Разработка геоинформационной основы системы адаптивно-ландшафтного земледелия

УДК 004:528.91

Н.И. Добротворская

ГНУ СибНИИЗиХ, Краснообск

В.А. Середович, А.В. Дубровский, Е.С. Орлова

СГГА, Новосибирск

РАЗРАБОТКА ГЕОИНФОРМАЦИОННОЙ ОСНОВЫ СИСТЕМЫ АДАПТИВНО-ЛАНДШАФТНОГО ЗЕМЛЕДЕЛИЯ

Адаптивно-ландшафтное земледелие представляет собой систему земледелия, учитывающую биологические, агротехнические и агроэкологические показатели территории. Для создания современной системы адаптивно-ландшафтного земледелия необходимо применять новые методы, в частности ГИС-технологии. В статье предлагается подход к подготовке геоинформационной основы территории аграрно-промышленного комплекса для ведения адаптивно-ландшафтного земледелия, обосновывается структура электронного атласа земельных ресурсов, выполнена оценка почвенных показателей на примере совхоза Толмачевский.

N.I. Dobrotvorskaya

State unitary enterprise Siberian Research Institute of Soil Management and

Chemicalization of agriculture

V.A. Seredovich, A.VDubrovsky, Ye.S. Orlova

SSGA, Novosibirsk

DEVELOPMENT OF GIS DATAWARE FOR THE SYSTEM OF ADAPTIVE-LANDSCAPE AGRICULTURE

Adaptive-landscape agriculture is a system of agriculture taking into account biological, agrotechnical and agroecological indicators of the territory. Such system development demands new methods application, particularly GIS-technologies. A new approach to the development of GIS for the agro-industrial complex territory is offered, which can be used for adaptive-landscape agriculture. The structure of the electronic atlas of land resources is substantiated. Soil characteristics of Tolmachevsky state farm (taken as an example) are estimated.

Концепция адаптивно-ландшафтного земледелия появилась в 90-е годы прошлого века и получила развитие как альтернатива зональному земледелию. Предпосылки такого перехода можно объединить в три группы:

- Социально-экономические, которые заключались в переходе страны к рыночной экономике и возникший в связи с этим на первых этапах анархический раздел земель, чересполосицу, забрасывание части земель без обработки в культуре, превращение паровых полей в бессрочную залежь и т.д.;

- Производственные или технологические выражающиеся в бурном развитии новых и разнообразных технологий в сельскохозяйственном производстве, импорт принципиально новой сельскохозяйственной техники;

- Экологические, которые заключались в значительном снижении актуального (эффективного) или естественного плодородия, вызванное ухудшением структурного состояния почвы, снижением влагообеспеченности земель, повышением засоренности полей.

Стремление к восполнению утраченного уровня плодородия ведет к необходимости все новых дополнительных затрат, что приводит к повышению себестоимости продукции вплоть до потери рентабельности. В этой обстановке возникает дилемма между необходимостью повышения урожайности с одной стороны и снижения затратности производства с другой. Причем, чем меньше характер использования земель соответствует природным условиям территории, тем выше затраты на преодоление факторов, ограничивающих выращивание тех или иных культур. Решение данной проблемы предлагает концепция адаптивноландшафтного земледелия, в самом названии которой содержатся основные принципы экологически-целесообразного использования земельных ресурсов [1, 2].

Ландшафтный подход рассматривал еще В.В. Докучаев со своими учениками, доказавший, что плодородие сельскохозяйственных земель и условия их обработки зависят не только от свойств почв. Эти два фактора являются производными природного комплекса и составляющих его компонентов, таких как климат, рельеф, литологические и гидрологические условия [3]. То есть, для разработки проекта системы земледелия в конкретном хозяйстве необходима предварительная агроэкологическая оценка земель.

Организационно-производственная структура существующих

сельскохозяйственных предприятий, обусловлена, как правило, ландшафтным устройством его территории. Поэтому путь к решению проблемы рационального, экологически обоснованного землепользования на сельскохозяйственных землях лежит в использовании ландшафтного подхода, причем объектом исследований будут являться геосистемы локального уровня [4]: местные ландшафты, которые сопоставимы по размерности с территорией современного сельскохозяйственного предприятия, а также урочища и подурочища: их размеры и степень однородности характеристик сопоставимы с размерами производственных полей и рабочих участков.

Первичное проектирование зональных систем земледелия в большинстве случаев происходило в условиях количественной неопределенности. Данные, импортируемые в агрономическую науку из смежных дисциплин -геоморфологии, климатологии, микроклиматологии, гидрологии, почвоведения, агрохимии и селекции оказываются либо слишком усредненными и характеризуют территории уровня почвенно-климатической зоны, либо фрагментарными, применимыми в узком диапазоне условий, разрозненными, неувязанными в единую систему показателей.

Инновационная особенность современной агроэкологической оценки территории состоит в том, что она представляет собой систему разнородных признаков, количественно согласованных друг с другом путем привязки данных к конкретной природно-территориальной системе локального уровня.

Набор признаков, обеспечивающих необходимый и достаточный уровень информативности, зависит от факторов, формирующих почвенногидрологические условия хозяйства, и, как правило, включает в себя метеорологические, литологические, геоморфологические, почвенные показатели, а также геометрические показатели структуры почвенного покрова.

Таким образом, большое количество разнородной информации должно быть сведено в единую систему. Сегодня это возможно благодаря бурному развитию информационных технологий, в частности ГИС. Практическая реализация информационной базы обеспечивается развитием и внедрением современных технических средств земледелия, в частности технологий точного земледелия, интегрированных с системами глобального позиционирования, позволяющими вести работы на сельскохозяйственных угодьях с повышенной точностью.

Разработка адаптивно-ландшафтной системы земледелия начинается с формирования геоинформационной основы территории аграрно -промышленного комплекса. Под геоинформационной основой понимается совокупность цифровых картографических материалов, представленных в одной системе координат, созданных с использованием общего набора правил представления и описания пространственных объектов, процессов, явлений [5]. Геоинформационная основа территории аграрно-промышленного комплекса должна состоять из 5 блоков: техногенная нагрузка, агроклиматические условия, топография, почвенные условия, а также орографические особенности, рис. 1 [6].

Рис. 1. Структура геоинформационной основы территории аграрнопромышленного комплекса для создания системы адаптивно-ландшафтного

земледелия

Каждый блок представляет собой картографическое описание определенного компонента природной или техногенной среды. Наиболее обширно представлен блок «Почвенные показатели», в него входят литологические и гидрологические условия, структура почвенного покрова, основные параметры почвенного плодородия, микроклиматическая оценка пахотных почв, а также история полей за 5 лет.

В настоящее время нами ведется работа по сбору информации и созданию геоинформационной основы территории аграрно-промышленного комплекса на примере ЗАО «Толмачевское». В качестве исходного материала была взята территория этого предприятия масштаба 1:25000, созданная Запсибгипрозем в 1983 году. В результате процесса сканирования и векторизации данного материала была получена цифровая почвенная карта ЗАО «Толмачевское». Цифровая тематическая почвенная карта была совмещена с топографической основой данной территории, а также данными кадастрового деления и т.д.

Кроме того были использованы данные Гидрометеослужбы по основным агроклиматическим показателям. Перечисленные исходные материалы формируют параметрическую структуру разрабатываемой системы адаптивноландшафтного земледелия на исследуемую территорию.

В качестве метода систематизации, накопления и использования собранной информации нами предлагается использовать метод цифровой картографии, заключающийся в создании электронного атласа земельных ресурсов [7]. Такой подход позволяет объединить разнородные, разноформатные данные, наглядно отобразить всю информацию и предоставить ее для широкого круга пользователей. Атлас включает различные данные: таблицы, карты, диаграммы, космические снимки на территорию Новосибирской области. Атлас состоит из двух блоков, один из которых является обзорно-топографическим, а другой тематическим. Тематический блок включает показатели, необходимые для разработки мероприятий для адаптивно-ландшафтной системы земледелия [7].

На основе обработанной информации была составлена таблица площадей каждого типа почв, а затем диаграмма (рис. 2).

Серые- лесные

Черноземы

Лугово-черноземные

Черноземно-луговые

Луговые

Болотные

Солонцы

Солоди

Рис. 2. Диаграмма процентного соотношения различных типов почв на

территории ЗАО «Толмачевское»

Из диаграммы видно, что пространственное распределение почв на территории хозяйства представляет собой мозаичную картину. Даже в пределах одного производственного поля ареалы черноземных почв соседствуют с мелкими ареалами солонцовых почв и солодей, которые значительно снижают продуктивность рабочих участков. Поэтому в составе геоинформационной основы был создан картографический слой «Структура почвенного покрова», а также тематические карты признаков, лимитирующих выращивание тех или иных сельскохозяйственных культур, например солонцеватости или переувлажнения. Совокупный анализ агроэкологических свойств почв, лимитирующих факторов и технологических мероприятий по их преодолению позволяет создать конечный продукт агроэкологической оценки- карту агроэкологических типов земель [8] (рис. 3).Эта карта была совмещена с космическим снимком территории ЗАО «Толмачевское», затем были выделены границы существующих в настоящее время сельскохозяйственных угодий. Из рисунка видно, что в целом контура полей соответствуют агроэкологическим типам земель, можно сказать, что земледелие на данной территории проводится с использованием адаптивно-ландшафтного подхода.

Рис. 3. Карта агроэкологических типов земель

На схеме цифрами обозначены почвы следующих типов:

1. Автоморфные почвы (почвенный покров состоит из Чв,о+л2ос);

2. Автоморфно-полугидроморфные, (почвенный покров состоит из

Чл°с,сн);

3. Гидроморфно-полугидроморфные солонцеватые исолончаковые (почвенный покров состоит из Лчсн,сч).

Из рис. 3 видно, что на территории ЗАО «Толмачевское» можно выделить один самый крупный участок плодородных почв - 14500 га, этот участок используется для выращивания сельскохозяйственных культур. На остальных земельных участках встречаются различные виды почв, на этой территории необходимо проведение мероприятий по повышению плодородия почв.

Кроме того, некоторые сельскохозяйственные угодья, возможно сформировать более точно в соответствии с агроэкологическими типами земель. Рассмотрим один из примеров, представленный на рис. 4.

черноземы | сельскохозяйственные угодья А1. А2, АЗ -_-Л~ лугово-черноземные почвы

~б~

Рис. 4: а) граница существующих сельскохозяйственных угодий;

б - Пример реализации адаптивно-ландшафтного подхода к формированию

сельскохозяйственных угодий

На рассматриваемом участке (рис. 4, а) представлены различные типы почв: черноземы и лугово-черноземные. Лугово-черноземные почвы

отличаются от черноземов, они более увлажненные, поэтому в соответствии с адаптивно-ландшафтным подходом необходимо выделить два отдельных сельскохозяйственных угодья, на основе созданной карты агроэкологических типов земель.

В результате границу сельскохозяйственного угодья А1 и А2 необходимо скорректировать, а угодье А3 оставить без изменений.

Созданная для реализации системы адаптивно-ландшафтного земледелия, геоинформационная основа представляет собой систему показателей, которая позволяет наиболее объективно оценить качество земель и может использоваться для развития систем кадастровой оценки земель. Кроме того, реализация предлагаемого подхода преследует цель формирование высокопродуктивных и экономически устойчивых агроландшафтов и совершенствование систем земледелия на ландшафтной основе.

Создание геоинформационной основы системы адаптивно-ландшафтного земледелия поможет в разработке мероприятий по улучшению плодородия земель, а также обеспечит высокоэффективное производство продукции в соответствии с природными и производственными ресурсами.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Кирюшин В.И. Экологические основы земледелия [Текст]. М.: Колос, 1996. - 367 с.

2. Агроэкологическая оценка земель, проектирование адаптивноландшафтных систем земледелия и агротехнологий [Текст]: Методическое руководство. - М.: ФГНУ «Росинформагротех», 2005. - 784 с.

3. Саушкин, Ю.Г. Русская ландшафтно-географическая наука [Электронный

ресурс]. - М.: Географгиз, 1948.- Режим доступа:

http://www.landscape.edu.ru/book_dokuchaev_1948. shtml# 1000

4. Глазовская М.А. Геохимические аспекты типологии и методика исследования природных ландшафтов [Текст] - М.: Изд-во МГУ, 1964. - 229 с.

5. Дубровский, А.В. Исследование геоинформационной основы для создания системы навигации и управления на территории субъекта федерации [Текст] // Изв. вузов. Геодезия и аэрофотосъемка. - 2009. - № 6. - С. 96-102.

6. Особенности информационного обеспечения агроэкологической оценки земель для проектирования адаптивно-ландшафтных систем земледелия с использованием ГИС-технологий [Текст]: // метод. пособие / А.Н. Власенко, Н.И. Добротворская, А.И. Южакова, В.К. Каличкин, В.А. Понько, В.Т. Усолкин, А.И. Кожевников, А.И. Павлова, М.И. Иванова, С.Ю. Капустянчик. -Россельхозакадемия, Сиб. отд-ние СибНИИЗХим. - Новосибирск, 2007. - 40 с.

7. Орлова Е.С. Разработка электронного атласа земельных ресурсов Новосибирской области [Текст] // ГЕ0-Сибирь-2010. Т. 3: Экономическое развитие Сибири и Дальнего Востока. Экономика природопользования, землеустройство, лесоустройство, управление недвижимостью. Ч. 2: сб. материалов VI Междунар. Науч. конгресса «ГЕО-Сибирь - 2010», 19-29апр. 2010 г., Новосибирск. - Новосибирск: СГГА, 2010. -С. 94-98.

8. Добротворская Н.И. Структура почвенного покрова в системе агроэкологической оценки земель в лесостепи Западной Сибири. [Текст] Автореф. дисс. на соиск. уч. ст. д-ра с.-х. наук. Барнаул, 2009. - 40 с.

© Н.И. Добротворская, В.А. Середович, А.В. Дубровский, Е.С. Орлова, 2011