CC BY
41
АКТУАЛЬНЫЕ ТЕМЫ
УДК 502.175:332.334
РЕГИОНАЛЬНЫЙ МОНИТОРИНГ ЗЕМЕЛЬ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО НАЗНАЧЕНИЯ НА ОСНОВЕ СЕТИ СТАЦИОНАРНЫХ ПОЛИГОНОВ
1 2 2 2 П.А. Суханов, к.с.-х.н., В.В. Якушев, к.т.н., А.В. Конев, Д.А. Матвеенко
1ООО «Агрохимзем», e-mail: [email protected]
2Агрофизический НИИРАСХН, e-mail: [email protected]
Показана роль и значение мониторинга земель сельскохозяйственного назначения на тестовых и реперных участках, расположенных на основных агроландшафтах Ленинградской области. Обследование тестовых полигонов осуществлялось на основе принципов точного земледелия.
Ключевые слова: мониторинг, плодородие почв, стационарные полигоны, точное земледелие.
REGIONAL MONITORING OF AGRICULTURAL LANDS BASED ON STATIONARY TRAINING GROUNDS
P.A. Sukhanov, V.V. Yakushev, A.V. Konev, D.A. Matveenko
This article presents role and importance of agricultural lands monitoring at testing areas situated in main agro-landscapes in Leningrad region. Examination of training grounds based on principles ofpunctual agriculture.
Keywords: monitoring, soil fertility, stationary training grounds.
Осознавая важность постоянных наблюдений за системой «почва-растение-атмосфера», многие страны создали службу мониторинга, а в 1988 г. был организован Всемирный центр мониторинга и охраны природы. На осуществление этих работ расходуют большие финансовые и другие средства, однако это не всегда эффективно, особенно в России, так как отсутствует методологическая база организации и управления. Не случайно только сравнительно недавно разработана и утверждена распоряжением Правительства РФ от 30 июля 2010 г. № 1292-р «Концепция развития государственного мониторинга земель сельскохозяйственного назначения и земель, используемых или предоставленных для ведения сельского хозяйства в составе земель иных категорий, и формирования государственных информационных ресурсов об этих землях на период до 2020 года». Принятию Концепции предшествовал опыт проведения мониторинга на региональном уровне. Однако вопросы о необходимости создания наряду с реперными полигонами также и тестовых полигонов затронуты лишь в отдельных работах [1, 2]. Именно тестовые полигоны с комплексом исследований могут стать наиболее надежным инструментом информационного обеспечения точного земледелия, обоснования и выбора оптимальных управленческих решений по повышению продуктивности агроценозов с учетом реальных условий [1].
В порядке выполнения мероприятий, предусмотренных региональной целевой программой «Сохранение плодородия почв и агроландшафтов Ленинградской области на 2008-2010 годы» по заданию Комитета по агропромышленному и рыбохозяйственному комплексу Ленинградской области Агрофизический НИИ (АФИ) совместно с ООО «Агрохимзем» с 2008 по 2010 г. организовали стационарную сеть агрополигонов по комплексному мониторингу земель сельскохозяйственного назначения региона.
Организация сети стационарных тестовых полигонов была начата с обработки данных, полученных в рамках проводимого с 1994 г. ФГУ Центр агрохимической службы «Ленинградский» локального мониторинга на 25 реперных участках, охватывающих основные типы почв Ленинградской области. Анализ данных с 1994 по 2005 г. показал, что в целом по области в течение последних 3-5 лет четко определилась тенденция к ухудшению показателей плодородия. Этот процесс развивается во всех типах почв, кроме тех участков, которые находятся в пригородных хозяйствах, то есть там, где сохранился достаточно высокий уровень применения удобрений.
К сожалению, система мониторинга на реперных участках с 2006 г. в связи с передачей ФГУ Центр агрохимической службы «Ленинградский» в ведение Россельхоз-надзора утратила свое существование и, только начиная с 2008 г., она была реанимирована, правда в значительно меньшем масштабе. Прежде всего, количество стационарных участков сократилось. Вновь формируемые полигоны начали функционировать практически на новых местах. Тем не менее, созданная сеть репрезентативна, так как охватывает основные агроклиматические, почвенные и другие условия Ленинградской области.
Агрополигоны формировали по 2 в каждом из 5 агроклиматических районов области. Стационарные участки площадью до 50 га подбирали на типичных для данной территории почвах, в условиях, где ведется хозяйственная деятельность. Всего сформировано 11 стационарных полигонов, включая один базовый научный на Меньковской опытной станции АФИ и 10 - на землях сельскохозяйственных предприятий.
Региональный тестовый полигон предназначен для формирования представительной информации о состоянии плодородия почв сельскохозяйственных полей и посевов основных культур, культивируемых в заданном агрокли-магическом районе. Тестовый полигон выполняет все
АКТУАЛЬНЫЕ ТЕМЫ
функции реперного полигона и дополнительные функции по выявлению в специальных опытах количественных соотношений между факторами, влияющими на продуктивность сельскохозяйственных культур. В пределах тестового полигона изучают системы земледелия и определяют наиболее перспективные применительно к условиям конкретных хозяйств. Базовый научный полигон наиболее изучен и всесторонне оснащен, здесь с 2005 г. ведут интенсивные исследования по точному земледелию. Оперативный мониторинг за плодородием почв и состоянием посевов осуществляется как с помощью традиционных методик, так и с использованием радиоуправляемых беспилотных устройств, разработанных в АФИ [2].
Мониторинг с помощью беспилотных радиоуправляемых аппаратов позволяет контролировать сроки и качество проведения основных агротехнических работ и тем самым оптимизировать экономические затраты на производство растениеводческой продукции. Такой тип мониторинга имеет существенные преимущества перед всеми другими видами оценки состояния среды, в том числе и перед космической съемкой. Например: 1. Съемка может быть выполнена в любое время, вне зависимости от облачности. 2. Данные доступны через 10 минут после съемки. 3. Площадь, покрываемая снимками, может быть любой формы и задается пользователем индивидуально в зависимости от задач. 4. Разрешение снимков составляет 10-20 см (в 4 раза выше, чем самый лучший снимок с космического аппарата) и зависит только от высоты полета (может быть увеличено до 5 см при полете на низкой высоте). 5. При повторной съемке одной и той же территории снимок может быть получен уже через 5 минут после приземления. Космические системы выполняют съемку в среднем через 5 дней. 6. Наличие легко сменяемых сканеров (в т.ч. светофильтров для оптических датчиков) позволяет оценить параметры изменения состояния объектов в предельно сжатые сроки.
Для выявления влияния на продуктивность возделываемых культур как пространственной неоднородности опытного участка, так различных уровней интенсификации агротехнологий с 2006 г. на опытных полях Мень-ковского филиала АФИ проводят серию полевых экспериментов: методом наложения вариантов на делянках первого порядка изучают различные агротехнологии; на делянках второго порядка - влияние почвенных разностей на формирование продуктивности культур. Общая площадь делянки первого порядка (агротехнология) - 18 м х 800 м, второго (почвенная разность) - 18 м х расстояние между трансектами, учетная - 4,5 м х 4,5 м. Расположение вариантов выбрано по длинному гону с целью максимального перекрытия каждым вариантом наибольшего количества почвенных разностей.
Отбор и последующий анализ почвенных проб осуществляли не по агрохимическому контуру, а дифференцированно, по трансекте отбора с помощью мобильного комплекса. Соответствующим образом и внесение удобрений на вариантах с использованием элементов точного земледелия было проведено с учетом пространственной неоднородности распределения агрохимических показателей. Удобрения вносили с помощью разбрасывателя Amazon ZA-M 1500, управляемого бортовым компьютером с привязкой к глобальной системе позиционирования (GPS).
Результаты исследований показали, что независимо от неоднородности почвенно-агрохимических условий ин-
тенсификация технологий достоверно увеличивала урожайность яровой пшеницы. Вместе с тем она сопровождалась ростом задействованных ресурсов и возрастанием экологического воздействия на агросистему. Это касалось всех типов изучаемых технологий за исключением той, в которой использовали элементы точного земледелия (дифференцированное внесение удобрений). Таким образом, использование всего одного управляющего инструмента (дифференцированного внесения минеральных удобрений) позволяет существенно снизить антропогенную нагрузку на агроэкосистему, при этом значительно с уменьшить расход ресурсов, не снизив продуктивность.
Учитывая, что использование в сельском хозяйстве природных ресурсов часто сопровождается негативными последствиями, диктуется необходимость научного обоснования допустимых пределов антропогенного воздействия на агроландшафт. В этой связи на выбранных тестовых полигонах должен выполняться весь комплекс исследований, предусмотренных «Методическими указаниями по проведению локального мониторинга на реперных и контрольных участках» (2006), с заполнением соответствующих отчетных форм и паспортов. В отличие от традиционных реперных полигонов, тестовые более детально исследуют и характеризуют в почвенно-агрохимическом отношении. На них проводят производственные опыты с удобрениями, ситуационные опыты по оперативному выбору средств управления продукционным процессом в конкретных условиях с учетом реальных возможностей.
Особо следует отметить, что обследование тестовых полигонов и составление карт осуществлялось с использованием мобильных информационно-измерительных средств, обеспечивающих координатную привязку по вР8-приемникам. Отбор почвенных проб проводили как обычным способом, так и с помощью мобильного комплекса, оснащенного автоматическим пробоотборником и вР8-приемникам (навигатором движения по заданной трансекте отбора почвенных проб). Таким образом, для каждого контура (элементарного почвенного участка) по периметру определялась площадь. Это позволило оценить реальный размер обрабатываемого участка. Как показали результаты обследований, «невязка» между реально полученными данными измерений и заявляемыми показателями площадей угодий иногда составляет 10-30%.
На каждом полигоне был заложен разрез, изучен и описан профиль почв, отобраны пробы почв по генетическим горизонтам. На основе полевого изучения и результатов лабораторных исследований были идентифицированы почвы полигонов. Для более детальной пространственной характеристики их территорию разбивали на несколько (в среднем на 4) элементарных участков, которые по своей сущности в полной мере соответствуют понятию «элементарной информационной единицы» (ЭИЕ), предложенной в качестве первичного объекта учета данных при мониторинге [3]. Из пахотного горизонта каждого выделенного элементарного участка ежегодно отбирали объединенные пробы почв. Перед уборкой урожая на каждом полигоне в соответствии с количеством элементарных участков учитывали урожайность и отбирали пробы растительности. С каждого полигона отбирали по одной пробе снега, а также воды: дождевой, грунтовой, поверхностной. Грунтовые воды отбирали из ближайшего колодца, поверхностные - из ручьев и мелиоративных канав.
АКТУАЛЬНЫЕ ТЕМЫ
1. Характеристика профиля дерново-слабоподзолистой слабооглееной супесчаной почвы
Шифр рНкс1 Р2О5, мг/кг К2О, мг/кг Гумус, % Нг, мг-экв/100 Сумма обм. осн., мг-экв/100 г
Апах (0-25) 5,7 600 206 4,22 2,68 11,8
А1 (25-39) 5,6 325 119 4,07 2,92 10,6
А2В (39-56) 4,9 133 97 0,50 2,31 4,4
B1q (56-77) 4,3 126 129 0,48 1,86 1,4
B2q (77-98) 4,3 110 120 0,51 1,63 3,4
С (98-115) 4,3 170 93 0,65 1,50 3,2
2. Характеристика пахотных горизонтов элементарных участков полигона
№ образ ца Гумус, % Подвижные формы, мг/кг почвы рНкс1 Нг, мг-экв/100 г почвы AI подвижный, мг-экв/100 г почвы Обменные формы, мг-экв/100 г почвы Азот, мг/кг
Р2О5 К2О Са Мg2+ Na+ NO3- nh4+
1 4,22 975 398 6,1 1,9 <0,05 8 1,75 0,1 7,9 15,53
2 4,5 675 430 6,2 1,8 <0,05 7,75 1,85 0,09 5,8 10,13
3 4,18 575 327 5,5 3,2 <0,05 5,5 2,3 0,11 4,8 10,13
4 3,94 575 260 6,6 1,1 <0,05 7,5 1,85 0,1 8,1 7,29
Лабораторные исследования проб почв, растений, и воды осуществляли в аккредитованной лаборатории АФИ с использованием как традиционных приборов и методов, так и новейших разработок. Образцы почв, растений анализировали на содержание валовых и подвижных форм макро- и микроэлементов, кальция, магния, тяжелых металлов, радионуклидов, остаточных количеств пестицидов и других показателей.
В результате реализации проекта формируется база данных геоинформационной системы, позволяющая вести регулирование биопродукционного процесса в агро-экосистеме с учетом пространственно-временной неоднородности питательного режима почвы. Дифференцированное, с учетом этих факторов, применение агротехнических приемов с использованием прецизионной сельскохозяйственной техники позволяет повысить продуктивность агроценоза, снизить уровень техногенной нагрузки и повысить устойчивость агроэкосистемы.
Мониторинг на тестовых полигонах можно рассматривать как перспективный инструмент управления биопродукционными процессами. Один из полигонов расположен в лесной зоне Западно-Европейской провинции Балтийско-Ладожского округа Выборгского района Ленинградской области на территории фермерского хозяйства в пределах овощного севооборота. Площадь полигона 28 га. На основании описания почвенного профиля и агрохимического анализа образцов, отобранных по почвенным горизонтам, можно констатировать, что это типичная для данного агроклиматического района окультуренная дерново-слабоподзолистая слабооглеен-ная супесчаная почва, подстилаемая суглинистой мореной (табл. 1). Верхняя часть профиля таких почв имеет более легкий механический состав, процессы оглеения
выражены слабо. Характеризуется слабокислой реакцией среды в пахотном и подпахотном горизонтах, вниз по профилю кислотность повышается. Верхний пахотный почвенный горизонт высоко обеспечен элементами питания. Вниз по почвенному профилю происходит постепенное уменьшение питательных элементов. Анализ четырех почвенных образцов, отобранных из верхнего пахотного горизонта по маршрутному ходу для всего полигона, показывает на значительную неравномерность распределения питательных элементов по территории полигона (табл. 2). Содержание Р2О5 варьирует от 575 до 975 мг/кг, К2О - от 260 до 430 мг/кг, гумус - от 3,95 до 4,50%. Наиболее вариабельный показатель, более 50%, сумма обменных оснований. В целом эти почвы можно отнести к хорошо окультуренным, но требующим поддерживающего известкования и внесения минеральных удобрений под планируемый урожай. Пестрота почвенного покрова по агрохимическим характеристикам диктует необходимость прецизионного внесения удобрений, что может быть реализовано с внедрением в хозяйстве технологии точного земледелия. Аналогичным образом на территории полигона исследовали и оценивали содержание тяжелых металлов и микроэлементов, остаточные количества пестицидов, радионуклидов в почвах, растительных образцах и водах.
Таким образом, комплексные исследования на тестовых полигонах становятся не только надежным инструментом контроля и прогноза плодородия почв, но и проводником (механизмом) внедрения в широкую производственную практику растениеводства современных приемов управления продукционным процессом, обеспечивающих повышение эффективности и сохранение экологической устойчивости агроэкосистем.
Литература
1. Якушев В.П., Комаров А.А., Суханов П.А., Хомяков Ю.В. Опыт формирования сети тестовых полигонов для проведения мониторинга в условиях Ленинградской области. Материалы Всеросс. научной конф. «Методическое обеспечение мониторинга земель сельскохозяйственного назначения». - Москва, 2010. - С. 192-1973.
2. Комаров А.А., Суханов П.А. Опыт формирования сети тестовых полигонов для проведения мониторинга состояния почвенного покрова. Сборник статей «Мониторинг природных экосистем» Третья Всеросс. научно-практ. конф. - Пенза, 2009. - С. 159-163.
3. Крыщенко В.С., Голозубов О.М. Проблемы почвенного мониторинга агроландшафтов: реляционный подход // Агрохимический вестник, 2010, № 1. - С. 2-6.
