АНАЛИЗ И ОЦЕНКА АГРОЛАНДШАФТОВ СТАВРОПОЛЬСКОГО КРАЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ГЕОИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

скачать

 

Пароль для архива: 2AWbYyrsjXNBcFS

 

Каторгин Игорь Юрьевич

АНАЛИЗ И ОЦЕНКА АГРОЛАНДШАФТОВ СТАВРОПОЛЬСКОГО КРАЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ГЕОИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

землеустройство, кадастр и мониторинг земель

ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата географических наук

Научный руководитель:

кандидат географических наук, профессор

Шальнев Виктор Александрович

Научный консультант:

кандидат сельскохозяйственных наук

Желнакова Людмила Ивановна

Ставрополь - 2004

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение 4 Глава 1. Теоретические и методические основы изучения агроландшафтов 9

1.1. История изучения агроландшафтов 9

1.2. Ландшафтный подход в изучении агроландшафтов 18

1.3. Развитие и использование ГИС-технологий для анализа агроландшафтов 24

Глава 2. Методика использования ГИС-технологий при анализе агроландшафтов и проектировании районных систем земледелия 30

2.1. Программное обеспечение диссертационного исследования 30

2.2. Методика создания цифровых картографических основ 31

2.3. Построение электронного банка данных 33

2.4. Методика построения тематических карт 42 Глава 3. Концепция адаптивно-ландшафтного земледелия 45

3.1. Методология перехода к адаптивно-ландшафтному земледелию в Ставропольском крае на разных уровнях административного и ландшафтного районирования 45

3.2. Ретроспективные ландшафты Ставропольского края и их структурные единицы 48

3.3. Типология ландшафтных морфологических единиц на уровне местностей 53

3.4. Агроэкологические группы земель, их связь со структурой ландшафтов 55

Глава 4. Использование ГИС-технологий при анализе и оценке агроландшафтов Ставропольского края 60

4.1. Оценка почвенно-климатических ресурсов ландшафтов края 60

4.2. Анализ сельскохозяйственной нагрузки на ландшафты края 74

4.3. Обобщенная оценка степени деградации почвенного покрова агроландшафтов края

4.4. Пути оптимизации соотношения угодий в агроландшафтах

4.5. Оценка экологического состояния агроландшафтов через КЭСЛ (коэффициент экологической стабилизации ландшафтов)

4.6. Использование ГИС-технологий при анализе и оценке агроландшафтов Изобильненского района и разработке районных систем земледелия на адаптивно-ландшафтных принципах

4.6.1. Методология построения адаптивно-ландшафтных систем земледелия на уровне района

4.6.2. Ландшафтное и агроландшафтное зонирование территории района

4.6.3. Анализ и оценка земельных ресурсов агроландшафтных зон района

4.6.4. Оценка экологической опасности использования земель

Выводы

Литература

Приложения

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность. На современном этапе на первый план выступает про­блема оптимизации землепользования и сохранения экологического каркаса природных комплексов. Решить эту проблему должно адаптивно-ландшафтное землеустройство, являющееся основой систем земледелия но­вого поколения. Оно предусматривает, с одной стороны, максимальный учет и сохранение природных ресурсов, с другой - ограничение антропогенного воздействия, негативно влияющего на состояние окружающей среды.

При переходе к адаптивно-ландшафтному земледелию необходимо в первую очередь хорошее знание специфики местных природных ландшаф­тов, а потому требуется создания обширной пространственной и тематиче­ской информационной базы. Такая база есть в организациях занимающихся исследованиями и проектными работами в области сельского хозяйства, но обширные банки ценной информации, представленные преимущественно на бумажных носителях, громоздки. Традиционная технология анализа этих ма­териалов ведет к значительным затратам сил, времени, выпадению части ин­формации из научного оборота, а также может вызывать ошибки, снижаю­щие ценность окончательных выводов. Оптимизировать процесс анализа мо­гут информационные технологии. Особенно значимую роль при сборе, хра­нении и анализе пространственной информации играют геоинформационные системы и ГИС-технологии, позволяющие значительно повысить качество проводимых исследований. Вместе с тем, эти технологии в области планиро­вания адаптивно-ландшафтных систем земледелия применяются в России в единичных случаях и требуют разработки новых подходов их использования.

Объектом исследования являются территориальные природно-сельскохозяйственные геосистемы ранга агроландшафтов и агроландшафт-ных зон.

Предметом исследования является анализ и оценка пространственной структуры агроландшафтов, их природно-ресурсного потенциала, сельскохо­зяйственной нагрузки, деградационных процессов с использованием ГИС-технологий.

Цель: анализ и оценка агроландшафтов Ставропольского края с приме­нением ГИС-технологий для систем адаптивно-ландшафтного земледелия. В соответствии с целью были поставлены следующие задачи:

1. создать банк географической (электронные карты) и атрибутивной ин­формации по агроландшафтам края;

2. оценить природно-ресурсный потенциал агроландшафтов и степень его соответствия сельскохозяйственной деятельности на основе картографиче­ских моделей;

3. определить уровень сельскохозяйственных нагрузок на агроландшафты с использованием электронных баз данных;

4. выявить экологическое состояние, в частности интенсивность проявления и развития различных видов деградационных процессов в агроландшафтах, их связь с морфологической структурой ландшафтов;

5. оценить с использованием ГИС-технологий земельные ресурсы и эколо­гическую опасность использования земель по агроландшафтным зонам ад­министративного района.

Теоретико-методологическую основу исследования составляют об­щенаучные методы - описательный, сравнительный, статистический, сис­темного анализа, моделирования, картографический. Методология исследо­вания базируется на системе общих принципов и подходов. Общенаучных: комплексного, интегрального, системного и экологического, а также ланд­шафтного, как части географического.

Информационной базой являются материалы: ландшафтного картиро­вания территории Ставропольского края проф. Шальневым В.А.; Ставро­польского НИИСХа; СтавропольНИИгипрозема; Комитета по земельным ре­сурсам Ставропольского края, Агрохимического центра «Ставропольский».

Научная новизна работы. Впервые осуществлен комплексный анализ агроландшафтов Ставропольского края с применением методов и технологий геоинформационных систем (ГИС):

- созданы разномасштабные электронные карты ретроспективных ланд­шафтов и их морфологических единиц на уровне местностей; -разработана структура и собран банк данных, содержащий информа­цию для анализа агроландшафтов;

- проведен анализ природно-ресурсного потенциала ландшафтов и свя­занных с ним сельскохозяйственных нагрузок;

- предложена методика комплексной оценки деградационных процессов, базирующаяся на учете площади и интенсивности поражения;

-для территории Ставропольского края апробирована и рекомендована для широкого использования оценка экологического состояния террито­рий по коэффициенту экологической стабилизации ландшафтов (КЭСЛ). Практическое значение. Полученные материалы и рекомендации могут быть использованы при организации агроландшафтов на уровнях ландшаф­тов и агроландшафтных зон. Составленные .мелко- и среднемасштабные электронные карты используются Ставропольским научно-исследовательским институтом сельского хозяйства для разработки меро­приятий по рациональному использованию земельных угодий.

На защиту выносятся следующие материалы и положения:

1. структура и содержание электронного банка данных по агроландшафтам края;

2. оценка природно-ресурсного потенциала агроландшафтов и сельскохозяй­ственной нагрузки на них;

3. количественные характеристики деградационных процессов в агроланд-шафтах Ставропольского края;

4. картографические модели экологического состояния агроландшафтов Ставропольского края на основе коэффициента экологической стабилизации ландшафтов (КЭСЛ);

5. результаты оценки экологической опасности использования земель по аг-роландшафтным зонам на уровне административного района края на основе ГИС-технологий.

Апробация работы и публикации. Материалы диссертации доклады­вались на научно-практических конференциях «Природные ресурсы и эколо­гическое образование на Северном Кавказе» (Ставрополь, 2002), «Универси­тетская наука - региону» (Ставрополь 2003), Международной научно-практической конференции «Проблемы земледелия» (Ставрополь, 2003), Второй Всероссийской научной телеконференции «Современная биогеогра­фия» (2003). Часть материалов диссертации включена в отчет по заданию МСХ Ставропольского края: «Разработать структуры ГИС (геоинформаци­онных систем) ландшафтов Ставропольского края для мониторинга состоя­ния и принятия практических решений при сельхозиспользовании» (соис­полнители: зав. группы моделирования к.б.н. П.П.Гончар-Зайкин, ведущий научный сотрудник СНИИСХ, к.с-х.н. Л.И.Желнакова) (Михайловск, 2002) и в отчет по договору № 16 от 10.04.03 с ОАО «СтавропольНИИгипрозем» «Оценка видов деградаций, их вредоносности и составление карты экологи­ческой напряженности ландшафтов края по факторам-предикторам» (соис­полнитель - заведующая лабораторией агроландшафтов СНИИСХ, к.с-х.н., Л.И.Желнакова) (Михайловск, 2003). По теме диссертации опубликовано 6 работ.

Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, четырех глав, выводов и приложения, содержит 25 таблиц и 28 рисунков. Общий объ­ем диссертации 152 страницы машинописного текста. Список литературы включает 183 наименования, из них 15 на иностранных языках.

Автор выражает искреннюю благодарность за помощь в подготовке ра­боты научному руководителю - к.г.н., профессору Шальневу В.А., научному консультанту - к.с-х.н., заведующей лабораторией агроландшафтов СНИИСХ Желнаковой Л.И., заведующей отделом ландшафтного земледелия СНИИСХ д.с.-х.н., профессору Годуновой Е.И., заведующему кафедрой гео­информатики и картографии доценту Найденко В.Н., директору ОАО «Став-ропольНИИгипрозем» Чернышеву В.Н., начальнику техотдела Лопатину СИ. и всему коллективу, коллективу сотрудников Агрохимического центра «Ставропольский», начальнику отдела кадастра Комитета по земельным ре­сурсам Ставропольского края Березуцкому А.Ю., доцентам Диденко П.А., Лысенко А.В., Петину О.В., Скрипчинскому А.В.


ГЛАВА 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ИЗУЧЕНИЯ АГРОЛАНДШАФТОВ

1.1. История изучения агроландшафтов

Возникновение агроландшафтных исследований обусловлено необхо­димостью изучения природно-сельскохозяйственных геосистем. Начало формирования ландшафтного подхода в сельскохозяйственной деятельности связывают с В.В. Докучаевым и его учениками, доказавшими, что плодоро­дие сельскохозяйственных земель и условия их обработки зависят не только от свойств почв. Они являются производными природного комплекса и со­ставляющих его компонентов, таких как рельеф, грунты, климат и другие. Необходимость изучения исторического процесса формирования культурно­го ландшафта, исторического анализа взаимодействия и противоречий между сложившимся методом использования природной среды и новыми производ­ственными силами и производственными отношениями определил Ю.Г. Са-ушкин(1946, 1951,1973).

Л.Г. Раменский, один из основателей агроландшафтных исследований, дал определение типа земель с двух взаимосвязанных сторон: природной и производственной. «Тип - это, прежде всего потенция определенных видов использования территории: ее пахотно-сенокосно-пастбище-лесоспособность, пригодность для разведения определенных культур (пшеницы, риса, кендыря и т.д.), потенция их урожайности, увеличения плодородия под влиянием осушки, от внесения каких-то удобрений и т.п. » (1971, с. 177).

Со второй половины XX столетия в связи с ростом населения стран, на­учно-техническим прогрессом, возрастающей интенсификацией сельского хозяйства и соответственно усилением нагрузки на природную среду изуче­нию агроландшафтов начинают уделять особенно пристальное внимание. Так, в США почвенную съемку уже многие годы проводят с ландшафтных