Водопроницаемость определяется агрофизическим состоянием пахотного слоя. В почвах легкого гранулометрического состава, а также бесструктурных, водопроницаемость зависит от пористости и сложения гранулометрических элементов. В тяжелых почвах она обусловлена, прежде всего, структурным состоянием: размерами структурных агрегатов, их положением относительно друг друга, а также водопрочностью. Существенное влияние на скорость фильтрации оказывает также наличие в почве крупных промежутков, трещин, ходов червей, кротовин, корневых ходов. Плотность твердой фазы и плотность почвы непосредственно связаны со структурно-агрегатным составом, поэтому эти показатели оказывают влияние на противоэрозионную устойчивость почв. Увеличение плотности сложения почвы прямо пропорционально сопротивлению ее смыва под воздействием водно-эрозионных процессов. Величина его меняется со временем и зависит от состояния почвы. Разрыхленная почва обладает меньшей плотностью сложения. По результатам исследований лаборатории агрофизических свойств и защиты почв от эрозии наименьшей плотностью характеризуются верхние пахотные горизонты неэродированных почв, с увеличением степени эродированности плотность сложения увеличивается на всех почвах и особенно на моренных суглинках, где его показатели достигают величины 1,80-1,89 г/см3. Увеличение плотности сложения эродированных почв объясняется меньшим содержанием органического вещества и неблагоприятной структурой. Эродированные почвы очень склонны к заплыванию и коркообразованию, что ведет к постепенной утрате плодородия. В связи со смывом верхних горизонтов почв и выходом на поверхность нижележащих горизонтов водно-физические свойства почв в целом изменяются в худшую сторону, так как плотность твердой фазы и плотность сложения увеличивается, а почвенно-гидрологические константы уменьшаются [14].
Таким образом, тесная взаимозависимость агрофизических свойств почв и эрозионных (дефляционных) процессов указывает на важность информации об актуальном физическом состоянии почвенного покрова при формировании почвозащитных систем земледелия в агроландшафтах. Значительная роль отводится корректной интерполяции (распространению) агрофизических почвенных данных, полученных на ключевых участках мониторинга, на всю территорию сельскохозяйственных земель.
На примере Браславского района Витебской области проведены работы по разработке пространственных слоев в базе данных геоинформационной программной среды, отражающих распространение показателей основных агрофизических свойств почв на всех землях сельскохозяйственного назначения. Апробирована технология геостатистической обработки информации локальной земельно-информационной системы, классов данных геосистемной оценки структуры почвенного покрова, банка данных агрофизических свойств почв и вспомогательных цифровых планово-картографических материалов. При помощи программного комплекса компании ESRI сформирована база данных с единой системой координат и пространственной привязкой всех анализируемых классов данных и соблюдением топологических правил взаимного положения объектов. Выполненные операции геообработки агрофизических данных сформированы в виде расчетного алгоритма в программном комплексе ModelBuilder (рис. 1).
Наличие пространственно-распределенных данных о почвенно-земельных ресурсах в виде векторных или растровых цифровых слоев является необходимым условием для расчета фактических агрофизических условий землепользования. Как отражено на рисунке 1, помимо мониторинговых данных об агрофизических свойствах почв исходной информацией послужили классы пространственных данных подтипов и видов земель, границ землепользователей и землевладельцев, контуров почвенных разновидностей и мелиоративного состояния почв по материалам земельно-кадастрового и агрохимического обследований. Объединенный слой пересеченных пространственных и атрибутивных данных указанных классов был отредактирован для ликвидации пробелов и топологических ошибок. Затем по материалам мониторинговых исследований лаборатории агрофизических свойств и защиты почв от эрозии внесены значения плотности почвы, сгруппированные в соответствии с генезисом и гранулометрическим составом почвообразующих пород.
В атрибутах общего слоя внесены соответствующие изменения с учетом географической привязки почвенного опробования («Код SQL» на блок-схеме). Оверлейные операции пересечения и слияния агрофизических данных позволили сформировать класс данных агрофизических свойств почв дифференцированно по видам фактического использования земель с учетом границ всех землепользователей административно-территориальной единицы. Уже на этом этапе геоинформационная среда обработки данных позволяет сформировать отчеты по условиям каждого землепользования, обеспечив автоматизированную систему государственного земельного кадастра пространственными данными на случай перераспределения земель или изменения их целевого назначения. Однако для разработки почвозащитных систем земледелия требуется дифференциация фактических значений агрофизических свойств почв в зависимости, с одной стороны, от их оптимальных значений, а с другой - от геосистемного положения того или иного типа земель, указывающего на целесообразность (как экономическую, так и экологическую) их улучшения для сельскохозяйственного использования земель.
Показатели плотности сложения пахотных горизонтов почв обладают приоритетом в оценке агрофизических условий землепользования, поэтому по показателям суммарной статистики контрольные расчеты в пространственных слоях заключались в сравнении с оптимальными, допустимыми и критическими значениями плотности в соответствии с данными табл. 1. Указанные параметры определены по результатам многолетних исследований, выполненных сотрудниками лаборатории агрофизических свойств и защиты почв от эрозии Института почвоведения и агрохимии. Ноу-хау описываемого подхода является использование верхнего или нижнего значения сравниваемых диапазонов плотности пахотного горизонта почв. Следующий этап геообработки заключается в обновлении и переклассификации агрофизических данных относительно оптимальных параметров и агрегации полученных полигональных объектов на территорию земель сельскохозяйственного назначения. Заключительным этапом служат геостатистический расчет в базе данных отдельно для пространственных классов пахотных и луговых земель.
С целью графической визуализации оформляется представленная на рис. 2 карта плотности почв сельскохозяйственных земель Браславского района. Оценка агрофизических условий выполнена для почвенного покрова земель сельскохозяйственного назначения - земли государственного лесного и водного фондов на карте указаны отдельно.
Таблица 1 Оптимальные значения плотности пахотного горизонта почв, развивающихся на разных по генезису и гранулометрическому составу почвообразующих породах
почвенный покров землепользование
Поскольку предметом настоящей статьи является апробация автоматизированной обработки агрофизических данных с учетом условий почвообразования и фактического землепользования, результаты территориальной оценки агрофизического состояния почвенно-земельных ресурсов не приводятся. Однако уже даже в среднем масштабе карты прослеживается повсеместное ухудшение водновоздушного режима в пахотном горизонте обрабатываемых почв (на площади не менее 20% земель имеют место критические значения плотности). На землях, подверженных водной эрозии, проведение почвозащитных мероприятий начинается с противоэрозионной организации территории. Такая организация предусматривает, прежде всего оценку всех почв сельскохозяйственных предприятий по степени эрозионной опасности. Принимая во внимание отсутствие, как правило, цифровых моделей рельефа и невозможность автоматизированного расчета потенциального смыва почв по существующим технологиям и методикам [11, 12], предлагаемый подход «агрофизического» обоснования почвозащитной организации земледелия может быть полезен при агроэкологической группировке земель. Одни группы вовсе непригодны для сельскохозяйственного использования, другие могут быть отведены только под луговые естественные (пастбища) или улучшенные земли, в границах третьих возможно возделывание культур с применением определенных почвозащитных мероприятий, на территории четвертых - специальные меры защиты почв не требуются.
Полученные результаты не только свидетельствуют об общей неблагоприятности агрофизических условий землепользования в Браславском районе - значения основных показателей являются предельно допустимыми и критическими, но и позволяют пространственно дифференцировать их на местности с предельно высокой точностью и обоснованием с позиций генезиса почв и фактического использования сельскохозяйственных земель. Неоспоримым преимуществом описанного подхода является автоматизированная подготовка планово-картографических материалов агрофизического обоснования разработки и внедрения почвозащитных систем земледелия для предотвращения проявления эрозионных процессов, сохранения плодородия почв в агроландшафтах.
Рис. 1 Агрофизические условия землепользования, оцениваемые по показателям плотности почв сельскохозяйственных земель Браславского района Витебской области
Выводы
почвенный покров землепользование
Автоматизированная обработка данных об агрофизических условиях, выполненная на примере агроландшафтов Браславского района, обеспечивает создание планово-картографических материалов, отражающих состояние почвенного покрова с учетом фактической антропогенной нагрузки на землях сельскохозяйственного назначения, для обоснования дифференциации почвозащитных систем земледелия.
Использованный при интерполяции значений агрофизических показателей геосистемный подход на основе типизированных почвенных комбинаций позволяет достичь концептуальной согласованности методов оценки агроэкологического состояния почвенно-земельных ресурсов и экологического нормирования нагрузок на почвенный покров через пространственное распределение оптимальных, допустимых и критических значений агрофизических показателей пахотного горизонта почвы.
Качественное геоинформационное сочетание пространственно распределенной информации об условиях почвообразования, фактическом использовании почвенно-земельных ресурсов и данных агрофизического и агрохимического мониторинга земель - триада успешной разработки и внедрения адаптивно-ландшафтных систем земледелия в республике.
Список литературы
1.Жилко, В.В. Водная и ветровая эрозия / В.В. Жилко. - Минск: Ураджай, 1986. - 52 с.
2.Земельно-информационная система Республики Беларусь. Порядок эксплуатации: ТКП. - Введ. 10.08.05. - Минск: Комитет земельных ресурсов, геодезии и картографии, 2005. - 36 с.
3.Почвенно-экологическое микрорайонирование и типизация земель как средства и методы обоснования рационального использования и охраны земельных ресурсов / Ю.П. Качков [и др.] // Земля Беларуси. - 2008. - № 4. - С. 51-56.
4.Кодекс Республики Беларусь о земле (от 23 июля 2008 г. № 425-З).
5.Методические рекомендации на выполнение работ по созданию тематического слоя «Почвы» земельно-информационной системы. - Минск, 2006.
6.Методические рекомендации по учету поверхностного стока и смыва почв при изучении водной эрозии. - Ленинград: Гидрометеоиздат, 1975. - 88 с.
7.Мирцхулава, Ц.Е. Размыв русел и методика оценки их устойчивости / Ц.Е. Мирцхулава. - М.: Колос, 1967. - 179 с.
8.Модель адаптивно-ландшафтного земледелия Владимирского Ополья: под ред. В.И. Кирюшина, А.Л. Иванова. - М.: Агроконсалт, 2004. - 455 с.
9.Номенклатурный список почв Беларуси (для целей крупномасштабного картографирования). - Минск, 2002. - 19 с.