LANDSCAPE-ECOLOGICAL ZONING OF MORDOVIA

Ямашкин А.А. ¹, Борисов А.А. ², Ямашкин С.А. ³, Зарубин О.А. ⁴

¹ Доктор географических наук, профессор, МГУ им. Н. П. Огарева

² Преподаватель, МГУ им. Н. П. Огарева

³ Старший преподаватель, МГУ им. Н. П. Огарева

⁴ Преподаватель, МГУ им. Н. П. Огарева

ЛАНДШАФТНО-ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ ЗОНИРОВАНИЕ МОРДОВИИ 

Аннотация

В статье рассматривается актуальная проблема решения вопросов рационального использования почвенно-земельных  ресурсов. Описаны принципы решения следующих задач с использованием региональной ГИС: синтетическое ландшафтное картографирование на основе дешифрирования многозональных космических снимков, выделение и типологическая классификация агрогеосистем, ландшафтно-экологическое зонирование сельскохозяйственных земель, разработка системы природоохранных мероприятий.

Ключевые слова: ландшафты, зонирование, картографирование.

Yamashkin A.A. ¹, Borisov А.А. ², Yamashkin S.A. ³, Zarubin О.А. ⁴

¹ PhD in Geography, professor, National Research Mordovia State University

² Lecturer, National Research Mordovia State University

³ Senior lecturer, National Research Mordovia State University

⁴ Lecturer, National Research Mordovia State University

LANDSCAPE-ECOLOGICAL ZONING OF MORDOVIA

Abstract

The article deals with the actual problem of solving the task of rational use of soil and land resources. The principles of solving the following problems with the use of a regional GIS are described in details: the creation of a cartographic basis and databases of regional GIS, synthetic landscape mapping based on the interpretation of multi-zonal space images, identification and typological classification of agrogeosystems, landscape-ecological zoning of agricultural lands, development of a system of nature protection measures.

Keywords: landscape, zoning, mapping.

В условиях современного интенсивного земледелия большое значение приобретают вопросы рационального использования почвенно-земельных  ресурсов, что в контексте мягкого управления достигается адаптацией хозяйственной деятельности к морфологической структуре ландшафтов, формированием адаптивно-ландшафтных систем.  Проектные работы реализуются на базе региональной геоинформационной системы (ГИС), в которой в качестве центрального звена выступает синтетическая ландшафтная карта [6–7].

Синтетическое ландшафтное картографирование на основе дешифрирования многозональных космических снимков. Решение этой задачи осуществ­ляется по четырем основным направлени­ям: 1) автоматизация процесса накопления информации, актуализация пространственных баз данных; 2) создание системы логико-математической обработки пространствен­но распределенной информации, при кото­рой особое место отводится математико-картографическому моделированию; 3) ав­томатизация создания математико-картографических моделей объектов природо­пользования, природных процессов и явле­ний; 4) автоматизация анализа математико-картографических моделей для поддержки принятия решений при территориальном природопользовании. Если первая пробле­ма направлена на создание пространственной базы данных, то последующие функци­онально от нее зависят.

Отметим, что синтетическое ландшафтное картографирование все чаще опирается на данные дистанционного зондирования Земли и их анализ с применением автоматизированных методов классификации. Такой подход позволяет извлекать необходимую объективную информацию с требуемой погрешностью и минимизацией расходов на полевые исследования интересующих территорий. Методика классификации земель основывается на инструментальном дешифрировании многозональных космических снимков, включающем исследование текстурных и спектральных свойств территории и построение ансамбль-систем [4].

Выделяемые в процессе ландшафтного картографирования геосистемы характеризуются общностью происхождения, развития и однотипностью взаимодействия поверхностных отложений, форм рельефа, водного и геохимического режимов, а следовательно, сходством морфологического строения почвенного профиля, водно-воздушного и теплового режимов почв, содержания и запасов гумуса и питательных веществ. Основными объектами картографирования являются урочища и географические местности, объединяемые в ландшафты или систематизируемые в типологические комплексы: классы, группы, типы, рода и виды [1–3].

На ландшафтной карте Мордовии (масштаба 1 : 200 000) выделено 24 ландшафта, в формировании структуры которых принимают участие 19 типов местностей, подразделяемых на 43 рода урочищ. В ландшафтах широколиственных лесов и лесостепей вторичных моренных и эрозион­но-денудационных равнин выражена склоновая смена местностей и уро­чищ от лесных останцово-водораздельных и приводораздельных прост­ранств к лугово-степным геокомплексам нижних (придолинных) участ­ков склонов и долин рек. На водно-ледниковых равнинах вследс­твие слабого развития склоновых процессов преобладает ячеистая пространственная структура ландшафтов смешанных лесов.

Сопряженный анализ результатов ландшафтного картографирования и процессов хозяйственного освоения позволил выделить 5 типов агроландшафтов.

Агрогеосистемы луговых степей с доминированием в структуре почвенного покрова черноземов оподзоленных, черноземов выщелоченных, лугово-черноземных. Перечисленные почвы, являясь лучшими пахотными почвами, пригодны для возделывания практически всех районированных для республики культур. Агрогеосистемы  образуют  первый тип зоны, «особо ценные» – сельскохозяйственные земли со значением зернового эквивалента, превышающим среднее по республике на 30 %; в данной зоне возможно размещение любых сельскохозяйственных угодий.

В морфологической структуре ландшафтов проявляется склоновая микрозональность. На возвышенных приводораздельных пространствах и пологих склонах различных экспозиций распространены оподзоленные черноземы, а на нижних частях и шлейфах склонов – выщелоченные черноземы и лугово-черноземные почвы. В таком сочетании чаще всего они встречаются в границах одного севооборотного массива, а практически в границах большинства полей, имеющих размеры более 100–150 га.

Анализ рукописных карт генерального межевания земель и других исторических источников показывает, что агрогеосистемы функционируют не менее 300 лет и обладают наиболее высоким потенциальным плодородием. Мощность гумусового горизонта составляет не менее 45–50 см.  Среди черноземов доминируют среднегумусные (6,0–8,0 % гумуса) виды. Запасы гумуса в пахотном слое 150–180, общего азота – 7,5–10 т/га. Состав гумуса характеризуется преобладанием гуминовых кислот. Почвы характеризуются высокой емкостью поглощения (28–45 мг/экв на 100 г. почвы) и значительной гидролитической кислотностью (3–7 мг/экв на 100 г почвы). В составе поглощенных катионов преобладают Са и Мg при соотношении от 3:1 до 5:1. Степень насыщенности основаниями составляет 85–95 %. Обеспеченность подвижным фосфором преимущественно низкая и средняя для зерновых и низкая для пропашных культур (5–10 мг на 100 г почвы), а обменным калием – средняя и высокая для зерновых, преимущественно средняя для пропашных (12—25 мг на 100 г почвы).

Равновесная плотность в пахотном слое составляет 0,95–1,25 г/см³.Запасы продуктивной влаги в слое 0–20 см составляют 320–430 м³/га. Почвы достаточно водопроницаемы и отличаются противоэрозионной устойчивостью. Все это позволяет считать их агрофизические свойства вполне удовлетворительными.

Агрогеосистемы могут быть использованы наиболее интенсивно в полевых, кормовых и специальных технических севооборотах. Насыщенность зерновыми и зернобобовыми можно довести до 70–80 % при условии слабой засоренности полей. В свеклосеющих районах удельный вес сахарной свеклы может быть доведен до 20–30 %, а в картофелеводческих хозяйствах доля картофеля в специальных севооборотах может составлять 50 % севооборотной площади. Важным вопросом в системе севоооборотов на этих почвах является обоснование предшественников. Особое внимание следует уделять озимой пшенице, ячменю, гороху, сахарной свекле, картофелю и кукурузе.

Неустойчивая урожайность связана в основном с нерегулярным и ограниченным обеспечением растений влагой. Причем дефицит ее связан не с абсолютным недостатком влаги (среднее годовое количество осадков может достигать 500–550 мм), а с часто повторяющимися в весенне-летнее время засухами и суховеями, выпадением летних осадков в виде ливней большой интенсивности. В накоплении влаги в почве основное внимание следует уделять задержанию зимних осадков.

Агрогеосистемы лесостепи краевых частей вторичных моренных равнин с выщелоченными и оподзоленными черноземами, темно-серыми лесными супесчаными и легкосуглннистыми почвами. Агрогеосистемы формируют второй тип зоны – «средние и выше среднего». Почвы характеризуются меньшей гумусированностью по сравнению с черноземами 1 зоны.  Не высокое содержание гумуса, пониженное содержание элементов питания растений, слабая оструктуренность и распыленность обработкой пахотного слоя заметно понизили бонитет почв этой группы, однако они также пригодны для возделывания всех районированных в республике культур. Для повышения плодородия почв необходимо учитывать, прежде всего, их агрофизические особенности. В результате облегченного механического состава почвы быстрее прогреваются и достигают физической спелости, поэтому к их обработке весной можно приступить на 7–10 дней раньше. Почвы подвержены сильному и быстрому иссушению. В силу лучшей аэрации минерализация гумуса происходит быстрее, поэтому для поддержания положительного баланса требуется внесение не менее 15 т/га органических удобрений.

Агрогеосистемы широколиственных лесов приводораздельных пространств вторичных моренных равнин с серыми и светло-серыми лесными среднесуглинистыми, тяжелосуглинистыми и глинистыми почвами. Земледельческое освоение геосистем развивается со второй половины XIX в. Агрогеосистемы образуют третью зону, «ниже среднего» – сельскохозяйственные земли имеют значение зернового эквивалента ниже среднего менее, чем на 30 %.

Мощность гумусового горизонта для почв данной группы агроландшафтов варьирует в пределах 15–22 см, а содержание гумуса – 1,9–3,7 %. Запасы гумуса в пахотном слое светло-серых лесных – 50–70, серых лесных почв – 60–100 т/га. Запасы азота в пахотном слое от 2,5 до 5,0 т/га. По сравнению с черноземами, почвы обладают гораздо более слабой способностью к нитрификации, и содержание нитратов, даже в чистых парах, перед посевом озимых культур бывает недостаточным. Острый недостаток азота отмечается весной, перед посевом большинства ранних яровых культур, что следует обязательно учитывать при составлении системы удобрений. Сумма поглощенных оснований составляет 8–18 мг/экв на 100 г почвы. Гидролитическая кислотность варьирует от 3 до 5 мг/экв на 100 г почвы. Степень насыщенности основаниями составляет 50–75 процентов. Реакция почвенного раствора преимущественно среднекислая со значением рН солевой от 4,5 до 5,0. Преобладающая часть почв низко обеспечена фосфором, обеспеченность калием характеризуется в основном как средняя по зерновым и составляет 10–15 мг на 100 г почвы.

Почвы агроландшафта отличаются неблагоприятными агрофизическими свойствами. Объемная масса пахотного слоя колеблется в пределах 1,26–1,49 г/см³, общая порозность – не выше 45–52 %. Запасы продуктивной влаги в слое 0–20 см составляют 300–400 м³/га, в активном полуметровом слое – 700–800 м³/га. Водопроницаемость – 40–50 мм/час. Почвы способны впитывать осадки сильных дождей интенсивностью 0,5–1,0 мм/мин на протяжении всего 2–3 часов. Дальнейшее поступление влаги или же ливневые осадки интенсивностью выше 2 мм/мин приводит к перенасыщению верхнего, особенно пахотного, горизонта, так как он, как правило, подстилается «плужной подошвой» мощностью до 3–5 см, и развитию поверхностного стока.

По совокупности природных свойств почвы наиболее пригодны для возделывания зерновых культур, картофеля, однолетних и многолетних трав. Большое значение для подъема плодородия почв имеет создание мощного окультуренного пахотного слоя, который создается путем припашки на 3–5 см подпахотного горизонта. Так как последний заметно оподзолен, характеризуется кислой реакцией, слабой подвижностью питательных веществ и низкой гумусностью, углубление пахотного слоя с 18 до 27 см следует проводить в несколько приемов и преимущественно во время капитального ремонта полей в чистых парах, т. е. на фоне повышенных доз органических и минеральных удобрений при обязательном известковании и фосфоритовании.

Агрогеосистемы широколиственных лесов эрозионно-денудационных равнин с серыми лесными щебнистыми почвами. Природное плодородие почв заметно понижено, так как основная масса их представлена среднеэродированными видами, для которых характерна большая потеря гумуса и питательных веществ. В системе удобрений зерно-травяных севооборотов большое внимание должно уделяться органическим и сидеральным удобрениям, обязательному известкованию, использованию фосфоритной муки. Почвы группы пригодны лишь для возделывания зерновых культур сплошного сева, однолетних и многолетних трав. Почвы четвертой зоны – «малопродуктивные» имеют значение зернового эквивалента ниже среднего. Агрогеосистемы  реко­мендуется использовать в основном под размещение кормовых угодий.

Агрогеосистемы смешанных лесов водно-ледниковых равнин с серыми, светло-серыми лесными и дерново-подзолистыми почвами супесчанного и легкосуглинистого механического состава. Сельскохозяйственное освоение носит очаговый выборочный характер. Доминирующие почвы агроландшафта характеризуются низким содержанием гумуса и питательных веществ, низкой буферностью как в кислом, так и в щелочном интервалах. В связи с легким механическим составом почвы легки в обработке. Почвы бедны не только азотом и фосфором, но и обменным калием, что особенно следует учесть при возделывании калиефильных культур (картофель и др.). Пониженное содержание обменного магния делает предпочтительным использование в качестве известкового материала доломитовой муки.

Агрогеосистемы смешанных и хвойных лесов с дерново-подзолистыми почвами легкого механического состава и слабогумусированные пески. Мощность гумусового горизонта в среднем 12–17 см, содержание гумуса –  до 1,7 процента, его запасы в пахотном слое – 18–50 т/га. Содержание азота, фосфора и калия – низкое и очень низкое. Реакция почвенного раствора – среднекислая (рН – 4,3–5,0), сумма поглощенных оснований – 2,0–5,0 мг/экв на 100 г почвы, величина гидролитической кислотности – 1,5–2,5 мг/экв. Почвы группы не насыщены основаниями и характеризуются крайне низкой буферностью в кислом и щелочном интервалах. Пахотный слой бесструктурен, имеет повышенную объемную массу (1,3–1,5 г/см³), низкие порозность (43–47 процентов), влагоемкость, диапазон активной влаги.

В комплексе мероприятий по повышению плодородия почв основное внимание должно быть обращено на резкое обогащение их органическим веществом, нейтрализацию кислотности и внесение полного минерального удобрения. В связи с низкой буферностью лучшими из азотных удобрений будут физиологически нейтральные и щелочные. Из фосфорных удобрений на почвах этой группы предпочтительнее суперфосфат, а лучшим известковым материалом служит доломитовая мука, содержащая магний. Для всех видов органических удобрений рекомендуется обязательная разноглубинная заделка. В связи с широким распространением торфяников в зоне почв этой группы самое широкое применение должны найти торфонавозные компосты.

Выполнение требований воспроизводства плодородия почв агрогеосистем, возможно в рамках действия сельскохозяйственного, а точнее землеустроительного регламента, который разрабатывается для каждой выделенной территориальной зоны и формируется на основе данных: целевое назначе­ние (категория земель), функциональное назначение (вид угодья) и разрешенное использование (регламент). Агрогеосистемы выполняют важные ландшафтно-экологические функции по минимизации развития экзогенных процессов, стабилизации водного баланса территории, сохранения биологического разнообразия.

Список литературы / References

1. Ямашкин А.А. Структура региональной ГИС для целей ландшафтного планирования / А.А. Ямашкин, С.А. Ямашкин // Известия Смоленского государственного университета. 2014. № 4 (28) С. 305–314.
2. Ямашкин А.А. Ландшафтно-экологическое планирование системы ООПТ Пензенской области / А.А. Ямашкин, Л.А. Новикова, С.А. Ямашкин, Е.Ю. Яковлев, О.М. Уханова // Вестник Удмуртского университета. 2015. № 5-1. С. 24-33.
3. Ямашкин А.А. Пространственная модель ландшафтов западных склонов Приволжской возвышенности / А.А. Ямашкин, Л.А. Новикова, С.А. Ямашкин, Е.Ю. Яковлев,  О.М. Уханова // Вестник Удмуртского университета. Сер. Биология. Науки о Земле. 2015 Вып. 3. С. 124-132.
4. Ямашкин А. А. Геоэкологический анализ процесса хозяйственного освоения ландшафтов Мордовии. – Саранск: Изд-во Мордов. ун-та. 2001. – 232 с.
5. Ямашкин А.А. Геоэкологические исследования процессов хозяйственного освоения ландшафтов (на примере Республики Мордовия). Автореф. … докт. геогр. наук. – Воронеж, 1999. –33 с.
6. Ямашкин А. А. Электронная ландшафтная карта как инструмент ландшафтного планирования / А. А. Ямашкин, В. Н. Масляев // Ландшафтоведение: теория, методы, региональные исследования, практика: материалы XI Международной ландшафтной конференции, 22–25 августа 2006 г. – М. : географический факультет МГУ, 2006. – С. 707–710

Список литературы на английском языке / References in English

1. Yamashkin A.A. Struktura regionalnoj GIS dlja celej landshaftnogo planirovanija [The structure of the regional GIS for the purposes of landscape planning] / A.A. Yamashkin, S.A. Yamashkin // Izvestija Smolenskogo gosudarstvennogo universiteta [Smolensk State University Bulletin]. № 4 (28) P. 305–314. [in Russian]
2. Yamashkin A.A. Landshaftno-jekologicheskoe planirovanie sistemy OOPT Penzenskoj oblasti [Landscape-ecological planning of the PA system in the Penza region] / A.A. Yamashkin, L.A. Novikova, S.A. Yamashkin, E.J. Jakovlev, O.M. Uhanova // Vestnik Udmurtskogo universiteta [Bulletin of the Udmurt University]. № 5-1. P. 24-33. [in Russian]
3. Yamashkin A.A. Prostranstvennaja model landshaftov zapadnyh sklonov Privolzhskoj vozvyshennosti [Spatial model of landscapes of the western slopes of the Volga Upland] / A.A. Yamashkin, L.A. Novikova, S.A. Yamashkin, E.J. Jakovlev, M. Uhanova // Vestnik Udmurtskogo universiteta. Ser. Biologija. Nauki o Zemle [Bulletin of the Udmurt University. Ser. Biology. Earth sciences]. 2015 №. 3. P. 124-132. [in Russian]
4. Yamashkin A. A. Geojekologicheskij analiz processa hozjajstvennogo osvoenija landshaftov Mordovii [Geoecological analysis of the process of economic development of the landscapes of Mordovia]. – Saransk: MRSU Publishing House. – 232 p. [in Russian]
5. Yamashkin A.A. Geojekologicheskie issledovanija processov hozjajstvennogo osvoenija landshaftov (na primere Respubliki Mordovija) [Geoecological studies of the processes of economic development of landscapes (on the example of the Republic of Mordovia)]. Author’s abstract. … of PhD in Geography. – Voronezh, 1999. – 33 p. [in Russian]
6. Yamashkin A. A. Jelektronnaja landshaftnaja karta kak instrument landshaftnogo planirovanija [Electronic landscape map as an instrument of landscape planning] / A. A. Yamashkin, V. N. Masljaev // Landshaftovedenie: teorija, metody, regionalnye issledovanija, praktika: materialy XI Mezhdunarodnoj landshaftnoj konferencii, 22–25 avgusta 2006 [Landscape science: theory, methods, regional studies, practice: materials of the XI International Landscape Conference, August 22-25, 2006]. – M. : geograficheskij fakultet MGU, 2006. – P. 707–710. [in Russian]