CC BY
32
DOI: 10.24411/0235-2451-2018-11220 УДК 631.92:519.6
К разработке алгоритма формирования экологически сбалансированных агроландшафтов в ЦЧЗ
Н. П. МАСЮТЕНКО, доктор сельскохозяйственных наук, зам. директора (e-mail: vninp@kursknet.ru) Г. М. БРЕСКИНА, кандидат сельскохозяйственных наук, старший научный сотрудник М. Н. МАСЮТЕНКО, кандидат сельскохозяйственных наук, старший научный сотрудник А. В. КУЗНЕЦОВ, кандидат сельскохозяйственных наук, старший научный сотрудник Всероссийский научно-исследовательский институт земледелия и защиты почв от эрозии, Курский федеральный аграрный научный центр, ул. Карла Маркса, 70 б, Курск, 305021, Российская Федерация
Резюме. На основе усовершенствованной методологии и структуры базы данных с использованием метода пошаговой разработки предложен вербально-графический алгоритм формирования экологически сбалансированных агроландшафтов для ЦентральноЧерноземной зоны. Условия их формирования - обеспечение экологического равновесия, общей и производительной устойчивости агроландшафта, поддержания воспроизводства почвенных процессов, высокого или среднего качества почвы, низкой степени или отсутствия деградации почв, высокой или средней продуктивности и производительной устойчивости агроландшафта, отсутствие недопустимых антропогенных нагрузок. Предлагаемый алгоритм включает 3 модуля, каждый из которых решает самостоятельную подзадачу и представлен в виде блок-схемы. Модуль 1 позволяет корректировать соотношения средостабилизирующих и дестабилизирующих угодий в агроландшафте на основе оценки эрозионной и общей устойчивости, определения площадей земель для проведения луго- и лесомелиорации, выведения из-под пашни эродированных почв для формирования экологического каркаса. Модуль 2открывает возможности для оценки ресурсного потенциала почвы, продуктивности и производительной устойчивости агроландшафта, нормирования антропогенной нагрузки на пашне и на этой основе определения участков и полей с почвами, подверженными деградации, с низким уровнем воспроизводства почвенных процессов и качества, продуктивности и производительной устойчивости, с недопустимой и ограниченно допустимой антропогенной нагрузкой для принятия соответствующих решений по рациональному землепользованию в целях предотвращения деградации почвенных ресурсов и повышения продуктивности земель. Модуль 3 на основе прогнозирования влияния разработанных базовых элементов системы земледелия на трансформацию органического вещества почвы и нормирования антропогенной нагрузки в агроландшафте позволяет принимать решения по корректировке антропогенной нагрузки и базовых элементов системы земледелия для обеспечения экологически сбалансированного агроландшафта. Использование предлагаемого алгоритма обеспечит создание экологического каркаса агроландшафта, его экологическое равновесие и устойчивость, нормирование антропогенной нагрузки, рациональное использование почвенных ресурсов и повышение продуктивности земель при проектировании адаптивно-ландшафтных систем земледелия. Ключевые слова: агроландшафт, экологическая сбалансированность, алгоритм, модуль, блок-схема, экологическое равновесие, устойчивость, воспроизводство почвенных процессов, качество почвы, деградация, продуктивность, производительная устойчивость, нормирование, антропогенная нагрузка. Для цитирования: К разработке алгоритма формирования экологически сбалансированных агроландшафтов в ЦЧЗ / Н. П. Масютенко, Г. М. Брескина, М. Н. Масютенко и др. //Достижения науки и техники АПК. 2018. Т. 32. № 12. С. 65-70. DOI: 10.24411/0235-2451-2018-11220.
Один из экологически ориентированных инструментов управления природопользованием и охраны природы - ландшафтное планирование [1]. Европейская Конвенция о ландшафтах, действующая с 2004 г.,
декларирует принципы защиты, управления и планирования ландшафтов как среды обитания и приоритеты ландшафтного планирования.
Сегодня особое внимание уделяют агроландшафту, который в условиях возрастающей интенсивности хозяйственного использования в определенной степени утрачивает свою способность к саморегулированию и самоорганизации, поэтому нуждается в постоянном управлении человеком для сохранения своих функций [2]. Актуальность проблемы формирования экологически сбалансированных агроландшафтов при переводе земледелия на адаптивно-ландшафтную основу с высоким уровнем информационно-технологического обеспечения возрастает.
Цель исследований - разработка алгоритма формирования экологически сбалансированных агро-ландшафтов в ЦЧЗ при проектировании адаптивно-ландшафтных систем земледелия.
Условия, материалы и методы. Понятие «алгоритм» -одно из основных в программировании и информатике [3]. Алгоритм - система последовательных операций (в соответствии с определёнными правилами) для решения какой-нибудь задачи [4]. Задачи, подобные формированию экологически сбалансированных агроландшафтов, решаются в три этапа: идея решения ^ алгоритм ^ программа. В это работе мы рассмотрим первые два из них.
Идея решения отражена в разработанной ранее методологии формирования экологически сбалансированных агроландшафтов, отличающейся комплексностью и системностью, включающей способы, методы, стратегию, фазы, стадии и этапы проектирования, а также в структуре базы данных [5, 6]. Мы усовершенствовали методологические основы, общие принципы и экологические требования к формированию экологически сбалансированных агроландшафтов. Для этого в агроландшафте должны быть обеспечены экологическое равновесие, общая, экологическая и производительная (агрономическая) устойчивость, воспроизводство почвенных процессов, высокое или среднее качество почвы, низкая степень или отсутствие деградации почв, высокие или средние продуктивность земель и производительная устойчивость агроландшафта, отсутствие недопустимых антропогенных нагрузок.
При разработке алгоритма использовали метод пошаговой разработки, позволяющий на каждом этапе четко выделять необходимые подцели и прослеживать взаимосвязь между ними. Суть это го м етода состо ит в том, что алгоритм разрабатывают «по шагам» (как правило, «сверху вниз»). Метод позволяет разбить алгоритм на части (модули), каждая из которых решает свою подзадачу. Это дает возможность сосредоточить усилия на решении подзадачи, реализуемой в виде отдельной процедуры или функции. Связи по управлению между модулями осуществляются посредством соответствующих обращений к ним (вызовов), а передача информации от одного модуля к другому - через параметры и глобальные переменные.
При построении алгоритма использовали параметрический и критериальный принципы. Параметрический основан на результатах контроля и учета параметров агроландшафта. Критериальный принцип базируется на том, что состояние системы определяется сравнением отдельных (измеренных) значений параметров с их критериями.
Можно выделить следующие этапы формирования экологически сбалансированных агроландшафтов:
I) подготовительный этап - сбор исходной информации;
II) обследование агроландшафта - проведение полевых исследований (при необходимости);
III) разработка алгоритма экологически сбалансированных агроландшафтов.
Результаты и обсуждение. Предлагаемый алгоритм состоит из 3-х модулей, решающих самостоя-
Начало
Ввод данных* L, Р, Н, N, К, Sn, S^, S,p3,P63, Рп,
Pl, К33, Кгу
K,p> 0,7
Z = -
КЭСЛ2=
Z(S. хК )хК
_ х 1 эз ' iy
р
v ts
3
Si
1-4 , Г
Корректировка агроландшафта не требуется
тельные подзадачи, направленные на обеспечение выполнения ранее перечисленных условий экологической сбалансированности агроландшафта.
Модуль 1. Формирование и корректировка соотношения средостабилизирующих идестабилизирующихсредоо-бразующих компонентов в агроландшафте (рис. 1).
Подзадача - провести корректировку соотношения средостабилизирующих и дестабилизирующих средообразую-щих компонентов в агроландшафте на основе оценки его эрозионной устойчивости по эрозионной расчлененности
территории, по защищенности пашни лесополосами; общей устойчивости агро-ландшафта по коэффициенту экологической стабильности (КЭСЛ2) [7, 8] и индексу сбалансированности (1са) [9], определения площадей земель для проведения луго- и лесомелиорации, выведения из-под пашни эродированных почв для формирования экологического каркаса.
Для выполненияэтой подзадачи после ввода данных на основе расчета и оценки коэффициента эрозионной расчлененности территории
30 X Н X N X 100
Sn
I = ^бз
са s„
1са>1
Требуется корректировка агроландшафта за счет вывода земель на склонах >5° (средне- и сильносмытых) из-под пашни под луга, пастбища, посев многолетних трав (АРяж)
Корректировка агроландшафта не требуется
AS = ЛПТ 0,5-КЭСЛ2хР -ЩхКзз)
0,62
AS = S эр зрз
&
и <
Л
J <
Проводится корректировка агроландшафта. Площадь пашни сокращается на ÄS„
Требуется корректировка агроландшафта за счет вывода земель на склонах >5° из-под пашни
под лесополосы (Д8Ш), луга, пастбища, посев многолетних трав
(АБштр)
AS =
Z3xSnxb -3000xHxNxb 300 хН AS =S
Эр ЭрЗ
AS = P/2-S_ -AS -AS -S
лиг '03 лп 3D ■
Разницу ДБщи-Зэр компенсируют за счет вывода сильнодеградированных (загрязненных) земель Проводится корректировка агроландшафта. Площадь пашни сокращается на А5ДПТ
т
Проводится корректировка агроландшафта.
Площадь пашни сокращается на ÄSun+ÄS™™.
Завершена корректировка соотношения средостабилизирующих и дестабилизирующих угодий в агроландшафте
Рис. 1. Алгоритм формирования и корректировки соотношения средостабилизирующих и дестабилизирующих средообразующих компонентов в агроландшафте: L - общая длина оврагов, км; Р - общая площадь агроландшафта, км2; Н - средняя высота защитных насаждений, м; N - длина защитных лесных насаждений, м; Ь - ширина защитных лесных насаждений, м;
- заданная защищенность пашни лесными насаждения, % (всегда больше 50 %); S¡ - площадь отдельных угодий, га; Кш - коэффициент экологической значимости угодья; Кгу - коэффициент геоморфологической устойчивости; Sэр3 - площадь сильноэродированных почв, га; - площадь буферной зоны, м2; SП - площадь пашни, м2 (остальные обозначения даны в тексте).
(Кэр) (ГОСТ 19.701 -90) определяется порядок дальнейших действий.
При Кэр < 0,7 необходимо рассчитать коэффициент экологической стабильности агроландшафта (КЭСЛ2). Если КЭСЛ2 > 0,5, то корректировки соотношения угодий в агроландшафте не требуется. Если КЭСЛ2 < 0,5, существует необходимость корректировки соотношения угодий в агроландшафте: снижения площади пашни и увеличения площади средостабилизирующих угодий. Достичь такой цели можно путем вывода средне- и сильносмытых земель на склонах > 5о из-под пашни под луга, пастбища, посева многолетних трав (ASлпт). Поэтому проводится расчет необходимого расширения площади средостабилизирующих угодий (ASлпт) для обеспечения экологической стабильности агроландшаф-та. Эта величина соотносится с площадью на пашне сильносмытых земель на склонах > 5°^ ). Если AS < AS ,
* эр' лпт эр'
проводится корректировка агроландшафта, при этом площадь пашни сокращается на AS . Если AS > AS ,
лпт лпт эр
то для корректировки агро-ландшафта разницу ASлпт-Sэр
компенсируют путем вывода сильнодеградированных (загрязненных) земель из пашни, в этом случае ее площадь сокращается на ASлпт. На этом корректировка соотношения средостабилизирующих и дестабилизирующих угодий, обеспечивающего экологическое равновесие в агроландшафте с коэффициентом эрозионной расчлененности территории < 0,7 и коэффициентом экологической стабильности агроландшафта < 0,5, завершается.
При Кэр > 0,7 необходимо рассчитать защищенность пашни лесными насаждениями и оценить эрозионную устойчивость агроландшафта по Z [9]. Если Z > 50 %, то необходимо рассчитать КЭСЛ2 и действовать вышеизложенным способом.
В случае, когда Z < 50 %, следует рассчитать индекс сбалансированности агроландшафта (1са) для оценки его общей устойчивости [9]. Если 1са > 1, корректировка соотношения средостабилизирующих и дестабилизирующих средообра-зующих компонентов в агроландшафте не нужна.
Ввод исходных и нормативных данных по БГ, СКВ, Г, Р, К, ЕКО, рН, А, Пор,ЕВА, На, XV, Стм, ДП, У, Кв, Уст
потенциальной урожайности (зерна) сельскохозяйственных культур: для черноземов Уп, = 0,058 • Г- На- (1- (100+ Щ,
для серых лесных почв Уп, = 0,053 • Г- На • с1* (100+ IV).
Определение номера 1руппы (п), которой по комплексной оценке показателей воспроизводства почвенных процессов, качества почвы, её деградации, продуктивности, устойчивости и степени антропогенной нагрузки соответствует поле или участок по формуле: п- Ь + пвг+ Пг +(П№ +Пр+ Пк+Пысо+Прн)^ + (щ +ПШ, +ПВА):3 + По™+Пдп+Пу+Пует]:9
Рис. 2. Алгоритм оценки ресурсного потенциала почвы, продуктивности, агрономической (производительной) устойчивости, антропогенной нагрузки в агроландшафте на пашне: На -мощность гумусового слоя, см; d - плотность почвы, г/см3; W - влажность почвы, %; номера групп по пскв - степени компенсации выноса питательных веществ; пБГ - баланса гумуса; пГ -содержания гумуса в почве; пм - содержания гидролизуемого азота в почве; пР - содержания подвижного фосфора в почве; пК - содержания обменного калия в почве; пЕКО - емкость катионного обмена в почве; прН - рН почвы; п - плотности почвы; пПор - порозности почвы; пГВА - суммы водоустойчивых агрегатов почвы; пСтм - уровня загрязнения почвы тяжелыми металлами; пс - уровня смыва почвы; пПр - уровня продуктивности почвы; пУст - производительной устойчивости агроландшафта (остальные обозначения даны в тексте и таблице).
В случае 1са<1, требуется корректировка соотношения угодий в агроландшафте, увеличение площади средостабилизирующих угодий и сокращение площади пашни как дестабилизирующего компонента. Это необходимо осуществлять путем вывода сильносмытых (ASэр) земель на склонах > 5о и сильнодеградированных (загрязненных) почв из пашни под лесополосы ^лп), луга, пастбища, посев многолетних трав (ASлпт). В связи с этим, будет проведен расчет необходимого увеличения площади перечисленных средостабилизирующих угодий для обеспечения экологической стабильности агроландшафта. На этом корректировка соотношения средостабилизирующих и дестабилизирующих угодий, обеспечивающего экологическое равновесие в агроландшафте с коэффициентом эрозионной расчлененности территории > 0,7, защищенностью пашни защитными лесными насаждениями Z < 30 % и индексом сбалансированности агроландшафта (1са) < 1, завершается.
Модуль 2. Оценка ресурсного потенциала почвы, продуктивности и агрономической (производительной) устойчивости агроландшаф-та, оценка и нормирование антропогенной нагрузки в агроландшафте на пашне в целях предотвращения деградации почвенных ресурсов и для повышения продуктивности агроландшафтов (рис. 2).
Подзадача - оценка ресурсного потенциала почвы, продуктивности и агрономической (производительной) устойчивости агроландшаф-та, оценка и нормирование антропогенной нагрузки в агроландшафте на пашне, с последующим определением на этой основе пахотных участков и полей, подверженных деградации почв, с недопустимой и ограниченно допустимой антропогенной нагрузкой для принятия соответствующих решений и разработке мер по рациональному землепользованию в целях предотвращения деградации почвенных ресурсов и повышения продуктивности агроландшафтов.
Оценка ресурсного потенциала почвы и нормирование антропогенной нагрузки в агроландшафте на пашне проводится на основе комплексной оценки воспроизводства почвенных процессов, качества почвы, степени её деградации, продуктивности и производительной устойчивости ландшафта.
Для выполнения этой подзадачи после ввода исходных и нормативных данных осуществляется расчет
потенциальной урожайности (зерна) сельскохозяйственных культур.
Следующий этап - сравнение исходных и расчетных данных с нормативными показателями, которые представлены в таблице, и проведение на этом основании оценки уровня воспроизводства почвенных процессов, качества, деградации почвы, продуктивности почвы, производительной устойчивости агроландшафта и нормирования антропогенных нагрузок с последующим определением группы (nn), к которой относится конкретное поле или участок по каждому показателю: БГ - баланс гумуса; СКВ - степень компенсации выноса питательных веществ, %; содержанию в почве Г - гумуса, ^ - гидролизуемого азота, Р - подвижного фосфора, К - обменного калия; ЕКО - емкости катионного обмена, pH почвы, d - плотности, Пор - порозности почвы, ХВА - суммы водоустойчивых агрегатов, Стм - содержанию тяжелых металлов, АП - смыву почвы, У - урожайности сельскохозяйственных культур, Кв - коэффициенту варьирования урожайности во времени по годам.
Затем проводится комплексная оценка для каждого поля или участка и по формуле, представленной на рис. 2, определяется номер группы (n), к которой относится поле или участок. Для анализа полученных результатов выделяют следующие группы (см. табл.):
1 группа - уровень воспроизводства почвенных процессов и качество почвы высокие, деградация отсутствует, продуктивность почвы и производительная устойчивость агроландшафта высокие, антропогенная нагрузка благоприятная;
2 группа - уровень воспроизводства почвенных процессов и качество почвы средние, деградация почвы низкая, продуктивность почвы и производительная устойчивость агроландшафта средние, антропогенная нагрузка допустимая;
3 группа - уровень воспроизводства почвенных процессов и качество почвы низкие, деградация почвы средняя, продуктивность почвы и производительная устойчивость агроландшафта низкие, антропогенная нагрузка предельно допустимая;
4 группа - уровень воспроизводства почвенных процессов и качество почвы очень низкие, деградация почвы высокая, продуктивность почвы и производительная устойчивость агроландшафта очень низкие, антропогенная нагрузка недопустимая.
Распределение полей и участков по указанным группам проводится в зависимости от значения n: при 1< n <1,5 - 1 группа; при 1,5 < n < 2,5 - 2 группа; при 2,5 < n < 3,5 - 3 группа, при 3,5 < n < 4 - 4 группа.
После такой оценки выявляют участки и поля, подверженные деградации почв, с недопустимой и ограниченно допустимой антропогенной нагрузкой для принятия соответствующих решений и разработки мер по рациональному землепользованию в целях предотвращения деградации почвенных ресурсов и повышения продуктивности агроландшафтов.
Если поле или участок отнесены к группе 1, корректировки не требуется, к группе 2 - необходима незначительная корректировка системы удобрений, к группе 3 - требуется корректировка систем удобрений, севооборотов, обработки почвы. Если поле или участок отнесены к группе 4, необходимо проведение противоэрозионных мероприятий и значительная корректировка систем удобрений, севооборотов, обработки почвы.
Модуль 3. Контроль и проверка соблюдения экологических требований после разработки базовых элементов системы земледелия по антропогенной нагрузке и воспроизводству гумуса в почве на основе прогнозирования,
Таблица. Шкала оценки уровня воспроизводства почвенных процессов, качества (в пахотном слое), деградации почвы, продуктивности и производительной устойчивости агроландшафтов, степени антропогенной нагрузки
Показатель
Баланс гумуса (БГ), т/га
Степень компенсации выноса питательных веществ (СКВ), %
Нормативные данные
Группа
Содержание гумуса в почве (Г), %
Содержание гидролизуемого азота (.г), подвижного фосфора (Р), обменного калия (К), емкость катионного обмена(ЕКО) рН почвы
~ сол
Плотность почвы (d), г/см3
Порозность почвы (Пор)
Сумма водоустойчивых агрегатов (IBA)
Содержание тяжелых металлов (Стм)
Смыв почвы (АП), т/га
Урожайность сельскохозяйственных культур (У), т/га Коэффициент варьирования урожайности по годам (Кв)_
*БГ>0 1
-0,05<БГ<0 2
- 0,10<БГ<-0,05 3
БГ< -0,10 4
"СКВ. = 100%; *СКВР > 100%; 1 *СКВк = 100%
100%>СКВ.. > 90%; 2 100%>СКВР > 95%; 100%>СКВк > 80%
90%>СКВМ > 70%; 95%>СКВР 3 > 90%; 80%>СКВк > 70%
СКВ.. < 70%; 4 СКВР < 80%; СКВк < 70%
*Г>среднегумусированные 1
среднегумусированные 2 >Г>слабогумусированные
Г - слабогумусированные 3
Г<слабогумусированные 4
"""показатель > среднее 1 среднее > показатель > низкое 2
низкое > показатель > очень 3 низкое
показатель < очень низкое 4
""нейтральные 1
близкие к 2 нейтральным
слабокислые 3
средне- и сильнокислые 4
"^<1,2 г/см3 1
1,3^>1,2 г/см3 2
1,4 ^ >1,3 г/см3 3
d >1,4 г/см3 4
*Р > 55 % 1
55>Р > 45 % 2
45>Р > 40 % 3
Р < 40 % 4
***УВА > 60% 1
60 %>УВА > 40 % 2
40 %>уВА > 30 % 3
УВА <30 % 4
*Стм < ПДК 1
Стм =ПДК 2 Стм - 1-2-й уровень загряз- 3
ненности Стм - 3-4-й уровень загряз- 4 ненности
"АП < АПд 1
1,5> АП > АПд 2
2 АП > АП > 1,5АПд 3
АП > 2 АПд 4
*У > (1,7-1,95)Уп1, 1
У = (1,4-1,7)Уп 2
У=(1,0-1,4)Уп 3
У< Уп 4
*Кв<20 % 1
20<Кв<25 % 2
25<Кв<30 % 3
Кв >30% 4
1Уп - потенциальная урожайность сельскохозяйственных культур, т/га.
Нормативные данные даны из следующих публикаций: *[10], **[11], ***[12].
оценки и нормирования антропогенной нагрузки по трансформации органического вещества почв в агроландшафте и принятие решений по корректировке базовых элементов системы земледелия (рис. 3).
Подзадача - выявление участков и полей после разработки базовых элементов системы земледелия с не_ Достижения науки и техники АПК. 2018. Т. 32. № 12
допустимой и ограниченно допустимой антропогенной нагрузкой, на которых не обеспечено воспроизводство гумуса в почве, для проведения при необходимости корректировки антропогенной нагрузки и базовых элементов системы земледелия.
В основе разработанного алгоритма лежит методический подход [10], согласно которому оценка и нормирование антропогенной нагрузки проводятся на основе учёта показателя трансформации органического вещества почвы, отражающего влияние на него агро-генных факторов, оцененное в баллах. Разработана справочная и нормативная информация, необходимая для реализации этого алгоритма [10] .
После ввода данных по разработанным базовым элементам системы земледелия и данных из блока справочной и нормативной информации в рамках выполнения этой
Начало
S„S2...S1,F11,F12,F13,F14,
F15,F16,F17,F1!,F19,F110, F2,F3>F4,F5,F61,F62,F6j, F64,F6s,F7,F8,F9,n
Б2, ...1*9 - факторы, воздействующие на трансформацию органического вещества почвы на изучаемом попе: Г. Растения; 2. Деревья; 3. Севооборот; 4. Многопешяя нлотнокустовая злаковая растительность; 5. Бессменные посевы; 6. Обрабопса почвы; 7. Без обработки; 8. Органические удобрения, 3,5 т/га; 9.
Провести расчет I] -19 в баллах по всем факторам, воздействующим на органическое вещество почвы на изучаемых полях (участках), используя блок справочной и нормативной информации
Рис. 3. Алгоритм проверки соблюдения экологических требований после разработки базовых элементов системы земледелия по антропогенной нагрузке и воспроизводству гумуса в почве на основе прогнозирования антропогенной нагрузки по трансформации органического вещества почвы в агроландшафте: n - количество лет в севообороте; 1,2... n - номер года
в севообороте по порядку; S - площадь поля в агроландшафте, га; 1,2___i - номера полей в
агроландшафте (остальные обозначения даны в тексте).
подзадачи осуществляется расчет показателя интенсивности воздействия антропогенных нагрузок на трансформацию органического вещества почвы на поле или участке за год (In) в баллах по девяти факторам: растения (I1), деревья (I2), севооборот (I3), многолетняя плотнокустовая злаковая растительность (I4), бессменные посевы (I5), обработка почвы (I6), без обработки почвы (I7), органические удобрения (I8), минеральные удобрения (I9). Затем определяется показатель интенсивности воздействия антропогенных нагрузок на трансформацию органического вещества черноземных почв в севообороте в среднем за год (1пс, балл), в агроландшафте за севооборот (1ал, балл), степени антропогенного воздействия (I балл).
Для выявления участков или полей с недопустимой и ограниченно допустимой антропогенной нагрузкой после разработки базовых элементов системы земледелия, на
которых не обеспечено воспроизводство гумуса в почве, проводиться оценка антропогенной нагрузки (рис. 3) в зависимости от значения 1оци при необходимости принимаются решения о корректировке антропогенной нагрузки и базовых элементов системы земледелия.
Если на поле или участке антропогенная нагрузка благоприятная или допустимая (I< 2 или 2 < I<6), то прогноз благоприятный, воспроизводство гумуса расширенное или простое, корректировка разработанной системы земледелия не требуется. При предельно допустимой антропогенной нагрузке (6 < I <10) прогноз не совсем благоприятный, процессы минерализации органического вещества в почве преобладают над гумификацией, необходима корректировка системы удобрений: увеличения внесения органических удобрений,внесения соломы с азотными минеральными удобрениями и др.
Если на поле или участке антропогенная нагрузка недопустимая (I >10), то прогноз неблагоприятный, процессы минерализации органического вещества в почве сильно преобладают над гумификацией, требуется корректировка базовых элементов системы земледелия: системы удобрений (увеличения внесения органических
удобрений,внесения соломы с азотными минеральными удобрениями и др.), системы севооборотов (введение многолетних трав, пожнивных культур и др.), минимизация обработки почвы.
Прогноз благоприятный. Воспроизводство гумуса расширенное или простое. Корректировки разработанной системы земледелия не требуется.
Прогноз не совсем благоприятный. Процессы минерализации органического вещества в почве преобладают над гумификацией. Требуется корректировка системы удобрений: увеличение внесения органических удобрений, внесение соломы с азотными миндальными удобрениями и т.п.
Прогноз неблагоприятный. Процессы минерализации органического вещества в почве значительно преобладают над гумификацией. Требуется корректировка системы удобрений (увеличение внесения органических удобрений, соломы с азотными минеральными удобрениями и т.п.), системы севооборотов (введение многолетних трав, пожнивных культур и т.п.), минимизация обработки почвы.
выводы. Таким образом, разработан алгоритм формирования экологически сбалансированных агро-ландшафтов в ЦЧЗ, состоящий из трех модулей, тип -вербально-графический, класс - информационный, способ записи - блок-схема, по последовательности выполнения действий - комбинированный (линейно-разветвленный), с математическими расчетами в определенных блоках. В основу решения положена разработанная ранее методология формирования экологически сбалансированных агро-ландшафтов и метод пошаговой разработки алгоритма.
Алгоритм позволяет проводить корректировку соотношения средостабилизирующих и дестабилизирующих средообразующих компонентов в агроландшафте на основе оценки его общей и эрозионной устойчивости (модуль 1); оценивать ресурсный потенциал почвы, продуктивность и агрономическую (производительную) устойчивость агроландшафта, антропогенную нагрузку на пашне и выявлять участки и поля с почвами, подверженными деградации, с низким уровнем воспроизводства почвенных процессов и качества, продуктивности и производительной устойчивости, с недопустимой и ограниченно допустимой
антропогенной нагрузкой для принятия соответствующих решений в целях рационального землепользования, предотвращения деградации почвенных ресурсов и повышения продуктивности агроландшафтов (модуль 2); осуществлять контроль и проверку соблюдения экологических требований после разработки базовых элементов системы земледелия по антропогенной нагрузке и воспроизводству гумуса в почве на основе прогнозирования, оценки и нормирования антропогенной нагрузки по трансформации органического вещества почв в агроландшафте и принятие решений по корректировке базовых элементов системы земледелия (модуль 3).
Использование алгоритма формирования экологически сбалансированных агроландшафтов в ЦЧЗ при проектировании адаптивно-ландшафтных систем земледелия обеспечит создание экологического каркаса территории, экологическое равновесие и устойчивость агроландшаф-та, нормирование антропогенной нагрузки, рациональное использование природно-ресурсного потенциала агроландшафта, сохранение и воспроизводство почвенного плодородия и повышение продуктивности земель.
Литература.
1. Принципы ландшафтного планирования и концепция его развития в России /Антипов А. Н. идр. (Россия), ВинкельбрандтА. и др. (Германия) // Руководство по ландшафтному планированию: в 2-х т. М.: Гос. центр экол. программ, 2000. Т. 1. 136 с.
2. Агроэкологическая оценка земель, проектирование адаптивно-ландшафтных систем земледелия и агротехнологий: методическое руководство /под редакцией академиков РАСХН В. И. Кирюшина и А. Л. Иванова. М.: ФГНУ «Росинформагротех», 2005. 784 с.
3. Томас Х. К. Алгоритмы: вводный курс Томаса Х. Кормена Algorithms Unlocked. М.: ИЦ «Вильямс», 2014. 208 с.
4. Игошин В. И. Теория алгоритмов: учеб. пособие для студ. учреждений сред. проф. образования. М.: Издательский центр «Академия», 2013. 320 с.
5. Методологические аспекты формирования экологически сбалансированных агроландшафтов / Н. П. Масютенко, А. В. Кузнецов, М. Н. Масютенко и др. // Земледелие. 2016. № 7. С. 6-9.
6. К разработке структуры базы данных для формирования экологически сбалансированных агроландшафтов / Н. П. Масютенко, А. В. Кузнецов, М. Н. Масютенко и др. // Земледелие. 2017. № 7. С. 3-6.
7. Клементова Е. Н., Гейниге В. Оценка экологической устойчивости сельскохозяйственного ландшафта //Мелиорация и водное хозяйство. 1995. № 5. С. 33-34.
8. Агроэкология / В. А. Черников, Р. М. Алексахин, А. В. Голубев и др. / под ред. В. А. Черникова, А. И. Чекереса. М.: Колос, 2000. 536 с.
9. Система оценки устойчивости агроландшафтов для формирования экологически сбалансированных агроландшафтов / Н. П. Масютенко, Н. А. Чуян, Г. И. Бахирев и др. Курск: ГНУВНИИЗиЗПЭ РАСХН, 2013.50 с.
10. Система оценки и нормирования антропогенной нагрузки для формирования экологически сбалансированных агроландшафтов. Коллективная монография/Н. П. Масютенко, А. В. Кузнецов, М. Н. Масютенко идр. Курск: ФГБНУ ВНИИЗиЗПЭ, 2014. 187с.
11. Методические указания по проведению комплексного агрохимического обследования почв сельскохозяйственныхугодий/ М. А. Флоринский, М. И. Лунев, А. В. Кузнецов и др. М.: Центр научн.-техн. информ., пропаганды и рекламы, 1994. 96 с.
12. Вадюнина А. Ф., Корчагина З. А. Методы исследования физических свойств почв. 3-е изд., перер. и доп. М.: Агро-промиздат, 1986. 416 с.
On the Development of an Algorithm for Formation of Ecologically Balanced Agro-landscapes in the Central Chernozem Area
N. P. Masyutenko, G. M. Breskina, M. N. Masyutenko, A. V. Kuznetsov
All-Russian Research Institute of Farming and Soil Protection from Erosion, Kursk Federal Agrarian Scientific Center, ul. Karla Marksa, 70 b, Kursk, 305021, Russian Federation
Abstract. A verbal-graphic algorithm of formation of ecologically balanced agro-landscapes in the Central Chernozem Area was proposed on the basis of the improved methodology and database structure, using a step-by-step method of development. The conditions of their formation are an ecological balance, general and production sustainability of an agro-landscape, reproduction of soil processes, high or medium soil quality, low degree or absence of soil degradation, high or medium productivity and production sustainability of an agro-landscape, absence of intolerable anthropogenic loads. The proposed algorithm included three modules, each solving an independent subtask, and was presented as a flowchart. Module 1 enabled to correct the ratio of environment stabilizing and destabilizing agricultural lands in the agro-landscape based on the estimation of its erosion and general resistance and determination of land areas for the implementation of meadow and forest amelioration, removal of eroded soils from arable lands to form an ecological framework. Module 2 enabled to estimate soil resource potential, productivity and agro-landscape production sustainability, normalize anthropogenic load on arable land and to reveal on this basis plots and fields with soils subject to degradation, with a low level of reproduction of soil processes and quality, productivity and production sustainability, with intolerable and conditionally tolerable anthropogenic load in order to make appropriate decisions on rational land use for preventing soil resource degradation and raising land productivity. Module 3 enabled to make decisions on correcting anthropogenic load and basic elements of a farming system for ensuring an ecologically balanced agro-landscape on the basis of predicting the influence of the developed basic elements of a farming system on soil organic matter transformation, normalizing anthropogenic load in the agro-landscape. The application of the proposed algorithm will provide the formation of an ecological agro-landscape framework, its ecological balance, and stability, normalizing anthropogenic load, rational use of soil resources and an increase of land productivity when designing adaptive landscape farming systems.
Keywords: agro-landscape; ecological balance; algorithm; module; flowchart; sustainability; soil process reproduction; soil quality; degradation; productivity; production sustainability; normalizing; anthropogenic load.
Author Details: N. P. Masyutenko, D. Sc. (Agr.), deputy director (e-mail: vninp@kursknet.ru); G. M. Breskina, Cand. Sc. (Agr.), senior research fellow; M. N. Masyutenko, Cand. Sc. (Agr.), senior research fellow; A. V. Kuznetsov, Cand. Sc. (Agr.), senior research fellow. For citation: Masyutenko N. P., Breskina G. M., Masyutenko M. N., Kuznetsov A. V. On the Development of an Algorithm for Formation of Ecologically Balanced Agro-landscapes in the Central Chernozem Area. Dostizheniya nauki i tekhniki APK. 2018. Vol. 32. No. 12. Pp. 65-70 (in Russ.). DOI: 10.24411/0235-2451-2018-11220.
