CC BY
28
doi: 10.24412/0044-3913-2023-1-8-13
УДК 631.524.84:631.41
Оценка ресурсов продуктивности пашни в склоновых агроландшафтах ЦЧР
со
N О N
Ш
S ^
ш и
ш ^
2
ш м
О.Г. ЧУЯН, доктор биологических наук, ведущий научный сотрудник (e-mail:
agrochemgis@mail.ru) А.Н. ЗОЛОТУХИН, младший научный сотрудник Г. П. ГЛАЗУНОВ, кандидат сельскохозяйственных наук, ведущий научный сотрудник Курский федеральный аграрный научный центр, ул. Карла Маркса, 70 б, Курск 305021, Российская Федерация.
Исследование проводили с целью оценки комплексного влияния агроэкологиче-ских условий склоновых агроландшафтов Центрально-Черноземного района на формирование ресурсов продуктивности пашни. Работу выполняли в 2019-2022 гг. с использованием системного анализа комплекса агроклиматических данных, морфометрических параметров рельефа и агрохимических свойств почв. Созданы системы ГИС-оболочек пространственно-координированных данных оценки и визуализации природно-ресурсного потенциала агроландшафтов в пределах отдельного поля и в масштабе хозяйства. Для ЦЧР наиболее благоприятные гидротермические условия продукционного процесса складывались на северо-восточных склонах. При варьировании уклонов на 43,8 и 49,1 %, а также направлений склонов (азимут) на 62,1 и 66,8 % как на локальном уровне отдельного поля (полигон 86 га), так и в масштабе хозяйства (3321 га) климатический потенциал продуктивности изменялся от 4,30. ..4,93 тыс. зерн. ед./га на юго-западных до 6,25. 6,27 тыс. зерн. ед./га на северовосточных склонах. Территориальному распределению величины рНш черноземных почв характерен рост на 0,26 ед. на каждый градус уклона и на 0,69.1,00 ед. при повышении теплообеспеченности склонов на 10 %. Содержание гумуса снижалось на 0,09.0,15 % при возрастании уклонов на1° и повышалось на 0,21.0,39 % с ростом клима-тообусловленной продуктивности пашни на 1 тыс. зерн. ед./га. Для типичных агроландшафтов ЦЧР мезорельеф служит значимым фактором пространственной неоднородности параметров плодородия черноземных почв. Влияние рельефа на продуктивность пашни оценивается в 27.52 %.
Ключевые слова: ресурсы продуктивности, климатически обеспеченная урожайность, плодородие почв, мор-фометрические параметры рельефа, пространственно-координированные данные, ГИС - технологии.
*работа выполнена в рамках государственного задания ФБГНУ «Курский федеральный аграрный научный центр» по теме FGZU-2023-0001.
Для цитирования: Чуян О.Г., Золотухин А.Н., Глазунов Г. П. Оценка ресурсов продуктивности пашни в склоновьхагроландшафтах ЦЧР// Земледелие. 2023. № 1. С. 8-13. doi: 10.24412/0044-3913-2023-1-8-13.
Управление продуктивностью земель предусматривает выбор оптимального способа использования ресурсов. Алгоритм решения этой задачи предполагает оценку исходного состояния ресурсной базы, включающей как природные, так и антропогенные ресурсы. Природные ресурсы характеризуются плодородием почв, климатическими условиями, качеством рельефа и составляют основу потенциала ресурса продуктивности, а антропогенные - направлены на реализацию этого природного потенциала [1]. Климатические условия оказывают наибольшее влияние на урожайность сельскохозяйственных культур [2]. Их изменения определяют биоклиматический потенциал на всей территории России и оказывают влияние на продуктивность пахотных угодий [3, 4]. Пространственную неоднородность климатических условий, а также их изменения необходимо оценивать и учитывать при адаптации сельского хозяйства [5, 6].
Почвенные ресурсы можно оценить по уровню плодородия почвы. Это сложное комплексное понятие, единственным критерием которого может быть величина обусловленной им урожайности. Формой оценки плодородия служит система показателей свойств почвы. Для адекватной оценки плодородия по разнокачественным показателям необходим комплексный подход [7, 8].
Значительное влияние на перераспределение климатических условий оказывает рельеф местности [9]. Наиболее существенное воздействие в условиях холмистого рельефа проявляет экспозиция склонов [10, 11]. В то же время рельеф как ресурс природно-сельскохозяйственных систем необходимо оценивать конкретными показателями степени его воздействия на режимы и продуктивность почв. Для анализа рельефа используют методы геоморфометрии [12]. Рельеф местности оказывает существенное влияние на продуктивность земель и результаты производственной деятельности. При комплексном изучении влияния клима-
та, почв и рельефа на урожай озимой пшеницы в Нечерноземной зоне России установлено, что только вариации рельефа обусловливают 40 % дисперсии урожая, а его совокупное влияние с другими факторами - до 78 % [13]. Неравномерность в распределении основных природных ресурсов в условиях пересеченного рельефа вызывает необходимость дифференцированного использования земель с учетом их агроэкологического потенциала.
Рациональная эксплуатация ресурсов в земледелии предполагает оценку состояния ресурсного потенциала природно-хозяйственных систем, анализ эффективности его реализации.
Цель исследований - оценка комплексного влияния агроэкологических условий склоновых агроландшафтов ЦЧР на формирование ресурсов продуктивности пашни.
Работа проведена в 2019-2022 гг на территории научно-производственного подразделения Курского федерального аграрного научного центра (п. Панино, Медвенский р-н, Курская область), расположенного в пределах Среднерусской возвышенности на высоте 179...263 м над уровнем моря. В рамках исследования рассматривали пахотные земли хозяйства в целом на площади 3321 га и отдельный полигон - 86 га. Рельеф типично эрозионный, отличается явно выраженной волнистостью. Почва -чернозем типичный и выщелоченный различной степени смытости и на-мытости на лёссовидных суглинках. Почвенно-агрохимические обследования территорий проведены в 1989, 2002 и 2019-2021 гг Для оценки почвенных ресурсов анализировали следующие показатели плодородия: гумус - по Тюрину (ГОСТ 26213-91), рН - в 1,0 н KCl - вытяжке (ГОСТ 26483-85), подвижные фосфор и калий - по Чирикову (ГОСТ 26204-91).
В пределах землепользования хозяйства на полигоне (86 га) с куполообразной формой рельефа методом инструментальной топографической съемки с использованием нивелира ADA 32х проведены детальные исследования (по равномерной сетке с шагом 50 м). Полигон расположен на высоте 190.217 м над уровнем моря. Разница высотных отметок достигает 29,5 м. Урожай озимой пшеницы на исследованном поле учитывали сноповым методом. Расчетная продуктивность пашни представлена в зерновых единицах (тыс. зерн. ед./га).
В задачи исследования входило создание комплекса векторных слоев мор-фометрических характеристик рельефа и агрохимических свойств пахотных угодий, оценка микроклиматических различий полей и элементарных участков в зависимости от рельефа и комплексная
агроэкологическая оценка пахотных земель на основе ГИС-технологий.
В работе использовали следующие информационные материалы:
космические снимки для уточнения планов землеустройства;
климатические данные с использованием матриц базы данных WorldClim, Loc_Clim1.10 по средним многолетним показателям температуры и осадков за каждый месяц с разрешением 1 км2;
данные матриц высот NASA SRTM 3 (пространственное разрешение 90 м) для оценки морфометрических характеристик и создания цифровой модели рельефа (ЦМР) территории [14, 15];
агрохимические данные почвенного покрова, периодически контролируемые агрохимслужбой (Методические указания по проведению комплексного мониторинга плодородия почв земель сельскохозяйственного назначения. М.: Росинформагротех, 2003.240 с.), в том числе содержание гумуса, рНКС|, содержание щелочногидролизуемого азота, подвижного фосфора и калия.
В рамках проведения исследований созданы системы ГИС-оболочек пространственно-координированных данных в программе QGIS 3.16.4 для оценки и визуализации расчетных параметров. В основу методического подхода к оценке природно-ресурсного потенциала продуктивности пашни положена иерархическая структура категорий уровней продуктивности посевов (рис. 1), последовательно учитывающих определённую группу лимитирующих факторов (ТоомингХ. Г. Метод эталон-ныхурожаев//Вестник с.-х. науки. 1982. №3. С. 89-93.). Поскольку рельеф - важнейший фактор, влияющий на гидротермические условия, становится актуальным учет микроклиматических различий в агроландшафте [11, 13]. Для оценки теплообеспеченности склонов использовано тригонометрическое выражение для радиационного баланса. В расчете учтено смещение максимума прогреваемости склонов к юго-западному направлению (азимут 225°): ST = ST0x (COS((a /360) х х 6,28)-(TAN((h /360) х 6,28))-1х х SIN((a /360) х 6,28) х (1)
х COS(((A - 45)/360) х 6,28)), где ST - сумма активных температур на склоне, °С; ST0 - сумма активных температур на водораздельном плато, °С; a - крутизна склона, град.; h - высота солнца, град.; A - азимут, град.
Относительный коэффициент те-плообеспеченности склонов (ST/ST0) принимает значения меньше единицы в диапазоне направлений СЗ - С - СВ - В - ЮВ и больше единицы - по направлениям склонов ЮВ - Ю - ЮЗ - З - СЗ. При этом уровень теплообеспеченности возрастает с повышением крутизны склонов и снижается от высоты солнца (склонения) в учетные периоды. Оценку
Климат
о салки, средние температуры,
суммы температур.
Природные условия
\ /-\
Рельеф
Экспозиция, склонов, уклон
По-mil
Генетические особенности; агрохимические, агрофизические.
биологические свойства
Оценка агроклиматических условий
л-
N-
Опенка морфометрических параметров
/ N
Оценка
качества
почвы
V J
$
£ £ к
её«
I I 8
I ti I I |i *
И 5 S и * i
Ь
4
Урожай ограниченный климатом
-V
Урожай ограниченный климатом и почвой
Урожай ограниченный агротехникой
Рис. 1. Структурно-функциональная схема оценки природно-ресурсного потенциала продуктивности пашни.
возможной продуктивности пашни, лимитируемой агроклиматическими ресурсами, проводили с учетом вла-гообеспеченности и испаряемости за период активной вегетации [16].
Комплексная оценка качества почвы была ориентирована на характеристику эффективного плодородия и предусматривала нормирование по степени оптимальности значений агрохимических свойств: содержания гумуса, величины рНКС| и содержания подвижного фосфора и калия [17]. Совокупный показатель плодородия (ПП) реализован выражением среднего геометрического из совокупности частных оценок. После получения климатических и почвенных оценок рассчитан урожай, лимитируемый климатом и почвенным плодородием (базовая продуктивность, БП): БП =КА х КПП х (ПП, - ППтт)/
(ППС - ППтт)' (2)
где КПП - климатический потенциал продуктивности пашни; КА - коэффициент на агротехнику; ПП,, ППС, ППт,п - комплексный балл оценки качества почвы:
i - для фактического местоположения; С - среднего по территории; min - минимального по оценочной шкале.
Реально достижимая действительно возможная продуктивность (ДВП) оценена, исходя из базовой, климатически обеспеченной и фактической комплексной оценки плодородия почв: ДВП= БП+ (ПП, - ППтт)х х (КПП - БП) / (ПП - ПП ), (3)
* / / \ max т,п7' * '
где ПП, ПП , ПП - комплексный
,' тах' т,п
балл оценки качества почвы соответственно для оцениваемого участка,
максимального и минимального по оценочной шкале.
В исследовании использованы методы корреляционного, регрессионного и дисперсионного анализа. Достоверность полученных уравнений проверяли с использованием критерия Фишера и соответствующего значения р-уа!ые (Р), а также коэффициента множественной корреляции (Я). Долю объяснимой дисперсии урожайности определяли по значению коэффициента детерминации Я2. Был выбран 95 %-ный уровень надежности построенных уравнений. Статистически значимые взаимосвязи между переменными соответствовали величине р<0,05, коэффициенты корреляции - среднему (0,25<Я<0,49) и высокому (0,50<Я<0,74) положительным уровням связи, при р<0,01.
Определение эффективного плодородия почвы имеет фундаментальное значение для решения оптимизационных задач по планированию уровня урожайности сельскохозяйственных культур, определению структуры посевных площадей, выбору агротехнологий.
На уровне масштаба поля исследуемая территория имеет уклоны 0...1° - 12 % площади пашни, 1...2° - 28 %; 2...3°- 31 %; 3...4°- 19 %; 4...5°- 8 % и 5...6° - 2 % площади пашни. Наибольшую территорию полигона занимают склоны северо-восточного (28 %) и северо-западного направлений (21 %). Для среднемноголетних агроклиматических условий (сумма активных температур более 10° - 2635 °С, годовые осадки - 547 мм, осадки теплого
Ы (D 3 ü
(D
д
(D
5
(D
М О м Ы
1. Агрохимические параметры плодородия пахотного слоя почвы полигона (в среднем за 2019-2021 гг.)
Показатель I Х ± вС Ыт
Гумус, % 5,58±0,34 4,22...6,55 6
Р2О5, мг/кг 129±33 56...249 25
К2О, мг/кг 139±31 91.239 23
рНка 6,2±0,6 5,1.7,3 9
2. Морфометрические параметры, гидротермические условия, ресурсы продуктивности пашни на полигоне
Показатель | Х±вС 1 ит |
Морфометрические параметры
Превышение, м 208,1±6,1 191,5.217,0 3
Уклон, град. 2,4±1,2 0,3.5,9 49
Азимут, град. 173,8±116,1 1,0.359,0 67
Гидротермические условия
Коэффициент теплообеспеченности, 8Т/8Т0 0,995±0,032 Сумма температур 8Т > 10 °С 2622±85 0,923.1,067 3
2432.2811 3
ГТК 1,1 ±0,01 1,0.1,2 3
КПП, тыс. зерн. ед./га ПП, баллов БП, тыс. зерн. ед./га ДВП, тыс. зерн. ед./га Ресурсы продуктивности 5,90±0,36 85,7±5,3 3,01±0,29 5,35±0,35 4,93.6,27 71,2.100,0 2,20.3,80 4,31.6,11 6 6 10 7
со см о см
г
0)
■Е Рис. 2. Изменения содержания гумуса (а) и
® кислотности пахотного слоя (б) чернозема
О на полигоне в зависимости от направле-
2 ния склонов: д — среднее; I — среднее ±
$ стандартная ошибка
по кислотности почвы - 6,0 и 6,5 (табл. 1, рис. 2).
По результатам оценки ресурсов продуктивности пашни климатический потенциал продуктивности пашни на территории полигона составил 5,9 тыс. зерн. ед./га с размахом варьирования от 4,9 тыс. зерн. ед./га на склонах юго-западного направления до 6,3 тыс. зерн. ед./га на склонах северо-восточного направления (табл. 2, рис. 3). Величина параметра плодородия чернозема типичного, согласно комплексной оценке по содержанию гумуса, подвижных форм фосфора, калия и кислотности рНКС|, была равна в среднем 85,7±5,3 баллов с размахом варьирования от 71 до 100 баллов. Средняя базовая и действительно возможная продуктивность пашни - 3,01±0,29 и 5,35±0,35 тыс. зерн. ед./га соответственно.
Наибольшая в опыте величина урожая зерна озимой пшеницы формируется на склоне северо-восточной экспозиции (5,22±0,77 т/га), наименьшая - на юго-западной (4,12±0,84 т/га). Фактическая урожайность озимой пшеницы зависела от микроклиматических различий, не-
однородности показателей почвенного плодородия и морфометрических характеристик рельефа, и описана следующей зависимостью, имеющей высокий уровень корреляции: Y=1,022хДВП - 2,31, F = 11,3; Я = 0,520; р =0,0023, (4) гдеY- урожайность озимой пшеницы, т/га.
Установлено, что содержание гумуса (%) в пахотном слое почвы описывает полином первого порядка: Y=6,577-0,091 х а+0,390х БП-1,816х8Т/8Т0; F = 34,63; Я =0,73; р < 10-4, (5)
где Y - содержание гумуса, %. Вклад в объясненную долю дисперсии содержания гумуса в почве в наибольшей мере (71 %) сопряжен с продуктивностью пашни; крутизна склонов обусловливает 19 %; теплообес-печенность склонов также оказывает определенное влияние (8 %) - более прогреваемые склоны характеризуются низким содержанием гумуса. При этом формирование климатообусловленной продуктивности пашни на 52 % связано с микроклиматическими различиями в
периода - 284 мм) коэффициенты относительной теплообеспеченности, по сравнению с водоразделом, на склонах СВ и ЮЗ экспозиций варьируют от 0,923 до 1,067. При этом различия суммы активных температур более 10 °С на самых холодных северо-восточных и самых теплых юго-западных склонах могут составлять от 2432 до 2811 °С, а ГТК в пределах территории меняется от1,0 до 1,2. Формирование почвенных ресурсов продуктивности пашни происходит в соответствии с агроэкологическими условиями ландшафта в зависимости от рельефа. Максимальные в опыте различия базовых параметров агрохимических свойств черноземных почв наблюдали между северо-восточными и юго-западными склонами: по содержанию гумуса 6,0 и 5,4 % соответственно,
6,2 6,0 5,8 £ 5,6
и >
,§ 5,4 5,2 5,0 4,8
а)
7,4 7,2 7,0 6,8 6,6
о
£ 6,4 а
6,2 6,0 5,8 5,6 5,4
б)
1 46 91 135 180 225 270 314 359 Азимут, град
1 46 91 135 180 225 270 314 359 Азимут, град
Рис. 3. Оценка ресурсов продуктивности пашни на полигоне.
3. Агрохимические параметры почвы пахотных угодий хозяйства
Показатель | Х ± вС I Ыт
Гумус, % 5,7±0,4 4,3.6,6 6
Р2О5, мг/кг 165±45 78.240 27
К2О, мг/кг 114±38 50.235 33
рНкс1 6,2±0,6 5,1.7,3 9
рельефе:
Y = 7,896 - 5,153х8Т/8Т0; F = 102, 5; Я =0,724; р < 10-4, (6) где Y - базовая продуктивность пашни, тыс. зерн. ед./га.
Следовательно, прямое и косвенное влияние рельефа обусловливает более половины дисперсии величины содер-
>1) - рНКС|=6,35±0,68. Это обусловлено большей выщелоченностью профилей почв теневых склонов согласно оценке глубины вскипания почвенных проб от соляной кислоты (Я=-0,658). Для территорий, прогреваемых меньше, чем водораздельное плато (8Т/8Т0 <1), характерна большая глубина вскипания - 74±21 см, чем для южных теплых склонов - 56±25 см.
При проведении агроэкологи-ческой оценки территории научно-производственного подразделения Курского ФАНЦ (в масштабе хозяйства) с учетом агрохимических свойств пахотных угодий и морфометрических характеристик рельефа установлено,
жания гумуса в пахотном слое почвы.
4. Морфометрические параметры, гидротермические условия и ресурсы продуктивности пахотных земель хозяйства
Показатель Х± вС Ыт 1 У%
Превышение, м 226,6±15,4 178,9.263,0 7
Уклон, град. 1,99±0,87 0,01.5,48 44
Азимут, град. 177±110 0.360 62
8Т/8Т0 0,999±0,03 0,941.1,065 3
8Т > 10 °С 2630±68 2448.2849 3
ГТК 1, 1 ±0,01 1,0.1,1 2
КПП, тыс. зерн. ед./га 5,63±0,40 4,30.6,25 7
ПП, баллов 84,2±7,6 66,4.99,9 9
БП, тыс. зерн. ед./га 3,38±0,42 2,16.4,64 12
ДВП, тыс. зерн. ед./га 5,14±0,42 3,73.6,20 8
Другим параметром почвенного плодородия, чувствительным к гидротермическому режиму (средний уровень связи), служит кислотность почв: Y = - 0,791 + 6,961 х 8Т/8Т0; F = 20,63; Я =0,424; р < 10-4, (7) где Y - кислотность почвы. Почвы менее прогреваемых склонов северных направлений (8Т/8Т0 <1) характеризуются большей кислотностью (рНКС|=5,90 ±0,35), чем на склонах южных направлений (8Т/8Т0
что содержание гумуса в почве среднее (5,7 %), обеспеченность подвижными формами фосфора - высокая, калием -повышенная (табл. 3). Основной массив почв характеризуется кислотностью близкой к нейтральной - 6,2.
Территория пахотных участков хозяйства имеет уклоны < 1° на 23 % общей площади, 1...20 - на 47,1 %, 2.3° - на 22,1 %, более 3° - на 7,8 %. На долю пашни, занимающей склоны северных направлений (СЗ, С, СВ), приходится
Рис. 4. Относительная теплообеспеченность пахотных земель хозяйства.
24,9 %, южных (ЮВ, Ю, ЮЗ) - 53,6 % от всей площади. Согласно расчетам, для среднемноголетних агроклиматических условий коэффициенты относительной (по сравнению с водоразделом) теплоо-беспеченности варьируют на территории от 0,941 до 1,065, при ГТК периода активной вегетации 1,0.1,1 (табл. 4, рис. 4). Доля влияния экспозиции склонов на различия их теплообеспеченности при фактической неоднородности рельефа практически в 4 раза превосходит долю влияния уклонов - 80,6 и 19,4 % соответственно.
Гидротермические ресурсы в сред-немноголетнем цикле формируют климатический потенциал продуктивности пашни от 4,30 тыс. зерн. ед./га на юго-западных склонах до 6,30 тыс. зерн. ед./га на северо-восточных (рис. 5). В соответствии с территориальным распределением гидротермических условий, почвенных ресурсов и климатического потенциала действительно возможный уровень продуктивности пашни варьирует от 3,72 тыс. зерн. ед./га на юго-западных склонах до 6,20 тыс. зерн. ед./га на северовосточных (рис. 6). Согласно группировке расчетных данных в среднем по склонам северо-восточного направления ДВП составляет 5,45 тыс. зерн. ед./га, юго-западного - 4,8 тыс. зерн. ед./га (рис. 7). Совокупное влияние морфометрических параметров рельефа на пространственную неоднородность ДВП пашни оценено в 49 %, качества почв - в 51 %.
Группировка данных по направлениям склонов (крутизной более 1°) показала, что величина рНКС| почвы северо-западных склонов (п=53) составляет 5,55±0,54, содержание гумуса - 5,61±0,32 % соответственно, северо-восточных (п=54) - соответственно 5,40±0,37 и 5,72±0,33 %; юго-восточных (п=78) - 5,76±0,62 и 5,68±0,36 %, юго-западных (п=63) - 6,08±0,65 и 5,59±0,39 % (рис. 8).
Следовательно, наибольшая в опыте кислотность характерна для почв склонов северо-восточных направлений, а наименьшая для юго-западных: Y = - 4,806 + 0,259ха + 10,011 х х 8Т/8Т0; F=44,13; Я=0,628; р < 10-4, где Y - кислотность почвы. При этом увеличение крутизны склонов в любом случае достоверно снижало кислотность почв: 0,26 ед. на каждый градус уклона.
Повышению содержания гумуса способствует рост уровня плодородия (на 0,21.0,39 % при увеличении кли-матообусловленной продуктивности пашни на 1 тыс. зерн. ед./га), обеспеченный климатическими условиями, содержанием элементов питания и физико-химическими свойствами почвы (рис. 9):
(8)
и
ф
з
ь
ф
д
ф
ь
ф
м О м и
Рис. 5. Климатический потенциал продуктивности пахотных земель хозяйства, тыс. зерн. ед./га.
Y = 5,263 - 0,151 х а + + 0,210хБП; F =14,71; Я =0,423; р < 10-4, (9)
где Y - содержание гумуса, %. Рост крутизны склонов обусловливает снижение содержания гумуса на 0,09.0,15 % при увеличении уклонов в контролируемом слое почвы на 1 °, вследствие более интенсивного проявления эрозионных процессов.
Таким образом, для ЦЧР наиболее благоприятные гидротермические условия продукционного процесса складывались на северо-восточных склонах. При варьировании уклонов на 43,8 и 49,1 %, а также направлений склонов (азимут) на 62,1 и 66,8 %, как на локальном уровне отдельного поля (полигон 86 га), так и в масштабе хозяйства (3321 га) климатический потенциал продуктивности изменялся от 4,30.4,93 зерн. ед./га на
Рис. 7. Изменения действительно возможной продуктивности пахотных земель хозяйства (тыс. зерн. ед./га) в зависимости от теплообеспеченности (а) и экспозиции склонов (б): @ — среднее; I — среднее ± стандартная ошибка.
п см о см
ш ^
Ф
и
ф
^
2
ш м
6,2 6,1 6,0 5,9 5,8
о
£ 5,7
5,6
5.5 5,4
5.3 5,2
а) 7,2 7,0 6,8
6.6 _ 6,4
о
й 6,2 а 6,0
5,8
5,6
5.4 5,2
15 57 98 140 181 222 264 305 347 Азимут, град
б)
0,941 0,976 1,011 1,047
0,958 0,994 1,029 1,065 БТ/БТ,
Рис. 6. Действительно возможная продуктивность пахотных земель хозяйства, тыс. зерн. ед./га.
Рис. 8. Изменения кислотности почв в зависимости от экспозиции (а) и теплообеспеченности склонов (б) в среднем за период исследования: 0 — среднее; I — среднее ± стандартная ошибка.
Рис. 9. Содержание гумуса в почваххозяйства в зависимости от величин базовой продуктивности пашни (а) и уклона (б): Э — среднее; I — среднее ± стандартная ошибка.
юго-западных склонах до 6,25.6,27тыс. зерн. ед./га на северо-восточных склонах. При величинах комплексной оценки плодородия чернозема типичного (по содержанию гумуса, подвижных фосфора, калия и кислотности рНКС|), равных 66.100 баллам, действительно возможный уровень продуктивности составляет
з,73.6,20 тыс. зерн. ед./га. Влияние неоднородности рельефа исследуемой территории на изменение продуктивности пашни оценивается в 27.52 %. Наибольшие различия базовых параметров агрохимических свойств черноземных почв наблюдали по оси северо-восток - юго-запад. Почвы склонов северных направлений (СЗ, С, СВ) имеют более высокую кислотность (5,3.5,8), чем южных (ЮВ, Ю, ЮЗ) (5,7.6,0). Наименьшая в опыте величина рН почвенного раствора на северо-восточном склоне (5,4±0,4) объясняется более высоким ГТК (1,1±0,1), что обусловило энергичное промывание почвенного профиля
и, как следствие, снижение границы вскипания почвенных проб. Территориальному распределению величин рН почвы характерен рост на 0,26 ед. на каждый градус уклона и на 0,69.1,00 ед. при повышении теплообеспеченно-сти склонов на 10 %. Территориальное распределение содержания гумуса ха-растеризуется снижением на 0,09.0,15 % при возрастании уклонов на 1° и повышением на 0,21.0,39 % с ростом климатообусловленной продуктивности пашни на 1 тыс. зерн. ед./га.
Литература
1. Реймерс Н. Ф. Природопользование. М: Мысль, 1990. 637 с.
2. Клещенко А. Д., Савицкая О. В., Косякин С. А. Оценка средней районной урожайности озимой пшеницы по спутниковой и наземной метеорологической информации // Гидрометеорологические исследования и прогнозы. 2020. №3. С. 103-121. doi: 10.37162/2618-96312020-3-103-121.
3. Trends in Summer Season Climate for Eastern Europe and Southern Russia in the Early 21 st Century / M. G. Lebedeva, O. V. Krymskaya, A. R. Lupo, et al. //Advances in Meteorology. 2016. Vol. 4. pp. 1-10. doi: 10.1155/2016/5035086.
4. Павлова В. Н., Карачёнкова А. А., Варчева С. Е. Региональный мониторинг агроклиматических условий формирования урожая при изменении климата // Труды Главной геофизической обсерватории им. А. И. Воейкова. 2020. №596. С. 55-77.
5. Pavlova V., Karachenkova A., Shkolnik I. Future changes in spring wheat yield in the European Russia as inferred from a large ensemble of high-resolution climate projections // Environmental Research Letters. 2019. Vol. 14. No. 3. P. 034010. doi: 10.1088/1748-9326.
6. Khlebnikova E. I., Rudakova Yu. L., Shkolnik I. M. Changes in Precipitation Regime over the Territory of Russia: Data of Regional Climate Modeling and Observations // Russian Meteorology and Hydrology. 2019. Vol. 44. No. 7. pp. 431-439. doi:10.3103/S106837391907001X.
7. Интеграция оценки агроэкологических и технологических свойств земель / В. К. Калич-кин, А. И. Павлова, В. Н. Шоба и др. // Достижения науки и техники АПК. 2019. Т. 33. №3. С. 11-14. doi: 10.24411/0235-2451-2019-10302.
8. Оценка продуктивности почв агроценозов в глобальном масштабе по мюнхебергской системе рейтинга качества почв / Л. М. Мюллер, У Шиндлер, Ф. Ойленштайн и др. // Плодородие. 2016. №5. С. 50-53.
9. Иванов Д. А., Карасева О. В., Рублюк М. В. Исследование влияния почвенного покрова и рельефа на продуктивность культур // Достижения науки и техники АПК. 2021. Т. 35. № 2. С. 19-26.
10. Рухович О. В., Шкуркин С. И. Прогнозные оценки урожайности озимой пшеницы с учетом рельефа, климата и гранулометрического состава почвы // Плодородие. 2021. №6(123). С. 3-5. doi: 10.25680/S19948603.2021.123.01.
10. Topography-mediated controls on local vegetation phenology estimated from MODIS vegetation index / T. Hwang, C. Song, J. M. Vose, et al. // Landscape Ecology. 2011. Vol. 26. P. 541-556. doi:10.1007/s10980-011-9580-8.
11. Shary P. A., Sharaya L. S., Mitusov A. V. Fundamental quantitative methods of land surface analysis // Geoderma. 2002. Vol. 107. No. 1-2. URL: https://www.sciencedirect.com/science/ article/abs/pii/S0016706101001367?via%3Dihub (дата обращения: 17.11.2022). doi: 10.1016/ S0016-7061(01)00136-7.
12. Шарый П. А., Рухович О. В., Шарая Л. С. Методология анализа пространственной изменчивости характеристик урожайности пшеницы в зависимости от условий агроландшафта // Агрохимия. 2011. №2. С. 57-81.
13. Korjenic A., Sivac A., Banda A. Application of GIS in quantitative geomorphological analysis of the Una River basin // Dela. 2017. Vol. 48. P. 77-94. doi: 10.4312/dela.48.77-94.
14. Florinsky I. V. Digital Terrain Analysis in Soil Science and Geology // Second Edition. Amsterdam: Elsevier Inc., 2016. 486 p.
15. Чуян О. Г., Дериглазова Г. М. Оценка агроклиматического потенциала продуктивности пашни для модели управления агрохимическими свойствами почв // Земледелие. 2018. №7. С. 6-11. doi: 10.24411/0044-3913-2018-10702.
16. Научные основы предотвращения деградации почв (земель) сельскохозяйственных угодий России и формирование систем воспроизводства их плодородия в адаптивноланд-шафтном земледелии / А. С. Фрид, О. Г. Чуян, И. С. Тютюнов и др. Коллективная монография. М.: Почв. ин-т. им. В.В. Докучаева Россельхоза-кадемии, 2013. Т. 2. С. 17-34.
Assessment of arable land productivity resources in slope agro-landscapes of the Central Chernozem Region
O.G. Chuyan, A.N. Zolotukhin, G.P. Glazunov
Federal Agricultural Kursk Research Center, ul. Karla Marksa, 70 b, Kursk, 305021, Russian Federation
Abstract. The study aimed to assess the complex impact of agroecological conditions of slope agro-landscapes of the Central Chernozem region on the formation of arable land productivity resources. The work was carried out in 20192022 using a system analysis of a complex of agro-climatic data, morphometric parameters of the relief and agrochemical properties of soils. Systems of GIS shells of spatially coordinated data for assessing and visualising the natural resource potential of agro-landscapes within a single field and on a farm scale have been created. For the Central Chernozem Region, the most favourable hydrothermal conditions of the production process were formed on the north-eastern slopes. When varying slopes by 43.8 and49.1%, as wellas slope directions (azimuth) by 62.1 and66.8%, both at the local level of an individual field (polygon 86 ha) and on a farm scale (3321 ha) the climatic potential of productivity varied from4.30-4.93 thousand grain units/ha on the south-western slopes to 6.25-6.27 thousand grain units/ha on the north-eastern slopes. The territorial distribution of the pHKCl value of chernozem soils is characterised by an increase of0.26 units for each degree of slope and 0.69-1.00 units with an increase in the heat supply of slopes by 10%. The humus content decreased by 0.09-0.15% with an increase in slopes by 1° and increased by 0.21-0.39% with an increase in the climate-conditioned productivity of arable landby1 thousandgrain units/ha. Fortypical agro-landscapes of the Central Chernozem Region, the mesorelief is a significant factor in the spatial heterogeneity of the fertilityparameters of chernozem soils. The influence of the relief on the productivity of arable land is estimated at27-52%.
Keywords: productivity resources; climate-provided productivity; soil fertility; morphometric relief parameters; spatially coordinated data; GIS technologies.
Author details: O. G. Chuyan, D. Sc. (Biol.), leading research fellow (e-mail: agrochemgis@ mail.ru); A. N. Zolotukhin, junior research fellow; G. P. Glazunov, Cand. Sc. (Agr.), leading research fellow.
For citation: Chuyan OG, Zolotukhin AN, Glazunov GP [Assessment of arable land productivity resources in slope agro-landscapes of the Central Chernozem Region]. Zemledelie. 2023;(1):8-13. Russian. doi: 10.24412/0044-3913-2023-1-8-13.
Ы (D 3 ь
(D
g
(D Ь 5
(D
N> О N> Ы
