Методика оценки природно-ресурсного потенциала агроландшафтов России

Введение 

Наиболее целостная система экономической оценки почв сельскохозяйственных угодий для нашей страны разработана в Почвенном институте имени В.В. Докучаева. И.И. Карманов и его соавторы  [3, 4] предложили современные подходы в методологии оценки земель и методику определения стоимости сельхозугодий на основе свойств почв (включая параметры их деградации) и климатических условий территорий.

Постоянно меняющиеся социально-экономические, технологические и экологические условия России  предъявляют новые требования к планированию сельскохозяйственного производства. Оптимизация деятельности аграрной отрасли находится в прямой зависимости от эффективности использования главного средства производства – земли. Полагаем, что наиболее важным звеном здесь является оценка ПРП агроландшафтов, проводимая с целью повышения экономической эффективности и снижения экологических и финансовых рисков.

Эффективность организации любого землепользования необходимо оценивать через ее соответствие ПРП земель. В идеальном случае (при полном соответствии) ПРП земель используется максимально полно, тогда отсутствует необходимость дополнительных вложений на поддержание устойчивости землепользования и вероятность возникновения нежелательных экологических последствий стремится к нулю. Как правило, такое состояние редко достигается из-за специфики социально-экономических условий, поскольку использование агроландшафта любого региона во многом предопределяет экономическая конъюнктура. Чем больше разрыв организации землепользования от полного соответствия ПРП земель, тем больше вложений необходимо на борьбу с различными ограничениями, на преодоление рисков деградации почв и земель, повышение их продуктивности.

Цель данной статьи – предложить для обсуждения методику оценки природно-ресурсного потенциала агроландшафтов России.

Объекты и методы исследования

Методологической основой для оценки ПРП агроландшафтов послужили положения и законы земледелия, почвоведения, геохимии, ландшафтоведения и теории адаптивно-ландшафтного земледелия. Оценке ПРП агроландшафтов предшествует классификация и бонитировка почв, изучение свойств и режимов типов и подтипов почв, оценка климатических условий, применительно к аграрной отрасли экономики.

Под ландшафтом (синоним геосистемы) понимается природная разноуровневая система, охватывающая взаимосвязанные части литосферы, гидросферы, биосферы, атмосферы, как правило, ограниченная естественными рубежами. Агроландшафт – антропогенный ландшафт, естественная растительность которого заменена агроценозами на значительной части территории. Компоненты ландшафта (агроландшафта) связаны между собой потоками вещества и энергии, процессами гравитационного перемещения твёрдого материала, влагооборотом, биогенной миграцией химических элементов.

Важное методологическое значение имеет разработанная В.В. Докучаевым концепция почвы как «зеркала ландшафта», основанная на представлении о том, что почва есть природное тело, образовавшееся из материнской горной породы под воздействием факторов почвообразования.

Полагаем, что оценка ПРП агроландшафтов должна базироваться на нескольких, немногих, фундаментальных параметрах, которые в общих чертах характеризуют основные компоненты ландшафта и систему в целом. В качестве таковых предлагается использовать почву, и климатические параметры, характеризующие условия тепло- и влагообеспеченности.

Оценка ПРП проводится на основе георесурсной базы данных (Георесурсная БД), включающей систематический список почв [2] (на базе Единого государственного реестра почвенных ресурсов России, http://egrpr.esoil.ru/content/2poc.html) используемых в земледелии (табл. 1), и агроклиматических параметров, имеющих тесную связь с продуктивностью сельскохозяйственных культур, таких как сумма температур выше 10°С (∑t>10,°С) (табл. 2) и годовая сумма осадков (∑осадков, мм/год) (табл. 3). Все почвы и климатические параметры проранжированы в баллах от 5 до 100.

Для расчета итогового ПРП агроландшафта предлагается использовать информационно-логический анализ [1] и уравнения, где оцениваемые показатели оказывают наибольшее влияние на результат, если стоят в начале формулы. Так, для таежной (холодные почвы) и лесостепной зон большее значение будет иметь теплообеспеченность. Уравнение будет иметь вид:

(1)            ПРП _(1-27) = Т ˅ (О ˅ П),

где: ПРП – природно-ресурсный потенциал, балл (в скобках порядковый номер почв из табл. 1); Т – баллы за сумму температур выше 10°С; О – баллы за годовую сумму осадков; П – баллы за почву; ˅ – знак нелинейного логического сложения.

Для степной и сухостепной зон в дефиците будут осадки, поэтому степные и сухостепные агроландшафты, с лучшей влагообеспеченностью должны быть оценены выше. Уравнение будет иметь вид:

(2)                        ПРП _(28-52) = О ˅ (Т ˅ П);

Для интразональных ландшафтов, где качество почв будет иметь определяющее значение, уравнение будет иметь вид:

(3)                          ПРП _(53-65) = П ˅ (Т ˅ О).

Данные формулы являются «открытыми», что позволяет вводить в них другие информативные, оценочные показатели. При более детальной оценке их можно будет дополнить значениями, характеризующими другие компоненты агроландшафта, или ввести уточняющие значения, например, для почв. Так, можно добавить в уравнение оценку рельефа. В этом случае уравнение может выглядеть как: ПРП = Т ˅ (О ˅ (П ˅ Р)), где: Р – баллы за рельеф. Бальная оценка почв должна быть дополнена значениями, характеризующими степень проявления эрозии и дефляции. Полагаем, что двигаясь в этом направлении можно значительно приблизиться к объективной оценке почв и почвенного покрова агроландшафтов. При этом следует  помнить, что оценка почв  с учетом условий рельефа, степени развития эрозии и дефляции  должна выполняться регионально, в зависимости от природно-климатических условий.

Оценку ПРП предлагается выполнять по следующей градации (балл): 1—20 – низкий; 21—40 – пониженный; 41—60 – средний; 61—80 – повышенный; 81—100 – высокий.

Таблица 1 – Балльная оценка почв (фрагмент)

*Для солонцов автоморфных балл определяется в пределах означенного интервала в зависимости от глубины залегания солонцового горизонта: корковые – 5; мелкие – 10; средние – 20; глубокие – 30.

Таблица 2 – Балльная оценка тепло обеспеченности

Таблица 3 – Балльная оценка влагообеспеченности

Результаты исследования

Оценка ПРП агроландшафтов (землепользований) выполняется поэтапно.

Этап 1. Получение фактических данных о почвах, условиях тепло- и влагообеспеченности  посредством соответствующих Георесурсных БД. При отсутствии таких данных для конкретных землепользований можно воспользоваться материалами почвенных обследований, проектами землеустройства, системами земледелия, данными агроклиматических справочников и пр.

Этап 2. Оценка типов (подтипов) почв, значений сумм температур выше 10°С, годовых сумм осадков в баллах посредством табл. 1—3. Почвенные контуры на электронной карте служат первичными ключевыми диагностическими участками, с определенными свойствами и признаками.

При этом климатические показатели могут быть едиными для всего агроландшафта (землепользования) и соответственно едиными будут баллы на теплообеспеченность и увлажнение. Сложнее дело обстоит с почвами, которых может быть достаточно много. Для этого рассчитывают средневзвешенный почвенный балл интересующего агроландшафта, землепользования (площади) по формуле:

      Б₁П₁+Б₂П₂+…+ Б_nП_n 

Б_с =       П₁+П₂+…+П_n       ,

где: Б_с – средневзвешенный балл; Б_1, Б_{2, ….,} Б_n – баллы бонитета почв, входящих в состав землепользования; П_1, П_2, П_n – площади этих почв.

Этап 3. Расчет итогового значения ПРП в баллах по формулам 1—3.

Пример. Требуется оценить и сравнить ПРП агроландшафтов, где господствуют черноземы, в Краснодарском и Красноярском краях.  В Краснодарском крае почва представлена черноземом (100 баллов), ∑t>10 равна 3500°С (100 баллов), ∑осадков за год – 720 мм (70 баллов). В Красноярском крае почва представлена черноземом (100 баллов), ∑t>10 равна 1750°С (35 баллов), ∑осадков за год – 360 мм (35 баллов). Для засушливых условий используется уравнение (2), вида: ПРП = О ˅ (Т ˅ П). Тогда ПРП для Краснодарского края составит 70 ˅ (100 ˅ 100)=85 баллов.  ПРП для Красноярского края составит 35 ˅ (35 ˅ 100)=51 балл.  Таким образом, ПРП черноземных агроландшафтов Краснодарского края в 1,7  раза выше по сравнению с подобными агроландшафтами Красноярского края. Очевидно, что при более детальной оценке черноземов, с учетом их региональных особенностей различия в оценке ПРП будут более контрастными.

Для оценки разрабатываемого подхода  были выбраны хозяйства Средней Сибири в пределах Красноярского края. Также предлагаемую методику расчета ПРП сравнивали с существующей, изложенной в научной литературе [5, 7].

Согласно природно-сельскохозяйственному районированию и использованию земельного фонда страны [6] земледельческую территорию Средней Сибири подразделяют на три основные зоны: южно-таёжно-лесную (подтаёжную), лесостепную и степную. В качестве объекта оценки выбраны хозяйства, расположенные в основных земледельческих зонах Красноярского края. Подтайгу представляет СПК «Зареченское», типичную лесостепь – ООО «ОПХ Солянское» и «Огурское» отделение ЗАО «Сибирь», открытую лесостепь – ФГБУ «Минино».

Агроклиматические показатели основных природных провинций земледельческой зоны Средней Сибири в пределах Красноярского края, используемые при расчете ПРП землепользований разными методами, сильно различаются (табл. 4).

Таблица 4 – Агроклиматические показатели и урожайность зерновых культур оцениваемых землепользований

СПК «Зареченское» находится в Ачинско-Боготольском природном округе. Географические координаты: широта – 56°59'47''; долгота – 89°17'32''. Хозяйство типично для южно-таёжно-лесной зоны. Основной пахотный фонд представлен дерново-подзолистыми и серыми лесными почвами.

ООО «ОПХ Солянское» расположено в Канском природном округе, в типичной лесостепи. Географические координаты: широта – 56°0'19''; долгота – 95°12'14''. В составе почвенного покрова преобладают чернозёмы выщелоченные тяжелосуглинистые.

ОПХ «Минино» находится в Красноярском природном округе, в непосредственной близости от города Красноярска. Географические координаты: широта – 56°4'35''; долгота – 92°4'49''. Территория хозяйства представляет равнинную, южную, открытую, достаточно теплую часть Красноярской лесостепи, с выраженными остепненными участками, удобными для пашни. Почвы активно эксплуатируют на протяжении трех с половиной столетий, поэтому, на фоне ландшафтных особенностей, они находятся в эродированном состоянии. Почвенный покров землепользования в основном представлен черноземами выщелоченными и обыкновенными.

Отделение «Огурское» ЗАО «Сибирь» размещено в восточной части Чулымо-Енисейского природного округа. Географические координаты: широта – 55°21'18''; долгота – 91°52'08''. Почвенный покров отделения представлен в основном тяжелосуглинистыми разной степени гумусированности черноземами выщелоченными, оподзолёнными, и, в меньшей степени, приуроченными к южным и западным склонам, обыкновенными подтипами.

Расчет и оценка ПРП на основе метода [5] выполнялась через частные оценочные индексы, варьирующие от 0 до 1: 1 – эколого-климатическая комфортность, балл; 2 – черноземы, % площади; 3 – почвы смытые эрозионно-опасные, % площади; 4 – реки, % площади; 5 – заболоченные земли, % площади; 6 – овражный рельеф, % площади; 7 – закарстованность, среднее количество карстовых объектов на 100 км²; 8 – оползни, средняя плотность км/км²; 9 – зоны тектонических нарушений, % площади; 10 – способность геологических пород к радиоактивному накоплению, балл. Для перевода частных индексов в интегральные показатели использовали метод взвешенных балльно-рейтинговых оценок и формулу:

Iинт.= (X1·N1 + X2·N2 + … + Xi·Ni) : i, 

где: Iинт. – интегральный индекс; Х – значение частного индекса; N – «вес» соответствующего показателя; i – число показателей.

Оценку интегрального индекса ПРП осуществляли по следующей шкале: 1,27—1,41 – низкий; 1,42—1,56 – пониженный; 1,57—1,71 – средний; 1,72—1,86 – повышенный; 1,87—2,01 – высокий.

Согласно интегральной оценке всей совокупности климатических, почвенных, гидрологических, геоморфологических и геологических компонентов следует, что в пределах земледельческой территории Красноярского края высоким и повышенным ПРП обладают землепользования типичной лесостепи. Средний уровень ПРП характерен для землепользований таежно-лесной зоны и пониженный – для открытой лесостепи (табл. 5).

Таблица 5 – Значения частных и интегральных индексов ПРП землепользований

*1 – эколого-климатическая комфортность; 2 – площадь черноземов; 3 – площадь почв смытых и эрозионно-опасных; 4 – площадь водоемов; 5 – площадь заболоченных земель; 6 – площадь оврагов; 7 – закарстованность; 8 – оползни; 9 – площадь тектонических нарушений; 10 – способность геологических пород к радиоактивному накоплению.

Согласно предлагаемой методике, ПРП оцениваемых землепользований, находящихся в лесостепной черноземной зоне, – средний. Низкое значение ПРП характерно для землепользования таежно-лесной зоны (табл. 6). Таким образом, ПРП оцениваемых землепользований различается в 1,5 раза.

Оценка, выполненная разными методами, позволяет утверждать, что все землепользования пригодны для возделывания районированных сельскохозяйственных культур, но доходность земледелия, в зависимости от природной зоны и местоположения, будет различаться.

Таблица 6 – Значения частных и итоговых индексов ПРП

землепользований, балл

Предлагаемый метод балльной оценки ПРП агроландшафтов является более объективным, так как данная оценка более согласуется со средней многолетней урожайностью зерновых культур, получаемой в оцениваемых хозяйствах (табл. 4). Так, наивысшую урожайность имеют хозяйства, где ПРП составляет 53—54 балла, а наименьшую – где 36 баллов.

Следующим, более детальным, развернутым этапом, на основе крупномасштабных электронных карт конкретных землепользований, (хозяйств), является  оценка  сельскохозяйственных угодий (залежей, лугов, пашни, в том числе посевов сельскохозяйственных культур и паров), через свойства оптических спектров и анализ индексов – вегетационного NDVI (Normalized Difference Vegetation Index)  и почвенного NDSI (Normalized Difference Soil Index), рассчитанных по спутниковым данным Sentinel. Почвенные контуры на электронной карте остаются  здесь общей первоосновой для дистанционного зондирования всех сельскохозяйственных угодий. Данный подход станет фундаментальной основой для развития технологий точного земледелия.

Выводы

1. Предложена методика оценки ПРП агроландшафтов территории России. ПРП определяется на основе георесурсной базы данных почв, используемых в земледелии и агроклиматических параметров: сумма температур выше 10°С (∑t>10,°С); годовая сумма осадков (∑осадков, мм/год). Все почвы и климатические параметры проранжированы в баллах от 5 до 100. Для расчета итогового ПРП агроландшафта предложено использовать информационно-логический анализ и соответствующие уравнения.

2. Методика является ландшафтно-экологической и позволяет через оценку ПРП агроландшафтов классифицировать по продуктивности земли сельскохозяйственного назначения. Оценку ПРП агроландшафтов предлагается выполнять согласно градации (балл): 1—20 – низкий; 21—40 – пониженный; 41—60 – средний; 61—80 – повышенный; 81—100 – высокий.

3. ПРП землепользований (агроландшафтов) Красноярского края, расположенных в лесостепных черноземных и таежно-лесной зонах, соответственно, средний и низкий. ПРП оцениваемых объектов различается в 1,5 раза.

Литература

1. Бурлакова, Л. М. Применение информационно-логического анализа в бонитировке почв // Тез. докл. V Делегатского съезда Всесоюз. об-ва почвоведов. Минск, 1977. Вып.5.  С. 235–237.

2. Единый Государственный реестр почвенных ресурсов России, http://egrpr.esoil.ru/content/2poc.html

3. Карманов И.И., Булгаков Д.С. Методика почвенно-агроклиматической оценки пахотных земель для кадастра. М.: Почв. Ин-т им. В. В. Докучаева. ООО «АПР», 2012. 122 с.

4. Карманов И. И., Булгаков Д. С., Карманова Л. А., Путилин Е. И. Современные аспекты оценки земель и плодородия почв // Почвоведение,  2002.  №7. С. 850–857.

5. Куролап С. А., Федотов В. И., Куприенко В. Ю. Интегральная оценка природно-ресурсного потенциала // В сборнике: Эколого-географический Атлас-книга Воронежской области Русское географическое общество, Воронежский государственный университет. Воронеж, 2013.  С. 236–239.

6. Природно-сельскохозяйственное районирование и использование земельного фонда СССР. Под ред. А. Н. Каштанова. М.: Колос, 1983. 336 с.

7. Шишов Л. Л., Дурманов Д. Н., Карманов И. И., Ефремов В. В. Теоретические основы и пути регулирования плодородия почв. М.: Агропромиздат, 1991. 304 с.

Spisok interatury

1. Burlakova L. M. Primenenie informacionno-logicheskogo analiza v boniterovke pochv //Tez. dokl. V Delegatskij sized Vsesoyuz. ob-va pochvovedov. Minsk, 1977. Vyp. 5. S. 235–237.

2. Edinyj Gosudarstvennyj reestr pochvennyx resursov Rossii, http://egrpr.esoil.ru/content/2poc.html.

3. Karmanov I. I., Bulgakov D. S. Metodika pochvenno – agroklimaticheskoij ocenki paxotnyx zemel dlya kadastra. M.: Pochv. in-t im. V. V. Dokuchaeva. OOO «APR», 2012.  122 s.

4. Karmanov I. I., Bulgakov D. S., Karmanova L. A., Putilin E. I. Sovremennye aspekty ocenki zemel I plodorodya pochv // Pochvovedenie, 2002.  № 7. S. 850–857.

5. Kurolap S.A., Fedotov V.I., Kuprienko V.Yu. Integral'naya ocenka prirodno-resursnogo potenciala // V sbornike: E'kologo-geograficheskij Atlas-kniga Voronezhskoj oblasti Russkoe geograficheskoe obshhestvo, Voronezhskij gosudarstvennyj universitet. Voronezh, 2013. S. 236–239.

6. Prirodno-sel'skoxozyajstvennoe rajonirovanie i ispol'zovanie zemel'nogo fonda SSSR. Pod red. A.N. Kashtanova. M.: Kolos, 1983. 336 s.

7. Shishov L. L., Durmanov D. N., Karmanov I. I., Efremov V. V. Teoreticheskie osnovy i puti regulirovaniya plodorodiya pochv. M.: Agropromizdat, 1991.  304 s.