Введение 4
Глава 1. Теоретические и методические основы изучения агроландшафтов 9
1.1. История изучения агроландшафтов 9
1.2. Ландшафтный подход в изучении агроландшафтов 18
1.3. Развитие и использование ГИС-технологий для анализа
агроландшафтов 24
Глава 2. Методика использования ГИС-технологий при анализе агроландшафтов и проектировании районных систем земледелия 30
2.1. Программное обеспечение диссертационного исследования 30
2.2. Методика создания цифровых картографических основ 31
2.3. Построение электронного банка данных 33
2.4. Методика построения тематических карт 42
Глава 3. Концепция адаптивно-ландшафтного земледелия 45
3.1. Методология перехода к адаптивно-ландшафтному земледелию
в Ставропольском крае на разных уровнях административного и ландшафтного районирования 45
3.2. Ретроспективные ландшафты Ставропольского края и их
структурные единицы 48
3.3. Типология ландшафтных морфологических единиц на уровне
местностей 53
3.4. Агроэкологические группы земель, их связь со структурой
ландшафтов 55
Глава 4. Использование ГИС-технологий при анализе и оценке агроландшафтов Ставропольского края 60
4.1. Оценка почвенно-климатических ресурсов ландшафтов края 60
4.2. Анализ сельскохозяйственной нагрузки на ландшафты края 74
4.3. Обобщенная оценка степени деградации почвенного покрова
агроландшафтов края 81
4.4. Пути оптимизации соотношения угодий в агроландшафтах 99
4.5. Оценка экологического состояния агроландшафтов через
КЭСЛ (коэффициент экологической стабилизации ландшафтов) 110
4.6. Использование ГИС-технологий при анализе и оценке агроландшафтов Изобильненского района и разработке районных
систем земледелия на адаптивно-ландшафтных принципах 115
4.6.1. Методология построения адаптивно-ландшафтных систем земледелия на уровне района 115
4.6.2. Ландшафтное и агроландшафтное зонирование
территории района 117
4.6.3. Анализ и оценка земельных ресурсов агроландшафтных
зон района 123
4.6.4. Оценка экологической опасности использования земель 129
Выводы 135
Литература 138
Приложения 153
Актуальность. На современном этапе на первый план выступает про- блема оптимизации землепользования и сохранения экологического каркаса природных комплексов. Решить эту проблему должно адаптивноландшафтное землеустройство, являющееся основой систем земледелия нового поколения. Оно предусматривает, с одной стороны, максимальный учет и сохранение природных ресурсов, с другой - ограничение антропогенного 4»
воздействия, негативно влияющего на состояние окружающей среды.
, При переходе к адаптивно-ландшафтному земледелию необходимо в
ч
первую очередь хорошее знание специфики местных природных ландшафтов, а потому требуется создания обширной пространственной и тематической информационной базы. Такая база есть в организациях занимающихся исследованиями и проектными работами в области сельского хозяйства, но ? обширные банки ценной информации, представленные преимущественно на
бумажных носителях, громоздки. Традиционная технология анализа этих материалов ведет к значительным затратам сил, времени, выпадению части информации из научного оборота, а также может вызывать ошибки, снижающие ценность окончательных выводов. Оптимизировать процесс анализа мо- » гут информационные технологии. Особенно значимую роль при сборе, хра
нении и анализе пространственной информации играют геоинформационные системы и ГИС-технологии, позволяющие значительно повысить качество проводимых исследований. Вместе с тем, эти технологии в области планирования адаптивно-ландшафтных систем земледелия применяются в России в
* единичных случаях и требуют разработки новых подходов их использования.
Объектом исследования являются территориальные природносельскохозяйственные геосистемы ранга агроландшафтов и агроландшафт- ных зон.
Предметом исследования является анализ и оценка пространственной структуры агроландшафтов, их природно-ресурсного потенциала, сельскохозяйственной нагрузки, деградационных процессов с использованием ГИС- технологий.
Цель: анализ и оценка агроландшафтов Ставропольского края с применением ГИС-технологий для систем адаптивно-ландшафтного земледелия.
В соответствии с целью были поставлены следующие задачи:
1. создать банк географической (электронные карты) и атрибутивной информации по агроландшафтам края;
2. оценить природно-ресурсный потенциал агроландшафтов и степень его соответствия сельскохозяйственной деятельности на основе картографических моделей;
3. определить уровень сельскохозяйственных нагрузок на агроландшафты с использованием электронных баз данных;
4. выявить экологическое состояние, в частности интенсивность проявления и развития различных видов деградационных процессов в агроландшафтах, их связь с морфологической структурой ландшафтов;
5. оценить с использованием ГИС-технологий земельные ресурсы и экологическую опасность использования земель по агроландшафтным зонам административного района.
Теоретико-методологическую основу исследования составляют общенаучные методы - описательный, сравнительный, статистический, системного анализа, моделирования, картографический. Методология исследования базируется на системе общих принципов и подходов. Общенаучных: комплексного, интегрального, системного и экологического, а также ландшафтного, как части географического.
...
1. Основой анализа пространственной и тематической информации по агроландшафтам края и агроландшафтным зонам административного района при использовании ГИС-технологий являются цифровые ландшафтные карты. В связи с этим для анализа созданы цифровые ландшафтные карты:
- масштаба 1:500000, для территории Ставропольского края, с векторными слоями ландшафтных провинций, ландшафтов (базовый слой для сбора, накопления и хранения атрибутивной информации) и морфологических единиц ландшафтов в ранге местностей;
- масштаба 1:100000 для территории административного района края, включающая векторные слои ландшафтов, агроландшафтных зон (базовый слой для сбора, накопления и хранения атрибутивной информации) и местностей.
2. Разработана структура и собран электронный банк данных земельноинформационной системы состоящий из баз данных:
- по крупнейшим землепользователям края, (117 атрибутивных полей);
- по агроклиматическим ресурсам и потенциалам края, (15 атрибутивных полей);
- по агроландшафтам края, включающая сгруппированные по ядровым группам хозяйств агроландшафтов атрибуты из базы данных по землепользователям и полученную путем применения технологии оверлея информацию из базы данных по агроклиматическим ресурсам;
- по агроландшафтным зонам административного района края, созданная путем группировки показателей из базы данных по землепользователям и анализа картографического материала.
3. Результаты анализа показали, что распределение бонитетов почв по ландшафтам края носит зональный характер, увеличиваясь с востока и северо-востока на запад края, крайние значения средневзвешенных бонитировочных баллов в агроландшафтах различаются более чем в три раза. Разница в плодородии почв пашни и пастбищ в основной массе ландшафтов лежит в диапазоне 25-50%, что свидетельствует об исчерпании резервов расширения пашни за счет других угодий в ландшафтах края, а при существующем дисбалансе угодий (особенно в ландшафтах с распаханностью более 70%) целесообразно сокращение пашни за счет вывода малопродуктивных земель.
Анализ природно-климатических ресурсов ландшафтов края как в целом для земледелия, так и для возделывания отдельных сельскохозяйственных культур показал, что, во-первых, территория края пригодна для ведения земледелия, особенно в западных ландшафтах; во-вторых, природноресурсный потенциал возделывания озимых культур значительно выше, чем яровых зерновых, кроме того, установлено, что при возделывании озимых зерновых их низкий почвенно-климатический ресурс может быть оптимизирован с помощью чистых паров; в-третьих, необходимо очень взвешенно подходить к размещению подсолнечника и кукурузы в ландшафтах края, поскольку хороший потенциал их возделывания занимает только 30% территории на западе края, а в восточных и северо-восточных ландшафтах возделыванием этих культур заниматься не целесообразно.
4. Анализ степени сельскохозяйственных нагрузок установил, что наименьшую суммарную сельскохозяйственную нагрузку имеют ландшафты с высокой расчлененностью рельефа, а кризисную - большинство степных ландшафтов, из-за значительной атрогенной нагрузки и нагрузки скота. Пересчет сельскохозяйственных нагрузок с учетом бонитировочных баллов почвенного плодородия выявил зональный характер возрастания суммарного коэффициента нагрузок с увеличением более чем в три раза от предгорных ландшафтов к полупустынным, что связано с уменьшением балла почвенного плодородия в восточном направлении и с высокими нагрузками на ландшафты сухих степей и полупустынь.
5. В результате анализа определена степень проявления и развитие в агроландшафтах агрохимической деградации пашни. В большинстве агроландшафтов, особенно в западной части края отмечается убыль гумуса и обменного калия, хотя эти изменения и не выходят за рамки групп обеспеченности. Можно говорить о тенденции снижения почвенного плодородия, не поддерживаемого внесением органических и калийных удобрений. По подвижному фосфору тенденции изменения менее тревожны.
Анализ химического загрязнения почвенного покрова показал, что большая часть ландшафтов (75%) восточной и северной и западной частей края относятся к категории загрязненности почв, определяемой как «неопасная», ландшафты с категорией «допустимая» занимают две полосы, простирающиеся с северо-запада на юг с увеличением Zc к югу и по долине реки Кумы. Наиболее загрязнены 13 и 22 ландшафты.
Интегральная оценка деградационных процессов в пашне и сельскохозяйственных угодьях показала, что особенно тревожное состояние сельскохозяйственных угодий в 11, 2, 6, 17, 21, 4, 1 и 13 ландшафтах края, пашни в 6, 4, 21, 1 и 13. Выявленная связь степени проявления и развития деградационных процессов с морфологической структурой ландшафтов показала, что высокие структурно-денудационные плато, эрозионноденудационные высокие равнины акчагыльской и апшеронской поверхностей выравнивания, аллювиально-морские равнины и эоловые дефляционноаккумулятивные низменности в первую очередь подвержены деструктивным процессам (ландшафты 1, 2, 4, 6, 13, 16, 17).
6. Используя ГИС-технологии, проведена типизация ландшафтных морфологических единиц на уровне местностей с выделением трех агроландшафтных зон для территории Изобильненского района Ставропольского края. Оценка экологической опасности использования земель района по агроландшафтным зонам, выявила «критический» уровень антропогенной нагрузки в агроландшафтных зонах. Однако, П-я агроландшафтная зона наиболее близкая к порогу в 5 единиц - точке отсчета «опасности» использования земель при снижении нагрузки может перейти в более благополучную группу со «значительным» уровнем.