CC BY
33
6. Средний ежегодный баланс основных элементов питания за ротацию 7-польного зернотравяного севооборота, кг/га
Вариант Баланс
N Р2О5 К2О
Контроль -24,2 -36,4 -64,6
Известь (фон - Ф) -22,4 -36,0 -63,1
Ф + РК -27,8 -7,7 -42,1
Ф + №К -14,8 -12,9 -47,7
Ф + 2 №К -12,0 14,7 -26,1
Ф + навоз, 40 т/га (Н40) -11,6 -24,4 -47,6
Ф + Н60 -0,5 -18,4 -32,6
Ф + Н8О 13,5 -11,6 -18,9
Ф + Н40 + РК -9,4 6,4 -17,1
Ф + Н40 + №К 0,2 0,2 -26,4
Ф + Н40 + 2 №К 7,0 3,0 -0,3
Ф + Н60 + РК -1,4 12,7 -13,0
Ф + Н60 + №К 9,7 8,6 -15,4
Ф + Н60 + 2 №К 22,3 37,1 9,9
Ф + Н80 + РК 7,9 24,9 4,6
Ф + Н8О + №К 20,2 14,9 -3,6
Ф + Н80 + 2 №К 31,9 44,6 26,6
Таким образом, на серых лесных почвах Верхневолжья по размерам применения удобрений (мобилизационному пулу азота) можно оценить мобильный фонд азота или средние запасы нитратного азота в ранний период вегетации культур, а по ним и среднюю ежегодную продуктивность севооборота.
Исследования [5] по балансу элементов питания за ротацию 7-польного севооборота (табл. 2 и 6) показали, что применение одинарной дозы полного минерального удобрения за ротацию (КзооР24оК24о) в сочетании с внесением в занятом пару 40 и 60 т/га навоза КРС обеспечивало ежегодный положительный баланс азота (0,2 - 9,7 кг/га) и фосфора (0,2 - 8,6 кг/га Р2О5). В то же время для калия он был отрицательным (-26,4--15,4 кг/га К2О). Однако ни фосфор, ни калий в этих вариантах органоминеральной системы удобрения не лимитировали урожайность возделываемых культур севооборота, так как ежегодная восстановительная способность серой лесной почвы в настоящее время для Р2О5 варьировала от 10 до 30 кг/га, а для К2О - от 70 до 115 кг/га [5].
Выводы
1. На серых лесных почвах Верхневолжья объяснено определяющее влияние азотных минеральных и органических удобрений на продуктивность изучаемых севооборотов. Оно вызвано тем, что эти удобрения формируют мобилизационный пул азота, который обеспечивает трансформацию почвенного азота в его минеральные формы и способствует росту запасов азота в жидкой фазе серых лесных почв. Между этими запасами и продуктивностью севооборотов установлена тесная степенная или гиперболическая связь.
2. В 7-польном зернотравяном севообороте наиболее окупаемо прибавкой урожая применение одинарной дозы №К (К43Р35К35). Однако в этом случае снижается потенциальное плодородие почвы. При сочетании этой дозы минеральных удобрений с органическими (40 - 60 т/га навоза в занятом пару) установлено повышение плодородия серой лесной почвы по азоту и фосфору, уменьшение его падения по калию. В настоящее время эта доза минеральных удобрений из-за восстановительной способности почвы по калию при такой органоминеральной системе удобрения не лимитирует урожайность возделываемых культур севооборота.
Литература
1. Ненайденко Г.Н. Рациональное применение удобрений в условиях рыночной экономики. Иваново, 2007. 350 с.
2. Окорков В.В., Фёнова О.А., Окоркова Л.А. Приёмы комплексного использования средств химизации в севообороте на серых лесных почвах Верхневолжья в агротехнологиях различной интенсивности. Суздаль, 2017. 176 с.
3. Известкование кислых почв / под ред. Н.С. Авдонина, А.В. Петербургского, С.Г. Шедерова. М.: Колос, 1976. 304 с.
4. Окорков В.В. Теоретические основы химической мелиорации кислых почв. Иваново, 2016. 332 с.
5. Окорков В.В., Окоркова Л.А., Фенова О.А. Удобрения и тренды в плодородии серых лесных почв Верхневолжья / ФГБНУ «Верхневолжский ФАНЦ». Иваново: ПресСто, 2018. 228 с.
6. Окорков В.В., Окоркова Л.А., Фенова О.А. Питание растений азотом на серых лесных почвах Верхневолжья // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2019. № 4 (78). С. 26 - 30.
7. Пасынкова Е.Н., Завалин А.А., Пасынков А.В. Динамика минерального азота в почве при возделывании яровой пшеницы по пласту клевера // Вестник Брянской госдарственной сельскохозяйственной академии. 2019. № 2 (72). С. 9 -15.
8. Окорков В.В. Влияние удобрений на микробиологическую активность серой лесной почвы // Экологические проблемы развития агроландшафтов и способы повышения их продуктивности: матер. междунар. науч. экологич. конф. Краснодар, 2018. С. 25 - 30.
Пространственный анализ защитных лесных насаждений агроландшафтов дистанционными методами
С.А. Антонов, к.г.н., ФГБНУ Северо-Кавказский ФНАЦ
Защитные лесные насаждения являются основным элементом агролесоландшафта и используются в качестве важного противоэро-зионного мероприятия. Для аграрных регионов
ключевое значение имеют защитные лесные полосы, которые располагаются на равнинных территориях и плоских водоразделах с целью защиты пашни от неблагоприятных природных явлений. Основная роль защитных лесных полос состоит в задержании и перераспределении
поверхностного стока, уменьшении скорости ветра, улучшении водного, температурного и питательного режимов, ослаблении влияния засух и суховеев, что способствует повышению продуктивности сельскохозяйственных культур [1].
В.В. Докучаев и Г.Н. Высоцкий разработали научные основы полезащитного лесоразведения. В период 1929 - 1932 гг. в СССР было высажено 21 тыс. га лесных полос, а в период 1933 - 1937 гг. их площадь увеличилась на 278 тыс. га. В рамках постановления СНК СССР и ЦК ВКП (б) в 1938 г. была принята программа «О мерах обеспечения устойчивого урожая в засушливых районах юго-востока СССР», которая регламентировала показатели площади лесов, в том числе и создание полезащитных лесных полос в степи. В 1967 г. в постановлении ЦК КПСС и Совета Министров СССР «О неотложных мерах по защите почв от ветровой и водной эрозии» уделялось особое внимание формированию каркаса полезащитных лесных полос вокруг пашни. В результате к 1974 г. в СССР площадь полезащитных лесных полос составила 1,3 млн га [1].
В настоящее время в России площадь защитных лесных насаждений оценивается в 2,8 млн га, из них полезащитных - 1,2 млн га.
Пространственный анализ защитных лесных насаждений, проводимый на базе современных геоинформационных технологий, играет важную роль при оценке их эффективности, а также разработке мероприятий по проектированию новых или восстановлению существующих для борьбы с водной и ветровой эрозией.
Развитие геоинформационных технологий способствует их активному использованию при моделировании и картографировании агролесо-ландшафтов, что подробно описано в работах А.С. Рулева [2], В.А. Хамедова [3], Н.В. Малышева [4] и др.
Институт леса СО РАН в г. Красноярске является в России лидером по геоинформационному картографированию леса и ведёт свои исследования по данному вопросу с начала 1970-х гг. [5]. Основные результаты по применению данных дистанционного зондирования Земли и методов дешифрирования в полном объёме освещены в работах В.И. Сухих, [6] Ю.Ю. Герасимова и др. [7]. Учёными ВНИАЛМИ разработана методика по использованию современных информационных технологий в агролесомелиоративном картографировании [8].
Активное развитие геоинформационных технологий на фоне роста пространственного, спектрального, радиометрического и временного разрешений космоснимков, а также доступности данных дистанционного зондирования Земли требует корректировки существующих методик пространственного анализа и оценки состояния
защитных лесных насаждений с учётом современного развития техники и технологий.
Цель исследования - на основе дистанционных методов провести пространственный анализ размещения защитных лесных полос на территории Труновского района Ставропольского края.
Материал и методы исследования. Представленные результаты исследования были получены в лаборатории ГИС-технологий ФГБНУ Северо-Кавказский ФНАЦ в рамках выполнения тематического плана.
В качестве исходных данных дистанционного зондирования Земли были использованы космо-снимки со спутников Sentinel 2a за 31.08.2018 г., а также архивные космоснимки с аппаратов WorldView 1-3, GeoEye, Ikonos, Landsat 8 за 2012 - 2017 гг.
Для создания цифровой модели рельефа Труновского района Ставропольского края были использованы радиолокационные данные SRTM (Shuttle Radar Topography Mission) пространственного разрешения 30 м.
Эффективность защитных лесных полос в борьбе с ветровой эрозией определялась исходя из их пространственного положения относительно направлений господствующих ветров на основе среднемноголетних данных Ставропольского центра по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды (Ставропольский ЦГМС).
Оценка эффективности защитных лесных полос в борьбе с водной эрозией проводилась на основе показателя горизонтальности рубежей К. Л. Холупяка (1973) [9].
В качестве основных методов дистанционного зондирования Земли были использованы: дешифрирование на основе прямых признаков, радиометрическая и геометрическая коррекция данных и цифровое моделирование рельефа.
Основными методами ГИС-технологий при проведении исследования являются: преобразование данных в единую проекцию, оверлейные операции, пространственная выборка, расчёт геометрии, определение ориентации полигона в пространстве, моделирование рельефа, определение уклона местности, анализ близости, геостатистический анализ.
В качестве основных программных продуктов были использованы:
• SNAPDesktop, ENVI (обработка данных дистанционного зондирования);
• QuantumGIS, ArcGlS (ГИС-технологии).
Космические снимки были получены посредством картографического сервиса GoogleMaps, а также архива Американской геологической службы (USGS).
Результаты исследования. Ставропольский край характеризуется высокой степенью рас-паханности. Так, по данным дистанционного
мониторинга, проведённого в 2018 г., пашня занимает 62 % территории края. Существующая зональность в пространственном распределении ландшафтно-климатических условий территории края является лимитирующим фактором увеличения площадей пахотных земель. В восточных, южных (предгорья Кавказа) и юго-западных районах (район Ставропольской возвышенности) Ставропольского края распаханность территории не превышает 50 % площади территории района (рис. 1). В Ставропольском крае 9 административных районов характеризуются высокой степенью распаханности (>75 %).
Рис. 1 - Распаханность территории административных районов Ставропольского края
В качестве территории исследования был использован Труновский район Ставропольского края. Он расположен в зоне неустойчивого увлажнения, среднегодовая температура составляет 11°С, сумма активных температур вегетационного периода - 3590°С, годовая сумма осадков -600 мм, гидротермический коэффициент - 1,06, что соответствует устойчиво влажным условиям по классификации Г. Т. Селянинова.
Район характеризуется высокой степенью распаханности. Площадь пашни по данным дистанционного зондирования Земли 2018 г. составляла 128953 га, или 77 % территории района. Площадь пашни, полученная по результатам дистанционного мониторинга, на 5753 га превышает аналогичный показатель по данным Управления Федеральной службы государственной статистики по Северо-Кавказскому федеральному округу, что свидетельствует об устаревших данных или, вероятно, о фактах незаконной распашки сенокосов и пастбищ.
Неконтролируемая распашка сенокосов и пастбищ способствует развитию деградационных процессов, таких как водная и ветровая эрозия. По данным дистанционного мониторинга 2015 г. на территории Ставропольского края суммарная протяжённость линейной водной эрозии
на пашне составляла 25209 км, на территории Труновского района её протяжённость - 450 км. Данным видом деградации в той или иной степени повреждено 36 % пашни района со средней интенсивностью 9,7 м эрозионных размывов на 1 га пашни [10].
Использование данных дистанционного зондирования Земли и ГИС-технологий позволило провести дешифрирование защитных лесных насаждений. В связи с небольшой шириной лесных полос высокую достоверность их дешифрирования можно получить, используя только данные дистанционного зондирования высокого пространственного разрешения - менее 1 м. Как правило, подобные данные распространяются под коммерческой лицензией. Существует отдельный класс ресурсных искусственных спутников Земли, материалы с которых распространяются бесплатно, но обладают меньшим пространственным разрешением (10 м). При проведении исследования мы комбинировали различные источники данных дистанционного зондирования. Так, на первом этапе были дешифрированы и оцифрованы лесные насаждения по архивным снимкам высокого пространственного разрешения за период 2012 - 2017 гг. В дальнейшем эта информация была скорректирована мультиспектральными данными с пространственным разрешением 10 м со спутника Sentinel 2a за 2018 г. В результате такой комбинации мы получили информацию о современном пространственном положении защитных лесных насаждений в Труновском районе Ставропольского края.
Используя ранее полученную информацию о пространственном положении пахотных земель в районе [11], мы выделили защитные лесные насаждения, которые относятся к категории полезащитных лесных полос. В основу выделения полезащитных лесных полос был положен анализ их расположения относительно пашни, а также средний уклон территории, на которой они расположены, рассчитанный по данным цифровой модели рельефа. В итоге средний уклон территории, где располагаются полезащитные лесные полосы, составил 0,66°±0,28.
Используя возможности пространственного анализа геоинформационных технологий, нами было установлено, что суммарная протяжённость защитных лесных насаждений в Труновском районе составляет 2453 км, при этом средняя длина лесополосы - 1317 м, а ширина - 26 м. Согласно анализу гистограммы (рис. 2), наиболее часто встречающиеся защитные лесные полосы имеют протяжённость от 800 до 1200 м и ширину 15 - 25 м и занимают 6670 га территории Труновского района, общая защитная лесистость района составляет 5,2 %.
Проектирование защитных лесных полос основывается на выборе наиболее вредоносно-
го природного фактора. Так, в случае защиты почв от ветровой эрозии большинство лесных полос будет расположено перпендикулярно направлению господствующих ветров или с максимально допустимым отклонением (не более 30° от перпендикуляра), а на территориях со значительным поверхностным стоком защитные лесные насаждения должны располагаться перпендикулярно относительно направления стока (по горизонталям) [12].
Рис. 2 - Гистограмма распределения длины и ширины защитных лесных насаждений на территории Труновского района Ставропольского края
По данным Ставропольского ЦГМС, на территории Труновского района преобладают ветры восточного (16 % дней в году), западного (7 %) и юго-западного (7 %) направлений (рис. 3).
При проектировании защитных лесных насаждений используют продольные (основные) и поперечные (вспомогательные) лесные полосы. Продольные полосы располагают перпендикулярно направлению господствующих ветров, с допуском в 30°, а при увеличении угла их защитное влияние снижается на 15 - 35 %. Поперечные лесополосы совпадают с короткими сторонами полей и располагаются перпендикулярно основным [12].
Пространственный анализ положения и ориентации защитных лесных насаждений в Трунов-ском районе показал, что 73 % из них располага-
Рис. 3 - Среднегодовое направление господствующих ветров в Труновском районе
ются под углом, близким к перпендикуляру или в пределах максимально возможного отклонения 30° относительно господствующих ветров, что свидетельствует о том, что основная цель защитных лесных насаждений в Труновском районе -это защита почв от ветровой эрозии.
Для оценки степени защищённости почв от водной эрозии мы провели оценку горизонтальности защитных лесных насаждений по показателю горизонтальности рубежей Холупяка. На основе геостатистического анализа высотных отметок, полученных при помощи цифровой модели рельефа Труновского района, установлено, что чем меньше перепад высот территории, на которой располагается полезащитная лесная полоса, тем более перпендикулярно она расположена относительно линий стока. В результате установлено, что показатель горизонтальности рубежей Холупяка составил 13 %, что свидетельствует о слабой защищённости пашни района исследования от водной эрозии. Размещение защитных лесных насаждений по направлению линий водотоков или под значительным углом к горизонталям способствует смыву почвы, который в наиболее неблагоприятные годы может достигать катастрофических масштабов, превышая 5500 т/га за год.
На территории Труновского района почвенный покров состоит из чернозёмов южных, которые занимают 45 % территории, и чернозёмов обыкновенных - 52 %. 3 % территории проходится на другие типы почв и почвенные комплексы.
Согласно данным Е.С. Павловского, расстояние между продольными полосами на типичных и обыкновенных чернозёмах не должно превышать 500 м, а на южных чернозёмах - 400 м [13].
В результате пространственного анализа основных защитных лесных полос Труновского района установлено, что среднее расстояние между ними составляет 600 м. На большей территории Труновского района (69 %) основные защитные лесные насаждения располагаются относительно друг друга на рекомендованных расстояниях.
При этом в 31 % случаев расстояние между защитными лесными насаждениями не соответствует рекомендациям и превышает 500 м, в отдельных случаях расстояние превышает 1 км -это обусловлено разрушением существовавших лесных полос. Превышение расстояния между основными полосами снижает эффективность защитной функции системы в целом, поскольку в таком случае значительно удалённая лесополоса рассматривается как отдельно стоящая, а не как элемент системы защиты.
Выводы. Проведённое исследование показало эффективность использования современных геоинформационных технологий и данных дистанционного зондирования Земли для проведения пространственного анализа защитных лесных насаждений. Полученные результаты могут быть использованы для моделирования новых противоэрозионных рубежей и корректировки уже существующих с учётом региональных особенностей изменения климата, сельскохозяйственной освоенности территории и текущего состояния противоэрозионных рубежей.
Литература
1. Агролесомелиорация / под ред. акад. РАСХН А. Л. Иванова и К.Н. Кулика. 5-е изд., перераб. и доп. Волгоград: ВНИАЛМИ,
2006. 746 с.
2. Дистанционный мониторинг агролесоландшафтов с применением ГИС-технологий / А.С. Рулев, В.Г. Юферев,
A.В. Кошелев [ и др.] // Вестник Волгоградского государственного университета. Серия 11: Естественные науки. 2013. № 1 (5). С. 51 - 58.
3. Возможности использования данных ДЗЗ и ГИС-технологий в лесном хозяйстве / В.А. Хамедов, Ю.М. Политик, И.В. Рощуп-кина [и др.] // Обратные задачи и информационые технологии рационального природопользования: матер. 3-й науч.-практич. конф., Ханты-Мансийск, 24 - 28 апр. 2006 / Югор. НИИ инф. технол. Екатеринбург, 2006. С. 165 - 170.
4. Малышева Н.В. Картографическое обеспечение государственного лесного фонда с использованием ГИС // Лесное хозяйство.
2007. № 3. С. 40 - 42.
5. Сухих В.И. Становление космических методов в лесном хозяйстве России // Лесное хозяйство. 2001. № 2. С. 6 - 11.
6. Сухих В.И. Аэрокосмические методы в лесном хозяйстве и ландшафтном строительстве: учебник. Йошкар-Ола: МарГТУ, 2005. 392 с.
7. Аэрокосмические методы в лесном хозяйстве / Ю.Ю. Герасимов,
B.К. Хлюстов, С.А. Кильпеляйнен [и др.]. Петрозаводск, 2002. 248 с.
8. Применение информационных технологий в агролесомелиоративном картографировании: методич. пособ. / К.Н. Кулик и др. М.: Россельхозакадемия, 2003. 46 с.
9. Холупяк К.Л. Устройство противоэрозионных лесных насаждений. М., 1973.
10. Trukhachev V.I., Esaulko A.N., Antonov S.A., Loshakov A.V., Sigida M.S. Water Erosion Monitoring On The Territory Of Agrolandscapes Stavropol Territory By Remote Methods // Research Journal of Pharmaceutical, Biological and Chemical Sciences. November-December 2018. № 9 (6). P. 1766 - 1769.
11. Оценка развития процессов водной эрозии на территории агроландшафтов Ставропольского края и их влияние на продуктивность / С.А. Антонов, А.Н. Есаулко, М.С. Сигида [и др.] // Вестник АПК Ставрополья. 2018. № 1 (29). С. 67 - 72. DOI: 10.25930/vmg3-j684.
12. Лесомелиорация ландшафтов: учебник / А.Р. Родин, С.А. Родин,
C.Б. Васильев [и др.] / под общ. ред. А.Р. Родина. М.: ФГБОУ ВПО МГУЛ, 2014. 192 с.
13. Защитное лесоразведение / Е.С. Павловский, Б.А. Абакумов, Д.К. Бабенко [и др.]. М.: Агропромиздат, 1986. 263 с.
Агротехнологические основы оптимизации почвенной среды в адаптивно-ландшафтных системах земледелия ЦЧЗ
В.И Турусов, академик РАН, д.с.-х.н., Ю.И. Чевердин, д.б.н., В.М. Гармашов, д.с.-х.н., ФГБНУ НИИСХ ЦЧП им. В.В. Докучаева
В современных условиях интенсификации сельскохозяйственного производства первостепенное значение приобретает проблема сохранения и воспроизводства плодородия почвы. При этом наряду с максимальной мобилизацией природных ресурсов необходимо обеспечить оптимизацию почвенной среды. Для этого во внедряемых адаптивно-ландшафтных системах земледелия необходимо освоение научно обоснованных высокопроизводительных, ресурсосберегающих, адресных агро-технологий на основе природно-климатических условий, ландшафтной дифференциации, группировании и типизации земель.
Почвенный покров в настоящее время подвержен влиянию различных факторов - при-
родных и антропогенных. Значительная доля территории Центрально-чернозёмной зоны имеет повышенную эрозионную опасность, в ряде мест проявляется гидроморфизм почв, за-солённость почвообразующих пород. Усиливаются дегумификация, процессы осолонцевания и подкисления, ухудшаются агрофизические и микробиологические свойства. Деградационные процессы усугубляются в значительной степени низкой культурой земледелия и нерациональным использованием земельных ресурсов.
Материал и методы исследования. Результаты исследования получены в длительных стационарных и краткосрочных опытах НИИ СХ ЦЧП им. В.В. Докучаева. В основу исследования легли также материалы туров обследований почв региона.
Результаты исследования. Анализ туров агрохимического обследования почв региона за полувековой период (с 1964 по 2015 гг.)
