CC BY
44
УДК 528.91:631.51.021
ПРИМЕНЕНИЕ ГИС ДЛЯ ВЫБОРА ПРИЕМА ОСНОВНОЙ ОБРАБОТКИ ПОЧВЫ
В.К. КАЛИЧКИН, доктор сельскохозяйственных наук, зав. лабораторией
А.И. ПАВЛОВА, кандидат технических наук, старший научный сотрудник
Сибирский НИИ земледелия и химизации сельского хозяйства
E-mail: [email protected]
Резюме. Рассмотрен алгоритм выбора основной (зяблевой) обработки почвы. Компьютерная программа в ГИС-среде позволяет в автоматизированном режиме осуществить выбор приема обработки почвы на основе балльной оценки ведущих агроэкологических факторов и условий.
Ключевые слова: приемы обработки почвы, агроэко-логические факторы, ГИС, земельные участки, интегрированная картография, электронные карты, геоин-формационное моделирование.
Основная (зяблевая) обработка почвы оказывает существенное воздействие на агроэкологичес-кое состояние поля (вод-но-воздушный и питательный режим почвы, количество и видовой состав сорняков и вредных организмов, эрозионную обстановку) и через это влияет на конечную цель — урожайность культур.
Исследования Сибирского НИИ земледелия и химизации сельского хозяйства (СибНИИЗХим) в различных почвенно-кли-матических условиях Западной Сибири, а также обобщение материалов других НИИ региона показывают, что на этой территории наиболее эффективна адаптивно-комби-нированная система основной обработки почвы в севообороте. Она подразумевает использование различных приемов обработки почвы под конкретные сельскохозяйственные культуры не по жесткой схеме, а с учетом фак-
тического агроэкологического состояния земель, которое зависит от уровня агротехники и погодных условий текущего полевого сезона [1].
Оптимизация основной обработки почвы заключается в том, чтобы при минимальных материальных затратах, используя природные ресурсы и средства интенсификации, получить максимально возможный урожай в соответствии с конкретными природными условиями сельскохозяйственного года.
Цель нашей работы — изучить возможности применения ГИС для создания автоматизированной системы принятия управленческих решений агрономом-технологом по выбору приема основной обработки почвы.
Алгоритм выбора приема основной обработки почвы разработан группой авторов и изложен в рекомендациях [2]. Суть его заключается в том, что выбор осуществляется по результатам диагностики поля в текущем году после уборки культуры (с учетом про-
Таблица. Матрица оценки приемов основной (зяблевой) обработки почвы по
агроэкологическим < >акторам, баллы[2]
Факторы Градация факторов Прием*
в БР I МП н
Плакорные земли (не подверженные ветровой и водной эрозии)
Предшественники однолетние культуры - - - -
Засоренность многолетние травы малозасоренные или применение 5 1 1 1
химпрополки - - - -
засоренные многолетними сорняками засоренные малолетними и много- 5 5 1 1
летними сорняками 5 1 1 1
Свойства пахотного оструктуренные не заплывающие 1 1 3 5
слоя почвы заплывающие, солонцеватые 1 5 3 1
Запасы влаги повышенные 1 1 3 5
в почве пониженные 1 5 3 1
Запасы нитратов повышенные 1 1 3 5
в почве пониженные 1 5 3 1
Осенне-зимне-ве- повышенное 1 1 3 5
сеннее увлажнение пониженное 1 5 3 1
Увлажнение вегета- повышенное 1 5 3 1
ционного периода пониженное 1 1 Дефляционноопасные (подверженные ветровой эрозии) 3 5
Предшественники однолетние культуры - - - -
Засоренность многолетние травы малозасоренные или применение 5 1 1 1
химпрополки 1 1 3 5
засоренные многолетними сорняками засоренные малолетними и много- 1 5 1 1
летними сорняками 1 3 5 1
Гранулометриче- супесь и легкий суглинок 1 1 5 5
ский состав средний и тяжелый суглинок 1 5 3 3
Солонцеватость незасоленные - - - -
солонцеватые 1 5 Эрозионноопасные (подверженные водной эрозии) 1 1
Предшественники однолетние культуры 1 5 1 1
многолетние травы 5 1 1 1
*В-
нулевая.
вспашка, БР — безотвальное рыхление, МП— мелкая плоскорезная, Н -
гноза увлажнения) по комплексу агроэкологических факторов (см. табл.).
Оценка приема относительно одной конкретной комбинации агроэкологических факторов, складывающейся перед основной (зяблевой) обработкой почвы, осуществляется по формуле:
УБФ
СБ = ±*---,
п
где СБ—средний балл оценки приема, БФ—балл оценки приема по фактору, по 5-бальной шкале (5 баллов — лучший прием, 3 — возможный, 1 — худший), п — число факторов.
В качестве основных приемов приняты вспашка, глубокое безотвальное рыхление, мелкая плоскорезная и нулевая зяблевые обработки почвы.
На плакорных землях, не подверженных эрозии, выбор приема осуществляется по 7 факторам. С учетом их градаций формируется 194 комбинации, из которых 96 вариантов после многолетних трав и 34 варианта после однолетних культур оцениваются по одному фактору (первому), засоренные малолетними или многолетними сорняками и заплывающие солонцеватые почвы — по двум факторам. Земли после однолетних предшественников, засоренные многолетними сорняками (32 комбинации), также не требуют оценки приема обработки почвы относительно других пяти факторов. Такие угодья подлежат глубокому безотвальному рыхлению или вспашке с глубоким подрезанием корневой системы.
После малозасоренных однолетних предшественников или при планируемом применении гербицидов (32 варианта) прием зяблевой обработ-
ки оценивается с учетом 5 факторов, из которых 3 характеризуют фактическое состояние почвы, а 2 — прогнозные.
На дефляционнопасных землях оценка проводится по 4 факторам. Всего формируется 24 комбинации агроэкологических факторов, из которых в 18 случаях требуется вспашка или безотвальное рыхление; в 6 случаях проводится оценка трех приемов мульчирующей обработки почвы, в том числе нулевой зяби.
На эрозионноопасных землях дифференциация приемов зяблевой обработки почвы зависит от предшественников. После многолетних трав проводится вспашка (полосами), после однолетних культур — глубокое безотвальное рыхление.
Для выбора приема обработки почвы в автоматизированном режиме разработана компьютерная программа «OBRABOTKA» на макроязыке программирования Visual Basic. Ее основная особенность — использование методов интегрированной картографии, основанных на реализации специального механизма управления объектами OLE (OLE automation), а также механизма динамического обмена данными DDE (Dynamic Data Exchange). Они дают возможность использовать геоинформацион-ное моделирование при работе с электронными картами. В программу внедрены основные функции ГИС — открытие электронной карты, изменение масштаба, просмотр семантической информации из базы данных, выбор объекта на карте и др.
В работе использовали одну из широко распространенных геоинформационных систем — ГИС
111*01 РАММА UBRAHIJTKA
(Файл Построенйтспыуклон» Выбор обработки почвы Сграека Огрограиие
с?1н!#ШБНОТ
: , * • ■. '• V- ■ ■ '■*. t'“’ . " 1 •: Уменьшить |
* I. ‘4 ” * Увеличить I
Л/*- . »чч\\ч\ \ . 1
дЧЧ\ЧЧ\* Переместить |
'«Ж 1
. • у'ул’ Выбрать объект 1
•*' • -\Vr' V у. не карте |
* , ■?, Информация I
/Мцу-Л ..tUV.i.- X
1* 134 4ii
тип:; полевой ! “
номер_полк I
/ ” / : номер_раб_уч ! 74
«| м>| Все] Учетом ^
Рис. 1. Основные функции ГИС для работы с электронными картами в программе «ОВИАВОТКА». Достижения науки и техники АПК, №3-2009 -------------------------------------
Maplnfo. При решении поставленной задачи возникает необходимость в создании ГИС-территории, отображающей изучаемый объект во внутренних БД. Эту проблему решали путем создания цифровой модели землепользования [3, 4]. Основными электронными картами служили топографическая, землеустройства и рельефа, которые использовали для вычисления площадей рабочих участков, длины периметров, а также при построении карты уклонов (рис. 1).
При разработке структуры БД учитывались возможности не только визуального отображения характеристик земельного участка, но и интегрирования исходных данных и результатов вычислительных операций в едином техническом комплексе ГИС и среды программирования Visual Basic, а также в других вспомогательных приложениях(например, Microsoft Word,
Microsoft Excel). В структуре БД ГИС выделены три основные категории параметров. Это данные, характеризующие земельный участок по пространственным показателям (площадь, периметр), идентификационным (номер поля, севооборота, рабочего участка), агроэко-логическим (перечисленные в табл., а также уклон местности). ГИС позволяют легко перестраивать семантические базы под конкретные специальные задачи, поэтому дальнейшее их наполнение не представляет большого труда.
Использование методов интегрированной картографии позволяет вычислять уклоны местности для земельных участков в программной среде «OBRABOTKA», что дает возможность косвенно оценить степень развития эрозионных процессов. С этой целью использовали одну из основных технологий геоинформационного моделирования — оверлейное наложение электронных карт рельефа и землеустройства.
После запуска программы активируется главное окно. При выборе пункта меню программы «Файл/ Открыть» открывается электронная карта землеустройства. При этом активируются кнопки работы с картой. Кнопка «Выбрать объект на карте» позволяет выбрать необходимый земельный участок. Кнопкой «Переместить» активируется функция ГИС — перемещение электронной карты. Для просмотра семантической информации о земельном участке необходимо использовать кнопку «Информация». Для удобства работы с программой «OBRABOTKA» со-
здана панель инструментов с изображением соответствующих кнопок.
Для вычисления уклонов необходимо использовать меню программы «Построение карты уклонов». С его помощью можно определять численные значения уклонов в относительных единицах, а также значения углов наклона рельефа на участке.
Меню программы «Выбор приема обработки» содержит три подменю «Выбор приема обработки для
неэродированных земель», «Выбор приема обработки почвы для дефляционоопасных земель», «Выбор приема обработки для эрозионоопасных земель».
Если земельный участок относится к неэрозио-ноопасным землям, пользователь устанавливает параметры по предшественникам, степени засоренности посевов, свойствам пахотного слоя почвы, запасам влаги и нитратов, увлажнению осенне-зимне-весеннего периода и за вегетацию (рис. 2). Для участков, подверженных ветровой эрозии, вводятся сведения по предшественникам, солонцеватости, засоренности, гранулометрическому составу. В случае проявления водной эрозии заносятся данные только по предшественникам.
После задания параметров агроэкологических факторов земельного участка выдается решение в виде совокупной оценки в баллах для каждого приема обработки почвы. Например, для участка № 74 при заданных параметрах наиболее предпочтительно безотвальное рыхление (3,1 балла, см. рис. 2), наименее приемлема в этом случае вспашка, получившая самую низкую оценку, — 1,4 балла.
Для отображения результатов работы программы предусмотрено меню, позволяющее сформировать отчет в Microsoft Word.
Таким образом, программа «OBRABOTKA» дает пользователю возможность анализировать в ГИС-
I П|1ИГ,' 4JI! и ) I (] і и) и; и ) н і ч г
Апшмшвмнм
| ОДИОЛвТНИе КУЛЬТУРЫ
-Зас«р«»«
Зммш нитратов в почм'
{засоренные ичоголвтиими сорняками
с|остр*)ктдоб1 ■ *>ю но заплывающие
”3 "З I
“3
Вматмтммргжпп:
W
Ушпшж.
ШМЦШМИМО ПфИОЛе -
ЯмютиДцим цммш обработки яоч
1-4 Вспашка
аі
2.3
Безотвальное рыхление Мелкая плоскорезная Нулевая
: . . СФор*чзоовп>огчат |
Рис. 2. Диалоговое окно работы программы «ОВЯАВОТКА» (для неэродированных земель).
среде в диалоговом режиме основные агроэкологи- основной обработки почвы. Она помогает агроному-
ческие факторы и условия (засоренность земель, технологу принять взвешенное решение по выбору
свойства пахотного слоя почвы, запасы влаги, запа- наиболее предпочтительного приема. Однако окон-
сы нитратов в почве, прогнозируемое осенне-зим- чательное решение остается за человеком, посколь-
не-весеннее увлажнение и увлажнение вегетацион- ку не все факторы и условия можно учесть и спрог-
ного периода), влияющие на эффективность приема нозировать с необходимой достоверностью.
Литература.
1. Власенко А.Н. Экологизация обработки почвы в Западной Сибири / А.Н. Власенко, Ю.П. Филимонов, В.К. Каличкин, Л.Н. Иодко, В.Т. Усолкин. — Новосибирск: РАСХН. Сиб. отд-ние, 2003. — 268с.
2. Каличкин В.К., Филимонов Ю.П., Иодко Л.Н. Выбор приема основной (зяблевой) обработки почвы по агроэкологическим факторам: Практическое пособие. — Новосибирск: РАСХН. Сиб. отд-ние, 2005. — 20 с.
3. Каличкин В.К., Ким А.Н. Применение ГИС-технологий для оценки -земель сельскохозяйственного назначения в системе государственного земельного кадастра // Земельный вестник России. — 2004. — № 2. — С. 56-61.
4. Ким А.Н. Оценка технологических свойств земельных участков с использованием ГИС-технологий //Материалы IV съезда Докучаев-ского общества почвоведов «Почвы. Национальное достояние России» 9-13 августа 2004 г. — Новосибирск: «Наука-центр», 2004. — С. 247.
5. Альт В.В., Каличкин В.К. Перспективные информационные технологии интенсификации сельского хозяйства //Достижения науки и техники АПК. - 2007. - № 5. - С. 34-37.
APPLICATION OF GIS FOR TILLAGE METHOD SELECTION V.K. Kalichkin, A.I. Pavlova
Summary. The algorithm of tillage selection is examined. The computer program in GIS-environment makes it possible to carry out in the automated regime a selection of tillage method on the basis of score of leading agro-ecological factors and conditions.
Keywords: tillage methods, agro-ecological factors, GIS, ground areas, integrated cartography, electronic maps, geoinformation modelling.
УДК [546.27:58]:[631.416:54-38]+631.416.9
ВЛИЯНИЕ ЛЕГКОРАСТВОРИМЫХ СОЛЕЙ, МАРГАНЦА И ЦИНКА НА БОРОУСТОЙЧИВОСТЬ РАСТЕНИЙ
К)А. АЗАРЕНКО, кандидат сельскохозяйственных наук, доцент Омский ГАУ E-mail: [email protected]
Резюме. В вегетационных опытах изучено влияние засоления, марганца и цинка на устойчивость ячменя и вики мохнатой к избыточным концентрациям бора в почве (10... 15 мг/кг). Установлено, что легкорастворимые соли сокращают поступление бора в надземную массу культур. При этом бороустойчивость ячменя увеличивается, а вики — уменьшается. Цинк способствует снижению токсического влияния бора на растения. Ключевые слова: бор, бороустойчивость, засоление, легкорастворимые соли, марганец, цинк, кальций, лугово-черноземная почва, солонец, ячмень, вика мохнатая.
Бор — незаменим для нормального развития растений [1]. Однако избыток этого микроэлемента в питательной среде (более 5,0 мг/кг подвижной формы) оказывает на них токсическое воздействие и вызывает эндемические заболевания животных [2, 3]. На юге Западной Сибири выделена область борного засоления почв [4]. По мнению В.Б. Ильина, бораты более токсичны, чем сульфаты, хлориды и сода, так
как уже в сравнительно небольших концентрациях оказывают угнетающее действие на растения. Установлено [5, 6], что урожайность ряда сельскохозяйственных культур существенно снижается уже при 5... 10 мг/кг подвижного бора в почве. При этом в почвах солонцовых комплексов Омской области его концентрация достигает 4,5...37,5 мг/кг [7, 8].
В связи с этим необходимо учитывать бороустойчивость растений и контролировать содержание микроэлемента в их биомассе. В то же время факторы, влияющие на поступление бора в растения и их устойчивость к высоким концентрациям этого элемента в почве, изучены недостаточно. Поступление бора в растения во многом зависит от химического состава почвы, в частности, от содержания других микроэлементов. Однако сведения о взаимодействии бора с марганцем, цинком, медью и другими элементами имеющиеся в литературе противоречивы [9]. Неизучено поступление бора в растения в зависимости от типа и степени засоления, в то время как наряду с боратами, в почвах засоленного ряда всегда присутствуют ионы легкорастворимых солей.
В связи с этим целью наших исследований было изучить влияние на растения высоких концентраций бора в почве в зависимости от ее засоления и содержания марганца и цинка.
Выбор марганца и цинка, как факторов, влия-
