CC BY
38
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЗЕМЛИ И СИСТЕМЫ ЗЕМЛЕДЕЛИЯ
УДК 631.58 (571.1)
Опыт проектирования адаптивно-ландшафтных систем земледелия в Западной Сибири
А.Н. ВЛАСЕНКО, академик РАСХН Н.И. ДОБРОТВОРСКАЯ, доктор сельскохозяйственных наук
Сибирский НИИ земледелия и химизации сельского хозяйства E-mail: [email protected]
Описывается опыт проектирования адаптивно-ландшафтных систем земледелия в ОПХ «Кремлевское» Коченевс-кого района Новосибирской области. Технология проектирования базируется на новой основе, позволяющей интегрировать разноплановую информацию об агроэкологических условиях хозяйства в единой системе ГИС-проекта. Показаны особенности процедуры типизации земель хозяйства, оценки потенциальной продуктивности земель и разработки базовых элементов системы земледелия.
Ключевые слова: адаптивно-ландшафтные системы земледелия, проектирование, агроэкологическая оценка, типизация земель, ГИС-технологии.
История земледелия в Сибири насчитывает более пяти веков, однако массовое освоение земель началось в 50-60 гг. прошлого века, в период кампании по подъему целины. Именно в этот период земледелие столкнулось с экологическими проблемами (возникновение пыльных бурь, резкое снижение плодородия почв). В основу борьбы за сохранение плодородия легли идеи Т.С. Мальцева и А.И. Бараева, которые позднее были реализованы в системе почвозащитного земледелия.
Большую роль в развитии сельского хозяйства Сибири сыграли агрохимические методы повышения плодородия почв, а также научно обоснованные зональные системы земледелия. Однако с переходом страны к рыночной экономике, обострением экологических проблем,
ЁпиёйдТааГеа gai§e.p65 3
развитием новых земледельческих технологий, бурным внедрением принципиально новой техники в производство зональные системы земледелия перестали удовлетворять потребности агропромышленного комплекса. Возникла необходимость в дифференцированных подходах к использованию земель в соответствии с принципами экологической целесообразности и экономической эффективности. Сегодня этим принципам в наибольшей степени соответствует концепция адаптивно-ландшафтного земледелия, развивающаяся в стране с конца 80-х годов под руководством академика РАСХН В.И. Кирюшина [1-4].
Территория Западной Сибири в силу континентальности климата характеризуется значительной контрастностью природных условий: резкими сезонными и суточными сменами температур, неравномерностью выпадения осадков, комплексностью почвенного покрова, в котором черноземные почвы соседствуют с солонцовыми и солодями. Поэтому при проектировании систем земледелия большая роль принадлежит процедуре агроэкологической типизации земель.
Учеными нашего института разработан проект адаптивно-ландшафтной системы земледелия для ОПХ «Кремлевское« Коченевского района Новосибирской области. Площадь этого хозяйства - 16,9 тыс. га, из них 10,3 тыс. га занято полевыми севооборотами. На предыдущих этапах здесь была определена обоснованная специализация на зерновое производство (семеноводство) и мясомолочное скотоводство. В этом хозяйстве есть все возможности для реализации адаптивно-ландшафтного подхода к формированию систем земледелия, ориентированных на
решение экологических проблем. В основе проекта лежит глубокая и всесторонняя оценка агроэкологических условий на территории хозяйства, проведенная с использованием ГИС-технологий.
Применение новых методов проектирования требует особой подготовки исходной информации: определения необходимого и достаточного уровня детализации территории хозяйства, точности данных, структурирования информации и т.д. Важное условие подготовки исходной информации - обеспечение полного соответствия данных разных блоков проекта систем земледелия, что позволяет применять автоматизированные программы для расчета вариантов и их оптимизации при смене исходных условий (цен на продукцию, сырье, погодных условий, уровня интенсификации и т.д.) [5]. Это условие выполняется посредством координатной привязки информации к конкретным участкам.
Основными блоками нашего проекта являлись: блок агроэкологичес-кой оценки и типизации земель, блок организации и размещения севооборотов, блок технологий (система обработки почвы, определение уровней интенсификации производства, системы удобрения и защиты растений).
Обширная и разноплановая информация об экологических условиях хозяйства была обобщена, структурирована и визуализирована в виде цифровой модели местности (ЦММ) - многослойной тематической карты хозяйства, содержащей такие слои, как топография с нанесенными на нее линиями рельефа, карта элементов рельефа с характеристиками уклонов, почвенная карта, карты растительности, засоления почв, уровня грунтовых вод. и
На основе сопоставления темати- | ческих карт была создана электрон- 5 ная карта структуры почвенного по- 5 крова, которую можно также назвать картой элементарных ареалов агро- 2 ландшафта (ЭАА [3]) или видов зе- ю мель. База данных такой карты со- р
держит информацию о геохимичес- о
р
з
25.09.2012, 14:41
ком статусе выделенного ареала, наличии в нем факторов, лимитирующих продуктивность сельскохозяйственных культур, рациональном способе использования (тип угодий, набор сельскохозяйственных культур, тип севооборота), мероприятиях по улучшению данных видов земель. При общности перечисленных характеристик виды земель объединялись в агроэкологические типы и создавался новый слой с картой «Типы земель».
В ОПХ «Кремлевское» было выделено десять агроэкологических типов земель: I - автоморфные и автоморфно-полугидроморфные, 2 - полугидроморфные слабоэрозионные с линейной эрозией, 3 - полу-гидроморфные слабоэрозионные с плоскостной эрозией, 4 - слабопере-увлажненные (полугидроморфные), S - среднепереувлажненные (гидро-морфно-полугидроморфные), 6 -
сильнопереувлажненные (гидромор-фные), 7 - гидроморфно-полугидро-морфные солонцеватые, 8 - гидро-морфно-полугидроморфные солон-чаковатые и солончаковые, 9 - гид-роморфные солонцеватые, солонча-коватые и солончаковые, 10 - заболоченные.
Границы ареалов этих типов земель на местности идентифицировались по элементам рельефа и границам соответствующих почвенных контуров. Как правило, они более крупные, чем контуры типов почв, а количество контуров значительно меньше по сравнению с количеством контуров почвенной карты. В частности, почвенная карта ОПХ «Кремлевское» (М 1:2S000) содержит 8S6 контуров, а карта типов земель -лишь 120. База данных карты «Типы земель» содержит количественные показатели в виде коэффициентов сложности, контрастности и неодно-
родности почвенного покрова полученных выделов. Для расчета этих показателей использовались морфо-метрические характеристики всех почвенных контуров. Эта весьма объемная при ручном сканировании задача легко выполняется в программном графическом пакете, в частности Мар^о, с помощью процедуры ЭОЬзапроса.
Для вычисления коэффициента контрастности в базе данных проекта «Справочные данные» размещается матрица признаков почв, градуированных по степени проявления каждого свойства из определенного заранее перечня агрономически важных свойств.
На фоне карты типов земель организован слой «Производственные участки», который получен путем картографирования существующего в хозяйстве землеустройства. Характеристики данного слоя - сведения
Рис. I. Расчет урожайности сельскохозяйственных культур для почвенных разновидностей или комплексов (графа «Индекс»)
0
сч
1-»
01
z
ш
S Ц
а
ч
а ц
г 0) т
Ёпиёй9ГааГёа 9а1ёё.р65
25.09.2012, 14:41
4
Рис. 2. Картограмма урожайности пшеницы по почвенным контурам и рабочим участкам на первом уровне интенсификации производства
о площади участка, длине гона, уклоне поверхности, каменистости и др. В результате была получена карта рабочих участков, дифференцированных в зависимости от базовых агроэкологических условий хозяйства, отражающих воздействие нерегулируемых или ограниченно регулируемых факторов продуктивности земель.
Следующим шагом, необходимым при агроэкологической оценке земель, стало определение потенциальной продуктивности почвенного покрова полученных участков применительно к основным сельскохозяйственным культурам, выращиваемым в хозяйстве. В данном проекте использовался экспертный метод оценки сравнительной продуктивности почв и земель [6, 7]. В основе алгоритма оценки продуктивности рабочих участков лежит процедура многомерного ранжирования почвенных объектов по их свойствам: от лучших значений данного свойства для данной культуры к худшим. В расчет принималось 11 важных свойств почв, в том числе содержание гумуса, рН,гранулометрический состав, емкость катионного обмена. Учитывался вес признака-свойства,
показывающий степень его важности для возделывания культуры. Таблица урожайности культур на разных типах почв размещалась в справочной таблице базы данных, а в среде ГИС рассчитывалась для рабочих участков с учетом структуры почвенного покрова (рис. 1) и отражалась в виде картограмм урожайности (рис. 2).
Задача размещения культур и планирования севооборотов на территории хозяйства решается следующим образом.
В справочную базу данных вводится таблица основных типов полевых и кормовых севооборотов, рекомендуемых научными учреждениями, а также таблица поправочных коэффициентов к урожайности культуры в зависимости от предшественника. Учет этих факторов позволяет получить величину среднемноголет-ней продуктивности севооборота на данном типе земель при определенном уровне интенсификации.
В процесс моделирования было включено 12 видов севооборотов. Лучшими по продуктивности севооборотами на первом и четвертом типах земель (автоморфные и сла-бопереувлажненные) являются: 1)
пар - пшеница - горох - пшеница -ячмень; 2) многолетние травы (два года) - пшеница - горох - пшеница. Их продуктивность при экстенсивном уровне производства составила 2S-30 ц корм. ед., при интенсивном - до 40^ ц корм. ед. с 1 га севооборотной площади. Однако на четвертом типе земель, из-за более поздних сроков наступления физической спелости почвы, необходимо применять современные посевные комплексы для своевременного проведения технологических операций.
На пятом и седьмом типах земель (гидроморфно-полугидроморфные и гидроморфно-полугидроморфные солонцеватые) наиболее продуктивным оказался севооборот однолетние травы - зерновые(ячмень, овес) + многолетние травы - многолетние травы (четыре года). На третьем типе земель предпочтительны кормовые зернотравяные севообороты с обя- ы зательным проведением противо- ш эрозионных мероприятий. Восьмой ы тип может использоваться под кор- ы мовые севообороты с многолетни- ! ми солеустойчивыми травами, девя- 2 тый - под улучшенные сенокосы и и пастбища ограниченного пользова- р
ния, второй, шестой и десятый типы о
р
S
Ёпиёи^ГааГёа 9а1ёё.р65 5 25.09.2012, 14:41
земель следует оставить под водоохранную зону.
Необходимо отметить, что при существующем землеустройстве в ОПХ «Кремлевское» на некоторых полях в состав почвенного покрова входят земли, относящиеся к первому (ав-томорфные с черноземами выщелоченными) и седьмому типам (гид-роморфно-полугидроморфные солонцеватые с черноземно-луговы-ми солонцеватыми почвами). Эти почвы существенно различаются не только физическими свойствами и уровнем плодородия, но и технологическими параметрами. Неоднородность почвенного покрова обусловлена очень крупными размерами производственных полей ^00-600 га), для которых трудно подобрать однородные по ландшафтным и агрохимическим характеристикам участки. Неоднородность почвенныхусловий приводит к пестроте в урожайности, ухудшению качества продукции и, как следствие, снижению усредненных показателей продуктивности. Кроме того, уравнительный характер проведения технологических, особенно агрохимических мероприятий на всей площади поля ведет к неоправданным затратам.
В адаптивно-ландшафтной системе земледелия эта проблема решается двумя путями: выведением контрастных участков в иной тип использования и дифференциацией технологий применительно к участкам с различными условиями в границах одного поля. Нами было предложено некоторое изменение границ полей, приведение их в соответствие с границами агроэкологических типов земель. Рекомендовано вывести из-под зерновых культур под многолетние травы 978 га переувлажненных, солонцеватых, солончаковатых или сильно расчлененных участков.
Дальнейшее проектирование сводится к формированию базовых элементов систем земледелия: обработки почвы исходя из ее свойств, системы удобрения и защиты растений, расчета показателей эффективности производства. сч В интенсивном земледелии при © использовании азотных удобрений и ^ гербицидов эффективно чередова-^ ние вспашки с глубоким безотваль-ф ным рыхлением, мелкой плос-| корезной (10-14 см) и «нулевой» с! обработкой, в зависимости от сло-® жения пахотного слоя и условий ув-§ лажнения. Особенно эффективно ет
б
уменьшение интенсивности зяблевой обработки в годы с дефицитным или остродефицитным типом увлажнения, которые повторяются на данной территории в 30 % лет.
На слабоэрозионных землях южных склонов была рекомендована осенняя обработка только безотвальными орудиями на глубину 23-2S см поперек склона, а также посев в этом направлении, чему способствует и большая длина гона.
Система удобрений рассчитана на потребность в элементах питания по каждому севообороту. Для ведения земледелия с применением малоинтенсивных технологий хозяйству потребуется ежегодно примерно 180 т азотных и 30 т - фосфорных удобрений, с применением интенсивных технологий - соответственно 440 и 80 т. При длительном возделывании культур по интенсивным технологиям (обычно спустя 3-4 ротации севооборота) дозы азотных удобрений нужно корректировать в сторону уменьшения вследствие повышения азотминерализующей способности почвы.
Система защиты растений включает комплекс мероприятий (использование иммунных сортов, адаптированных агротехнических приемов возделывания, методов биологической борьбы с вредными организмами), что сводит применение химических средств защиты растений к минимуму.
Экономическая оценка севооборотов показала, что рентабельность вложений в севообороте пар - пшеница - пшеница - зернофуражные
- многолетние травы (выводное поле) увеличивается с 4S % при экстенсивном уровне технологий до S8 % при нормальном и S3 % - интенсивном уровне. В севообороте пар
- пшеница - зернобобовые, рапс -пшеница - многолетние травы (выводное поле) эти показатели несколько выше за счет включения в севооборот более доходных культур (зернобобовых и рапса): соответственно S7, 78 и 79 %.
Таким образом, в условиях рыночной экономики экологические и экономические принципы построения адаптивно-ландшафтных систем земледелия обеспечивают высокую эффективность их проектирования и окупаемость агротехнологий.
Литература
1. Кирюшин В.И. Концепция адаптивно-ландшафтного земледелия - М., 1993.
- 64 с.
2. Кирюшин В.И. Экологические основы земледелия. - М.: Колос, 1996. - 367 с.
3. Кирюшин В.И. Точные агротехноло-гии как высшая форма интенсификации адаптивно-ландшафтного земледелия// Земледелие, 2004. - № 6. - С. 16-21.
4. Агроэкологическая оценка земель, проектирование адаптивно-ландшафтных систем земледелия и агротехноло-гий: Методическое руководство. - М.: Росинформагротех, 2005. - 784 с.
5. Власенко А.Н., Добротворская Н.И., Южаков А.И. и др. Особенности информационного обеспечения агроэкологичес-кой оценки земель для проектирования адаптивно-ландшафтных систем земледелия с использованием ГИС-технологий.
- Новосибирск, СибНИИЗХим, 2007. -40 с.
6. Южаков А.И., Добротворская Н.И. Система экспертной оценки плодородия почв/Тез. докл. II съезда почвоведов России. - СПб, 1996. - Кн. 2.
7. Южаков А.И., Добротворская Н.И. Система экспертной оценки сравнительной продуктивности почв с использованием ГИС-технологий/Информаци-онные технологии, информационные измерительные системы и приборы в исследовании сельскохозяйственных процессов. - Новосибирск, 2003. - Ч. 2 . -С. 107-110.
Статья поступила е редакцию 02.07.2012
Experience of adaptive-landscape systems' design in West Siberia
A.N. Vlasenko, N.I. Dobrotvorskaya
There is being described an experience of adaptive-landscape agricultural systems' design in EPF «Kremlevskoe» in Kochenevsky district of Novosibirsk region. Designing technology is based on a new principle which allows to integrate diversified information on the agroecological conditions of the farm in the single system of GIS-project. There are also shown the peculiarities of farm lands typification procedure, assessment of potential lands productivity and elaboration of basic elements of agricultural system. Keywords: adaptive-landscape agricultural systems, design, agroecological assessment, lands typification, GIS-technologies.
ÉñiTéÜ9féaíéé 9éléé.p65 6 25.09.2012, 14:41
