[
На правах рукописи
ПОЛОВИНКО Владимир Владимирович
ЛАНДШАФТНО-ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ
ОПТИМИЗАЦИИ ЗЕМЛЕПОЛЬЗОВАНИЯ
НА РАЗНЫХ ИЕРАРХИЧЕСКИХ ТЕРРИТОРИАЛЬНЫХ
УРОВНЯХ ЕГО ОРГАНИЗАЦИИ
25.00.26 – землеустройство, кадастр и мониторинг земель
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук
Белгород – 2010 2
Работа выполнена на кафедре природопользования и земельного кадастра Белгородского государственного университета
Научный руководитель: ЛИСЕЦКИЙ Фдор Николаевич доктор географических наук, профессор Белгородского государственного университета
Официальные оппоненты: КУРОЛАП Семн Александрович доктор географических наук, профессор Воронежского государственного университета СОЛДАТ Игорь Евгеньевич кандидат сельскохозяйственных наук, старший научный сотрудник ГНУ Белгородский НИИ сельского хозяйства Россельхозакадемии
Ведущая организация: ФГОУ ВПО «Белгородская сельскохозяйственная академия»
Защита состоится 7 декабря 2010 г. в 13 часов на заседании диссертационного совета ДМ 212.036.02 в Воронежском государственном педагогическом университете по адресу: 394043, г. Воронеж, ул. Ленина, 86, ауд. 408.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке научных работников ВГПУ по адресу: 394043, Воронеж, ул. Ленина, 86, ауд. 34.
Текст автореферата диссертации размещен на официальном сайте Воронежского государственного педагогического университета: http://www.vspu.ac.ru.
Автореферат разослан 3 ноября 2010 г.
Отзывы на автореферат (в двух экземплярах, заверенных печатью) просим направлять по адресу: 394043, Воронеж, ул. Ленина, 86. Естественногеографический факультет, ученому секретарю диссертационного совета ДМ 212.036.02. Факс: 8 (4732) 55-19-49, e-mail: [email protected].
Ученый секретарь диссертационного совета кандидат географических наук, доцент В.И. Шмыков
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность исследования. Центрально-Черноземный регион (ЦЧР) России имеет благоприятные почвенно-климатические условия для интенсивного ведения сельскохозяйственного производства. Однако эти условия используются не достаточно эффективно, что не позволяет в полной мере реализовать природноресурсный потенциал агроландшафтов региона.
Почвенный покров в агроландшафтах ЦЧР подвергается воздействию антропогенных факторов, что в условиях склонового типа местности и сложившейся практики земледелия приводит к почвенно-деградационным процессам и, как следствие, снижению плодородия почв.
В настоящее время не вызывает сомнений, что рациональное использование почвенных и земельных ресурсов в агроландшафтах с получением стабильных и высоких урожаев культур невозможно без внедрения ландшафтно-экологических систем земледелия и использования адаптивных агротехнологий.
Агроклиматические условия, оказывающие непосредственное влияние на сельскохозяйственное производство, в значительной мере обусловливают урожайность культур, качество продукции, ее стоимость, а также производительность труда. Однако они являются наиболее активными, очень изменчивыми и трудно поддаются формализации, поэтому основной задачей при проектировании ландшафтно-экологических систем земледелия выступает максимальная адаптация агроландшафтов к разнообразию природно-хозяйственных условий.
Следует отметить, что накоплен значительный опыт по проектированию и внедрению адаптивно-ландшафтных систем земледелия, но до сих пор остается ряд научных проблем, для решения которых недостаточно эмпирических данных (в частности, необходимость дифференцированных оценок скорости почвообразовательного процесса для условий склоновой неоднородности ландшафтов).
Актуальность исследования обусловлена необходимостью создания теоретических и методических основ рационального использования земель, решения экологических проблем при землеустроительном проектировании агроландшафтов и разработки на его основе эколого-ландшафтных систем земледелия и адаптивных агротехнологий.
Объектом исследования служат почвенный покров природно-антропогенных ландшафтов, сформированный на разных формах рельефа за различные периоды времени, и земельные ресурсы на разных масштабных уровнях.
Предметом исследования являются почвенно-геоморфологические взаимосвязи, выявление которых позволяет повысить адаптивные возможности ландшафтных систем земледелия для условий склоновых агроландшафтов Белгородской области.
Цель исследования заключалась в предпроектной оптимизации структуры ландшафтного земледелия, улучшении условий землепользования с учетом особенностей почвенно-геоморфологических условий и иерархической организации агроландшафтных систем Белгородской области.
При этом под землепользованием понималось целевое использование земли в установленном законом порядке.
Для достижения поставленной цели последовательно решались следующие задачи:
1) определение иерархических территориальных уровней и объектов землеустроительного проектирования и предложение усовершенствованного способа их координации с иерархической пространственной организацией агроландшафтных систем;
2) обоснование наиболее перспективных формул для оценки почвенногеоморфологических условий в пределах трансект-катен;
3) количественная оценка внутризональных различий климата, условий почвообразования и эрозии для склоновых местоположений ландшафтов;
4) предложение способов оптимизации землепользования на разных иерархических уровнях землеустроительной организации территории.
Теоретические и методические основы исследования. Проблемы, связанные с оптимизацией сельскохозяйственного производства, внедрением в него ландшафтно-экологических систем земледелия и противоэрозионной организацией территории, рассмотрены в работах Б.П. Ахтырцева, А.Б. Ахтырцева, С.Ю. Булыгина, В.П. Герасименко, В.В. Докучаева, В.Н. Жердева, М.Н. Заславского, И.П. Здоровцова, А.Н. Каштанова, В.И. Кирюшина, О.Г. Котляровой, М.В. Кумани, Г.А. Ларионова, Ф.Н. Лисецкого, Л.Ф. Литвина, М.И. Лопырева, С.В. Лукина, В.Д. Постолова, П.С. Русинова, А.А. Светличного, Л.Г. Смирновой, В.Д. Соловиченко, Ю.П. Сухановского, Г.И. Уварова, Г.И. Швебса и др.
Исходные материалы и методы исследования. В основу диссертации положены данные собственных полевых исследований, проведенных в период с по 2010 гг. на территории Белгородской области. В полной мере использованы результаты химико-аналитических исследований почв, в том числе проведенных лично автором. В ходе исследований были использованы фондовые и картографические материалы кафедры природопользования и земельного кадастра Белгородского государственного университета, Федерально-регионального центра аэрокосмического и наземного мониторинга объектов и природных ресурсов, управления Федеральной службы государственной регистрации, кадастра и картографии по Белгородской области, ОАО «Белгородземпроект», материалы космической съемки Национального аэрокосмического агентства США (NASA).
В основу методик исследования положен эколого-ландшафтный подход. Привлечены следующие общенаучные и специальные методы: топографо-геодезический, химико-аналитический, сравнительно-географический, картографический, математико-статистический, методы системно-функционального анализа. Определение валового химического состава почв и пород выполнено автором с применением рентгенофлуоресцентного анализатора «Спектроскан МАКС-GV». Для определения достоверности результатов были задействованы статистические программные пакеты (STATISTICA, MS Excel). Особое внимание в исследовании уделялось использованию геоинформационных систем (ArcGIS, MapInfo, Surfer, БелГИС) и данных дистанционного зондирования земной поверхности (космических снимков высокого разрешения фирмы DigitalGlobe (США), результатов радарного сканирования земной поверхности Shuttle Radar Topography Mission (SRTM) и др.).
В проведенных полевых исследованиях использован метод дневных хронорядов почв (Иванов, Александровский, 1984), который предполагает изучение разновозрастных поверхностей с различной давностью начала почвообразования на идентичных породах и в сходных климатических условиях.
Достоверность результатов обусловлена использованием большого объема информации и репрезентативной выборки, актуальных картографических материалов и данных дистанционного зондирования Земли, современных способов обработки и анализа данных.
Научная новизна работы. Впервые для территории Белгородской области проведена оценка влияния рельефного фактора на интенсивность водной эрозии почв, что позволило составить схему районирования Белгородской области по геоморфологической предрасположенности к проявлению водной эрозии почв. В результате верификации формул, используемых в описании рельефного фактора, определены наиболее перспективные математические выражения для оценки пространственного распределения почв, сформированных на склонах при совместном влиянии процессов эрозии и почвообразования. Предложены способы оптимизации землепользования на разных иерархических уровнях землеустроительной организации территории.
Основные положения, выносимые на защиту:
1. Усовершенствованный способ координации иерархических территориальных уровней и объектов землеустроительного проектирования с иерархической пространственной организацией агроландшафтных систем.
2. Оценка почвенно-геоморфологических условий в пределах трансекткатен с использованием наиболее перспективных формул.
3. Внутризональные различия климата, условий почвообразования и эрозии склоновых местоположений ландшафтов.
4. Оптимизация землепользования различных иерархических территориальных уровней.
Практическое значение работы. Результаты исследования могут быть использованы при разработке проектов внутрихозяйственного и межхозяйственного землеустройства проектными организациями, органами государственной власти для более эффективного и рационального использования земельных ресурсов на уровне региона, муниципальных образований и землепользований, специалистами по землеустройству, землевладельцами и землепользователями.
Материалы диссертации вошли в научные отчеты по гранту РНП 2.2.1.1.3121 Научно-образовательного центра «Фундаментальные проблемы геоматики в науке, образовании и управлении» целевой программы «Развитие научного потенциала высшей школы» (2006-2008 годы), РНП 2.2.1.1.4439 «Фундаментальные основы развития геоаналитических систем» на базе научнообразовательного кластера «Геонформатика и технологии дистанционного зондирования в естественных науках».
Внедрение в учебный процесс. Результаты исследования применяются при проведении практических занятий по дисциплинам: «Ландшафтное земледелие»
для студентов дневного и заочного отделений специальности «Земельный кадастр», «Ландшафтное планирование» для студентов дневного отделения, обучающимся по магистерской программе «Природопользование».
Апробация работы. Результаты исследований и основные положения диссертации были представлены на научной конференции «Молодые ученые – географической науке» (Киев, 2007); на Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы современной сельскохозяйственной отрасли»
(Николаев, 2008); на Международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Регион-2010: общественно-географические аспекты» (Харьков, 2010); на Международной научно-практической конференции, посвященной 35-летию образования Белгородского научно-исследовательского института сельского хозяйства «Управление продукционным процессом в агротехнологиях 21 века: реальность и перспективы» (Белгород, 2010).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 14 работ, из них 3 статьи опубликованы в журналах, рекомендованных перечнем ВАК РФ. Получено авторское свидетельство об официальной регистрации базы данных.
Личный вклад автора заключается в проведении полевых изысканий, сборе, обработке и анализе фактического материала, в результате которых создан уникальный массив данных о морфологических и физико-химических свойствах почв, сформированных на антропогенных земляных сооружениях (курганах, валах различного назначения) и автоморфных условиях за разные периоды времени.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка использованных источников.
ОСНОВНЫЕ ЗАЩИЩАЕМЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ
1. Усовершенствованный способ координации иерархических территориальных уровней и объектов землеустроительного проектирования с иерархической пространственной организацией агроландшафтных систем.
Воспроизводство плодородия почв, их охрана, рациональное использование с получением стабильных и высоких урожаев культур невозможны без внедрения эколого-ландшафтных систем земледелия и использования адаптивных агротехнологий, для формирования которых необходимо выделять относительно обособленные агроландшафтные территориальные системы.
Общая схема формирования территориальной организации агроландшафтных систем строится по социально-агроэкологическому принципу. На разных уровнях территориальной дифференциации (локальном, региональном, зональном, административно-экономическом) набор факторов при социально-агроэкологическом анализе, их генерализации будет разным, однако функционирование агроландшафтной системы на каждом уровне или подуровне следует рассматривать как взаимосвязь ряда процессов (Каштанов, Лисецкий, Швебс, 1994).
Следует отметить, что к настоящему времени в литературных источниках предложены различные взгляды на масштабную дифференциацию территории: в землеустройстве низшей первичной территориальной единицей выступает уже имеющийся «рабочий участок» (Агроландшафтное проектирование, 2006), С.Н. Волков и др. (2007) ключевым звеном ландшафтно-экологической системы земледелия считают севооборот, в качестве первичной структурной единицы агроландшафта В.И. Кирюшиным (Агроэкологическая оценка…, 2005) рассматривается элементарный ареал агроландшафта, в методических рекомендациях по внедрению эколого-ландшафтных систем (Модели адаптивно-ландшафтных …, 2005) адаптацию земледелия к условиям ландшафта предлагается осуществлять через агроэкологические группы земель.
Пространственная вариабельность, обусловленная различиями в рельефе, почвенном покрове, материнских породах (макронеоднородности и микронеоднородности), активно изучается для целей точного земледелия.
Принцип иерархичности, или масштабности, определяет, что на каждом масштабном уровне неоднородности почвенного покрова, агроландшафтных условий формируются определенные функции (свойства и режимы), которые следует учитывать при проведении агротехнологических и проектных работ (Медведев, 2007).
Экологизация систем ведения сельскохозяйственного производства и совершенствование внутрихозяйственного землеустройства должны проводиться с учетом внедрения адаптивно-ландшафтного принципа организации территории, базирующегося на закономерностях дифференциации ландшафта, характере взаимосвязей и взаимного расположения его морфологических частей, процессов деградации земель и загрязнения почв.
Поэтому для решения ряда задач, стоящих перед землеустройством, предложено использовать иерархическую пространственную организацию агроландшафтных систем, основанную на разработках коллектива ученых, под руководством А.Н. Каштанова, А.П. Щербакова (Ландшафтное земледелие, 1993), предложивших использовать ландшафтные и агроландшафтные территориальные структуры, и дополненную автором настоящего диссертационного исследования (рис. 1). Следует отметить, что предложенные уровни иерархии не противоречат существующим положениям и направлены на их модернизацию, уточнение и дополнение.
Рис. 1. Территориальные единицы агроландшафтных систем В диссертационной работе автором обоснованы способы оптимизации землепользования территориальных единиц локального (ландшафтные полосы в ландшафтно-геохимических каскадных системах (трансект-катенах), водосборные бассейны в границах землепользований) и районного уровня (агроландшафтнорекреационная зона (проектируемый РПП) в муниципальных границах субъекта РФ, административная область).
2. Оценка почвенно-геоморфологических условий в пределах трансект-катен с использованием наиболее перспективных формул.
Кроме традиционного профильного представления распределения почв на склонах в виде катен, автором использованы представления о трансект-катенах и трехмерных моделях геометрических объектов. Трансект-катена как системная единица в иерархических уровнях структурной почвенной организации и ключевого геосистемного картографирования (Гаджиев, Устинов, 2001), являясь натурной моделью с фиксируемыми и сопряженными параметрами, в полной мере отражает реальные природные условия развития экосистем, представляя собой совокупность ландшафтных полос.
При анализе предрасположенности каждого из почвенных профилей, расположенных на склоне, к воздействию водно-эрозионного процесса может быть использован расчет средневзвешенного скользящего значения рельефной функции, обычно учитывающей длину и крутизну склона. В расчетных формулах микроклиматические условия чаще всего не отражаются, т. к. трудно поддаются формализации, однако они имеют существенное влияние и должны учитываться наряду с другими особенностями склонов. Поэтому изучение особенностей функционирования почв в границах склоновых микрозон и количественная оценка выявленных различий представляется актуальной задачей.
В реальном агроландшафте использование принципа единственного различия при изучении разноэкспонированных склонов затруднительно из-за объективных различий природно-хозяйственных условий. Поэтому в данном исследовании упор был сделан на модельных объектах с последующим переходом к наблюдаемому разнообразию через критерий геометрического подобия. Детальное изучение особенностей элементарных склонов, особенно в условиях агроландшафтов, затруднительно для натурных моделей, поэтому важно оценить количественные различия в экологических условиях разноэкспонированных склонов с помощью оценочных методов.
Моделями выступали датированные (от n 10 до n 1000 лет) искусственные земляные насыпи, полярные склоны которых находятся на небольшом линейном удалении друг от друга. В ходе полевых исследований были получены данные о формировании почвенного покрова на антропогенных земляных сооружениях, отличающихся морфометрическими характеристиками, возрастом и экспозицией (мелиоративном (сооруженном в 1967 г.) и оборонительных валах (возрастом 360, 2400, 2500 лет), кургане возрастом 3000 лет).
В связи со значительной спецификой рельефных условий модельных объектов (датированных антропогенных насыпей) возникает вопрос о применимости выявленных закономерностей для длинных склонов, характерных для агроландшафтов. Для этого проведена оценка фактора рельефа в моделях водной эрозии.
К настоящему времени предложено большое количество различных моделей поверхностного смыва. Исследования автора в данной работе были направлены на изучение физико-статистической группы эмпирических моделей смыва почв. В общем виде они представляют собой произведение «факторов», учитывающих влияние осадков, противоэрозионной стойкости почвы, рельефа, севооборота, почвозащитных мероприятий.
Фактор рельефа (рельефная функция) в эрозионных моделях является определяющим, поэтому все дальнейшие дополнения моделей были направлены на его уточнение. К настоящему времени предложено много разнообразных формул для определения рельефного фактора, наиболее обоснованные и перспективные из которых представлены в табл. 1.
Аналитические выражения рельефной функции, LS = (0,065 + 4,56 sinS + 65,41 sin 2 S LS (0,065 + 0,0456 S + 0,006541 S ) Для верификации описанных выражений для расчета рельефного фактора была исследована связь между предложенными формулами и величиной скорости формирования гумусового горизонта почв в характерной микрозоне (i) катены ( H t ), рассчитанной по формуле:
где H – мощность ненарушенной почвы, сформированная за промежуток времени t; Кк – коэффициент ксероморфности; Hi – мощность почвы в i-й точке катены.
При этом для формализации микроклиматических различий рельефа использован коэффициент ксероморфности Кк (Ачасов, 2009), который определяется по формуле:
где Ki – коэффициент инсоляции земной поверхности, R – среднегодовой радиационный баланс, Дж/см2, L – cкрытая теплота парообразования, Дж/см2, Х – среднегодовое количество атмосферных осадков, мм, Кр – крутизна склона в градусах.
К i = 1,0062 + (-0,016 К + 0,00011 К 2 ) (sin( E + 1,66)) - 0,0022 К - 0,00005 К 2, где К – крутизна склона, град.; Е – экспозиция склона, град.
Данный коэффициент c учетом радиационного баланса и годового количества осадков конкретной территории позволяет корректно сравнивать почвы, которые различаются микроклиматическими условиями.
Исходные данные о параметрах модельных объектов (длине, крутизне склонов), а также мощности почв были получены эмпирически.
Адекватность применения тех или иных математических выражений рельефных условий может быть оценена по тесноте связи между результирующей скоростью почвообразования на склонах катен ( H t ) и значением рельефной функции (рис. 2).
Для всех вышеперечисленных формул характерна высокая теснота связи (где корреляционное отношение находится в интервале от 0,88 до 0,90).
Анализ зависимостей рельефной функции от уклона (при фиксированной длине склона) показал, что в диапазоне от 0 до 7° все шесть формул дают близкие результаты. Однако наилучшие результаты в широком диапазоне значений уклонов при длинных склонах, характерных для агроландшафтов Белгородской области, показали формулы, предложенные Wischmeier, Smith (1978), Morgan (1979), Stone, Hilborn (2000).
Полученные выводы подтверждают результаты последних исследований Ю.П. Сухановского (2010): сопоставление модели дождевой эрозии почв с уравнением RUSLE по исходным данным, отражающим условия Европейской территории России, показало существенные отличия зависимости модуля смыва от уклонов для коротких (22 м) и длинных склонов, причем модель RUSLE дает менее сильную зависимость от уклона на коротких склонах.
Рис. 2. Зависимость между скоростью формирования гумусового горизонта 3. Внутризональные различия климата, условий почвообразования и эрозии склоновых местоположений ландшафтов.
Разработка ландшафтно-экологических, адаптивных систем земледелия требует не только картографического представления территории на внутриландшафтном уровне ее дифференциации, но и количественной оценки микрозональных особенностей склоновых агроландшафтов, что особенно актуально для оценки влагообеспеченности склонов.
Склоны полярных экспозиций существенно различаются по количеству поступающей солнечной радиации, запасам влаги и снега, поверхностному стоку и смыву почвы, температурному, водному и питательному режимам. Как результат склоновые почвы отдельных микрозон до начала сельскохозяйственного освоения изначально имели разную мощность генетических горизонтов. Этот факт невольно игнорировался при разработке методов диагностики эродированности (смытости) почв.
Известно, что тепловые условия для развития почв на склонах южных экспозиций отличаются от северных, а северные склоны из-за различий температурного режима оказываются более увлажненными по сравнению с южными. При этом, чем больше расчленен рельеф и длиннее протяженность склонов, тем сильнее проявляются различия между разноэкспонированными склонами.
Учитывая особенности агроландшафтной дифференциации, возможно проектирование не только однородных рабочих участков в составе полей севооборотов, но и определение для каждого из них адаптированных агротехнологий, подбора культур и их сортов, что может способствовать повышению продуктивности севооборотов.
Микроклиматические условия в расчетных формулах смыва почвы, оценки урожайности чаще всего не отражаются, однако имеют существенное влияние и должны учитываться наряду с другими склоновыми особенностями.
Для Белгородской области характерен склоновый тип местности с преобладающими уклонами от 1 до 5°, занимающими 65 % от общей площади области, причем эти склоны имеют существенные различия по экспозиции.
Анализ полученной автором картосхемы распределения разноэкспонированных склонов на территории Белгородской области показал, что склоны различных экспозиций на территории области распространены практически в одинаковой степени, склоны северной экспозиции занимают 27,7 % от общей площади области, южной – 24,3 %, восточной – 23,1 %, западной – 24,9 %.
Применительно к условиям Белгородской области были рассчитаны коэффициенты влияния экспозиции склонов на основе анализа поступления солнечной радиации на разноэкспонированные склоны (Швебс, 1974), которые находятся в зависимости от уклона и широты местности. Для преобладающих уклонов, характеризующих рельеф Белгородской области, была построена номограмма для определения коэффициентов влияния экспозиции склонов на весенний смыв почвы (рис. 3).
Рис. 3. Номограмма для определения коэффициентов влияния экспозиции склонов на весенний смыв почвы для территории Белгородской области Примечание: 1 – южная, 2, 3 – западная, восточная, 4 – северная экспозиции.
Для исследования неоднородности территориальных единиц локального уровня были использованы новые подходы к применению картографического метода, включающие морфометрический анализ по цифровым моделям рельефа и алгебру растров. По эмпирическим формулам были рассчитаны значения радиационного баланса и температуры слоя почвы на модельном объекте – земляном валу возрастом 360 лет.
В основном все физико-химические процессы в почве протекают в теплое время года при активных температурах выше 10 С, поэтому для этого периода были построены карты дифференциации по склону вала солнечной радиации и зависящей от нее температуры слоя почвы 0-20 см.
Расчетные данные показали, что в среднем сумма активных температур > С за год на южном склоне на 35 больше, чем на северном. По оценочным данным за 360 лет существования насыпи разница суммы активных температур могла составить около 13000 градусов. Поэтому очевидно, что полярные склоны должны отличаться по совокупности физико-химических почвенных свойств, что в определенной мере подтверждается результатами проведенных исследований.
Очевидно: чем больше увлажнение склонов, тем более выразительную картину перераспределения влаги можно получить. Однако искусственные земляные сооружения обособлены в рельефе, и для них, по-видимому, характерна большая степень иссушения. Действительно, эту особенность подтвердили проведенные исследования. На минимально возможном удалении от каждого из модельных объектов (исследуемого кургана и земляного вала) одновременно был заложен контрольный почвенный разрез на ровном участке при сходных растительных условиях. Оказалось, что на вершине кургана влажность почвы в слое 0-60 см на 7, % меньше, чем на ровном участке, а на вершине вала – меньше на 5,4 %, запасы влаги в толще почвы 0-40 см в 1,5 и 1,2 раза меньше (по сравнению с ровным участком) на вершинах кургана и вала соответственно.
На исследованных валу и кургане склоны северной ориентации более увлажнены, чем южные, это превышение в пользу северной покатости колеблется в пределах от 7 до 23 %. Более убедительные различия в увлажнении разноэкспонированных склонов удалось выявить для вала: поправочные коэффициенты, рассчитанные по средней влажности в слое 0-60 см, составляют 1,24 (северный склон) и 1, (южный склон), поправочные коэффициенты, рассчитанные по запасам почвенной влаги в слое 0-40 см, составляют 1,22 (северный склон) и 0,99 (южный склон).
Полученные результаты также показывают, что различия в гумусонакоплении на полярных склонах (в степных и лесостепных условиях) более резкие при малых значениях возраста почв ( n 10 лет), а с увеличением времени почвообразования ( n 1000 лет) они сближаются.
В пределах агроландшафтной катены сельскохозяйственного предприятия СХК «Терновский» Яковлевского района Белгородской области (рис. 4) исследована зависимость морфологической структуры агроландшафта, особенностей почвенно-геоморфологических и ландшафтно-геохимических условий.
Диапазон значений рельефной функции, рассчитанной для модельных объектов (антропогенных земляных насыпей) и участков, используемых в сельскохозяйственном производстве (СХК «Терновский»), близок, что позволяет сделать вывод о геометрическом подобии исследованных катен – антропогенных насыпей, которые являются субстратно подобными материальными моделями агроландшафтов.
Примечание: пунктирной линией на профиле показан участок вне масштаба.
Для исследования склоновой неоднородности сельскохозяйственных земель использовался коэффициент накопления микроэлементов, предложенный Д.М.
Шоу (1969), который представляет собой средний кларк концентрации группы элементов в природной системе и в осредненном виде дает количественную оценку ее способности к накоплению элементов по сравнению с литосферой.
Автором использована модификация этого коэффициента с тем отличием, что итоговое его значение определяли не как среднеарифметическое, а среднегеометрическое (R):
где Si и Pi – содержание каждого микроэлементов (TiO2, MnO, Zn, Cu, Ni, Cr, V) в почве и почвообразующей породе соответственно (табл. 2).
Валовой химический состав почв СХК «Терновский»
карте Примечание: в числителе – содержание элементов в гумусовом горизонте, в знаменателе – содержание элементов в почвообразующей породе.
Помимо традиционного показателя (SiO2:R2O3), в модификации SiO2:
(10 R2O3) рассчитан коэффициент элювиирования (Кэ) в почвах и почвообразующих породах, который предложено определять по следующей формуле (Liu et al., 2009):
Полученные данные (табл. 3) показали, что при одинаковой степени смытости почв, рельефные условия оказывают влияние на валовой состав почвы.
Геоморфологическая и геохимическая характеристика СХК «Терновский»
Примечание: * в числителе – содержание элементов в гумусовом горизонте, * в знаменателе – содержание элементов в почвообразующей породе; LS – рельефная функция;
КЭ – коэффициент элювиирования; R – коэффициент накопления микроэлементов.
Различия по коэффициенту накопления микроэлементов (R) наиболее отчетливо проявляются не по степени эродированности почв, а по экспозиции:
почвы на южном склоне в среднем имеют в 1,1 раза большее значение R, чем на северном. Для несмытых почв результат действия почвообразовательного процесса отражен в накоплении таких элементов, как TiO2, Cu, Zn, Ni, MnO. Результат действия эрозии и экспозиционных различий отмечен в уменьшении таких элементов, как V, Cr.
Молекулярные отношения оксидов и коэффициент элювиирования (Кэ) позволяет судить об относительных прибавках или потерях веществ в гумусовом горизонте при сопоставлении с почвообразующей породой, показывая, таким образом, особенности территориального распределения эрозии-аккумуляции наносов в пределах эрозионных катен разноэкспонированных склонов.
4. Оптимизация землепользования различных иерархических территориальных уровней.
Особенности природных условий Белгородской области способствуют интенсивному проявлению водной эрозии почв.
По данным В.Д. Соловиченко (2005), эродированность почвенного покрова составляет 53,6 % общей площади области, в том числе слабосмытые почвы занимают 34,6 %, среднесмытые –12,6 %, сильносмытые – 5,6 %.
При прочих равных условиях фактор рельефа (LS), используемый в расчетных моделях смыва почв, оказывает решающее значение на эрозионные потери, в той или иной степени оказывая влияние на все остальные явления и процессы, которые в масштабах области трудно поддаются формализации. Это в определенной мере подтверждают проведенные нами исследования зависимости эродированности почв Белгородской области от фактора рельефа (рис. 5 А). Была установлена связь между соотношением рельефной функции и значениями эродированности (коэффициент корреляции 0,76), которая позволяет сделать вывод о том, что рельефный фактор не менее чем на 58 % определяет интенсивность водной эрозии почв. В масштабе области рельефный фактор становится основным индикатором эрозионной опасности почв, позволяющий выявить потенциально опасные участки, на которых при отсутствии специальных мероприятий существует риск интенсивного развития водной эрозии почв.
При разработке и внедрении ландшафтных систем земледелия следует строго учитывать потенциальную опасность развития эрозионных процессов в конкретных условиях местности. Для этих целей проведено эрозионногеоморфологическое районирование области, выявившее территории, однородные в отношении интенсивности развития эрозионных процессов (рис. 5 Б).
На основе картосхемы распределения рельефного фактора и данных о расположении бассейновых ландшафтных структур, предложенных А.Г. Нарожней и О.М. Мозговой (2010), на территории Белгородской области выделено 7 районов:
I – Пено-Ворсклинский площадью 4,8 тыс. км2, со средним значением рельефной функции 0,6; II – Везело-Лопанский площадью 1,9 тыс. км2, со средним значением рельефной функции 0,9; III – Нежеголь-Северско-Донецкий площадью 5,0 тыс.
км2, со средним значением рельефной функции 0,8; IV – Оскольский правобережный площадью 2,3 тыс. км2, со средним значением рельефной функции 0,9;
V – Оскольский левобережный площадью 2,2 тыс. км2, со средним значением рельефной функции 0,7; VI – Тихо-Соснинский площадью 3,6 тыс. км2, со средним значением рельефной функции 1,1; VII – Айдаро-Оскольский площадью 7,3 тыс. км2, со средним значением рельефной функции 1,0.
Исходя из геоморфологической предрасположенности к проявлению водной эрозии почв, на территории Белгородской области выделено 5 классов эрозионной опасности, к каждому из которых отнесены административные районы и рекомендован комплекс мероприятий по противоэрозионной организации территории (табл. 4).
Для решения проблем землепользования и устойчивого развития территориальных единиц районного уровня был выбран полигон, который предполагается запроектировать под региональный природный парк (РПП) «Нежеголь». Он должен стать специализированным научно-исследовательским и учебно-социальным структурным подразделением БелГУ. Работы по созданию и обустройству РПП ведутся с 2004 г.
Рис. 5. А – картосхема распределения рельефного фактора на территории Белгородской области;
Б – районирование территории Белгородской области по геоморфологической предрасположенности к проявлению водной эрозии почв (цифрами обозначены эрозионно-геоморфологические районы) Рекомендуемые мероприятия по противоэрозионной организации территории административных районов Белгородской области Эрозионная почв, %) (21,3-31,6) (31,7-41,9) (52,3-62,5) На территории парка находятся земли водного фонда – реки (Северский Донец и Нежеголь); участки леса из земель государственного лесного фонда Архангельского лесничества Шебекинского лесхоза (лесное урочище Коровинская дача);
земли населенных пунктов (Коровино, Архангельское); земли сельскохозяйственного назначения (ЗАО «Заря», ООО «Агрокомбинат Белэнергомаш», крестьянскофермерское хозяйство «Купец»); земли энергетики, транспорта, связи – линии электропередач, газопровода, кабели связи; земли особо охраняемых территорий – в пределах парка имеются остатки реликтовых боров из сосны обыкновенной (форма меловая), занесенной в Красную книгу РФ, а также места обитания редких видов растений и животных.
Таким образом, на площади 2249 га сосредоточены земли практически всех категорий, имеющие определенный режим использования и охраны. При управлении парком предстоит решить вопросы достижения эколого-хозяйственного баланса территории и оптимизации землепользования, что определяет потребность в зонировании парка «Нежеголь», то есть в научно-обоснованном разделении территории на участки с различным режимом функционирования и охраны.
По материалам исследований разных лет (в т.ч. по результатам тахеометрической и фотографической съемок РПП), сформирована база данных структурнофункциональной организации регионального природного парка № (Лисецкий, Польшина, Соловьев, Половинко, Кузьменко, 2010), которая связана со средствами визуализации – локальной геоинформационной системой «Нежеголь», включающей весь комплекс накопленной информации об учебно-научном полигоне для наиболее эффективного управления территорией.
Одним из перспективных путей оптимизации землепользования парка «Нежеголь» предложена реализация административно-бассейнового подхода (Спесивый, 2009) к управлению земельными ресурсами, что позволит наиболее эффективно решить проблемы организации, оптимизации, районирования, моделирования, картографирования, контроля земельных ресурсов.
В системе планирования использования объектов недвижимости основной единицей кадастра муниципальных образований должен являться земельный участок с неразрывно связанными с ним другими объектами недвижимости (Ломакин, 2009), т.к. он, в частности, является базовой единицей целевого использования земли и функционального зонирования территории.
Исходя из сложившейся эколого-хозяйственной ситуации и необходимости модернизации территориального землеустройства, нами предложен комплекс мероприятий по достижению сбалансированной структуры землепользования РПП, в частности функциональное зонирование территории, основанное на бассейновом подходе (табл. 5).
Экспликация функциональных зон проектируемого парка «Нежеголь»
7 Участки с наложенными кадастровыми обременениями 16,2 0, Как отмечают Ф.Н. Лисецкий и др. (2007), хозяйственное освоение территории выражается через различные виды использования земель, каждому из которых соответствует своя степень антропогенного воздействия на территорию (Хромов, 2006), что позволяет рассчитать коэффициенты относительной напряженности эколого-хозяйственного состояния территориальной структуры ландшафта (Кон.) и естественной защищенности (Кез.).
Существующая структура землепользования территории РПП по значениям коэффициента относительной напряженности (Кон.=1,46) ниже оптимальной не более чем на 10 % и имеет относительно благоприятное эколого-хозяйственного состояния естественной защищенности (Кез.=0,65).
Однако предложенная реструктуризация земельного фонда на исследуемой территории позволит достичь более высоких значений Кон. (на 10 %) и благоприятного эколого-хозяйственного состоянии территории (Кез.=5,18). Это будет соответствовать основной функции, которую призван выполнить РПП в формировании территориальной основы регионального эколого-сбалансированного развития.
Полученные в ходе исследования результаты позволяют сформулировать следующие основные выводы:
1. Количественная оценка экспозиционной неоднородности склоновых ландшафтов Белгородской области должна стать основанием для разработки ландшафтно-экологических и адаптивных систем земледелия.
2. Ландшафтно-агроэкологический подход позволяет синтезировать природно-ландшафтную дифференциацию территории, а также социальноэкономические различия с целью выделения агроландшафтных формирований разного пространственного и иерархического уровня для оптимизации землепользования.
3. Для оценки рельефных условий при совместном проявлении процессов эрозии и почвообразования в разнообразных ландшафтных условиях могут быть использованы значения рельефных функций, предложенных Wischmeier, Smith (1978), Morgan (1979), Stone, Hilborn (2000), которые находятся в широком диапазоне значений крутизны склонов и применимы к склонам, наиболее характерным для Белгородской области.
4. Получены коэффициенты влияния экспозиции склонов на весенний смыв почвы для территории Белгородской области, учитывающие крутизну склонов и широту местности.
5. Геохимическая обусловленность процессов эрозии и почвообразования в условиях склоновой неоднородности почв позволяет судить об относительных прибавках или потерях веществ в гумусовом горизонте при сопоставлении с почвообразующей породой, показывая, таким образом, особенности территориального распределения эрозии-аккумуляции наносов в пределах эрозионных катен.
6. Административно-бассейновый подход является эффективным при решении проблем землепользования и устойчивого развития территориальных единиц районного уровня (на примере проектируемого регионального природного парка).
7. Индикатором эрозионной опасности почв, позволяющим выявить потенциально опасные районы, в которых при отсутствии специальных мероприятий существует риск активизации эрозионной деятельности, может служить рельефный фактор, который на территории Белгородской области не менее чем на 58 % определяет водную эрозию почв.
8. В результате проведенного эрозионно-геоморфологического районирования Белгородской области выявлены территории, однородные в отношении интенсивности развития эрозионных процессов. С учетом геоморфологической предрасположенности к проявлению водной эрозии почв и фактической степени эродированности, каждому из административных районов Белгородской области рекомендован наиболее свойственный их условиям комплекс мероприятий по противоэрозионной организации территории.
ПО МАТЕРИАЛАМ ДИССЕРТАЦИИ
ОПУБЛИКОВАНЫ СЛЕДУЮЩИЕ РАБОТЫ:
Статьи в изданиях, соответствующих перечню ВАК РФ:1. Лисецкий, Ф.Н. Эталонные почвы в системе особо охраняемых природных территорий / Ф.Н. Лисецкий, М.Е. Замураева, В.В. Половинко, М.А. Данильченко // Проблемы региональной экологии. – 2009. – №1. – С. 104-110.
2. Татаринович, Б.А. Использование цифровых камер для плановой съемки местности / Б.А. Татаринович, М.И. Бидыло, В.В. Половинко // Землеустройство, кадастр и мониторинг земель. – 2009. – № 9. – С. 50-54.
3. Татаринович, Б.А. Интенсификация фотосъемочных работ путем применения специального оборудования и алгоритмов вычисления / Б.А. Татаринович, В.В. Половинко // Землеустройство, кадастр и мониторинг земель. – 2010. – №5. – С. 64-66.
4. Половинко, В.В. Применение ГИС-технологий для исследования эрозионно опасных агроландшафтов в условиях индивидуальной собственности на землю / В.В. Половинко, С.В. Кравцов, Е.Ю. Шевченко // Молоді науковці – географічній науці: матеріали наукової конференції. – Київ: Вид-во Обрiї, 2007. – С. 116-119.
5. Лисецкий, Ф.Н. Создание университетского учебно-научного полигона при реализации национального проекта «Образование» / Ф.Н. Лисецкий, М.А. Польшина, В.В. Половинко, И.С. Королева // Совершенствование системы образования в области землеустройства и кадастров: материалы науч. практ. конф.
/ Государственный университет по землеустройству. – М., 2008. – С. 364-369.
6. Лисецкий, Ф. Взаимосвязь почв и рельефа (по результатам изучения разновозрастных антропогенных насыпей в зоне лесостепи) / Ф. Лисецкий, В. Половинко // Генеза, географія та екологія ґрунтів: збірник наукових праць / Львівський нац. ун-т. ім. Iвана Франка. – Львів, 2008. – C. 325-336.
7. Лисецкий, Ф.Н. Оценка процессов эрозии и почвообразования на микросклонах / Ф.Н. Лисецкий, В.В. Половинко // Двадцать третье пленарное межвузовское координационное совещание по проблеме эрозионных, русловых и устьевых процессов: доклады и краткие сообщения / КГПУ им. К.Э. Циолковского. – Калуга, 2008. – С. 152-155.
8. Лисецкий, Ф.Н. Микрозональные особенности склоновых ландшафтов / Ф.Н. Лисецкий, В.В. Половинко // Вісник аграрної науки Причорномор,я / Миколаївський державний унiверситет. – Миколаїв, 2008. – Вип. 3 (46). –Том 2. – С. 135-143.
9. Лисецкий, Ф. Потенциал природных парков в решении проблем землепользования и устойчивого развития региона / Ф. Лисецкий, В. Половинко, М. Польшина // Географія. Економіка. Екологія. Туризм: Регіональні студії.
Збірник наукових праць. – Ніжин, 2009. – Вип. 3. – С. 75-85.
10. Половинко, В.В. Влияние растительности на формирование равновесной плотности сложения почв лесостепи / В.В. Половинко // XII Докучаевские молодежные чтения «Почвы и продовольственная безопасность России»: материалы Всерос. науч. конф. – СПб.: Издательский дом С.-Петербург. гос. ун., 2009. – С. 71-72.
11. Польшина, М.А. Основные направления совершенствования территориального устройства лесных ландшафтов с применением ГИС и ДЗЗ / М.А. Польшина, В.В. Половинко // «Регион 2009: общественно-географические аспекты»:
материалы Междунар. науч. практ. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых / Харьковский национальный университет им. В.Н. Каразина. – Харьков, 2009.
– С. 255-259.
12. Нарожняя, А.Г. Формирование свойств почвы на склонах разной экспозиции древнего оборонительного вала в лесостепи / А.Г. Нарожняя, В.В. Половинко // Агрохiмiя i ґрунтознавство. – Харків, 2009. – Вип. 71. – С. 18-21.
13. Половинко, В.В. Эрозионно-геоморфологический мониторинг земель Белгородской области / В.В. Половинко // «Регион 2010: общественно-географические аспекты»: материалы Междунар. науч. практ. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых / Харьковский национальный университет им. В.Н. Каразина. – Харьков, 2010. – С. 301-304.
14. Половинко, В.В. Дифференциация условий почвообразования на разноэкспонированных склонах / В.В. Половинко // Управление продукционным процессом в агротехнологиях 21 века: реальность и перспективы: материалы Международной науч. практ. конф. – Белгород: Отчий край, 2010. – С. 17-20.
на объекты интеллектуальной собственности:
База данных структурно-функциональной организации регионального природного парка / Ф.Н. Лисецкий, М.А. Польшина, В.И. Соловьев, В.В. Половинко, Я.В. Кузьменко. Свидетельство об официальной регистрации базы данных № 2009620033. Зарегистрировано в Реестре баз данных 11.01.2009 г., опубл.
20.06.2009 г., ОБПБТ №2(67). – С. 415.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
«