Повышение адаптивных возможностей агроландшафтов к меняющимся условиям климата при их землеустройстве

Польшина, Марина Александровна

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Повышение адаптивных возможностей агроландшафтов к меняющимся условиям климата при их землеустройстве
ВАК РФ 25.00.26, Землеустройство, кадастр и мониторинг земель

Автореферат диссертации по теме "Повышение адаптивных возможностей агроландшафтов к меняющимся условиям климата при их землеустройстве"

На правах рукописи

ПОЛЫИИНА Марина Александровна

ПОВЫШЕНИЕ АДАПТИВНЫХ ВОЗМОЖНОСТЕЙ АГРОЛАНДШАФТОВ К МЕНЯЮЩИМСЯ УСЛОВИЯМ КЛИМАТА ПРИ ИХ ЗЕМЛЕУСТРОЙСТВЕ (на примере Белгородской области)

25.00.26 - землеустройство, кадастр и мониторинг земель

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук

1 7 МАЙ 2012

Белгород —2012

005043335

Работа выполнена на кафедре природопользования и земельного кадастра ФГАОУ ВПО «Белгородский государственный национальный исследовательский университет»

Научный руководитель ЛИСЕЦКИЙ Федор Николаевич -

доктор географических наук, Белгородский государственный национальный исследовательский университет, профессор

Официальные оппоненты:

ЛОПЫРЕВ Михаил Иванович -

доктор экономических наук, Воронежский государственный аграрный университет им. императора Петра I, профессор

КУРОЛАП Семен Александрович -

доктор географических наук,

Воронежский государственный университет,

профессор

Ведущая организация

ГНУ «Белгородский НИИ сельского хозяйства» Россельхозакадемии

Защита состоится 28 мая 2012 г. в 16-00 на заседании диссертационного совета ДМ 212.036.02 при Воронежском государственном педагогическом университете, по адресу: 394043 г. Воронеж, ул. Ленина, 86, ауд. 408.

С диссертацией можно ознакомиться в читальном зале библиотеки Воронежского государственного педагогического университета.

Автореферат разослан 28 апреля 2012 г.

Отзывы на автореферат (в двух экземплярах, заверенных печатью) просим направлять по адресу: 394043 Воронеж, ул. Ленина, 86. Естественно-географический факультет, ученому секретарю диссертационного совета ДМ-212.036.02. Факс: 8 (4732) 55-19-49, E-mail: shmykov@vspu.ac.ru.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат географических наук, В.И. Шмыков

доцент

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования. Спецификой сельскохозяйственного производства является его зависимость от климатических условий, что приводит к значительной изменчивости основных показателей урожайности сельскохозяйственных культур и неустойчивости ведения хозяйства. В последние десятилетия отмечается тенденция потепления климата. Получение сельскохозяйственной продукции в сложившихся экологических и экономических условиях требует перехода к адаптивно-ландшафтным принципам организации территории, что позволит эффективнее использовать местные климатические ресурсы. Кроме того, необходима разработка способов и технологий аграрного производства, которые частично или полностью должны устранить негативные последствия глобального изменения климата.

Условия формирования различных типов агроландшафтов в ЦентральноЧерноземном районе (ЦЧР) определяются неоднородностью геоморфологических условий. Средний уклон на территории ЦЧР составляет 1,2° (Литвин, 2002). В Белгородской области около 20 % пахотных земель расположено на склонах круче 3°. Это способствует развитию эрозионных процессов, особенно при трансформации климата. Но в современных экономических условиях возможности для внедрения в землеустройстве новых противоэрозионных комплексов довольно ограничены и требуют значительных вложений труда и средств. Имеющиеся проти-воэрозионные комплексы ориентированы на прежний климатический режим, т.е. не учитывают современные и будущие его состояния. Поэтому актуальным является решение проблемы повышения адаптивных возможностей агроландшафтов к меняющимся эколого-экономическим условиям.

Резервом повышения адаптивных возможностей агроландшафтов должны выступать наиболее доступные его свойства, например, средоформирующий и средостабилизирующий потенциалы растений (агрофонов, травянистых сообществ пашни, лесных полос и др.). Применение растительного покрова в почвозащитных целях имеет ряд преимуществ: растительность в наибольшей мере поддается воздействию человека, стоимость создания плотного растительного покрова и ухода за ним сравнительно невелика.

Использование ГИС-технологий и методов дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) позволяет значительно расширить возможности получения достоверной информации о текущем состоянии агроландшафтов, включая растительный покров, заблаговременно разрабатывать комплексы противоэрозионных мероприятий и прогнозировать результативность их применения. Это способствует обеспечению дополнительной экономической эффективности сельскохозяйственного производства в меняющихся условиях климата.

Объект исследования - современные агроландшафты Белгородской области.

Предмет исследования - процесс адаптации агроландшафтов к меняющимся климатическим условиям.

Основная цель исследования - разработка научных основ повышения адаптивных возможностей агроландшафтов к меняющимся условиям климата при их землеустройстве.

Для достижения поставленной цели решали следующие задачи.

1. Выявлена возможность использования потенциала растительности для повышения адаптивных возможностей агроландшафтов к меняющимся климатическим условиям.

2. Проведена оценка почвозащитной способности сельскохозяйственных культур в противоэрозионной подсистеме землеустройства.

3. Обоснована возможность использования средоформирующих функций объектов природоохранной инфраструктуры агроландшафтов на основе концепции экотонов.

4. Разработаны рекомендации по повышению адаптивных возможностей агроландшафтов к меняющимся климатическим условиям на основе учета средоформирующих функций растительности.

Теоретические основы исследования. Теоретическую основу диссертационного исследования составляют работы по выявлению роли растительности в направлении повышения эффективности землепользования. Среди разработанных методов расчета объемов склонового весеннего стока можно выделить методики В.П. Герасименко, М.В. Кумани, В.А. Белолипского, В.М. Мишона, В.Н. Жердева, Г.П. Сурмача и др. Вопросы, связанные с изучением почвозащитной способности культурной растительности, рассмотрены во многих работах отечественных и зарубежных исследователей: С.С. Соболева, Н.К. Шикулы, В.В. Сластихина, В.В. Захарова, М. Моцок, П. Стэнеску, А.Г. Булавко, М.Н. Заславского, B.C. Федотова, Д.М. Рошкована, Г.А. Ларионова, А.Н. Каштанова, В.И. Кирюшина, М.В. Кумани, Л.Ф. Литвина, A.A. Светличного, Г.И. Швебса, С. Traci, Е. Costin, W.H. Wishmeier, D.D. Smith и др. Вопросам роли древесных насаждений в организации землепользования посвящены работы В.Б. Сочавы, B.C. Залетаева, Э.Г. Коломыц, Д.И. Люри, Б.М. Миркина, Ю.Э. Мандера, Ю.М. Ягомяги, В.М. Яцухно, В. Тишлера, М.И. Лопырева, П.Б. Юргенсона, C.B. Кучеровой, Т.В. Бобра, Н. Walter, Е. Box, Е. Maarel, R.A. Hardt, F.E. Clements, R.T.T. Forman, A.J. Hansen, J. Lepart, R. Margalef, G.R. Matlack и др. Анализ работ этих исследователей показывает перспективность использования средоформирующих факторов в повышении адаптивных возможностей агроландшафтов, а также указывает пути дальнейших исследований.

Материалы и методы исследования. В основу диссертации положены результаты собственных полевых исследований, проведенных в 2005-2011 гг. на территории Белгородской и Воронежской областей путем заложения микроклиматических трансект. В ходе исследований были привлечены картографические материалы кафедры природопользования и земельного кадастра НИУ «БелГУ», федерально-регионального центра аэрокосмического мониторинга объектов и природных ресурсов НИУ БелГУ, отчетная документация управления федеральной службы государственной регистрации, кадастра и картографии по Белгородской области, климатические данные метеостанции Богоро-дицкое-Фенино Белгородской области.

В основу исследований положен ландшафтный и агроэкологический подходы. Применены следующие методы исследований: сравнительный, картогра-

фический, математико-статистический, методы системно-функционального анализа, аэрокосмический, физико-географические методы (микроклиматический, геоморфологический, гидрографический, почвенный), геоботанический. Оценку достоверности результатов проводили с помощью статистических программных пакетов (STATISTICA, MS Excel). Для анализа пространственного распределения информации использовали геоинформационные технологии (ArcGis) и методы дистанционного зондирования Земли {ERDASIMAGING).

Достоверность результатов. Достоверность полученных результатов и выводов подтверждается обширным экспериментальным материалом, который получен в результате заложения микроклиматических трансект на 13 объектах исследования разной размерности (площадных, линейных, точечных). Оценку почвозащитных свойств сельскохозяйственных культур проводили в пределах бассейна малой реки Ерик с привлечением фондовых материалов и разновременных космических снимков Landsat. В работе применяли современные методы и средства обработки данных. При разработке оригинальной методики заложения микроклиматических трансект в пределах экотонов учитывали как отечественный, так и зарубежный опыт.

Научная новизна. Впервые для ЦЧЗ на основе изучения микроклиматических условий на трансектах получены данные по формированию экотонов в поливариантных условиях. Разработан способ оценки почвозащитной способности сельскохозяйственных культур на основе привлечения данных ДЗЗ. Выявлены наиболее перспективные объекты природоохранной инфраструктуры аг-роландшафтов.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Результаты изучения возможностей регулирования весеннего склонового стока в агроландшафтах при различных климатических сценариях.

2. Способ оценки пространственного распределения почвозащитной способности сельскохозяйственных культур с помощью данных дистанционного зондирования Земли.

3. Результаты анализа особенностей формирования экотонов различных типов в ландшафтах.

4. Обоснование использования средоформирующих функций экотонов для совершенствования территориальной организации агроландшафтов.

Практическая значимость и применение результатов исследования. Результаты исследования пространственного распределения почвозащитной способности сельскохозяйственных культур могут быть использованы для совершенствования методических подходов при корректировке базовых элементов адаптивно-ландшафтных систем земледелия. Привлечение данных ДЗЗ для оценки почвозащитной способности сельскохозяйственных культур необходимо для расчета водно-эрозионных потерь почвы в результате эрозии. Алгоритм установления пределов опушечных экотонов в агроландшафтах может быть использован для совершенствования нормативов проектирования защитных лесных насаждений.

Материалы диссертации вошли в отчеты по следующим проектам: РФФИ №06-05-90871 «Изучение водно-эрозионных процессов для целей почвозащитного обустройства агроландшафтов в различных природно-хозяйственных условиях восточноевропейской лесостепи» (на примере Белгородской области России и Республики Молдавия); РФФИ №08-05-90-150 "Организация и проведение российско-молдавского семинара «Использование геоинформационных технологий и данных ДЗЗ для разработки структурно-функциональных принципов организации геоэкологического мониторинга земель в регионах интенсивного аграрного освоения»" (ГР №01201252106); научно-образовательный центр «Фундаментальные проблемы геоматики в науке, образовании и управлении» по аналитической ведомственной целевой программе «Развитие научного потенциала высшей школы (2006-2008 гг.)» (ГР № 01.2.007 05488); фундаментальные основы развития геоаналитических систем на базе научно-образовательного кластера «Геоинформатика и технологии дистанционного зондирования в естественных науках» по программе «Развитие научного потенциала высшей школы (2009-2011 гг.)» (ГР №01200951916); «Развитие космических и геоинформационных технологий мониторинга и прогнозирования состояния окружающей среды для экологически ориентированного развития региональных социогеосистем» (ГР №01201252106).

Результаты исследования используются автором в ходе преподавания дисциплин «Ландшафтное земледелие», «Землеустройство», «Экологические основы землепользования и землеустройства» на кафедре природопользования и земельного кадастра НИУ «БелГУ».

Апробация работы. Результаты исследований и основные положения диссертации были представлены на Всероссийской научно-практической конференции «Инновации, землеустройство и ресурсосберегающие технологии в земледелии» (г. Курск, Всероссийский научно-исследовательский институт земледелия и защиты почв от эрозии, 2007); Всероссийской научно-практической конференции «Землеустройство и государственный кадастр недвижимости в свете реализации национальных проектов» (г. Москва, Государственный университет по землеустройству, 2007 г.); российско-молдавском семинаре «Использование геоинформационных технологий и данных ДЗЗ для разработки структурно-функциональных принципов организации геоэкологического мониторинга земель в регионах интенсивного аграрного освоения» (г. Белгород, ФРЦ БелГУ, 2008 г.); Всероссийской научно-практической конференции «Современные технологии зондирования Земли из космоса» (г. Барнаул, Алтайский государственный университет, 2009 г.); Международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Регион 2009: общественно-географические аспекты» (г. Харьков, ХНУ им. В.Н. Каразина, 2009 г.); Международной научной конференции студентов и аспирантов «Географические исследования: история, настоящее, перспективы», посвященной памяти профессора Г.П. Дубинского (г. Харьков, ХНУ им. В.Н. Каразина, 2012 г.).

Личный вклад автора заключается в разработке исследовательских методик, проведении полевых исследований, сборе, статистической обработке исходных данных, создании электронных карт, формулирование выводов.

Публикации. По теме диссертационного исследования автором опубликовано 13 научных работ, включая три в изданиях по перечню ВАК, общим объемом 3,95 п.л., в том числе 2 авторских.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, приложений, библиографического списка из 300 наименований, включая 29 на иностранных языках.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ, ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ

Трансформация климата в сторону увеличения среднегодовых и сезонных температур воздуха, увеличение осадков теплого и холодного периодов года на фоне глобального потепления не могли не сказаться на развитии почвенно-эрозионных процессов. На территории России в последнее столетие заметно возросла повторяемость засух, изменились зимние условия, годовая сумма осадков возросла на 15 % (Разуваев, 2001).

Апроксимация ряда годовых сумм осадков экспоненциальным трендом, по данным репрезентативной для Белгородской области метеостанции Богородиц-кое-Фенино (рис. 1), подтвердила существующие в литературе оценки относительно всеобщего их увеличения (Изменение климата..., 2003; Чёрный, 2004; Окулик, 2009; Лебедева, Крымская, 2010).

Гады

—1. Головая сумма осади) в, мм —2. Сумма осадков холодного периода, мм —3. Сумма осадков теплого пер вода, мм

Рис. 1. Годовая сумма осадков по данным метеостанции Богородицкое-Фенино с 1900 по 2011 гг. (Лебедева, Крымская, 2010; Архив погоды, 2012)

Сумма осадков холодного периода года с 1900 по 2011 гг., судя по линии тренда, увеличилась более чем в 2 раза. Анализ данных по суммам осадков за

теплый период года не выявил существенных изменений. Наиболее существенно увлажнение увеличивалось, начиная с 50-х гг. XX века.

Статистический ряд годового количества осадков послужил основой для расчета (по формуле Крицкого-Менкеля) вероятности превышения (Р, %) максимального количества осадков. В результате расчетов выделили группы лет с разной обеспеченностью осадками: за исследуемый период большинство лет было средневодными (33,3 % < Р < 66,7). Очень многоводные годы (Р < 16,7) чаще отмечаются со 2-й половины XX в., а очень маловодные годы (Р > 83,3 %) - в 1-й половине XX века.

Изменчивость интенсивности эрозионных процессов на 70 % определяется влиянием климатических факторов (Фирсенкова, 1993). Вместе с ростом количества осадков за последние 40 лет возросли и площади эродированных земель в природно-хозяйственных зонах Белгородской области: в западной зоне увеличение этого показателя составило от 30,5 % до 35,6 %, в центральной зоне — от 45,2 % до 53,6 % и юго-восточной - от 50,3 % до 60,1 % (Внедрение биологической системы земледелия.., 2011).

Связь годовых осадков и склонового ливневого стока установлена в логико-математической модели ливневой эрозии Г.И. Швебса посредством гидрометеорологического показателя ливневой эрозии (Кгм). Зависимость «годовая сумма Кгм - годовые осадки» носит экспоненциальный характер (Кгм=0,02-е°'°1Р) (Светличный и др., 2004). Учитывая экспоненциальный характер зависимости «Кгм - годовые осадки», можно утверждать, что прогнозируемое к 2020-2030 г. увеличение годовой суммы осадков на 30-40 мм (модели ОББЬ, ЦКМО и др.) приведет к росту среднегодовых значений Кгм примерно на 40-60 % по сравнению с последней четвертью XX века.

Связь годовой суммы осадков и объемов склонового весеннего стока выявить сложнее, т.к. несмотря на увеличение сезонных осадков, иногда наблюдаются тенденции снижения средних величин стока. Но все же, на основании корреляционного анализа связи годовых сумм осадков и величин склонового весеннего стока для Белгородской области установлена достоверная корреляционная связь: коэффициент корреляции для зяби составил 0,92, для уплотненной почвы 0,98.

Поэтому можно утверждать, что увеличение годового количества осадков может способствовать усилению процессов склоновой эрозии. Следовательно, ранее спроектированные противоэрозионные комплексы будут иметь иную противоэрозионную эффективность, если они ориентированы на прежний климатический режим, а не на современные и будущие изменения в региональной климатической системе.

Комплексы противоэрозионных мероприятий - это долговременные мелиоративные системы, предназначенные для защиты почв от эрозии при формировании стока заданной обеспеченности (чаще всего 10 %). На основании расчетов слоев склонового стока для территории Белгородской области по методике, разработанной в государственном гидрологическом институте (Инструкция по определению расчетных характеристик при проектировании про-

тивоэрозионных мероприятий...,1979), позволяющей вычислить сток различной обеспеченности, установлено превышение объемов склонового весеннего стока над ливневым во всех вариантах обеспеченности стока (табл. 1).

Таблица 1

Слои стока и годовая сумма осадков заданной обеспеченности

Обеспеченность гидрологических характеристик, % 1 5 10 20 25 30 40 50 60 75 80 90

Годовая сумма осадков, заданной обеспеченности, мм 830 727 683 634 613 596 553 537 510 466 450 407

Средний слой весеннего стока с зяби, мм н/д 96 78 42 32 25 14 7 4 1 1 0

Средний слой весеннего стока с уплотненной почвы, мм н/д 134 122 95 87 78 55 40 29 14 11 5

Слой дождевого стока, мм 43 17 10 8 4 - - - - - - -

Количество осадков различной обеспеченности для Белгородской области (см. табл. 1) получили на основе построения аналитических кривых распределения по данным метеостанции Богородицкое-Фенино. Параметры аналитических кривых устанавливали методом моментов с использованием теоретических интегральных кривых распределения Крицкого-Менкеля с учетом отклонений по Фостеру-Рыбкину (при отношении коэффициента асимметрии (Ся) к коэффициенту вариации (Су), равном 1).

Полученные результаты послужили основой для разработки рекомендаций по применению ежегодных дополняющих мероприятий, направленных на регулирование склонового весеннего стока в условиях современных климатических изменений (рис. 2), с учетом возможности достижения максимального эффекта при минимальных затратах труда и денежно-материальных ресурсов на их выполнение. На рис. 2 перечисление мероприятий идет в порядке возрастания экономических затрат на их реализацию.

Наибольшую сложность представляет прогнозирование условий водности года. Динамику процесса, обусловленную действием какого-либо одного фактора, трудно оценить ввиду аддитивного действия факторов среды. Однако выявлено, что потенциальным предиктором прогноза осадков может выступать солнечная активность (Матвеев, 2003; Митряйкина, 2006; Смирнова, 2009), а именно 11 -летние циклы активности Солнца. При этом на каждый пик возрастания его активности приходится снижение количества осадков ниже средне-многолетнего уровня.

Пользуясь базой данных по солнечной активности (база данных по числам Вольфа), можно с большой вероятностью прогнозировать снижение количества осадков после наступления максимума солнечной активности. В соответствии с прогнозом, основанным на выявленных ритмических дендроэкологических изменениях (Митряйкина, 2006), наиболее вероятный минимум радиального прироста древостоев ожидается в 2015 году. Следовательно, климатические условия 2015 г. в отношении почвенного стока в Белгородской области можно оценить как очень многоводные.

Обработка почты: нулевая, минимальная, поверхностная

Зачернение снега Безотвальное рыхление Комплексная обработка Контурная (или поперечная) вспашка Щелеванне

Прерывистое бороздованне Обваловалие Кротование

Мульчирование поверхности Создание млх^олнманов Устройство закрытого дренажа

Рис. 2. Возможности регулирования склонового весеннего стока при различных климатических сценариях

Таким образом, трансформация климата на современном этапе приводит к росту количества осадков, что способствует усилению темпов склоновых эрозионных процессов. Проектирование противоэрозионных комплексов должно осуществляться с учетом изменения климатических показателей. Помимо мероприятий постоянного действия в агротехнической подсистеме можно выделить мобильную часть, которая позволит упреждать прогнозируемые изменения водности и увеличение эрозионного потенциала осадков.

В регулировании ливневого стока велика стокорегулирующая и противо-эрозионная роль агрофонов. Фактор растительности, наряду с другими факторами эрозии (климатом, рельефом, почвами) в том или ином виде, учитывается в моделях ливневого смыва почвы. Количественная оценка почвозащитной способности растительности (ПСР) представляет собой трудоемкий процесс ввиду разнообразия систем растениеводства и землепользования.

Так как бассейновый подход в практике землеустроительного проектирования агроландшафтов является одним из перспективных путей создания адаптивных систем земледелия, оценку ПСР проводили по адаптированной МГУ

Использование снежных заборов Зачернениеснега Механизированное снегозадержание Использование снежных заборов Плоскорезная обработка Механизированное снегозадержание

Контурная (нлнпоперечная) вспашха Плоскорезная обработка

Комплексиаяобработка Контурная (или поперечная) вспашка Мульчирование поверхности

методике иБЬЕ (Ларионов, 1993, \Vischmejer, 1978) для территории эталонного бассейна малой реки Ерик. В административном отношении бассейн р. Ерик расположен в пределах двух районов Белгородской области, входящих в состав западной природно-сельскохозяйственной зоны. На территории бассейна размещены следующие с/х предприятия: ФГУП «Белгородское», ООО «Быковка», ООО «АгроСтрелецкое», ООО «Терновский», а также земли п. Строитель Яковлевского района и земли государственного лесного фонда. Площадь бассейна - 6824 га, пашней занято 58,3 %. На территории хозяйств бассейна организованы следующие севообороты: полевые (63,5 %), почвозащитные (19,4 %), кормовые (3,2 %), а также опытные и запольные участки (13,9 %).

Согласно методике ПСР оценивают по эрозионным индексам культур (агрофона), зависящими от типа севооборота, биологических особенностей развития культуры и способов основной обработки почвы. Для оценки ПСР нами выбран период, в течение которого проективное покрытие посевами достигает максимального значения (июль).

При сопоставлении величин густоты эрозионной сети (рис. 3-1) с распределением рассчитанных эрозионных индексов культур (рис. 3-И) отмечены высокие показатели эрозионных индексов в юго-восточной части бассейна, в северной и северо-восточной его частях. В результате землеустроительного проектирования на этих землях располагаются полевые севообороты, насыщенные пропашными культурами (до 50 %), применение которых в данной эрозионной обстановке недопустимо.

Использование ГИС-технологий и методов ДЗЗ позволило значительно упростить трудоемкий процесс оценки почвозащитной способности сельскохозяйственных культур. При сравнении пространственного размещения полей севооборотов и возделываемых на них культур по космическому снимку было выявлено:

- несоответствие фактических размеров и границ полей проекту внутрихозяйственного землеустройства;

- несоблюдение рекомендованных севооборотов (по данным ДЗЗ на полях произрастают культуры, которые не предусмотрены научно обоснованной системой земледелия в данное время и на данном поле).

Для изучения возможности применения данных ДЗЗ при оценке ПСР построена карта распределения МБУ1 для бассейна Ерика (рис. З-Ш), а также получен средний для каждого поля индекс КБУ1. На основании корреляцион-но-регрессионого анализа (табл. 2) установлена достаточно сильная обратная корреляционная связь эрозионных индексов севооборота и ЫОУ1.

Располагая сведениями о степени эродированности территории, крутизне склонов и почвозащитной способности растительности, можно дифференцировать размещение севооборотов и отдельных культур в них и таким образом повысить адаптивность землепользования.

Условные обозначения:

Густота

эрозионной сети, км/км2

I 0-1,6

|_| 1,7-3,5

| 3,6-5,6

НН 5,7-9,5

^В >9,6

Эрозионные индексы растительности пашни и другие виды непахотных угодий

| ' | болота И леса

■■злн

сенокосы Щ пастбища Н пруды

| нарушенные земли ] промышленные земли |застройка

0,32

0,38

□ 0,47

Е2Ш 1,04

—I 1,36

1,47

И 1,66

иш 1,70

Значение ЫБУ!

Рис. 3. Оценка пространственного распределения ПСР пахотных угодий в пределах бассейна р. Ерик

Таблица 2

Результаты корреляционно-регрессионного анализа эрозионных индексов агрофонов и для севооборотов на территории бассейна р. Ерик

Хозяйство Тип севооборота Коэффициент корреляции (р < 0,05) Уравнение регрессии*

ООО Быковка Полевой 11-польный -0,79 У = 0,78 - 2,50-Х

ООО Терновский Полевой 10-польный -0,69 У = 0,67 - 0,64-Х

Почвозащитный -0,42 У = 0,60 - 0,30-Х

ООО АгроСтрелецкое Полевой 9-польный -0,42 У = 0,61 - 0,56-Х

ФГУП Белгородское Полевой семеноводческий -0,62 У = 0,55 - 0,38-Х

Почвозащитный 5-польный -0,4В У=0,49 - 0,80-Х

*Примечаиие: У - значение ЫЭУ!, X - эрозионный индекс агрофонов

Так как расчет фактора растительности очень трудоемкий, то привлечение спутниковой информации для оценки процессов эрозии выводит проектирование противоэрозионных мероприятий на качественно новый уровень. Поэтому величина, обратная Ж)У1, может быть использована как альтернатива расчетных эрозионных индексов культур.

3. Результаты анализа особенностей формирования экотонов различных типов в ландшафтах.

Особое место в комплексе противоэрозионных мероприятий принадлежит агролесомелиорации. Защитные лесные насаждения (ЗЛН) - один из основных средоформирующих компонентов экологической инфраструктуры агроландшафтов. Но в агроландшафтах ЗЛН могут играть и отрицательную роль, особенно в приопушечной зоне (чрезмерное увеличение влажности почвы и воздуха; резкое колебание температуры воздуха и возникновение тени; возникновение сугробов; влияние грибковых болезней и других повреждений; влияние корней деревьев; понижение урожайности).

С целью снижения негативного влияния ЗЛН на прилегающие сельскохозяйственные угодья необходимо на стадии их проектирования учитывать размеры экотонов - переходных зон, формирующихся под воздействием насаждений. В пределах экотонной системы проявляется краевой (опушечный) эффект, который выражается в увеличении ландшафтного разнообразия. Через экотоны происходит компенсирующее влияние естественных биоценозов на земли с упрощенной структурой, проявляющееся в виде изменения микроклимата, водного режима и трофических связей. Но на современном этапе при проектировании ЗЛН по-прежнему не уделяется должного внимания эко-тонному эффекту, зачастую они вообще не проектируются или их ширина недостаточна/избыточна.

Исследования по влиянию ЗЛН на микроклимат проведены в ЦЧР С.И. Костиным, Г.И. Матякиным, И.К. Винокуровой, А.Г. Ахмятовым, М.И. Лопыревым и др.

Диагностику средоформирующих эффектов экотонов проводили через систему микроклиматических показателей. В качестве критериев выбора объектов исследования (табл. 3) выступали: размерность объекта (площадные, линейные, точечные), сторона по отношению к господствующему направлению ветров, ориентация по сторонам света, лесотаксационные характеристики, соседствующий ценоз, тип землепользования. Общность проведенных исследований заключалась в учете общих условий погоды и характера подстилающей поверхности (до уборки сельскохозяйственных растений). Учитывался также ход измеряемых величин в течение светового дня. Исследования проводили в июне-июле в безоблачную погоду. Колебания температуры воздуха и поверхностных слоев почвы измеряли в пределах 21 м от древостоя и на удалении 100 метров.

Трансекты с размером шага в 1 м располагали по прямой линии перпендикулярно к древостою. В пределах трансекты измеряли микроклиматические характеристики: атмосферное давление, относительную влажность приземного слоя воздуха, температуры воздуха приземного слоя воздуха, температуру почвы в слоях 0-20 см и 20-40 см и освещенность.

Анализ результатов позволил сделать следующие выводы.

1. Все величины исследуемых параметров, кроме атмосферного давления, в пределах трансект достоверно отличаются (двухвыборочный t-test для независимых выборок) от величин на контрольных точках (100 м от древостоя). Следовательно, под воздействием древесных насаждений складываются особые микроклиматические условия.

2. Наиболее ярко динамика микроклиматических показателей выражена под воздействием точечных объектов.

3. Объекты, расположенные на территории ГНУ НИИСХ ЦЧП им. В.В. Докучаева РАСХН «Каменная степь», отличаются от остальных наименьшим количеством флуктуаций микроклиматических параметров. Это связано с однородностью условий территории, создаваемых под воздействием системы лесных полос, имеющих более чем 100-летний возраст.

4. Освещенность подстилающей поверхности отличается наиболее высокой вариабельностью. Это связано с перемещением тени, отбрасываемой насаждением в течение суток. Наибольшее воздействие на распределение освещенности оказывают погодные условия.

5. Температурные характеристики (воздуха и почвы) имеют явную сопряженность динамики. Наибольшие колебания температуры отмечены в верхних горизонтах почвы.

По каждому микроклиматическому параметру выделение кластеров методом k-средних в программе STATISTICA. В соответствии с критерием Кайзера (Kaiser, 1960), статистически достоверным (с вероятностью 95 %) является решение о наличии двух кластеров, а по параметру освещенность - трех (рис. 4).

Таблица 3

Дифференциация объектов, выбранных для оценки экотонных эффектов

Типы объектов Типы земле пользования № объекта исследования* Породный состав в первом ярусе Возраст, лет Средняя высота I яруса Средний диаметр Проекция кроны Соседствующий ценоз Ориентация по сторонам света Ориентация по отношению к направлению ветра Дата проведения исследований

1 1 Точечные . 1 Природоохранный 1 Ива белая н/д 19,8 0,5 2-3 луг 3 наветренная 20.07.10

Городской г Тополь черный н/д 17,1 0,6 3 газон В наветренная 26.06.10

Аграрный 3 Шелковица белая н/д 15,0 0,6 3-4 пашня С наветренная 24.06.11

| Линейные Природоохранный 4 7ЯоЗД 109 23,6 0,4 4 заповедная степь С подветренная 26.06.09

Городской 5 8Клосч2Ив н/д 21,3 0,3 6 прибреж. полоса реки С подветренная 23.06.11

Лесной 6 4ДНВ4ЯОВ2ЛП+К ЛВ 83 21,2 0,2 4 опушка леса 3 наветренная 09.07.09

Аграрный 7 10Д 107 22,5 0,3 4 пашня Ю наветренная 25.06.09

8 8Яо2Д+ЛпКл яс„ 111 22,8 0,3 4 пашня 3 наветренная 25.06.09

9 6ЯоЗД1Кл остр+В 112 23,9 0,4 4 пашня с подветренная 26.06.09

Площадные Городской 10 юд >100 25,0 0,4 6 газон в наветренная 22.06.11

Лес 11 7ДНН1ЯОН 1КЛН1ЛП 101 22,6 0,3 4-5 опушка леса с подветренная 22.07.11

Аграрный 12 5ДНВ5ЯОВ+КЛВ+ ЛП 97 24,4 0,3 3-4 пашня ю подветренная 09.07.09

13 7ДНВ2ЯОВ1ЛП+ КЛВ+ОС 111 26,0 0,3 3-4 пашня в подветренная 10.07.09

Примечание: 1 - рекреационная зона природного парка "Нежеголь"; 2 - жилая зона г. Белгорода, газон; 3 - Шебекинский район, с. Титовка, ЗАО «Заря»; 4 - лесная полоса № 40 рабочего участка № 2 ГНУ НИИСХ ЦЧП им. В.В. Докучаева РАСХН «Каменная степь»; 5 - жилая зона г. Белгорода, набережная реки Везелка; 6 - лесная полоса, соединяющая выделы лесного массива «Коровинская дача» Шебекинского лесхоза; 7 - лесная полоса № 34 рабочего участка № 2 ГНУ НИИСХ ЦЧП им. В.В. Докучаева РАСХН «Каменная степь»; 8 - лесная полоса № 30 (там же); 9 - лесная полоса № 35 (там же); 10 - лесопарк в п. Дубовое; 11 - лесной массив «Коровинская дача» Шебекинского лесхоза, кв. 3. выдел 15; 12 - там же, кв. 4, выдел 5; 13 — там же, кв. 4, выдел 4; н/д - нет данных.

расстояние от древостоя, м А

СЫег I = 24,8062-0,03б7'х

ИиЯег 2 = 20,472+0,1057^!

расстояние от древостоя, м

СШЯег 1 = -7,4464+32,6757"х : - С1ивит 276Д40б+28,4717*Х-1 -С1иЯегЗ = 519,4502+1б,6236-х ;

расстояние от древостоя, м

и -

I о *

! «Г

С1иЯег 1 = 25,4538+0,0618*х ЯиЯгг 2 * 27,6991+0,0744"*

расстояние от древостоя, м Б

расстояние от древостоя, м 1

Примечание:

А - средняя для кластера относительная влажность приземного слоя воздуха, %;

Б - средняя для кластера температура приземного слоя воздуха, °С;

В - средняя для кластера температура почвы в слое 0-20 см, °С;

Г - средняя для кластера температура почвы в слое 20-40 см , °С;

Д - средняя для кластера освещенность подстилающей поверхности, лк.

Рис. 4. Результаты кластеризации микроклиматических трансект методом к-средних

На основании результатов кластерного анализа можно выделить наиболее значимые механизмы формирования экотонов.

На формирование температуры поверхностного слоя почвы в зоне экотона значимое влияние оказывает ориентация объекта по отношению к господствующему направлению ветра. Трансекты, расположенные с подветренной и наветренной сторон насаждения, сгруппированы в два кластера. При удалении от объектов с подветренной стороны наблюдается повышение температуры верхнего слоя почвы, а с наветренной стороны, наоборот - понижение.

По параметру температуры воздуха все площадные объекты входят в один кластер. Под влиянием этого типа объектов значения температуры больше по сравнению с объектами, вошедшими в кластер 1. Следовательно, на распределение температуры воздуха наибольшее влияние оказывает размерность объекта.

На распределение влажности воздуха оказывают влияние 2 фактора: ориентация объекта по отношению к господствующему направлению ветра и размерность. Площадные объекты способствуют формированию более высокой влажности воздуха.

По параметру температуры слоя почвы 20-40 см оформился монокластер, в который вошел один объект - лесная полоса № 40 ГНУ в «Каменной степи». Трансекту отличает наиболее высокое проективное покрытие травянистой растительности (участок косимой степи, имеющий охранный статус). Следовательно, на распределение температуры глубоких слоев почвы большое влияние оказывает густота растительного надпочвенного покрова.

Таким образом, определяющими факторами распределения микроклиматических характеристик экотонов древесных насаждений можно считать размерность объекта и ориентацию объекта по отношению к господствующему направлению ветра.

Выявленные особенности формирования экотонов разных типов могут быть использованы в качестве рекомендаций для их проектирования в агро-ландшафтах.

Для интерпретации полученных результатов применили теорию о фито-генных полях деревьев. Фитогенное поле - термин, предложенный А. А. Урановым (1965) для обозначения участка пространства (биотопа), на который оказывает определенное воздействие растение. В структуре фитогенного поля выделяют части: внешнюю и внутреннюю, ограниченную контурами самого растения. В большинстве случаев при переходе от одной зоны фитогенного поля к другой фиксируется резкое повышение - «скачок» измеряемых параметров. Границы опушечных экотонов по достоверному «скачку» микроклиматических параметров устанавливали для каждого кластера на основании методики, предложенной В. И. Василевичем (1975):

<1 = Р*.)*\-Ра.1 , 0)

где с! - последовательная разница между величинами параметров в соседних точках, р - величина параметра, А - трансекта, ] - точка измерения в пределах трансекты.

Если сумма средней для трансекты разницы (с1ср) и стандартного отклонения (2а) превышает средние разницы между соседними точками, то с вероятностью 95% можно утверждать о правомерности выявления достоверного скачка параметров. Исследования позволили установить достоверные повышения значений разности между среднекластерными величинами параметров (табл. 4).

Таблица 4

Вычисление последовательной разницы микроклиматических параметров

Точки измерения Относительная влажность воздуха, % Температура приземного слоя воздуха, "С Температура почвы в слое 0-20 см, °С Температура почвы в слое 20-40 см, °С Освещенность, лк

кластеры

1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 3

1 0,38 0,02 0,05 -0,55 -0,31 0,64 -0,16 -0,54 -0,32 -0,22 0,42

2 0,12 0,31 -0,67 0,20 0,35 -0,22 0,42 0,08 0,71 0,5 1,62

3 0,34 -0,63 0,31 0,62 0,91 0,62 0,32 1,53 0,60 3,68 0,27

4 1,12 1,44 0,29 0,38 1,69 0,95 2,17 2,83 0,79 0,06 0,06

5 -0,48 -1,25 0,33 -0,03 -0,54 -0,19 -0,01 -1,33 2,53 -0,15 0,26

6-15 превышений Аса+2а не отмечено

16 -0,34 1,01 0,27 1,18 -0,23 0,01 -0,22 -0,74 0,26 0,23 -0,17

17 1,11 -1,63 0,13 0,06 -0,17 -0,48 -0,17 -0,09 -0,03 -0,5 -0,32

18 -0,27 2,3 0,21 0,04 0,37 1 0,64 0,47 0,23 -0,20 -0,60 -0,93

19-21 превышений (1сп+2а не отмечено

(1с„+2<1 1,11 | 1,22 | 1,48 | 1,08 | 1,61 | 1,92 | 1,67 | 1,87 | 2,11 | 2,14 | 1,98

Примечание: выделенные цифры - это разницы, превышающие ¿+2о.

Несмотря на то, что все объекты имеют различные пространственные и биометрические показатели, можно предположить, что внутренняя граница фитоген-ных полей проходит в 4-5 метрах от древостоя, что в среднем совпадает с границами подкроновой зоны древостоя, где складываются особые экологические условия. Эти эффекты необходимо учитывать при проектировании агролесомелиоративных мероприятий, чтобы снизить отрицательное воздействие ЗЛН на пашню.

В соответствии с Руководством по лесовосстановлению (1993), под закрайки ЗЛН (часть площади лесной полосы, расположенная с внешней стороны ее крайнего ряда) отводят половину ширины междурядий, что недостаточно для снижения отрицательных эффектов воздействия древостоя. На основе выявленной закономерности можно рекомендовать отведение участков внутренней зоны фитогенных полей деревьев под закрайки ЗЛН.

Повышению адаптивных возможностей агроландшафтов в меняющихся климатических условиях может способствовать увеличение и уменьшение ширины ЗЛН в разные по водности годы. Это достигается путем маневра с площадями закраек, в зависимости от обеспеченности стока. М.И. Лопырев (2011) предлагает отводить экотонные территории ЗЛН под залужение многолетними травами.

Для проектирования водо- и стокорегулирующих лесных полос на основе учета динамики среднегодового количества осадков производили расчет ширины лесных полос на регулирование стока 20, 30, 50 и 70 % обеспеченности (Сухарев, 1966):

Ър=К1-41, (2)

где Ьр - ширина водорегулирующей лесной полосы (м), для регулирования стока заданной обеспеченности; К - коэффициент, учитывающий регулируемую

обеспеченность стока (его значение соответственно равно 0,42; 0,38; 0,27 и 0,18); г - средний уклон полевого склона (радианы); / -длина полевого склона.

Выбранный нами на площади 189 га полигон для проектирования экотонов водо- и стокорегулирующих лесных полос, расположен на территории ФГУП «Белгородское», где на склоне южной экспозиции в 1990 г. внедрена контурно-мелиоративная организация территории. Ее основные элементы представлены тремя агроландшафтными контурами полей (верхним, средним и нижним), которые разделены базовыми линейными рубежами (стокорегулирующими лесными полосами, усиленными гидротехническими сооружениями (валами-канавами)).

Базовые линейные рубежи представлены двумя рядами из тополя черного, водозадерживающей трапециевидной канавой, насаждением из березы повислой, водозадерживающим валом. Проектная ширина лесной полосы с гидротехническими сооружениями - В м (при ширине междурядий 3 м).

Полевыми и камеральными исследованиями установлена фактическая ширина лесных полос: верхней (13,8-17,8 м), средней (12,7-15,2 м), нижней (7,8-8,0 м). Для указанного полигона по формуле 2 рассчитана ширина лесных полос для разных по увлажнению лет (табл. 5).

Таблица 5

Расчетная ширина стокорегулирующих линейных рубежей на территории ФГУП «Белгородское» на основе учета увлажненности года, м

Рубеж Обеспеченность, %

20 30 50 70 90

верхний 39,5 35,7 25,4 16,9 4,0

средний 20,0 18,1 12,8 8,6 4,0

нижний 16,6 15,1 10,7 7,1 4,0

Таким образом, фактическая ширина рубежей ФГУП «Белгородское» не соответствует необходимой для регулирования склонового стока. Повышение адаптивности землепользования может быть достигнуто за счет регулирования ширины лесных насаждений в зависимости от водности года и ориентации ЗЛН по отношению к господствующему направлению ветра, т.к. этот фактор установлен нами как определяющий микроклиматические особенности формирования экотонов. В связи с этим все объекты исследования были разделены по отношению к господствующему направлению ветра на наветренные и подветренные. В программе 8ТЛ Т1БТ1СА проводили факторный анализ методом главных компонент. Интерпретируемое решение было достигнуто без вращения исходных факторных нагрузок. Были определены два фактора, в которых сгруппировались величины факторных нагрузок в каждой точке трансекты. Отмечены более высокие факторные нагрузки в первом факторе (рис. 5). Из рис. 5 видно, что действие главного фактора (влияние древостоя) на объектах с подветренной стороны распространяется до 12 м от насаждения, что превышает его воздействие с наветренной стороны в 1,3 раза (9 м от древостоя).

Фактор 1 Фактор 1

Наветренная сторона Подветренная сторона

Рис. 5. Группировка точек наветренных и подветренных трансект на основании факторного анализа

Пространственное превышение размеров влияния древостоя с подветренной стороны в 1,3 раза учитывали при расчете ширины линейных рубежей ФГУП на основе учета условий увлажнения (табл. 6).

Таблица 6

Рекомендуемая ширина стокорегулирующих линейных рубежей ФГУП «Белгородское» на основе учета экотонного эффекта и увлажненности года, м

Условия увлажнения Обеспеченность, % Условия верхнего рубежа Условия среднего рубежа Условия нижнего рубежа

сторона по отношению к направлению ветра

наветренная подветренная наветренная подветренная наветренная подветренная

Многоводные <20 15,2 19,8 7,7 12,3 6,4 10,2

Средние 30 13,7 22,0 7,0 11,1 5,8 9,3

Средние 50 9,8 15,6 4,9 7,9 3,9 6,8

Маловодные 70 6,5 10,1 в пределах проекции кроны в пределах проекции кроны

Маловодные 90 в пределах проекции кроны

Таким образом, проектирование экологической инфраструктуры агро-ландшафтов с учетом экотонов позволит снизить отрицательные эффекты воздействия ЗЛН на прилегающие территории, усовершенствовать существующие противоэрозионные агролесомелиоративные объекты, адаптировать агроланд-шафты к меняющимся условиям климата.

Заключение. Полученные в ходе исследования результаты позволили сформулировать следующие основные выводы.

1. Увеличение годовой суммы осадков в Белгородской области происходит за счет осадков холодного периода года. С помощью корреляционного анализа показана связь годовой суммы осадков и слоев склонового весеннего стока. В маловодные годы (годовая сумма осадков <500 мм) для регулирования весеннего склонового стока достаточно проведения малозатратных агротехнических мероприятий. Для средних по водности лет (годовая сумма осадков 501-600 мм)

спектр мероприятий может быть шире, чем в маловодные годы, и направлен, в основном, на обеспечение противоэрозионной устойчивости почвы. В многоводные годы (годовая сумма осадков >600 мм) набор мероприятий более затратный и должен быть направлен на поверхностное водозадержание и регулирование снегоотложения.

2. Для оценки пространственного распределения ПСР предложен способ расчета эрозионных индексов культур путем использования величины, обратной нормализованному вегетационному индексу растений (ЫВУ1). На основании тесной обратной корреляционной связи установлена зависимость между эрозионными индексами сельскохозяйственных культур и Это дает возможность размещать культуры в зависимости от их почвозащитной способности для регулирования ливневого стока. Использование ДЗЗ значительно упрощает процесс вычисления фактора растительности, а полученные результаты становятся более достоверными.

3. Формирование экотонов в ландшафтах в большей степени зависит от размерности объекта и ориентации его по отношению к господствующему направлению ветра. Площадные объекты создают однородные микроклиматические условия, а точечные объекты формируют неоднородные. Специфика формирования экотонов линейных объектов зависит от расположения с подветренной или наветренной сторон.

4. Под воздействием ЗЛН атмосферное давление однородно. Освещенность подстилающей поверхности отличается наиболее высокой вариабельностью. Температура приземного слоя воздуха и почвы (в слоях 0-20 см и 20-40 см) имеют закономерную сопряженность динамики.

5. В границах подкроновой зоны древостоя складываются особые экологические условия, которые выявлены в пределах 4-метровой зоны. При конструировании ЗЛН необходимо учитывать эту зону, чтобы снизить отрицательное их воздействие.

6. Для повышения адаптивных возможностей агроландшафтов в меняющихся климатических условиях рекомендуется регулировать ширину противоэро-зионных рубежей в зависимости от условий водности года. Закрайки ЗЛН следует отводить под залужение, создавая их с подветренной стороны шире в 1,3 раза, чем с наветренной.

По теме диссертации опубликованы следующие работы автора:

1. Лисецкий, Ф.Н. Решение почвоводоохранных и экологических задач при внедрении ландшафтных систем земледелия / Ф.Н. Лисецкий, М.А. Полышша, А.Г. Нарожняя, Я.В. Кузьменко // Проблемы региональной экологии. - 2007. - № 6. - С. 72-79. *

2. Нарожняя, А.Г. Эколого-ландшафтные аспекты почвоводоохранного обустройства бассейнов малых рек / А.Г. Нарожняя, М.А. Полышша, Н.С. Кухарук // Землеустройство, кадастр и мониторинг земель. - 2009. - № 2. - С. 97-104. *

3. Марциневская, Л.В. Влияние инженерно-биологических сооружений на запасы влаги в почвах зон недостаточного и неустойчивого увлажнения на примере агроландшафтов ОПХ «Белгородское» / Л.В. Марциневская, Н.С. Кухарук, М.А. Полышша, Д.С. Шумаков // Проблемы региональной экологии. - 2011. - № 2. - С. 110-115.*

4. Польшина, М.А. Оценка экологической эффективности инфраструктурных элементов эколого-ландшафтной системы земледелия // Инновации, землеустройство и ресурсосберегающие технологии в земледелии : сб. докл. Всерос. науч.-практ. конф. / ГНУ ВНИИЗиЗПЭ РАСХН. - Курск, 2007. - С. 96-101.

5. База данных структурно-функциональной организации регионального природного парка : а. с. / Ф.Н. Лисецкий, М.А. Польшина, В.И. Соловьев, В.В. Половинко, Я.В. Кузьменко. - № 2008620375; заявл. 12.11.2008; опубл. 11.01.2009. Программы для ЭВМ. Базы данных. Топологии интегральных микросхем. - № 2. - С. 415.

6. 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 : сб. трудов Междунар. науч.-практ. конф. / Государственный университет по землеустройству. - М., 2008. - С. 364-369.

7. Польшина, М.А. Агроэкологическая эффективность линейных рубежей эколого-ландшафтной системы земледелия / М.А. Польшина, A.B. Немыкина, A.A. Бородаев // Проблемы природопользования и экологическая ситуация в Европейской России и сопредельных странах : сб. трудов III Междунар. науч. конф. / БелГУ. - Белгород: ИПЦ «ПОЛИТЕРРА», 2008. - Ч. 2. - С. 85-89.

8. Лисецкий, Ф. Потенциал природных парков в решении проблем землепользования и устойчивого развития региона / Ф. Лисецкий, В. Половинко, М. Польшина // Географ1я. Економка. Еколопя. Туризм : Репональт студп. зб. наук, праць / за ред. I. В. Смаля. -Шжин: Мшанж, 2009. -Вип. 3. - С. 74-85.

9. Лисецкий, Ф.Н. Оценка агроэкологической эффективности контурных рубежей регулирования водно-эрозионных процессов в условиях лесостепи и степи / Ф.Н. Лисецкий, М.А. Польшина // Регюнальш проблеми Украши: гсограф!чний анал13 та пошук шлях1в виршення : зб. наук, праць. - Херсон: ПП Вишемирский, 2009. - С. 237-247.

10. Польшина, М.А. Создание проекта учебно-просветительской экологической тропы в природном парке «Нежеголь» Белгородского государственного университета / М.А. Польшина, С.С. Семенихина // Регион 2009: общественно-географические аспекты : сб. материалов Междунар. науч.-практ. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых / Харьк. нац. ун-т им. В.Н. Каразина. - Харьков, 2009. - С. 250-252.

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 : сб. материалов междунар. науч.-практ. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых / Харьк. нац. ун-т им. В.Н. Каразина. - Харьков, 2009. - С. 255-259.

12. Польшина, М.А. Реализация ландшафтного подхода в лесоустройстве средствами технологий дистанционного зондирования Земли / М.А. Польшина, Э.А. Терехин // Дистанционное зондирование Земли из космоса, применение данных и технологий в образовании, науке и народном хозяйстве : сб. трудов Всерос. науч. конф. / Алтайский гос. ун-т. - Барнаул, 2010. - С. 9-13.

13. Польшина, М.А. Анализ возможности применения данных ДЗЗ для оценки почвозащитной способности растительности при моделировании эрозии почв / М.А. Польшина, Я.В. Кузьменко, A.A. Зуева // Географические исследования: история, настоящее, перспективы памяти проф. Г.П. Дубинского : сб. материалов Междунар. науч.-практ. конф. студентов и аспирантов / Харьк. нац. ун-т им. В.Н. Каразина. - Харьков, 2012. - С. 167-169.

*Статьи, опубликованные в изданиях, включенных в перечень ВАК России.

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПОТЕНЦИАЛА РАСТИТЕЛЬНОСТИ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ АДАПТИВНЫХ ВОЗМОЖНОСТЕЙ АГРОЛАНДШАФ-ТОВ К МЕНЯЮЩИМСЯ КЛИМАТИЧЕСКИМ УСЛОВИЯМ

1.1. Современные изменения климатических факторов эрозии почв

1.2. Характеристика функционирования противоэрозионных комплексов агроландшафтов в меняющихся климатических и эколого-хозяйственных условиях

1.3. Использование средоформирующих функций растительности для адаптации агроландшафтов к меняющимся климатическим и хозяйственным условиям

1.4. Методы и объекты изучения средоформирующих функций растительности в агроландшафтах

Глава 2. УЧЕТ ПОЧВОЗАЩИТНОЙ СПОСОБНОСТИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ КУЛЬТУР В ПРОТИВОЭРОЗИОННОЙ ПОДСИСТЕМЕ ЗЕМЛЕУСТРОЙСТВА

2.1. Традиционные способы оценки почвозащитной способности культурной растительности агроландшафтов

2.2. Пространственное распределение почвозащитной способности сельскохозяйственных культур при конструировании противоэрозионных комплексов

2.3. Использование преимуществ информационных возможностей данных дистанционного зондирования для учета почвозащитной способности сельскохозяйственных культур

Глава 3. ОБОСНОВАНИЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СРЕДОФОРМИРУЮЩИХ ФУНКЦИЙ ОБЪЕКТОВ ПРИРОДООХРАННОЙ ИНФРАСТРУКТУРЫ АГРОЛАНДШАФТОВ НА ОСНОВЕ КОНЦЕПЦИИ ЭКОТОНОВ

3.1. Механизмы формирования и дифференцированные оценки экотонов в агроландшафтах

3.2. Использование особенностей экотонов, формируемых объектами природоохранной инфраструктуры для целей адаптации агроландшафтных экосистем к меняющимся климатическим условиям

3.3. Рекомендации по повышению адаптивных возможностей агроландшафтов к меняющимся условиям среды

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

ПРИЛОЖЕНИЯ

Подписано в печать 27.04.2012. Гарнитура Times New Roman. Формат 60x84/16. Усл. п. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ 130. Оригинал-макет подготовлен и тиражирован в ИПК НИУ «БелГУ» 308015, г. Белгород, ул. Победы, 85

Текст научной работыДиссертация по наукам о земле, кандидата географических наук, Польшина, Марина Александровна, Белгород

61 12-11/188

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования «БЕЛГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

На правах рукописи

Полыдина Марина Александровна

ПОВЫШЕНИЕ АДАПТИВНЫХ ВОЗМОЖНОСТЕЙ АГРОЛАНДШАФТОВ К МЕНЯЮЩИМСЯ УСЛОВИЯМ КЛИМАТА

ПРИ ИХ ЗЕМЛЕУСТРОЙСТВЕ (на примере Белгородской области)

25.00.26 - землеустройство, кадастр и мониторинг земель (географические науки)

Диссертация на соискание ученой степени кандидата географических наук

Научный руководитель: доктор географических наук, профессор Ф.Н. Лисецкий

Белгород - 2012

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ........................................................................... 4

ГЛАВА 1. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПОТЕНЦИАЛА РАСТИТЕЛЬНОСТИ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ АДАПТИВНЫХ ВОЗМОЖНОСТЕЙ АГРОЛАНДШАФТОВ К МЕНЯЮЩИМСЯ КЛИМАТИЧЕСКИМ УСЛОВИЯМ......................................................................... 12

1.1. Современные изменения климатических факторов эрозии почв................................................................................................. 12

1.2. Характеристика функционирования противоэрозионных комплексов агроландшафтов в меняющихся климатических и эколого-хозяйственных условиях.................................... 22

1.3. Использование средоформирующих функций растительности для адаптации агроландшафтов к меняющимся климатическим и хозяйственным условиям........................ 34

1.4. Методы и объекты изучения средоформирующих функций растительности в агроландшафтах.................................... 45

ГЛАВА 2. УЧЕТ ПОЧВОЗАЩИТНОЙ СПОСОБНОСТИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ КУЛЬТУР В ПРОТИВОЭРОЗИОННОЙ ПОДСИСТЕМЕ ЗЕМЛЕУСТРОЙСТВА....................................... 56

2.1. Традиционные способы оценки почвозащитной способности культурной растительности агроландшафтов...................... 56

2.2. Пространственное распределение почвозащитной способности сельскохозяйственных культур при конструировании противоэрозионных комплексов............... 62

2.3. Использование преимуществ информационных возможностей данных дистанционного зондирования для учета почвозащитной способности сельскохозяйственных культур....................................................................................... 70

ГЛАВА 3. ОБОСНОВАНИЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ

СРЕДОФОРМИРУЮЩИХ ФУНКЦИЙ ОБЪЕКТОВ

ПРИРОДООХРАННОЙ ИНФРАСТРУКТУРЫ АГРОЛАНДШАФТОВ НА ОСНОВЕ КОНЦЕПЦИИ ЭКОТОНОВ.................................... 78

3.1. Механизмы формирования и дифференцированные оценки экотонов в arpo ландшафтах........................................... 78

3.3. Рекомендации по повышению адаптивных возможностей агроландшафтов к меняющимся условиям среды........................................................................ 94

ЗАКЛЮЧЕНИЕ....................................................................... 102

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК............................................. 105

ПРИЛОЖЕНИЯ....................................................................... 136

ВВЕДЕНИЕ

Условия формирования различных типов агроландшафтов в ЦентральноЧерноземном районе (ЦЧР) определяются неоднородностью геоморфологических условий. Средний уклон на территории ЦЧР составляет 1,2° (Литвин, 2002). В Белгородской области около 20 % пахотных земель расположено на склонах круче 3°. Это, при прочих равных условиях, способствует развитию эрозионных процессов, особенно при трансформации климата. Но в современных экономических условиях возможности для внедрения в землеустройстве новых противоэрозионных комплексов довольно ограничены и требуют значительных вложений труда и средств. Имеющиеся противоэрозионные комплексы ориентированы на прежний климатический режим, т.е. не учитывают современные и будущие его состояния. Поэтому актуальным является решение проблемы повышения адаптивных возможностей агроландшафтов к меняющимся эколого-экономическим условиям.

(агрофонов, травянистых сообществ пашни, лесных полос и др.). Применение растительного покрова в почвозащитных целях имеет ряд преимуществ: растительность в наибольшей мере поддается воздействию человека, стоимость создания плотного растительного покрова и ухода за ним сравнительно невелика.

Объект исследования - современные агроландшафты Белгородской области.

Предмет исследования - процесс адаптации агроландшафтов к меняющимся климатическим и социально-экономическим условиям.

Для достижения поставленной цели решали следующие задачи.

3. Обоснована . возможность использования средоформирующих функций объектов природоохранной инфраструктуры агроландшафтов на основе концепции экотонов.

4. Разработаны рекомендации по повышению адаптивных возможностей arpo ландшафтов к меняющимся климатическим условиям на основе учета средоформирующих функций растительности.

Теоретические основы исследования. Теоретическую основу диссертационного исследования составляют работы по выявлению роли растительности в направлении повышения эффективности землепользования. Среди разработанных методов расчета объемов склонового весеннего стока можно выделить методики В.П. Герасименко, М.В. Кумани, В.А. Белолипского, В.М. Мишона, В.Н. Жердева, Г.П. Сурмача и др. Вопросы, связанные с изучением почвозащитной способности культурной растительности, рассмотрены во многих работах отечественных и зарубежных исследователей: С.С. Соболева (1960), Н.К. Шикулы (1968), В.В. Сластихина (1964, 1965, 1985), В.В. Захарова (1978), М. Моцок (1980), П. Стэнеску (1973), А.Г. Булавко (1971), М.Н. Заславского (1979), B.C. Федотова (1980), Д.М. Рошкована (1973, 1978, 1988), Г.А. Ларионова (1993), А.Н. Каштанова (1994, 1999), В.И. Кирюшина (2000), М.В. Кумани (1983, 2000, 2005), Л.Ф. Литвина (1998, 2002), A.A. Светличного (2004), Г.И. Швебса (1974), С. Traci (1966), W.H. Wishmeier, D.D. Smith и др. (1965, 1978) Вопросам роли древесных насаждений в организации землепользования посвящены работы В.Б. Сочавы (1969, 1978, 1979), B.C. Залетаева (1987, 1994), Э.Г. Коломыц (1987, 1998), Д.И. Люри (1998), Б.М. Миркина (1983, 1989, 2001), Ю.Э. Мандера (1988), Ю.М. Ягомяги (1988, 1995), В.М. Яцухно (1995), В. Тишлера (1971), М.И. Лопырева (1986, 1989, 2006), П.Б. Юргенсона (1973), C.B. Кучеровой (2000), Т.В. Бобра (2004), H.Walter (1976), Е. Box (1976), Е. Maarel (1976), R.A. Hardt (1989), F.E.Clements. (1936), R.T.T. Forman (1992), A.J. Hansen (1992), J. Lepart (1992), R. Margalef (1994), G.R. Matlack (1994) и др. Анализ работ этих исследователей показывает перспективность использования средоформирующих факторов в повышении адаптивных возможностей агроландшафтов, а также указывает пути дальнейших исследований.

Материалы и методы исследования. В основу диссертации положены результаты собственных полевых исследований, проведенных в 2005-2011 гг. на территории Белгородской и Воронежской областей путем заложения микроклиматических трансект. В ходе исследований были привлечены картографические материалы кафедры природопользования и земельного кадастра НИУ «БелГУ», федерально-регионального центра аэрокосмического мониторинга объектов и природных ресурсов НИУ БелГУ, отчетная документация управления федеральной службы государственной регистрации, кадастра и картографии по Белгородской области, климатические данные метеостанции Богородицкое-Фенино Белгородской области.

В основу исследований положен ландшафтный и агроэкологический подходы. Применены следующие методы исследований: сравнительный, картографический, математико-статистический, методы системно-функционального анализа, аэрокосмический, физико-географические методы (микроклиматический, геоморфологический, гидрографический, почвенный), геоботанический. Оценку достоверности результатов проводили с помощью статистических программных пакетов (STATISTICA, MS Excel). Для анализа пространственного распределения информации использовали геоинформационные технологии (ArcGis) и методы дистанционного зондирования Земли {ERDASIMAGING).

разработке оригинальной методики заложения микроклиматических трансект в пределах экотонов учитывали как отечественный, так и зарубежный опыт.

Научная новизна. Впервые для ЦЧР на основе изучения микроклиматических условий на трансектах получены данные по формированию экотонов в поливариантных условиях. Разработан способ оценки почвозащитной способности сельскохозяйственных культур на основе привлечения данных ДЗЗ. Выявлены наиболее перспективные объекты природоохранной инфраструктуры агроландшафтов.

Основные положения, выносимые на защиту.

3. Результаты анализа особенностей формирования экотонов различных типов в ландшафтах.

4. Обоснование использования сред сформирующих функций экотонов для совершенствования территориальной организации агроландшафтов.

Материалы диссертации вошли в отчеты по следующим проектам: РФФИ №06-05-90871 «Изучение водно-эрозионных процессов для целей почвозащитного обустройства агроландшафтов в различных природно-хозяйственных условиях восточноевропейской лесостепи» (на примере Белгородской области России и Республики Молдавия); РФФИ №08-05-90150 "Организация и проведение российско-молдавского семинара «Использование геоинформационных технологий и данных ДЗЗ для разработки структурно-функциональных принципов организации геоэкологического мониторинга земель в регионах интенсивного аграрного освоения»" (ГР №01201252106); научно-образовательный центр «Фундаментальные проблемы геоматики в науке, образовании и управлении» по аналитической ведомственной целевой программе «Развитие научного потенциала высшей школы (2006-2008 гг.)» (ГР № 01.2.007 05488); фундаментальные основы развития геоаналитических систем на базе научно-образовательного кластера «Геоинформатика и технологии дистанционного зондирования в естественных науках» по программе «Развитие научного потенциала высшей школы (2009-2011 гг.)» (ГР №01200951916); «Развитие космических и геоинформационных технологий мониторинга и прогнозирования состояния окружающей среды для экологически ориентированного развития региональных социогеосистем»

(ГР №01201252106).

исследовательский институт земледелия и защиты почв от эрозии, 2007);

Всероссийской научно-практической конференции «Землеустройство и государственный кадастр недвижимости в свете реализации национальных проектов» (г. Москва, Государственный университет по землеустройству, 2007 г.); российско-молдавском семинаре «Использование геоинформационных технологий и данных ДЗЗ для разработки структурно-функциональных принципов организации геоэкологического мониторинга земель в регионах интенсивного аграрного освоения» (г. Белгород, ФРЦ БелГУ, 2008 г.); Всероссийской научно-практической конференции «Современные технологии зондирования Земли из космоса» (г. Барнаул, Алтайский государственный университет, 2009 г.); Международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Регион 2009: общественно-географические аспекты» (г. Харьков, ХНУ им. В.Н. Каразина, 2009 г.); Международной научной конференции студентов и аспирантов «Географические исследования: история, настоящее, перспективы», посвященной памяти профессора Г.П. Дубинского (г. Харьков, ХНУ им. В.Н. Каразина, 2012 г.).

Благодарности. Автор выражает благодарность и признательность научному руководителю, д.г.н., проф. Ф.Н. Лисецкому за помощь и ценные советы в работе над диссертацией. Отдельная благодарность за поддержку и помощь на всех этапах работы над диссертацией зав. лабораторией

адаптивного растениеводства Белгородского НИИСХ РАСХН д.б.н., проф. Смирновой Л.Г., зав. отделом автоматизации библиотечных процессов БГУНБ Сотницкой Т.В.; преподавателям кафедры природопользования и земельного кадастра НИУ БелГУ: доц. Кухарук Н.С. и доц. Калугиной C.B. и др.; сотрудникам ФРЦ аэрокосмического мониторинга объектов и природных ресурсов НИУ БелГУ, в особенности ст.н.с. Земляковой A.B.

ГЛАВА 1. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПОТЕНЦИАЛА РАСТИТЕЛЬНОСТИ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ АДАПТИВНЫХ

ВОЗМОЖНОСТЕЙ АГРОЛАНДШАФТОВ К МЕНЯЮЩИМСЯ КЛИМАТИЧЕСКИМ УСЛОВИЯМ

1.1. Современные изменения климатических факторов эрозии почв

Одним из последствий современной трансформации глобального кругооборота углерода является термодинамический дисбаланс атмосферы, который находит отклик во всех компонентах природных и антропогенных ландшафтов. В XX веке в Северном полушарии отмечено увеличение среднегодовых и сезонных температур воздуха (в основном за счёт температур холодного сезона), и увеличение количества осадков. Изменение приз

Информация о работе

Польшина, Марина Александровна
кандидата географических наук
Белгород, 2012
ВАК 25.00.26

Диссертация

Повышение адаптивных возможностей агроландшафтов к меняющимся условиям климата при их землеустройстве - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы