CC BY
31
Литература
1. Кислов А.В. Влияние культур и технологий возделывания на агрофизические свойства южных чернозёмов и водопо-требление растений в посевах // Сохранение и повышение плодородия почв в адаптивном ландшафтном земледелии Оренбургской области. Оренбург, 2002. С. 47—51.
2. Кафтан Ю.В. Влияние предшественников на агрофизические свойства чернозёма южного / Ю.В. Кафтан, В.Ю. Скороходов, Д.В. Митрофанов [и др.] // Инновация и модернизация сельскохозяйственного производства в условиях меняющего климата. Оренбург, 2011. С. 153—157.
3. Кошеваров Ю.А. Эффективность возделывания яровой твёрдой пшеницы в короткоротационных зернопаровых, беспаровых севооборотах и бессменном посеве на чернозёмах южных Оренбуржья: дис. ... канд. с.-х. наук. Оренбург, 2001.
4. Шашков В.П., Тулегенов А.А. Минимальная и нулевая технология возделывания зерновых культур в зерно-паровом севообороте // Ресурсосберегающие технологии в сельскохозяйственном производстве. Оренбург, 2010. С. 181-191.
5. Корчагин В.А. Основы полевых севооборотов степных районов Среднего Заволжья // Агротехнические принципы построения севооборотов в степных районах Среднего Заволжья. Куйбышев: Куйбышев. кн. изд-во, 1985. С. 4-9.
6. Митрофанов Д.В. Эффективность зернопаровых, зерно-пропашных, зерновых звеньев севооборотов и бессменных посевов сельскохозяйственных культур на чернозёмах южных Оренбургского Предуралья: дис. ... канд. с.-х. наук. Оренбург, 2006. 184 с.
7. Иванов П.К., Коробова Л.И., Балабанин Н.Н. Пути мини-мализации и обработки почвы // Земледелие. 1971. № 1. С. 28-31.
8. Корчагин В.А. Основы полевых севооборотов в степных районах Среднего Поволжья // Агротехнические принципы построения севооборотов в степных районах Среднего Заволжья. Куйбышев, 1985. С. 4-9.
9. Максютов Н.А., Жданов В.М., Абдрашитов Р. Р. Повышение плодородия почвы, урожайности и качества продукции сельскохозяйственных культур в полевых севооборотах степной зоны Южного Урала. Оренбург, 2012. 332 с.
10. Петдяев О.В. Продуктивность зерновых культур и кукурузы и плодородие почвы при различных системах обработки в зернопаропропашном севообороте на южных чернозёмах Оренбургской области: автореф. дис. ... канд. с.-х. наук. Оренбург, 2001. 16 с.
11. Блохин Е.В., Климентьев А.И. Почвы. Справочник агронома. Челябинск: Юж-Урал. кн. изд-во, 1989. С. 7-30.
12. Казаков Г.И. Агрофизические показатели плодородия почвы как научные основы её обработки // Ресурсосберегающие системы обработки почвы. М.: Агропромиздат, 1990. С. 32-38.
13. Максютов Н.А. Основные результаты длительных стационарных исследований в полевых севооборотах степной зоны Южного Урала / Н.А. Максютов, А.А. Зоров, В.Ю. Скороходов [и др.]. // Научное обеспечение инновационного развития сельского хозяйства в условиях часто повторяющихся засух. Оренбург, 2017. С. 143-152.
14. Кафтан Ю.В. Приёмы повышения эффективности парового поля под яровую пшеницу в полевых севооборотах на чернозёмах южных Оренбургского Предуралья: дис. . канд. с.-х. наук. Оренбург, 2005. 159 с.
15. Климентьев А.И. Почвы степного Зауралья: ландшафтно-гене-тическая и экологическая оценка. Екатеринбург, 2000. 433 с.
16. Скороходов В.Ю. Эффективность короткоротационных севооборотов на чернозёмах южных Оренбургского Предуралья: дис. ... кан,д. с.-х. наук. Оренбург, 2005. 170 с.
Анализ влияния особенностей рельефа на развитие процессов линейной водной эрозии на пашне Ставропольского края
С.А. Антонов, к.г.н., ФГБНУ Северо-Кавказский ФНАЦ
В Ставропольском крае 92,3% (6107,1 тыс. га) от общей площади занимают земли сельскохозяйственного назначения. Сложные почвенно-климатические условия территории края лимитируют эффективность сельскохозяйственного производства. Так, для восточных районов края характерны крайне засушливые условия (годовое количество осадков составляет 365 мм), а для западных районов — неустойчиво влажные условия (592 мм). В Ставропольском крае отмечается изменение климата, которое имеет свои региональные особенности. Они выражаются в значительном росте температуры в отдельные месяцы (январь +1,5°С, февраль + 1,6°С, март + 1,8°С, август + 2,0°С, октябрь +1,2°С) и в наличии восходящего тренда годовой суммы осадков, при это отмечается увеличение частоты и интенсивности осадков ливневого характера [1, 2].
В Ставропольском НИИСХ была разработана система «сухого земледелия» для крайне засушливой и засушливой зон края, которая опирается на активное использование чистых паров в указанных зонах для повышения производства зерна [3]. Региональные особенности изменения климата в Ставропольском крае требуют оптимизации количества и пространственного распределения чистых паров. Неконтролируемое использование
чистых паров на фоне увеличения осадков ливневого характера может провоцировать развитие водной и ветровой эрозии. Так, в июле 2018 г. в крайне засушливой зоне отмечалось превышение месячной нормы осадков в 7 раз, в отдельные дни они имели ливневый характер. Повторение подобных ситуаций на значительных площадях, занятых чистыми парами, может привести к резкому росту интенсивности водной эрозии [2].
Распределение почвенного покрова в Ставропольском крае подчинено законам вертикальной и горизонтальной зональности. На территории края представлены два типа почв: зона чернозёмов (занимает 47,4% территории) и зона каштановых почв (52,6%), которые преобладают в восточных районах [4].
Повышение интенсификации сельского хозяйства Ставропольского края крайне негативно сказывается на земельных ресурсах региона, что выражается в катастрофической утрате почвенного плодородия и приводит к развитию деградацион-ных процессов.
В крае встречаются различные виды деграда-ционных процессов: засоление, водная эрозия, дефляция, каменистость, переувлажнение и т.д. [5]. Их негативное воздействие может нанести значительный экономический ущерб сельскохозяйственной отрасли края.
Развитию деградационных процессов в Ставропольском крае способствуют прямолинейная организация территории, несоблюдение технологии возделывания сельскохозяйственных культур, отсутствие адаптации к новым природно-экономическим условиям и неконтролируемая распашка сенокосов и пастбищ, которые чаще всего располагаются на склоновых землях. Так, по данным спутникового мониторинга, в 2015 г. в крае выявлено 332,2 тыс. га незаконно распаханных сенокосов и пастбищ, на которых в настоящее время осуществляется активное возделывание сельскохозяйственных культур [6].
По данным дистанционного зондирования Земли, за 2015 г. в Ставропольском крае было выявлено 1931 тыс. га пахотных земель, подверженных линейной водной эрозии. При этом на площади 382 тыс. га отмечается значительное разрушение почвенного покрова данным видом деградации, что к 2026 г. может привести к недобору до 10% валовых сборов зерна озимой пшеницы [7].
Современные геоинформационные системы (ГИС) позволяют эффективно анализировать большие объёмы пространственных данных, которые можно получить из различных источников. Активное развитие технологий дистанционного зондирования Земли способствует широкому применению материалов космической съёмки в различных сферах экономики, в том числе и в сельском хозяйстве.
Первые работы в области использования ГИС для моделирования смыва почвы относятся к началу 80-х гг. XX в. Они проводились в США, и в результате был проведён расчёт потери почв на тестовом участке [8]. Дальнейшее развитие технологий позволило осуществлять динамическое моделирование водной эрозии на основании Лим-бургской модели водной эрозии ^КЕМ), модели склонового эрозионного процесса, стохастической модели дождевой эрозии почв, созданной учёными ВНИИЗиЗПЭ [9], универсального уравнения потерь почв (USLE) [10] и т.д.
Важным элементом большинства моделей является характеристика морфометрических параметров рельефа изучаемой территории как одного из факторов развития процессов водной эрозии.
Основными источниками данных о рельефе выступают: топографические карты и планы разных масштабов, геодезическая и топографическая съёмки местности, стереофотограмметрическая и радиолокационная съёмка.
В настоящее время наиболее распространённым источником данных о рельефе местности является радиолокационная съёмка, на основании которой создаются цифровые модели рельефа (ЦМР). В основном ЦМР применяются для морфометри-ческого анализа территории, в качестве основных характеристик выступают экспозиция склона, крутизна склона, граница водосбора, кривизна рельефа [11].
Широко распространённым источником данных о рельефе являются данные радарной топографической съёмки, которая была проведена в 2000 г. в рамках программы Shuttle radar topographic mission (SRTM). В результате была получена высотная характеристика большей части земного шара от 54° ю.ш. до 60° с.ш. пространственным разрешением 30 м/пиксель, высотная ошибка не превышает 6 м (рис. 1).
Рис. 1 - Цифровая модель рельефа Ставропольского края (SRTM)
Цель исследования — провести анализ морфомет-рических характеристик пашни Ставропольского края для выявления особенностей рельефа, оказывающих влияние на развитие процессов линейной водной эрозии.
Материал и методы исследования. Исследование проводилось на базе лаборатории ГИС-технологий ФГБНУ «Северо-Кавказский федеральный научный аграрный центр».
Анализ морфометрических характеристик был проведён на базе ЦМР (SRTM) для всех пахотных земель Ставропольского края, выделенных на основании дешифрирования мультиспектраль-ных снимков высокого пространственного разрешения [7].
Основными источниками для получения данных дистанционного зондирования являются: Американская геологическая служба (USGS), Европейское космическое агентство (ESA), Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства (NASA).
К методам обработки данных дистанционного зондирования Земли относятся: атмосферная коррекция снимков, дешифрирование, создание синтезированных и индексных изображений.
К методам ГИС-технологий относятся: наложение объектов, работа с проекцией, пространственный запрос, построение буферных зон, анализ геометрии объектов, построение моделей крутизны и экспозиции склонов на основе ЦМР, анализ близости, создание мозаики космических снимков, расчёт зональной статистики.
Обработку и представление полученных результатов проводили математико-статистическими и графическими методами.
Результаты исследования. На базе ЦМР была построена модель пространственного распределения уклонов и экспозиций склонов пашни в среднем по территории края и в разрезе административно-территориальных единиц. На основании построенной модели уклонов для каждого контура пашни был рассчитан средний уклон, а анализ экспозиции осуществлялся на базе фактических значений без осреднения по контурам. Ранжирование уклонов было проведено по интервалам, которые в дальнейшем могут стать одним из параметров агроэколо-гической типизации земель сельскохозяйственного назначения в Ставропольском крае.
Установлено, что в Ставропольском крае преобладает пашня с уклоном 1—3°, общая площадь таких земель составляет 2332 тыс. га, или 57% от всей площади пашни. Относительно ровные участки пашни (уклон <1°) представлены на 36% площади (1460 тыс. га). Участки пашни с уклоном 3—5° занимают площадь 242 тыс. га, или 6%, при этом площадь наиболее эрозионно опасных участков пашни с уклоном >5° составляет 40 тыс. га.
Анализ уклона пахотных земель по административно-территориальным единицам Ставропольского края представлен в таблице 1.
Согласно полученным результатам, наибольший уклон пашни характерен для предгорных районов, расположенных на юге края (Предгорный, Минера-ловодский, Георгиевский), и районов, находящихся вблизи Ставропольской возвышенности (Шпаков-ский, Кочубеевский, Андроповский), что соответствует особенностям рельефа этих территорий.
На основании полученных данных можно сделать вывод о том, что существующее пространственное положение пашни не является оптимальным с точки зрения борьбы с процессами водной эрозии, так как для выращивания продукции растениеводства в отдельных случаях используются эрозионно опасные участки с уклоном >5°.
В результате моделирования пространственного распределения экспозиций склонов на территории всех пахотных земель Ставропольского края установлено равномерное распределение экспозиций практически по всем сторонам света (10—11% пашни). Исключение составляют северо-восточная экспозиция (14% пашни), восточная (13%) и южная (12%). На плоские участки приходится 9% пашни (рис. 2).
Пространственный анализ экспозиций пахотных земель, подверженных водной эрозии, показал схожее со всей пашней распределение экспозиций по сторонам света за исключением снижения площадей с северной экспозицией на 1% и увеличения площадей с юго-западной экспозицией на 1%.
Полученные результаты свидетельствуют о том, что выборка экспозиций деградированных участков пашни является частью генеральной со-
1. Уклон пашни в разрезе административно-территориальных единиц Ставропольского края
Административно-территориальная единица (район, округ) Площадь пашни с определённым уклоном, %
<1° 1-3° 3-5° >5°
Александровский 25 60 12 3
Андроповский 25 60 13 3
Апанасенковский 48 50 2 0
Арзгирский 38 58 4 0
Благодарненский 37 59 4 0
Будённовский 37 58 5 1
Георгиевский 26 60 12 2
Грачёвский 32 61 7 1
Изобильненский 35 58 6 1
Ипатовский 42 55 3 0
Кировский 31 60 8 1
Кочубеевский 28 58 11 3
Красногвардейский 43 54 3 0
Курской 40 57 3 0
Левокумский 39 57 4 0
Минераловодский 18 58 19 6
Нефтекумский 42 56 3 0
Новоалександровский 39 57 4 0
Новоселицкий 34 61 5 0
Петровский 35 59 6 1
Предгорный 15 54 22 9
Советский 34 59 6 1
Степновский 40 56 3 0
Труновский 41 55 3 0
Туркменский 41 56 3 0
Шпаковский 26 60 12 2
северная
южная
Вся пашня — — Пашня с водной эрозией
Рис. 2 - Процент площади пахотных земель Ставропольского края различных экспозиций
вокупности всей пашни и явно не указывает на преобладание какой-либо экспозиции в качестве фактора, оказывающего влияние на развитие процессов водной эрозии.
Для получения количественной оценки проявления водной эрозии нами были использованы возможности пространственного анализа ГИС-технологий. В результате был проведен расчёт соотношения длины эрозионного размыва и площади контура пашни, на котором он представлен. В качестве единиц измерения были использованы м/га (табл. 2).
Оценка морфометрических характеристик пашни на основе средней интенсивности проявления водной эрозии показала преобладание деградиро-
2. Средняя интенсивность эрозии на участках с различными морфометрическими характеристиками
Морфометрические Средняя интенсивность
характеристики эрозии м/га
Уклон те рритории
<1° 8,9
1-3° 17,3
3-5° 20,0
>5° 18,4
Экспозиция склона
северная 9,2
северо-восточная 11,1
восточная 15,2
юго-восточная 17,5
южная 19,1
юго-западная 17,8
западная 12,2
северо-западная 11,5
плоские участки 4,7
ванных земель на территориях с уклоном 3—5°. На данных участках на 1 га пашни приходится 20 м эрозионных размывов. При этом для участков с уклоном >5° этот показатель составляет 18,4 м/га, что, на наш взгляд, связано с маленьким объёмом выборки подобных земель (12 тыс. га). При уменьшении уклона отмечается закономерное снижение интенсивности эрозии.
Анализ экспозиций склонов деградированных земель и средней интенсивности водной эрозии показал, что наиболее подвержены данному виду деградации склоны южной экспозиции, интенсивность эрозии на которых составляет 19,1 м/га, для юго-западной экспозиции — 17,8 м/га, юго-восточной — 17,5 м/га. Наименее подверженные — плоские участки пашни (4,7 м/га) и участки с северной экспозицией (9,2 м/га).
Выводы. Полученные нами результаты свидетельствуют о преобладании процессов водной эрозии на пашне с уклонами более 3°, что наряду с прямолинейной организацией территории и тенденцией к выпадению осадков ливневого характера способствует формированию интенсивных водотоков. Установлено влияние на развитие процессов водной эрозии склонов тёплых экспозиций (юго-восточная, южная, юго-западная), что связано с обильным снеготаянием в весенний период за
счёт дополнительно поступающего тепла. В случае увеличения количества осадков в зимний период роль этого фактора будет возрастать.
Для повышения эффективности определения факторов развития водной эрозии в крайне неоднородных почвенно-климатических условиях Ставропольского края необходимо рассматривать их в комплексе, учитывая помимо морфометри-ческих характеристик и особенности почвенного покрова, а также важную роль каркаса из полезащитных лесных полос.
Особую роль при проведении подобных исследований играют современные информационные технологии, в частности ГИС-технологии и данные дистанционного зондирования Земли.
Литература
1. Антонов С.А. Тенденции изменения климата и их влияние на земледелие Ставропольского края // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2017. № 4 (66). С. 43-46.
2. Информационно-аналитическая система «АГРОКЛИМАТ». [Электронный ресурс]. Михайловск: ГНУ Ставропольский НИИСХ Россельхозакадемии, 2012. URL: http://climate. sniish.ru / (Дата обращения: 13.11.2018 г.).
3. Петрова Л.Н., Желнакова Л.И. Система сухого земледелия и пути её совершенствования в Ставропольском крае // Защитное лесоразведение и мелиорация земель в степных и лесостепных районах России. Итоги и опыт за 50 лет, задачи на ближайшую перспективу: матер. всерос. науч.-практич. конф. М., 1999. С. 66-72.
4. Кулинцев В.В., Годунова Е.И., Желнакова Л.И. и др. Система земледелия нового поколения Ставропольского края: монография. Ставрополь, 2013. 520 с.
5. Письменная Е.В. Мониторинг состояния земель сельскохозяйственного назначения центрального Предкавказья / Е.В. Письменная, В.А. Стукалов, А.В. Лошаков [и др.] // Вестник АПК Ставрополья. 2016. №1 (21). С. 123-126.
6. Trukhachev V.I., Esaulko A.N., Antonov S.A., Loshakov A.V., Sigida M.S. etc. Water Erosion Monitoring On The Territory Of Agrolandscapes Stavropol Territory By Remote Methods // Research Journal of Pharmaceutical, Biological and Chemical Sciences. November-December 2018. № 9(6). Рр. 1766-1769.
7. Антонов С. А. Оценка развития процессов водной эрозии на территории агроландшафтов Ставропольского края и их влияние на продуктивность / С.А. Антонов, А.Н. Есаулко, М.С. Сигида [и др.] // Вестник АПК Ставрополья. 2018. № 1 (29). С. 67-72.
8. Лурье И.К. Геоинформатика. Учебные геоинформационные системы. М.: Изд-во Моск. ун-та. 1997. 115 с.
9. Сухановский Ю.П. Модель с программным обеспечением для прогнозирования дождевой эрозии почв для пахотных земель. Курск: ВНИИЗиЗПЭ РАСХН, 2007. 24 с.
10. Wischmeier W.N., Smith D.D. Predicting rainfall erosion losses // US DA Agr. Handbook № 537. Washington, 1978. 61 p.
11. Булыган С.Ю., Ачасов А.Б. Лисецкий Ф.Н. Использование интегрального анализа данных дистанционного зондирования и цифровых моделей рельефа при картографировании почвенного покрова Черноземной зоны // Научные ведомости БелГУ. Серия: Естественные науки. 2012. № 21 (140). С. 143-153.
Интегральный критерий оценки качества обработки почвы для чернозёмных почв Центрального Предкавказья
Ю.А. Кузыченко, д.с.-х.н, ФГБНУ Северо-Кавказский ФНАЦ
При сравнении и оценке двух или нескольких почвообрабатывающих орудий, предназначенных для выполнения однотипных операций, исполь-
зуются некоторые технологические (крошение, глыбистость, гребнистость, устойчивость хода по глубине) и эксплуатационные (производительность, удельные топливные и энергозатраты) показатели работы почвообрабатывающих агрегатов [1, 2].
