Агроэкологическая оценка земель рисовых оросительных систем Краснодарского края для культур рисовых севооборотов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«КУБАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра геоэкологии и природопользования

ДИПЛОМНАЯ РАБОТА

АГРОЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ЗЕМЕЛЬ РИСОВЫХ ОРОСИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ КРАСНОДАРСКОГО КРАЯ ДЛЯ КУЛЬТУР РИСОВЫХ СЕВООБОРОТОВ

Работу выполнила В.В. Литвиненко

Научный руководитель Т.Ф. Бочко

Краснодар 2014

Содержание

Введение

1. Адаптивно-ландшафтная система земледелия и ее роль в повышении эффективности использования земель сельскохозяйственных угодий

1.1 Предпосылки перехода к адаптивно-ландшафтным системам земледелия

1.2 Агроэкологическая оценка земель

1.2.1 Оценка агроэкологических требований сельскохозяйственных культур

1.2.2 Агроэкологическая оценка ландшафтно-экологических условий

1.2.3 Агроэкологическая оценка почв

1.2.4 Фитосанитарная оценка земель

1.2.5 Санитарная оценка земель

1.2.6 Оценка устойчивости агроландшафтов

1.3 Опыт применения адаптивно-ландшафтных систем земледелия

2. Природно-климатические условия зоны рисоводства Краснодарского края

2.1 Геоморфологические условия

2.2 Агроклиматические условия

2.3 Почвенные условия

2.4 Гидрологические условия

2.5 Растительность

3. Методика проведения агроэкологической оценки земель

4. Результаты исследований

4.1 Требования сельскохозяйственных культур к условиям произрастания

4.1.1 Рис

4.1.2 Люцерна

4.2 Дифференциация земель рисовых агроландшафтов

Заключение

Список используемых источников

Введение

Рис является важнейшей продовольственной культурой в мире. Им питается более 3 млрд. человек и удовлетворяет потребность более чем в 30 % пищевых калорий. В рисоводстве занято более 50 % трудовых ресурсов аграрного сектора мировой экономики. Потребительский спрос на рис ежегодно возрастает, и, по прогнозу ФАО, к 2020 году он составит 781 млн. т, превысив на 2-3 % спрос на пшеницу. Повышение спроса на рис на мировом рынке и одновременное снижение предложения обусловят рост цен на этот продукт. В этих условиях каждая страна вынуждена решать проблему удовлетворения потребности населения в рисе, полагаясь только на свои внутренние ресурсы. Вот почему так важно на государственном уровне принимать меры по снижению импортозависимости российского рынка риса. Решение этой задачи возможно при развитии отечественного производства этой ценной крупяной культуры.

В России рис занимает площадь порядка 278 тыс. га. Основная часть ее сосредоточена на Кубани. Краснодарский край находится в зоне неустойчивого увлажнения. Каждые 2-3 года посевы сельскохозяйственных культур здесь страдают либо от засухи, либо от переувлажнения. Поэтому, для преодоления этих факторов в 1930-1990 гг. был создан мелиоративно-хозяйственный комплекс, включающий 394,6 тыс. га орошаемых земель, значительная доля из которых (233,6 тыс. га или 59,2 %) приходится на рисовые оросительные системы. Урожайность его в передовых хозяйствах достигает 50-70 ц/га. При этом валовой сбор этой культуры в крае ежегодно составляет 80-85% от российского объема [8, 36].

Однако, существует ряд экологических и экономических проблем в рисоводческой отрасли Краснодарского края. Они носят различный характер. Так, снижение рентабельности производства риса в последние годы связанно как с увеличением затрат на энергоресурсы, водные ресурсы, на мелиоративные мероприятия, так и с устранением экологических последствий создания полностью искусственных затопляемых систем земледелия, таких как засоление, снижение плодородия почв и агроресурсного потенциала рисовых полей.

Территория дельты реки Кубань, согласно эколого-ландшафтному зонированию [31], по комплексной экологической оценке на сегодня является кризисной в степени от слабой до сильной с прогнозным ухудшением экологической обстановки и с повышенной вероятностью подтопления. Существующая система земледелия далеко не в полной мере отвечает принципам рационального природопользования и охраны природной среды.

Увеличение продуктивности рисовых систем при возрастающем спросе за счет расширения посевных площадей, роста количества вносимых удобрений и средств химической защиты стало практически невозможным. Очевидно, что при многообразии почвенно-климатических и организационно-хозяйственных условий в рисосеющих зонах края, не существует и не может существовать единого технического или технологического решения проблем, удовлетворяющего все условия.

Поэтому, важнейшим условием развития рисоводческой отрасли считается разработка и внедрение адаптивно-ландшафтной системы земледелия (АЛСЗ), предусматривающей внедрение ресурсосберегающих технологий, адаптированных к зональным почвенно-климатическим условиям края [21, 33].

Актуальность данной работы обусловлена тем, что ландшафтно-ориентированные системы земледелия направлены на повышение эффективности использования земель рисовых оросительных систем. Их применение на практике позволит решить проблему обеспечения высокой продуктивности культур рисового севооборота, эффективного использования земель, сохранения и воспроизводства почвенного плодородия. Через адаптированную технологию возделывания полевых культур реализуются все разработанные звенья системы земледелия, которые позволяют получить экологически обоснованный экономический успех в современных условиях хозяйствования.

Для разработки и освоения АЛСЗ необходима адекватная система агроэкологической оценки земель, позволяющая учитывать все аспекты возделывания риса и сопутствующих культур, законы и правила функционирования агроэкосистемы.

Целью данной работы является выполнение агроэкологической оценки земель рисовых оросительных систем Краснодарского края для культур рисового севооборота.

Для достижения поставленной цели, необходимо решить следующие задачи:

- провести анализ агроклиматических и почвенных условий района исследований;

- выявить требования культур к условиям среды произрастания на примере озимой пшеницы, люцерны, риса;

- на основании агроэкологической оценки земель выполнить их территориальную дифференциацию для культур рисового севооборота.

Объектом исследования является агроландшафты зоны рисоводства Краснодарского края.

ландшафтный земледелие сельскохозяйственный почвенный

1. Адаптивно-ландшафтная система земледелия и ее роль в повышении эффективности использования земель сельскохозяйственных угодий

1.1 Предпосылки перехода к адаптивно-ландшафтным системам земледелия в России

Учение о системах земледелия возникло во второй половине XVIII в., который характеризуется быстрым ростом общественного разделения труда, ремесел, мануфактур, торговли. Возникновение и изменения науки о системах земледелия связаны с развитием в обществе производительных сил и производственных отношений.

Основоположниками учения о системах земледелия в России были ученые-агрономы последней трети XVIII в. - А.Т. Болотов, И.М. Комов, В.А. Левшин и известные практики сельского хозяйства начала XIX в. - Д.М. Полторацкий, И.И. Самарин и др. Им принадлежит первенство в постановке вопросов о системах земледелия и успешных попытках их научного решения [37].

Один из основателей русской агрономической науки А.Т. Болотов написал работы «Об удобрении земель», «Примечания о хлебопашестве» и другие, которые имеют непосредственное отношение к учению о системах земледелия. Работу «О разделении полей» (1771) по праву считают первым в России руководством по введению севооборотов и организации сельскохозяйственной территории. Так же, он положил начало развитию идеи адаптивного подхода к оценке культур, в зависимости от особенностей почвы в России. Затем его взгляды были развиты в трудах И.М. Комова «О земледельных орудиях» (1785) и «О земледелии» (1788), которые смело можно принять в сегодняшнее обоснование адаптивно-ландшафтного подхода в земледелии. Он считал восстановление и поддержание плодородия почвы важнейшими задачами земледелия и резко критиковал существующую паровую систему земледелия. И.М. Комов выступал за переход к более интенсивной плодосменной системе земледелия. Оба ученых руководствовались стремлением сделать сельское хозяйство России высокотоварным и прибыльным, а пути к решению этой задачи они видели в применении новых систем земледелия, которые не истощали бы землю, как старая паровая система, а напротив, обогащали бы почву, повышали ее плодородие.

Дальнейшее развитие учение о системах земледелия в России получило в трудах М.Г. Павлова: «Земледельческая химия», «Курс сельского хозяйства» и др. Он пришел к выводу о том, что каким бы очевидным ни казались преимущества какой-либо системы, повсеместное введение ее невозможно. Ни одна из существующих систем земледелия всюду и всегда господствующей быть не может. Все системы земледелия он разделил на три главных класса: полевая, или паровая, выгонная, плодопеременная.

Огромный вклад в учение о системах земледелия получило в трудах А.В. Советова и А.Н. Энтельгардта. Советов впервые ввел понятие «система земледелия» в русскую сельскохозяйственную литературу. Он писал: «Разные формы, в которых выражается тот или иной способ землевозделывания, принято называть системами земледелия». Так же, важная заслуга его в том, что он обобщил более чем полувековой опыт применения плодосменной системы в различных странах и описал ее эволюцию [37, 32].

Основные положения создания агроландшафтов нашли место в работах В.В. Докучаева, определившим главные принципы адаптивного природопользования и обосновавшим комплекс агро-гидромелиоративных мероприятий по оптимизации лесостепных ландшафтов. Ему принадлежат такие труды, как: «Наши степи ранее и теперь» (1892), «К учению о зонах природы» (1899) и другие. Он создал прецедент целостного восприятия природы, такого подхода к регулированию природных процессов, который обеспечивал системный эффект и лишь спустя длительное время оформился в теорию систем. Пришел к выводу, что в сельском хозяйстве человек имеет дело не с отдельными природными телами, а с их сложным комплексом, целостной системой [15, 21].

Начало и середину 20-го столетия можно рассматривать как период углубления исследований и накопления экспериментальных данных по отдельным аспектам адаптивно-ландшафтной идеи земледелия. Влияние возделываемых культур на плодородие почвы, связанное с различными способностями культур по освоению тех или иных питательных веществ разрабатывалась П.С. Коссовичем, Л.Н. Прянишниковым и другими [32].

Накопленные знания в различных областях растениеводства, микробиологии, климатологии не могли не сказаться на подвижках в области современного понимания сущности адаптивного и ландшафтного подходов в земледелии. В этой связи подверглось трансформации само понятие системы земледелия во времени по мере совершенствования земледельческой науки. В качестве официального, вошедшего в учебники, используют следующее определение: «Система земледелия - это комплекс взаимосвязанных агротехнических, мелиоративных и организационных мероприятий, направленный на эффективное использование земли и других ресурсов, сохранение и повышение плодородия почвы, получение высоких и устойчивых урожаев сельскохозяйственных культур» (В.Р. Вильямс). Оно носит слишком общий характер и совершенно безадресно в экологическом отношении. Лишь в результате взятого в 1980-е годы курса на дифференциацию земледелия в соответствии с природными условиями появляется экологический адрес систем земледелия, хотя и очень приблизительный - зональная.

Зональная система определяется как «система, все звенья которой в полной мере учитывают и реализуют почвенно-климатические, материально-технические и трудовые ресурсы конкретной природной зоны». Зональные системы земледелия с интенсификацией агротехники развивались и формировались в 60-80-е гг. ХХ в. Они получили огромную популярность: с их помощью удалось в разы повысить урожайность сельскохозяйственных культур. В то же время выявились и многочисленные недостатки такого подхода, в особенности неразработанность применительно к разным уровням производственного потенциала, формам организации труда, безальтернативность технологической политики. Так или иначе необходимость дальнейшей экологизации земледелия, адаптивной его интенсификации и в особенности биологизации технологических процессов не вызывала сомнений [21, 16].

В 1990-х годах в результате активизации исследований по углублению адаптации земледелия к природным условиям стали активно появляться новые формулировки, в которых развивались различные аспекты проблемы, дополняя друг друга. Тем не менее, системы земледелия не воспринимались как целостное явление природно-хозяйственной деятельности.

С учетом этих недостатков, академиком РАСХН В.И. Кирюшиным разработана методология, которая позволяет строить модели систем земледелия, взвешенные не только в физическом пространстве, но и в социально-экономическом с учетом определенных совокупностей факторов, таких как: общественные, или рыночные, потребности; агроэкологические требования культур и их средообразующее влияние; агроэкологические параметры земель; производственно-ресурсный потенциал; хозяйственные уклады, социальная инфраструктура; качество продукции и среды обитания; экологические ограничения.

Исходя из этого подхода сформулировано определение системы земледелия: адаптивно-ландшафтная система земледелия - это система использования земли определенной агроэкологической группы, ориентированная на производство продукции экономически и экологически обусловленного количества и качества в соответствии с общественными (рыночными) потребностями, природными и производственными ресурсами, обеспечивающая устойчивость агроландшафта и воспроизводство почвенного плодородия [21]. Суть механизма формирования АЛСЗ заключается в том, чтобы исходя из биологических и агротехнических требований сельскохозяйственных растений найти отвечающую им агроэкологическую обстановку или создать ее путем последовательной оптимизации лимитирующих факторов с учетом экологических ограничений техногенеза. Исходной посылкой в данном отношении является система агроэкологической оценки сельскохозяйственных культур, пользующихся спросом на рынке. Биологические и агротехнические требования культур должны быть изложены в агроэкологических паспортах сортов. В соответствии с их требованиями проводят агроэкологическую оценку земель.

Очевидно, что новый подход к формированию систем земледелия, основываясь на агроэкологической их классификации, предполагает вместо традиционного почвенного картографирования, почвенно-ландшафтное картографирование с изображением структуры почвенного покрова, геоморфологии и литологии, составляющих комплексное понятие «земля»

Таким образом, для построения АЛСЗ необходимы: системы агроэкологической оценки с/х культур и земель, агроэкологическая классификация земель, группировка типов земель и методики почвенно-ландшафтного картографирования земель и проектирования систем земледелия.

1.2 Агроэкологическая оценка земель

Для разработки и освоения адаптивно-ландшафтных систем земледелия необходима адекватная система агроэкологической оценки земель. Ее осуществляют по отношению к каждому элементарному ареалу агроландшафта (ЭАА), под которым понимается участок на элементе мезорельефа, ограниченный элементарным почвенным ареалом или элементарной почвенной структурой при одинаковых геологических, литологических и микроклиматических условиях. Близкие по условиям возделывания сельскохозяйственных культур ЭАА объединяют в типы земель, то есть участки, однородные по агроэкологическим требованиям культуры и условиям возделывания. Типы земель ранжируются по степени пригодности для возделывания сельскохозяйственных культур в виде группировки, включающей категории и группы земель по характеру и способу преодоления ограничивающих факторов при возделывании данной культуры или группы близких по агроэкологическим требованиям культур. В пределах агроэкологических групп земель с учетом структурно-функциональной иерархии агроландшафтов решаются задачи противоэрозионной организации территории, размещения мелиораций, лесовосстановительных работ, экологических ограничений. Различным экологическим группам или подгруппам земель отвечают разные адаптивно-ландшафтные системы земледелия.

Прежняя землеоценочная основа не имела экологической определенности, поскольку сами зональные системы были лишены конкретного экологического адреса. Землеоценка была безальтернативной также, как и системы земледелия как правило, однозначные, поставленные в рамки директивного планирования. Многочисленные землеоценочные материалы всех уровней (почвенные, агроклиматические и др.) весьма ограниченно были востребованы на практике в связи с экстенсивной аграрной политикой и низким технологическим уровнем земледелия. Общие недостатки прежней системы агрооценки земель в большой мере связаны с узкопотребительским отношением к природопользованию и ограниченностью экологического кругозора. Проекты земледелия выполнялись на основе агропроизводственных группировок почв по материалам крупномасштабных почвенных карт, которые крайне слабо отражали структуры почвенного покрова, недостаточное отражение рельефа, литологических и гидрологических условий. Практически не учитывались почвенно-ландшафтные связи.

В отличие от агропроизводственной группы агроэкологическая группа земель представляет собой агроэкологическую общность, пространственно характеризуемую геосистемой, функционирование которой происходит в единой цепи миграции вещества и энергии. Построение АЛСЗ осуществляется с учетом законов и правил функционирования этой системы.

Таким образом, задачи агроэкологической оценки земель заключаются в том, чтобы идентифицировать агрономически значимые параметры различающихся участков земель (в соответствии с агроэкологическими требованиями с/х культур и агротехнологий), определить ландшафтные связи между ними, особенности энергомассопереноса и ландшафтно-геохимические потоки, в пределах которых возможны антропогенные преобразования. Оценка земель сообразуется с системой агроэкологической оценки с/х культур, требования которых сопоставляются с агроэкологическими параметрами земель в процессе формирования агроэкологических типов земель. Она определенным образом соотносится с экономической оценкой (цена земли, прибыл.), социоэкологической (условия жизни людей) и эколого-экономической (оценка ущерба от деградации земель) [2]. Агроэкологическая оценка сельскохозяйственных земель многокомпонентна. Согласно методике, разработанной Кирюшиным, она включает в себя следующие критерии:

- оценку агроэкологических требований сельскохозяйственных культур; - ландшафтно-экологический анализ территории;

- агроэкологическую оценку почв;

- фитосанитарную и санитарную оценку земель;

- оценку устойчивости агроландшафтов и их антропогенной преобразованности.

Так же, разработаны и применяются отдельные методологии оценки земель, загрязненных тяжелыми металлами и радионуклидами.

Глубокое исследование этих параметров и обобщение полученных данных позволяет реализовать адаптивных подход в системе земледелия, рационально использовать имеющиеся ресурсы, сохранять их агроресурсный потенциал.

1.2.1 Оценка агроэкологических требований сельскохозяйственных культур

Агроэкологическая оценка земель осуществляется в соответствии с биологическими требованиями с/х культур к условиям произрастания, их средообразующим влиянием и агротехнологиями. Эти условия сопоставляются с агроэкологическими параметрами первичных земельных участков (элементарных ареалов агроландшафта), на основании чего делается вывод о степени пригодности их для использования под ту или иную культуру.

Система агроэкологической оценки культур включает в себя следующие основные позиции:

1. Оценка с/х культур по их биологическим требованиям к условиям произрастания. Здесь учитываются такие показатели, как:

- отношение к растений к свету;

- требования растений к теплообеспеченности и температурному режиму;

- отношение к влагообеспеченности, водному и воздушному режиму почв; - коэффициенты завядания растений (отношение влажности завядания к максимальной гигроскопичности почвы);

- требования растений к физическим условиям почв, их сложению и структурному состоянию;

- потребность растений к элементам питания и характер их потребления;

- отношение к реакции почвы (pH);

- чувствительность к повышенному содержанию подвижных алюминия, марганца, восстановительным условиям (ОВП);

- солеустойчивость (к избыточной концентрации солей в почвенном растворе); - солонцеустойчивость - способность растений преодолевать в основном неблагоприятные агрофизические свойства почв, обусловленные их солонцеватостью; - отношение растений к карбонатности почв;

- устойчивость с/х культур к эродированным и техногенно-нарушенным почвам;

- отношение растений к фитосанитарным условиям почвы;

- чувствительность растений к загрязнению почв;

- реакция растений на загрязнение воздуха.

2. Оценка с/х культур по влиянию на почвы и ландшафты в связи с биологическими особенностями и технологиями возделывания:

- оценка культур по количеству растительных остатков, поступающих в почву, и их количественному составу;

- влияние растений на симбиотическую и ассоциативную азотификацию;

- влияние культур и технологий на сложение и структурное состояние почв;

- оценка растений по характеру их влияния на водный режим почв;

- оценка фитомелиоративного влияния растений на почву;

- оценка культур по влиянию на фитосанитарное состояние почв [2].

Далеко не все аспекты агроэкологической оценки растений разработаны с достаточной полнотой, особенно почвенные, некоторые трудно поддаются формализации. Часть критериев имеют описательный характер и основываются на практическом опыте без углубленной экспериментальной проработки. Тем не менее, обширный фактический материал позволяет достаточно эффективно решать эту задачу при формировании современных систем земледелия [21].

1.2.2 Агроэкологическая оценка ландшафтно-экологических условий

Ландшафтный анализ территории является системной матрицей агрэкологической оценки земель. В целях формирования адаптивно-ландшафтных систем земледелия используется понятие агроландшафт, который следует рассматривать как геосистему, преломленную через призму экологических требований с/х культур, условий их возделывания, потребностей животных и человека. Агроландшафт - это геосистема, выделяемая по совокупности ведущих агроэкологических факторов (определяющих применение тех или иных систем земледелия), функционирование которой происходит в пределах единой цепи миграции вещества и энергии. С точки зрения агроэкологической типологии земель, агроландшафт соответствует агроэкологической группе земель. Первичная структурная единица агроландшафта включает в себя одну или несколько фаций, составляющих единое целое с точки зрения земледельческого использования. В качестве таковой рассматривается элементарный ареал агроландшафта (ЭАА).

Наиболее значимыми природными условиями, определяющими функционирование ландшафтов, являются рельеф, литология, климат, влияние грунтовых вод, растительность, почвенный покров. Их агроэкологическая оценка составляет основной предмет ландшафтного анализа, который проводится по отношению к каждому ЭАА как элементарной структурной единице агроландшафта. Число оцениваемых параметров зависит от уровня интенсификации производства. Эти параметры в дальнейшем ранжируются в структурной иерархии ландшафта согласно ландшафтно-экологической классификации земель.

Агроэкологическая оценка ландшафтно-экологических условий включает следующие параметры:

- оценка геоморфологических условий - тип макрорельефа, категория типов мезорельефа, горизонтальная и вертикальная расчлененность территории и другие;

- оценка литологических условий - почвообразующей породы (мощность различных отложений; гранулометрические состав и его преобладающие фракции, скелетность, каменистость; физические и химические свойства;

- оценка гидрогеологических условий - принадлежность к гидрологическому бассейну, модуль подземного стока, химизм грунтовых вод, водоносные горизонты, их мощность, дебит, общая оценка многолетней динамики этих показателей. Оценивается: глубина залегания грунтовых вод, их проточность, состав; поемность.

- оценка агроклиматических условий: солнечная радиация, ФАР; теплообеспеченность земель; оценка условий перезимовки растений; оценка влагообеспеченности территорий; оценка засух; ветровой режим;

- оценка геохимических условий - определяются тип элементарного геохимического ландшафта каждого ЭАА, геохимические барьеры, возможность накопления или выноса соединений, локализация горизонтов аккумуляции тех или иных веществ;

- оценка поверхностного стока и дренированности;

- оценка выноса почвы ветром;

- естественная дренированность территории - потенциальная величина подземного стока грунтовых вод;

- структура почвенного покрова - закономерное пространственное размещение почв, связанное с литолого-геоморфологическими и геоботаническими условиями. Важнейшими характеристиками структуры ПП являются контрастность и сложность.

Таким образом, ландшафтный анализ вскрывает процессы, формирующие структуру вертикального профиля и процессы, формирующие пространственную морфологическую структуру ландшафта. Собранный материал используется для решения практических задач оптимизации агроландшафтов.

1.2.3 Агроэкологическая оценка почв

При разработке и освоении новых систем ведения сельского хозяйства, включающих адаптивно-ландшафтные системы земледелия, должен максимально учитываться весь комплекс экологических условий и особенностей территории. Поэтому разработка этих систем должна в полной мере опираться на агроэкологическую оценку земель в целом, важнейшим компонентом которой является агроэкологическая оценка почв. Агроэкологическая оценка почвенных условий включает:

- строение почвенного профиля (мощность мелкоземистой толщи, гумусовой части профиля и пахотного слоя и др.);

- оценку физических свойств почв - гранулометрический, или механический, состав почв - содержание в почве фракций элементарных почвенных частиц независимо от их минералогического и химического состава; скелетность; плотность почвы; плотность твердой фазы почв; порозность; структурное состояние - оценка почвы по форме и размерам структурных отдельностей в виде макроагрегатов (педов), на которые распадается почва. А так же физико-механические свойства: пластичность, липкость, связность, твердость; водно-физические свойства почвы: влагоемкость (способность почвы к удерживанию влаги), водопроницаемость. Заключительным этапом является создание картограмм агрофизического состояния почв и интерпретация результатов в геоинформационных системах (ГИС), на которых выделяются градации с неблагоприятными и оптимальными физическими свойствами почв.

- оценка химических и физико-механических свойств почв - содержание и запасы органического вещества; емкость и состав катионного обмена, от которой зависит устойчивость почв к антропогенным химическим воздействиям; кислотно-основное состояние; карбонатность, засоленность почв; солонцеватость; обеспеченность почв элементами минерального питания;

- биогенность и биологическая активность почвы, характеризующие совокупную деятельность разнообразных популяций микрофлоры, микро- и мезофауны. Биологические свойства почв оцениваются по биогенности и биологической активности. Ключевое место в оценке биологической составляющей занимают характеристика таксономического и функционального разнообразия организмов, качественного состава микроорганизмов;

- окультуренность почв, т.е. преобразование их свойств в соответсвии с агроэкологическими требованиями конкретной культуры или групп культур. Здесь рассматриваются интенсивность использования и фактический уровень технологии возделывания культур, физические свойства, физико-химические и физико-механические свойства, содержание гумуса, мощность пахотного горизонта и другие показатели.

- оценка эрозионной опасности и эродированности почв; определяются факторы, обуславливающие эрозию, ее тип, форма проявления, интенсивность и так далее. Оценка эрозионной опасности включает установление факторов, обуславливающих опасность, тип потенциальной эрозии, возможную форму проявления и другие.

- диагностика гидроморфизма почв и оценка степени заболоченности.

- определение почвенных режимов: водного, температурного, окислительно-восстановительного.

1.2.4 Фитосанитарная оценка земель

Предупредить потери урожая от вредных организмов на основе рациональной организации профилактических и защитных мер можно лишь при условии оперативной и качественной оценки фитосанитарного состояния земель, а также составления на ее базе кратко- и долгосрочного прогнозов появления, развития и распространения вредных организмов. Для этого используются высокопроизводительные методики обследований, позволяющие сравнить определенные немногочисленные характеристики популяций с экономическими порогами вредности. Для этого при маршрутных обследованиях определяют заселенность с/х угодий вредными и полезными насекомыми, возбудителями болезней, сорняками и так далее. Важно охватывать не менее 10-15 % площадей каждого вида участков. Оптимальные сроки проведения каждого обследования и учета, а также их периодичность определяется характером динамики распространения и развития вредного организма, который обуславливается его биологией и экологической обстановкой в агроландшафтах. Для учета каждого вида организмов разработаны и действуют свои методики. Так, например, количественная оценка вредных и полезных насекомых в биотопе сводится к выявлению абсолютной численности особей в определенном ограниченном пространстве или объеме либо относительной по следам жизнедеятельности (число поврежденных растений, плодов). О целостности популяций грызунов судят по следам их жизнедеятельности (по убежищам-норам). Выявление и учет развития болезней, вызываемых низшими грибами, бактериями, микоплазменными организмами, вирусами и вироидами, проводят на основе симптомов поражения растений в результате их жизнедеятельности.

1.2.5 Санитарная оценка земель

Нарушение технологий применения удобрений на основе навоза, помета, органогенных отходов городов (осадки сточных вод, твердые бытовые отходы, производственные сточные воды и прочие) нередко ухудшают санитарное состояние почвы и агроценозов. Оценка санитарного состояния является обязательной при определении и прогнозе степени ее опасности для здоровья и условий проживания населения, разработке мероприятий по рекультивации загрязненных земель, профилактике инфекционной и неинфекционной заболеваемости, решении очередности санационных мероприятий в рамках комплексных природоохранных программ.

Санитарное состояние почв - это совокупность физико-химических, химических и биологических свойств, которые определяют качество и степень ее безопасности в эпидимиологическом и гигиеническом отношениях. Санитарная оценка почв с/х угодий проводится по санитарно-химическим (ПДК и ОДК загрязняющих химических веществ в почве), санитарно-бактериологическим, санитарно-гельментологическим, санитарно-энтомологическим показателям (наличие преимагинальных форм синантропных мух). Важным показателем санитарного состояния почвы является наличие в ней возбудителей паразитарных болезней. Санитарное состояние, способность почвы к самоочищению могут оцениваться посредством определения изменения ее биологической активности. Основным интегральным показателем ее являются: общая микробная численность (ОМЧ), численность основных групп почвенных микроорганизмов, «дыхание почвы», динамика кислотности и другие. Заключение о санитарном состоянии почв агробиоценозов составляется по соответствию результатов проводимых токсикологических, микробиологических, ветеринарно-санитарных, гигиенических исследований требованиям нормативов безопасности.

1.2.6 Оценка устойчивости агроландшафтов и их антропогенной преобразованности

Разработка и применение на практике адаптивно-ландшафтных систем земледелия призваны обеспечить устойчивость агроландшафтов, и поддержать природное экологическое равновесие.

В отличие от саморегулирующегося функционирования природного ландшафта, агроландшафт функционирует в режиме, заданном человеком. Его устойчивость связана с поддержанием заданных параметров функционирования ценой определенных усилий. Цена устойчивости агроландашафта включает в себя затраты на поддержание производительных и экологических функций, в том числе природоохранных.

Таким образом, устойчивость агроландшафта - это способность поддерживать заданные производительные и социальные функции, сохраняя биосферные. В соответствии с основными функциями рассматриваются и основные виды устойчивости агроландшафтов как составной части сельскохозяйственных ландшафтов. В зависимости от объектов и механизмов действия, экологическая устойчивость подразделяется на:

- физическую (устойчивость литоосновы, противоэрозионная устойчивость);

- биологическую (восстановительные и защитные функции растительности, устойчивость против вредных организмов);

- геохимическую (способность к самоочищению, буферность, противостояние засолению);

- гидрогеологическую и гидрологическую (противостояние остепнению, опустыниванию).

Агрономическая (производительная) устойчивость включает в себя устойчивость урожайности с/х культур, продуктивности пастбищ, качества продукции. Она оценивается по коэффициенту вариации показателя.

Экономическая устойчивость характеризуется экономическими параметрами производства.

В процессе трансформации ландшафта для поддержания нового его состояния требуются специальные затраты, и по мере интенсификации производства возрастает цена экологической устойчивости. Цена устойчивости агроландшафта тем больше, чем сильнее отличаются требования с/х культур и животных от агроэкологических условий ландшафта.

Количество контрольных параметров устойчивости агроландшафтов сильно различаются в зависимости от их категорий, уровня интенсификации производства, характера и степени внешних воздействий. Цена общей устойчивости агроландшафта включает в себя затраты на обеспечение устойчивости всех видов: производительной, экологической и социально-экономической. Цена экологической устойчивости включает затраты на мероприятия по охране почв от разрушения и поддержание экологических функций. Она должна входить в затраты товаропроизводителя на получение продукции и соответствию в цену товара. Государство должно выполнять контрольные функции и создавать благоприятные условия для производственной и природоохранной деятельности.

Если агротехнологии адаптированы к ландшафту, то операции, направленные на достижение определенной продуктивности, способствуют повышению его экологической устойчивости. Однако часто затраты, направленные на предотвращение деградации, оказываются выше стоимости прибавки урожая. Еще выше затраты на преодоление последствий деградации.

Методология адаптивной интенсификации предполагает различные комбинации приспособительных мероприятий, сплошных или выборочных мелиораций, адекватный подбор агротехнологий различной интенсивности. Сохранение в природном состоянии сложных ландшафтов способствует поддержанию биологического разнообразия, вывод из активного с/х оборота маргинальных земель позволит сконцентрировать на лучших землях производственные ресурсы и освоить современные агротехнологии.

Непременное условие экологизации агроландшафтов - создание оптимальной инфраструктуры: устройство экологического каркаса в виде лесов, лугов, водоемов, что в определенной мере обеспечивает стабилизацию гидрорежимов, поддержание биологического разнообразия. Оптимизация структуры агроландшафта предусматривает рациональное размещение севооборотов, полей, производственных участков, лесных и кустарниковых полос, противоэрозионную и мелиоративную организацию территории, мульчирование поверхности почвы.

Стремление к максимальному преодолению тех или иных природных процессов наталкивается на большие экономические издержки и неблагоприятные экологические последствия. Оптимальный уровень экологического равновесия и устойчивости агроландшафта в направлении окультуривания должен получить количественное выражение. Такой же количественный подход необходим и в отношении деградации ландшафта. В данной связи внимания заслуживает принцип оценки деградации почв и почвенного покрова по «увеличению затрат различного рода ресурсов для достижения ранее полученного количества и качества продукции или ограничений на дальнейшую деятельность человека». При оценке деградации ландшафтов на первый план выходит степень сохранения экологических функций. Для того чтобы обеспечить экологическую устойчивость агроландшафта, необходимо задать такие параметры производства, при которых технологические нагрузки находились бы в пределах экологической емкости агроландшафта - величиной антропогенной нагрузки, которую способен воспринять агроландшафт, сохраняя экологическую и производительную устойчивость.

Характеристика экологической емкости агроландшафта и нормирование техногенно-химических нагрузок должны завершать агроэкологическую оценку земель.

В качестве базового критерия рассматривается положение земельного участка в ландшафте с точки зрения энергомассопереноса, то есть типы геохимических ландшафтов. Наибольшей степенью свободы в использовании агрохимических средств характеризуются элювиальные ландшафты, наименьшей - аккумулятивные. Процессы энергомассопереноса в различных геохимических ландшафтах соотносятся с типами водного режима (промывной, непромывной, выпотной и другие). Судьба мигрирующих продуктов техногенеза также зависит от различного рода геохимических барьеров, особенно физико-химических. Так же, важную роль в особенности устойчивости агроландшафтов и их экологической емкости играет емкость катионного обмена почв. По ее величине можно судить об экологической емкости по отношению к химическим нагрузкам. Особое значение имеет способность почвы разлагать пестициды. Она зависит от биогенности почвы, соответственно косвенными свидетельствами способности почвы выдерживать пестицидную нагрузку выступают содержание гумуса, особенно его лабильной части, и биологическая активность почвы. Эти же показатели, создающие предпосылки для поддержания водопрочной структуры, могут характеризовать экологическую емкость агроландшафта по отношению к физической нагрузке и, в определенной мере, к разрушающему воздействию водной эрозии и дефляции. И последним критерием выступает гранулометрический состав, влияние которого на экологическую емкость существенно изменяется в зависимости от гидротермического режима. С учетом сказанного применительно к каждой природно-сельскохозяйственной провинции должны разрабатываться параметры агроэкологической нагрузки, которую выдерживают различные категории агроландшафтов, сохраняя экологическую и агрономическую устойчивость, а также нормативы допустимы экологических нагрузок для различных технологических операций и технологий в целом [2, 21, 46].

1.3 Опыт применения адаптивно-ландшафтных систем земледелия

Применение ландшафтно-ориентированных систем имеет достаточно продолжительную историю. Основные положения создания агроландшафтов нашли место в трудах В.В. Дакучаева. В своей работе «Наши степи прежде и теперь» [15], он, подводя итоги сложившимся к тому времени представлениям о природе степей, сформулировал широкомасштабную программу конкретных и научно-обоснованных мер по охране почв, борьбе с засухой, ведению земледелия и стабилизации сельского хозяйства в черноземной полосе. В этой программе он практически заложил общие основы современного адаптивно-ландшафтного подхода и научной оптимизации агроландшафтов, предусмотрев: научную организацию территории с учетом ее ландшафтной морфогенетической структуры; разработку и повсеместное внедрение противоэрозионных мероприятий; создание системы мелиоративных водоемов и многое другое. Организовав «Особую экспедицию», он и другие ее члены, впервые теоретические разработки науки интегрировали с практикой создания в Каменной Степи, новых невиданных ранее агролесомелиоративных ландшафтов высокого энергетического потенциала, продуктивности, с высоким комфортом жизни людей, богатством флоры и фауны, неиссякаемым мощным круговоротом веществ и энергии в экосистемах [40]. Результаты практического применения проектирования натурной модели адаптивно-ландшафтной системы земледелия нашли отражение в работах А.Л. Иванова, В. И. Кирюшина, А.П. Щербакова, А.Т. Волощука, М.А. Мазирова, К.А. Перевертина и других [2, 11, 17, 18, 19, 21, 32].

При разработке ландшафтно-ориентированных систем земледелия огромное внимание уделяется подбору агроэкологически-значимых критериев, подлежащих детальному изучению и оценке. Многие опубликованные труды касаются непосредственно разработки методик их определения и применения на практике оценки различных свойств почв, как наиболее важного аспекта при построении АЛСЗ. Так, в работе Е.В. Шеина и И.Н. Гудимы рассмотрен и обоснован комплекс методических подходов к эколого-агрофизической оценке орошаемых почв [49]. Е.И. Арустамянц дал оценку существующим методам определения гранулометрического состава для почв разного генезиса, их преимуществ и ограничений [4].

Методологические подходы к определению оптимальных и критических уровней микробиологической активности на примере дерново-подзолистых почв Нечерноземной зоны разработаны учеными Костромской ГСХА [22]. Эти показатели играют основополагающую роль в оценке экологической устойчивости агроэкосистем, а также в санитарной оценке земель сельскохозяйственных угодий.

Вопросам разработки и внедрения АЛСЗ для природных и экономических сельскохозяйственных зон России и ближнего зарубежья посвящено множество работ, научных статей, монографий. В своих работах ученые делятся практикой внедрения АЛСЗ, территориальной организации адаптивных севооборотов, делятся результатами экологизации земледелия на ландшафтной основе в различных климатических условиях [3, 23, 47, 43, 50 ].

Так, в работе Власенко А.Н. описывается опыт проектирования АЛСЗ в Новосибирской области. Технология проектирования базируется на основе, позволяющей интегрировать разноплановую информацию об агроэкологических условиях хозяйства в единой системе ГИС-проекта. Показаны особенности процедуры типизации земель хозяйства, оценки потенциальной продуктивности земель и разработки базовых элементов системы земледелия [10].

Коллектив ученых Воронежского НИИСХ рассматривают аспекты формирования структуры посевных площадей и системы экологичных севооборотов, отвечающих принципам адаптивно-ландшафтного земледелия и обеспечивающих производство с/х продукции для устойчивой экономической деятельности хозяйств [29].

Почвенный мониторинг и агроэкологичнская оценка земель Республики Адыгея была проведена и опубликована сотрудниками Адыгейского НИИ сельского хозяйства [39], однако широкого практического применения эти исследования не имеют.

Практику внедрения и основные инновационные аспекты организации эффективной адаптивно-ландшафтной системы земледелия на основе ГИС-технологий, рассматривают в своей работе В.Н. Гончаров и Н.В. Зось-Киор, коллектив сибирских ученых и другие [9, 14].

Определение эффективности инноваций в системах адаптивно-ландшафтного земледелия, а также возможности использования экономико-математического моделирования для получения систематизированной оценки эффекта от внедрения инноваций на каждом элементе агроландшафта [35].

Таким образом, предложенная агроэкологическая оценка земель для разработки адаптивно-ландшафтных систем земледелия является эффективной, научно-обоснованной и имеет все основания для применения ее на практике в связи с конкретными природно-климатическими условиями. Предварительная оценка должна быть выполнена для каждого отдельно взятого хозяйства, агроэкосистемы.

2. Природно-климатические условия зоны рисоводства Краснодарского края

Обширная территория дельты реки Кубани с ее богатыми от природы почвами, благоприятными климатическими и водохозяйственными условиями таит в себе широкие возможности для получения высоких урожаев риса, овощных и других ценных пищевых и технических культур.

Дельта по форме приближается к треугольнику, вершина которого расположена примерно на меридиане ст. Марьянской, а основание упирается в Азовское и частично в Черное моря. Берег Азовского моря, от г. Приморско-Ахтарска до ст. Голубицкой, составляет северо-западную границу дельты. С юга и юго-запада на протяжении от аула Суворово-Черкасского до ст. Валениковской, дельта ограничивается склонами северо-западной оконечности Кавказского хребта, обрывающимся в дельту крутыми и довольно высокими, до 10-20 м, уступом. Восточнее ст. Варениковской, где уступ почти исчезает, южную границу дельты можно провести, пользуясь почвенно-геологическими данными, по левому берегу реки Сухой Аушед.

На северо-востоке, от г. Приморско-Ахтарска до ст. Степной, дельту отделяют от Кубанских степей береговые уступы Скелеватого озера и Кирпильского лимана. Восточная граница дельты гипсометрически обозначена нечетко. По почвенно-геологическим признакам ее можно провести от ст. Степной через южную окраину Кучеровой плавни и от сюда на юг по правой стороне Глубокого, а затем Ангелинского ериков (3-4 км от них) через западный край ст. Ивановской до Ангелинского канала и вдоль последнего до ст. Марьянской.

Площадь дельты в этих границах составляет около 700 тыс. га. Географическое положение дельты с окаймляющими ее территориями определяется следующими координатами: 37°03ґ - 38°38ґ восточной долготы, 44°51ґ - 46°04ґ северной широты [6].

2.1 Геоморфологические условия

Дельта Кубани и примыкающий к ней Таманский полуостров представляют собой уникальную природную систему, формирование которой происходило в сложных меняющихся природных и антропогенных условиях. Исторически многократные изменения климата, эвстатические колебания уровня моря, разнонаправленные тектонические движения нашли отражение в формировании различных литолого-стратиграфических комплексов, морфологическом облике и ландшафтах этой территории [44].

Дельтовый геоморфологический выдел характеризуется аккумулятивным типом рельефа, обусловленным накоплением рыхлых позднечетвертичных отложений. Рассматриваемая территория относится к Азово-Кубанской равнинной провинции, области Приазовской низменной дельтовой равнины. Равнина делится на два района: современный аккумулятивно-аллювиальный - основная территория тянется с запада на восток, вплоть до границ Ангелинского ерика, и древне-аккумулятивный - упирающийся в отроги аллювиальной лессовой равнины на востоке.

Согласно классификации Е.С. Блажнего, на территории дельты выделено три геоморфологических района:

- плавневый (современная или молодая дельта);

- переходный к старой дельте;

- стародельтовый (древнедельтовый).

Плавневый район самый крупный и наиболее молодой район дельты, который, особенно в приморской полосе, находится в стадии незавершенного формирования. Наиболее характерными элементами рельефа этой территории являются прирусловые гряды и межгрядовые плоские депрессии. Встречаются также ракушечные гряды, расположенные порой в 24-30 км от современного морского берега. Распространение гряд и депрессий между ними, а также слабый уклон местности в сторону моря создают благоприятные условия для формирования болот. Значительная часть Приазовских плавней были осушены, спланированы и преобразованы инженерными рисовыми оросительными системами. Высотные отметки в молодой дельте близки к нулю, опускаясь по отдельным депрессиям до минус 0,5 м. Столь низкие отметки способствуют проникновению соленых морских вод вглубь района, засоляя лиманы и приграничную часть техногенных агроландшафтов. Левобережная часть молодой дельты, а также правобережный пойменный ее выдел вытянуты вдоль русла р. Кубани, представляют массивы, освоенные преимущественно под рис.

Район переходный к старой дельте расположен в основном в правобережье. На западе и юге он граничит с молодой дельтой, на востоке - со старой дельтой. На его территории находятся: г. Славянск-на-Кубани, ст. Анастасиевская, Петровская и другие. Это более зрелое по возрасту геоморфологическое формирование, почти полностью освоенное в сельскохозяйственных целях преимущественно под посевы риса. От плавневого района переходный отличается более ярко выраженными чертами аллювиально-аккумулятивного рельефа, а так же иными гидрологическими условиями. Наибольшие высотные отметки над уровнем моря - 6-8 м - зафиксированы в юго-восточном секторе района. К западу местность постепенно понижается до нулевых значений. Также, от плавневого этот район отличается и иным характером почвообразующих пород и почв. В составе слагающих его пород основное участие принимают современные речные отложения.

Стародельновый (древнедельтовый) район сформировался в ареале между переходной дельтой на западе и Прикубанской степной равниной на востоке. На его территории расположены ст. Полтавская, Марьянская, Федоровская и другие населенные пункты. Геоморфологический район приподнят над уровнем моря на 10-20 м. Еще до обвалования берегов Кубани правобережная часть старой дельты обычно не затапливалась полыми водами р. Кубани и ее правых притоков. Старая дельта характеризуется наличием прирусловых валов и межгрядовых, редкозаболоченных понижений. Рельеф на не спланированных территориях - грядисто-плоско-западинный. Породы, слагающие старую дельту, представлены в верхних почвообразующих слоях преимущественно современными аллювиальными отложениями, успевшими, однако, в некоторых местах приобрести лессовидный облик [6].

2.2 Агроклиматические условия

Агроклиматическое районирование дает сравнительную оценку территории по обеспеченности ее важными для произрастания сельскохозяйственных культур факторами. Продуктивность с/х культур при достаточном количестве тепла и других факторов роста (питательных веществ, света) в основном определяется обеспеченностью их влагой.

Преобладающая часть территории края в силу своего географического положения обеспечена теплом для выращивания основных сельскохозяйственных культур. Лимитирующим фактором успешного ведения сельскохозяйственного производства здесь является влага. Исходя из этого, при агроклиматическом районировании территории Краснодарского края выделение районов проведено по показателю влагообеспеченности, а выделение подрайонов, как вспомогательных таксономических единиц, по показателям теплообеспеченности лета и суровости зимы. Всего на территории края таких районов выделено пять (рисунок 1).