Информационные технологии управления комплексными мелиорациями агроландшафтов

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

ВНИИГиМ им. А.Н. Костякова

Информационные технологии управления комплексными

мелиорациями агроландшафтов

Л.В. Кирейчева

Природа выглядит иначе, сложнее,

чем наше представление о ней.

Л.Г. Прищеп

агроландшафт мелиоративный природопользование информационный

Вторая половина прошлого века ознаменовалась событием, определившим дальнейшие пути познания мира - созданием теории информации как формы представления полученных знаний. Если раньше в естественно-научных понятиях мир опирался на двух китов: энергию и вещество, то третьим китом оказалась информация, участвующая во всех протекающих в мире процессах. Адекватное решение проблем, связанных с рациональным природопользованием, невозможно без создания новых информационных технологий управления природными процессами.

Информационные технологии включают процедуры сбора, хранения, обработки информации о параметрах и состоянии объекта воздействия, позволяют выполнять прогнозы процессов, формирующихся в природной среде, а также обеспечивают процедуры принятия решений.

Для реализации задачи повышения эффективности комплексных мелиораций и обоснования их роли и места в системе адаптивно-ландшафтного и, в целом - в природопользовании, предложена концептуальная модель комплексной мелиорации агроландшафта. Мелиоративная деятельность рассматривается как самостоятельная сфера и предполагает, наряду с интенсификацией сельскохозяйственного производства (сельскохозяйственные мелиорации), разработку и применение технологий, направленных на повышение природно-ресурсного потенциала и экологической устойчивости агроландшафта.

На землях сельскохозяйственного назначения формируется адаптивный комплекс мелиоративных мероприятий. В пределах ландшафта - адекватный по уровню воздействия мелиоративный комплекс, включающий создание лесополос различного назначения, буферных зон, применение мероприятий по защите водоемов, мелиорации малых рек и речных долин, восстановление почвенного плодородия деградированных земель, биологический дренаж и т.п.

Основная цель комплексной мелиорации - создание высокопродуктивного и экологически устойчивого агроландшафта. Управление мелиорациями предполагает создание и поддерживание такого режима в природном объекте, который бы в течение всего периода функционирования мелиоративных систем обеспечивал заданный уровень продуктивности сельскохозяйственных культур, расширенное воспроизводство почвенного плодородия и экологическую устойчивость агроландшафта.

Для решения задачи предложены следующие процедуры и методы управления режимами комплексных мелиораций:

разработка моделей размещения в пределах агроландшафта адаптивных мелиоративных и природовосстановительных комплексов;

создание информационных моделей агроландшафтов с использованием ГИС-технологий;

формирование постоянно действующих моделей мелиоративных систем для управления режимами комплексных мелиораций;

использование моделей по регулированию природно-мелиоративных процессов в границах водосбора;

создание информационных систем поддержки принятия управленческих решений для заданной цели.

Для оптимизации размещения адаптивных мелиоративных комплексов в пределах агроландшафта и обосновании необходимых природовосстановительных мероприятий, адекватных по уровню воздействия, предлагается новый энергетический подход к обоснованию комплексных мелиораций: количество вложенной энергии при проведении мелиораций в агроландшафте должно компенсировать энергию, изымаемую с урожаем сельскохозяйственных культур, и внутреннюю энергию, направленную на повышение природно-ресурсного потенциала агроландшафта /Л.В. Кирейчева/. Избыточное вложение энергии приводит к деформации геосистемы и, как следствие, развитию деградационных процессов; недостаточное - к снижению природно-ресурсного потенциала. Оценка энергетических затрат на снижение энтропии системы за счет процессов гумусообразования выполняется на основе расчета биоэнергетического потенциала, представляющего собой количество аккумулированной солнечной энергии в органическом веществе, трансформирующейся через почвенную биоту в почвенный гумус (О.Б.Хохлова).

Для регламентации мелиоративной деятельности в пределах агроландшафта разработаны экологические ограничения /Н.И. Парфенова, Л.В. Кирейчева, С.Д. Исаева, Д.А. Манукьян, В.М. Яшин и др./. Учеными ВНИИГиМ, Мещерского и Калмыцкого филиалов на базе разработанных экологических требований предложены адекватные комплексы мелиоративных мероприятий для зон избыточного, неустойчивого и недостаточного увлажнения, обеспечивающие повышение продуктивности и экологическое нормирование воздействия на агроландшафт.

Основным принципом разработки систем комплексной мелиорации для зоны избыточного увлажнения является регулирование водно-воздушного, температурного и питательного режимов осушаемых почв в соответствии с требованиями растений и использованием перспективных способов осушения.

В лесостепной зоне система комплексной мелиорации включает щадящее малообъемное орошение, как дотация к осадкам, почвозащитные и противоэрозионные мероприятия, не допускающие снижение содержания гумуса и смыва плодородного слоя почвы, и хорошо сбалансированный комплекс агротехнических мероприятий.

В степной и сухостепной зонах (южных черноземов и каштановых почв), где почвы в сильной степени подвержены водной, ветровой, а в условиях орошения - ирригационной эрозии, основными мелиоративными мероприятиями являются орошение, направленное на компенсацию дефицита природного увлажнения, и комплекс противоэрозионных мероприятий. Для регулирования водно-солевого режима почв необходимым мелиоративным мероприятием является искусственное дренирование. На засоленных и слабозасоленных почвах на фоне орошения необходимо внесение в почву химмелиорантов. Адаптивный мелиоративный комплекс включает культуртехнические, химические, лесомелиоративные и фитомелиоративные мероприятия.

В условиях полупустыни и пустыни, где развиты бурые пустынные почвы, экологически безопасные комплексы мелиораций рекомендуется реализовывать в системах оазисного типа (Л.В.Руднева, В.А.Сазанов):

мелкооазисные участки для производства сельскохозяйственной продукции: на базе подземных (артезианских) вод и местного поверхностного стока;

оазисные участки среднего размера с водозабором из каналов оросительных систем.

На землях с комплексным почвенным покровом комплекс мероприятий должен быть направлен на выравнивание водно-физических и химических свойств почв /В.П. Баякина/. Он включает планировку, глубокое мелиоративное рыхление, внесение химмелиорантов на фоне органических удобрений и орошение.

Учитывая достаточно сложную структуру агроландшафта, наличие прямых и обратных связей между элементами ландшафта и инженерно-технической системой его оптимизация возможна только с применением компьютерных ГИС-технологий.

При создании компьютерной технологии используются модели продуктивности и устойчивости агроландшафта. В качестве модели продуктивности предложенаа зависимость Пегова-Хомякова. Оценка экологической устойчивости выполняется по методу МГУ с добавлением факторов, которые регулируются мелиоративной деятельностью (оросительная норма и норма осушения) /Л.В. Кирейчева, И.В. Белова/.

Для определения оптимального соотношения леса, луга, сельскохозяйственных угодий (пашни, пастбища, сенокосы) и мелиорированных земель проводятся сценарные расчеты, при которых для каждого сценария определяется продуктивность и коэффициент экологической устойчивости. Нашими расчетами показано, что при значении коэффициента экологической устойчивости выше 0,7 геосистема устойчива. На основе сценарных расчетов определяется область, в которой продуктивность и устойчивость агроландшафта близки к оптимальным значениям.

Методика проведения сценарных исследований включает:

обоснование параметров геосистем по продуктивности и устойчивости;

выбор траектории развития агроландшафта и проведение серии сценарных расчетов;

построение серии сценарных эколого-мелиоративных карт;

расчет биопродуктивности и экологической устойчивости для каждого выбранного сценария;

принятие решений по развитию и размещению комплексных мелиораций.

Особое место в информационных технологиях отводится созданию постоянно действующих моделей мелиоративных систем. Такие технологии позволяют в режиме реального времени (в зависимости от складывающихся погодных условий и хозяйственных ситуаций) управлять агроценозом и мелиоративным режимом на сельскохозяйственных землях.

Для восстановления природно-ресурсного потенциала, в частности, плодородия почв, предлагаются технологии управления режимами биомелиорации для различных типов деградации почв, включающие внесении в почву биологически активных удобрительно-мелиорирующих смесей (УМС) /Л.В. Кирейчева, О.Б. Хохлова и др./. Разработан технологический регламент приготовления УМС. Внедрение осуществлялось на экополигоне и хозяйстве «Малинищи» Рязанской обл. Применение УМС позволило на 30 % увеличить урожайность однолетних трав. Прирост чистого дисконтированного дохода с учетом предотвращенного ущерба составил 271 т.руб./га.

Для поддержания агроландшафтов в устойчивом состоянии для условий Калмыкии /Э.Б. Дедова, В.Г. Белослудцева/ были разработаны и проверены в полевых условиях на базе оазисного орошения экологически благоприятные режимы орошения фитомелиорантов (люцерна гибридная и пырей), исключающие вторичное засоление почв. Использование разработанных режимов орошения на основе сценарных расчетов водно-солевого режима почв и применения культур-мелиорантов в пустынной и полупустынной зоне Калмыкии позволит на 25…30 % повысить общую продуктивность орошаемых агроландшафтов и обеспечить экономию водных ресурсов до 30 %.

Применение компьютерных технологий существенно изменяет организацию информационного процесса. Компьютерные технологии, автоматизирующие процесс информационного обеспечения процедур принятия управленческих решений, успешно реализуются в среде систем поддержки принятия решений, которые являются неотъемлемой частью информационного обеспечения мелиорации. СППР рассматриваются как программные средства и информационно-аналитические технологии, предназначенные для оказания помощи в решении конкретных задач поиска, анализа и выбора лучших из возможных вариантов /И.Ф. Юрченко/.

Таким образом, применение информационных технологий в мелиорации открывает новые возможности использования накопленных знаний для решения актуальных задач развития и размещения мелиораций, выбора рационального мелиоративного комплекса для обеспечения требуемого мелиоративного режима для сельскохозяйственных культур, обоснования необходимости проведения природовосстановительных мероприятий как в пределах агроландшафта, так и на более высоком иерархическом уровне, обеспечения функционирования МС по заданной траектории, решения конкретных управленческих задач.

Размещено на Allbest.ru