Адаптивно-ландшафтная трансформация малопродуктивных и деградированных земель Волгоградского Заволжья

АГРОНОМИЯ И ЛЕСНОЕ ХОЗЯЙСТВО

УДК 631.617:631.11

АДАПТИВНО-ЛАНДШАФТНАЯ ТРАНСФОРМАЦИЯ МАЛОПРОДУКТИВНЫХ И ДЕГРАДИРОВАННЫХ ЗЕМЕЛЬ ВОЛГОГРАДСКОГО ЗАВОЛЖЬЯ

К.Н. Кулик, академик Россельхозакадемии Н.А. Ткаченко, аспирант

Всероссийский научно-исследовательский институт агролесомелиорации

Проведена комплексная оценка состояния деградированных и малопродуктивных земель Заволжья Волгоградской области с использованием ГИС-технологий для целей адаптивно-ландшафтного землепользования.

Ключевые слова: малопродуктивные сельскохозяйственные угодья, трансформация земель, аэрокосмические снимки.

За последние 50-60 лет на территории Волгоградского Заволжья из-за недостаточного и нерегулярного атмосферного увлажнения, засоленности почвогрунтов и нерационального природопользования резко возросла экологическая напряженность и снизилась продуктивность сельскохозяйственных угодий, большая часть деградировала до стадии опустынивания. С целью рационального использования сельхозугодий, необходимы научное обоснование адаптивно-ландшафтной трансформации малопродуктивных и деградированных сельскохозяйственных угодий и рекомендации по их использованию.

Территорию Заволжья с незапамятных времен использовали под отгонный выпас скота. С конца XIX века появился еще один вид землепользования - падинное переложное земледелие (после снятия нескольких урожаев землю оставляли без обработки на 8-15 лет для восстановления плодородия почвы и переходили на другой участок). Основные деструктивные изменения в этот период приходились на пастбищные земли и связаны с перевыпасом вокруг поселений.

С середины 50-х годов XX века, в связи с «целинным бумом» сельское хозяйство было переориентировано. Прежнее скотоводческое хозяйство с очагами земледелия по падинам приобрело скотоводческо-земледельческий характер. Это привело к нарушению рациональной экологической структуры пашни, т. к. пахотные земли перестали «привязывать» к падинам.

Процесс укрупнения пахотных массивов сопровождался негативными явлениями. Пашня с плодородных черноземовидных (темноцветных) почв была переведена на менее плодородные засоленные почвы. Многолетний бессистемный выпас скота вызвал прогрессирующую дигрессию пастбищ. Из-за дефляции и смыва нередко обнажались почвообразующие суглинки. Произошли заметные фитоценотические смены растительного покрова: уменьшилось количество видов, изменился ботанический состав, снизились высота, проективное покрытие, фитомасса.

Таким образом, при сохранении традиционных форм хозяйствования становится невозможным восстановление коренных ассоциаций, сохранение в регионе видового, ценотического и ландшафтного разнообразия, а отсюда возникает необходимость оперативного решения вопросов рационального природопользования в регионе и прогнозирование динамичных процессов деградации почвенно-растительного покрова. Решить эти вопросы можно с помощью аэрокосмического мониторинга.

В настоящее время возникла необходимость в оценке состояния сельскохозяйственных земель Заволжья Волгоградской области, установлении уровня их деградации, определении вида деградационных процессов. Картографирование деградированных и малопродуктивных земель Заволжья с использованием геоинформационных (ГИС) технологий и аэрокосмических методов исследований является наиболее перспективным для изучения состояния агролесоландшафтов.

Оценка деградации почв в агроландшафтах основывается на использовании многопараметрического анализа данных различного типа: атрибутивных, картографических и аэрокосмических фотоснимков. Источниками информации являются: 1) топографические карты (1:25000, 1:50000); 2) геоморфолого-литологические карты (1:50000); 3) почвенные карты (1:25000, 1:50000); 4) аэрофотоснимки черно-белые (1:25000; 1:35000); 5) космические снимки с пространственным разрешением от 2 до 30 м; 6) материалы полевого эталонирования.

Топографические карты масштабов 1:25000 и 1:50000 необходимы в качестве основы, к которой привязываются все геоинформационные слои (тематические карты, космофотоинформация, данные полевых исследований), что позволяет получить выходной материал высокой точности.

Геоморфологическая карта позволяет выявить различные геоморфологические районы и участки с разным литологическим составом подстилающих пород. Это помогает проследить за особенностями протекающего процесса деградации почв и прогнозировать его дальнейшее развитие. Почвенная карта нужна для определения типа и состава почв на участках, которые выступают индикаторами исходного уровня деградации.

Для оценки состояния почв (содержание в ней гумуса) используется аэрокосмическая съемка открытых участков поверхности почвы в масштабе 1:25000 - 1:200000 в ранний весенний период до появления травянистой растительности или в поздний осенний период после проведения полевых работ. Осуществляется преобразование изображения в формат данных для обработки на ЭВМ сканированием аэрокосмических фотоснимков или изображений, полученных в электронном виде. На полученных изображениях выделяются уровни серого цвета этих поверхностей по шкале от 0 до 255. Далее производится разделение общей площади на контуры, соответствующие выделенным уровням фототона, и вычисляют их площади.

Осуществляется сопряженный анализ фотоизображения с топографической и почвенной картами, и выполняется трансформация, наносится атрибутивная информация. Для каждого выделенного контура определяется тип почвы и оценивается содержание гумуса (в процентах) в почвенном покрове контуров по формуле

Г= V -0,0276f Г Ктах е

где Г - процентное содержания гумуса в почве; Ктах - коэффициент, учитывающий тип почвы; f - текущее значение уровня серого цвета по аэрокосмической информации).

Коэффициент, учитывающий тип почвы (Ктах), находящейся в воздушно-сухом состоянии, представлен в табл. 1.

Таблица 1 - Значения коэффициентов К^х для некоторых типов почв

Тип почвы Ктах

Каштановые суглинистые 57,40

Светло-каштановые супесчаные 45,75

Бурые пустынно-степные 55,06

Бурые лугово-степные 65,78

Солончаки 38,03

Лугово-болотные 59,95

Аллювиально-луговые 69,14

Пески 42,85

По содержанию гумуса и форме контуров оценивается степень деградации почв. Таким образом, данная методика позволяет без дополнительных наземных исследований определить степень тенденции развития деградации почв, координаты деградаци-онно-опасных зон [1].

Определение состояния почвенно-растительного покрова пастбищ по фототону является одним из основных способов выявления уровней их деградации. Комплексность пустынно-степных пастбищных ландшафтов находит отражение на космоснимках в виде отличающихся по тону и рисунку участков поверхности.

Одним из опаснейших процессов деградации пастбищ является опустынивание территорий, сопровождающееся образованием очагов открытых подвижных песков или «скальпированных почв». Выявление очагов деградации и опустынивания по космоснимкам производится на основе анализа фототона изображения и сравнения с ним фототона, установленного для открытых, скальпированных почв при фотоэталонировании.

Анализ соотношения продуктивности пастбищ и проективного покрытия выявляет регрессионные связи между этими параметрами и устанавливает надежные критерии определения продуктивности пастбищ по космофотоснимкам (табл. 2).

Таблица 2 - Продуктивность и проективное покрытие _____________пастбищных фитоценозов________________

Пастбищные фитоценозы Продуктивность, т/га Проективное покрытие, %

Ковыльные 0,32-0,42 45-50

Житняковые 0,31-0,58 40-45

Белополынные 0,29-0,39 25-30

Однолетниковые 0,11-0,24 25-40

Белополынно-злаковые 0,42-0,54 40-45

Оценка деградации проводится по величине проективного покрытия почвы травянистой растительностью, вычисляемой по формуле

Sпп = 100/1+ехр (А+БГ),

где БПП - проективное покрытие, %, Г - текущее значение уровня серого цвета по аэрокосмическому фотоснимку, А, Б - коэффициенты, учитывающие влияние типа почвы на величину фототона [2].

Оценка продуктивности фитоценозов пастбищ осуществляется при помощи регрессионных уравнений, описывающих ее зависимость от проективного покрытия, определяемого по средним статистическим значениям фототона изображения поверхности, отнесенной при дешифрировании к пастбищам.

Эталонирование состояния пастбищ как объектов хозяйственного использования проводится методом компьютерного сравнения гистограмм распределения фототона изображения участка пастбища на аэрокосмофотоснимке и соответствующих этому участку состояния почвы и величины проективного покрытия, полученных в результате полевых исследований.

При предварительном эталонировании по цифровой карте, созданной на основе космоснимка, с достаточной достоверностью устанавливаются площади, конфигурация и взаиморасположение пастбищ. Площади, периметры и координаты выделенных полигонами пастбищ вычисляются автоматически и заносятся в электронную базу данных. По результатам предварительного эталонирования составляются библиотеки космоснимков, отражающих структуру пастбищных угодий с описанием характерных объектов.

Полевое эталонирование необходимо проводить на ключевых участках, на которых определяется состав и состояние растительности, тип и состояние почвы, а также рельеф местности с построением ландшафтных профилей. Производится фотосъемка участков, и по полученным снимкам устанавливаются зависимости характеристик растительности от величины фототона на базе компьютерных методов.

Применение методики эталонирования повышает достоверность результатов исследований и картографирования деградации пастбищ на основе космоснимков в интересах агролесомелиорации и обеспечивает системность в изучении динамики деграда-ционных процессов, создает базу дешифровочных признаков, которые служат основанием для выявления параметрических характеристик, дают возможность выявить их состояние и оценить динамику протекающих процессов.

При проведении картографирования уточняются дешифровочные признаки, устанавливается проективное покрытие деградированных пастбищ в соответствии с фототоном изображения аэрокосмического снимка, а также диапазоны фототона для преобладающих типов почв и фитоценозов на оцениваемых площадях.

На основе сопряженного комплекса данных (карты топографические, почвенная М 1:400000, геоморфологическая, космофотоснимков Landsat-7 и Quick Bird, полевых исследований) нами составлена почвенная карта Волгоградского Заволжья в целях разработки экологически обоснованных решений, обеспечивающих рациональное использование малопродуктивных и деградированных земель Заволжья путем трансформации их в экономически выгодные и социально значимые агролесоландшафты (рис. 1).

Установлено, что в настоящее время в регионе имеется свыше 50 % сильно или очень сильносбитых пастбищ, около 20 % богарной пашни является малопродуктивной, урожайность зерновых на таких полях составляет всего 5-6 ц/га в лучшие по осадкам годы. Активно проявляются такие негативные процессы, как дефляция пашни и пастбищ, вторичное засоление и заболачивание орошаемых земель.

Для повышения продуктивности и экологической безопасности сельскохозяйственного производства территории Заволжья Волгоградской области рекомендуем провести адаптивно-ландшафтную трансформацию части сельхозугодий.

Почвы: 1 - Светлокаштановые; 2 - Каштановые; 3 - Темнокаштановые; 4 - Луговые;

5 - Солоди луговые; 6 - Солончаки; 7 - Аллювиальные луговые насыщения; 8 - Пески. Комплексы почв: 9 - Каштановые с солонцами каштановыми; 10 - Солонцы каштановые с каштановыми; 11 - Луговые с солонцами луговыми; 12 - Аллювиальные луговые насышенные с солонцами луговыми. 13 - Механический состав: а - глинистые; б - тяжелосуглинистые: в - среднесуглинистые; г - легкосуглинистые; д - супесчаные; е - песчаные.

14 - Мощность гумусового горизонта:! - маломощные (до 30 с); 11- среднемощные (30 - 50 см); III — мощные (свыше 50 см). 15 - Мощность надсолонцового горизонта: СН| - мелкие; СН|| -

сильносмытые; слабодефлируемые; среднедефлированные;$< — сильнодефлирован-

Рисунок 1 - Почвенная карта Волгоградского Заволжья

Малоплодородные земли с содержанием гумуса в почве <1 %, применяемые для выращивания зерновых культур, целесообразнее вывести из интенсивного полеводства и трансформировать в кормовые угодья. Это относится к средней части Быковского, частично Палласовского и северной части Старополтавского районов.

Особое внимание необходимо уделить опасным в дефляционном отношении легким почвам и песчаным массивам (Быковский, Николаевский, Старополтавский районы). Они должны использоваться комплексно, с учетом их гранулометрического состава и плодородия. Тяжелые супеси с содержанием гумуса более 1 % могут быть использованы в полеводстве или для выращивания многолетних насаждений. Легкие супеси, связнопесчаные почвы должны быть трансформированы в пастбища. Молодые песчаные почвы и пески в районах с годовым количеством осадков <350 мм также могут быть использованы под пастбища, а при большем количестве осадков - под лесоразведение. При этом выпас скота на развеваемых песках должен быть исключен.

Почвы в пределах гидрографической сети, подверженные эрозии в средней и сильной степени, должны использоваться как сенокосы.

Сильнозасоленные почвы IV и V класса засоления с содержанием солей 0,7 % и выше, требующие специальных мелиоративных мероприятий, целесообразнее использовать как кормовые угодья. Солончаки в районах неорошаемого земледелия могут быть отведены под малопродуктивные пастбища.

Каштановые сильносолонцеватые, светло-каштановые солонцеватые почвы с высоким содержанием солонцов имеют неудовлетворительные агропроизводственные свойства. Они должны быть трансформированы в пастбища с созданием травостоя из засухо- и солеустойчивых культур (донник, люцерна, житняк и др.).

Таким образом, картографический подход к исследованию природных систем и их антропогенной трансформации с использованием аэрокосмической, картографической и статистической информации являются наиболее информативным, перспективным и объективным в современных ландшафтных исследованиях.

Библиографический список

1. Способ определения состояния почвы, подверженной деградации [Текст] : пат. 2265839 РФ, МКИ в 01 N 33 / 24, в 01 V 9 / 00. /К.Н. Кулик, В.Г. Юферев, А С. Рулев, К Б. Ба-курова; заявитель и патентообладатель ГУ276.

2. Юферев, В.Г. Геоинформационные технологии в агролесомелиорации [Текст] / В.Г. Юферев [и др.]. - Волгоград: ВНИАЛМИ, 2010. - 102 с.

Е-шаП: vnialmi@avtlg.ru