Агроэкологическая оценка земель и проектирование адаптивно-ландшафтной системы земледелия в среде ГИС на примере ОП «Л

Курсовой проект

 «Агроэкологическая оценка земель и проектирование адаптивно-ландшафтной системы земледелия в среде ГИС на примере                                   ОП «Лысогорское» Саратовской области»

Проект выполнила:

Руководитель: В.И. Кирюшин

Дата представления____________

Оценка проекта________________

                                                 Москва, 2011

СОДЕРЖАНИЕ:

………..26

приложение  В……………………………………………………………………..27   

приложение Г............................................................................................................28

приложение Д………………………………………………………………………29

приложение Ж…………………...…………………………………………………30

приложение З………………………………………………………………………31

приложение И……….……………………………………………………………..32

приложение К………………………………………………………………………37

            ВВЕДЕНИЕ

По условиям заказчика производственная деятельность создаваемого предприятия должна быть ориентирована на возделывание сельскохозяйственных культур, в частности производства зерна (озимая пшеница, озимые рожь и тритикале, ячмень, просо, гречиха горох и др.) и семян подсолнечника. Развитие животноводства в ближайшей перспективе не планируется. В предлагаемых обстоятельствах формирование системы земледелия сопряжено с определенными трудностями, поскольку отсутствие кормовых культур в севооборотах лишает зерновые культуры лучших предшественников, исключается возможность применения навоза в качестве лучшего органического удобрения, осложняется использование отходов зернового хозяйства, не используются с должной эффективностью земли, которые следовало бы ориетировать на пастбищно – сенокосное использование, осложняется защита склоновых земель от эрозии в связи с ограниченным использованием многолетних трав. Одностороннее использование земель с исключением животноводства и, соответственно, кормового клина находится в противоречии с требованиями системного подхода к оптимизации агроландашафтов, в частности биоразнообразия и поляризации (контрастного размещения угодий и производственных участков), сдерживающей эрозионные потоки и деградационные процессы.

Данный проект направлен  на решение этой задачи. Он разработан с использованием новой методологии формирования адаптивно - ландшафтных систем земледелия и агротехнологий, разработанной в Московской сельскохозяйственной академии им. К. А. Тимирязева. В качестве проектной основы разработана агрогеоинформационная система (АгроГИС), интегрирующая широкий спектр агроэкологических условий.

Раздел 1. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1.1 Цель проекта: разработка адаптивно-ландшафтных систем земледелия и агротехнологий применительно к различным категориям земель и уровням интенсификации производства.

Задачи:

• агроэкологическая оценка и группировка земель в среде ГИС;
• определение специализации производства в соответствии с агроэкологическими, рыночными и хозяйственными условиями, определение площадей земельных массивов;
• разработка структуры посевных площадей и севооборотов;
• проектирование полей севооборотов и производственных участков в пределах агроэкологических групп земель;
• оценка производственных участков с целью выбора оптимального уровня агротехнологий;
• противоэрозионная организация территории.

1.2 Теоретические и методические основы исследований

В качестве топографической  основы для создания карты агрономических групп и видов земель в составе агрономической ГИС использовались топографическик карты масштаба 1:10 000, привязанные по опорным точкам при помощи GPS. Полевые почвенно-ландшафтные и агрохимические изыскания выполнялись в сентябре 2009 г. Также в качестве исходных картографических материалов использовались данные предыдущих почвенных исследований масштаба 1:25 000, карты внутрихозяйственного землеустройства.

Карта агроэкологических  групп и видов земель, т.е. почвенно-ландшафтная  карта отражает микроструктуры 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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

1.3 Объект исследований

 1.3.1 Географическое положение ОП «Лысогорское»

          Объектом исследования стало ОП "Лысогорское" расположено в юго-восточной части Лысогорского района Саратовской области компании «Русский гектар».

          Центр управления хозяйством находится в районном центре Лысые Горы и в 80 км от областного центра города Саратова.

        Хозяйство организовано на землях, принадлежащих в советский период совхозу «Дмитровский». Территория землепользования представлена основным земельным массивом и участками, отстающими на расстояниях нескольких км. Между ними располагаются землепользования фермеров.

Агроэкологические условия ОП «Лысогорское» Саратовской области.

1.3.2 Климат. Предприятие «Лысогорское» располагается в южной степной зоны. По природно-экологическому районированию Саратовской области хозяйство относится к Центральной правобережной зоне.

По схеме агроклиматического районирования Саратовской области      землепользование хозяйства входит в теплый, засушливый район, с гидротермическим коэффициентом (ГТК) -0,7-0,8.

Среднегодовая температура воздуха  по многолетним данным составляет 4,1-4,7°. Наиболее низкие температуры отмечаются в январе (-12,0 - -12,6°), самые высокие - в июле (+20,9 +21,4°). Абсолютный максимум температуры отмечается в июле (+40°)_, абсолютный минимум - в январе (-41°). Годовой ход температуры характеризуется быстрым нарастанием тепла весной, что вызывает необходимость завершения полевых работ в предельно сжатые сроки.

Дата перехода температуры воздуха  через +5⁰ весной – 15-17 апреля, осенью – 15-17 октября, продолжительность периода с температурой выше +5° - 180-184 дня; выше +10° - 145-153 дня (с 26 апреля по 21-26 сентября); выше +15° - 105-111 дней ( с 17-23 мая по 7 сентября).

Термические ресурсы превышают  потребности в тепле всех   возделываемых в хозяйстве культур; суммы положительных температур за период с температурой выше +5°  составляет - 2787, выше +10° - 2531, выше +15° - 3337, что обеспечивает возможность получения дополнительной продукции поздних теплолюбивых и пожнивных культур в благоприятные по увлажнению второй половины лета года.

Средняя продолжительность  безморозного периода (134-138даей)  наступление  первого заморозка отмечается 22-26 сентября, последнего -10-11мая (в среднем), однако в отдельные годы поздние весенние заморозки возможны до 8 июня, а ранние - с 1 сентября.

По многолетним данным почва замерзает в последней декаде ноября, средняя глубина промерзания в декабре - 16 см, январе –39 см, феврале - 39 см, марте - 57 см, оттаивает почва к середине апреля, мягкопластичное состояние (спелость) почве наступает к 19 апреля.

Среднегодовое количество осадков  составляет - 375-384 мм. Характерной чертой водного баланса является неравномерное  распределения осадков по годам  и в течении года. На теплей период приходится 255-269 мм, в том числе  за период с температурой выше 100-200 мм.

В отдельные годы наблюдается отклонения количества выпадающих осадков в  сторону понижения до минимума. Летние дожди носят обычно ливневый характер, период выпадения ливней - июнь-июль, наблюдаемый суточный максимум - 153 мм (Октябрьский Городом),

Весенние запасы метрового слоя почва на зяби - в среднем 150-165 мм полезной растениям влаги. Высокое увлажнение почвы (более 150 мм) бывает 5-7 раз в 10 лет_, что благоприятствует взращиванию высокого урожая озимых, подсолнечника_, сахарной свеклы. Запасы влаги в период сева озимых в слое- 0-20 см составляют 17,7 мм, к началу вегетации озимых они достигают 150 мм (в слое 0-100 см). Для яровых культур в период сева - 33 мм (в слое 0-20 см), к началу вегетации - 104 мм (в метровом слое).  За холодны период выпадает 110-120 мм осадков в основном в виде снега.

Устойчивый снежный покров устанавливается  в первой декаде декабря, средняя  высота его на конец декабря - 9 см, января - 18 см, февраля - 20 см, марта - 15 см. Средняя из наибольших декадных высот за зиму - 30 см. Число дней со снежным покровом в среднем – 124. С открытых и возвышенных элементов рельефа снег часто сдувается, что значительно ухудшает условия перезимовки озимых. Особенно неблагоприятные условия для их перезимовки складываются тогда, когда наблюдается сочетание низких температур (ниже -20°) с небольшой мощностью (менее 10 см) снежного покрова.

Отрицательно влияют на перезимовку  и оттепели, среднее число дней с оттепелями – 14.

В районе расположения хозяйства в  течение года дуют ветры различных направлений; преобладают восточные (20%), западные (22%) и юго-западные (15%) ветры; повторяемость остальных направлений колеблется от 6 до 11%; число дней с метелью – 22.

К отрицательным явлениям климата  данного хозяйства относятся  и суховеи, сильно иссушающие почву и повреждающие растения. Суховейные ветры дуют с апреля по октябрь, преимущественно слабой интенсивности, юго-восточного, восточного, реже - северо-восточного направления, в среднем за сезон бывает 22 дня с суховеями.

Из вышесказанного следует, что климат хозяйства характеризуется  большими термическими ресурсами, достаточными для созревания основных сельскохозяйственных культур. Значительная часть термических ресурсов недоиспользуется из-за нехватки влаги. Поэтому такие неблагоприятные особенности климата, как неравномерность выпадающих осадков, частая повторяемость засух, суховеи обусловливают острую необходимость обязательного систематического применения всех агротехнических приемов, направленных на накопление и сохранение влаги в почве, а также на защиту почв от водной и ветровой эрозии.

1.3.3 Рельеф. По схеме геоморфологического районирования Саратовкой области землепользование совхоза расположено на Верхнем поверхности денудации Приволжской возвышенности на водоразделах р.р. Медведица, Карамыш и Латрык. Общий характер рельефа - пологоволнистая равнина (Приложение Б).

Большая часть территории хозяйства  расположена на водоразделе р.р. Карамыш и Медведица, занимая  склон северной экспозиции к р. Карамыш. Этот склон оврагами и балками расчленен на ряд межовражных водоразделов с общим их направлением с юга на север.

Плато этих водоразделов неширокие, поверхность их слабоволнистая за счет изредка встречающихся ясно выпаженных повышений, мелких редких потяжин. Склоны этих водоразделов различной протяженности и крутизны. В верхней части они слабопологие (0,5-1°), слабо изрезаны потяжинами. Поверхность этих частей склонов слабоволнистая. В средней и нижней частях  пологие (2-8°), значительно изрезаны потяжинами. Поверхность этих частей волнистая. Исключение составляет склон северо-западной экспозиции к овр. Паршина Каменка (юго-западная часть землепользования), который отличается значительной всхолмленностью. Холмы имеют округлую форму и покатые короткие склоны.

Расчлененность хозяйства  овражно-балочной сетью средняя. Овраги склоновые, различной длины (l,5-8,2 км), ширины (10-50 м) _, глубины (1-5м м). Они имеют крутые (10 -20°) и очень крутые (20-40°) слабозадренированные  скаты и размытые днища. Промоины встречаются на нижних частях склонов, иногда они разрезают склони настолько часто, что препятствует механизированной обработке.

Валки неширокие_, неглубокие, с задернованными пологими (2-3°), пожатыми (3-6°) и сильнопокатыми (5-10°) скатами и задернованными днищами.

Значительная рассечённость  хозяйства овражно-балочной сетью_, приподнятость водоразделов, наличие склонов различной крутизны обусловили развитие водной эрозии и широкое распространение смытых почв.

На слабоволнистых плато  водоразделов сформировались черноземы  средне- и маломощные, на слабопологих (0,5-1°)_,  пологих (1-3°) и сильнопокатых (6-8°) - смытые разновидности.

Наличие микрорельефа обусловило формирование комплексного покрова. На надпойменной террасе сформировались лугово-черноземные южные почвы.

           1.3.4 Гидрография и гидрология. Из приведенной характеристики рельефа видно, что на территории хозяйства имеется хорошо развитая овражно-балочная сеть. Благодаря наличию балок, оврагов, рек Карамыш и Латрык водораздельное пространства хорошо дренируются, а поверхность их быстро освобождается от о нежного покрова.

Овраги и балки (Першина  Каменка, Солодский, Попов, Петропавловский, Хохлацкая Каменка, Попова Каменка) весной пропускают большое количество талых вод, в остальное время они безводны.

Грунтовые воды на территории хозяйства залегают на различное  глубине. На водораздельной части глубина  появления грунтовых вод 50-70 м, установившейся уровень 10-20 м. В нижних частях склонов и на надпойменной террасе соответственно на глубине 13-32 м и 8-12 м, в пойме 1,5-4 м от поверхности почвы.

Источниками водоснабжения  на территории совхоза являются река Карамыш, а также колодцы и  водопровод, расположенные в населенных пунктах. Водоснабжение территории хозяйства можно считать удовлетворительным.

1.3.5 Растительность. По схеме геоботанического районирования Саратовской области землепользование совхоза расположено в зоне разнотравно-типчаково-ковыльных степей, в растительном покрове которых преобладают узколистные дерновинные злаки.

Травостой пастбищ, расположенных  на черноземах обыкновенных, южных, слабо- и среднесмытых, представлен разнотравно-полынковато-злаковой группировкой. Из злаков преобладают типчак, тонконог, костер кровельный, в весеннее время злаки - эфемеры; мортук, мятлик луковичный. Разнотравье представлено тысячелистником, икотником, цикорием, подорожником, лапчаткой серебристой, одуванчиком, птичьей гречишной. Из полыней преобладают полянок и  полынь горькая. Проективное покрытие 60-70 % урожайность - 4-5 ц/га сухой массы.

Для пастбищ присельских  участков, независимо от почвенного покрова характерна бурьянистая растительность. Это в основном лебеда, птичья гречишка, одуванчик, щирица, полынок, полынь австрийская.

Засоренность участков пашни слабая и средняя. Ив сорняков наибольшее распространение имеют; осот, вьюнок полевод, молокан синий, мышей сизый.

Лесополосы состоят  ив лоха серебристого, акации желтой, берёзы, вяза мелколистного, ясеня.

1.3.6 Почвообразующие и подстилающие породы. Почвенный покров находится в тесной связи с геологическим строением территории и характером почвообразующих пород.

В геологическом строении территории хозяйства принимают участие верхнемеловые отложения.

На территории хозяйства  почвы покрыты отложениями четвертичной системы - делювиальными глинами, тяжелыми и средними и легкими суглинками.

Делювиальные глины  и тяжёлые суглинки слагают плато, верхние, и средние и нижние части водораздельных склонов, Характеризуются темно-желтой или коричневато-желтой окраской, плотным сложением, обладают высокой связностью, пластичностью.

Содержание глинистых  частиц в делювиальных глинах составляет (61,3-74,9%), в тяжелых суглинках – 52,6-59,4%. В составе механических фракций преобладают илистая (частицы размером менее 0,001 мм) -36,8-47,6% и крупнопылеватая (частицы размером 0,05-0,01 мм) - 17,1-31,3%. Высокое содержание илистой фракции обусловливает глинистым породам плотность, большой объёмный вес (на глубине 120- -150 см - 1,56-1,54 г/см⁸), высокую водоудерживающую способность, низкую водопроницаемость. Эти свойства пород передаются и почвам, сформировавшимся на них (черноземам обыкновенным и южным глинистого и тяжелосуглинистого механического состава).

Делювиальные средние и лёгкие суглинки встречаются на пологих (1-3°) средних и нижних частях склонов южной, западной, северо-западной, северной и  юго-восточной экспозиций.

Средние и легкие суглинки характеризуются менее однородной окраской охристо-желтого, желто-бурого цвета, слабой слоистостью, непрочной структурой и менее плотным сложением, что обусловлено меньшим содержанием в них глинистых частиц - 41,8-42,7% в средних суглинках, 26,2-27,8% в легких суглинках. Содержание ила в легких суглинках – 19,5%.

Они обладают большой водопроницаемостью, но меньшей водоудерживающей способностью, чем делювиальные глины и тяжёлые суглинки.

Аналогичные свойства приобретают  и сформировавшиеся на них почве  среднесуглинистого механического  состава.

Мощность делювиальных суглинков небольшая, так как они часто подстилаются с глубины120-150 см песками и супесями.

Делювиальные средние  и легкие суглинки не засолены, на них  сформировались черноземы южные  средне- и легкосуглинистого механического состава.

        1.3.7 Почвенный покров. Положение хозяйства в центральной части  лесостепной зоны обусловливает господство в почвенном покрове чернозема южного (подтипа карбонатного, глубоковскипающего и выщелоченного) и лугово-черноземных почв.

        Черноземы распространены повсеместно на водоразделах, приводораздельных и балочных склонах. В хозяйстве выделены выщелоченные, карбонатные, глубоковскипающие (имеющие преимущественное распространение) подтипы (Приложение Б).

Чернозема южные сформировались в условиях засушливых степей под обеднением и разрежениям типчаково-ковыльным растительным покровом, характерной чертой их поэтому является ослабленное гумусонакопление, небольшая мощность гумусовых горизонтов, повышенное залегание горизонта карбонатных выделений и появление гипсового горизонта и легко- растворимых солей в пределах двухметровой толщи (на породах тяжелого механического состава).

Эти почвы имеют нормально  развития профиль, состоящий из следующих генетических горизонтов: A+B₁ - гумусовых, B₂ и ВС - переходных и горизонта С (почвообразующей породы).

Гумусовые горизонты  имеют однородную темно-серую окраску (у горизонта А) и .с коричневыми  оттенками (у горизонта В₁); структура гумусовых горизонтов в целинном состоянии зернисто-комковатая и комковатая, при распашке она становится комковато-пылеватой.

Нижеследующий горизонт В₂ - неоднородной окраски коричневого цвета с широкими темно-серыми затеками гумуса, структура комковатая, сложение среднесуглинистое.

Нижняя часть переходного  горизонта ВС неоднородно окрашена в цвета почвообразующей породы с узкими серыми затеками гумуса, сложение плотное, структура крупнокомковатая, этот горизонт постепенно переходит в почвообразующую породу (С), имеющую однородную окраску и разной степени плотность сложения в зависимости от механического состава_.

На территории хозяйства  черноземы южные в зависимости от условий формирования по рельефу, характера почвообразующих пород разделяются по механическому составу, гумусности и смытости.

        Чернозём южный глубоковскипающий маломощный тяжелосуглинистый на тяжёлых суглинках. Сформировался на водоразделах. Мощность гумусового горизонта (А+В₁) у данных почв составляет 36 см. Нижняя граница горизонта В₂ находится на глубине 51 см, горизонта ВС - 94 см. Вскипание от соляной кислоты отмечается в среднем с глубине 36 см.

Механический состав описываемых разновидностей тяжелосуглинистый.

Описываемые почвы пригодны под все зональные культуры.

        Чернозём южный глубоковскипающий маломощный. Сформировался на слабопологих (1-3°) частях склонов различных экспозиций.

Мощность гумусового слоя (А+В₁) составляет 34 см, верхняя граница горизонта В₂ – 49 см, горизонта ВС – 36 см, вскипание - с 34 см.

         Механический состав описываемых разновидностей средне- и  тяжелосуглинистый.

        Чернозём южный карбонатный маломощный. Сформировались данные почвы на склонов 3-5⁰ различной экспозиции. Смыто более половины гумусово-аккумулятивного горизонта А, эрозией может быть затронута верхняя часть переходного гумусового горизонта В. Мощность гумусового горизонта (А+В₁) 29 см, нижняя граница горизонта В₂ – 38 см, горизонта ВС – 67 см,  и имеют очень незначительное распространение.

Механический состав описываемых разновидностей тяжелосуглинистый.