ОПЫТ АГРОЭКОЛОГИЧЕСКОЙ ОЦЕНКИ ЗЕМЕЛЬ И ПРОЕКТИРОВАНИЯ АДАПТИВНО-ЛАНДШАФТНЫХ СИСТЕМ ЗЕМЛЕДЕЛИЯ В СЕВЕРНОМ КАЗАХСТАНЕ НА ПРИМЕРЕ ПАВЛОДАРСКОЙ ОБЛАСТИ

Ирмулатов Б.Р.¹, Алманова Ж.С.²

¹Кандидат сельскохозяйственных наук, доцент, Павлодарский научно-исследовательский институт сельского хозяйства, ²ORCID: 0000-0001-9396-9109, Докторант кафедры почвоведения и агрохимии, Казахский агротехнический  университет им. С. Сейфуллина

ОПЫТ АГРОЭКОЛОГИЧЕСКОЙ ОЦЕНКИ ЗЕМЕЛЬ И ПРОЕКТИРОВАНИЯ АДАПТИВНО-ЛАНДШАФТНЫХ СИСТЕМ ЗЕМЛЕДЕЛИЯ В СЕВЕРНОМ КАЗАХСТАНЕ НА ПРИМЕРЕ ПАВЛОДАРСКОЙ ОБЛАСТИ

В данной работе представленны решения задач по адаптивной интенсификации земледелия Павлодарской области. В программе ГИС ПАНОРАМА были разработаны агроэкологические группировки земель и геоинформационная система агроэкологической оценки земель (АгроГИС), представленная электронными картами (карта рельефа, карта крутизны и экспозиций склонов, карта микроструктур почвенного покрова, карта агроэкологических групп и видов земель и т.д.), которые отражают агроэкологические факторы, учитываемые при проектировании адаптивно-ландшафтной системы земледелия (АЛСЗ). Данные разработки были реализованы на примере проекта АЛСЗ в конкретном сельскохозяйственном предприятии Павлодарской области.

Ключевые слова: агроэкологические группы земель, агроэкологическая оценка земель, обработка почв, севооборот.

Irmulatov B.R.¹, Almanova Zh.S.²

¹PhD in Agriculture, Associate professor, Pavlodar Research Institute of Agriculture, ²ORCID: 0000-0001-9396-9109, Doctoral student of the Department of Soil Science and Agricultural Chemistry, Seifullin Kazakh AgroTechnical University

EXPERIENCE OF AGRO-ECOLOGICAL ASSESSMENT OF LANDS AND DESIGN OF ADAPTIVE LANDSCAPE SYSTEMS OF AGRICULTURE IN NORTHERN KAZAKHSTAN ON THE EXAMPLE OF PAVLODAR REGION

Abstract

This paper contains the solutions of problems on adaptive intensification of agriculture in the Pavlodar region. Within the framework GIS PANORAMA, agro-ecological land groupings, as well as the geo-information system of agro-ecological land assessment (AgroGIS) were developed and represented by electronic maps (relief map, slope map, soil microstructure map, agro-ecological groups and land types map, etc.) Maps reflect agro-ecological factors taken into account when designing the adaptive landscape system of agriculture (ALSA). These developments were implemented in ALSA project at a specific agricultural enterprise in the Pavlodar region.

Keywords: agro-ecological groups of lands, agro-ecological assessment of lands, cultivation of soils, crop rotation.

Стратегия индустриально-инновационного развития Республики Казахстан предусматривает научное обеспечение устойчивого развития отраслей агропромышленного комплекса и производства конкурентоспособной продукции. Вместе с тем современное земледелие, рассчитанное на долгую перспективу, должно быть устойчивым, то есть гарантировать длительное сохранение почв.

Северный Казахстан – крупнейший производитель зерновых культур, который располагает большим потенциалом, способным значительно увеличить объемы производства сельскохозяйственной продукции, а почвенно-климатические условия позволяют обеспечить формирование высококачественного зерна. Но это гарантируется только на фоне высокой культуры земледелия и новых агротехнологий.

В недалеком прошлом в Северном Казахстане были распаханы огромные территории целины. Природная степь была трансформированна преимущественно в пахотные угодия с прямоугольными полями (300-500 га) без особого учета почвенных условий, контурности и рельефа местности.

Диверсификация зерновой отрасли, т.е. введение альтернативных культур, позволит рационально использовать их биологический и природный потенциал, повысить урожайность и конкурентоспособность зерновой отрасли на рынке за счет разнообразия сельскохозяйственной продукции. Диверсификация растениеводства позволит более рационально использовать биоклиматический потенциал Северного Казахстана и обеспечить устойчивость ведения земледелия [1], [2].

Новые требования к сельскохозяйственному производству, связанные с формированием рыночных отношений, ставят в качестве первоочередной, задачу перехода на системы земледелия, способные вывести сельскохозяйственное производство на новый уровень производительности. Речь идет об оптимизации хозяйственной деятельности по экономическим, социальным, производственным параметрам и ее экологизации.

Исходя из вышесказанного, перспектива развития земледелия в Казахстане связана с освоением адаптивно-ландшафтных систем земледелия (АЛСЗ), дифференцированных в соответствии с агроэкологическими и социально-экономическими условиями. Данные системы земледелия разработаны академиком В.И. Кирюшиным и активно внедряются в сельскохозяйственных предприятиях различных природных зон России.

В данной работе рассматривается проектирование АЛСЗ для крестьянского хозяйства Иртышского района Павлодарской области – КХ «Замандас».

В начале работы для данного хозяйства ставилась задача дифференциации систем земледелия и агротехнологий применительно к различным категориям агроландшафтов с учетом имеющегося производственно-ресурсного потенциала и перспектив развития. Хозяйство специализируется на производстве яровой пшеницы, ячменя, овса, суданской травы и подсолнечника.

Почвенно-ландшафтное картографирование землепользования проводилось в масштабе 1:10 000 с использованием цифровой модели рельефа SRTM, снимкам NDVI космическим снимкам с пространственными разрешениями 10:15 и 30 метров. В процессе почвенного обследования было заложено 318 почвенных выработок. Все точки почвенных разрезов привязаны по местности с помощью приемников GPS.

На основе проведенных изысканий была разработана геоинформационная система агроэкологической оценки земель (АгроГИС), представленная электронными картами, которые отражают агроэкологические факторы, учитываемые при проектировании АЛСЗ.

Топографические карты были отсканированы и зарегистрированы в абсолютных координатах (долгота/широта, WGS 84) с использованием данных, полученных с помощью портативных GPS-приемников  Garmin. После оцифровки рабочих материалов были получены электронные карты структур почвенного покрова, карты форм и элементов рельефа и карты существующего землеустройства с привязанными к ним базами данных. С использованием методов автоматической выборки и обработки данных, были получены электронные карты форм, экспозиций склонов, распределения склонов по уклонам, полугидроморфных и гидроморфных почв и т.п.

Наложением электронных карт рельефа на почвенные карты были получены электронные карты агроэкологических групп и видов земель, содержащие базы данных с максимально полной информацией по каждому элементарному ареалу агроландшафта. Каждый элементарный ареал агроландшафта был оценен с точки зрения его пригодности для возделывания основных сельскохозяйственных культур –пшеницы, ячменя, подсолнечника и других. Методом автоматической выборки были получены агроэкологические карты возделывания этих культур.

Данные материалы использовались для проектирования полей севооборотов, производственных участков и соответствующих агротехнологий.

Все карты созданы в формате «ГИС Карта 2011» (КБ ПАНОРАМА). При помощи ГИС «Навигатор 2011», границы любого объекта АгроГИС можно легко найти на местности [1].

Проект АЛСЗ для КХ «Замандас» Павлодарской области. Территория КХ «Замандас» характеризуется резко континентальным климатом с большими суточными и годовыми амплитудами температур воздуха, с недостаточными и неустойчивыми по годам атмосферными осадками с летним их максимумом и с ветровой деятельностью в течение всего года. Сумма положительных температур за период с температурой выше 10^оС около 2200-2250 ^оС.

Площадь пашни в хозяйстве составляет 7473 га.

Среднегодовая сумма осадков составляет 292 мм, но они выпадают неравномерно (см. рис. 1). За период с температурой выше 10 ^оС осадков выпадает 150-170 мм.

Рис. 1 – Сумма осадков по данным метеостанции Голубовка

 

Результаты почвенно-ландшафтного картографирования и агроэкологической оценки земель выражаются в виде АгроГИС, включающей набор электронных карт.

Исходной позицией АгроГИС является цифровая модель рельефа на основе которой был создан набор карт для данного хозяйства.

Карта форм и элементов рельефа. Отражает структура ландшафтов и почвенно-ландшафтные связи на территории расположения хозяйства. Картограмма крутизны склонов. Предназначена для оценки потенциального стока и эрозионной опасности. Крутизна склона влияет на подбор культур, севооборотов, систем обработки почвы и т.д. Картограмма форм склонов.  Используется для оценки эрозионной опасности почв. Картограмма экспозиций склонов. Используется для оценки их теплообеспеченности и влагообеспеченности с целью дифференцированного размещения сельскохозяйственных культур и сортов по засухоустойчивости и длительности вегетационного периода. Карта микроструктур почвенного покрова. Отражает сложность и контрастность почвенного покрова, представленного на территории хозяйства преимущественно неконтрастными комбинациями, реже – контрастными. Карта почвообразующих пород.   Отражает распространение почвообразующих пород, существенно различающихся по агрономическим свойствам. Карта гранулометрического состава.  По гранулометрическому составу почвы хозяйства неоднородны. Наибольшее распространение получили почвы среднесуглинистого гранулометрического состава.

Карта агроэкологических групп и видов земель. Получена путем взаимного наложения описанных выше карт. Содержит данные об агроэкологических параметрах земель по каждому контуру. Карта является основой для проектирования АЛСЗ и агротехнологий применительно к различным агроэкологическим группам земель (см. рис. 2).

На территории хозяйства наибольшее распространение получили плакорные (зональные) (4 647 га), плакорные карбонатные (392 га) и солонцовые (724) группы земель преимущественно расположенные на водораздельных территориях. Также распространение получили слабополугидроморфные (186 га), уплотненные (157 га) и гидроморфные (106 га) группы земель. Меньшее распространение получили среднеполугидроморфные (50 га) группы земель.

Наложение электронной карты существующего землеустройства на карту агроэкологических видов земель позволяет оценить недостатки размещения культур, полей, агротехнологий, организации территории и т.п.

Основным фактором, ограничивающим продуктивность растениеводства в данном хозяйстве, является низкая влагообеспеченность сельскохозяйственных культур, обусловленная невысоким количеством осадков при высокой испаряемости, усиленной интенсивным ветровым режимом. Тем самым набор культур определяется границами их засухоустойчивости. Дифференциация их размещения применительно к различным категориям земель связана, прежде всего, с различной водоудерживающей способностью почв и соответственно влагоемкостью, которая зависит в основном от гранулометрического состава. Помимо влагообеспеченности они различаются также по податливости почв ветровой эрозии. В землях хозяйства возрастает роль влагонакопительных мероприятий: создание снегонакопительных кулис из высокостебельных растений, оставление высокой стерни, создание мульчи из растительных остатков.

Разнообразие агроэкологических групп земель связано также с особенностями почвообразующих пород, проявлением гидроморфизма почв, солонцеватости, засоленности. В соответствии с этим разнообразием осуществляется подбор сельскохозяйственных культур, а в пределах земель различных агроэкологических групп разрабатываются соответствующие им севообороты.

Из севооборотов, рекомендованных по агроэкологическим условиям, с учетом производственно-ресурсного потенциала в хозяйстве, проектируются следующие севообороты и их обработка.

Севооборот на плакорных (зональных) землях - 4748га

Пар – яровая пшеница – ячмень –  яровая пшеница – подсолнечник

Перед посевом яровой пшеницы по мере снеготаяния и подсыхания верхнего слоя почвы поверхностно вносятся азотные минеральные удобрения и проводится прикатывание. В оптимальные сроки, вторая декада мая, производится посев культуры с внесением стартовой дозы удобрений. При наличии уплотнения необходимо проводить глубокую безотвальную обработку с оставлением стерни на поверхности сразу после уборки предшественника. После уборки яровой пшеницы остается стерня высотой 20-25 см, что позволяет накопить снег в первой декаде декабря  и провести снегозадержание в течение последующих месяцев. В ранние весенние сроки производится прикатывание стерни и посев подсолнечника с внесением стартовой дозы удобрений, анкерными сошниками в оптимальные сроки.  После уборки культуры производится глубокое рыхление и поле оставляется под пар. В зимний период производится снегозадержание. Весной по мере готовности почвы проводится прикатывание и посев в оптимальные сроки пшеницы. После уборки по стерне высотой 20-25см производится глубокое безотвальное рыхление до 27см с оставлением стерни. В диагональ до 45^о по отношению к основной обработке, производится врезание удобрений посевным комплексом, оборудованным анкерными сошниками на глубину 15-17см. Обязательное условие – сохранение стерни на поверхности. Основные удобрения вносятся в количестве необходимом под весь севооборот. В зимний период проводится снегозадержание. Весной проводится прикатывание. При посеве вносится стартовая доза удобрений и производится предпосевная культивация с внесением почвенного гербицида и после посева прикатывание.

Севооборот на лугово-черноземных землях - 1472га.

Яровая пшеница – овес– яровая пшеница – подсолнечник

Посев яровой пшеницы проводится в оптимальные сроки без предварительной обработки. После посева проводится прикатывание. После уборки в зимний период проводится снегозадержание. В ранние весенние сроки прикатывается стерня и в оптимальные сроки, как правило, во второй декаде, после 19 мая, проводится посев. После уборки овса производится безотвальное рыхление, врезание основных удобрений  в расчете на весь севооборот. В зимний период проводится снегозадержание. Посев ячменя проводится в оптимальные сроки. После уборки ячменя, по стерне высотой 20-25см проводится глубокое безотвальное рыхление до 27см с оставлением до 90% стерни. В диагональ до 45^о по отношению к основной обработке, производится врезание удобрений посевным комплексом, оборудованным анкерными сошниками на глубину 15-17см. Обязательное условие – сохранение стерни на поверхности. Основные удобрения вносят в расчете на весь севооборот. В зимний период проводится снегозадержание. Весной проводится прикатывание. При посеве подсолнечника вносится стартовая доза удобрений и проводится предпосевная культивация с внесением почвенного гербицида и после посева прикатывание.

Севооборот на двучленых породах и солонцеватых землях – 764 га.

Яровая пшеница – суданская трава – яровая пшеница – ячмень

При наличии уплотнения почвы, необходимо проводить глубокую безотвальную обработку с оставлением стерни на поверхности сразу после уборки предшественника. Это необходимо для предотвращения водной эрозии. Посев яровой пшеницы проводится в оптимальные сроки без предварительной обработки. После посева проводится прикатывание. После уборки в зимний период проводится снегозадержание. В весенний период проводится прикатывание, затем посев овса в оптимальные сроки с внесением стартовой дозы удобрений с последующим прикатыванием. После уборки проводится безотвальное рыхление на глубину ниже на 2-3 см уплотнения почвы. В зимний период проводится снегозадержание, весной прикатывание стерни предшественника для сохранения влаги в почве. Посев ячменя проводится в оптимальные сроки прямым способом.

Севооборотные массивы расположены преимущественно в пределах плакорных (зональных) земель. Однако участки земель контрастных видов (солонцовых, литогенных, супесчаных и др.) выделены в пределах полей севооборотов в виде производственных участков, для которых рекомендованы мелиоративные мероприятия, в частности на солонцеватых почвах, и дифференцированные агротехнологии. Особое внимание уделено дифференциации систем обработки почв. По почвенно-ландшафтным условиям на большей части землепользования целесообразна минимизация почвообработки, в том числе применение нулевой обработки, т.е. прямого посева. Степень минимизации почвообработки возрастает с повышением уровня интенсификации агротехнологий.

В пределах севооборотных полей выделены производственные участки, охватывающие агроэкологические типы земель, которые пригодны для возделывания каждой культуры севооборота, но при различных уровнях интенсификации и соответственно разных агротехнологиях. На этих участках, в зависимости от их агроэкологических характеристик, спроектированы противоэрозионные, мелиоративные и другие мероприятия [2, 3].

Данная работа, реализованная на практике в проекте АЛСЗ и агротехнологий КХ "Замандас", представляет собой инновационный продукт, созданный на основе новейших методов землеоценки и проектирования агроландшафтов. Особое достоинство данного проекта, разрабатываемого на основе агрогеоинформационных систем – возможность многовариантного подхода, позволяющего выбор оптимальных решений в зависимости от изменяющейся обстановки. На базе АгроГИС обеспечивается ведение книги истории полей.

Список литературы / References

1. Кирюшин, В.И. Экологические основы земледелия / В.И. Кирюшин. – Москва: Колос, 1996. - 366 с.
2. Кирюшин, В.И. Методика разработки адаптивно-ландшафтных систем земледелия и технологий возделывания сельскохозяйственных культур / В.И. Кирюшин. – Москва, 1995. - 81 с.
3. Ирмулатов Б.Р. Агроэкологическая оценка влияния мульчи из соломы на агроценоз яровой пшеницы в условиях северо-востока Казахстана/ Б.Р. Ирмулатов, А.К. Сарбасов // Сибирский вестник сельскохозяйственной науки. - 2012год. - №6. - с. 108-114.

Список литературы на английском языке / References in English

1. Kiryushin V.I.  Jekologicheskie osnovy zemledelija [Ecological basis of  arable farming] / V.I.  Kiryushin – Moscow: Kolos, 1996. - 366 p. [in Russian]
2. Kiryushin V.I. Metodika razrabotki adaptivno-landshaftnyh sistem zemledelija i tehnologij vozdelyvanija sel'skohozjajstvennyh kul'tur [The development methodology of adaptive-landscape systems of arable farming and technologies of cultivation of agricultural crops] / I.  Kiryushin – Moscow, 1995. - 81 p. [in Russian]
3. Irmulatov B.R. Agrojekologicheskaja ocenka vlijanija mul'chi iz solomy na agrocenoz jarovoj pshenicy v uslovijah severo-vostoka Kazahstana [Agroecological evaluation the influence of mulches of straw on agrocenosis of spring wheat in the North-East of Kazakhstan] / R. Irmulatov, A.K. Sarbasov // Siberian bulletin of agricultural science - 2012. - №6. - p. 108-114. [in Russian]