CC BY
109
УДК 631.95
структура базы данных атроэкологической оценки земель
Г.П. ГЛАЗУНОВ, кандидат сельскохозяйственных наук, зав. лабораторией
Н.В. АФОНЧЕНКО, кандидат сельскохозяйственных наук, старший научный сотрудник
А.И. САНЖАРОВ, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник
ВНИИ земледелия и защиты почв от эрозии, ул. Карла Маркса, 70б, Курск, 305021, Россия E-mail: [email protected]
Резюме. На основе проведённых исследований и данных научной литературы с использованием системного анализа, современных методик и ГИС-технологий разработана структура базы данных агроэкологической оценки земель в агроландшафтах. Исследования проводили на базе лаборатории геоинформационных систем и агроэкологического мониторинга ВНИИЗиЗПЭ в 2013-2015 гг. Структура базы данных включает 5 модулей: общие сведения, агроклиматические ресурсы, рельеф и геологическое строение местности, почвенные ресурсы, биологические ресурсы. Общие сведения включают 5 позиций, агроклиматические ресурсы - 15, рельеф и геологическое строение местности - 7, почвенные ресурсы - 16, биологические ресурсы - 3 позиции. Она отражает необходимый состав сведений об агроэкологической оценке агроландшафтов в виде строго упорядоченной структуры, но с возможностью ее развития и динамики. Ключевой элемент структуры - земельный участок с установленными границами, входящий в агро-ландшафтную основу. Объекты базы данных - таблицы для хранения информации, запросы, формы и макросы. Разработанная структура обеспечивает возможность составления электронной базы данных в среде СУБД Access и создания программных средств агроэкологической оценки земель на основе ГИС-технологий. Представлены электронные карты для агроэкологической оценки земель СПК «Русь» Советского района Курской области по содержанию гумуса, щелочногидролизуемого азота, подвижного фосфора, обменного калия и кислотности (рНсол) в пахотном слое почв. Предложенная структура базы данных агроэко-логической оценки земель необходима для автоматизированного проектирования адаптивно-ландшафтных систем земледелия.
Ключевые слова: агроэкологическая оценка, базы данных, параметры, свойства почв, местоположение в рельефе, адаптивно-ландшафтные системы земледелия, гИс-технологии.
Для цитирования: Глазунов Г.П., Афонченко Н.В., Санжаров А.И. Структура базы данных агроэкологической оценки земель //Достижения науки и техники АПК. 2015. Т.29. №8. С. 72-76.
Для ведения сельского хозяйства в условиях возрастающей техногенной нагрузки необходима разработка специальных систем земледелия обеспечивающих, с одной стороны, стабилизацию и повышение продуктивности агроценозов, с другой, сохранение и воспроизводство почвенного плодородия, а также гарантированное получение продукции, соответствующей санитарным и экологическим нормативам. Решение таких задач возможно лишь при благоприятной экологической обстановке в условиях рационального землепользования, которое связано, прежде всего, с правильным использованием почвы. Этого можно достичь путем освоения соответствующих адаптивно-ландшафтных систем земледелия [1, 2].
Основой для их разработки служит агроэкологическая оценка - комплексная агрономическая характеристика, которая учитывает особенности почвенного покрова и агроклиматические особенности региона,
влияющие на урожайность сельскохозяйственных культур. По сути, это оценка плодородия почв и экономической целесообразности возделывания той или иной культуры на конкретной территории [3,4,5]. Такую достаточно трудоёмкую работу проводят на основе ландшафтного анализа, который заключается в выявлении территориальных единиц, характеризующихся однородностью природных условий, а также в определении их места в структурно-функциональной иерархии ландшафта. При этом зачастую необходим анализ достаточно большого набора свойств, каждое из которых может иметь свои особенности пространственного варьирования в пределах исследуемого региона.
Основным критерием при проведении агроэкологи-ческой оценки служат биологические требования сельскохозяйственных культур к условиям произрастания и агротехнологиям. Для каждой культуры используют технологии различной степени интенсивности, соответствующие биологическому потенциалу сортов и гибридов, а также почвенно-климатическому потенциалу. При интенсивных, особенно высокоинтенсивных, агротехнологиях агроэкологическая оценка земель осуществляется на основе математических моделей с использованием ГИС-технологий и автоматизированного проектирования.
Неотъемлемой частью автоматизации процесса агроэкологической оценки, необходимой для облегчения рутинных операций при разработке адаптивно-ландшафтных систем земледелия, служит соответствующая база данных. Она должна быть построена таким образом, чтобы обеспечить пользователя необходимой и достаточной информацией для выбора оптимального направления использования территории и наиболее эффективных технологий.
Цель наших исследований - разработка структуры базы данных агроэкологической оценки земель для усовершенствования проектирования адаптивно-ландшафтных систем земледелия.
Условия, материалы, и методы. Исследования проводили на базе лаборатории геоинформационных систем и агроэкологического мониторинга ВНИИ земледелия и защиты почв от эрозии с использованием системного анализа и ГИС-технологий на основе современных методик [3, 6, 7, 8], а также собственного опыта агроэкологической оценки земель при разработке адаптивно-ландшафтных систем земледелия хозяйств Курской области [9,10].
результаты и обсуждение. Агроэкологическая оценка земель [3] заключаются в том, чтобы идентифицировать агрономически значимые параметры различающихся участков (с учетом агроэкологи-ческих требований сельскохозяйственных культур, агротехнологий и их влияния на почвы), определить ландшафтные связи между ними, а также особенности энерго-массопереноса и ландшафтно-геохимические потоки, в пределах которых возможны антропогенные преобразования.
Система агроэкологической оценки земель включает следующие позиции [3]: ландшафтно-экологический анализ территории, агроэкологическая оценка почв, агроэкологическая типизация и классификация земель,
агрогеоинформационная система по агроэкологиче-ской оценке земель.
В основу агроэкологической типологии земель положен агроэкологический тип земель, то есть территория однородная по условиям возделывания сельскохозяйственной культуры или близких по экологическим требованиям культур [3]. Она создается для определенной агроэкологической группы земель: плакорных, эрозионных, переувлажненных др. Каждая агроэкологическая группа земель представляет собой агроландшафт в его структурно-функциональной иерархии с присущими ему особенностями энерго-массопереноса. В этом отличие агроэкологической группы земель от традиционной агропроизводственной группы почв.
В качестве первичного структурного элемента агроэкологической типизации земель рассматривается элементарный ареал агроландшафта (ЭАА), под которым понимается участок на элементе мезорельефа, ограниченный элементарным почвенным ареалом или элементарной почвенной структурой при одинаковых геологических, литологических и микроклиматических условиях [3].
Для агроэкологической группы разрабатывается система земледелия; в пределах агроэкологических типов формируются севообороты, сенокосообороты, пастбищеобороты, проектируются системы удобрений, обработки, борьбы с сорняками,вредителями и болезнями растений и агротехнологии. Агроэколо-гические виды земель определяют технологические операции. Совокупность агроэкологических групп земель в пределах природно-сельскохозяйственной провинции составляет зонально-провинциальный агрокомплекс [3]. Чтобы спроектировать АЛСЗ, необходимо посредством почвенно-ландшафтного картографирования идентифицировать агроэколо-гическую группу и виды земель, то есть ЭАА, выделить типы земель. Последняя процедура выполняется путем сопоставления агроэкологических параметров культур с такими же параметрами земель. Близкие по экологическими условиям ЭАА объединяются в типы земель.
Количество агроэко-логических параметров, по которым проводится оценка ЭАА, зависит от уровня интенсификации производства. Поэтому их необходимо ранжировать в соответствии с определенной структурной иерархией, в качестве которой используется ландшафтно-экологическая классификация земель, которая предусматривает их разделение на агроэкологические группы, разряды, классы, подклассы, роды, подроды и виды.
При агроэкологической типизации земель на уровне хозяйства и функционально-целевом микрозонировании землепользования особое внимание уделяется степени внутрипольного варьирования плодородия почвы, теплового режима и режима увлажнения в зависимости от экспозиции и крутизны склона, а также преобладающих форм микрорельефа.
Специализированной информационной основой для проведения агроэкологической оценки земель служат нормативно-справочные базы данных, обеспечивающие оперативный доступ пользователей к накопленному массиву сведений, возможность обработки и анализа хранящейся информации с целью использования при проектировании систем земледелия на ландшафтной основе и решении других задач.
Мы разработали структуру базы данных, отражающую необходимый состав сведений об агроэкологической оценке агроландшафтов с возможностью его развития. Ключевым компонентом предлагаемой структуры служит земельный участок с установленными границами, входящий в агроландшафтную основу хозяйства. Она включает 5 модулей, каждый из которых предусматривает несколько позиций:
общие сведения - административный район; индекс хозяйства; название хозяйства; площадь сельхозугодий (га); номер и GIS привязка расположения элементарного ареала агроландшафта.
агроклиматические ресурсы - название метеостанции; количество солнечной радиации, ФАР; сумма активных температур >+10°C по месяцам за вегетационный период; минимальная, максимальная и среднегодовая температура воздуха; средние температуры
Рис. 1. Содержание гумуса (%) в пахотном слое почв СПК «Русь»: | | - 6,5-7; ; - 6-6,5; | -5,5-6; [^1-5-5,5.
Рис. 2. Кислотность (рНсол) пахотного слоя почв СПК «Русь: -6-6,5; -5,5-6; -5-5,5; -4,5-5.
воздуха по месяцам за вегетационный период; даты перехода температуры почвы через +5°, +10°, + 15° С; количество осадков за год, за вегетационный период, по месяцам вегетационного периода; запасы продуктивной влаги в метровом слое (мм); гидротермический коэффициент; тип водного режима; биоклиматический потенциал; глубина промерзания почвы в зимний период; сроки и скорость снеготаяния;
рельеф и геологическое строение местности -название типа агроланд-шафта, основных форм склонов и водосборов; преобладающие экспозиции; распределение угодий по крутизне склонов, выраженное в градусах (в интервалах 0-1, 1-3, 3-5, 5-7, 7-10, 10-15), > 15; степень расчленённости территории элементами овражно-балочной сети (км/км2); геологическое строение местности; геоморфологические условия залегания пород; прогноз в отношении развития эрозионных процессов;
почвенные ресурсы -тип; подтип; разновидность почвы; почвообра-зующая порода; мощность гумусового слоя; степень деградации; физическое состояние (гранулометрический и структурно-агрегатный состав, плотность, влагоёмкость, по-розность, водопроницаемость и др.); содержание органического вещества (гумус (органический углерод), лабильный гумус, негумифицированное органическое вещество); рН; ёмкость катионного обмена; содержание питательных элементов; радиоэкологическое состояние (содержание радионуклидов, плотность загрязнения 137Cs и 9С^г, коэффициенты накопления и коэффициенты перехода радионуклидов в сельскохозяйственные культуры и др.); остаточное содержание пестицидов; санитарно-эпидемиологическое состояние; биологическое состояние (микробная биомасса, численность микроорганизмов, структура микробоценоза, эмиссия СО2, обогащённость
- 6,5-7;
Рис. 3. Содержание щелочногидролизуемого азота (мг/кг почвы) в пахотном слое почв СПК «Русь»: - 150-200; 100-150; ' -50-100.
ложений. Объектами базы данных служат таблицы для хранения информации, запросы, формы и макросы. При необходимости возможно использование введённой информации в других программах, работающих с электронными таблицами.
Разработанная структура базы данных также послужит основой для создания программных средств агроэкологической оценки земель с использованием ГИС-технологий, необходимых для точных систем земледелия, что станет качественно новым уровнем проектирования высокоинтенсивных систем земледелия и агротехнологий.
На основе оцифрованных картосхем землепользования и сопряженныхс ними баз почвенно-агроэколо-гических данных создаются электронные карты Рис. 4. Содержание подвижного фосфора (мг/кг почвы) в пахотном слое почв СПК «Русь» : полей севооборота, грани ц ""■'■-250-300; -200-250; - 150-200; - 100-150; -50-100. хозяйства, посторонних
землепользователей, до-
почвы ферментами и др.); солонцеватость, заболо- рог, лесополос, гидрографической сети и водоемов, ченность, карбонатность и др. сенокосов и пастбищ, производственных площадей.
биологические ресурсы - площадь лесных насаждений, в том числе полезащитных, стоко-регулирующих, приба-лочных и приовражных лесных полос, кустарниковых кулис, лесных полос на пастбищах, насаждений вокруг прудов и водоёмов, кустарников водоохранного значения; процент облесён-ности пашни, оврагов и сильноэродированных земель; фитосанитарное состояние участка(видовой состав энтомофагов, вредителей, болезней и сорной растительности).
Для автоматизации процесса агроэкологи-ческой оценки земель и разработки адаптивно-ландшафтных систем земледелия на основе предложенных модулей планируется создание базы данных в среде СУБД Access, которая входит в состав пакета Microsoft Office, но может быть использована и отдельно от других его при-
Результаты этой работы представляются в виде комплекса электронных карт (рис. 1-5).
Количество электронных тематических карт-слоев зависит от сложности ландшафтно-эколо-гических условий и уровня интенсификации производства.
Каждая электронная карта связана с базой данных, содержащей соответствующую тематике карты информацию по каждому контуру. Путем взаимного наложения тематических электронных карт-слоев формируется комплексная карта агроэкологических групп и видов земель. Сначала выделяют группы земель по условиям рельефа, накладывая на почвенную карту распределения склонов по уклонам;затем накладывают карты переувлажненных и солонцовых земель, выделяя группы по степени переувлажнения и степени развития солонцового процесса. Аналогично могут выделяться группы засоленных, литогенных и других земель. Далее, используя карты эродированных, переувлажненных, солонцеватых земель, карты распределения склонов по формам и экспозициям, карту развития форм микрорельефа,
внутри агроэкологической группы выделяют виды земель. К отрисованной карте агроэкологических групп и видов земель привязывается база данных агроэкологической оценки земель.
Карта агроэкологических групп и видов земель с базой данных и пояснительной запиской - основной заключительный документ изыскательских работ. В ней содержится вся необходимая информация для принятия проектных решений по размещению сельскохозяйственных культур, дифференциации технологий их возделывания при различных уровнях интенсификации производства, оптимальной организации территории с учетом ландшафтных связей, то есть формирования систем земледелия [11].
Выводы. Таким образом, в результате проведённых исследований, разработана структура базы данных, отражающая необходимый состав сведений об агроэкологической оценке агроландшафтов с возможностью его развития, пригодная для составления электронной базы данных в среде СУБД Access и создания программных средств агроэкологической оценки земель на основе ГИС-технологий.
Литература.
1. Булгаков Д.С. Методология агроэкологической оценки почв земледельческой территории: автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора сельскохозяйственных наук. М., 1999. 44 с.
2. Булгаков Д.С. Агроэкологическая оценка пахотных почв. М.: Почвенный ин-т им. В.В. Докучаева, 2002. 252 с.
3. Агроэкологическая оценка земель, проектирование адаптивно-ландшафтных систем земледелия и агротехнологий: методическое руководство / под ред. В.И. Кирюшина и А.Л. Иванова. М.: «Росинформагротех», 2005. 784 с.
4. Рейнгард Я.Р., Нежевляк О.В. Агроэкологическая оценка почвенного покрова и районирование Омской области. Омск: Изд-во ФГОУ ВПО ОмГАУ, 2008. 160 с.
5. Ивлева Т.А., Зайцева Ю.А. Применение аппарата ТДИС в изучении влияния структуры почвенного покрова на агроэко-логическую оценку почв// Вестн. Ом. ун-та. 2013. № 4. С. 245-247.
6. Методические указания по проведению комплексного мониторинга плодородия почв земель сельскохозяйственного назначения. М.: ФГНУ «Росинформагротех», 2003. 240 с.
7. Методические указания МУ 13.5.13-00 Организация государственного радиоэкологического мониторинга агроэкосистем в зоне воздействия радиационно опасных объектов. М.: Минсельхозом РФ, 2000. 59 с.
8. Методика проектирования базовых элементов адаптивно-ландшафтной системы земледелия/ Г.Н. Черкасов, Н.П. Масютенко, А.С. Акименко, И.И. Гуреев, И.В. Дудкин, И.П. Здоровцов, И.Г. Пыхтин, В.И. Свиридов, Ю.П. Сухановский, Г.И. Бахирев, В.Г. Вавин, А.В. Гостев, А.И. Санжаров, О.Г. Чуян, Е.В. Шутов. М.: Россельхозакадемия, 2010. 85 с.
9. Адаптивно-ландшафтная система земледелия КФХ «Рассвет» Конышевского района Курской области /Г.Н. Черкасов, Н.П. Масютенко, А.С. Акименко, И.И. Гуреев, И.П. Здоровцов, И.Г. Пыхтин, В.И. Свиридов, Ю.П. Сухановский, Г.И. Бахирев, В.П. Дьяков, А.И. Санжаров, О.Г. Чуян, А.В. Гостев, Е.В. Шутов, В.Г. Вавин, И.В. Дудкин, Г.М. Брескина, В.В. Олешицкий, В.Г. Хахулин, А.С. Шакалов. Курск. ГНУВНИИЗиЗПЭ РАСХН, 2011. 85 с.
10. Адаптивно-ландшафтная система земледелия СПК «Русь» Советского района Курской области /Г.Н. Черкасов, Н.П. Масютенко, А.С. Акименко, И.И. Гуреев, И.П. Здоровцов, И.Г. Пыхтин, О.Г. Чуян, А.В. Гостев, В.И. Свиридов, Ю.П. Сухановский, Г.И. Бахирев, В.П. Дьяков, А.И. Санжаров, В.Г. Вавин, И.В. Дудкин, В.В. Олешицкий, В.Г. Хахулин, В.И. Сидоров. Курск. ГНУ ВНИИЗиЗПЭ РАСХН, 2012. 92 с.
11. Кирюшин В.И. Агрономическое почвоведение. М: КолосС, 2010. 687с.
STRUCTURE OF DATA BASE OF AGROECOLOGICAL ASSESSMENT
OF LAND
G.P. Glazunov, N.V. Afonchenko, A.I. Sanzharov
All-Russia Research Institute of Arable Farming and Soil Erosion Control, Karl Marx str., 70b, Kursk, 305021, Russia Summary. On the basis of conducted researches, results of authers' experience and data of scientific literature using systematic analysis, modern techniques, and GIS technologies the structure of the database of agro-ecological assessment of land in agro-landscapes was created. The investigations were carried out in the laboratory of geoinformation systems and agro-ecological monitoring of Russian Research Institute of Agriculture and Soil Erosion Control in 2013-2015. The structure of the database includes 5 modules: general information, agro-climatic resources, relief and geological structure of the area, soil resources, biological resources. General information includes 5 positions, agro-climatic resources-15, relief and geological structure of the area-7, soil resources-16, biological resources-3 positions. It reflects the necessary details about agro-ecological assessment of agricultural landscapes in the form of a strictly ordered structure, but with the possibility of its development and dynamics. The key component of the structure is a plot of land with defined boundaries, part of agro-landscape basis. Database objects include tables for storing information, queries, forms and macros. Created database structure provides the possibility of making an electronic database in DBMS Access and creating software of agro-ecological land evaluation based on GIS technologies. There are presented the electronic maps for agro-ecological land evaluation of APC «Rus'» of Soviet district of Kursk region on the content of humus, alkali hydrolysis nitrogen, mobile phosphorus, exchangee potassium and acidity (pH) in the arable layer of soil. The proposed structure of the database of agro-ecological land evaluation is necessary for the automated design of adaptive-landscape farming systems.
Keywords: agroecological assessment, database, parameters, soil properties, location in the landscape, adaptive-landscape farming systems, GIS technologies.
Author Details: G.P.Glazunov, Cand. Sc. (Agr.), Head of Laboratory (e-mail: [email protected]); N.V.Afonchenko, Cand. Sc. (Agr.), Senior Researcher; A.I.Sanzharov, Cand. Sc. (Biol.), Senior Researcher.
For citation: Glazunov G.P., Afonchenko N.V., Sanzharov A.I. Structure of data base of agroecological assessment of land. Dostizheniya naukii tekhnikiAPK. 2015. V.29. No 8. pp. 72-76 (In Russ)
