Россия
УДК 519.6 Вычислительная математика, численный анализ и программирование (машинная математика)
В статье приведены результаты исследований по оценке продуктивности земель сельскохозяйственного назначения на основе комплексной диагностики системы почвенных и агроклиматических ресурсов территории и метода динамико-статистического моделирования продуктивности. Обсуждаются вопросы использования результатов для определения направления регулирования региональных систем землепользования Самарской области. Определены этапы и географические приоритеты повышения экологической стабильности землепользования с оценкой потенциальной эффективности мер почвозащитного землеустройства.
продуктивность сельскохозяйственных земель, рациональное землепользование, агроклиматическое обоснование, комплексная диагностика природных ресурсов, качественная оценка земель
Введение. В России оценка земель традиционно осуществляется на основе характеристик почвенного плодородия, учету климатических условий отводится второстепенная роль (ГОСТ, 2021; Методические указания, 2022). Вследствие этого результаты хорошо детализированы по свойствам почвы и неудовлетворительно по агроклиматическим условиям. Однако, именно погодные и климатические условия являются причиной хозяйственных рисков, особенно с учетом современной дестабилизации климатической системы (Жученко, 2004; Оценка природных ресурсов, 2002).
В рамках данной проблематики осуществлялась разработка методологии оценки сельскохозяйственных земель на основе динамико-статистического моделирования продуктивности культур с учетом мезомасштабной пространственно-временной изменчивости факторов климата. В статье обсуждается возможность и перспективы использования результатов оценки потенциальной продуктивности земель для агроклиматического обоснования вопросов регулирования региональных систем землепользования Самарской области.
Земли сельскохозяйственного назначения занимают в Самарской области более 75% территории, характеризуются высокой степенью распаханности – почти 58% всей территории (Атлас земель, 2002). Достаточно благоприятные радиационно-термические условия, плодородные черноземные почвы даже при ограниченной влагообеспеченности растений и сложных условиях перезимовки обеспечивают Самарской области пятое место в Приволжском ФО по сбору зерна (Экономическая энциклопедия, 2007). Все это создает хозяйственную нагрузку на территорию и предъявляет требования к рациональной организации агропроизводства.
Усиление климатической засушливости условий от северо-восточных районов к южным обосновывает выделение в Самарской области четырех агроклиматических районов (Агроклиматические ресурсы, 1968), а с учетом геоботанической характеристики и почв – лесостепной, степной и сухостепной природно-сельскохозяйственных зон. При этом в границах зон сохраняется неоднородность условий. Выполненный нами анализ распределения почв (Национальный атлас почв, 2011) обусловливает коэффициент пространственной вариации характеристик почвенного покрова (содержания гумуса, объемной массы почвы и других) составляет 20-25%. Они отражены выделением 10 природно-сельскохозяйственных районов по геоморфологическому строению рельефа и 7 почвенных округов, и учитываются при агропроизводственной группировке почв (Природно-сельскохозяйственное районирование, 1985). Пространственные распределения показателей радиационного и температурного режима территории характеризуются коэффициентом вариации 8-10% показателей увлажнения и температуры почвы – 25-35%. Это обосновывает необходимость дополнительной мезоклиматической детализации территории, обеспечивающей соответствие (согласованность) масштабов пространственной изменчивости почвенных и агроклиматических показателей при оценке земель.
Материалы и методы. В работе предложено расширить схему оценки земель включением блока оценки и анализа биоклиматического потенциала территории (Самохвалова, Косинский, Клюшин, 2023). Результаты его работы обеспечивают комплексную диагностику системы почвенных и агроклиматических ресурсов и оценку потенциальной продуктивности земель в пределах земельно-оценочных районов. На этой основе осуществляется комплексное мезомасштабное агроклиматическое зонирование, и затем качественная, экономическая и стоимостная оценка земель.
В состав показателей для оценки биоклиматического потенциала территории и продуктивности земель (Рисунок 1.) включены гидрометеорологические показатели, покомпонентно характеризующие агроклиматические ресурсы свето-, тепло- влагообеспеченности (суммы температур, продолжительность безморозного периода, количество осадков, сумма ФАР, продолжительность солнечного сияния и другие). Они дают наглядное представление о свойствах территории, потенциальных возможностях ведения сельского хозяйства, ареалах возможного выращивания культур.
Рисунок 1. Система показателей оценки природного агропотенциала территории и продуктивности сельскохозяйственных земель
Figure 1. System of indicators for assessing the natural agricultural potential of the territory and the agricultural land productivity
Для сравнительной количественной сельскохозяйственной оценки и бонитировки климата используются комплексные показатели в относительных единицах и баллах, хорошо коррелирующие с показателями продуктивности растений (Гордеев и др., 2006), такие как индексы Ацци, ГТК (гидротермический коэффициент) Селянинова, БКП (биоклиматический потенциал) Шашко, АП (агроэкологический потенциал) Карманова.
Наиболее информативным комплексным показателем является потенциальная продуктивность (для посевов – их действительно возможная урожайность, ДВУ) как функция отклика растений на совместное действие факторов внешней среды, прежде всего почвенного плодородия и климата. Потенциальная продуктивность используется не только для характеристики природного агропотенциала территории, но и производительной способности сельскохозяйственных земель, определяющей их ценность при оптимальном использовании.
Комплексная диагностика почвенных и агроклиматических ресурсов территории с расчетом ДВУ зерновых культур выполнена в узлах пространственной сетки с шагом 10 км с использованием Агрометеорологической информационной системы территории. В базу данных включены картографические материалы, данные почвенных обследований, метеорологических наблюдений на станциях Самарской области, результаты собственных полевых наблюдений, справочные материалы (Атлас земель, 2002; Единый государственный реестр, 2019).
Результаты. В результате получены значения ДВУ зерновых культур, рассчитаны территориальные индексы сельскохозяйственной продуктивности природных ресурсов (относительно среднего по территории) (Самохвалова, 2024). Они характеризуют потенциальную продуктивность при едином уровне агротехники, обеспечивающем 2% усвоение ФАР посевом, что примерно соответствует уровню на Госсортосети.
В целом же комплексная диагностика природных ресурсов обеспечивает формирование географической основы для оценки производительной способности (продуктивности) земель и классификации их по пригодности в агропроизводстве. Установлено, что при прогнозе производственной урожайности в Самарской области на 2023–2027 гг. 22,5 ц/га и дифференциации бонитета земель по районам – 34–87 баллов, значения нормативно-производственной урожайности зерновых изменяются от 12,2 до 30,9 ц/га. В соответствии со схемой классификации земель (Методические рекомендации, 2003) эти результаты бонитировки обобщенно соответствуют первой категории земель, пригодных под любое сельскохозяйственное использование, в том числе под пашню.
Первый и второй класс пригодности земель (рисунок 2) установлен для районов лесостепного Заволжья области, где целесообразна противоэрозионная организация территории, проектирование почвозащитных севооборотов и рабочих участков, применение других мер по организации рационального использования и охраны земель как производственного ресурса. Важным является также сохранение пахотных земель в составе сельскохозяйственных угодий, внесение наиболее плодородных земель в реестр особо ценных земель и установление особого режима использования.
Рисунок 2. Классификация земель по пригодности в сельском хозяйстве (цифрами на карте обозначены номера административных районов в соответствии с таблицей 2)
Figure 2. Land classification on suitability for agriculture (the numbers on the map indicate the numbers of administrative districts in accordance with Table 2)
В Приволжских районах, а также в районах степного Заволжья и сухостепной зоны, где установлен третий и четвертый класс пригодности земель, большее значение имеет адаптация сельскохозяйственного производства к конкретным ландшафтным условиям и «вписывание» в окружающую среду путем установления специализации, структуры посевов, дифференцированного размещения культур, применения других мер внутрихозяйственного землеустройства. Также целесообразно применение орошения полей, лесомелиорации угодий, особенно в районах сухостепной зоны.
Учитывая принцип биоклиматической взаимокомпенсации культур, продуктивность земель с учетом структуры посевов оказывается выше и распределение по районам – более сглаженным. В число оценочных культур включены широко распространенные в Самарской области пшеница озимая и яровая, ячмень яровой, овес, зернобобовые (горох и нут), просо и гречиха, кукуруза на зерно, подсолнечник, многолетние травы. С учетом их урожайности относительно зерновых, доли площади в структуре посевов и затрат на производство нормативно-производственная урожайность выражена в зерновом эквиваленте – среднее по области значение составило 28,7 ц/га и изменяется по районам от 24,6 до 32,6 ц/га.
Полученные результаты (по урожайности, бонитету, зерновому эквиваленту) на разных этапах работы сопоставлялись с данными, полученными в оценочных работах 2000-х и 2010-х годов, выполнялся корреляционный анализ с характеристиками почвы и климата (Самохвалова, 2023). Они подтверждают природообусловленность результатов, достаточно высокую пространственную детализацию и корректное в целом отражение закономерностей распределения по районам и зонам. При этом, в отличие от имеющихся результатов оценки земель прошлых лет, полученные распределения имеют агроклиматическое обоснование, что повышает достоверность и надежность решений на их основе практических задач.
Обсуждение. В таблице 1 отражены факторы, характеризующие социально-экономические условия агропроизводства в природно-сельскохозяйственных зонах Самарской области, и проанализирована зависимость от них распределения плотности сельского населения (Атлас земель, 2002). Если в сухостепной зоне наименьшая плотность сельского населения закономерно обусловлена сочетанием низкого потенциала продуктивности и высокой экологической опасности агропроизводства, то в районах лесостепной зоны (с наиболее благоприятными условиями) –снижением агропроизводственных показателей вследствие развития деградационных процессов (Samokhvalova et al., 2021). В перспективе это повлечет нарушение баланса природных, экономических и трудовых ресурсов. Требуется регулирование территориальной структуры земледелия.
Таблица 1 Экологическая оценка земель природно-сельскохозяйственных зон Самарской области
Table 1. Ecological land assessment of natural-agricultural zones of the Samara region
Из всех факторов нестабильности уровень распаханности территории обеспечивает антропогенную нагрузку на территорию на грани повышенной и высокой. Приведение его к рекомендуемым пределам может быть достигнуто путем изменения целевого назначения ряда участков в пользу стабильных элементов территории или вывода части пахотных земель из сельскохозяйственного оборота. Такие решения должны быть локальными и обоснованными, требуют комплексного анализа экологических условий, социально-экономических, производственных.
Исследование масштаба и степени повреждений почвенного покрова позволило определить степень и коэффициент экологической опасности деградации, они варьируют по районам Самарской области в широких пределах (от 0 до 5 баллов). Общая площадь деградации земель в области составила 35,6% сельскохозяйственных угодий, потери продуктивности – 327 тыс. т в зерновом эквиваленте (Самохвалова, Клюшин, 2023).
Выполнено ранжирование районов по величине хозяйственных потерь (таблица 2), которое свидетельствует о потенциальной эффективности мер почвозащитного землеустройства, экологизации землепользования и позволяет определить приоритеты в решении вопросов их применения. Ранг 1 и хозяйственный приоритет установлен для Большечерниговского района (сухостепная зона), в первую пятерку вошли также – Сергиевский и Похвистневский районы (лесостепная зона), Кинель-Черкасский и Красноармейский районы (степная зона).
С учетом степени деградации земель и величины хозяйственных потерь выполнено моделирование поэтапного снижения степени деградации до среднего уровня (2 балла) в три этапа. На первом этапе землеустроительные работы должны затронуть Похвистневский и Камышлинский районы с оценкой деградации 5 баллов, на втором – еще три района с оценкой 4 балла (Большечерниговский, Сергиевский и Исаклинский), на третьем этапе – еще шесть районов с оценкой 3 балла (Кинель-Черкасский, Красноармейский, а также Сызранский, Шигонский, Клявлинский и Шенталинский).
Таблица 2. Оценка хозяйственных потерь в результате снижения плодородия земель под действием комплекса негативных факторов
Table 2. Assessment of economic losses as a result of reduced soil fertility under the influence of a complex of negative factors
|
Административный район |
Степень деградации, балл |
Нормативно-производственная урожайность, ц/га |
Потери продуктивности, тыс. т |
Ранг района по потерям, номер |
|
|
1 |
Челновершинский |
2 |
29,3 |
5,6 |
24 |
|
2 |
Шенталинский |
3 |
26,4 |
7,2 |
20 |
|
3 |
Клявлинский |
3 |
26,0 |
7,3 |
19 |
|
4 |
Кошкинский |
2 |
31,6 |
13,2 |
12 |
|
5 |
Сергиевский |
4 |
33,3 |
29,4 |
2 |
|
6 |
Исаклинский |
4 |
32,4 |
15,5 |
6 |
|
7 |
Камышлинский |
5 |
27,3 |
6,6 |
22 |
|
8 |
Елховкий |
2 |
31,4 |
6,6 |
23 |
|
9 |
Похвистневский |
5 |
29,7 |
17,2 |
5 |
|
10 |
Сызранский |
3 |
27,4 |
8,9 |
15 |
|
11 |
Шигонский |
3 |
26,1 |
8,6 |
16 |
|
12 |
Ставропольский |
2 |
28,3 |
10,6 |
13 |
|
13 |
Красноярский |
2 |
28,8 |
14,5 |
10 |
|
14 |
Кинель-Черкасский |
3 |
30,6 |
18,9 |
3 |
|
15 |
Приволжский |
1 |
28,3 |
2,8 |
26 |
|
16 |
Безенчукский |
1 |
27,2 |
7,8 |
18 |
|
17 |
Волжский |
2 |
31,4 |
15,4 |
7 |
|
18 |
Кинельский |
2 |
27,4 |
8,5 |
17 |
|
19 |
Богатовский |
1 |
28,4 |
1,9 |
27 |
|
20 |
Борский |
2 |
30,3 |
9,2 |
14 |
|
21 |
Хворостянский |
0 |
25,1 |
4,2 |
25 |
|
22 |
Красноармейский |
3 |
29,2 |
17,2 |
4 |
|
23 |
Нефтегорский |
1 |
27,9 |
7,0 |
21 |
|
24 |
Алексеевский |
2 |
27,7 |
14,9 |
9 |
|
25 |
Пестравский |
2 |
27,7 |
13,0 |
8 |
|
26 |
Большеглушицкий |
2 |
28,8 |
15,3 |
11 |
|
27 |
Большечерниговский |
4 |
25,2 |
39,6 |
1 |
|
Область в целом |
2 |
28,7 |
327,0 |
– |
|
В комплекс мер включены: дифференцированное использование пашни в зависимости от уровня плодородия почв, степени проявления эрозии и рельефа, проектирование почвозащитных севооборотов, локализация поврежденных участков и предотвращение развития негативных процессов, определение для них соответствующей категории по пригодности и целевому назначению (например, залужение, отведение под сенокосы и пастбища). В результате их применения прогнозируется уменьшение степени деградации в области на 5,75%, экологической опасности деградации – почти на 15%, потенциальная эффективность составит порядка 4 млн. руб. в год в масштабе области (в ценах на 01.01.2023).
Таким образом, результаты оценки потенциальной продуктивности земель позволяют сделать вывод о пригодности земель в агропроизводстве, их производительной способности и хозяйственной ценности. Использование с этой целью комплексной диагностики почвенных и агроклиматических ресурсов территории обеспечивает природообусловленность оценки, достоверность и агроклиматическое обоснование принимаемых решений по территориальной организации агропроизводства и управлению земельными ресурсами. Показана целесообразность дифференцирования направлений регулирования землепользования в природно-сельскохозяйственных зонах Самарской области. Определены этапы и географические приоритеты повышения экологической стабильности землепользования с оценкой потенциальной эффективности мер почвозащитного землеустройства.
1. Агроклиматические ресурсы Куйбышевской области: справочник. – Л.: Гидрометеоиздат, 1968. 258 с.
2. Атлас земель Самарской области / гл. ред. Л.Н. Порошина. – Самара : Российский НИИПРИ земельных ресурсов, 2002. 99 с.
3. Гордеев А.В., Клещенко А.Д., Черняков Б.А., Сиротенко О.Д. Биоклиматический потенциал России: теория и практика. – М.: КМК, 2006. 508 с.
4. ГОСТ Р 70229-2022 Почвы: показатели качества почв. – М.: Российский институт стандартизации, 2022. 32 с. Утвержден приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 25.07.2022 № 673-ст
5. Единый государственный реестр почвенных ресурсов России / отв. ред. В.С. Столбовой. М.: Почвенный институт им. В.В. Докучаева, 2019. https://egrpr.esoil.ru/index.htm
6. Жученко А.А. Ресурсный потенциал производства зерна в России (теория и практика). – М.: Агрорус, 2004. 1110 с.
7. Методические рекомендации по оценке качества и классификации земель по их пригодности для использования в сельском хозяйстве / А.К. Оглезнев, Т.А. Куприян, Т.Е. Норкина [и др.] – М.: Русская оценка, 2003. 169 с.
8. Методические указания о государственной кадастровой оценке. Утверждены приказом Росреестра от 04.08.2021 № П/0336. https://docs.cntd.ru/document/726730589
9. Национальный атлас почв Российской Федерации / общ. ред. Шоба С.А. – М., 2011. SoilAtlas.ru
10. Оценка природных ресурсов / ред. В.П. Антонов, П.Ф. Лойко. – М.: Институт оценки природных ресурсов, 2002. 476 с.
11. Природно-сельскохозяйственное районирование и использование земельного фонда СССР / ред. А.Н. Каштанов. – М.: Колос, 1983. 335 с.
12. Самохвалова Е.В. Биоклиматический и бонитировочный подходы в оценке земель сельскохозяйственного назначения на региональном уровне (на примере Самарской области) // Московский экономический журнал. 2023. № 9. DOI:https://doi.org/10.55186/2413046X_2023_8_9_431
13. Самохвалова Е.В., Клюшин П.В. Эколого-хозяйственное обоснование географических приоритетов регулирования территориальной структуры землепользования в Самарской области // Региональные геосистемы. 2023. 47(3). С. 406–416. DOI:https://doi.org/10.52575/2712-7443-2023-47- 3-406-416
14. Самохвалова Е.В. Комплексная диагностика системы почвенных и агроклиматических ресурсов территории для оценки земель сельскохозяйственного назначения // Инновационное развитие землеустройства: сб. науч. тр. – Кинель: ИБЦ Самарского ГАУ, 2024. С. 246-251.
15. Самохвалова Е.В., Косинский В.В., Клюшин П.В. Анализ и оценка биоклиматической продуктивности земель сельскохозяйственного назначения Самарской области // Землеустройство, кадастр и мониторинг земель. 2023. № 18(9). С. 536-543. DOIhttps://doi.org/10.33920/sel-04-2309-03
16. Экономическая энциклопедия регионов России: Приволжский федеральный округ: Самарская область / гл. ред. Г.Р. Хасаев. – М.: Экономика, 2007. 396 с.
17. Samokhvalova E.V., Klyushin P.V., Troz V.B., Rabochev A.L., Obuschenko S.V. Assessment of anthropogenic load in Samara Region when implementing environmental approach to spatial configuration land use // IOP CS: Earth and Environment Science. 2021. Vol. 867. Art. 012107. DOI:https://doi.org/10.1088/1755-1315/867/1/012107
