CC BY
41
doi: 10.24412/0044-3913-2022-2-19-24 УДК 631.95:911.63
Агроэкологическая оценка пахотных земель в склоновых агроландшафтах*
Г. П. ГЛАЗУНОВ, кандидат сельскохозяйственных наук, ведущий научный сотрудник (e-mail:
gennadij-glazunov@yandex.ru) Н. В. АФОНЧЕНКО, кандидат сельскохозяйственных наук, старший научный сотрудник (e-mail: afonchienko53@mail.ru) А. Н. ЗОЛОТУХИН, младший научный сотрудник Курский федеральный аграрный научный центр, ул. Карла Маркса, 70б, Курск, 305021, Российская Федерация
Исследования проводили с целью агроэкологической оценки пахотных земель в склоновых агроландшафтах в условиях ЦЧР с использованием ГИС-технологий. Работу выполняли в Курской области на опытном полигоне с куполообразной формой рельефа, площадью 86 га (шаг опробования - 50 м) в 2011-2021 гг. Почвенный покров участка представлен черноземами типичными и выщелоченными, тяжелосуглинистыми, разной степени смытости и намытости на лёссовидных карбонатных суглинках. Склоны южной и юго-западной экспозиций полигона эродированы сильнее, чем северные и северо-восточные. Наиболее интенсивный сток можно спрогнозировать на склонах северо-западной, северовосточной и юго-восточной экспозиций. Корреляционная зависимость (г) между запасами доступной влаги в слоях почвы 0...30, 0...50 и 0...100 см и уклоном равна соответственно 0,42, 0,61 и 0,55. Зависимость содержания гумуса в пахотном слое почвы от экспозиции и угла склона классифицирована как высокая (ЯМН = 0,72), рН почвы - средняя (ЯМН = 0,59). В условиях сложных склоновых агроланд-шафтов урожайность озимой пшеницы определяется сильным взаимодействием морфометрических характеристик рельефа (экспозиция, крутизна склона), определяющих гидротермические условия, с содержанием минерального азота (Ямн = 0,71), и средним взаимодействием морфометрических характеристик рельефа с почвенными свойствами (Я = 0,50). Поэтому при проведении агроэкологи-ческой оценки таких земель необходим комплексный анализ, учитывающий не только почвенные, агроклиматические свойства исследуемой территории, но и морфометрические характеристики рельефа. Результаты исследований
могут быть использованы для совершенствования системы агроэкологического мониторинга плодородия почв, обеспечивающей устойчивость и воспроизводство почвенного плодородия агроландшафтов, а также автоматизированного проектирования адаптивно-ландшафтных систем земледелия на основе ГИС-технологий.
Ключевые слова: агроэкологическая оценка земель, агроландшафт, рельеф, экспозиция, чернозем, почва.
Для цитирования: Глазунов Г. П., Афонченко Н. В., Золотухин А. Н. Аг-роэкологическая оценка пахотных земель в склоновых агроландшафтах // Земледелие. 2022. № 2. С. 19-24. бо1: 10.24412/0044-3913-2022-2-19-24.
В последние годы географические информационные системы служат наиболее эффективным средством обработки и визуализации информации, которое позволяет работать с базами данных, содержащими большие объемы информации. Это даёт возможность пользователям проводить анализ информации в соответствии с задаваемыми критериями и оперативно осуществлять выбор мероприятий для решения поставленных задач по конкретным территориям. Существующие ГИС-технологии открывают возможности для использования морфометриче-ского анализа не только при картографировании и описании рельефа, но и для оценки параметров почвенного плодородия [1, 2, 3].
Опираясь на результаты ранее проведенных исследований и мнение абсолютного большинства авторов [4, 5, 6], можно утверждать, что при агроэкологической оценке склоновых агроландшафтов необходимо учитывать не только климатические условия и показатели почвенного плодородия, но и морфометрические характеристики рельефа, комплексно влияющие на продуктивность сельскохозяйственных культур.
При разработке адаптивно-ландшафтных систем земледелия необходима объективная агроэкологическая оценка ресурсного потенциала агро-ландшафта, учитывающая комплекс ландшафтно-экологических условий, определяющих их функционирова-
ние. Для этого необходимо совершенствование подходов к комплексной агроэкологической оценке почв и земель, а также разработка автоматизированных систем поддержки принятия решений по рациональному использованию ресурсов в земледелии с применением современных цифровых и ГИС-технологий, которые позволяют хранить и анализировать большие объёмы информации, а также представлять полученные результаты в удобной для пользователя форме [7, 8, 9].
Цель работы - комплексная агроэкологическая оценка пахотных земель на основе ГИС-технологий на примере территории полигона «Точное земледелие» Курского федерального аграрного научного центра для совершенствования системы агроэкологического мониторинга плодородия почв.
Исследования проводили в 20112021 гг. на территории полигона «Точное земледелие» Курского федерального аграрного научного центра (Медвенский район, Курская область) с куполообразной формой рельефа, площадью 86 га с шагом опробования 50 м. Полигон расположен на территории Европейской части России в пределах Средне-Русской возвышенности на высоте 190.. .217 м над уровнем моря (N 51.52385969, E 36.13463254) у истока реки Млодать. Рельеф полигона типично эрозионный. Средний уклон составляет 2,23о. Почвенный покров комплексный, зональный. Характер комплексности меняется от вершины вниз по склону. Почвенный покров представлен черноземами типичным и выщелоченным разной степени смытости и намытости на лессовидных карбонатных суглинках.
Для изучения агрофизических и агрохимических показателей почвенного плодородия проводили отбор почвенных образцов из пахотного (0.20 см) слоя в 32 реперных точках в трёхкратной повторности, охватывающих различные элементы рельефа, по предварительно занесённой в GPS приёмник координатной сетке с размером ячейки 50 х 50 м [10].
В почвенных образцах определяли: содержание гумуса - по Тюрину (ГОСТ 26213-91), нитратного азота (N-NO3) - колориметрическим методом с дисульфофеноловой кислотой (по Грандваль-Ляжу), аммонийного азота (N-NH4) - колориметрическим методом с реактивом Несслера в модификации ЦИНАО (ГОСТ 2648985), подвижного фосфора (P2O5) и калия (K2O) - по Чирикову (ГОСТ
*Работа выполнена в рамках государственного задания ФБГНУ«Курский федеральный аграрный научный центр» по теме № 2019-0016.
Ы (D 3 ь
(D д
(D Ь 5
(D
М 2 О м м
Рис. 1. Гипсометрическая схема полигона «Точное земледелие» (проекция Меркатора, датум - №0884).
26204-84), рНкс| - в 1,0 н KCl вытяжке (ГОСТ 26483-85), сумму поглощенных оснований (Ca2+ + Mg2+) - по Каппену-Гильковицу (ГОСТ 27821-88). Данные, полученные в результате почвенного обследования, были использованы для анализа распределения элементов эффективного плодородия с учетом особенностей рельефа территории и обрабатывали с использованием программ статистической обработки данных Microsoft Excel 2019, STATISTICA 6.0.
Для построения цифровой модели рельефа (ЦМР) применяли метод инструментальной топографической съемки посредством нивелира ADA 32х с предварительным построением маршрута нивелировки с использованием программных средств SASPlanet, Grid, OziExplorer с последующей обработкой полученного массива данных в Microsoft Excel 2019 и QGIS 3.8.3.
Научно-методической основой для создания комплексной агроэкологи-ческой оценки территории полигона послужила совокупность баз данных и алгоритмов, разработанных лабораторией агрохимии и геоинформационных систем.
Для построения ЦМР изучаемой территории на основе авторского подхода посредством программных ° средств SASPlanet, Grid, OziExplorer eg был составлен маршрут обследо-^ вания, который был внесен в GPS о» навигатор. Затем была выполнена | нивелирная топографической съёмка с последующей обработкой по® лученных данных в Microsoft Excel. S Полученные результаты вносили в $ программные средства QGIS, по-
средством которых была создана гипсометрическая карта полигона.
Интервал высот на территории полигона «Точное земледелие» составляет 190...217 метров над уровнем моря. Перепад высот соответствует глубоковрезанным эрозионным системам (рис. 1). Средний уклон полигона составляет 2,79°, наибольший уклон составил 5,69°, а наименьший -0,26°, варьирование уклона 48,7 %.
Рельеф полигона обладает лимитирующими характеристиками к хозяйственности деятельности. Эрозионные процессы характеризуются средней степенью развития. Территория исследуемого участка пригодна для возделывания боль-
шинства сельскохозяйственных культур региона.
На основании данных нивелирной съёмки с последующей обработкой в программе QGIS были рассчитаны средние уклоны земной поверхности. На основе выполненных расчетов была построена картограмма крутизны склонов (рис. 2).
Наиболее благоприятные участки полигона с несмытым и слабосмытым почвенным покровом, пригодные для интенсивного использования и возделывания основных сельскохозяйственных культур и находящиеся на склонах с крутизной до 3°, занимают 70 % территории (плоские поверхности - 8,8 га, очень пологие -23,3 га, пологие 28,1 га).
Площадь слабо- и среднесмытых участков с крутизной склонов 3.5°, характеризующихся умеренно благоприятными условиями со средним уровнем плодородия и пригодных для умеренного использования, составляет 28,3 % (24,3 га). Площади земельных контуров с крутизной склонов выше 5°, характеризующихся наличием средне- и сильносмытых почв с низким плодородием, пригодных для ограниченного использования, занимают 1,7 % территории полигона (1,5 га).
На подверженность почв эрозионным процессам значительное влияние оказывают морфометрические характеристики и местоположение в рельефе - форма, экспозиция и характер профиля склонов (рис. 3).
Склоны южной и юго-западной экспозиций полигона эродированы больше, чем северные и северовосточные. Это связано с тем, что в весеннее время они более прогреваемы, вследствие чего на них
Рис. 2. Крутизна склонов, рассчитанная по данным топографической съемки территории.
Рис. 3. Экспозиции и углы наклона склонов полигона «Точное земледелие».
происходит более интенсивное снеготаяние. Различие в интенсивности снеготаяния откладывает отпечаток и на образуемые в результате него формы рельефа.
По форме профиля склоны полигона имеют прямую, выпуклую и вогнутую форму. Преобладающей на территории полигона выступает выпуклая, в то время как вогнутая форма встречается в основном на склонах западного направления, а прямая более характерна юго-восточной экспозиции.
На интенсивность развития эрозионных процессов, образующихся в результате выпадения атмосферных осадков, существенное влияние оказывает форма профиля склонов. На выпуклых и конвергентных склонах более интенсивно проявляются эрозионные процессы, так как они выступают поверхностями, усиливающими формирования потока.
На основе цифровой модели рельефа и выполненных исследований в программе QGIS построены детальные схемы и оценена степень плановой кривизны поверхности и формы профилей полигона, характеризующие расчленение поверхности территории (рис. 4). Тип склона определяет процессы потери и аккумуляции вещества.
Положительными значениями на картограмме обозначены конвергентные склоны, наиболее подверженные линейной эрозии, поскольку они выступают поверхностями формирования потоковых систем атмосферного стока. Отрицательными значениями - вогнутые склоны, которые, наоборот, снижают степень развития эрозионных процессов и являются местами аккумуляции
веществ, перемещаемых талыми и ливневыми водами.
Оценить предрасположенность территории к развитию эрозионных процессов также можно проанализировав распределение уклонов территории (град.) полигона в зависимости от азимута (град.) земной поверхности (рис. 5).
На гистограмме видно, что наибольшие изменения в колебаниях высот отмечаются на восточной и юго-восточной экспозициях, где при маршрутном обследовании были отмечены почвы с наибольшей степенью смытости. Северная и северовосточная экспозиции, имеющие наименьший размах колебаний были более благоприятны в отношении эрозионной опасности территории.
Для анализа русловых процессов на полигоне, при использовании программы QGIS была построена модель рельефа с изолиниями высот (рис. 6). На картосхеме отображено размещение водосборов и границы водоразделов на территории полигона. В результате обработки данных полевого картирования в программе QGIS рассчитано пространственное расположение крупных ложбин стока (обозначены на рисунке синими линиями), что позволило выявить эрозионноопасные участки территории. Наиболее интенсивный сток можно спрогнозировать на склонах северо-западной, северо-восточной и юго-восточной экспозиций.
Несмотря на то, что в отношении эрозионной опасности склоны северной экспозиции представляются более благоприятными, чем южные, они значительно проигрывают им в теплообеспеченности.
Анализ морфометрических параметров полигона «Точное земледелие» выявил микроклиматические различия в зависимости от уклона и экспозиции склонов. Коэффициенты относительной (по сравнению с водоразделом) прогреваемости могут варьировать по территории от 0,92 до 1,07, при этом различия сумм активных температур более 10 °С на самых холодных северо-восточных и самых теплых юго-западных склонах могут составлять до 370 °С.
Исследованиями было установлено, что в 0.30 см слое почвы наибольшие запасы доступной влаги отмечали на склонах северо-восточной и северо-западной экспозиций, которые составляли в среднем 53,7 и 54,5 мм. На водораздельном плато запасы влаги составляли 50,9 мм.
Рис. 4. Плановая кривизна поверхности с обозначением конвергентных и дивергентных склонов.
Рис. 5. Гистограмма распределения уклонов территории (град.) полигона «Точное земледелие» в зависимости от азимута (град.).
см см о см см
ш ^
Ф
и
ш ^
2
ш м
Была установлена(табл. 1) корреляционная зависимость между запасами доступной влаги в изучаемых слоях почвы и уклоном (г - 0,42; 0,61 и 0,55).
Почвенный покров территории полигона представлен черноземом
мг/100 г (У,% - 29,9); обменного магния - 2,9.5,0 мг-экв./100 г (У% -13,3); обменного кальция - 22,0.29,1 мг-экв./100 г (У,% - 7,4); реакция среды варьирует от слабокислой до нейтральной - 5,3.7,2 (У,% - 9,8). Влажность завядания почвы (ВЗ) -
Рис. 6. Картосхема рельефа полигона «Точное земледелие» с изолиниями высот, водосборными бассейнами и крупными ложбинами стока.
типичным разной степени выщело-ченности и смытости, тяжелосуглинистым на лессовидном карбонатном суглинке. Агрохимические характеристики 0.20 см слоя почвы ряда имеют высокое варьирование. В пахотном слое почвы содержится: гумуса - 4,78.6,16 %, величина варьирования (4%) составляет 5,2 %; азота аммонийного - 0,17.2,07 мг/100 г (V, % - 44,2); азота нитратного - 0,25. 5,02 мг/100 г (4% - 81,6); подвижного калия - 9,6.28,1 мг/100 г (У% - 23,9); подвижного фосфора - 6,1.34,1
12 %. Агрохимические показатели 0.20 см слоя почвы имеют высокое варьирование. Пространственно-временная неоднородность параметров почвенного плодородия в агроландшафте свидетельствует о необходимости дифференцированного внесения удобрений.
На склонах северных экспозиций почва характеризуется более высоким содержанием гумуса, чем на южных, а основными факторами, влияющими на содержания гумуса в склоновом агроландшафте, выступа-ютэкспозиция и крутизна склона(ЯМН = 0,72) (рис. 7). С увеличением угла склона происходит снижение содержания гумуса [10], которое начинает себя проявлять на склонах более 3° и связано с развитием процессов водной эрозии.
Почвы склонов полярных экспозиций на территории полигона отличаются по степени кислотности, которая снижается в ряду склоны северных экспозиций - плакор - склоны южных экспозиций. Экспозиция и крутизна склона оказывают влияние и на дифференциацию кислотности почвы в агроландшафте (рис. 8). При повышении крутизны склонов происходит изменение величины рН. Между этими параметрами установлена средняя зависимость (ЯМН = 0,59).
Экспозиция и уклон территории безусловно оказывают влияние и на урожайность культур. Различные экспозиции склонов характеризуются существенной пространственной дифференциацией почвенного плодородия,распределения влаги и тепла, что оказывает существенное влияние на формирование урожая и качества зерна ведущей зерновой культуры региона - озимой пшеницы.
Средняя урожайность зерна озимой пшеницы на полигоне «Точное земледелие» составляла 4,93 т/га и изменялась в зависимости от местоположения в рельефе от 3,02 до 6,83 т/га, величина варьирования составляла 18,2 %. Наименьшая урожайность отмечена на склоне юго-западной экспозиции - 4,44 т/га. На склоне юго-восточной экспозиции в некоторых точках она составляла 6,38 и 6,83 т/га (табл. 2, рис. 9).
Средняя натура зерна озимой пшеницы на полигоне составила 777 г/л (показатель выше среднего -765.784 г/л) и варьировала от 707 до 816 г/л. Самая высокая натура зерна была на склоне юго-западной экспозиции, составляла 791 г/л и оценивалась как высокая (>785 г/л). На склоне северо-восточной экспозиции натура зерна была наименьшей, составила 762 г/л и оценивалась как средняя (725.764 г/л).
Масса 1000 зерен изменялась от 32,9 до 40,0 г, средняя величина её на
1. Влияние уклона на запасы доступной влаги в почве, мм
Слои почвы, см Уравнение регрессии Коэффициент детерминации (Я2) Коэффициент корреляции (г)
0.30 У = 1,138х+47,76 0,180 0,42
0.50 У= 3,807х + 64,99 0,372 0,61
0.100 У= =9,293х +63,65 0,305 0,55
Рис. 7. Зависимость содержания гумуса в пахотном слое почвы от экспозиции и угла склона (Север — северная экспозиция, Юг — южная экспозиция, П — плакор).
полигоне составила 36,6 г и оценивалась как высокая (>30,0 г).
Содержание клейковины в зерне озимой пшеницы на полигоне изменялось от 25,3 до 47,7 %, средняя её величина составила 34,0 %. В среднем на плакоре, северо-западном и северо-восточном склонах её величина составляла 35,7, 34,6 и 35,8 %,
Урожайность озимой пшеницы определяется основными лимитирующими факторами - экспозицией, уклоном склона, определяющими гидротермические условия, и содержанием минерального азота в почве. Регрессионное уравнение, характеризующее эту зависимость (Ямн = 0,71), имеет следующий вид: У = 3,69 - 1,76КЭ■ а + 10,2■NМ, где: У - урожайность озимой пшеницы, т/га; КЭ - коэффициент на экспозицию; а - крутизна склона, град.; NМ - содержание минерального азота (N-N03 +N-NH4), мг/100 г
На основе полученных результатов исследования проведена оценка ресурсов урожая при использовании минимального комплекса агроклиматических параметров, агрохимических свойств почв, а также морфоме-трических параметров рельефа (рис. 10). Для среднемноголетних условий (25 лет) уровни климатического потенциала продуктивности пашни варьируют от 4,9 тыс. зерн. ед./га на юго-западных склонах до 6,3 - на
2. Статистические показатели урожая и качества озимой пшеницы
Статистический показатель* Урожайность, т/га Натура, г/л Масса 1000 зерен, г ИДК Клейковина, %
Max 6,83 816 40,0 112,5 47,7
Min 3,02 707 32,9 83,5 25,3
X сред 4,93 777 36,6 97,5 34,0
Sd 0,91 25,5 2,1 8,7 4,6
V,% 18,4 3,3 5,7 8,9 13,6
*Max - максимальное значение показателя, Min - минимальное значение показателя, Xсред - среднее значение показателя, Sd - стандартное отклонение V,% - коэффициент вариации.
на юго-восточном и юго-западном склонах содержание клейковины снижалось, соответственно, до 32,5 и 32,3 % и относилось к I и II группам (табл. 2).
Величина ИДК (индекс деформации клейковины, усл. ед.) озимой пшеницы варьировала от 83,5 до 112,5 единиц, средняя её величина составила 97,5 единиц и оценивалась как удовлетворительная (80. 100 ед. - удовлетворительная, 105. 120 ед. - неудовлетворительная).
склонах северо-восточных направлений. При величинах комплексной оценки плодородия чернозема типичного (по содержанию гумуса, подвижных фосфора, калия и кислотности рН ), равных 71,1.100 баллов
(V = 6,2 %), действительно возможный уровень продуктивности составляет 4,3.6,1 тыс. зерн. ед./га.
Урожайность озимой пшеницы связана с морфометрическими характеристиками рельефа и почвенными свойствами следующей зависимостью (Я = 0,50): У = 1,24+ 0,736ДВУ, где У - урожайность озимой пшеницы, т/га,
ДВУ - действительно возможная урожайность озимой пшеницы, т/га.
Наиболее благоприятные условия для произрастания озимой пшеницы складываются на пологом склоне юго-восточной экспозиции с прямой формой профиля склона. По показателю крутизны склонов полигон «Точноеземледелие» имеет большое разнообразие форм, но дифференциация агроэкологических параметров, главным образом, зависит от экспозиции.
Таким образом, проведена комплексная агроэкологическая оценка в склоновом агроландшафте на примере полигона «Точное земледелие». В программных средствах QGIS построены электронные карты, отражающие основные показатели рельефа исследуемой территории. Склоны южной и юго-западной экспозиций полигона эродированы больше, чем северные и северо-восточные. Наиболее интенсивный сток можно спрогнозировать на склонах северозападной, северо-восточной и юго-восточной экспозиций. Корреляционная зависимость между запасами доступной влаги в слоях почвы 0.30, 0.50, 0.100 см и уклоном (г - 0,42; 0,61 и 0,55). Основными факторами, влияющими на содержания гумуса (ЯМН = 0,72) и рН почвы (ЯМН = 0,59) в
Рис. 8. Зависимость рН почвы от экспозиции и угла склона (Север — северная экспозиция, Юг — южная экспозиция, П — плакор).
Рис. 9. Урожайность озимой пшеницы на полигоне «Точное земледелие», предшественник — соя (2021 г).
Рис. 10. Комплексная оценка неоднородности агрохимических свойств вреперных точках на полигоне «Точное земледелие»: ДВУ — действительно возможная урожайность озимой пшеницы, КПП— климатический потенциал продуктивности, КОУ — климатически обеспеченная урожайность.
склоновом агроландшафте, выступают экспозиция и крутизна склона.
Урожайность озимой пшеницы с высокой степенью связи (Ямн = 0,71) определяется основными лимитирующими факторами - морфометри-ческими характеристиками рельефа (экспозицией, уклоном склона), определяющими гидротермические условия и содержанием минерального азота, а также средней (R = 0,50) с мор-фометрическими характеристиками рельефа и почвенными свойствами. При проведении агроэкологической оценки склоновых агроландшафтов необходим комплексный анализ, учитывающий не только почвенные, агроклиматические свойства исследуемой территории, но и морфометрические характеристики рельефа.
Литература
1. Кирюшин В. И. Состояние и проблемы развития адаптивноландшафтного земле-(Ч делия // Земледелие. 2021. № 2. С. 3-7. doi: g 10.24411/0044-3913-2021-10201 eg 2. KorjenicA., SivacA., BandaA. Uporaba см geografskega informacijskega sistema v Z kvantitativni geomorfoloski analizi porecja Une 0) (Bosna in Hercegovina). Dela. 2017. Vol. 48. I P. 77-94. doi: 10.4312/dela.48.2.77-94.
3. Использование ГИС в точном земле-Q делии / В. П. Якушев, Р. А. Полуэктов, З. И. Ц Смоляр и др. // Агрохимический вестник. О 2002. № 1. С. 34-39. СО
4. Оценка продуктивности почв агроце-нозов в глобальном масштабе по Мюнхе-бергской системе рейтинга качества почв / Л. М. Мюллер, У. Шиндлер, Ф. Ойленштайн и др. // Плодородие. 2016. № 5. С. 50-53.
5. Агроэкологическая оценка земель, проектирование адаптивно-ландшафтных систем земледелия и агротехнологий. Методическое руководство / Под ред. академиков РАСХН В. И. Кирюшина и А. Л. Иванова. М.: ФГНУ «Росинформагротех», 2005. 784 с.
6. Florinsky I. Digital terrain analysis in soil science and geology. Acad. Press, 2016. 506 p.
7. Бабаян Л. А., Беляков А. М., Леонтьев В. В. Плодородие светло-каштановой почвы юга Приволжской Возвышенности, связанное с элементами рельефа и ориентацией склона // Научно-агрономический журнал. 2016. № 2. С. 49-54.
8. Wood S. A., Baudron F. Soil organic matter underlies crop nutritional quality and productivity in smallholder agriculture // Agriculture, Ecosystems and Environment. 2018. Vol. 266. P. 100-108.
9. Иванов Д. А., Карасева О. В., Рублюк М. В. Исследование влияния почвенного покрова и рельефа на продуктивность культур // Достижения науки и техники АПК. 2021. № 2. С. 19-26. doi: 10.24411/0235-24512021-10203.
10. Глазунов Г. П., Афонченко Н. В., Золотухин А. Н. Пространственная неоднородность показателей плодородия черноземных почв в склоновых агроландшафтах ЦЧР // Земледелие. 2021. № 7. С. 3-9. doi: 10.24412/0044-3913-2021-7-3-9.
Agroecological assessment of arable land in sloping agricultural landscapes
G. P. Glazunov, N. V. Afonchenko, A. N. Zolotukhin
Federal Agricultural Kursk Research Center, ul. Karla Marksa, 70b, Kursk, 305021, Russian Federation
Abstract. The investigation assessed arable lands in sloping agricultural landscapes in the Central Chernozem Region using GIS technologies. The work was carried out in the Kursk region at an experimental plot with a dome-shaped relief, with an area of 86 hectares (sampling step was 50 m) in 2011-2021. The soil cover of the site is represented by typical and leached chernozems, heavy loamy, of varying degrees of erosion and alluvium on loess-like carbonate loams. The slopes of the southern and southwestern exposures of the plot are more eroded than the northern and northeastern ones. The most intense runoff can be predicted on the slopes of the northwestern, northeastern and southeastern exposures. The correlation dependence (r) between the reserves of available moisture in soil layers 0-30, 0-50 and 0-100 cm and the slope angle is equal to 0.42, 0.61 and 0.55, respectively. The dependence of humus content in the topsoil on exposure and slope angle is classified as high (Rm = 0.72), soil pH is medium (Rm = 0.59). Under the conditions of complex slope agricultural landscapes, the yield of winter wheat is determined by the strong interaction of the morphometric characteristics of the relief (exposure, slope steepness), which determine the hydrothermal conditions, with the content of mineral nitrogen (Rm = 0.71), and the average interaction of the morphometric characteristics of the relief with soil properties (R = 0.50). Therefore, when conducting an agroecological assessment of such lands, a comprehensive analysis is required, taking into account not only the soil and agroclimatic properties of the study area but also the morphometric characteristics of the relief. The results of the research can be used to improve the system of agroecological monitoring of soil fertility, which ensures the stability and reproduction of soil fertility in agricultural landscapes, as well as the automated design of adaptive landscape farming systems based on GIS technologies.
Keywords: agroecological land assessment; agricultural landscape; relief; exposition; chernozem; soil.
Author Details: G. P. Glazunov, Cand. Sc. (Agr.), leading research fellow (email: gennadij-glazunov@yandex.ru); N. V. Afonchenko, Cand. Sc. (Agr.), senior research fellow (e-mail: afonchienko53@mail.ru); A. N. Zolotukhin, junior research fellow.
For citation: Glazunov GP, Afonchenko NV, Zolotukhin AN [Agroecological assessment of arable land in sloping agricultural landscapes]. Zemledelie. 2022;(2):19-24. Russian. doi: 10.24412/0044-3913-20222-19-24.
