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
Литература
Приложения
Актуальность. На современном этапе на первый план выступает проблема оптимизации землепользования и сохранения экологического каркаса природных комплексов. Решить эту проблему должно адаптивно-ландшафтное землеустройство, являющееся основой систем земледелия нового поколения. Оно предусматривает, с одной стороны, максимальный учет и сохранение природных ресурсов, с другой - ограничение антропогенного воздействия, негативно влияющего на состояние окружающей среды.
При переходе к адаптивно-ландшафтному земледелию необходимо в 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 могут информационные технологии. Особенно значимую роль при сборе, хранении 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 природно-сельскохозяйственные геосистемы ранга агроландшафтов и агроландшафтных 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.
Информационной базой являются материалы: ландшафтного картирования территории Ставропольского края проф. Шальневым В.А.; Ставро-польского НИИСХа; СтавропольНИИгипрозема; Комитета по земельным ресурсам Ставропольского края, Агрохимического центра «Ставропольский».
Научная новизна работы. Впервые осуществлен комплексный анализ агроландшафтов Ставропольского края с применением методов и технологий геоинформационных систем (ГИС):
- созданы разномасштабные электронные карты ретроспективных ландшафтов и их морфологических единиц на уровне местностей;
-разработана структура и собран банк данных, содержащий информацию для анализа агроландшафтов;
- проведен анализ природно-ресурсного потенциала ландшафтов и связанных с ним сельскохозяйственных нагрузок;
- предложена методика комплексной оценки деградационных процессов, базирующаяся на учете площади и интенсивности поражения;
-для территории Ставропольского края апробирована и рекомендована для широкого использования оценка экологического состояния территорий по коэффициенту экологической стабилизации ландшафтов (КЭСЛ). Практическое значение. Полученные материалы и рекомендации могут быть использованы при организации агроландшафтов на уровнях ландшафтов и агроландшафтных зон. Составленные .мелко- и среднемасштабные электронные карты используются Ставропольским научно- исследовательским институтом сельского хозяйства для разработки мероприятий по рациональному использованию земельных угодий.
На защиту выносятся следующие материалы и положения:
1. структура и содержание электронного банка данных по агроландшафтам края;
2. оценка природно-ресурсного потенциала агроландшафтов и сельскохозяйственной нагрузки на них;
3. количественные характеристики деградационных процессов в агроландшафтах Ставропольского края;
4. картографические модели экологического состояния агроландшафтов Ставропольского края на основе коэффициента экологической стабилизации ландшафтов (КЭСЛ);
5. результаты оценки экологической опасности использования земель по агроландшафтным зонам на уровне административного района края на основе ГИС-технологий.
Апробация работы и публикации. Материалы диссертации докладывались на научно-практических конференциях «Природные ресурсы и экологическое образование на Северном Кавказе» (Ставрополь, 2002), «Университетская наука - региону» (Ставрополь 2003), Международной научно- практической конференции «Проблемы земледелия» (Ставрополь, 2003), Второй Всероссийской научной телеконференции «Современная биогеография» (2003). Часть материалов диссертации включена в отчет по заданию МСХ Ставропольского края: «Разработать структуры ГИС (геоинформационных систем) ландшафтов Ставропольского края для мониторинга состояния и принятия практических решений при сельхозиспользовании» (соисполнители: зав. группы моделирования к.б.н. П.П.Гончар-Зайкин, ведущий научный сотрудник СНИИСХ, к.с-х.н. Л.И.Желнакова) (Михайловск, 2002) и в отчет по договору № 16 от 10.04.03 с ОАО «СтавропольНИИгипрозем» «Оценка видов деградаций, их вредоносности и составление карты экологи-ческой напряженности ландшафтов края по факторам-предикторам» (соис-полнитель - заведующая лабораторией агроландшафтов СНИИСХ, к.е.-х.н., Л.И.Желнакова) (Михайловск, 2003). По теме диссертации опубликовано 6 работ.
Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, четырех глав, выводов и приложения, содержит 25 таблиц и 28 рисунков. Общий объем диссертации 152 страницы машинописного текста. Список литературы включает 183 наименования, из них 15 на иностранных языках.
Автор выражает искреннюю благодарность за помощь в подготовке работы научному руководителю — к.г.н., профессору Шальневу В.А., научному консультанту - к.е.-х.н., заведующей лабораторией агроландшафтов
СНИИСХ Желнаковой Л.И., заведующей отделом ландшафтного земледелия СНИИСХ д.е.-х.н., профессору Годуновой Е.И., заведующему кафедрой геоинформатики и картографии доценту Найденко В.Н., директору ОАО «Ставрополь НИИ гипрозем» Чернышеву В.Н., начальнику техотдела Лопатину С.И. и всему коллективу, коллективу сотрудников Агрохимического центра «Ставропольский», начальнику отдела кадастра Комитета по земельным ресурсам Ставропольского края Березуцкому А.Ю., доцентам Диденко П.А., Лысенко А.В., Петину О.В., Скрипчинскому А.В.
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 земельно-информационной 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, природно¬ресурсный 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 Zcк 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, эрозионно-денудационные высокие равнины акчагыльской и апшеронской поверхностей выравнивания, аллювиально-морские равнины и эоловые дефляционно-аккумулятивные 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.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
