к - влияние имеющихся в почве карбонатов на ее устойчивость к кислотным воздействиям и к загрязнению тяжелыми металлами; с - влияние содержащегося в почве обменного Ыа на ее устойчивость к кислотным воздействиям и к загрязнению тяжелыми металлами; ов - влияние окислительно-восстановительных условий на устойчивость почвы к кислотным воздействиям и к загрязнению тяжелыми металлами.
Геоморфологическая устойчивость почвенной единицы к загрязнению тяжелыми металлами и закислению рассчитывается по следующей зависимости:
п
Ур=И х БЩ1-, (5)
7=1
где Ур - степень влияния геоморфологического строения территории на устойчивость почв к закислению и загрязнению тяжелыми металлами; - доля земель с /-ым уклоном; Б},р - балл, характеризующий степень влияния /-го уклона на устойчивость почв к закислению и загрязнению тяжелыми металлами (табл.).
Таблица. Квалиметрическая шкала для оценки влияния рельефа на устойчивость почв к загрязнению тяжелыми металлами и закислению
Наименование показателя Код Градации показателя Балл влияния
41 более 12,25 10
42 8,75 - 12,25 8
Уклон рельефа, % Яз 5,25 - 8,75 6
44 1,75 - 5,25 4
45 0 - 1,75 2
Устойчивость почв к эрозионному смыву - их способность противостоять процессам смыва дождевыми осадками и талыми водами. Она зависит от эрозионного потенциала дождевых осадков, смываемости почв на его единицу, эрозионного потенциала рельефа и почвозащитных свойств растительного покрова и агротехники. Для ее определения предлагается использовать следующую эмпирическую зависимость [8, 9]:
Сд=Д хПдхР хКд, (6)
где Од - модуль смыва почвы от стока дождевых осадков, т/гахгод; Д - эрозионный потенциал дождевых осадков; П - смываемость почвы на единицу эрозионного потенциала, т/га; Р - эрозионный потенциал рельефа; Кд - безразмерный коэффициент, учитывающий почвозащитные свойства растительного покрова и агротехники.
Рекомендуемая зависимость (6) для оценки устойчивости почв к водной эрозии наиболее приемлема как в отношении затрат на производство расчетов, так и по возможности получения информации, необходимой для их реализации. Результаты расчетов по данной модели для контрольных участков хорошо согласуются с результатами расчетов,
полученными по теоретической модели Ц.Е. Мирцхулавы. Коэффициент корреляции 0,95-0,96 [9].
Охарактеризуем показатели приведенной эмпирической зависимости.
Эрозионный потенциал дождевых осадков представляет собой сумму произведений кинетической энергии дождей на их максимальную 30-минутную интенсивность. Он определяется по следующей зависимости:
Д = 0,25841#х /50-0,14921, (7)
где Н - слой выпавших осадков, мм; /зо - максимальная интенсивность дождя за 30-минутный интервал времени, мм/мин.
Для дождей с максимальной интенсивностью менее 0,1 мм/мин. эрозионный потенциал следует вычислять по зависимостям, представленным в работе, т.к. зависимость (7) дает в данном случае заниженные результаты. При расчете потенциала учитываются дожди со слоем осадков 10 мм и более.
По рассчитанным значения эрозионного потенциала дождевых осадков составлялась картограмма изолиний эрозионного потенциала дождевых осадков с привязкой к метеостанциям.
Смываемостъ почв и эрозионный потенциал рельефа определяются по графикам, представленным в работе [9].
Расчет коэффициента почвозащитных свойств растительного покрова и агротехники осуществляется по следующей зависимости:
т п
кд= Е[(ЕД^/х77;.//10000)х^]/100, (8)
/=1 1=1
где Д- j - эрозионный потенциал дождевых осадков в /-тый период развития /-ой группы культур; П\ ■ - коэффициент смыва почвы в /-тый период развития /-ой группы
культур, %; /•', - площадь посевов под /-ой группой культур, га; у - возделываемые группы культур7 =1, /?/; / - периоды возделывания групп культур / = 1, п.
Интегральная оценка состояния и устойчивости почв при мониторинге природно-аграрных систем. Процедура интегральной оценки состояния и устойчивости почв начинается с построения «дерева свойств» (рис.).
0 уровень . 1 уровень , II уровень . Ш уровень
Уровни «дерева свойств» Рис. «Дерево свойств», используемое для интегральной оценки состояния и устойчивости почв при мониторинге земель природно-аграрных систем
В основу построения «дерева свойств» закладываются следующие принципы: 1) деление в пределах каждой отдельной группы должно выполняться по единому признаку, то есть по равному основанию; 2) каждое комплексное свойство должно быть разделено на ближайшем вышестоящем уровне на такие свойства, число и характер которых соответствуют требованиям необходимости и достаточности; 3) в пределах группы не могут одновременно находиться родовые и видовые свойства; 4) количество уровней в «дереве свойств» должно быть таким, чтобы в каждой группе находилось минимальное количество свойств (в идеале два); 5) разбиение свойств должно быть продолжено до тех пор, пока не будет достигнут самый высокий уровень, на котором находятся элементарные и квазиэлементарные свойства.
Затем для каждого элементарного свойства, входящего в «дерево свойств», определяют абсолютное значение его показателя и нормированный коэффициент весомости (важности), по следующей зависимости:
(9)
где Р] - нормированный коэффициент весомости (важности) /-го элементарного (квазиэлементарного) свойства; Р]У.Р]п - средние ненормированные коэффициенты
весомости (важности) 1-го и п-го уровней «дерева свойств», иерархически связанных в пределах одной ветви с /-м элементарным (квазиэлементарным) свойством; п - количество уровней в дереве свойств.
После чего определяются относительные значения элементарных свойств с использованием следующих зависимостей:
ПРи ™Р] <М;Р> ^ т> > М>р, (10,11)
где - относительное значение показателя, характеризующего /-ое элементарное свойство р-то почвенного выдела; \\'Р1 - абсолютное значение показателя, характеризующего у'-ое элементарное свойство р-то почвенного выдела; м>р - эталонное абсолютное значение показателя, характеризующего у-ое элементарное свойство; МР1 -меняется в пределах от 0 до 1 (0<Дд,<1).
Затем определяется сводный показатель, характеризующий состояние и устойчивость почвенного выдела в целом, для его получения используется следующая зависимость:
(12)
./=1
где /<4>р - сводный показатель, характеризующий состояние и устойчивость р-го почвенного выдела.
Разработанные методические подходы к реализации процедуры интегральной оценки состояния и устойчивости почв при мониторинге земель природно-аграрных систем являются научно-методической основой и инструментом для выполнения исследований при аграрном освоении природной среды. Они могут успешно применяться: при разработке проектных предложений по формированию природно-аграрных систем; при решении оптимизационных эколого-экономических задач в области аграрного освоения территории; при выполнения землеустроительных работ и при разработке схем территориального планирования [10].
Литература
1. Попович П.Р., Басманов А.Е., Горбачев В.В. и др. Мониторинг состояния земель - М.: Буквица, 2000. - 384 с.
2. Гродзинский М.Д. Устойчивость геосистем: Теоретический подход к анализу и методы количественной оценки // Известия АН СССР. Сер.геогр. - 1987. №6. - С. 5-15.
3. Арефьев Н.В., Баденко В.Л., Осипов Г.К. Оценка природно-ресурсного потенциала территории с использованием ГИС-технологий // Региональная экология. - № 1. - 1998. -С.17-23.
4. Дмитриев В.В., Фрумин Г.Т. Экологическое нормирование и устойчивость природных систем. - СПб., 2004. - 294 с.
5. Дмитриев В.В., Огурцов А.Н. Подходы к интегральной оценке и ГИС картографированию устойчивости и экологического благополучия геосистем. I. Интегральная оценка устойчивости наземных и водных геосистем // Вестник С.-Петерб. ун-та. Сер. 7. - 2012. -Вып. З.-С. 65-78.
6. Полуэктов P.A., Смоляр Э.И., Терлеев В.В., Топаж А.Г. Модели продукционного процесса сельскохозяйственных культур. - СПб.: СПбГУ, 2006. - 396 с.
7. Глазовская М.А. Методические основы эколого-геохимической устойчивости почв к техногенным воздействиям. - М.: Изд-во Моск. ун-та. 1997 - 102 с.
8. Осипов А.Г., Дмитриев В.В. Методика эколого-географического обоснования аграрного освоения территории // Региональная экология. № 1 - 2 (22). - СПб., 2004. - С. - 107-114.
9. Хрисанов Н.И., Осипов Г.К. Управление эвтрофированием водоемов. - СПб.: Гидрометеоиздат, 1993. - 277 с.
10. Гарманов В.В., Носов С.И., Осипов А.Г., Богданов В.Л. Научно-методические основы экологоэкономической оптимизации сельскохозяйственного землепользования // Экономика природопользования. - 2015. - № 3. - С. 43-59.
УДК 332.2.021.8
Доктор экон. наук Д.А. ШИШОВ (СПбГАУ, zusspbi@mail.ru)
ПАРАДОКСЫ ГОСУДАРСТВЕННОЙ ПОЛИТИКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ПО УПРАВЛЕНИЮ ЗЕМЕЛЬНЫМ ФОНДОМ ГОСУДАРСТВА
Основы государственной политики, использование земельного фонда РФ, управление земельным фондом, развитие земельных отношений, категории земель, земли сельскохозяйственного назначения
Государственная политика Российской Федерации по управлению земельным фондом Российской Федерации в рамках Распоряжения Правительства РФ от 03.03.2012 N 297-р (в ред. от 28.08.2014) «Об утверждении Основ государственной политики использования земельного фонда Российской Федерации на 2012 - 2020 годы» представляет собой деятельность государства, направленную на создание и совершенствование правовых, экономических, социальных и организационных условий для развития земельных отношений, исходя из понимания о земельных участках как об особых объектах природного мира, используемых в качестве основы жизни и деятельности человека, средства производства в сельском хозяйстве и иной деятельности, и одновременно как о недвижимом имуществе с особым правовым режимом [4].
Государственное управление в системе сложного состава землепользователей выполняет функции надзорного и организационного характера, направленные на реализацию земельной политики. Тем не менее важнейшей из задач проводимой в России земельной реформы является создание новой концепции земельной политики по управлению земельным фондом РФ, выступающей в качестве детерминированных форм взаимодействия между субъектами права в условиях централизованного воздействия государства, определяющего рамки возможного и должного поведения для каждого из участников посредством таких фундаментальных институтов, обеспечивающих процесс управления, как землеустройство, мониторинг земель, прогнозирование и использование земельных ресурсов [2].
