CC BY
22
УДК 502/504 : 631.432.22
В. В. ШАБАНОВ, А. Д. СОЛОШЕНКОВ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Российский государственный аграрный университет — МСХА имени К. А. Тимирязева», г. Москва
ДИФФЕРЕНЦИАЦИЯ ТИПОВ УВЛАЖНЕНИЯ ПО КАТЕНЕ ДЛЯ РАЦИОНАЛЬНОГО РАЗМЕЩЕНИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ КУЛЬТУР И ПЛАНИРОВАНИЯ МЕЛИОРАТИВНЫХ ВОЗДЕЙСТВИЙ
Дифференциация типов водного питания почв необходима , в первую очередь, для оптимизации сельскохозяйственного производства на мелиорируемых землях. Изучение распределения почвенной влаги в пространстве и во времени позволяет адекватно планировать и осуществлять управляющие воздействия. Целью работы является подтверждение универсальности пространственно-временной упорядоченности распределения почвенной влаги по катене, на примере Псковской и Московской областей. В работе показано, что изменение содержания влаги в почве по агрогидро-логическим районам, происходит по ранее обоснованному принципу. Для подтверждения предлагаемой ранее авторами дифференциации проводится картирование данных многолетних запасов продуктивной влаги в почве под яровыми и озимыми культурами. На основе экспериментальных данных подтверждены установленные ранее последовательности размещения агрогидрологических районов и типов водного питания почв по катене. Показано, что картографический подход к визуализации больших данных по содержанию влаги в почве облегчает планирование (прогнозирование) размещения сельскохозяйственных культур на различных элементах ландшафта. Сделан вывод, что закономерность расположения агрогидрологических районов по катене, установленные раннее, сохраняется в Псковской и Московской областях. Содержание продуктивных влагозапасов в почве по агрогидрологическим районам закономерно уменьшается от агрогидрологического района «Обводнение» (ОБВ) к последующим. На основании этой информации можно планировать размещение сельскохозяйственной культуры именно на том ландшафтном элементе, где продолжительность благоприятных условий будет максимальной. Вместе с тем, карта распределения влагозапасов во времени и в ландшафтном пространстве дает возможность определять периоды неоптимальных условий (почвенного переувлажнения или засухи) и планировать возможные мелиоративные мероприятия.
Дифференциация типов водного питания, обоснование необходимости мелиорации, агрогидрологические районы и их характеристики, продуктивные влагозапасы, ландшафтная катена, закономерность изменения влагозапасов по катене, оптимальное распределение культур в ландшафте, Псковская область, Московская область.
Дифференциация типов водного питания, обоснование необходимости мелиорации, агрогидрологические районы и их характеристики, продуктивные влагозапасы, ландшафтная катена, закономерность изменения влагозапасов по катене, оптимальное распределение культур в ландшафте, Псковская область, Московская область.
В работе «Дифференциация типов увлажнения и типов водного питания почв по катене» [1] был установлен закономерный порядок расположения агрогидроло-гических районов по катене. Для проверки соблюдения данной последовательности на катенах различных областей, в этой статье,
проанализированы данные по Псковской и Московской областям.
В рамках данного исследования предложен метод анализа данных по многолетним запасам продуктивной влаги в почве на конец декады под озимыми зерновыми культурами по занятому пару и непаровым предшественникам, а также под ранними яровыми зерновыми культурами Псковской и Московской областей (средние значения по агрогидрологическим районам [2]). Данные представлены в таблицах 1 и 2.
Предполагается, что агрогидроло-гические районы в Псковской и Московской областях расположены по ранее
3' 2016
Таблица 1
Многолетние запасы продуктивной влаги (мм) в почве на конец декады под озимыми зерновыми культурами по занятому пару и непаровым предшественникам, средние по
агрогидрологическим районам
Псковская область Московская область
ОБВ МКУ ПКУ ОБВ МКУ ПКУ ВИУ КППВ ПВП
III 3 260 236 214 238 243 198 195 214 173
1 258 231 209 238 232 194 192 208 170
IV 2 244 219 198 225 220 188 190 197 161
3 235 210 190 216 211 180 182 189 154
1 225 203 184 204 202 170 173 177 141
V 2 215 197 178 193 191 159 164 166 128
3 206 190 171 181 178 149 154 154 110
1 194 175 155 167 159 136 141 141 97
VI 2 182 159 139 152 140 123 129 128 94
3 170 144 122 138 121 110 117 114 90
1 167 140 119 139 121 112 116 107 94
VII 2 164 136 117 141 120 113 115 105 94
3 162 132 116 142 120 114 114 94 98
1 188 150 138 165 136 118 127 138 123
VIII 2 188 151 140 166 137 119 129 139 125
3 189 152 141 167 137 120 130 139 126
1 195 157 143 169 145 125 137 144 126
IX 2 200 164 144 170 153 131 138 145 126
3 205 166 146 172 161 136 142 149 126
1 213 171 153 180 167 144 149 150 132
X 2 221 176 160 188 173 152 152 151 138
3 228 182 168 196 179 161 159 152 144
Таблица 2
Многолетние запасы продуктивной влаги (мм) в почве на конец декады под ранними яровыми зерновыми культурами средние, по агрогидрологическим районам
Псковская область Московская область
Декада ОБВ МКУ ПКУ ОБВ МКУ ПКУ ВИУ КППВ ПВП
III 3 255 227 207 236 218 207 183 202 160
1 245 219 199 226 210 199 177 195 156
IV 2 240 214 194 221 205 194 174 190 155
3 235 209 190 216 200 190 170 186 152
1 228 202 183 208 193 183 161 180 145
V 2 224 192 174 198 183 173 152 159 136
3 219 188 151 194 173 170 140 149 134
1 208 174 136 181 169 156 130 137 125
VI 2 190 164 133 175 158 150 119 120 118
3 179 149 130 170 149 143 110 109 110
ь 177 145 125 168 145 138 105 103 105
VII 2 167 137 117 164 137 133 102 100 90
3 161 130 110 150 135 128 98 97 86
обоснованному порядку: 1. ОБВ (тип -Обводнение); 2. МКУ (тип - Максимального капиллярного увлажнения); 3. ПКУ (тип - Периодического капиллярного увлажнения); 4.ВИУ (тип - Временно-избыточного увлажнения); 5. КППВ (тип увлажнения капиллярно-подвешенной и капиллярно-подперто-подвешенной влагой); 6. ПВП (тип полного весеннего промачивания); 7. УВП (тип умеренного весеннего промачи-вания); 8. СВП (тип слабого весеннего промачивания); 9. ОСВП (тип очень слабого весеннего промачивания) [2, 3].
3' 2016
Из данных, приведенных в таблицах, получены диапазоны изменения продуктивных влагозапасов по агрогидрологическим районам (рисунок 1а-г). Иллюстрации показывают, что содержание продуктивных влагозапасов в почвепо агрогидроло-гическим районам закономерно убывает от агрогидрологического района «Обводнение» к последующим. Это подтверждает ранее установленную закономерность для Смоленской области [4] о последовательной упорядоченности агрогидрологиче-ских районов по катене.
300
200
100
300 т
200
100
ОБВ
МКУ
ПКУ
ОБВ
МКУ б
ПКУ ВИУ кппв пвп
МКУ г
Рис. 1. Диапазоны изменения многолетних запасов продуктивной влаги (мм) в почве на конец декады: а, б - под озимыми зерновыми культурами по занятому пару и непаровым предшественникам; в, г - под ранними яровыми зерновыми культурами) с линиями тренда; а, в - для Псковской области; б, г - для Московской
а
в
Для более детального анализа областям были построены карты агроги-пространственно-временного распреде- дрологического распределения продуктив-ления продуктивных влагозапасов по ных влагозапасов во времени (рис. 2а-г).
ОБВ МКУ ПКУ ОБВ МКУ ПКУ ВИУ КППВ Г1ВП ОКВ МКУ ПКУ ОБВ МКУ ПКУ ВИУ кппв пвп
Рис. 2. Карты изменения многолетних запасов продуктивной влаги (мм) в почве на конец декады: а, б - под озимыми зерновыми культурами по занятому пару и непаровым предшественникам; в, г - под ранними яровыми зерновыми культурами; а, в - для Псковской области; б, г - для Московской (обозначения см. в табл. 1-2)
3' 2016
На этих картах по оси абсцисс расположены названия агрогидрологиче-ских районов, соответствующие определенным элементам ландшафтной катены [1].
По оси ординат - время в декадах. Изолинии продуктивных влагозапасов на картах показывают, как изменяется влажность во времени и пространстве под озимыми и яровыми культурами при различном сельскохозяйственном использовании. На рисунке 2а влажность на нижних элементах катены сначала закономерно уменьшается, а затем, к осени, растет. При рассмотрении не только нижних, но и более «высоких»
ландшафтных элементов (рис. 2б), пространство с невысокими влажностями увеличивается, особенно на верхних элементах рельефа (АГР - ПВП. КППВ. ВИУ). Минимальная влажность (диапазон 0...100 мм) наблюдается в агрогидрологических районах ПВП и КППВ в период с первой декады июня до третьей декады июля. На рисунках 2в и 2г картина аналогична, разница состоит в том, что шкала времени «укороченная» (яровые культуры). Проведенный анализ подтверждает эффективность ландшафтного подхода, предложенного А.И. Головановым и Ю.И. Сухаревым [5, 6].
Таблица 3
Соответствие агрогидрологических районов ландшафтным элементам
1. ОБВ Грунтовый тип водного питания, нижний элемент ландшафта. Пойменные или суперакваль-ные фации.
2. МКУ Грунтовый тип водного питания, нижний элемент ландшафта. Пойменные или суперакваль-ные фации.
3. ПКУ Грунтово-склоновый тип водного питания, нижний элемент ландшафта. Супераквальные фации.
4. ВИУ При нулевом уклоне - атмосферный тип водного питания, иначе - склоновый, средние элементы ландшафта. Трансаккумулятивные фации.
5. КППВ При нулевом уклоне - атмосферный тип водного питания, иначе - склоновый, средние элементы ландшафта. Трансаккумулятивные или трансэлювильные фации.
6. ПВП При нулевом уклоне - атмосферный тип водного питания, иначе - склоновый, средние элементы ландшафта. Трансаккумулятивные или трансэлювильные фации.
7. УВП Атмосферный тип водного питания, верхние элементы ландшафта. Элювиальные или аккумулятивно-элювиальные фации.
8. СВП Атмосферный тип водного питания. верхние элементы ландшафта. Элювиальные или аккумулятивно-элювиальные фации.
9. ОСВП Атмосферный тип водного питания. верхние элементы ландшафта. Элювиальные или аккумулятивно-элювиальные фации.
Имея такие карты можно нанести на них оптимальные диапазоны для данной культуры и посмотреть на каких элементах рельефа будут создаваться наиболее благоприятные условия для роста и развития растений. В связи с «трехмерностью» карты, благоприятные условия можно районировать не только в пространстве, но и во времени.
Такая попытка продемонстрирована на рисунке 2. Справа от рисунка показаны две шкалы - градация влажности и оптимальный диапазон влажности для данной культуры (Ж^П . . . "ЖЛаХ). Нанеся изолинии оптимального диапазона на карты изменения влагозапасов, можно получить пространственно-временное
представление зоны оптимальных условий в данном районе.
Оптимальный диапазон для яровой пшеницы (год 50 % обеспеченности) Ж°пт Ж°пт = 0 4 0 67 ПВ
кг шп- " шах I
Для средних, по механическому составу, грунтов оптимальный диапазон влажности можно принять равным ЖГп... = 100...168 мм.
Нанеся этот диапазон на карту изменения влагозапасов по времени для различных элементов ландшафта, можно видеть, что оптимальные условия для выращивания пшеницы создаются в средних и высоких ландшафтных элементах (агроги-дрологические районы - ПВП, КППВ, ВИУ).
На основании этой информации можно планировать размещение сельскохозяйственной культуры именно на том ландшафтном элементе, где продолжительность благоприятных условий будет максимальной. Вместе с тем, карта распределения влагозапасов во времени и в ландшафтном пространстве дает возможность определять периоды неоптимальных условий (почвенного переувлажнения или
засухи) и планировать возможные мелиоративные мероприятия.
Выводы
Закономерность расположения агроги-дрологических районов по катене, установленные раннее, сохраняется в Псковской и Московской областях.
Содержание продуктивных влагоза-пасов в почве по агрогидрологическим районам закономерно уменьшается от агрогидрологического района «Обводнение» (ОБВ) к последующим.
Ландшафтно-картографический подход к визуализации больших данных, по содержанию влаги в почве,облегчает планирование (прогнозирование) размещения сельскохозяйственных культур с учетом ландшафтного фактора и водноме-лиоративных мероприятий.
Библиографический список
1. Шабанов В. В. Солошенков А. Д.
Дифференциация типов увлажнения и типов водного питания почв по катене // Природо-обустройство. - 2016. - № 1. - С. 97-101.
2. Средние многолетние запасы продуктивной влаги под озимыми и ранними яровыми зерновыми культурами по областям, краям, республикам и экономическим районам: справочник, том 1: Европейская часть СССР. - Ленинград: Гидрометеоиздат, 1986. - С. 38-76.
3. Кельчевская Л. С. Влажность почв Европейской части СССР. - Ленинград:
Гидрометеоиздат, 1983.
4. Шабанов В. В. Солошенков А. Д.
Взаимосвязь типов увлажнения ландшафтной катены // Проблемы управления водными и земельными ресурсами: материалы междунар. науч. форума. -М.: Издательство РГАУ-МСХА, 2015. - С. 104-110.
5. Мелиорация земель: учебник / А. И. Голованов, И. П. Айдаров, М. С. Григоров [и др.].- М.: КолосС, 2011. - 824 с.
Материал поступил в редакцию 15.04.2016.
Сведения об авторах
Шабанов Виталий Владимирович доктор технических наук, профессор кафедры «Мелиорация и рекультивация земель»; Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Российский государственный аграрный университет - МСХА имени К. А. Тимирязева»; 127550,г. Москва, ул. Большая Академическая, 44; e-mail: [email protected].
Солошенков Александр Дмитриевич, магистрант; Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Российский государственный аграрный университет -МСХА имени К. А. Тимирязева»; 127550, г. Москва, ул. Большая Академическая, 44; тел.: +7-916-429-91-13; e-mail: aleksandr_ [email protected].
V. V. SHABANOV, A. D. SOLOSHENKOV
Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education «Russian Timiryazev State Agrarian University», Moscow
DIFFERENTIATION OF MOISTENING TYPES ON THE CATENA FOR THE RATIONAL PLACING OF AGRICULTURAL CROPS AND PLANNING OF RECLAMATION ACTIONS
Differentiation of soil types of water supply is necessary, in the first place to optimize agricultural production on the reclaimed land. Studying of the distribution of soil moisture in space and time allows adequately plan and implement control actions. The aim of the work is to confirm the universality of the space-time order of distribution of soil moisture on the catena, by the example of the Pskov and Moscow regions. The change in moisture content in the soil according to agro hydrological areas occurs in accordance with the earlier grounded principle. To confirm the earlier proposed by the authors' differentiation the data mapping is carried out of long-term reserves of productive moisture in the soil under spring and winter crops. Based on the experimental data the established sequences of placing agro hydrological areas and types of water supply on the catena are confirmed. It is shown that the mapping approach to visualization of great data on the content of moisture in the soil facilitates planning (forecasting) of placement agricultural crops on different elements of the landscape. There is made a conclusion that regularity of placing agro hydrological regions on catena established earlier continues to be in the Pskov and Moscow regions. The content of
108 3' 2016
nPMPOflOOEyCTPOfiCTBO
productive water stocks on the soil on agro hydraulic regions is naturally decreased from the agro hydrological region «Оbvodnenie» (ОBV) to the next ones. Based on this information it is possible to plan placing of agricultural crops exactly on the same landscape element where the duration of favorable conditions will be maximal. However, the map of moisture distribution in time and landscape space allows determining periods of non-optimal conditions (soil over wetting or drought) and planning possible land reclamation activities.
Differentiation of types of water feeding, substantiation of the necessity of land reclamation, agro hydrological regions and their characteristics, productive moisture reserves, landscape catena, regularity of changing of moisture reserves on the catena, optimal crops distribution in the landscape, the Pskov region, the Moscow region.
References
1. Shabanov V. V., Soloshenkov A.
D. Differentsiatsiya tipov uvlazhneniyai tipov vodnogo pitaniya pochv po katene / Prirodoobustrojstvo. - 2016. - J№ 1. - S. 97-101.
2. Srednie mnogoletnie zapasy productivnoj vlagi pod ozimymi i rannimi yarovymi zernovymi culjturami po oblastyam, krayam, rspublikam i economicheskim rajonam: spravochnik, Tom 1: Evropejskaya chastj SSSR. - Leningrad: Gidrometeoizdat, 1986. - S. 38-76.
3.Keljchevskaya L. S. Vlazhnostj pochv Evropejskoj chastj SSSR. - Leningrad: Gidrometeoizdat, 1983.
4. Shabanov V. V., Soloshenkov A. D. Vzaimosvyazj tipov uvlazhneniya landshaftnoj cateny // Problemy upravleniya vodnymi i zemeljnymi resursami: materialy mezhdunar. Nauch, foruma. -M.: Izdateljstvo RGAU-MSHA, 2015. - S. 104-110.
5. Melioratsiya zemelj: uchebnik / A. I. Golovanov, I. P. Aidarov, M. S. Frigorov [and others.].- M.: KolosS, 2011. - 824 s.
Received on 15.04.2016.
Information about the authors Shabanov Vitalij Vladimirovich, doctor of technical sciences, professor of thechair «Lands reclamation and recultivation»; Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education «Russian Timiryazev State Agrarian University»; 127550, Moscow, ul. Boljshaya Academicheskaya, 44; e-mail: [email protected].
Soloshenkov Alexander Dmitrievich, undergraduate; Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education «Russian Timiryazev State Agrarian University»; 127550, Moscow, ul. Boljshaya Academicheskaya, 44; tel.: +7-916-429-9113; e-mail: [email protected].
