Обеспеченность сельскохозяйственных культур влагой зависит от запасов влаги в почве. Запасы влаги в период сева в слое 0-20 см составляет 24 мм, но к началу вегетации озимых культур они достигают (в слое 0-100 см) - 156 мм. Для яровых культур эти запасы следующие в период сева - 30 мм (в слое 0 - 20 см, к началу вегетации яровых - 104 мм (в метровом слое), что является достаточным для их всходов и роста.

За холодный период выпадает 122 мм осадков, в основном, в виде снега. Устойчивый снежный покров устанавливается в последней декаде ноября, средняя высота его на конец ноября 5 см, декабря - 15 см, января - 20 см, февраля - 25 см, марта - 16 см. Средняя из наибольших декадных высот за зиму - 30 см. Число дней со снежным покровом - 129. Снеготаяние начинается, в среднем, 20 марта, заканчивается к 7 апреля.

С открытых и возвышенных элементов рельефа снег сдувается, что значительно ухудшает условия перезимовки озимых. Наиболее благоприятными месяцами для перезимовки озимых является декабрь и январь, когда наблюдается сочетание низких температур (ниже -20°) с небольшой мощностью снежного покрова (менее 10 см).

Отрицательно влияют на перезимовку и оттепели, среднее число дней с оттепелями - 14. В районе расположения хозяйства в течение года дуют ветра преимущественно западных, восточных, юго-западных направлений. В теплый период (весной, летом) наблюдаются юго-восточные ветры, которые сопровождаются высокой температурой и низкой относительной влажностью воздуха, что обуславливает явление суховеев.

Среднегодовая скорость ветра - 4,6 м/сек., в январе она равняется 5,1 м/сек., в феврале и марте - 5,6, в апреле - 5,1, мае - 4,3, июне - 4,0, июле и августе - 3,7, сентябре - 3,9, октябре - 4,8, ноябре - 4,7, декабре - 5,2 м/сек.

В году бывает до 20 дней с сильными ветрами (> 15 м/с), которые на легких почвах вызывают явление ветровой эрозии (дефляции). К отрицательным явлениям климата данного района относятся и суховеи, сильно иссушающие почву и повреждающие растения: число дней со слабыми суховеями - 31,4, средними - 14,4, интенсивными - 2,9 (Агроклиматический справочник, 1959).

Из вышеуказанного следует, что климат расположения хозяйства характеризуется благоприятными температурными условиями и достаточным запасом тепла в вегетационный период, значительным общим количеством осадков. Однако наличие некоторых отрицательных сторон климата (неравномерность выпадающих осадков, периодичность засух, суховеи, заморозки и оттепели) требует обязательного применения мероприятий, ослабляющих их действие.

2.1.3 Рельеф

По схеме геоморфологичекого районирования Саратовской области землепользование колхоза расположено в области Верхней поверхности денудации Приволжской возвышенности, в междуречье р.р. Медведица - Колышлей. На территории хозяйства данное междуречье р. М. Колышлей, крупными оврагами и балками расчленяется на ряд различных по величине и рельефу водоразделов. Общий характер территории - полого-волнистый.

На территории землепользования распространены слабовыпуклые водораздельные поверхности, которые переходят в пологие (I - 3°) склоны и, далее, в выположенные шлейфы склонов. Покатые (3 - 5°) склоны представлены, в основном, в северо-восточной части хозяйства.

Лощинно-ложбинная сеть представлена несколькими крупными лощинообразными понижениями в западной части хозяйства, а также системой выположенных ложбин, расположенных на водоразделах. Широко распространены эродирующие ложбины, которые приурочены к присетевым склонам.

Склоны северной и западной экспозиций - длинные слабопологие и пологие (I - 3°), слабо подвержены водной эрозии. Южные и восточные склоны в верхней и средней части пологие (I - 3°), в нижней - покатые (3 - 5°), изрезаны мелкими ложбинами и лощинами, эти склоны сильнее подвержены процессам водной эрозии.

Микрорельеф выражен на плато и склонах в виде небольших повышений или понижений, а на нижних прибалочных частях склонов в виде блюдцеобразных понижений.

Повсеместно развит нанорельеф антопогенного происхождения, представленный гребнями, бороздами, западинками и бугорками с перепадом высот до 30 и более сантиметров.

Рельеф плато и склонов водоразделов оказал влияние на формирование их почвенного покрова. На слабовыпуклых водораздельных поверхностях, вершинах холмов, верхних слабопологих частях склонов сформировались чернозёмы обыкновенные среднемощные и черноземы обыкновенные глубоковскипающие, на пологих (1 - 3°) средних и нижних слабоволнистых и волнистых частях склонов - чернозёмы обыкновенные среднемощные укороченные слабосмытые в сочетании с чернозёмами обыкновенными и чернозёмы обыкновенные маломощные слабосмытые; на покатых (3 - 5°) частях склонов южной и юго-восточной экспозиций сформировались чернозёмы обыкновенные маломощные средне смытые.

Наличие на территории землепользования водоразделов с плато и покато-пологими склонами, рассеченными балками, лощинами с водотоками, ложбинами, способствует развитию эрозионных процессов. Однако на данный момент водная эрозия проявляется в слабой и средней степени в виде плоскостного смыва. Единично представлены эродирующие промоины.

2.1.4 Растительность

В геоботаническом отношении территория землепользования расположена в зоне северных разнотравно-типчаково-ковыльных степей. Большая часть территории колхоза в настоящее время распахана и занята посевами сельскохозяйственных культур. Естественная травянистая растительность сохранилась, в основном, вне территории хозяйства, по балкам, оврагам, по узким прибалочным и приовражным частям склонов, в долинах рек.

2.1.5 Гидрография и гидрология

Гидрографическая сеть на территории хозяйства представлена рекой М. Колышлей и сетью впадающих в р.р. Медведицу и М. Колышлей оврагов и балок. Река М. Колышлей протекает по всей территории колхоза с востока на юго-запад. Ширина русла реки - 1-3 м,

Глубина 0,2 - 0,5 м, расход воды небольшой, но постоянный. Река питается за счет родниковых и поверхностных вод. Долина реки имеет узкую пойменную террасу, которая во время весеннего паводка заливается на короткий срок (до 7 дней).

Наиболее полноводной река бывает во время весеннего половодья, вызванного быстрым таянием снежного покрова; летом река мелеет. Вода в ней пресная, пригодная для хозяйственных нужд. Имеющиеся на территории колхоза овраги и балки служат артериями стока дождевых и талых вод. По днищам некоторых балок и оврагов протекают ручьи, питающиеся родниковыми водами. Родниковые воды - хорошего качества. В некоторых балках и оврагах устроены пруды.

Глубокое залегание грунтовых вод на большей части территории хозяйства обуславливает формирование почв автоморфоного типа (черноземы, солонцы черноземные). Однако на незначительной территории грунтовые воды подходят близко к поверхности, что способствует формированию полугидроморфного типа почв (лугово-черноземные).

2.1.6 Почвообразующие и подстилающие породы

Почвенный покров хозяйства находится в тесной связи с геологическим строением территории, характером почвообразующих пород. В геологическом строении территории принимают участие отложения третичной системы. Такие из них, как третичные супеси и пески (Е), глинистый и тяжелосуглинистый элювий опок (Эо), средне- и легкосуглинистый элювий песчаников (Эп). На значительной территории они перекрыты чехлом четвертичных отложений - делювиальными глинами и тяжелыми суглинками (Д) и покровными суглинками и глинами лессовидного типа (П).

Делювиальные глины и тяжелые суглинки имеют наибольшее распространение. Они слагают склоны водоразделов. Характеризуются однородной окраской коричневато-желтого, тёмно-желтого цвета, сложение их уплотненное, структура неясно-комковатая или отсутствует; карбонаты содержатся в виде белоглазки или мицелия.

Делювиальные средние и легкие суглинки послужили почвообразующими породами для черноземов обыкновенных средне- и легкосуглинистого гранулометрического состава, они слагают преимущественно средние и нижние пологие части склонов различных экспозиций. От вышеописанных делювиальных глин и тяжелых суглинков отличаются более рыхлым сложением, менее однородной окраской бурого, желто-бурого-, охристо-желтого цвета, неясно-комковатой структурой, часто бесструктурны.

Покровные глины лессовидного типа слагают водораздельные поверхности и встречаются по всей территории хозяйства. Они характеризуются палевой окраской, плотным сложением и крупно-комковатой неясно выраженной структурой. Карбонаты в породе встречаются в виде белоглазки или мицелия. На покровных глинах сформировались чернозёмы обыкновенные глинистые, тяжелосуглинистые и чернозёмы обыкновенные глубоковскипающие глинистые с разными водно-физическими свойствами. Элювий опок слагает как водораздельные, так и склоновые поверхности по всей территории хозяйств. Это серого, синевато-серого цвета камни и щебень коренной породы, пересыпанный темно-желтой глиной и тяжелым суглинком. На элювии опок сформировались черноземы разной степени мощности (в том числе, очень маломощные) и каменистости.

Элювий песчаников, как почвообразующая порода, на территории землепользования представлен незначительно. На нем сформировались черноземы бескарбонатные среднемощные укороченные среднесуглинистые среднекаменистые. Третичные супеси и пески встречаются в западной части хозяйства (д. Новая Ивановка), они выклиниваются на склонах, шлейфах склонов, по лощинам и ложбинам. Имеют различную окраску - оливковую, серую, охристо-желтую. На них сформировались черноземы бескарбонатные разной степени мощности и смытости, супесчаные и легкосуглинистые.

2.1.7 Почвенный покров

Положение хозяйства в северной части степной зоны обусловливает господство в почвенном покрове обыкновенных черноземов. Сопутствующие почвенные типы: лугово-черноземные почвы, солонцы малонатриевые. Их развитие обусловлено локальным действием временного или постоянного дополнительного увлажнения и процессами осолонцевания.

Черноземы распространены повсеместно на водоразделах, приводораздельных и балочных склонах. Лугово-черноземные почвы располагаются на шлейфах склонов, а также в ложбинах и лощинах.

Черноземы обыкновенные залегают на плато и склонах водоразделов на покровных суглинках и глинах, делювиальных отложениях, на элювии опоки, изредка - на третичных супесях и песках и элювии песчаника.

Имеют темноокрашенный гумусовый горизонт характерной мощностью 50-60 см (реже до 70-80 см) с мелкокомковатой структурой, вскипание от 10 % НCl обнаруживается обычно либо вблизи границы гумусового горизонта, либо под гумусовым горизонтом на различной глубине. В случае, если вскипание выявлялось глубже 15 см от нижней границы гумусового горизонта, такие почвы идентифицировались как глубоковскипающие черноземы. Карбонаты кальция выделяются в форме белоглазки в нижней части почвенного профиля.

Гранулометрический состав глинистый, тяжелосуглинистый и среднесуглинистый, редко легкосуглинистый и супесчаный.

В зависимости от мощности гумусового горизонта выделены виды мощные (более 80 см), среднемощные с подразделением их на подвиды собственно среднемощных (60…80 см) и среднемощных укороченных (40…60 см), маломощные (25…40 см), очень маломощные (до 25 см).

В хозяйстве встречаются роды черноземов обыкновенных обычные, глубоковскипающие, бескарбонатные и карбонатные. Бескарбонатные черноземы формируются на породах легкого гранулометрического состава (третичных супесях и песках, элювии песчаника), в пределах почвенного профиля от 10 % НСl не вскипают. Карбонатные черноземы имеют свободные карбонаты по всему профилю, вскипание от 10 % НСl с поверхности. Как карбонатные, так и бескарбонатные черноземы на обследованной территории имеют весьма ограниченное распространение.

В хозяйстве довольно распространены эрозионноопасные склоны, на которых представлены эродированные черноземы. Некоторое их находится на склонах и днищах ложбин. Степень смытости диагностируется по изменению мощности гумусового горизонта с учетом других морфологических свойств почвенного профиля, характера поверхности почвы, приуроченности к склонам различной крутизны.

У слабосмытых черноземов смыто от трети до половины гумусового горизонта (А+АВ), его средняя мощность гумусового составляет 30…35 см. Они входят в состав пятнистостей с черноземами несмытыми на склонах 1…3^о, с черноземами среднесмытыми - на склонах 3…5^о, с луговато-черноземными почвами - в ложбинах.

Физические свойства слабосмытых черноземов менее благоприятные, чем у несмытых, но эти различия невелики. Они, как правило, хуже оструктурены, несколько уплотнены.

У среднесмытых черноземов смыто более половины гумусового горизонта, эрозией может быть затронута верхняя часть переходного гумусового горизонта В. Мощность гумусового горизонта (А+АВ) 20…30 см, он уплотнен, имеет комковатую или глыбисто-комковатую структуру, слабый буроватый оттенок, резко выраженную нижнюю границу, под пахотным горизонтом залегает гумусовый переходный горизонт В₁ небольшой мощности, быстро переходящий в горизонт гумусовых затеков В₂ и переходный к почвообразующей породе горизонт ВС. Среднесмытые черноземы имеют незначительное распространение, встречаясь в комбинациях со слабосмытыми почвами на склонах 3-5 градусов.

Лугово-черноземные почвы формируются в условиях дополнительного увлажнения. Гумусовый горизонт темно-серый, мелкокомковатой структуры. Почвообразующей породой являются чаще всего делювиальные суглинки. В типе лугово-черноземных почв выделяются подтипы луговато-черноземных и собственно лугово-черноземных почв.

Дополнительное увлажнение луговато-черноземных почв происходит за счет относительно неглубоко (5-7 метров в сухой период, весной ближе) залегающих грунтовых вод на речных террасах и шлейфах склонов, а также за счет временного скопления вод поверхностного стока при глубоком залегании грунтовых вод на отрицательных элементах рельефа: днищах ложбин понижений, амфитеатрах лощин и балок, а также на слабодренированных водоразделах. Выделены роды обычных и выщелоченных, виды мощных, среднемощных (в том числе укороченных), маломощных. Могут быть эродированы. Критерии выделения такие же, как для автоморфных черноземов. Повышенное увлажнение обусловливает запаздывание сроков поспевания луговато-черноземных почв на 1…3 дня, а после многоснежных зим и/или холодной весны - до 4…7 дней. Распространены достаточно широко на речных террасах, шлейфах склонов, на склонах и днищах ложбин в комбинациях с черноземами обыкновенными несмытыми и различной степени смытости и лугово-черноземными почвами. На большей площади хозяйства они расчленяют массивы автоморфных почв, что повышает контрастность почвенного покрова, приводит к несовпадению оптимальных сроков полевых работ на территории одного поля и в конечном итоге - к снижению продуктивности

Собственно лугово-черноземные почвы формируются в условиях дополнительного увлажнения в результате относительно неглубокого (3…6 м) залегания грунтовых вод. В этом подтипе, имеющем достаточно широкое распространение на территории хозяйства, выделены роды: обычные и выщелоченные (не вскипают от 10 %-ной HCl в пределах профиля).

В зависимости от мощности гумусового горизонта выделены виды мощные (более 80 см), среднемощные с подразделением их на подвиды собственно среднемощных (60…80 см) и среднемощных укороченных (40…60 см), маломощные (25…40 см). Главным лимитирующим фактором использования лугово-черноземных почв является запаздывание сроков готовности почвы к обработке, однако дополнительное увлажнение обусловливает большую продуктивность лугово-черноземных почв по сравнению с черноземами. Встречаются преимущественно на днищах лощин и шлейфах склонов, в комбинациях с другими почвами.

Солонцы в хозяйстве представлены эпизодически, в разных частях землепользования, исключительно в комплексах с другими типами почв. Отличаются сильным переуплотнением, глыбистой и столбчатой структурой, малой мощностью гумусового горизонта. В ходе обследования были выделены малонатриевые черноземные солонцы (содержание обменного натрия в почвенно-поглощающем комплексе до 25%). Отличаются крайне низким плодородием, требуют проведения мелиораций (гипсование). В ходе обследования, на территории землепользования отмечены каменистые почвы, сформировавшиеся на элювии опок. Они представлены черноземами обыкновенными различной степени мощности (вплоть до очень маломощных) и разной степенью каменистости. Единично камни встречаются почти повсеместно на водоразделах и приводораздельных склонах; размеры камней варьируют в широких пределах - от щебня до крупных валунов.

2.2 Характеристика методов исследования

Метод исследования - сравнительно-географический. Методика исследований заключалась в проведении полевых изысканий по нормативам кафедры почвоведения (приблизительно 1 разрез на 30 га с учётом рельефа участка). В процессе работы было проведено почвенно-ландшафтное картирование на территории 2987 га, было выкопано около 94 выработок, описаны морфологические признаки почв, устанавливая их связь с факторами почвообразования. При анализе землепользования и хозяйственной деятельности хозяйства использовались документы:

1. Топографическая карта местности, масштаба 1:10 000, высота сечения горизонталей 2,5 м;

2. План землеустройства;

3. Почвенная карта хозяйства М 1 : 25 000;

4. Данные агрохимического картирования и паспорта полей за 2009 год

Почвенно-ландшафтная карта отражает микроструктуру почвенного покрова, геоморфологические, литологические, гидрогеологические и микроклиматические условия в виде совокупностей элементарных ареалов агроландшафта в пределах агроэкологических групп земель. Данная карта служит основой для агроэкологической оценки земель в соответствии с принятой методологией их типизации.

Агроэкологическая оценка земель осуществляется 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. Оценка ЭАА проводится на основе ландшафтно-экологической классификации земель, раскрывающей всю совокупность факторов, с которыми нужно считаться при формировании системы земледелия. Далее, близкие по условиям возделывания сельскохозяйственных культур ЭАА объединяют в агроэкологические типы земель, т.е. участки, однородные по агроэкологическим требованиям культуры или группы культур и условиям возделывания. Результаты агроэкологической оценки земель отображаются в виде карты агроэкологических типов и групп земель. Возможности использования типов земель рассматриваются с позиций последовательного преодоления лимитирующих агроэкологических условий и адаптации. Часть их поддается регулированию или даже управлению, часть можно регулировать ограниченно, а часть условий не поддается направленному изменению вообще, к ним можно лишь адаптироваться. В соответствии с этими условиями 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.

На базе полученной АгроГИС были спроектированы агротехнологии возделывания культур различных уровней интенсификации.

ГЛАВА 3. ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

3.1 Характеристика агроэкологических групп и типов земель и особенности их использования

Агроэкологические группы земель выделялись на основе преобладания тех или иных факторов, ограничивающих производство. Агроэкологические типы земель представляют собой объединения участков, однородных по агроэкологическим требованиям культур и условиям возделывания.

В таблицах, характеризующих типы земель, кодами обозначены:

1.0(0) 1(I) Агроэкологическая группа и подгруппа земель (Ведущий ограничивающий фактор для контуров, образующих данный тип земель) Порядковый номер типа земель (Категория земель)

Коды ограничивающих факторов:

1.0 Без ограничения

2.1 Слабая эрозионная опасность

2.2 Средняя эрозионная опасность

3.1 Легкий гранулометрический состав

3.2 Каменистость

4.1 Солонцеватость

4.2 Переуплотненность

5.1 Сложность контура, мелкоконтурность

I группа - плакорные земли. Это дренированные равнины с преобладающими автоморфными почвами (85 - 100 %), а также их комбинации со слабополугидроморфными почвами. Включают слабоволнистые и выпуклые водоразделы, слабо расчлененные слабоврезанной ложбиной сетью, и примыкающие к ним склоны 1-3 градуса холодных экспозиций (кроме выпуклых и гофрированных).

Используются в системе зерно-паровых севооборотов.

Разнообразие плакорных земель представлено агроэкологическими типами, характеризующимися в основном неконтрастными почвенными комбинациями. Наиболее благополучные земли представлены плоскими и слабоволнистыми водораздельными территориями, а также короткими нерасчлененными северными склонами с уклоном 1-3^о с обыкновенными черноземами на покровных (лессовидного типа) тяжелых суглинках и глинах, а также на делювиальных отложениях. Земли данных типов пригодны для возделывания наиболее требовательных культур с использованием интенсивных и высокоинтенсивных агротехнологий.

Преобладающие типы земель этой группы не имеют особых ограничений на их использование. Они могут использоваться в любых типах севооборотов с максимально возможным насыщением пропашными культурами. Доля этих культур вместе с чистым паром может достигать 50% площади севооборота. Однако с усилением интенсификации использования этих земель необходимо применение органических удобрений, оставление соломы, применение пожнивных посевов. Учитывая благоприятные физические свойства этих почв и условия поверхностного стока здесь возможно значительное сокращение частоты и глубины обработки почвы вплоть до нулевой обработки под зерновые культуры при условии обеспечения чистоты посевов от сорняков и соответствующего регулирования минерального питания растений. В связи с проявлением засушливости климата целесообразно применение влагонакопительных мероприятий, в особенности задержание снега на полях.

II группа - эрозионные земли. На территории хозяйства представлены преимущественно слабоэрозионные земли (на теплых прямых склонах 1-3 ^о), при некотором участии среднеэрозионных. Почвенный покров представлен комбинациями несмытых, слабосмытых и среднесмытых почв.

Использование эрозионных земель в пашне допустимо лишь при обеспечении защиты их от водной эрозии. С усложнением ландшафта усложняется комплекс противоэрозионных мероприятий.

Особенность - пониженная влагообеспеченность агроценозов вследствие усиленного поверхностного стока, развитие водной эрозии на пашне.

В системе использования данных земель ограничивается доля чистого пара, подсолнечника, увеличивается доля зерновых культур, желательно расширение посевов многолетних трав, введение пожнивных посевов, необходимо введение почвозащитных элементов обработки почвы с сохранением пожнивных остатков под зерновые культуры и однолетние травы, применение щелевания, почвоуглубления, агротехнических мероприятий по регулированию поверхностного стока (лункование, бороздование и др.), непременное проведение снегозадержания, посев поперек склона. При этом посев и междурядную обработку пропашных культур следует проводить поперек склона с применением направляющих щелей. На длинных склонах целесообразно практиковать полосное размещение культур и чистого пара. Эрозионно-опасные лощины стока следует залужать. На участках средне- и сильноэрозионных земель противоэрозионные мероприятия усиливаются вплоть до их залужения и залесения.

В предотвращении эрозионных процессов особую роль играет противоэрозионная организация территории. При проектировании полей и производственных участков в пределах водосборного бассейна принимаются во внимание особенности формирования поверхностного и грунтового стока на различных элементах ландшафта, учитываются особенности влияния на гидрологический режим данного участка соседних полей и участков, расположенных выше по рельефу. В случае повышенной ложбинности или «гофрированности» поверхности почвы исключается также применение интенсивных технологий возделывания зерновых культур.

Участки, представленные контрастными типами земель, отличаются от фоновых по агроэкологическим условиям и требуют индивидуального подхода к их использованию, а нередко и особых природоохранных мер, особенно когда они являются очагами деградации почв или, наоборот, служат убежищем для диких животных, гнездовий птиц, местами расположения полезной энтомофауны.

В качестве природоохранных мер в таких случаях проводится залужение ложбин, восстановление колков, создание энтомологических микрозаказников для энтомофагов, опылителей и т.д.

Если площадь, занимаемая контрастным типом земель в пределах севооборотного поля достаточно велика, проектируется производственный участок, отличающийся определенными технологическими особенностями возделывания культуры.

Участки слабоэрозионных земель, расположенные на склонах теплых экспозиций, могут быть использованы для выращивания требовательных к теплообеспеченности культур.

III группа. Полугидроморфные земли. На территории хозяйства встречаются незначительно. Представлены лугово-черноземными почвами тяжелосуглинистого гранулометрического состава.

В пределах земель данной группы целесообразно возделывание культур, отзывающихся на дополнительное поверхностное и грунтовое увлажнение. В перспективе по мере развития животноводства на землях этой группы можно будет выращивать кормовые культуры.

Данные представлены в таблице 3.

4 группа - солонцовые земли. Представлены эпизодически, в разных частях землепользования, исключительно в комплексах с другими типами почв. В ходе обследования были выделены малонатриевые солонцы (содержание обменного натрия в почвенно-поглощающем комплексе до 25%), которые отличаются крайне низким плодородием, требуют проведения мелиораций (гипсование). На землях этой категории наблюдается так же завалуненность.

5 группа - литогенные земли. Представлены черноземами на элювии опок. Это почвы сильно и очень сильнокаменистые, с разными мощностями гумусового горизонта (от среднемощных до очень маломощных). Все это приводит к вынужденной необходимость исключать такие земли из структуры посевных площадей и севооборота.

3.2 Формирование АгроГИС

Начальным этапом формирования АгроГИС является крупномасштабное почвенное картирование, которое состоит из нескольких этапов: предварительного камерального периода, полевого периода и завершающего камерального периода.

Содержание работ предварительного камерального периода включало в себя сбор имеющихся материалов и их анализ, составление предварительной картографической основы, планирование полевых работ.

При составлении крупномасштабных почвенных карт нами были использованы:

· Топографическая карта местности, масштаба 1:10 000, высота сечения горизонталей 2,5 м;

· План землеустройства;

· Региональная почвенно-географическая литература;

· Данные почвенного картирования за предыдущие годы.

Предварительная картографическая основа изготавливалась путем ксерокопирования листов топографической карты масштаба 1:10 000.

Полевой период проводился в сентябре 2009 г. Техника съемки при полевом почвенно-ландшафтном исследовании не отличалась от почвенного обследования и была проведена согласно Общесоюзной инструкции по почвенному обследованию и составлению крупномасштабных почвенных карт. Согласно инструкции на один разрез приходилось около 30 га. Пункты заложения разрезов фиксировались на рабочей основе. Привязка разрезов проводилась при помощи системы GPS-позиционирования, был использован GPS-приемник Garmin, точность привязки лежала в допустимых пределах и составляла 5-8 м. Завершающий камеральный период проводился на кафедре почвоведения МСХА. На этом этапе полевых работ были составлены бумажные карты форм и элементов рельефа. Следующий этап проводился на базе компьютерного класса кафедры почвоведения РГАУ-МСХА с использованием ГИС-технологий. Работа проводилась на компьютерах с установленными на них программой Map Info 7.5.

3.2.1 Оцифровка топографической основы

Использование ГИС-технологий при почвенно-ландшафтном картографировании связано прежде всего с оцифровкой картографического материала. Общей позицией оцифровки является сканирование топографической основы и присвоение координат получившемуся растровому изображению. Перед оцифровкой имеющаяся топографическая основа была разрезана на части формата А3 и отсканирована. Далее каждому полученному изображению были присвоены координаты, в результате чего получили растровое изображение. Выбор координатной системы зависит от топографической основы. В моей работе проектирование велось в координатной системе Долгота/Широта проекция WGS 84 с использованием координат, снятых с GPS-приемников. После регистрации изображения можно приступать непосредственно к формированию АгроГИС. Первым этапом создается база данных, содержащая информацию полевых дневников - координаты каждого разреза, почвенная разность, строение геоморфологического профиля. Эти данные послужат для дальнейшего построения карты-слоя структур почвенного покрова.

3.2.2 Построение карты-слоя форм и элементов рельефа

Существует несколько вариантов ее создания: оцифровка топографической основы с получением трехмерной цифровой карты рельефа либо оцифровка предварительно изготовленной вручную на бумажной топографической основе карты форм и элементов рельефа. Первый вариант более точен и нагляден, в перспективе он открывает широкие возможности по автоматическому проектированию, однако он, как правило, значительно более трудоемок и предъявляет высокие требования к программно-аппаратному обеспечению и квалификации пресонала. Второй вариант менее точен, но значительно проще в исполнении. В диссертации оцифровка этого слоя велась вручную - поочередно отрисовывались ложбины и лощины, пойма, склоны различной крутизны. В автоматическом режиме забивалась база данных по каждому конкретному контуру с указанием следующей информации-типа поверхности, уклона, экспозиции, площади участка. Проведя сортировку полученных участков по признаку «Экспозиция» с последующим копированием, была создана карта экспозиции склонов. Таким же образом были созданы карты крутизны и формы склонов. Все полученные карты-слои совместимы между собой и имеют единую привязку и содержат общую для всех трех слоев базу данных.

3.2.3 Создание карты-слоя структур почвенного покрова

Базой для создания данной карты-слоя служат уже имеющаяся база данных, содержащая информацию полевых дневников. Оцифровка карты производилась аналогичным образом, т е вручную с отрисовкой всех контуров структур почвенного покрова и автоматическим внесением информации в базу данных. База данных этого слоя содержит следующую информацию: индекс, название почвенной разности, гранулометрический состав, площадь контура, почвообразующие породы. На основе карты структур почвенного покрова путем сортировки участков по разным признакам (гранулометрический состав, каменистость, скелетность) были созданы различные слои-картограммы.

3.2.4 Создание карты-слоя видов земель

Одновременно с картой форм и элементов рельефа создаются электронные карты существующих полей севооборота, границ хозяйства, посторонних землепользователей, дорог, лесополос, гидрографической сети и водоемов, производственных площадей.

Результат проделанной работы представлен в виде комплекса карт и картограмм:

· форм и элементов рельефа;

· крутизны склонов;

· экспозиции склонов;

· формы склонов;

· структур почвенного покрова;

· гранулометрического состава;

· скелетности почв;

· каменистости почв;

· содержание гумуса в почвах;

· содержание подвижного фосфора в почвах;

· содержание обменного калия в почвах.

Каждая электронная карта имеет базу данных, содержащую соответствующую тематике карты информацию по каждому контуру.

Путем взаимного наложения тематических электронных карт-слоев формируется комплексная карта агроэкологических групп и видов земель, то есть элементарных ареалов агроландшафта. Сначала выделяют группы земель по условиям рельефа, накладывая на почвенную карту карту распределения склонов по уклонам; затем накладывают карту распределения склонов по экспозициям, получая первичный структурный элемент агроэкологической оценки земель - элементарный ареал агроландшафта (ЭАА). Под ЭАА понимается участок на элементе мезорельефа, ограниченный элементарным почвенным ареалом или элементарной почвенной структурой при одинаковых геологических, литологических и микроклиматических условиях. К отрисованной карте видов земель привязывается база данных, содержащая информацию одновременно всех тематических слоев. Таким образом, каждый ЭАА имеет свой уникальный экологический адрес и содержит все информацию о геологических, литологических, агроэкологических условиях. Данная карта служит основой для агроэкологической оценки земель в соответствии с принятой методологией их типизации .

3.2.5 Оценка земель по пригодности для возделывания

сельскохозяйственных культур

Далее, близкие по условиям возделывания сельскохозяйственных культур ЭАА объединяют в агроэкологические типы земель, т.е. участки, однородные по агроэкологическим требованиям культуры или группы культур и условиям возделывания.

Возможности использования типов земель рассматриваются с позиций последовательного преодоления лимитирующих агроэкологических условий и адаптации. Часть их поддается регулированию или даже управлению, часть можно регулировать ограниченно, а часть условий не поддается направленному изменению вообще, к ним можно лишь адаптироваться. В соответствии с этими условиями 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 (Кирюшин…).Совокупность агроэкологических факторов должна быть ранжирована с точки зрения лимитирующего влияния на возделывание сельскохозяйственных культур и возможностей их преодоления.

Формирование агроэкологических типов земель осуществляется путём сопоставления агроэкологических требований культуры с агроэкологическими параметрами ЭАА и объединения агроэкологически совместимых ЭАА.

Пригодность каждого ЭАА для возделывания той или иной культуры проводится с учётом производственно-ресурсного потенциала хозяйства, способного изменять условия среды и адаптивного потенциала растений. Чем более эффективна агротехника, тем более разнородные ЭАА могут составлять тип земель.

В соответствии с характером природных ограничений пригодности земель для возделывания конкретных культур или их групп, а также мероприятий по их преодолению или адаптации агроэкологические виды земель ранжируются по шести категориям:

1) I категория. Земли, пригодные для возделывания всех сельскохозяйственных культур без особых ограничений, за исключением управляемых факторов, которые оптимизируются с помощью удобрений и обычных агротехнических мероприятий;

2) II категория. Земли, пригодные для возделывания всех сельскохозяйственных культур с ограничениями, которые могут быть преодолены простыми агротехническими, мелиоративными и противоэрозионными мероприятиями. Делятся на две группы:

- II₁. С ограничениями, преодолеваемыми с помощью простых агротехнических и культуртехнических мероприятий. Это равнинные ландшафты, не подверженные эрозии и дефляции. В числе ограничивающих факторов преобладают регулируемые (повышенное содержание обменного натрия, умеренная засоленность, каменистость, закустаренность). В числе ограниченно регулируемых факторов имеют место умеренная комплексность почвенного покрова, обусловленная микрорельефом, кратковременное переувлажнение, пониженное содержание гумуса. Из нерегулируемых факторов - неконтрастные почвенные комбинации, обусловленные различной литологией почвообразующих пород.

- II₂. С ограничениями, преодолеваемыми с помощью агротехнических мелиораций и противоэрозионных (противодефляционных) агротехнических мероприятий. В группу входят земли, которые помимо ограничений, характерных для группы II₁, отличаются склонностью к проявлению эрозионных процессов. Располагаются в эрозионном рельефе умеренной сложности. Преодоление эрозионных процессов достигается с помощью обработки почвы поперек склона; щелевания, бороздования; безотвальной системы обработки почвы с сохранением на поверхности пожнивных остатков, оставлением соломы, полосного размещения культур, паров и многолетних трав и других агротехнических мероприятий при соответствующей противоэрозионной организации территории;

3) III категория. Земли, пригодные для возделывания сельскохозяйственных культур с ограничениями, которые могут быть преодолены среднезатратными гидротехническими, химическими, лесными, комплексными мелиорациями. Делятся на три группы:

- III₁. Переувлажненные земли, которые могут быть улучшены путем осушения с помощью относительно простых дренажный устройств. Это почвы с глеевыми горизонтами в комплексах с автоморфными почвами.

- III₂. Земли, требующие затратных агротехнических химических, комбинированных мелиораций. Это солонцовые другие почвы с плотными горизонтами в различных комплексах. Могут быть улучшены мелиоративными обработками (плантажными, ярусными и др.), сплошной химической или комбинированной мелиорацией (гипсование на фоне плантажа и др.)

- III₃. Земли, интенсивное использование которых возможно на фоне противоэрозионных гидротехнических и лесомелиоративных мероприятий при контурной организации территории. Расположены в сложных эрозионных ландшафтах, используются в контурно-мелиоративных системах земледелия;

4) IV категория. Земли, мало пригодные для возделывания сельскохозяйственных культур вследствие неустранимых ограничений по условиям литологии почвообразующих пород, рельефа, мелиоративного состояния и весьма ограниченных возможностей адаптации;

5) V категория. Земли, потенциально пригодные для возделывания сельскохозяйственных культур после сложных гидротехнических мелиораций. Это болотные, сильно засоленные почвы, использование которых возможно лишь при создании сложных оросительных или осушительных систем;

6) VI категория. Земли, непригодные для возделывания сельскохозяйственных культур из-за неустранимых ограничений и незначительных возможностей адаптации. Используются под пастбища, лесохозяйственные угодья и для других целей (Кирюшин, 1996, 2010).

Размеры участков, отвечающих агроэкологическим типам земель, зависят от адаптивного потенциала культивируемых растений и производственно-ресурсного потенциала товаропроизводителя, способного изменить агроэкологические условия с помощью мелиоративных и других мероприятий. По площади типы земель соответствуют полям севооборотов или производственным участкам. Процедура формирования типа земель из ЭАА учитывает наряду с уровнем интенсификации предотвращение процессов деградации и загрязнения ландшафтов. Особо выделяются ЭАА, являющиеся очагами деградации ландшафтов: эрозии, дефляции, заболачивания, засоления и др. На них налагаются соответствующие ограничения по использованию. В пределах агроэкологических групп земель с учетом структурно-функциональной иерархии агроландшафтов решаются задачи противоэрозионной организации территории, размещения мелиораций, лесовосстановительных работ, экологических ограничений, применительно к агроэкологическим типам земель формируются звенья систем земледелия. При подборе культур учитывается рентабельность производства и спрос на культуру на рынке. Не маловажными являются цена и пути сбыта полученной продукции. Для работы на данном участке были выбраны культуры, выращиваемые в чернозёмной зоне и имеющие спрос на рынке, а так же необходимые для внутрихозяйственного производства и потребления (однолетние и многолетние травы на корм скоту).

Помимо основных биологических требований, предъявляемых культурами, необходимо учитывать то, что растения играют и средообразующую роль. А этот фактор необходимо учитывать при создании системы севооборотов и систем чередования культур, которые, как известно, наиболее эффективны в растениеводстве.

3.2.6 Формирование полей севооборотов и производственных участков

Проектирование систем севооборотов осуществляется применительно к агроэкологическим группам земель Полевые севообороты проектируются в пределах определенных агроэкологических типов земель. Довольно редко севооборотные массивы бывают однородными, когда не возникает проблем с нарезкой полей. Чаще всего на фоне преобладающего агроэкологического типа земель (фонового) имеются включения сопутствующих типов земель различной контрастности, которые пригодны для возделывания данной культуры, но при различных уровнях интенсификации и соответственно разных технологиях. Такие земли выделяются в производственные участки в пределах полей севооборотов. На этих участках выполняются противоэрозионные, мелиоративные и другие мероприятия, приближающие условия возделывания культур к фоновым агроэкологическим типам. Для высоких агротехнологий в пределах полей севооборотов выделяются производственные участки с высокой агроэкологической однородностью. Выделенные сильноконтрастные типы земель отводятся под участки постоянного залужения. Проектирование полей севооборотов и производственных участков выполняется на основе агроэкологических карт, сопоставление которых позволяет выявить группы культур с близкими требованиями по условиям возделывания и соответствующие им территории. Это делается путем взаимного наложения агроэкологических карт-слоев. При совпадении контуров одних категорий пригодности для разных культур выделяются типы земель, на которых размещаются соответствующие севообороты.

3.3 Принципы проектирование агротехнологий различного уровня интенсификации

Сегодня особенно остро стоит вопрос о применении тех или иных агротехнологий на сельхозугодиях. Существует множество систем земледелия с разными уровнями интенсификации. Эти уровни соответствуют четырем вариантам агротехнологий: экстенсивным, нормальным, интенсивным и высокоинтенсивным (табл 12).

Таблица 12 Сравнительная оценка агротехнологий различного уровня интенсификации

Основные показатели	Агротехнологии
	Экстенсивные	Нормальные	Интенсивные	Высокие
Сорта	Толерантные	Пластичные	Интенсивные	С заданными параметрами
Почвенно-ландшафтные условия	Различной сложности	Умеренно сложные	КУ>0,6 плоские ЭАА, пятнистости	КУ>0,8 плоские ЭАА, однородные ПК
Удобрение	Нет	Поддерживающее	Программированное	Точное
Защита растений	Эпизодическая	Ограниченная, против наиболее вредоносных видов	Интегрированная	Экологически сбалансированная
Обработка почвы	Система вспашки	Почвозащитная комбинированная	Дифференцированно минимизированная	Оптимизированная
Техника	1…2-го поколения	3-го поколения	4-го поколения	Прецизионная
Качество продукции	Неопределенное	Неустойчиво удовлетворительное	Отвечающее требованиям переработки и рынка	Сбалансированное по всем компонентам
Землеоценочная основа	Почвенные карты 1 : 25 000	Почвенные карты 1 : 10 000	Почвенно-ландшафтные карты	ГИС
Экологический риск	Активная деградация почв и ландшафтов	Деградация почв	Риск загрязнения	Минимальный риск

Экстенсивные технологии, преобладающие в настоящее время, ориентированы на использование естественного плодородия почв без применения удобрений и других химических средств или с очень ограниченным их использованием. Они бесперспективны вследствие невысокой урожайности, неудовлетворительного качества продукции, развития процессов деградации почв и ландшафтов (эрозии, дефляции, дегумификации и др.).

Нормальные технологии обеспечены минеральными удобрениями и пестицидами в том минимуме, который позволяет осваивать почвозащитные системы земледелия, поддерживать средний уровень окультуренности почв, устранять дефицит элементов минерального питания, находящихся в критическом минимуме и давать удовлетворительное качество продукции. В этих технологиях используются пластичные сорта зерновых.

Интенсивные технологии ориентированы на достижение оптимального по условиям окупаемости агрохимических ресурсов уровня минерального питания растений, защиты от вредных организмов и полегания посевов. Продуктивность культуры при этой технологии отвечает конечной точке прямолинейного участка кривой, изображающей зависимость урожайности от вложения агрохимических ресурсов.

Интенсивные технологии предполагают применение интенсивных сортов и создание условий для более полной реализации их биологического потенциала. Интенсивные технологии, рассчитанные, например, на 30-40 ц/га озимой пшеницы высокого качества, могут быть реализованы с использованием отечественной серийной техники, сортов, удобрений и импортных пестицидов. Освоение данных технологий требует специальной подготовки товаропроизводителей. При этом очень важно точное их выполнение вопреки всевозможным «урезаниям», которые часто практикуются из-за недостатка средств, недопонимания значимости технологических операций, низкой технологической дисциплины. Исключение любой операции или неточное ее выполнение снижает урожайность и качество продукции.

Высокоинтенсивные технологии рассчитаны на достижение продуктивности культуры, близкой к ее биологическому потенциалу, с помощью современных достижений научно-технического прогресса. При этом уровень урожайности культуры будет находиться на перегибе упомянутой кривой до выхода на плато, ограниченном экономическими (максимальная прибыль) и экологическими (риск загрязнения продукции и ландшафтов) факторами. Высокоинтенсивные или высокие технологии являют собой качественный скачок и в создании сортов, и в подготовке почвы, и в насыщенном технологическими операциями уходе за посевами. В опытах научных учреждений показана возможность получения урожайности озимой пшеницы в интенсивных технологиях на уровне 60-70 ц/га. Однако достижение этих уровней в настоящее время экономически не оправдано. Рациональный с этой точки зрения уровень урожайности озимой пшеницы составляет 40-50 ц/га. Он находится на перегибе упомянутой выше кривой задолго до выхода урожайности на плато на пересечении с кривой возрастающего экологического риска. Данные технологии требуют применения прецезионной техники, современных препаратов и высокой квалификации специалистов.

Высокие технологии ориентированы на максимальное использование генетического потенциала наиболее интенсивных сортов сельскохозяйственных культур и достижение климатически обеспеченной урожайности. Первое условие высоких технологий - максимальная адаптированность к местным условиям. Динамика продукционного процесса должна управляться в тесном соответствии с изменением погодных условий исходя из потребностей сорта в агроклиматических ресурсах.

3.3.1 Урожайность сельскохозяйственных культур при различных уровнях интенсификации производства

На основе обобщения материалов длительных полевых экспериментов научных учреждений, производственного опыта хозяйств, данных Госсортосети и Агрохимслужбы рассчитана урожайность основных сельскохозяйственных культур на землях основных агроэкологических групп при среднеклиматической обеспеченности для четырех уровней интенсификации земледелия (табл. 13).

Таблица 13 Урожайность сельскохозяйственных культур на плакорных землях южной лесостепи (обыкновенных черноземах), ц/га

Культуры	Технологии
	Экстенсивные	Нормальные	Интенсивные	Высокие
Озимая пшеница по чистому пару	20-26	32-36	40-42	45-47
Озимая пшеница по занятому пару	18-22	26-28	33-35	36-40
Озимая рожь по чистому пару	19-22	32-36	36-38	40-44
Ячмень	16-18	22-24	30-32	36-38
Яровая пшеница	14-16	18-22	28-30	36-39
Овёс	15-18	22-26	30-34	35-37
Горох	14-18	17-20	22-24	25-27
Гречиха	6-8	13-15	16-18	20-25
Подсолнечник	8-12	13-16	18-20	24-28
Кукуруза на зерно	-	33-36	43-46	55-60
Просо	10-12	20-22	25-27	28-30
Чечевица	12-14	16-18	18-20	-
Нут	8-10	12-14	16-18	-
Рапс	6-8	10-12	16-18	-

Для поэтапного формирования урожая, запланированного в соответствии с этими ресурсами и генетическим потенциалом сорта, составляется структурная модель посева, учитывающая основные элементы продуктивности. Например, для озимой пшеницы такая модель включает такие показатели, как норма высева семян; полевая всхожесть; число растений в предзимний период; зимняя гибель растений; отмирание растений в летний период; число живых растений после перезимовки; продуктивная кустистость; число растений, сохранившихся к уборке; число продуктивных стеблей к уборке; число развитых колосков в колосе; число зерен в колосе; масса 1000 зерен. Полностью реализовать запрограммированную модель посева (урожая) маловероятно, поскольку невозможно точно предвидеть ход формирования всех элементов урожайности. Однако, ведя их учет в процессе роста растений и сверяя их с запрограммированной моделью, можно в значительной мере управлять продукционным процессом. Степень адекватности агротехнологий планируемой урожайности и самой процедуры планирования зависит от совершенства модели продукционного процесса, ее научной обоснованности, адаптированности к почвенно-климатическим условиям, совершенства методов почвенной и растительной диагностики, качества технического и агрохимического обслуживания.

Исходное условие формирования высоких агротехнологий - создание однородного посева, выравненного по всем количественным и качественным параметрам. Для этого требуется прежде всего однородность почвенных условий, отсутствие контрастных компонентов почвенного покрова при однородности почвообразующих пород и нанорельефа. Почвенные условия, ограничивающие обеспечение растений факторами жизни, не должны выходить за рамки тех, которые регулируются агротехнологиями, то есть для высоких агротехнологий отбираются лучшие земли. Путем планировки обеспечивается высокая степень их выровненности. Механическая обработка вы должна обеспечивать возможность точного размещения семян на заданную глубину при посеве на плотное ложе и своевременное получение дружных и равномерных всходов. Для этого необходимы прецезионные почвообрабатывающие машины, орудия и сеялки точного высева. Вследствие несовершенства почвообрабатывающей и посевной техники глубина заделки семян часто колеблется. Удлинение подземного междоузлия при глубокой заделке семян существенно снижает урожайность. Неравномерность заделки семян по глубине создает неоднородность посева. Дифференциация растений, сложившаяся в самом начале вегетации, в дальнейшем усиливается, что приводит к конкуренции, гибели слабых растений.