Размещено на http://www.allbest.ru/

На правах рукописи

25.00.26 - землеустройство, кадастр и мониторинг земель

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук

МОНИТОРИНГ АНТРОПОГЕННОЙ НАГРУЗКИ И ДЕГРАДАЦИОННЫХ ПРОЦЕССОВ ЗЕМЕЛЬ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО НАЗНАЧЕНИЯ СТАВРОПОЛЬСКОГО КРАЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ГЕОИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

ЦЕЛОВАЛЬНИКОВ АЛЕКСЕЙ СЕРГЕЕВИЧ

Москва - 2010

Работа выполнена в ФГОУ ВПО «Государственный университет по землеустройству» на кафедре Землепользования и кадастров

Научный руководитель: доктор сельскохозяйственных наук, профессор Клюшин Павел Владимирович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Разяпов Анвар Закирович (Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС», г. Москва) доктор географических наук, профессор Братков Виталий Викторович (Московский государственный университет геодезии и картографии, г. Москва)

Ведущая организация: ФГОУ ВПО «Новочеркасская государственная мелиоративная академия» (г. Новочеркасск)

Защита состоится «28 декабря» 2010 г. в «1400» часов на заседании диссертационного совета Д 220.025.03 при ФГОУ ВПО «Государственный университет по землеустройству» по адресу: 105064, Москва, ул. Казакова, д. 15, конференц-зал). Тел. (499) 261-49-63, факс (499) 261-95-45.

С диссертацией можно ознакомиться в научном отделе библиотеки ФГОУ ВПО «Государственный университет по землеустройству».

Автореферат разослан «______» _______________ 2010 года

Ученый секретарь диссертационного совета Соколова Т.А.

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. В настоящее время Ставропольский край является одним из крупнейших производителей и переработчиков сельскохозяйственной продукции, а сельскохозяйственные угодья занимают 87% от общей площади края. На долю Ставропольского края приходится 7,0% производства зерна пшеницы России. Общая площадь земель краевого земельного фонда составляет 6,6 млн. га. Вместе с тем на землях сельскохозяйственного назначения края отмечается высокая антропогенная нагрузка, виды, объемы и сроки которой, с современных экологических позиций привели к деградации сельскохозяйственных угодий. Так, в крае площадь солонцовых почв составляет около 700 тыс. га. Кроме этого 1370 тыс. га засоленных земель и 857,3 тыс. га земель, подверженных осолонцеванию. Уже к 2001 году площадь пашни, отнесенная к эрозионно-опасной (подверженная водной эрозии) составила 1830,6 тыс. га, или 47% от общей площади пахотных земель края, а площадь дефляционно-опасной пашни (ветровая эрозия) - превысила 3424 тыс. га или 87% площади пашни. Площадь оползневых земель в крае составляет 54,3 тыс. га, 770 тыс. га мелиорированных земель находится в неудовлетворительном состоянии. Площадь пастбищ сократилось на 7,8 тыс. га, площадь сельскохозяйственных угодий на 42,2 тыс. га. Необходим постоянный контроль за деградационными процессами, потому что они не снижаются из-за высокой антропогенной нагрузки. Для этого требуется создание обширной пространственной и тематической информационной базы по всем категориям земель. Для этого нужно использовать современные географические и земельные информационные технологии.

Состояние изученности вопроса. Существенный вклад в разработку научно-методических основ рационального природопользования внесли ученые: Вальков В.Ф., Варламов А.А., Вершинин В.В., Волков С.Н., Клюшин П.В., Ковда В.А., Конокотин Н.Г., Куприченков М.Т., Неумывакин Ю.К., Полуэктов Е.В., Рябов Е.И., Трухачев В.И., Туктаров, Б.И., Цыганков А.С., Чешев А.С., Шальнев В.А. и многие другие. Работы данных авторов представляют большую научную ценность, но вместе с тем состояние земельных ресурсов продолжает ухудшаться, что вызывает необходимость дальнейших разработок научно-методических исследований и рекомендаций по данному вопросу, что и обусловило выбор и актуальность темы, а также определило цели и задачи исследования.

Объектом исследования являются земли сельскохозяйственного назначения Ставропольского края при административном делении территории.

Предмет исследования - антропогенная нагрузка и деградированные земли сельскохозяйственного назначения Ставропольского края, на основе анализа и оценки пространственной структуры по районам края, их природно-ресурсного потенциала с использованием ГИС-технологий.

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

Разработать методику оценки состояния деградации земель в зависимости от различных антропогенных факторов.

Провести полевые исследования, а также обработать материалы космоснимков для выявления площадей антропогенной нагрузки и деградированных земель по районам края.

Научно обосновать причины деградационных процессов в зависимости от почвенно-климатических и антропогенных факторов на изучаемой территории.

На основе использования ГИС-технологий научно обосновать интенсивность проявления и развития различных видов деградационных процессов в районах региона.

Смоделировать с помощью ГИС-технологий изменение коэффициента экологической стабилизации земель сельскохозяйственного назначения при выводе из состава пашни.

Создать банк географической и атрибутивной информации по районам региона в виде электронных карт и атласов.

Теоретико-методологическую основу исследования составляют общенаучные методы: полевые исследования, описательный, сравнительный, статистический, системный анализ, моделирование, картографический и фотофиксация. Методология исследований базируется на системе общих принципов и подходов: комплексного, интегрального, системного и экологического, а также ландшафтного, как части географического и территориального.

Исходные материалы и методы исследования. Оценка деградированных земель сельскохозяйственного назначения осуществлялась на основе анализа топографических карт и орбитальных снимков, полученных со спутников Ресурс Ф-1 и Landsat-7 в 1990, 2000 и 2005 гг., фондовых картографических материалов ландшафтного и территориального картирования территории Ставропольского края, Ставропольского государственного аграрного университета, Ставропольского государственного университета, Ставропольского НИИСХа, СтавропольНИИгипрозема, Комитета по земельным ресурсам Ставропольского края, Агрохимического центра «Ставропольский», Государственного университета по земелеустройству и собственных исследований совместно со многими сотрудниками и организациями отражающих состояние сельскохозяйственных угодий за этот же период.

Научная новизна работы. Впервые осуществлена комплексная оценка земель сельскохозяйственного назначения в зависимости от антропогенной нагрузки и деградационных процессов по районам Ставропольского края с применением методов и технологий геоинформационных систем (ГИС):

– разработана методика оценки деградации земель сельскохозяйственного назначения в зависимости от различных антропогенных факторов.

– разработана структура банка данных содержащих информацию для анализа земель сельскохозяйственного назначения по районам региона;

– созданы разномасштабные электронные карты антропогенной нагрузки и деградированных земель сельскохозяйственного назначения по районам края;

– научно обоснованы интенсивность проявления и развития различных видов антропогенной нагрузки и деградационных процессов в районах региона.

– смоделировано изменение коэффициента экологической стабилизации земель сельскохозяйственного назначения при выводе из состава пашни.

– на основе изучения результатов полевых обследований и данных дистанционного зондирования, обработанных с помощью геоинформационных систем, составлены тематические карты и атласы антропогенной нагрузки и деградированных территорий по районам края.

Практическая значимость. Полученные материалы и рекомендации могут быть использованы при организации земель сельскохозяйственного назначения. Составленные мелко-, и среднемасштабные электронные карты используются различными организациями Ставропольского края для разработки мероприятий по рациональному эколого-ландшафтному использованию земельных угодий. Созданные электронные тематические карты, отражающие место антропогенной нагрузки и эрозионных процессов в формировании природных комплексов, могут быть рекомендованы для использования: при получении обобщенных представлений о проблемах перераспределения трудовых ресурсов и оптимизации сельскохозяйственного, транспортного, лесохозяйственного, водохозяйственного и туристско-рекреационного использования территории, а также дальнейшего планирования и разработки природоохранных мероприятий и установления системы территориального мониторинга земель.

Личный вклад автора. В основу диссертации положены научные исследования автора, проведенные в соответствии с Государственным планом исследований и целевыми комплексными общероссийскими научно-исследовательскими программами (04.04. и 06.02.03.). Краевая программа «Мониторинг плодородия земель сельскохозяйственного назначения Ставропольского края (2002-2005 гг.)», утверждённой постановлением Губернатора Ставропольского края от 22.08.2001 г. № 499, и ведомственной «Повышение плодородия земель сельскохозяйственного назначения Ставропольского края на 2006-2008 годы», утверждённой приказом министерства сельского хозяйства Ставропольского края от 15.12.2005 г. №274. Федеральная целевая программа «Сохранение и восстановление плодородия почв земель сельскохозяйственного назначения и агроландшафтов как национального достояния России на 2006-2010 годы» (Утверждена Постановлением Правительства Российской Федерации от 20 февраля 2006 г., № 99) и Закон Ставропольского края «Об обеспечении плодородия земель сельскохозяйственного назначения в Ставропольском крае» (Закон Ставропольского края от 15.05.2006).

На защиту выносятся следующие материалы и положения:

1. Методика оценки деградации земель сельскохозяйственного назначения в зависимости от различных антропогенных факторов.

2. База данных по антропогенной нагрузке и деградации земель сельскохозяйственного назначения Ставропольского края по районам разработанная с помощью географических информационных технологий.

3. Картографические модели антропогенной нагрузки и деградированных земель сельскохозяйственного назначения по районам края;

4. Временные характеристики интенсивности проявления и развития различных видов антропогенной нагрузки и деградационных процессов в районах региона в зависимости от геолого-геоморфологических, климатических, биотических, антропогенных факторов и их сочетаний.

5. Модель изменения коэффициента экологической стабилизации земель сельскохозяйственного назначения при выводе из состава пашни.

6. База данных тематических карт и атласов антропогенной нагрузки и деградированных земель сельскохозяйственного назначения по районам края.

Апробация работы и публикации. Основные положения диссертации доложены и опубликованы по результатам научно-практических конференций ФГОУ ВПО «Ставропольский государственный аграрный университет» в 2007-2009 гг., «Состояние и перспективы развития агропромышленного комплекса Южного федерального округа» (Ставрополь, 2008), на научно-практической конференции ФГОУ ВПО «Государственный университет по землеустройству» (Москва, 2010), на научной конференции «Земля и почвы России: проблемы и надежды» общественной организации Международной академии информатизации (Москва, 2010).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 10 научных статей, в том числе 2 статьи в журналах, входящих в перечень ВАК РФ.

Реализация результатов исследования. Производственная проверка и внедрение результатов исследований проведены в течение 2009 г. Ставропольского края в Труновском муниципальном районе на площади 83,6 тыс. га с общим экономическим эффектом 9 млн. руб. и СПК колхозе «Штурм» Красногвардейского района на площади 4382 га с общим экономическим эффектом 3 млн. руб.

Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на 241 страницах машинописного текста и состоит из ведения, пяти глав, выводов, библиографический список включает 211 наименования, в том числе 12 иностранных, а так же 57 рисунков, 28 таблицы и 23 приложений.

1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И МЕТОДИЧЕСКИЕ ПОДХОДЫ ПРИМОНИТОРИНГЕ АНТРОПОГЕННОЙ НАГРУЗКИ И ДЕГРАДАЦИИ ЗЕМЕЛЬ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО НАЗНАЧЕНИЯ НА ОСНОВЕ ГИС-ТЕХНОЛОГИЙ

В главе приведен литературный обзор состояния эрозионные процессов как в Российской Федерации, так и Ставропольском крае, которые остаются одним из главных источников потерь ресурсов плодородия почвы и урожая, ухудшения окружающей среды. Проведено обоснование основополагающих положений концепции, таких как теоретические подходы и методические оценки деградационных процессов, подробно раскрыты проблемы борьбы с деградацией земельных ресурсов с использованием дистанционных методов и ГИС-технологий при оценке агроландшафтов. Ущерб, наносимый эрозией, заключается не только в смыве почвы, переносе эродированного материала, но и в значительных потерях питательных элементов почвы, особенно кальция и фосфатов, то есть элементов, которые преимущественно определяют окультуренность и плодородие почвы. По обобщенным данным Росземпроекта, в результате только водной эрозии ежегодно из пахотного слоя вымываются почти 1,5 млрд. т плодородного слоя, что равносильно потере 18-20 млн. т питательных веществ. В районах распространения ветровой эрозии ежегодно с 1 га выносится от 60 до 140 т почвенного материала. Процессы эрозии не только ухудшают свойства конкретных почв, но и усложняют структуру почвенного покрова в целом и усиливают его контрастность. Последнее связано не только со смывом и выдуванием, но и с аккумуляцией почв. Площадь ареалов при переходе от несмытых почв к слабосмытым уменьшается в 2-3 раза, а к среднесмытым - в 4-7 раз. Это свидетельствует о деградации почвенного покрова, усилении его фрагментарности и повышении трудностей обработки почвы (Варламов А.А., 1991, 2004;Волков С.Н., 1999; Клюшин П.В., 2001, 2002, 2003, 2001, 2007, 2009, 2010; Ковда В.А., 1984; Комов Н.В., 1999; Купчиненко, 2001; Лопырев М.И., 1989; Полуэктов Е.В., 1990, 1995; Субрегиональная…, 2001; Цибулька Н.Н., 2005; Чешев А.С., 2002).

Систематический контроль воздействия различных негативных факторов на земельные ресурсы, позволит повышать плодородие почв, разрабатывать и реализовывать эффективные мероприятия по устранению деградации почв и загрязнения земель, главная цель которых - не допустить дальнейшего снижения плодородия почв, реализовать ряд приоритетных направлений. В целях ликвидации создавшихся негативных явлений необходимо прежде всего создать механизмы стимулирования сохранения и повышения плодородия почв с компенсацией государством затрат на эти мероприятия за счет земельного налога и арендной платы за землю (Российская Федерация. Конституция…, 2001; О землеустройстве…, 2001; Российская Федерация… Об утверждении…, 2002; Российская Федерация.... О гос… контроле, 2002; Российская Федерация… «Об охране…, 2004; Российская Федерация…Фед. закон № 221, 2007; Российская Федерация…Зем. кодекс…, 2009; Российская Федерация... О гос. кадастре…, 2009; Баранович Д.А., 2004; Варламов А.А., 2004;Волков С.Н., 1992; Волков С.Н., 1999; Лойко П.Ф., 1998; Сборник законодательных…, 2007; Смольянинов В.М., 2006).

Космические снимки высокого разрешения позволяют решать задачи исследования гидрологического режима почв, установления источников и границ обводнения, выделения (по косвенным признакам) ареалов распространения различных видов растений. Данные дистанционных измерений помогают следить за состоянием естественных угодий, пастбищ и сенокосов, выявлять и контролировать развитие эрозионных процессов, и вырабатывать противоэрозионные мероприятия. Таким образом, начавшееся активное внедрение методов решения задач с помощью данных дистанционного зондирования, поднимает сельскохозяйственное производство на качественно новый уровень. Космические снимки позволяют в режиме, близком к реальному времени, получать достоверную информацию на обширные территории с высокой степенью детализации. По спутниковым данным после математической обработки можно строить точные карты землепользования. Наборы последовательных снимков дают возможность оценить изменения в использовании земель и одновременно дать прогноз продуктивности сельскохозяйственных культур (Андреянов Д.Ю., 2006; Каторгин И.Ю., 2002, 2003; Клюшин П.В. и др., 2007; Конокотин, Н. Г., 2001; Кулешов Л. Н., 2001; Ломакин, С.В. 2007; Мамаев С.А., 2008; Неумывакин Ю. К., 2001; Новиков А.А., 2007; О геодезии и карт…, 1996; Пронин, В. В. 1999, 2001; Середович В.А., 2006).

2. ПОЧВЕННО-КЛИМАТИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РЕГИОНА ИССЛЕДОВАНИЙ, МЕТОДИКА ОЦЕНКИ АНТРОПОГЕННОЙ НАГРУЗКИ И ДЕГРАДАЦИОННЫХ ПРОЦЕССОВ

В Ставропольском крае на 1 января 2009 года земли сельскохозяйственного назначения занимают более 92% площади - 6,1 млн. га. Из них сельскохозяйственных угодий - земельных угодий, систематически используемых для получения сельскохозяйственной продукции - 5,7 млн. га или 92,6% от площади земель сельхоназначения. В структуре сельскохозяйственных угодий наибольший удельный вес занимает пашня - 69,4% или 3,9 млн. га. На значительной территории сельхозугодий - 29,8% или 1,7 млн. га - расположены естественные кормовые угодья. Из них 1,6 млн. га - пастбища (28,0% площади сельхозугодий), 102,6 тыс. га - сенокосы (1,8%). И небольшие площади занимают многолетние насаждения и залежь - соответственно 28,2 и 14,6 тыс. га или 0,5 и 0,3% от площади сельхозугодий.

В настоящее время мониторинг земель сельскохозяйственного назначения, как и в других регионах России, проводится устаревшими методиками, которые не учитывают уже прошедшие деградационные процессы, а также и то, что происходит в настоящее время, да и ежегодные локальные обследования в Ставропольском крае не превышают 5-7% от всей территории края. Обрабатывая полученные данные, мы пришли к заключению, что необходимы более качественные, своевременные и современные методы оценки деградационных процессов. С этой целью в своей работе проанализировали уже имеющиеся данные, а также обрабатывали результаты космических снимков спутника Landsat-7 за 2000 и 2005 гг. (рис. 1).

На основании этого мы разработали более строгие критерии оценки территории уже деградированной территории Ставропольского края, как ландшафтов, так и территории районов. Так, наиболее высокие требования предъявлялись к заболачиванию, совместному проявлению дефляции и эрозии, а также комплексной оценке деградационных процессов.

Рисунок 1. Схема получения материала исследований

Для объективной оценки площади деградированных земель района в зависимости от того или иного показателя, нами разработана формула расчета этих площадей:

Sdr = S1l*K1l + S2l*K2l + S3l*K3l + … +Snl*Knl (га),

где Sdr - площадь деградированных земель на территории района, га;

S1l, S2l, Snl - площадь ландшафта, га.

K1l, K2l, Knl - коэффициенты деградированной территории ландшафта.

Коэффициенты рассчитываются по формуле:

Knl = Sndl / Snl

где Sndl - деградированная площадь ландшафта, га.

В зависимости от того, какова величина недобора урожая, то и настолько величина деградационных процессов. Первое, к какому мы заключению пришли, что недобор урожая в 50 и более процентов от потенциала почв - это уже катастрофа, следовательно, градация шкалы разбита не на пять, а на шесть показателей (табл. 1).

Все расчеты проводили при недоборе урожая озимой пшеницы, как основной продовольственной культуры края. Кроме этого, для каждого из изучаемых нами видов антропогенной деградации, была разработана своя шкала по степени наличия деградационных процессов на поверхности почвы, что свободно расшифровывается при анализе дистанционного мониторинга космоснимков и локального мониторинга по районам края.

Таблица 1. Определение степени деградации земель сельскохозяйственного назначения

Кроме вышеперечисленного в своей работе по районам были просчитаны антропогенной нагрузки по многим показателям и площади стабильных и нестабильных элементов земель сельскохозяйственного назначения с помощью коэффициента экологической стабилизации (КЭС), интегрирующего качественные и количественные характеристики абиотических и биотических элементов ландшафта.

3. МОНИТОРИНГ ДЕГРАДАЦИОННЫХ ПРОЦЕССОВ ПО РАЙОНАМ КРАЯ

Засоление. Анализ данных засоления почв по районам Ставропольского края показывает, что только на территории всех 26 районов Ставропольского края встречаются засоленные почвы, и только территорию пяти районов можно считать условно незасоленной, то есть менее 10%: причем четыре района занимают центральную часть края 5 - Благодарненский, 6 - Буденновский, 7 - Георгиевский и 22 - Советский. Общая площадь этих районов составляет 1155526 га или 17,69% от территории края, а остальные 82,31% территории края имеют ту или иную степень деградации засолением. Третья степень деградации занимает почти два миллиона гектаров территории края - 1925800 га или 29,47% и четыре на востоке района - 3 - Апанасенковский, 4 - Арзгирский, 15 - Левокумский и 17 - Нефтекумский которые располагаются на территории Кумско-Маныческой и Прикаспийской низменности. Пятой степенью деградации отмечен только 2 - Андроповский район (238777 га или 3,65% территории края). Средний балл антропогенного засоления края равняется 1,84.

Солончаки и солонцовые комплексы. Условно не отмечено деградационных процессов по солончакам и солонцовым комплексам в крае на территории в 2567991 га или 39,29%, а это 12 районов из 26 и располагаются они двумя массивами. Пятая (катастрофическая) степень антропогенной деградации солончаками и солонцовыми комплексами наблюдается в двух районах: 2 - Андроповском и 3 - Апанасенковском, а это уже 597175 га или 9,14%. Оценивая антропогенную деградацию солончаками и солонцовыми комплексами в целом по краю, то она равняется 1,65.

Переувлажнение. Наши наблюдения и расчеты показали, что только на территории 462695 га или 7,08% территории края не отмечается переувлажнение, то есть условно отсутствует. На остальной территории края, а это 6072987 га или 92,92% отмечается та или иная степень антропогенного переувлажнения. Больше всего приходится на первую (низкую) степень переувлажнения - 2,57 млн. га или 39,4% и вторую (среднюю) степень переувлажнения - 1,82 млн. га или 27,93%. Практически на всей территории района подтопление носит в первую очередь антропогенный характер, и только во вторую - природный, что однотипно для всей территории Ставропольского края.

Заболачивание. Второй (средней) степени антропогенного заболачивания подвержено семь районов на площади 1707024 га или 26,12% от территории края и располагаются в трех частях края. На севере края располагается массив из трех районов (3 - Апанасенковский, 10 - Ипатовский и 24 - Труновский) на площади в 930549 га или 14,24% и второй на юге (2 - Андроповский, 16 - Минераловодский и 21 - Предгорный) - на площади 587809 га или 9%. И если четвертой (высокой) степени заболачивания не подвержен ни один район края, то пятой (катастрофической) - два (15 - Левокумский и 17 - Нефтекумский), которые располагаются одним массивом на востоке края на площади в 848416 га или 12,98%. Коэффициент антропогенного заболачивания Ставропольского края равняется 1,63.

Дефляция. В связи с тем, что только 6% территории Ставропольского края обеспечено в достаточной мере осадками, то это подтверждается и нашими расчетами. Так, нулевая (условно отсутствует) степень дефляции отмечена на 5,25% или 343328 га на территории двух южных районов - 11 - Кировского и 21 - Предгорного. Пятой (катастрофической) степени деградации отмечены четыре восточных района: 14 - Курский, 15 - Левокумский, 17 - Нефтекумский и 23 - Степновский на площади 1,4 млн. га или 21,52%, то есть районов всего четыре, но районы с большими территориями и поэтому пятой степенью отмечен каждый пятый гектар, а степень деградации ветровой эрозией равняется коэффициенту в 2,14.

Эрозия. Анализируя деградированные эрозией земли края, то можно отметить, что по всем категориям они распределились в пределах от 5,66% (вторая, средняя степень) - до 26,64% (третья, высокая степень). Каждый четвертый гектар (1740788 га или 26,64%) края достиг третьей (высокой) степени деградации, а это уже отмечено в семи районах. При этом только 9 - Изобильненский район располагается несколько обособленно на северо-западе территории края, то остальные двумя вытянутыми массивами с севера на юг. Необходимо отметить и то, что они полностью примыкают к четвертой (очень высокой) и пятой (катастрофической) степеням деградации. Пятая (катастрофическая) степень деградации присвоена восьми районам, и все они располагаются одним массивом. И суммарная площадь таких земель на территории Ставропольского края достигает 1441308 га или 22,05%, что, в конечном счете, повлияло на среднюю степень деградации - она равняется 2,73 или считается высокой.

Совместное проявление дефляции и эрозии. Между первой, третьей и пятой степенями деградации находится со второй (средней) степенью 24 - Труновский район с площадью в 236339 га или 3,62% от территории края. Всего высокой (третьей) степени деградации подвержено 15,18% территории края или 992042 га, а это уже каждый седьмой гектар края. И если совместным проявлением дефляции и эрозии эродирована и отмечена четвертая (очень высокая) степень только одного района - 24 - Труновского на площади 168576 га или 2,58% от территории края, то пятой (катастрофической) - уже девять районов с площадью около 2 млн. га или 29,59%. Каменистость. Общую картину по антропогенной каменистости портят пять районов, на которых отмечена пятая (катастрофическая) степень деградации с площадью в 982545 га или 15,03%. Если же суммировать все степени деградации по каменистости, то это составит уже 36,84% или 2408086 га и, в конечном счете, приводит к превышению первой (низкой) степени антропогенной каменистости сельскохозяйственных земель - с коэффициентом 1,18. Суммарная антропогенная деградация. Самое катастрофическое состояние отмечается на территории 2 - Андроповского района - из восьми оценок - пять имеют самую высокую (пятую катастрофическую) степень деградации, две - первую (низкую) и одну - вторую (среднюю). Только в этом районе и граничащих с ним 12 - Кочубеевским и 16 - Минераловодским районами нет ни одного показателя нулевой (условной) деградации земельных ресурсов. Такое же катастрофическое положение отмечено еще в двух районах - в 26 - Шпаковском, который с предыдущими тремя находится в одном массиве в западной части Ставропольского края и на востоке края - 15 - Левокумском. Суммарная площадь с пятой (катастрофической) суммарной степенью деградации составляет 1324400 га или 20,26%, то есть каждый пятый гектар края достиг катастрофического состояния. Четвертой (очень высокой) суммарной степени деградации подвержены четыре района на площади в 929177 га или 14,22%: 1 - Александровский, 8 - Грачевский, 24 - Труновский и 17 - Нефтекумский. Суммарный коэффициент деградации в крае равняется 1,96, а это высокая степень (табл. 2, рис. 2).

Возрастающие воздействия природных и антропогенных факторов на земли Российской Федерации привели к резкому снижению их плодородия, истощению, загрязнению, затоплению, подтоплению, заболачиванию и засолению, разрушению эрозионными и другими процессами. Так, даже в степном засушливом Ставропольском крае средний коэффициент по антропогенной деградации каменистостью превысил единицу - 1,18, что же говорить о других, так называемых «традиционных» процессах деградации, как дефляция и эрозия, засоление и распространение солончаков и солонцовых комплексов - здесь они достигли и превысили коэффициент деградации в две единицы. К третьему коэффициенту деградации по районам края приближаются территории, эродированные водной эрозией с коэффициентом 2,73. Следует за этим деградированные земли совместным проявлением водной и ветровой эрозии (2,42) и дефляцией - 2,14.

Рисунок 2. Разработанная картосхема территории районов Ставропольского края по суммарной антропогенной степени деградации земель сельскохозяйственного назначения

4. АНТРОПОГЕННАЯ НАГРУЗКА НА ЗЕМЛИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО НАЗНАЧЕНИЯ КРАЯ

Для полного анализа мы собрали данные плотности расселения населения на территории края, при этом учитывали и почвенно-климатические условия и население городов находящихся районных муниципальных образований. Так, плотность населения в Предгорном районе достигает 294,6 человека на квадратном километре. Такая же ситуация отмечается и на территории Шпаковского района - 202,3 чел./км2 с учетом города Ставрополя (369299 человек). И уже на территории шести районов на площади в 1694485 га или 18,47% от территории края проживает население с плотностью выше 50 человек на квадратный километр. В 11 районах показатель комфортности проживания ниже среднекраевого показателя, в 15 - выше, что связано с площадью восточных и западных районов края. На основании этого полученные результаты плотности населения привели к тому, что районов менее 10 человек сельского населения на квадратном километре нет, также как не ни одного района с плотностью более 50 человек, тогда как без коэффициента комфортности было по два района в обеих группах. Эти показатели в дальнейшем учитывали при расчете антропогенной нагрузки на земли сельскохозяйственного назначения.

В районах с распаханностью территории в 50-70% коэффициент антропогенной нагрузки повышается до двух в следующих районах: Апанасенковский, Арзгирский, Андроповский, Шпаковский, Кочубеевский, Предгорный и Курский. Так, только в двух районах (Левокумском и Нефтекумском) процент распаханной территории не превышает 40% (рекомендуемый экологически безопасный показатель) и равняется 848416 га или 13% от земель сельскохозяйственного назначения края. В тоже время пятый балл антропогенной нагрузки распаханности территории отмечен на 951618 га (14,5%) в пяти районах.

Доказано, что каждый орошаемый гектар оказывает негативное влияние на 20 га неорошаемых земель, то есть желательно, чтобы их было не более 5-6%. Группировка по площади орошаемых земель в районах показывает, что больше всего их приходится на второй (средний) балл, а это 178698 га на 2,9 млн. га сельскохозяйственных земель или 53,26%. Очень высока первая (слабая) степень нагрузки - на территории 1,865 млн. га имеется 80102 га орошаемых земель или 23,87%. А вот на 362 тыс. га построено 54261 га орошаемых земель или 16,17%, что крайне много и это пятая или катастрофическая степень антропогенной нагрузки. На разработанной картосхеме это два района (Труновский и Изобильненский) и они располагаются на северо-западе края и граничат друг с другом. Это сказалось на экологической обстановке данной территории, в настоящее время на большинстве территории на глубине 1-3 м и весной часто выходят на поверхность (рис. 3). деградация земля сельскохозяйственный пашня

Анализ кадастровой стоимости земель сельскохозяйственного назначения показывает, что она существенно колеблется по административным районам от 3200 руб./га в Нефтекумском районе, до 99500 руб./га в Новоалександровском районе и в среднем по краю составляет 42500 и была учтена при расчете антропогенной нагрузки. В Нефтекумском (98%) и частично в Левокумском районе (2%) занимает территории края нефте-газопромышленный ландшафт. На этом ландшафте необходимо остановиться особо, потому что загрязнение земель нефтяными отходами привело к тому, что кадастровая стоимость в Нефтекумском районе она против среднекраевой ниже в 13,3 раза.

Рисунок 3. Разработанная картосхема мелиоративной нагрузки в Ставропольском крае

5. КОМПЛЕКС МЕРОПРИЯТИЙ ПО СОХРАНЕНИЮ И УЛУЧШЕНИЮ СОСТОЯНИЯ ЗЕМЕЛЬ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО НАЗНАЧЕНИЯ КРАЯ

Наиболее высокая антропогенная нагрузка для земель сельскохозяйственного назначения по районам проявилась в от площади распаханных земель (r = 0,6589-0,9105), площади мелиорированных земель (r = 0,7902-0,9480), засолением (r = 0,5007-0,8399), заболачиванием (r = 0,5490-0,7771), плотностью населения (r = 0,4032-0,9603) и несколько ниже от совместного проявления эрозии и дефляции (r = 0,2209-0,5087) и дефляции - r = 0,3302-0,6007). Так, в крае больше всего деградационные процессы связаны с антропогенной нагрузкой распаханных территорий, то есть доли пашни на землях сельскохозяйственного назначения - 10,24%, на втором месте - мелиорированные земли (9,99%) и на третьем - совместное проявление эрозии и дефляции - 9,81% при коэффициенте множественной корреляции r = 0,9134 и коэффициенте детерминации - 0,8343. Следовательно, мы можем говорить о высокой достоверности наших исследований, потому что включение 11 показателей в антропогенную нагрузку и деградационные процессы позволяет утверждать, что на 83,43% зависит от этих факторов, и только на 16,57% - от неучтенных факторов, что вполне объективно (табл. 3).

Обработав полученный материал, мы смоделировали с помощью ГИС-технологий изменение коэффициента экологической стабилизации (Кэс) земель сельскохозяйственного назначения при выводе из состава пашни (нестабильного элемента) земель IV-VI (деградированных) и III-VI (склоновых и деградированных) агроэкологических групп и перевод их в состав стабильных элементов (пастбищ, сенокосов, многолетних насаждений и других стабильных элементов). Для этого была составлена ведомость и картосхема экологической стабилизации пашни. Таким образом, вывод из состава пашни деградированных земель позволит существенно поднять уровень КЭС в лесостепных и предгорных ландшафтах. Вывод из состава пашни склоновых земель III агроэкологической группы переведет в стабильное состояние с трех до 10 районов края (рис. 4).

Рисунок 4. Средневзвешенное значение КЭС пашни земель сельскохозяйственного назначения Ставропольского края при условии вывода из пашни земель III-VI агроэкологических групп

Для решения поставленных задач нами была составлена матрица величины всех изучаемых 11 нами процессов, а на основе этого матрица величины интенсивности процессов по убывающей. Так, больше всего (в шести районах) на первом месте оказались деградационные процессы от совместного проявления эрозии и дефляции, а на втором (в пяти районах) - площади под солончаками и солонцовыми комплексами. Третье место разделили (в четырех районах) высокая плотность населения и каменистость (табл. 4, рис. 5).

Таблица 4. Матрица интенсивности антропогенной нагрузки и деградации земель сельскохозяйственного назначения Ставропольского края

Примечание: 1 - плотность населения, чел./км2; 2 - процент пашни; 3 - процент мелиорированных земель; 4 - засоление; 5 - солончаки и солонцовые комплексы; 6 - переувлажнение; 7 - заболачивание; 8 - эродировано дефляцией; 9 - эродировано эрозией; 10 - совместная водная и ветровая эрозия; 11 - каменистость.

Кроме предложенных мероприятий необходимо решить вопрос с кадастровой стоимостью земель сельскохозяйственного назначения в Нефтекумском районе, где она составляет 3200 руб./га, тогда как в соседнем Левокумском районе, сходном по почвенно-климатическим условиям - 13400 руб./га. Это связано с высокой антропогенной нагрузкой нефтегазового комплекса, потому что 99% его инфраструктуры располагается в этом районе, что привело к антропогенному загрязнению как самими промышленными объектами, так и нефтяным загрязнением. Кадастровую стоимость земель сельскохозяйственного назначения можно повысить только качественной рекультивацией всех техногенных участков.

Рисунок 5. Картосхема выполнения первоочередной основных задач для сохранения и улучшения состояния земель сельскохозяйственного назначения Ставропольского края

ВЫВОДЫ

1. Для анализа антропогенной деградации земель сельскохозяйственного назначения Ставропольского края по наличию их на поверхности земли, нами была разработана методика критериев оценки и установлено, что недобор урожая в 50 и более процентов (расчеты сделаны по основной культуре края - озимой пшенице) от потенциала почв - это уже катастрофа, следовательно, градация шкалы разбита не на пять, а на шесть степеней (баллов) деградации: 0 - условно отсутствует, 1 - низкая, 2 - средняя, 3 - высокая, 4 - очень высокая и 5 - катастрофическая. Кроме этого, для каждого из изучаемых нами видов антропогенной деградации, была разработана своя шкала по степени наличия деградационных процессов на поверхности почвы. Так, самые строгие критерии были установлены для заболачивания, совместной водной и ветровой эрозии, и суммарного проявления всех восьми обследованных видов деградации - шкала была проградуирована через 0,5%. Для переувлажнения, эродированности дефляцией и каменистости установлена шкала в 3%, солончаков и солонцовых комплексов, и эродированности эрозией - в 5% и засоления - в 10%.

2. На основании проведенного мониторинга антропогенной деградации ландшафтов и районов Ставропольского края установлено, что наиболее объективная оценка получается при анализе районов, которая на 0,01-0,32 выше, чем при оценке ландшафтов, что говорит о недостаточно точном формировании последних. Так, территория Ставропольского края оценивается самой низкой степенью деградации при антропогенной каменистости - 0,92-1,18 (низкая), а самой высокой - по эродированности эрозией - 2,72-2,73 (высокая). Суммарная степень деградации территории края, как ландшафтов, так и районов оценивается третьим (высоким) баллом деградации, при этом ни одного гектара, чтобы условно недеградированных (нулевая степень) нет ни одного гектара, а остальные степени деградации находятся в пределах от 11,61% (четвертая, очень высокая) до 36,05% (вторая, средняя) при оценке территории края по ландшафтам, и от 3,08% (первая, низкая) до 40,61% (третья, высокая) - по районам.

3. Суммарное антропогенное воздействие показывает, что хотя исследования того или иного вида деградации не отмечаются на 20,5-75,6% (нулевая степень деградации) ландшафтов, таких ландшафтов не отмечается, их площадь равна нулю. Самый большой процент приходится на вторую степень деградации - 36,05% (23929 км2) и на втором месте крайняя - пятая степень деградации - 21,78% (14452 км2), что недопустимо на современном этапе сельскохозяйственного производства. Доля 1, 3 и 4 степеней деградации по ландшафтам края находятся в пределах 11,61-16,35%, в сумме это 28037 км2 (42,17%). Следовательно, все ландшафты и районы Ставропольского края деградированы тем или иным антропогенным влиянием и средний коэффициент деградации по ландшафтам равняется 1,68, а по районам - 1,96 или третья (высокая) степень деградации. Самое катастрофическое состояние отмечается на территории 2 - Андроповского района - из восьми оценок - пять имеют самую высокую (пятую катастрофическую) степень деградации, две - первую (низкую) и одну - вторую (среднюю). Только в этом районе и граничащих с ним 12 - Кочубеевским и 16 - Минераловодским районами нет ни одного показателя нулевой (условной) деградации земельных ресурсов.

4. Анализ распределения суммарных деградационных процессов по районам края показывает, что рост идет плавно, от района к району, за исключением крайних. Так, самая низкий коэффициент отмечен у 18 - Новоалександровского - 0,62 (первая, низкая степень деградации) и сразу же у следующих двух районов (6 - Буденновский и 22 - Советский) этот показатель уже выше

на 0,63 - 1,25 (вторая, средняя степень деградаци). Такая же закономерность наблюдается и в конце распределения деградаций - самый высокий коэффициент деградации отмечен у 2 - Андроповского района - 3,63 (пятая, катастрофическая степень деградации), то снижение у следующего 16 - Минераловодского он снижается до 2,87 или на 0,78.

5. Наиболее высокая антропогенная нагрузка для земель сельскохозяйственного назначения по районам проявилась в от площади распаханных земель (r = 0,6589-0,9105), площади мелиорированных земель (r = 0,7902-0,9480), засолением (r = 0,5007-0,8399), заболачиванием (r = 0,5490-0,7771), плотностью населения (r = 0,4032-0,9603) и несколько ниже от совместного проявления эрозии и дефляции (r = 0,2209-0,5087) и дефляции - r = 0,3302-0,6007). Больше всего в крае деградационные процессы связаны с антропогенной нагрузкой распаханных территорий, то есть доли пашни на землях сельскохозяйственного назначения - 10,24%, на втором месте - мелиорированные земли (9,99%) и на третьем - совместное проявление эрозии и дефляции - 9,81% при коэффициенте множественной корреляции r = 0,9134 и коэффициенте детерминации - 0,8343. Подтверждена высокая достоверность наших исследований, потому что включение 11 показателей в антропогенную нагрузку и деградационные процессы позволяет утверждать, что на 83,43% зависит от этих факторов, и только на 16,57% - о т неучтенных факторов.

6. Во всех районах превалирует, в основном один из видов антропогенной нагрузки или деградационными процессов. Так, на 38,71% антропогенной нагрузки в Предгорном районе приходится на высокую плотность населения, 20,93% в Новоалександровском районе на высокую распаханность территории, 24,58% в Труновском районе на мелиорированные земли. Вместе с тем необходимо отметить, что в Андроповском районе первое место приходится на переувлажнение - 15,46% и 14,50% на земли деградированные эрозией. В среднем по краю же негативные процессы несколько сглаживаются и негативные процессы укладываются в диапазон от 7,79 до 10,24%, что говорит о необходимости решения всех сложившихся процессов, с конкретизацией того или иного процессам по каждому району.

7. С помощью ГИС-технологий мы смоделировали изменение коэффициента экологической стабилизации земель сельскохозяйственного назначения при выводе из состава пашни (нестабильного элемента) земель IV-VI (деградированных) и III-VI (склоновых и деградированных) агроэкологических групп и перевод их в состав стабильных элементов. При этом вывод из состава пашни деградированных земель позволит существенно поднять уровень КЭС в лесостепных и предгорных ландшафтах. Вывод из состава пашни склоновых земель III агроэкологической группы переведет в стабильное состояние с трех до 10 районов края, не только обладающий наибольшим сложным рельефом и разнообразием среди других районов края, но и окружающий г. Ставрополь в котором проживает седьмая часть населения края. Это также переведет в условно стабильное и близкое к условно стабильному состоянию большую часть территории районов лесостепной провинции и предгорий. В

настоящее время нестабильность хорошо выражена на 3,34 млн. или на 51,06%, а при выводе IV-VI агроэкологических снижается на 17% и ели дополнительно III группы, то еще на 10% и составляет всего 1,6 млн.га. При этом условную стабильность получают 3,01 млн. га или 46,06% земель сельскохозяйственного назначения. Следовательно, мы можем говорить о решении первого этапа в первоочередной задаче сохранения земельного фонда Ставропольского края.

8. Разработаны матрица и картосхемы первых трех основных задач для сохранения и улучшения состояния земель сельскохозяйственного назначения Ставропольского края. При этом происходил сдвиг для решения дальнейших проблем, если на первых трех местах отмечалась плотность населения и площади орошаемых земель. Это связано с тем, что плотность населения в крае еще не высокая, а перераспределение в ближайшее время невозможно. Мелиорированные (в первую очередь орошаемые) земли для края являются достоянием, и эффективное и научно-обоснованное использование их приносит только пользу краю. Поэтому, там, где их площадь, хотя и высока, нужно сохранить, только использовать с меньшей нагрузкой. Перераспределение привело к тому, что первое место сохранилось за совместным проявлением эрозии и дефляции, но районов уже стало семь. В семи районах первоочередной задачей стала борьба с каменистостью, которая проявляется в наиболее плодородных районах располагающихся на Ставропольской возвышенности и в Предгорном районе, находящемся в Эколого-курортном регионе Кавказских Минеральных Вод.

9. Необходимо решить вопрос с кадастровой стоимостью земель сельскохозяйственного назначения в Нефтекумском районе, где она составляет 3200 руб./га, тогда как в соседнем Левокумском районе, сходном по почвенно-климатическим условиям - 13400 руб./га. Это связано с высокой антропогенной нагрузкой нефтегазового комплекса, потому что 99% его инфраструктуры располагается в этом районе, что привело к антропогенному загрязнению как самими промышленными объектами, так и нефтяным загрязнением. Кадастровую стоимость земель сельскохозяйственного назначения можно повысить только качественной рекультивацией всех техногенных участков.

10. Разработанный для Ставропольского края алгоритм оценки деградационных процессов и внедренный в отдельных районах и хозяйствах края на площади 87782 га с суммарным экономическим эффектом в 12,1 млн. руб. может быть использован для других сельскохозяйственных регионов России. Полученные результаты по оценке степени антропогенной нагрузки, деградации земель и коэффициента стабилизации земель сельскохозяйственного назначения необходимо конкретизировать для каждого района, срочно разработать для каждого деградированного участка комплекс мер не только по его защите от дальнейшей деградации, но и по улучшению его состояния на основе оптимизации современного природопользования и оперативного аэрокосмического мониторинга земель. С этой целью необходим комплекс мероприятий по защите земель сельскохозяйственного назначения от деградационных процессов, а также комплекс мероприятий по их восстановлению и улучшению, таких как: организация территории, почвозащитные севообороты, агротехнические противоэрозионные мероприятия, лесомелиоративные противоэрозионные мероприятия и гидротехнические сооружения.

ОСНОВНЫЕ ОПУБЛИКОВАННЫЕ РАБОТЫ

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК

1. Целовальников, А.С. Использование ГИС-технологий при учете антропогенной нагрузки на сельскохозяйственные земли Ставропольского края / А.С. Целовальников, П.В. Клюшин, А.Н. Марьин // Землеустройство, кадастр и мониторинг земель, № 4, 2010. - С. 57-63.

2. Целовальников, А.С. Использование ГИС-технологий при ландшафтном мониторинге земель Ставропольского края / А.С. Целовальников, П.В. Клюшин, А.Н. Марьин // Землеустройство, кадастр и мониторинг земель, № 6, 2010. - С. 54-62.

Публикации в других изданиях

3. Целовальников, А.С. Дистанционное зондирование сельскохозяйственных угодий Ставропольского края / А.С. Целовальников, Д.А. Шевченко, А.Ю. Крыловский, О.А. Подколзин // Состояние и перспективы агропромышленного комплекса Южного федерального округа: сб. науч. статей Ставропольский государственный аграрный университет. - Ставрополь, СтГАУ: «Агрус», 2008. - С. 162-165.

4. Целовальников, А.С. Мониторинг антропогенного переувлажнения и заболачивания территории ландшафтов Ставропольского края с применением ГИС-технологий / А.С. Целовальников, С.В. Савинова, А.Н. Марьин // Проблемы управления земельными ресурсами страны на современном этапе: сб. науч. тр. / ГУЗ. - М., 2010. - С. 60-68.

5. Целовальников, А.С. Мониторинг с применением ГИС-технологий совместного проявления дефляции и эрозии на эродированность территории ландшафтов Ставропольского края / А.С. Целовальников, П.В. Клюшин, А.Н. Марьин // Проблемы управления земельными ресурсами страны на современном этапе: сб. науч. тр. / ГУЗ. - М., 2010. - С. 134-142.

6. Целовальников, А.С. Мониторинг антропогенной эродированности территории ландшафтов Ставропольского края с применением ГИС-технологий / А.С. Целовальников, С.В. Савинова, А.Н. Марьин // Проблемы управления земельными ресурсами страны на современном этапе: сб. науч. тр. / ГУЗ. - М., 2010. - С. 160-168.