CC BY
78Научный журнал Российского НИИ проблем мелиорации, № 1(05), 2012 г.
УДК 631.1:631.48:577.23
Е. В. Полуэктов, О. А. Игнатюк (ФГБОУ ВПО «НГМА»)
Н. И. Балакай (ФГБНУ «РосНИИПМ»)
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ ТИПОВ АГРОЛАНДШАФТОВ
И ИХ ХАРАКТЕРИСТИКА
Целью работы являлось определение оптимального соотношения сельскохозяйственных угодий на различных типах агроландшафтов. Для этого была проведена типизация земель по методике Всероссийского научно-исследовательского института земледелия и защиты почв от эрозии. В результате были выделены типы агроландшафтов: плакорно-равнинный, ложбинно-балочный, овражно-полевой. Каждый из них характеризуется своей пластикой рельефа, различной комплексностью почвенного покрова и спецификой развития деградационных процессов.
Установлено, что на различных типах агроландшафтов при усилении эрозионных процессов должна сокращаться площадь под пашней (дестабилизирующая экосистема) от 87,7 % на плакорно-равнинном типе агроландшафта до 44,9 % на овражнополевом и увеличиваться площадь стабилизирующих экосистем (лесных полос, кормовых угодий, многолетних трав).
Рассчитан коэффициент экологической устойчивости агроландшафтов. Для пла-корно-равнинного типа агроландшафта в условиях отсутствия проявления эрозионных и дефляционных процессов он составил 0,07, для ложбинно-балочного - 0,84 и овражно-полевого - 1,41.
Ключевые слова: тип агроландшафта, оптимальность соотношения сельскохозяйственных угодий, типизация земель, экологическая устойчивость агроландшафта.
E. V. Poluektov, O. A. Ignatyuk (FSBEE HPE “NSMA”)
N. I. Balakay (FSBSE “RSRILIP”)
DETERMINATION AND CHARACTERISTIC OF THE MAIN AGROLANDSCAPE TYPES
The objective of study was determination of the optimal ratio of agricultural lands in different types of agricultural landscapes. For this purpose land typification was made by the technique of All-Russian scientific research institute of agriculture and soil protection from erosion. The research resulted in determination of agricultural landscapes types, such as plain, shallow gully and gully-field. Each of them characterizes by their own relief plastic, different soil cover complexity and peculiarity of the degradation process development.
It was established that with increasing of erosion processes the arable land area (destabilized ecosystem) should decrease from 87.7 % on the plain type of agricultural landscape to 44.9 % on the gully-field type and the area of stabilizing ecosystems (forest belt, meadow-lands, perennial herbs) should increase.
The ecological stability coefficient of landscapes was calculated. It was 0.07 for plain type of agricultural landscape in the absence of actual erosion and deflation processes, for shallow gully - 0.84 and for gully-field - 1.41.
Keywords: type of agricultural landscape, optimality of the ratio of agricultural lands, land typification, ecological stability of agricultural landscape.
Научный журнал Российского НИИ проблем мелиорации, № 1(05), 2012 г.
Современная система адаптивно-ландшафтного земледелия предполагает решение вопросов дифференциации и использования земель в зависимости от тех или иных задач. Основное принципиальное отличие в ведении земледелия на ландшафтной основе заключается в необходимости определения структурных территориальных единиц для глубокого системного анализа и количественной оценки биоэнергетических процессов, протекающих в них.
Типизацию агроландшафтов для обоснования формирования систем земледелия следует выполнять по ведущему компоненту, который в наибольшей мере предопределяет природный баланс (экологическое равновесие) для конкретного региона.
Исследования проводились в Константиновском районе Ростовской области, где среди деградационных процессов преобладают дегумификация, эрозия и дефляция. В наибольшей степени рельеф предопределяет облик и судьбу агроландшафта, способствует развитию эрозионных и дефляционных процессов, изменяя плодородие почв, влияя на продуктивность сельскохозяйственных культур и связанную с ними общую картину деградации почвенного покрова, что в настоящее время является актуальным.
Исследования проводились в северо-восточной сельскохозяйственной зоне Ростовской области на территории Константиновского района на сельхозугодиях ОАО «Ленинский путь». Объектом исследований были наиболее типичные агроландшафты (плакорно-равнинный, ложбиннобалочный и овражно-полевой). Схемой опыта было предусмотрено изучить влияние структуры сельхозугодий на экологическую устойчивость различных типов агроландшафтов.
Опыт двухфакторный: фактор А - тип агроландшафта; фактор Б -структура сельхозугодий, в т.ч.:
- фактор А - типы агроландшафта: вариант 1) плакорно-равнинный;
Научный журнал Российского НИИ проблем мелиорации, № 1(05), 2012 г. вариант 2) ложбинно-балочный; вариант 3) овражно-полевой;
- фактор Б - структура сельхозугодий, в %: вариант 1) распаханность территории; вариант 2) облесенность территории;
вариант 3) защищенность территории лесными насаждениями.
При решении задач оптимизации соотношения сельскохозяйственных угодий в проведенных исследованиях мы применили следующие методы: экспериментально-полевых наблюдений; сравнений и аналогов; историко-генетический; картографический; балансовый. За основу методики проведения исследований принималась разработка ВНИИЗиЗПЭ «Методика оптимизации структуры угодий в агроландшафтах на биоэнергетической основе» [1].
В качестве исходного материала использовались плановокартографическая основа в масштабе 1:25000, почвенные, геоботанические карты и материалы лесомелиоративного обследования.
В результате обобщения и анализа собранных данных были выделены следующие типы агроландшафтов: плакорно-равнинный, ложбиннобалочный, овражно-полевой. Каждый из них характеризуется своими особенностями рельефа, а, следовательно, различной комплексностью почвенного покрова и спецификой развития деградационных процессов [2, 3].
Описанные три основных типа агроландшафтов занимают около 70 % площади хозяйства, в связи с чем на них были проведены основные исследования по определению оптимальности соотношения земельных сельскохозяйственных угодий.
Так, плакорно-равнинный тип агроландшафта занимает около 55 % сельхозугодий, представленных ровными участками местности и приводораздельным плато с крутизной склонов до 1°. Это, как правило, пахотные земли, интенсивно используемые в полевых севооборотах с широким ассор-
Научный журнал Российского НИИ проблем мелиорации, № 1(05), 2012 г. тиментом сельскохозяйственных культур и агрофонов. Основные виды деградации почвенного покрова - дегумификация, дефляция, переуплотнение.
К ложбинно-балочному типу агроландшафта, занимающему около 27 % сельхозугодий, относятся придолинные и прибалочные склоны с крутизной более 1,5-2,0°, представляющие собой относительно самостоятельные обособленные водосборы с развитой сетью ложбин. Данные земли состоят преимущественно из пахотных земель. Основные виды деградации -эрозия, дегумификация, дефляция, переуплотнение, осолонцевание и др.
Овражно-полевой тип агроландшафта занимает около 18 % сельхозугодий и представляет межбалочные пространства со склонами различной крутизны и экспозиции с овражно-балочным водосбором. Чаще всего это участки пашни с примыкающими к ним овражно-балочными землями, используемыми как сенокосы и пастбища. Основной вид деградации почвенного покрова - водная эрозия. Плоскостной смыв переходит в линейный размыв с образованием овражных систем. Кроме того здесь также развиты дегумификация и переуплотнение.
Остановимся более подробно на характеристике выбранных для исследования участков.
Плакорно-равнинный тип агроландшафта (рисунок 1) имеет площадь
23,2 га, из которых 20,36 га пашня, полезащитные лесные полосы занимают 1,4 га, под полевыми дорогами занято 1,44 га.
Почвенный покров представлен черноземом южным среднемощным выщелоченным и карбонатным тяжелосуглинистым на лессовидных породах (площадь 22,02 га) и только в восточной части участка незначительная площадь (1,18 га) занята слабосмытой разновидностью чернозема южного карбонатного [4].
Система лесных насаждений представлена тремя полезащитными лесными полосами ажурно-продуваемой конструкции посадки 1989 г. Высота деревьев достигла 9-10 м, а диаметр ствола 15-19 см. Межполосное расстояние составляет 280-300 м.
Научный журнал Российского НИИ проблем мелиорации, № 1(05), 2012 г.
см 1
\
М 1:2000
Рисунок 1 - Плакорно-равнинный тип агроландшафта
В системах лесных полос основными системообразующими связями считают зоны мелиоративного влияния. Лесные насаждения и их связи образуют структуру системы защитных лесных насаждений.
Ландшафтная территория с лесомелиоративной системой может характеризоваться показателями защитной лесистости и защищенности лесными насаждениями.
Защитная лесистость - это выраженное в процентах отношение площади защитных лесных насаждений к общей площади территории, на которой они размещены. Лесистость считается высокой, если она превышает 50 %; средней - при ее показателе в пределах от 49 до 15 % и слабой -
Научный журнал Российского НИИ проблем мелиорации, № 1(05), 2012 г. менее 15 %. На плакорно-равнинном типе агроландшафта она составляет
6,2 %.
Защищенность территории лесными насаждениями - это выраженное в процентах отношение суммарной площади зон мелиоративного влияния лесных насаждений к общей площади территории, на которой они расположены. Защищенность считаем полной при ее величине 100 %, достаточно полной - при 99-80 %, недостаточно полной - при 79-50 %, неполной - при 49-20 % и отсутствующей - менее 20 %.
Согласно проведенным нами расчетам при высоте полезащитных лесных полос 9 м и зоне мелиоративного влияния (25 Н) защищенность территории лесными насаждениями полная.
Вместе с тем следует учитывать местные природно-климатические особенности, заключающиеся в том, что Константиновский район относится к зоне умеренной дефляции с периодичностью проявления пыльных бурь один раз в 10 лет. В качестве одного из основных средств в борьбе с дефляцией выступают полезащитные лесные полосы, где максимальная их эффективность проявляется при межполосном расстоянии 280-320 м, в связи с чем выбранный нами тип агроландшафта с системой лесных полос в наибольшей степени отражает оптимальность соотношения пашни и лесных насаждений.
Ложбинно-балочный тип агроландшафта при общей площади 23,5 га располагает 17,9 га пашни, под дорогами занято 1,6 га (рисунок 2).
Лесные насаждения представлены полезащитной лесной полосой 0,48 га и двумя стокорегулирующими лесными полосами площадью 2,52 га. Причем стокорегулирующие лесные полосы создавались максимально приближено к горизонталям местности. Все работы осуществлялись по контуру рельефа местности, что способствовало сокращению стока талых и дождевых вод на 8-10 мм, а смыва почвы на 30-40 %. Максимальное расстояние между стокорегулирующими лесными полосами составило
Научный журнал Российского НИИ проблем мелиорации, № 1(05), 2012 г.
200 м, минимальное 80 м. Это связано как с крутизной склона, так и его пластикой.
Рисунок 2- Ложбинно-балочный тип агроландшафта
Общая облесенность участка на ложбинно-балочном типе агроландшафта составила 12,8 %, пашни - 16,8 %. Защищенность территории лесными насаждениями - 82 %, что характеризует ее как достаточно полную.
Научный журнал Российского НИИ проблем мелиорации, № 1(05), 2012 г.
Почвенный покров участка представлен черноземами южными среднемощными слабосмытыми тяжелосуглинистыми - 12,68 га, среднесмы-тыми - 9,72 га и сильносмытыми - 1,10 га.
На овражно-полевом типе агроландшафта при общей площади 23,4 га в структуре сельскохозяйственных угодий пашня составляла 10,74 га, сенокосы и пастбища 4,6 га. Площадь, занятая оврагами, составила 2,3 га, под полевыми дорогами - 1,6 га (рисунок 3). К существующей приовражной лесной полосе дополнительно были посажены две стокорегулирующие лесные полосы.
Рисунок 3 - Овражно-полевой тип агроландшафта
Научный журнал Российского НИИ проблем мелиорации, № 1(05), 2012 г.
Облесенность участка составила 18,1 %, пашни более 40 %, а защищенность территории лесными насаждениями - 57 %, что характеризует ее как недостаточно полную. Граница распространения пашни совпала со степенью эродированности почвенного покрова и ограничивалась слабо- и среднесмытыми почвами, на долю первых приходилось 37,4 %, а вторых -23,0 % от общей площади эродированных почв. Остальные 39,6 % приходились на долю сильносмытых и очень сильносмытых почв.
Сводные данные, приведенные в таблице 1, показывают, что в зависимости от типа агроландшафта площадь эродированных почв (смытых почв) резко увеличилась от 5,1 % слабосмытых почв на плакорно-равнинном типе до почти 100 % территории, пораженной эрозионными процессами на ложбинно-балочном и овражно-полевом типах агроландшафтов. Различия между ними заключаются в количестве почв различной степени эродированности. Так, если на ложбинно-балочном типе агроландшафта преобладают слабосмытые почва (54 %), то на овражнополевом 63 % от всей площади приходится на средне-, сильно- и очень сильносмытые почвы.
Таблица 1 - Основные показатели экологической устойчивости на различных типах агроландшафтов
Показатели Типы агроландшафтов
плакорно- равнинный ложбинно- балочный овражно- полевой
Распаханность территории, % 87,7 76,1 44,9
Облесенность территории, % 6,2 12,8 18,1
Облесенность пашни, % 7,1 16,8 41,1
Защищенность территории лесными насаждениями, % 100 82 57
Площади деградированных почв, %, в т.ч.: не смытых 94,9
слабосмытых 5,1 54,0 37,4
среднесмытых - 41,4 22,9
сильносмытых - 4,6 29,8
очень сильносмытых - - 9,9
Экологическая устойчивость агроландшафта 0,07 0,84 1,41
Научный журнал Российского НИИ проблем мелиорации, № 1(05), 2012 г.
Вся пашня была разделена на два участка. Один из них представлен слабо- и среднесмытыми почвами (6,72 га), использовался в полевом севообороте, а второй - площадью 3,62 га - в почвозащитном севообороте.
Выбранные участки с разными типами агроландшафтов характеризовались различной экологической напряженностью по отношению к проявлению эрозии почв. По мере усиления развития эрозионных процессов сокращалась площадь под пашней (экологически дестабилизирующая экосистема) от 87,7 % на плакорно-равнинном типе агроландшафта до 44,9 % на овражно-полевом и увеличивались площади экологически стабилизирующих экосистем (лесных полос, кормовых угодий, многолетних трав).
Оценка экологической устойчивости агроландшафтов показала, что для плакорно-равнинного типа в условиях отсутствия проявления эрозионных и дефляционных процессов коэффициент экологической устойчивости агроландшафтов составил 0,07, на ложбинно-балочном - 0,84 и овражнополевом - 1,41. По М. И. Лопыреву [1] вариант устройства тем лучше, чем выше данный коэффициент.
Особый интерес представляют результаты исследований по проявлению эрозионных процессов на взятых для изучения типах агроландшафтов.
Высокая степень облесенности ложбинно-балочного агроландшафта в сочетании с ажурной конструкцией лесных полос способствовали равномерному распределению снежного покрова на всей территории участка. Его мощность перед снеготаянием в 2006 г. составила 16-22 см. Глубина промерзания почвы не превышала 75-77 см (таблица 2). Растения озимой пшеницы, которые в это время занимали участок, были в удовлетворительном состоянии и ушли в зиму в фазе кущения. Смыв почвы во время снеготаяния на посевах озимой пшеницы на склоне 1,5-2,0° (слабосмытые почвы) составил 0,6 т/га и заметно возрастал при крутизне склона 3,5-4,0° (среднесмытые почвы) - до 7,1 т/га. Значительная часть смытой почвы
Научный журнал Российского НИИ проблем мелиорации, № 1(05), 2012 г.
(до 70 %) задерживалась стокорегулирующей лесной полосой, а остальная часть, поступающая по ложбинам, попадала и оседала на залуженном участке, занимающем днище центральной ложбины. Таким образом, представленная система мероприятий в виде лесных полос и залуженного участка, в наиболее проблемной части агроландшафта, уменьшила смыв почвы при стоке талых вод. В то же время, на участке без лесных полос смыв почвы при крутизне склона 1,8° и удаленности от водораздела 180 м составил 3,1 т/га, а на склоне в 4,0° и удаленности в 390 м он возрос до 10,8 т/га.
Более интенсивное развитие эрозионных процессов наблюдалось на овражно-полевом типе агроландшафта. Здесь пахотные земли, непосредственно примыкающие к овражно-балочной системе, были засеяны люцерной, а остальная часть поля полевого севооборота - озимой пшеницей.
Смыв почвы от стока талых вод на посевах озимой пшеницы на склоне 2° составил 2,1 т/га, а на склоне 4° (западная часть участка) -8,8 т/га. На той части агроландшафта, где были посевы люцерны, смыв почвы не превышал 1,2 т/га, при этом на посевах люцерны кольматирова-лись наносы смытой почвы с посевов озимой пшеницы.
Возможно, для более эффективного контроля над процессами эрозии на посевах озимой пшеницы следовало применять специальные агротехнические приемы. В качестве одного из них рекомендуется щелевание, что сокращает сток талых вод на 18-29 мм, а смыв почвы вдвое.
В качестве барьеров на пути водных потоков талых вод, осаждающих наносы, также были стокорегулирующие и прибалочные лесные полосы и участки естественной растительности (сенокосы и пастбища) вокруг действующих отвершков оврагов. На аналогичных типах агроландшафтов, но при отсутствии лесных полос, смыв почвы был на 20-30 % выше, при этом вся смытая почва уносилась за пределы сельскохозяйственных угодий, заиляя водные источники.
12
Таблица 2 - Мощность снежного покрова и глубина промерзания почвы на разных типах агроландшафтов
Тип агроландшафта Степень облесенности Г оды исследований
2005 2006 2007
Мощность снежного покрова, см Г лубина промерзания, см Мощность снежного покрова, см Г лубина промерзания, см Мощность снежного покрова, см Г лубина промерзания, см
Плакорно- равнинный I облесенный II открытый 12 33 21 75 8 20
8 35 16 82 5 24
Ложбинно- балочный I облесенный II открытый 13 31 19 74 7,5 21
7 35 15 80 4,0 23
Овражно- полевой I облесенный II открытый 11 32 22 73 4,0 21
7 37 14 81 3,5 25
Научный журнал Российского НИИ проблем мелиорации, № 1(05), 2012 г.
Научный журнал Российского НИИ проблем мелиорации, № 1(05), 2012 г.
Во время выпадения ливня в июне 2005 г. ложбинно-балочный и овражно-полевой агроландшафты были заняты эспарцетом при степени проективного покрытия поверхности почвы в 70-75 %, в связи с чем процессы эрозии здесь практически отсутствовали. Несколько иная картина наблюдалась при более интенсивном ливневом дожде в июле 2007 г. Ложбинно-балочный водосбор был занят в этот период посевами подсолнечника, находящегося в фазе 4-5 листьев. Величина проективного покрытия поверхности почвы растениями не превышала 18-21 %. Несмотря на то, что все междурядные обработки проводились по контуру рельефа, смыв почвы весной 2006 г. на склонах до 2° составил 2,4 т/га, а до 4° - 15,8 т/га. Это в 1,4-2,3 раза меньше по отношению к участкам без лесных полос. Так же, как и при прохождении стока талых вод, вся масса смываемой почвы оседала в лесных полосах и на залуженном участке.
На овражно-полевом типе агроландшафта в этот период возделывалось просо. Величина проективного покрытия поверхности почвы растениями составила 30-32 %. Это в определенной мере способствовало снижению интенсивности смыва, величина которого составила на склонах до 2° - 1,8 т/га, а 4° - 4,7 т/га. Не наблюдался смыв почвы на посевах люцерны, которая находилась в фазе бутонизации после первого укоса.
На основании исследований по определению оптимальности соотношения пашни и почвозащитных мероприятий, облесенности сельхозугодий и приемов возделывания сельскохозяйственных культур можно сделать следующие выводы:
1 Основными видами деградации южных черноземов являются эрозия, дегумификация, дефляция, переуплотнение, осолонцевание и др.
2 Соотношение доли пашни в структуре сельхозугодий должно определяться в зависимости от типа и экологической устойчивости агроландшафта. В зависимости от типа агроландшафта площадь эродированных почв резко увеличивается. Так, если на ложбинно-балочном типе агроландшафта преоб-
Научный журнал Российского НИИ проблем мелиорации, № 1(05), 2012 г.
ладают слабосмытые почвы (54 %), то на овражно-полевом 63 % от всей
площади приходится на средне-, сильно- и очень сильносмытые почвы.
3 Для плакорно-равнинного типа агроландшафта в условиях отсутствия проявления эрозионных и дефляционных процессов коэффициент экологической устойчивости составил 0,07, для ложбинно-балочного - 0,84 и овражнополевого - 1,41.
Список использованных источников
1 Методика оптимизации структуры угодий в агроландшафтах на биоэнергетической основе / В. М. Володин [и др.]. - Курск, 2005. - 55 с.
2 Балакай, Н. И. Агроландшафты юга России и их классификация по типам / Н. И. Балакай, Г. Т. Балакай, Е. В. Полуэктов // Пути повышения эффективности орошаемого земледелия: сб. науч. тр. / ФГНУ «РосНИИПМ». - Новочеркасск: Геликон, 2006. - Вып. 35. - С. 43-47.
3 Полуэктов, Е. В. Расчет оптимальной структуры сельскохозяйственных угодий на биоэнергетической основе [Электронный ресурс] / Е. В. Полуэктов, О. А. Игнатюк, Н. И. Балакай // Научный журнал Российского НИИ проблем мелиорации: электрон. периодич. изд. / Рос. науч.-исслед. ин-т проблем мелиорации. - Электрон. журн. - Новочеркасск: РосНИИПМ, 2011. - № 4(04). - 11 с. - Режим доступа: http://www.rosmipm-sm.ru/archi-ve?n=57&id=61.
4 Балакай, Н. И. Определение рационального соотношения орошаемых и богарных сельхозугодий на разных агроландшафтах юга России / Н. И. Балакай, Г. Т. Балакай // Мелиорация и водное хозяйство. - 2010. -№ 6. - С. 39-41.
Полуэктов Евгений Валерьянович - доктор сельскохозяйственных наук, профессор, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Новочеркасская государственная мелиоративная академия», профессор.
Контактный телефон: 8-960-456-21-01. E-mail: [email protected]
Poluektov Evgeniy Valeryanovich - Doctor of Agricultural Sciences, Professor, Federal State Budget Educational Establishment of Higher Professional Education “Novocherkassk State Meliorative Academy”, Professor.
Научный журнал Российского НИИ проблем мелиорации, № 1(05), 2012 г.
Contact telephone number: 8-960-456-21-01. E-mail: [email protected]
Игнатюк Ольга Александровна - Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Новочеркасская государственная мелиоративная академия», аспирант.
Contact telephone number: 8-911-961-84-89. E-mail: [email protected]
Ignatuk Olga Alexandrovna - Federal State Budget Educational Establishment of Higher Professional Education “Novocherkassk State Meliorative Academy”, Postgraduate Student.
Contact telephone number: 8-911-961-84-89. E-mail: [email protected]
Балакай Наталья Ивановна - кандидат сельскохозяйственных наук, Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Российский научно-исследовательский институт проблем мелиорации», старший научный сотрудник.
Контактный телефон: 8-905-426-78-31. E-mail: [email protected]
Balakay Natalya Ivanovna - Candidate of Agricultural Sciences, Federal state budget scientific establishment “Russian scientific research institute of land improvement problems”, Senior Researcher.
Contact telephone number: 8-905-426-78-31. E-mail: [email protected]
