Экология АЛ - методичка вся2

Формат документа: doc
Размер документа: 5.58 Мб





Прямая ссылка будет доступна
примерно через: 45 сек.



  • Сообщить о нарушении / Abuse
    Все документы на сайте взяты из открытых источников, которые размещаются пользователями. Приносим свои глубочайшие извинения, если Ваш документ был опубликован без Вашего на то согласия.


МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ –
МСХА имени К.А. ТИМИРЯЗЕВА
(ФГБОУ ВПО РГАУ - МСХА имени К.А. Тимирязева)




КАЛУЖСКИЙ ФИЛИАЛ


Кафедра химии, почвоведения, землеустройства и БЖД



Экология агроландшафтов



Учебно-методическое пособие

для студентов агрономического факультета
направлений 110200 Агрономия
профиля Агроэкологическая и экономическая оценка земель и
120700 Землеустройство и кадастры
профиля Землеустройство
















Калуга, 2019 г.



Автор пособия:

кандидат биологических наук, доцент кафедры химии, почвоведения, землеустройства и БЖД Калужского филиала РГАУ - МСХА Соколова Л.А.

Выражаю глубокую благодарность заведующему кафедрой химии, почвоведения, землеустройства и БЖД Калужского филиала РГАУ – МСХА, профессору Сюняеву Х.Х. и доценту кафедры Сюняевой О.И. за предоставление в электронном виде научных материалов, использованных в пособии.




Рецензенты:

Доктор сельскохозяйственных наук, доцент кафедры агрономии Калужского филиала РГАУ - МСХА Попова Л.Д.;
кандидат биологических наук, доцент кафедры ботаники, микробиологии и экологии Института Естествознания КГПУ им. К.Э.Циолковского Константинов Е.Л.


Учебно-методическое пособие


рассмотрено и одобрено на заседании кафедры химии, почвоведения, землеустройства и БЖД КФ РГАУ – МСХА. Протокол N 3 от 14.02.2019г.

Рекомендовано к изданию учебно-методической комиссией агрономического факультета КФ РГАУ – МСХА. Протокол N 3 от 15.02.2019 г. Председатель доцент Слипец А.А.

рассмотрено и одобрено к изданию в открытой печати решением Совета агрономического факультета КФ РГАУ - МСХА от 19.02.2019 г., протокол N 4. И.О. Председателя Совета – доцент Сюняева О.И.





Введение
Требования в отношении охраны окружающей среды постоянно растут. Это связано с тем, что воздействие общества на природу осуществляется уже в планетарном масштабе. Наращивание энергетических затрат на производство продуктов питания и условий жизни человека приводит к нарушению природных ландшафтов.
На решение экологических проблем сельских природно-хозяйственных комплексов может претендовать "экология агроландшафтов". Её характеризует междисциплинарность. Экология агроландшафтов многие вопросы решает вместе с географией и биологией, поскольку только во взаимодействии наук возможно решение важных вопросов рационального использования природных ресурсов и охраны окружающей среды.
И.Г.Платонов с соавторами (2006) экологию агроландшафтов рассматривает как науку о пространственной организации, состоянии и функционировании сельских природно-хозяйственных систем в условиях активного воздействия человека. Экология здесь выступает в качестве фундаментальных основ сохранения агроландшафтов. В поле зрения экологии агроландшафтов находится вся природа и многогранная деятельность людей, связанная с организацией и функционированием сельских природно-хозяйственных систем. Конечные цели этих двух областей знания идентичны: сохранение природных объектов и ближайшего окружения человека в условиях современного земледелия.
Использование знаний современной экологии для развития сельского хозяйства это, несомненно, единственно правильный путь развития сельскохозяйственной науки и производства.
Целью данного учебно-методического пособия является формирование представлений, знаний и практических навыков по экологии агроландшафтов, являющейся научной основой современных систем земледелия и экологически безопасных технологий.
Данное пособие создано как более детальная разработка курса Экология агроландшафтов, представленного И.Г.Платоновым, П.И.Гречиным, О.Е.Ефимовым (2006). Наше пособие нацелено на изучение экологических закономерностей функционирования агроландшафтов нечерноземной зоны РФ.
Дисциплина Экология агроландшафтов является курсом по выбору для профиля подготовки Агроэкологическая и экономическая оценка земель и профиля землеустройство. В курсе освещаются современные положения науки и показываются возможные подходы к решению сельскохозяйственных проблем, связанных с ландшафтом. Курс читается уже в определенной степени подготовленным студентам, фактически прошедшим цикл общепрофессиональной подготовки. Изучение агроландшафта ориентировано на решение не только насущных прикладных задач, связанных с оптимизацией природопользования и охраной окружающей среды, но вместе с тем нацелено на изучение методики проектирования культурных ландшафтов ближайшего будущего.
Цель курса – дать представление студентам о пространственной организации, состоянии и функционировании агроландшафтов и агрополей в условиях Центрального Нечерноземья.
Задачи курса:
изучить агроландшафты как часть геологической оболочки Земли;
изучить геохимические особенности и продуктивность агроландшафтов с учетом геоморфологического профиля, структуры почвенного покрова и экспозиции склонов агрополей;
изучить факторы и пути повышения экологической устойчивости агрополей и агроландшафтов;
научить студентов использовать свои знания для решения задач точного и адаптивно-ландшафтного земледелия
Реализация в дисциплине Экология агроландшафтов требований ФГОС ВПО, ООП ВПО и Учебного плана по направлению подготовки 120700 Землеустройство и кадастры, профиля Землеустройство должна формировать следующие компетенции:
ОК 1 владение культурой мышления, способностью к обобщению, анализу, восприятию, систематизации информации, постановке цели и выбору путей ее достижения
ОК 10 - способность использовать основные законы естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности, применять методы математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования
ПК-1 - способность применять знания об основах рационального использования земельных ресурсов, системных показателях повышения эффективности использования земель, экологической и экономической экспертизы программ, схем и проектов социально-экономического развития территории.

В результате изучения дисциплины студент должен:
Знать:
- различия ландшафтов и агроландшафтов, экологических подходов к изучению тех и других;
- основные показатели устойчивости агроландшафтов;
- базовые модели плодородия почв агроландшафтов и их модификации для разных частей агрополя
Уметь: оценивать характер и направленность техногенных воздействий на природу, негативные последствия сельскохозяйственной деятельности человека в конкретных природно-хозяйственных условиях, увязывать решение производственных задач с соблюдением требований охраны окружающей среды.
Владеть: методами оптимизации агрофизического и агрохимического состояния почв агроландшафтов.

Рекомендации для студентов:
На занятиях требуется выполнение расчетов и построение графиков. Лучше всего их делать в программе Microsoft Office Excel. Все работы можно выполнять в электронном виде. Защита работ предполагает знание всех терминов и закономерностей, представленных в них. Проверка знаний, полученных на практических работах и лекциях, проходит в тестовой форме.












Занятие 1 Географический и геохимический ландшафты (экскурсия)
Цель экскурсии: получить представление о компонентах и структуре географического и геохимического ландшафта.
Задачи:
выделить компоненты ландшафта;
определить разницу между геохимическим и географическим ландшафтом;
на местности выделить структурные единицы географического ландшафта и виды геохимического;
определить характер, направление и параметры процессов в природном и аграрном ландшафтах.
Ключевые слова: компоненты ландшафта, фация, урочище, местность, элювиальный, транзитный, аккумулятивный ландшафт, природный, аграрный ландшафт, геоморфологический профиль.

Оборудование для экскурсии: тетрадь, ручка, карандаш простой, GPS-навигатор, форма одежды – походная.
Время продолжения экскурсии – 3 часа.

Задание для выполнения на занятии:
Объекты экскурсии:
Террасы и поймы реки Оки и ее притоков.

Содержание заданий:
Проследите изменения рельефа и растительности в природном ландшафте.
Определите виды геохимического ландшафта на местности.
Определите структурные единицы географического ландшафта на местности.
Определите точки перехода фаций в геоморфологическом профиле по GPS-навигатору.
Сравните природный и агроландшафт.

Вопросы для отчета по экскурсии:

Дайте определение ландшафта и его компонентов
Дайте характеристику увиденных на экскурсии видов геохимического ландшафта.
Дайте характеристику увиденных структурных единиц географического ландшафта.
Сравните процессы в природном и сельскохозяйственном ландшафтах.
Нарисуйте схему увиденного гипсометрического профиля
Составление простейшего профиля начинают с вычерчивания линии рельефа (гипсометрического профиля). Для этого они используют данные полевого измерения расстояний и превышений. Определив общую длину профиля и наибольший размах высот, подбирают горизонтальный и вертикальный масштабы. Последний для наглядности обычно в 2,5—10 раз крупнее горизонтального.

Понятие агроландшафт
Традиционное земледелие и скотоводство играют важную роль в формировании агроландшафтов. Агроландшафт - территория зонального типа, в пределах которой на протяжении исторического периода осваивался природный ландшафт и развивалась определенная культура земледелия и животноводства. По В.А. Николаеву агроландшафт - это трансформированный сельскохозяйственным производством природный ландшафт, как правило, сохраняющий его исходные границы.
Агроландшафт - природно-территориальный комплекс, естественная растительность которого на подавляющей его части заменена агроценозами. Он характеризуется экологической неустойчивостью. Равновесное состояние агроландшафта поддерживается системой агрономических, мелиоративных и экологических мероприятий. При анализе состояния агроландшафтов необходимо учитывать крутизну, длину, форму и экспозицию склонов, размер контуров, гидрологический режим, тип, разновидность и степень смытости почвы, удаленность от хозяйственных центров и водоисточников, влияние несельскохозяйственных угодий, наличие мелиоративных систем и подъездных путей.
Главное назначение агроландшафта – производство максимально возможной для данных климатических условий сельскохозяйственной продукции. Но увеличение продуктивности агроландшафтов за счет химизации ведет к загрязнению среды, нередко превышающему допустимые экологические нормы. Увеличение площади распаханных территорий за счет склонов приводит к усилению процессов почвенной эрозии. Это определяет необходимость реализации мер по оптимизации (в первую очередь биогеохимической) агроландшафтов.
Таким образом, научная организация территории должна основываться на морфологии ландшафта, на использовании ее потенциала. Задача сводится к тому, чтобы найти наилучшее применение каждой морфологической единице ландшафта и в то же время для каждого вида использования наиболее подходящие урочища или фации. При этом необходимо учитывать горизонтальные связи, т.е. сопряженность фаций и урочищ (Исаченко, 1991).
М.Н. Лебединский (1989) считает, что особенностью ландшафтно-экологического подхода являлось рассмотрение агроландшафта одновременно как: 1) объекта, на который направлена преобразующая деятельность человека; 2) территории со своеобразным комплексом природно-антропогенных условий сельскохозяйственного производства, изменение которых существенно влияет на эффективность природопользования; 3) среды обитания человека. Первые два направления исследований достаточно хорошо разработаны. В то же время изучение агроландшафта, и в частности мелиорируемых территорий, как ухудшающейся среды обитания человека является достаточно новым и малоразработанным аспектом ландшафтных исследований.
Решение экологических проблем требует всесторонне обоснованной оптимизации агроландшафта в целом. Целесообразно приведение характера агроприродопользования в соответствие с природно-ресурсным потенциалом территории.
Достижение гармонии между производительными и экологическими функциями ландшафта определяет сущность экологизации землепользования. Инструментом решения этой задачи в мировой практике становится ландшафтное планирование, под которым понимают разработку планов использования ландшафтов для удовлетворения общественных потребностей при условии сохранения или улучшения средовоспроизводящих и ресурсовоспроизводящих способностей ландшафта с целью устойчивого жизнеобеспечения.












Приложения:
Рис. 1 Урочище овраг
Ф1,Ф10 – трансаккумулятивные фации, Ф2…Ф4 – группа супераквальных фаций на склоне I, подурочище I; Ф6 – субаквальная фация, русло оврага; Ф5, Ф7 – группа супераквальных фаций на склоне оврага, Ф8, Ф9 – группа супераквальных фаций на склоне II, подурочище III Рис. 2 Схема полного (каскадного) геохимического ландшафта
Элементарные геохимические ландшафты: 1- автономный (элювиальный), 2 – трансэлювиальный, 3 - трансаккумулятивный, 4 – супераквальный(пойменный), 5 – аквальный (водный) – русло реки



Занятие 2 Рельеф ландшафта опытного поля (экскурсия)
Цель экскурсии: изучить рельеф, структуру географического и геохимического ландшафта опытного поля.
Задачи:
определить характер, направление и параметры процессов в агроландшафте опытного поля
на местности выделить формы рельефа опытного поля
по GPS-навигатору определите точки для гипсометрического профиля опытного поля

Ключевые слова: агроландшафт, сельскохозяйственный ландшафт, гипсометрический профиль.

Оборудование для экскурсии: курвиметр, теодолит, тетрадь, ручка, карандаш простой, GPS-навигатор, форма одежды – походная.
Время продолжения экскурсии – 3 часа.

Задание для выполнения на занятии:

Объекты экскурсии: рельеф, почвы опытное поле КФ РГАУ-МСХА

Содержание заданий:

Определить комплекс форм рельефа опытного поля
Перечислить конкретные формы рельефа
Определить крутизну, экспозицию и длину склонов опытного поля
Химический состав почвы опытного поля.
Почвы Опытного поля характеризуются низким содержанием гумуса в пахотном горизонте (0,68 – 2,07%), невысокой ёмкостью поглощения (от 4,2 до 6,2 мг-экв. на 100 г почвы), реакция почвенной среды близка к нейтральной (6,2 – 7,0), содержание фосфора от повышенного до очень высокого (108 – 281 мг/кг), содержание калия от низкого до высокого, но в большинстве случаев низкое (25 – 170 мг/кг).
Предположите как будут изменяться параметры: содержание гумуса, азота, рН на склонах опытного поля
Определите величину эрозии склонов
По GPS-навигатору определите точки для гипсометрического профиля опытного поля

Вопросы для отчета по экскурсии:

Заполните таблицы характеристики опытного поля (приложения 1-3)
Промерив склоны и определив их крутизну, нарисуйте схему рельефа агроландшафта опытного поля, указав его конкретные формы
На космической фотографии опытного поля укажите направления движения стока воды, экспозицию и крутизну склонов
Дайте характеристику увиденных структурных единиц географического ландшафта.
Сравните процессы в природном и сельскохозяйственном ландшафтах.

Морфометрическая характеристика рельефа агроландшафта

Рельеф является важнейшим компонентом агроландшафта. Рельеф - это совокупность неровностей суши, дна океанов и морей, разнообразных по очертаниям, размерам, происхождению, возрасту и истории развития. Слагается из положительных (выпуклых) и отрицательных (вогнутых) форм. Рельеф образуется главным образом в результате длительного одновременного воздействия на земную поверхность эндогенных (внутренних) и экзогенных (внешних) процессов. Рельеф изучает наука геоморфология.

Формы и элементы рельефа
Формы рельефа - это любые неровности земной поверхности. Они состоят из элементов: 1) поверхностей рельефа и 2) линий рельефа, которыми эти поверхности ограничены. Поверхности рельефа могут быть наклонными (их называют склонами) и субгоризонтальными.
Сочетание склонов и горизонтальных поверхностей различного происхождения создает сложную картину современного рельефа и определяет перераспределение агроклиматических ресурсов и формирование микроклимата в ландшафтах.
В процессе анализа рельефа выделяют два комплекса рельефа:
- комплекс форм рельефа линейного расчленения (долинно-балочная сеть);
- комплекс форм водораздельной (междуречной) равнины.
К формам рельефа линейного расчленения (долинному комплексу) относятся речные долины, овраги, балки, лощины, ложбины. Все они состоят из склонов, обычно эрозионного происхождения, и плоских поверхностей днищ этих отрицательных форм рельефа. В речных долинах кроме поймы - плоского дна речной долины, заливаемого в половодье, могут быть и другие плоские поверхности - надпойменные террасы. На плоской поверхности поймы встречаются положительные (береговые валы), и отрицательные (старичные понижения и озера) формы рельефа (рис 1). Ширина речных долин малых и средних рек может изменяться от нескольких десятков метров до нескольких километров, глубина на равнинах до нескольких десятков метров. Овраги, балки, ложбины и другие формы линейного расчленения имеют ширину от первых метров до первых сотен метров, глубину - от первых метров до нескольких десятков метров. У некоторых из них практически отсутствует плоское дно (или оно не выражено в масштабе карты), и они состоят из двух сходящихся в нижней части склонов.
На водораздельной равнине встречаются положительные (холмы, гряды, увалы, бугры и другие) (рис. 1) и отрицательные (западины, котловины и другие) формы рельефа (рис. 2). Распространены и плоские горизонтальные поверхности с наклоном менее 1. К склонам относят поверхности с углами наклона более 1. На их долю приходится свыше 80% поверхности суши.
тысяч гектаров).
Водоразделы первого порядка - ограничивают водосборы суходольных систем.
Водораздельное пространство или водораздел (на равнине) - междуречье, не имеющее стока в какую-либо речную систему, или со стоком, осуществляемым слабоврезанными верховьями рек (пространства, примыкающие к водораздельным линиям).
Водороины - размывы почвы глубиной 0,2...0,6 м, которые заглаживаются при пахоте.
Водосбор - территории, ограниченной водораздельной линией.
Впадины - обширные по площади участки поверхности, пониженные относительно окружающей территории.
Вымоина - начальная стадия размыва дна материнской формы.
Гидрографическая сеть - сеть понижений, по которым осуществляется сток поверхностных вод.
Гора - возвышенность более 200 м относительной высоты, резко выступающая на местности.
Гофрированные склоны - комплекс ложбин и ложбинообразных понижений, расположенных на склонах различной крутизны (характеризуются высокой эрозионной опасностью).
Гряды, валы - узкие, длинные возвышения, чаще всего ориентированные в одном направлении, параллельные друг другу.
Депрессионные равнины - вогнутые ровные участки, окруженные боле высокими поверхностями (днища котловин, приморские и приозерные береговые равнины, подгорные шлейфы и др.).
Долина реки - наиболее древнее звено гидрографической сети, с постоянным водотоком и связанными с ним формами рельефа.
Долины - сильно вытянутые в длину сравнительно узкие углубления в рельефе, открытые и обладающие общим наклоном ложа.
Карстовые воронки - округлые микропонижения до нескольких десятков метров (часто труднопроходимые для техники).
Конусы выноса - располагаются в нижней части элементов гидрографической сети с постоянным или временным водотоком (засаживают кустарником).
Ложбина - верхнее звено гидрографической сети, примыкающее к наиболее высоким частям водосборов (глубина 0,5-2 м, склоны не круче 3-8, площадь водосбора до десятков га).
Ложбинообразное понижение - отличаются замкнутостью (целесообразно проводить выравнивание ложбинообразных понижений?).
Ложбины - микропонижения, характеризующиеся стоком, общей протяжённостью от метров до десятков метров и более и глубиной от 0,5 до 1 метра..
Лощина - отличается более резкими очертаниями, глубиной и крутизной склонов (8... 15).
Макроложбины - углубления с выраженным дном, глубиной более 1,5 м и крутизной склонов 3...8 (труднопроходимы для сельскохозяйственных агрегатов в поперечном направлении).
Микроложбины - слабовыраженные углубления, крутизна склонов до 3 (проходимы в любом направлении и распахиваются).
Нанорельеф - разновидность микрорельефа, с колебаниями относительных высот до 0,3 м (оказывает влияние на неравномерное созревание культур и снижение качества продукции).
Плато - равнинные поверхности, ограниченные более или менее глубокими выемками гидрографической сети.
Промоины - размывы глубиной 0,5...3 м, шириной 5...8 м. Они непроходимы для обычной сельскохозяйственной техники.
Промоины, водороины - углубления эрозионной природы протяжённостью десятки метров при ширине и глубине <1 м. (проводят противоэрозионные мероприятия).
Размывы - современные эрозионные формы рельефа: донные (по тальвегу), вершинные (выходят на водораздел по продолжению тальвега), склоновые (впадают в материнскую форму под углом).
Суффозионные блюдца - замкнутые бессточные понижения округлой формы, диаметром до 100 м и глубиной до 1 м.
Террасы - ровные поверхности, граничащие с более высокими элементами рельефа и ограниченные понижением (речной долиной, балкой, озерной впадиной и т.д.).
Увал - вытянутое в одном направлении мысообразное возвышение до 200 м, большей частью присоединенные к более крупной форме рельефа или образующее общий водораздельный узел.
Холм - возвышенность округлых очертаний, до 200 м относительной высоты, с округлым основанием и склонами на стороны.
Элементы водосбора: водоразделы, склоны и гидрографическая сеть.
Крутизна склонов. Для решения различных практических задач существует несколько классификаций склонов по этому параметру.
При геолого-геоморфологических работах, например, склоны по крутизне делят на крутые (более 35), средней крутизны (35-15), отлогие (15-5) и очень отлогие (5-2).
В почвоведении (земледелии) различают пологие (1,0-3,0), покатые (3,1-5,0), сильно покатые (5,1-8,0) и крутые (>8) склоны.

Уклон в определенном направлении вычисляется по формуле:
i= H x 100
L 1,75
где i – уклон, град.;
Н – превышение (разность отметок) начальной и конечной точек определяемого отрезка, м;
L – длина отрезка, м;
100 – коэффициент перевода в градусы.
1,75
Крутизну склонов на топографической карте можно измерить по специальной шкале заложений или с достаточной точностью определить по расстоянию между горизонталями (т.е. по заложению горизонталей). На отечественных топографических картах любого масштаба при стандартной высоте сечения (она равна 0,02 величина масштаба карты), при крутизне склона 1 заложение горизонталей составляет примерно 11 мм, а при 10 — около 1 мм.
Приближенно можно считать, что в этом интервале заложение горизонталей обратно пропорционально крутизне склона - во сколько раз заложение меньше 1 см, во столько раз крутизна склона больше 1.
От крутизны склона зависят многие свойства почвы (рис. 3). Конечно, при этом оказывают влияние и другие особенности почвы, например, их химический состав.

Рис. 3. Зависимость содержания гумуса, азота, алевритовых и глинистых частиц от крутизны склона (для выпуклых и прямых склонов)
Для кислых почв рН уменьшается на более наклонных поверхностях, а для известковых почв зависимость противоположная (рис.4).

Рис. 4. Зависимость величины рН от крутизны склона для кислых (А) и известковых почв (Б)
С увеличением крутизны смыв почвы увеличивается. Степень его возрастания (рис. 5) зависит от разнообразного сочетания многих факторов (количества и интенсивности осадков, характера и состояния почвенного и растительного покрова, агротехники возделываемых культур и др.). Показатель степени (а) в формуле может принимать значения 1,5; 2 и более.
Длина склона также оказывает большое влияние на проявление эрозии (рис. 5). Различают длинные склоны (>500 м), средней длины (500-50 м) и короткие (<50м). Чем длиннее склон, тем больше объем поверхностного стока, скорость течения и толщина слоя воды. Влияние длины склона на смыв почвы зависит от многих факторов, и оно проявляется по разному - показатель степени (Ъ) может сильно колебаться, принимая значения 0,5; 0,8; 1,5 и более.


Рис.5. Зависимость эрозии от крутизны (А) и длины (Б) склона. Е - эрозия на единицу площади склона; J - крутизна склона; L - длина склона
Смыв почвы при нарастании длины склона резко усиливается при интенсивных осадках. Но если осадки выпадают малым слоем и если
почвы обладают высокой водопроницаемостью, то поверхностный сток и эрозия могут и не увеличиваться. Длина склонов, следовательно, обуславливает и степень увлажнения склоновых земель.
Форма склона, его продольный и поперечный профиль, также влияют на интенсивность эрозии почвы. Профили склона как в продольном, так и поперечном направлениях бывают прямые, выпуклые и вогнутые (рис. 6). Характер воздействия продольных и поперечных профилей на сток и смыв различается.
На продольно-прямых склонах (рис. 6.3) процессы эрозии усиливаются к их основаниям. Разрушительная сила воды нарастает постепенно. Значительный смыв проявляется приблизительно от середины склона. На продольно-выпуклых склонах (рис. 6.1) эрозия больше проявляется в нижней части, где наибольшая крутизна. На продольно-вогнутых склонах (рис. 6.2) эрозия сильнее выражена в верхней, более крутой части. Книзу она уменьшается, и даже происходит аккумуляция смытой почвы. В литературе приводятся следующие относительные коэффициенты эрозионной опасности продольных профилей:
- прямой - 1;
- выпуклый - от 1,25 до 1,5;
- вогнутый - от 0,5 до 0,75.
Поперечные профили склонов определяют типы водосборов: прямые, собирающие и рассеивающие сток воды (рис. 6.4, 6.5). Их относительная эрозионная опасность приближенно принята следующей: поперечно-прямой профиль склона — 1, поперечно-выпуклый (рассеивающий водосбор) — 0,8, поперечно-вогнутый (собирающий водосбор) — 1,2.
Поперечные профили склонов оказывают большое влияние на противоэрозионную организацию территории.

Рис. 6. Склоны разной формы в продольном и поперечном профиле: 1- продольно-выпуклый; 2-продольно-вогнутый; 3- продольно прямой; 4-поперечно-вогнутый (собирающий); 5-поперечно-выпуклый (рассеивающий)
Экспозиция склона, т.е. их ориентировка относительно стран света, влияет на микроклимат, растительность, содержание влаги в почве.
Определить экспозицию склона по топографической карте сравнительно легко. На стандартных топографических картах ее верхняя рамка обращена на север, соответственно нижняя сторона - на юг, левая - на запад, правая - на восток. Соответственно, склоны, имеющие наклон в сторону верхней границы рамки, будут иметь северную экспозицию, влево - западную и т.д. При этом склоном, например, северной экспозиции считаются не только склоны, ориентированные строго на север, но имеющие наклон в пределах сектора ограниченного азимутами СЗ 315 - СВ 45. Аналогично обстоит дело со склонами южной, западной и восточной экспозиции (рис.7).
Для определения экспозиции необходимо провести линии (стрелку) от бровки до подошвы склона, направленную вниз по наклону склона. Эту линию следует проводить перпендикулярно основному направлению горизонталей, а также бровке и подошве склона. Можно также провести на склоне только линии, ограничивающие склоны определенной ориентировки, а соответствующие секторы закрасить разными цветами. При этом можно объединить склоны северной и восточной экспозиции в одну группу, а южной и западной в другую.

Рис.7 Ориентировка стандартного тлиста топографической карты (А) и азимуты, ограничивающие склоны различной экспозиции (Б)






Приложения

2.1 Перечень показателей местоположения обследуемого поля, земельного участка сельскохозяйственного назначения всех природно-сельскохозяйственных зон
Показатели


Дата обследования


Год проведения последнего цикла


Географические координаты


широта


долгота


Административная область


Район


Сельскохозяйственное предприятие


Вид сельскохозяйственных угодий (пашня,
пастбища, сенокосы, многолетние насаждения, залежь)


Тип севооборота (полевой, кормовой, овощной и др.)


N севооборота


N поля


Площадь обследуемого земельного участка



2.2 Перечень показателей ландшафтно-экологической характеристики обследуемого поля, земельного участка сельскохозяйственного назначения всех природно-сельскохозяйственных зон
Показатели


Природно-сельскохозяйственная зона


Природно-сельскохозяйственная провинция


Природно-сельскохозяйственный округ


Природно-сельскохозяйственный район


Агроэкологическая группа земель сельскохозяйственного назначения (зональные, эрозионные, полугидроморфно-зональные, полугидроморфные, гидроморфные)


Местоположение по абсолютным высотам над уровнем моря


Морфологический тип рельефа (равнины плоские, волнистые,
холмистые, увалистые и их комбинации)


Формы мезорельефа: холм, увал, ложбина, лощина, балка, пойма, террасы (верхняя, вторая надпойменная, первая надпойменная), плоское положение и др.


Положение на мезоформе рельефа (склон и различные его участки, подножие склона, дно балки и др.)


Форма склона (прямой, выпуклый, вогнутый, сложный)


Длина склона


Крутизна склона (уклон в град.)


Экспозиция склона (северная, северо-восточная, северо-западная, южная, юго-восточная, юго-западная)


Почвообразующие породы (покровные, лессовидные, ледниковые, флювиогляциальные, аллювиальные и др.)


Подстилающие породы


Уровень залегания грунтовых вод, м


Степень минерализации грунтовых вод


Структура почвенного покрова (элементарные почвенные ареалы, комплексы, пятнистости, ташеты, мозаики)


Степень сложности (пестроты) почвенного покрова


Степень контрастности (разнокачественности) почвенного покрова


Степень каменистости (слабая, средняя, сильная)


Подверженность ветровой эрозии (слабая, средняя, сильная)


Подверженность водной эрозии (слабая, средняя, сильная)


Мелиоративное состояние земельного участка (осушение, орошение)


Местоположение в водоохранной зоне




2.3 Перечень показателей эколого-генетической характеристики обследуемого поля, земельного участка сельскохозяйственного назначения всех природно-сельскохозяйственных зон
Показатели


Тип почвы


Подтип


Род


Вид (по мощности гумусового горизонта и содержанию гумуса в горизонте А)


Разновидность (по гранулометрическому составу)


Разряд (по характеру почвообразующих и подстилающих пород, по минералогическому составу)


Степень эродированности (слабосмытые, среднесмытые, сильносмытые)


Степень дефлированности (слабо-, средне-, сильно-дефлированные


<*> При неоднородности почвенного покрова в пределах земельного участка таблицы составляют для каждого компонента почвенного покрова.



Глоссарий
Зандры (от исл.Sand - песок) – равнинные поверхности, сформировавшиеся у окраин древних покровных ледников потоками талых вод. Зандры:
- покрыты песками и галечниками; - развиты в местах древнего оледенения; - образуются из отложений подледниковых потоков. Зандрами являются Припятское полесье и Мещерская низменность на Восточно-Европейской равнине.
Морены — рыхлые несортированные горные породы, отложенные или переносимые движущимися ледниками. Состав морены разнообразный: глины, суглинки, пески, гравий, щебень, галька, валуны. Но последние почти всегда имеют однобоко отшлифованные и исчерченные неглубокими бороздками поверхности. На поверхности горных ледников обломочный материал накапливается от обвалов, истирания ледником склонов долины и подмывания их талыми водами. Образуется с боков поверхностная береговая или боковая морена. При слиянии двух ледников из боковых возникает одна срединная морена. В связи с пластичностью льда обломки проникают внутрь ледников — внутренняя морена. Соскабливая и перенося материал по своему ложу, ледник образует основную или донную морену. У тающих концов или после полного растаивания (отступания) ледники оставляют конечную морену — весь материал, который они несли. Он располагается неравномерными холмами, чаще всего в виде нескольких параллельных гряд.
Моренный рельеф (франц. moraine и лат. rebero — поднимаю) — рельеф, сохранившийся после таяния ледников: грядовый конечных морен, беспорядочно холмистый и увалисгохолмистый на равнинах после таяния покровных ледников, друмлиновый в районах с поверхностным залеганием метаморфических или кристаллических горных пород.
Профиль, в географии и геологии — вертикальный разрез, или пересечение территории, формы рельефа (долина, гора, море), или свиты геологических пластов.
Профиль склона (итал. Profile — очертание) — формирование склонов долин и гор зависит от глубинной эрозии и денудации, от горных пород и расположения их слоев, от растительности и климатических особенностей, все это имеет практическое значение при любом природопользовании (размещении населенных пунктов, пашен, сенокосов и тому подобного). Там, где идет интенсивный снос, профиль склона становится выпуклым, а там, где он затухает или прекращается, профиль вогнутый. Однако могут быть ступенчатые (террасированные), прямые, сложные (со многими перегибами) профили, что зависит от местных условий.
Террасы (франц. terrasse, лат. terra — земля) — выровненная площадка на склоне гор, речных долин, морских и озерных берегов. Наиболее распространены речные террасы. Они имеют горизонтальные или слабонаклоненные поверхности, относительно резкий уступ — обрыв в сторону водотока, перегиб к которому называется бровкой, и обычно несколько пониженную часть вдоль тылового шва вследствие сосредоточения там воды, размывающей почвогрунты. Террасы бывают одиночные или многочисленные в виде ступеней, одна над другой. Образуются они в результате врезания русла реки и в дно долины. В прошлом каждая из террас была сначала днищем, а затем поймой долины. Они либо сложены речными отложениями (аккумулятивные), либо выработаны потоком в коренном склоне (эрозионные). Морские и озерные террасы — это выработанные прибоем площадки. По ним изучают историю колебаний уровня водоемов. При чередовании прочных и податливых к разрушению горных пород, при размыве склона (денудации) возникают структурные террасы. Есть также солифлюкционные террасы. Их образование связано с истечением по склону напитанных водой почвогрунтов. Речные террасы удобны для хозяйственного использования: на них располагаются селения, поля, промышленные объекты.
Элювий, элювиальные отложения (лат. eluo — вымывать) — продукты выветривания горных пород, оставшиеся на месте своего образования. Элювий накапливается на горизонтальных или слабонаклонных поверхностях, где ослаблена денудация. Он образует кору выветривания и отличается отсутствием сортировки материала и слоистости. Размер кусков элювия (механический состав) — от глыб до глин. Во многих районах в элювие концентрируются россыпи тех полезных ископаемых, которые заключались в коренных горных породах.

Занятие 3 Характер перераспределения тепла и влаги
по элементам рельефа

Цель: дать представление о влиянии крутизны и экспозиции склона на перепаспределение тепла и влаги в зависимости от экспозиции и крутизны склона
Ключевые слова: коэффициент увлажнения, испаряемость, плакор, экспозиция склона.

Теоретический минимум
Основным источником энергии в агроландшафтах является Солнце. Солнечные лучи, падая на земную поверхность, не одинаково прогревают ее различные участки. Основным перераспределителем солнечного тепла является рельеф. Экспозиция склона, т.е. их ориентировка относительно стран света, влияет на микроклимат, растительность, содержание влаги в почве.
В зависимости от экспозиции и крутизны склона меняется угол падения солнечных лучей, что приводит к неравномерному прогреву земной поверхности.
На склонах северных и западных экспозиций мощность снежного покрова, запас воды в снеге перед снеготаянием, слой стока, коэффициент стока и накопление воды в почве после снеготаяния характеризуются более высокими значениями, чем на склонах южных и восточных экспозиций. Практически такая же тенденция наблюдается и в отношении урожайности сельскохозяйственных культур. А отношение испаряемости со склонов (крутизной 5) к испаряемости на ровном месте, относительные показатели интенсивности весеннего смыва почв, наличие площадей смытых и размытых земель на южных экспозициях больше, чем на северных. Различия между склонами восточных и западных экспозиций выражены слабее.
На склонах южных экспозиций эрозия нередко бывает больше и от выпадения сильных дождей. Это обусловливается сравнительно худшими физико-химическими свойствами почв и меньшей почвозащитной ролью растительности.
Ориентация склонов и их крутизна оказывают существенное влияние на температуру почвы. Весной, летом и осенью южные склоны днем теплее, а северные заметно холоднее открытого ровного места, причем микроклиматические различия возрастают с увеличением крутизны склонов.
Наибольшие различия наблюдаются весной и осенью, а летом они меньше. Это обусловлено распределением прямой солнечной радиации и радиационного баланса на склонах различной ориентации и крутизны.
Западные склоны получают от Солнца такое же количество тепла, как и восточные. Однако при прочих равных условиях западные склоны несколько теплее, так как на восточных склонах часть тепла затрачивается утром на испарение росы с поверхности почвы и растений, тогда как на западных склонах, освещаемых Солнцем после полудня, росы уже нет.
Наличие растительного покрова на поверхности почвы оказывает заметное влияние на ее тепловой режим. Растительный покров затеняет земную поверхность, в результате чего почва в дневные часы под действием солнечной радиации нагревается меньше. В ночные часы растительный покров уменьшает охлаждение поверхности почвы, задерживая тепло, отдаваемое излучением. В целом почва под растительным покровом летом холоднее, чем оголенная. Кроме того, при наличии растительного покрова отмечают увеличение затрат поступающего тепла на испарение воды, а следовательно, уменьшение влажности почвы и, как следствие этого, уменьшение теплоемкости и теплопроводности почвы.
Кроме солярной (солнечной) экспозиции, зависящей от ориентации склона по сторонам горизонта, определяют и ветровую экспозицию склонов. Различают наветренные (повернутые к ветру) и подветренные склоны. В Нечерноземной зоне южные и западные склоны, как правило являются наветренными, а северные и восточные - подветренными. Хотя наветренные склоны получают больше влаги, чем подветренные, испарение с их поверхности также происходит интенсивнее.
И.И.Кармановым (1997) предложены эмпирические формулы расчета трансформации суммы эффективных температур за счет перераспределения рельефом потока солнечных лучей (инсоляции). Эта формула учитывает характер перераспределения тепла только в дневное время, в то время как после захода солнца, распределение тепла подчиняется механизму образования инверсий, который значительно сложнее рассчитать.
Расчет поправок к сумме температур >10 (Pt) на склонах различной крутизны и экспозиции проводится по формуле:

∑t>10 - среднемноголетняя сумма температур больше 10 в плакорных условиях (условия ровных возвышенностей),
ά - крутизна склона в градусах,
Ш - широта местности в градусах;
k - коэффициент пропорциональности (определяется в соответствии с экспозицией склона).
Таблица 3. - Коэффициент пропорцйиональности в зависимости от экспозиции склона
Экспозиция склона
Коэффициент пропорциональности k

южная
+ 0,40

северная
-0,35

западная
+ 0,08

восточная
-0,07


Таблица 3.2 - Широта городов, вокруг которых расположены сельскохозяйственные угодья по склонам
Город
Широта

Калуга
54о 32'00"

Мосальск
54 о 29'00"

Сухиничи
54 о 06'00"

Спас-Деменск
54 о 25'00"

Жиздра
53 о 45'00"

Малоярославец
55 о 00'00"

Киров
58 о 36'00"


Расчет поправок к коэффициенту увлажнения (Ps) производится по формулам:
- для южных склонов Ps=[ Ку х (0,5 ά +2 ά )]/100;
- для северных склонов Рs = [ Ky х (l,3ά + 3,6 ά0.7)]/l00;
- для западных и восточных склонов Ps = [ Ку х (0,3 ά + ά)] /100; где
Ку - коэффициент увлажнения для плакорных условий; ά - крутизна склона в градусах.
Совокупное влияние солярной и ветровой экспозиций приводит к тому, что для склонов южной, восточной и западной экспозиции поправки всегда имеют отрицательное значение, а для северных склонов - положительное.
Коэффициент увлажнения(Ку) равен отношению годовой суммы осадков r(в мм) к годовой испаряемости Ем(вмм) для данного пункта, т.е. он рассчитывается по формуле:
Ку=r/Ем
Годовой показатель испаряемости получается при суммировании месячных значений Ем, которые можно вычислить по формуле (Иванов, 1948):
Ем=0,0018 (25+Т)2х(100–а),
где Т– средняя месячная температура воздуха, в оС, а– средняя месячная относительная влажность воздуха, в%.

Задание для работы на занятии:
Рассчитайте поправки к сумме температур > 10oC на склонах разной крутизны и экспозиции по вариантам. Сделайте вывод: как зависит сумма температур > 10oC от экспозиции и крутизны склона. Для каких культур и сортов это имеет значение?
Рассчитайте месячные и годовой показатель испаряемости для полей соответствующего района. Сделайте вывод: в какие месяцы показатель испаряемости самый высокий и самый низкий
Рассчитайте коэффициент увлажнения для тех же полей. Сделайте вывод: как зависит коэффициент увлажнения от экспозиции и крутизны склона.
Сформируйте итоговую таблицу
Какой склон Вы выберете для выращивания сельскохозяйственных культур (табл.3.3)


Таблица 3.3 – Суммы активных температур для сельскохозяйственных культур

Культура
Сумма температур выше 10 C

Пшеница яровая
1200—1700

Ячмень
960—1450

Овёс
1000—1600

Просо
1410—1950

Гречиха
1200—1400

Кукуруза
1100—2900

Подсолнечник
2000—2300

Картофель
1200—1800


Сделайте общий вывод
Таблица 3.4 – Варианты заданий

Вариант
1
2
3
4
5
6
7

Экспозиция
ю,с
з,в
в,з
с,ю
з,в
с,з
ю,с

Крутизна склона, град
1,5 о; 5,5 о
2 о; 7 о
3 о; 8 о
1о; 5 о
2 о, 6,5 о
0,5 о; 9 о
2,5 о; 10 о

Местопо-ложение
Сухиничи
Мосальск
Сухиничи
Спас-Деменск
Жиздра
Малояро-славец
Киров


Таблица 3.5 – Вспомогательная таблица к заданию 1 (образец заполнения)

Местопо-ложение
Сумма темпе-ратур >10
Экспо-зиция склона, град

Кру-тизна, град.

ά0.7

k

Ши-
рота,
град

75-Ш



Рt
Сумма температур >10 с поправкой

Калуга
2227
южная
1
1
+0,40
54
21
42
2269




5
3,1



132
2359



северная
1
1
-0,35


-37
2190




5
3,1



-115
2112


Таблица 3.6 – Вспомогательная таблица к заданию 2 (образец заполнения)

Калуга
Месяц


1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12

Т0С
-6,9
-7,3
-2,1
6,0
12,4
16,3
17,6
15,9
10,5
5,1
-2,7
-5,9

25+Т
18,1
17,7
22,9
31,0
37,4
41,3
42,6
40,9
35,5
30,1
22,3
19,1

(25+Т)2
327,6
313,3
524,4
961
1398,8
1705,7
1814,8
1672,8
1260,3
906
497,3
364,8

а,%
84
81
76
70
66
74
76
78
81
83
86
85

100–а
16
19
24
30
34
26
24
22
19
17
14
15

Ем мес.
9,4
10,7
22,7
51,9
85,6
79,8
78,4
66,2
43,1
27,7
12,5
9,8


Таблица 3.7 – Вспомогательная таблица к заданию 3 (образец заполнения)

Местопо-ложение
r, мм
Eм, мм
Ку
Экспозиция склона, град
Крутизна, град.
ά0.7
Ps
Ку с поправкой

Калуга
720
498
1,4
южная
1
-
0,035
1,365






5
-
0,175
1,225





северная
1
1
0,069
1,469






5
3,1
0,149
1,549



Таблица 3.8 – Итоговая таблица
Местопо-ложение
Экспозиция
Крутизна, град.
Сумма температур >10
Коэффициент увлажнения

Калуга
южная
1
2269
1,37



5
2359
1,23


северная
1
2190
1,47



5
2112
1,55


Приложения
3.1 Средняя месячная температура воздуха (С) 1981-2000 гг.
Город
Месяц


1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12

Калуга
-6,9
-7,3
-2,1
6,0
12,4
16,3
17,6
15,9
10,5
5,1
-2,7
-5,9

Мосальск
-6, 6
-6,8
-1,7
6,2
12,7
16,4
17,6
16,1
10,7
5, 3
-2,3
-5,5

Сухиничи
-6,2
-7,1
-2,0
6,3
12,7
16,5
17,7
16,2
10,9
5,3
-2,5
-5,7

Спас-Деменск
-6,7
-6,7
-1,8
6,1
12,4
16,1
17,3
15,8
10,5
5,2
-2,2
-5,6

Жиздра
-6,4
-6,7
-1,6
6,5
12,7
16,4
17,6
16,1
10,9
5,5
-2,0
-5,2

Киров
1960-87
-9,7
-8,3
-3,0
5,6
12,7
15,9
17,2
15,9
10,7
5,0
-0,9
-5,3

Малоярославец
-6,9
-7,1
-1,7
6,2
12,7
16,7
17,9
16,1
10,7
5,2
-2,6
-5,7


3.2 Средняя месячная относительная влажность воздуха (%) 1981-2000 гг.
Город
Месяц


1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12

Калуга
84
81
76
70
66
74
76
78
81
83
86
85

Мосальск
85
81
77
71
67
74
77
78
82
82
87
86

Сухиничи
86
83
78
72
67
74
76
78
81
83
87
87

Спас-Деменск
85
81
76
69
67
75
77
79
81
82
87
87

Жиздра
85
82
77
71
69
76
78
79
82
82
87
87

Малоярославец
83
80
76
70
65
71
75
77
80
82
86
86

Киров
85
82
78
70
68
75
77
79
81
82
87
87


3.3 Средние многолетние суммы осадков по месяцам (мм) 1981-2000 гг.
Город
Месяц


1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12

Калуга
49
37
38
39
45
99
82
83
72
68
52
56

Мосальск
46
37
39
46
57
90
89
82
73
68
49
49

Сухиничи
46
36
39
42
59
86
87
82
70
63
49
48

Спас-Деменск
49
39
42
42
64
99
98
79
75
70
52
52

Жиздра
40
32
38
42
64
88
88
81
71
61
46
44

Малоярославец
51
38
37
50
49
97
92
77
79
72
55
56

Киров
44
33
39
45
54
83
93
79
61
56
61
56


Занятие 4 Влияние ландшафтно-экологических условий агрополя на формирование параметров плодородия и продуктивность почв (4 часа)

Цель: изучить влияние условий миграции веществ в сопряженных элементарных агроландшафтах (АЛ) на параметры плодородия и продуктивность почв
Ключевые слова: агрополе, параметры плодородия почв, продуктивность почв
Теоретический минимум
Результаты исследований конкретного агрополя
Агрополе - есть участок территории, вовлечённый в пахотные земли и ограниченный со всех сторон естественными и искусственными препятствиями (капитальные дороги, лес, лесополосы, овраги, балки, населённые пункты и др.). Агрополе, поле севооборота, производственный участок – это разные понятия. Формирование агрополей есть исторический процесс их адаптации к местным условиям и за последние 30-40 лет серьёзных изменений в их создании не произошло.
В условиях КСП Аристово Ферзиковского района по особенностям перемещения и аккумуляции вещества в почвах Сюняевым Х.Х. и Сюняевой О.И. (2004) были классифицированы геохимически сопряжённые элементарные агроландшафты на родовом и видовом уровнях. Результаты исследований представлены в табл.4.1-4.4.

Таблица 4.1 - Влияние агроландшафтов с различной степенью аккумуляции вещества на урожайность озимой пшеницы сорта Заря (1990 – 1994 гг.)

Агроландшафт
на уровне рода
Элементарные агроландшафты на видовом уровне (по степени аккумуляции)
Параметры плодородия
Урожайность, ц/га



рНсол
Р2О5
К2О





мг/кг


23. Агроландшафт
с дерново-слабоподзолистыми среднесуглинистыми почвами
81. высокая
6,6
35
124
27,9


82. средняя
5,7
81
100
25,4


83. средняя
5,4
84
144
25,2


84. средняя
6,0
46
126
28,1


85. средняя
6,0
200
122
33,5


86. низкая
6,4
223
124
34,2


87. средняя
6,6
83
150
30,1


88. средняя
6,4
74
160
29,6


89. средняя
6,2
60
140
29,3


90. низкая
6,0
251
170
35,8


91. низкая
6,4
246
138
34,0


92. низкая
6,2
115
132
33,7


93. высокая
6,3
108
140
33,8


94. высокая
6,4
70
140
31,3


95. высокая
6,1
59
142
28,8


96. высокая
6,1
127
172
34,1

Примечание: числовые значения обозначают номера почвенных контуров.

Коэффициент частной корреляции урожайности озимой пшеницы сорта Заря от почвенных параметров агроландшафта аккумулятивного вещества рНсол, Р2О5 и К2О составили соответственно 0,39; 0,74; 0,39. Коэффициенты детерминации для изучаемых почвенных параметров составили соответственно 0,15; 0,56; 0,16.
Таблица 4.2 - Влияние агроландшафтов разной степени элювиально-транзитного переноса вещества на урожайность озимой пшеницы сорта Заря (1990 – 1994 гг.)
Агроландшафт на родовом уровне
Агроландшафт на видовом уровне
Параметры плодородия
Урожайность, ц/га



рНсол

Р2О5
К2О





мг/кг


23. Агроландшафт
с дерново-слабоподзолистыми почвами разной степени элювиально-транзитного переноса вещества
100. Н
6,0
177
251
31,8


101. С
6,0
104
94
28,9


102. В
6,1
37
90
24,7


103. В
5,0
31
96
22,1


104. В
5,6
22
68
23,0


105. В
6,0
40
74
25,1


106. Н
6,4
166
138
31,9


107. С
6,0
87
88
28,9


108. С
6,2
78
94
28,3

Примечание: числовые значения – номера почвенных контуров; Н – низкая, С – средняя, В – высокая степень переноса вещества.
Коэффициенты частной корреляции урожайности озимой пшеницы с параметрами почвенного плодородия агроландшафта элювиально-транзитного характера переноса вещества составили: 0,54; 0,96; 0,67 соответственно по рНсол, Р2О5 и К2О. Коэффициенты детерминации составили 0,29; 0,92 и 0,45 соответственно по рНсол, Р2О5 и К2О.
Таблица 4.3 - Влияние агроландшафтов разной степени транзитного переноса вещества на урожайность озимой пшеницы сорта Заря (1990 – 1994 гг.)
Агроландшафт на родовом уровне
Элементарные агроландшафты на видовом уровне
Параметры плодородия
Урожайность, ц/га



рНсол

Р2О5
К2О





мг/кг


23. Агроландшафт
с дерново-подзолистыми
среднесуглинистыми почвами разной степени транзитного переноса вещества
110. В
5,0
37
102
26,1


111. В
4,5
37
124
24,8


112. С
5,0
49
122
26,0


113. Н
5,2
43
96
27,4


Примечание: числовые значения – номера почвенных контуров; Н – низкая, С – средняя, В – высокая степень транзитности.
Коэффициенты корреляции урожайности озимой пшеницы сорта Заря с параметрами почвенного плодородия агроландшафта транзитного типа составили соответственно 0,94; 0,38; -0,83 по рНсол, Р2О5 и К2О.
Таблица 4.4 - Влияние агроландшафтов разной степени элювиального переноса вещества на урожайность озимой пшеницы сорта Заря (1990 – 1994 гг.)
Агроландшафты на родовом уровне
Элементарные агроландшафты на видовом уровне (степень эволювиальности)
Параметры плодородия
Урожайность, ц/га



рНсол

Р2О5
К2О





мг/кг


23. Агроландшафт
с дерново-среднеподзолистой
почвой разной степени переноса вещества
114. Н
5,5
55
78
28,2


115. В
4,6
45
88
22,0


116. С
4,6
31
68
24,3


117. Н
5,5
197
82
31,0


118. С
5,3
94
136
26,1


120. В
5,3
41
60
23,1


121. В
4,3
184
96
21,5


122. С
4,7
245
138
24,8


123. В
4,9
49
102
22,9


124. В
5,0
97
100
26,7


125. С
4,8
39
104
23,0

Примечание: числовые значения – номера почвенных контуров; Н –
низкая, С – средняя, В – высокая степень элювиальности.
Коэффициенты частной корреляции урожайности озимой пшеницы сорта Заря с почвенными параметрами элювиального типа переноса вещества составили по рНсол, Р2О5 и К2О соответственно 0,85; 0,3; 0,02.
Обобщённые результаты по изучению влияния агроландшафтов на уровне родовых различий на формирование параметров почвенного плодородия и урожайности озимой пшеницы представлены в табл. 4.5
Таблица 4.5- Влияние различных агроландшафтов на урожайность
озимой пшеницы сорта Заря (1990 – 1994 гг.)
Агроландшафты на родовом уровне
Параметры плодородия
Урожайность, ц/га


рНсол

Р2О5
К2О
Гумус, %




мг/кг



23 аккумулятивный
6,2
117
139
1,11
30,9

24 транзитно-аккумулятивный
6,4
64
118
1,11
29,9

25 элювиально-транзитный
5,9
82
111
1,11
27,1

27 транзитный
4,9
42
111
1,30
26,0

28 элювиальный
4,9
98
96
1,11
24,9

Коэффициенты частной корреляции урожайности озимой пшеницы сорта Заря с почвенными параметрами различных агроландшафтов переноса и накопления вещества составили: рНсол 0,93; Р2О5 – 0,05; К2О 0,98; гумус 0,64.

Задание для работы на занятии:
Выпишите в табличной форме данные для анализа в соответствии с вариантом (табл.4.6):
Таблица 4.6 - Задания по вариантам
Геохимии-ческая обста-новка АЛ
№ варианта


1
2
3
4
5
6
7

Аккумуля-тивный
81. В
81. В
93. В
93. В
94. В
95. В
96. В


82. С
83. С
84. С
85. С
87. С
88. С
89. С


86. Н
86. Н
86. Н
91. Н
91. Н
92. Н
92. Н

Элювиально-транзитный
100. Н
105. В
100. Н
105. В
104. В
100. Н
105. В


101. С
106. Н
101. С
106. Н
106. Н
103. В
106. Н


102. В
107. С
103. В
108. С
107. С
108. С
107. С

Транзитный
110. В
111. В
111. В
111. В
111. В
111. В
111. В


112. С
112. С
112. С
112. С
112. С
112. С
112. С


113. Н
113. Н
113. Н
113. Н
113. Н
113. Н
113. Н

Элювиальный
114. Н
117. Н
114. Н
117. Н
117. Н
114. Н
114. Н


115. В
118. С
121. В
122. С
124. В
122. С
124. В


116. С
120. В
122. С
123. В
125. С
123. В
125. С


Таблица 4.7- Пример заполнения таблицы
Геохимическая обстановка
АЛ
Агроландшафт на родовом уровне
Агроландшафт
с дерново-подзо-листыми почвами …
ЭАЛ: №, степень аккумуляции или переноса вещества
Параметры плодородия
Урожай-ность, ц/га




рНсол

Р2О5
К2О






мг/кг


Аккумуля-тивный
слабоподзолистыми среднесуглинистыми
81. высокая
6,6
35
124
27,9



82. средняя
5,7
81
100
25,4



86. низкая
6,4
223
124
34,2

Коэффициент корреляции


0,39
0,74
0,39


Коэффициент детерминации


0,15

0,56
0,16


Элювиально-транзитный
слабоподзолистыми разной степени элювиально-транзитного переноса вещества
102. В
6,1
37
90
24,7



101. С
6,0
104
94
28,9



100. Н
6,0
177
251
31,8

Коэффициент корреляции


0,54
0,96
0,67


Коэффициент детерминации


0,29
0,92
0,45


Транзитный
подзолистыми среднесуглинистыми почвами разной степени транзитного переноса вещества
111. В
4,5
37
124
24,8



112. С
5,0
49
122
26,0



113. Н
5,2
43
96
27,4


Коэффициент корреляции


0,94
0,38
0,83


Элювиальный
среднеподзолистыми
почвами разной степени переноса вещества
115. В
4,6
45
88
22,0



116. С
4,6
31
68
24,3



114. Н
5,5
55
78
28,2

Коэффициент корреляции


0,85
0,3
0,02



Постройте графики параметров почвенного плодородия и урожайности: по оси у1 - рН или концентрация К2О или Р2О5, по оси у2 – урожайность, по оси Х – АЛ с разной геохимической обстановкой и степень аккумуляции или переноса вещества. Опишите их.
Опишите, в каких ландшафтах и по каким параметрам плодородия почвы наблюдается высокая корреляция с урожайностью пшеницы озимой сорта Заря для данной технологии выращивания
Сделайте описание табл. 5. В каких элементах геохимического агроландшафта наблюдается четкое соответствие содержания К2О или Р2О5 или рН и урожайности озимой пшеницы при разной степени аккумуляции или переноса веществ в АЛ.
Сравните выводы по табл. 5 с выводами по отдельным ландшафтам (табл. 1-4). Какие геохимические характеристики агроландшафта следует учитывать для получения выcокой урожайности на агрополе?
Какие почвенные параметры предлагается рекомендовать как диагностические в транзитных, аккумулятивных и элювиальных элементах геохимического агроландшафта?
Предложите культуры и технологии их выращивания в разных элементах геохимического агроландшафта.

Занятие 5 Влияние структуры почвенного покрова (СПП) на формирование параметров плодородия почв и урожайность основных
сельскохозяйственных культур

Цель: изучить влияние почвенных комбинаций на значения параметров плодородия почв и урожайность сельскохозяйственных культур
Ключевые слова: структура почвенного покрова, почвенные комбинации: сочетания, комплексы, пятнистости, вариации




Теоретический минимум
Результаты исследований конкретного агрополя
Структура почвенного покрова (СПП) — закономерное пространственное размещение почв на небольших территориях, выявляемое при детальном картографировании их почвенного покрова и образованное многократным повторением одного или нескольких различных основных образующих её элементов — почвенных комбинаций (ПК), каждая из которых содержит все почвы, являющиеся компонентами СПП с характерными для них взаимосвязями.
Почвенные комбинации (ПК) представляют собой более сложные, чем элементарные почвенные ареалы (ЭПА) единицы СПП и образованы чередующимися в пространстве и в той или иной степени генетически связанными ЭПА. Они представляют собой наименьшие целостные участки СПП, содержащие все её компоненты в типичных для нее взаиморасположениях и взамиоотношениях.
По происхождению, характеру строения и генетической связи между ЭПА выделяют шесть групп ПК: комплексы, пятнистости, сочетания, вариации, мозаики, ташеты.
Исследования СПП проводились на базе КСП Юрьево Сухиничского района (Сюняев, Сюняева, 2004) на уровне агрополя.
Внутри агрополя имеются различия в плодородии почв из-за особенностей микрорельефа, мезорельефа и почвообразующих пород. По данным академика В.И.Кирюшина (1993), в каждом агрополе существует довольно обширное многообразие микрофакторов почвообразования, которое серьёзно сказывается на производительной способности разных участков одного и то же поля.
Для исследования СПП КСП Юрьево было выбрано одно агрополе кормового севооборота (площадь полей этого севооборота составляет 777 га). СПП агрополя включает 4 группы ПК: комплексы, пятнистости, сочетания, вариации.
Сочетания – самый плодородный класс ПК, так как генетическая связь между компонентами в сочетаниях имеет однонаправленный характер, то есть компоненты пониженных позиций в рельефе находятся под влиянием почв более высоких участков, здесь аккумулируется все вещество, вымытое с верхних участков мезорельефа.
Следующий по плодородия класс ПК – комплексы. Они обусловлены микрорельефом, в связи с чем движение вещества между залегающими на разных элементах рельефа почвами двустороннее и генетическая связь их обоюдная. Почвы контрастно различаются. На агрополе КСП Юрьево образование их обусловлено влиянием микрозападин на водоразделе, здесь аккумулируется определённое количество вымытого вещества с окружающей её среды.
Пятнистости — то же что комплексы, но почвы слабоконтрастны. Вариации — то же что сочетания, но почвы слабоконтрастны.
В табл. 5.1 представлены результаты изучения структуры почвенного покрова и характеристики основных её показателей для агрополя.
Таблица 5.1 - Структуры почвенного покрова агрополя №7 кормового севооборота №1 (КСП Юрьево, 2000 – 2002 гг.)
Класс почвенных комбинаций (ПК)
Рельеф
Компонент-
ность ЭПА
Контрастность
Агрономическая совместимость
Тип переноса вещества

1.Пятнис-
тости
Микро-рельеф (западина на склоне)
Л1СГЛ∙Л2СГс-Л
(микро-комбинации)
неконтраст-
ные
совместимые, однородные
транзитно-аккуму-лятивный

2.Комплексы
Микро-рельеф
(пониж. на водо-разделе
Л2СГс–Л
П1дсГс-Л
(микро-комбинации)
контрастные
несовместимые, неоднородные
элювиально-аккуму-лятивный

3. Вариации
Мезо-рельеф (на вершине склона)
Л1с–Л –
Л2с-Л – Л1↓с-Л Л2↓с-Л
(мезо-комбинации)
неконтраст-
ные
совместимые, однородные
элювиально- транзитный

4. Сочетания
Мезо-рельеф (подошва на склоне)
Л1с–Л +
Л2с-Л + Л1сгс-Л + Л2сгс-Л +
(П1дсгс – Л
Л1гс – Л (мезо-
комбинации
контрастные
несовместимые, неоднородные
аккуму-лятивный

Примечание:
1. Л1сгс – Л – светло-серая лесная слабоглееватая среднесуглинистая на лессовидных суглинках
2. Л2СГс – Л - серая лесная слабоглееватая среднесуглинистая на лессовидных суглинках
3. П1дсгс – Л - дерново-слабоподзолистая слабоглееватая среднесуглинистая на лессовидных суглинках
4. Л1с – Л - светло-серая лесная среднесуглинистая на лессовидных суглинках
5. Л2с – Л- серая лесная среднесуглинистая на лессовидных суглинках
6. Л1↓с – Л- светло-серая лесная слабосмытая среднесуглинистая на лессовидных суглинках
7. Л2↓с – Л - серая лесная слабосмытая среднесуглинистая на лессовидных суглинках
8. Л1Гс – Л - светло-серая лесная глееватая среднесуглинистая на лессовидных суглинках
Для перехода к адаптивно-ландшафтным системам земледелия важно выявить не только структуру почвенного покрова агрополя, но и установить уровень плодородия почв в основных классах ПК на данной площади. Результаты исследования параметров плодородия в классах почвенных комбинаций представлены в табл. 5.2.
Таблица 5.2 - Параметры плодородия почвы в зависимости от структуры почвенного покрова на агрополе №7 кормового севооборота №1 (КСП Юрьево, 2000 – 2002 гг.)
Класс ПК
Параметры плодородия почвы


Гумус, %
сред-нее
рНсол.
сред-нее
Р2О5,
мг/кг
сред-нее
К2О,
мг/кг
сред-нее
Wср. (% от НВ

1.Пятнистости
1,8

5,6

100

87

20,0 (66,7)


2,0

5,7

140

72




1,9

5,8

120

75



2.Комплексы
2,0

5,6

150

90

26,0 (86,7)


2,2

6,0

120

75




2,1

6,1

120

78



3.Вариации
1,6

5,2

130

61

18,0 (60,0)


1,8

5,7

90

62




1,7

5,6

110

63



4.Сочетания
2,4

6,3

130

100

28,0 (93,3)


2,2

6,0

155

85




2,3

6,0

150

85



Примечание: в скобках указана полевая влагоёмкость (W) в % от НВ.
Wср - средневегетационная полевая влажность

Оптимальные характеристики для этого типа почвы составляют: гумус – 2,3%; рНсол – 6,1; Р2О5 – 145 мг/кг; К2О – 90 мг/кг почвы.
Особенности формирования параметров плодородия почв классов ПК определяются прежде всего типом переноса вещества (почвенного и внесённого человеком удобрений, извести) по элементам геоморфологии. На участках рельефа с аккумулятивным типом накопления вещества создаются наиболее высокие показатели параметров плодородия почв. Особенно производительные почвы – с аккумулятивным типом накопления вещества в сухие годы, так как они ещё обладают высоким запасом почвенной влаги.
Урожайность культур зависит от рельефа, компонентов СПП, классов почвенных комбинаций, а также от параметров плодородия почвы (гумуса, рНсол, Р2О5, К2О) и влажности. Зависимость урожайности культур в кормовом севообороте №1 по агрополям хорошо прослеживается в таблице 5.3 в соответствии с классом ПК.
Таблица 5.3 - Урожайность основных сельскохозяйственных культур по агрополям кормового севооборота №1 по классам почвенных комбинаций (ц/га, 2000 – 2002 гг.)
Культура
Класс ПК


пятнистость
комплексы
вариации
сочетания

1. Ячмень + травы
18
20
15
23

2. Мн.травы 1 г.п.
29
31
26
33

3. Мн.травы 2 г.п.
29
31
26
33

4. Озимая рожь з/к
110
115
95
120

5. Озимая рожь
20
22
16
25

6. Однолетние травы
100
110
90
120

7. Кукуруза
260
320
220
350

8. Картофель
100
120
87
130


Урожайность кукурузы сорт НАРТ – 170СВ определяли на каждом классе ПК в пяти повторностях. Результаты представлены в таблице 5.4.
Таблица 5.4 - Урожайность кукурузы на силос на агрополе №7 кормового севооборота №1 в зависимости от структуры почвенного покрова ц/га (2000 – 2002 гг.)
Класс ПК
Средняя
Прибавка



ц/га
%

1.Пятнистость
260
+ 40
18

2. Комплексы
320
+ 100
45

3. Вариации
220
0
0

4. Сочетания
350
+ 130
59

НСР05
24,4


Задание для работы на занятии:
В схеме гипсометрического профиля укажите, где располагаются исследуемые ПК
По табл.2 рассчитайте параметры плодородия почвы в зависимости от СПП
Постройте графики средних значений параметров плодородия почвы в зависимости от СПП по данным табл. 2 и оптимальных значений этих параметров.
Опишите графики, сделайте выводы (как влияют ПК на плодородие почвы агрополя).
По образцу табл. 4 рассчитайте прибавку урожая по классам почвенных комбинаций (по вариантам - табл. 5.5):
Таблица 5.5 – Задания по вариантам
Задание 4

№ варианта


1
2
3
4
5
6
7

Культуры
1,4
2,3
4,6
1,4
2,3
4,6
1,4

Постройте графики изменения урожайности основных сельскохозяйственных культур по классам почвенных комбинаций (по вариантам).
Сделайте общий вывод о влиянии ПК на плодородие и продуктивность почвы агрополя.
Предложите как провести реорганизацию территории агрополя (где необходимо осуществить посадку леса, залужить, продолжить распахивать угодья).


Занятие 6 Влияние экспозиции склона на формирование параметров плодородия почв и урожайность основных сельскохозяйственных культур

Цель: установить влияние экспозиции склона на параметры плодородия и продуктивность почв
Ключевые слова: экспозиция склона, микрозональность, ресурсы ландшафтов; делювиальные, элювиальные, транзитные, аккумулятивные, геологические и почвенные процессы переноса вещества и энергии по геоморфологическим элементам рельефа.

Теоретический минимум
Суть адаптивно- ландшафтных систем земледелия заключается в том, чтобы перейти от общего зонального принципа к более дифференцированному, более полному учету природно-территориальных комплексов, учитывающему рельеф, почвенное плодородие, способы его восстановления и повышения. Необходимо правильно использовать географические и биологические возможности территории, растений (Жученко, 1990). Только детальный учет микрозональности обеспечит повышение продуктивности культур и их экологическую устойчивость.
Многолетними исследованиями установлено, что на склонах северных экспозиций высота снежного покрова, влияющего на промерзание, водопоглотительную способность почв, сток и развитие эрозионных процессов, бывает, как правило, больше, чем на противоположных склонах. Так, запасы воды в снеге на склонах южной экспозиции ОПХ им. В.В. Докучаева в среднем за 1976 - 1986 гг. составили 55 мм, на склонах северной экспозиции - 80 мм. Продолжительность снеготаяния на склонах северных экспозиций дольше и в отдельные годы достигает 12-14 дней. Такие же закономерности наблюдались в просыхании и поспевании почвы.
Почвы склонов различаются по запасам продуктивной влаги. Стекающие по склону талые и ливневые воды создают неодинаковое увлажнение почв. Склону северной экспозиции присущи, как правило, большие запасы продуктивной влаги в важнейшие фазы вегетации зерновых культур, чем склонам южной экспозиции. Это объясняется различиями в ветровом и радиационном режимах, в отложении и таянии снега, стока и испарения влаги с поверхности почв, солнечных и теневых экспозиций (Мусохранов, 1983).
Дифференциация почв в пространстве склоновых ландшафтов по тепловлагоресурсам вызывает их неоднородность по срокам наступления физико-технологических кондиций и отзывчивости на агромероприятия. Без познания механизмов дифференциации невозможно дальнейшее повышение эффективности земледелия. Несомненно, что именно элементы рельефа являются постоянными и устойчивыми признаками территории, и есть все основания рассматривать их в качестве базы для агропроизводственного деления территории в целях дифференциации способов использования и воздействия (Куликов, Бадмаев, 1996).
По данным Бегайкина С.В. (2004), работавшего на склонах Алтайского Приобья, экспозиция склона оказывает существенное влияние на характер снегоотложения, водный, тепловой режимы и динамику элементов питания почвы, а также фитосанитарное состояние посевов. В годы с достаточным количеством вегетационных осадков, более оптимальные условия для роста и развития зерновых культур складываются на склоне юго-восточной экспозиции, в засушливые и острозасушливые периоды на склоне северо-западной экспозиции. На склоне юго-восточной экспозиции, независимо от погодных условий года, формируется урожай зерновых культур с более высоким содержанием белка.
На основе полученных данных производится корректировка размещения посевов зерновых культур на склоновых землях, позволяющая получать стабильные урожаи высокого качества.
Таким образом, переход от зональных систем земледелия к адаптивно-ландшафтным требует всестороннего изучения ресурсов ландшафтов и их влияния на продуктивность сельскохозяйственных культур. Для эффективного использования каждого конкретного ландшафта необходимо детальное изучение его почвенно-климатических условий. Исследования склонов различных экспозиций и их частей позволят обеспечить получение комплексной информации для разработки адаптивно-ландшафтной системы земледелия региона.
По данным Кузнецовой Т.В. (2010) лесостепные агроландшафты южной части Приангарья располагаются преимущественно на склоновых землях разных экспозиций с уклонами от 2 до 8 и протяженностью до 1 км. Различные части склонов характеризуются существенной пространственной пестротой (неоднородностью), разнокачественностью по плодородию и накладывают существенный отпечаток на формирование урожая и качества зерна ведущей зерновой культуры региона - яровой пшеницы.
Х.Х.Сюняев и О.И. Сюняева (2004) проводили исследования на базе колхоза им. Кирова Бабынинского района на уровне агрополя. Почвы серые лесные среднесуглинистые, крутизна склонов 2-3˚. Авторами были проанализированы по различным элементам геоморфологии и экспозиции склонов четыре основных параметра плодородия почв типичного агрополя: гумус, рНсол, Р2О5, К2О. Результаты исследований представлены в таблице 6.1.
Таблица 6.1 - Параметры плодородия серой лесной среднесуглинистой почвы
по элементам геоморфологии и экспозициям агрополя (2002 г.)
Параметры почвенного плодородия
Экспозиции и элементы геоморфологии агрополя


южная
западная
северная
восточная


в
с
п
в
с
п
в
с
п
в
с
п

рНсол
5,3
5,5
5,6
5,1
5,3
5,5
4,9
5,0
5,1
4,9
5,1
5,2

Р2О5,
80
107
120
75
94
115
64
76
90
70
81
93

К2О
83
100
119
72
88
109
65
75
92
68
82
97

Гумус, %
1,50
1,65
1,85
1,40
1,55
1,68
1,57
1,68
1,77
1,68
1,89
2,0

Примечание: в – вершина, с – склон, п - подошва

На следующем этапе исследований авторами была предпринята попытка оценки роли геоморфологии и экспозиции агрополя в создании урожайности. Рабочей гипотезой в данном случае был поиск путей увеличения эффективности малого количества вносимых удобрений за счёт использования делювиальных, элювиальных, транзитных, аккумулятивных, геологических и почвенных процессов переноса вещества и энергии по геоморфологическим элементам рельефа разной экспозиции агрополя. Известно, что рельеф сельскохозяйственного поля – главный распределитель воды, тепла и питательных элементов. Поэтому, понимая сущность процессов, протекающих на агрополе, можно рационально размещать севообороты, удобрения, пестициды, проводить обработку почвы и возможно даже переделать агрополе по элементам его рельефа с точки зрения размещения пашни, леса и луга. В таблице 6.2 представлены экспериментальные данные по учёту урожая овса в 2002 году на одном из типичных агрополей колхоза Кирова по элементам геоморфологии с учётом четырёх экспозиций: южной, западной, северной, восточной.
Таблица 6.2. Урожайность овса на серой лесной почве по элементам геоморфологии и экспозиции агрополя (2000 – 2002 гг.), ц/га
Элемент геоморфо-логии
Элементарный геохимический ландшафт
Числитель – средняя урожайность, ц/га
Знаменатель – разница урожайности, ц/га



Экспозиции агрополя



южная
западная
северная
восточная

Вершина
Элювиальный
8,6

8,4

7,3

7,8


Склон
Транзитный
8,7

8,6

7,4

8,1


Подошва
Аккумулятивный
9,3

8,8

7,7

8,4


НСР05
0,38
0,15
0,35
0,3


Задание для работы на занятии:

Прочтите теоретический минимум, обратите внимание на понятия, представленные как ключевые слова.
По табл. 6.1 постройте графики изменения параметров плодородия почвы по элементам геоморфологии и экспозиции агрополя. Сделайте их описание, указав выявленные закономерности; обратите внимание - все ли параметры по экспозициям склонов изменяются в одном направлении.
Укажите: а) какая обработка почвы требуется на вершинах, склонах и подошве агрополя (водоудерживающая, почвозащитная, влагоотводящая); б) следует ли учитывать элементам рельефа и характер склона при внесении удобрений на поля
Рассчитайте разницу в урожайности по склонам (приняв значения на вершине за базовые).
Постройте графики изменения урожайности по элементам геоморфологии и экспозиции агрополя и опишите их. Сделайте прогноз - как будет изменяться урожайность по элементам геоморфологии в засушливые и переувлажнённые годы?
Сделайте вывод, сравнив показатели плодородия почвы и урожайность овса по элементам геоморфологии и экспозиции агрополя. Какое влияние оказывают элементы геоморфологии, и экспозиция агрополя на урожайность. Сделайте предложения производству.
Сравните данные, полученные в Калужской области с данными, полученными на Алтае.

Занятие 7 Модели урожайности сельскохозяйственнывх культур в зависимости от плодородия почв в агроландшафтах

Цель: изучить варианты моделей плодородия почв и урожайности сельскохозяйственных культур
Ключевые слова: модели, моделирование, типы моделей

Теоретический минимум
Оптимальные свойства почв в значительной степени определяют урожай сельскохозяйственных культур и эффективность ведения сельскохозяйственного производства. При показателях свойств почв ниже оптимума урожай снижается; при показателях выше оптимума отмечается меньшая прибавка урожая на 1 рубль затрат, с большей интенсивностью проявляется закон убывающей отдачи. В первом приближении, модели плодородия почв – это оптимальное сочетание свойств почв для получения максимально возможной урожайности, оправданной с экономической и экологической точек зрения. При более детальной оценке, модели плодородия почв это оптимальное сочетание и соотношение свойств, процессов и режимов почв для получения максимально возможной урожайности по климатическим факторам и существующей оптимизации всех звеньев систем земледелия (оправданной с экономической и экологической точек зрения). При экстенсивном, среднем, высоком и очень высоком уровне интенсификации производства планируются разные урожаи сельскохозяйственных культур и для их получения, естественно, нужны разные свойства почв.
Для построения моделей необходимо знать оптимумы свойств почв, причем они относительны и зависят от вида культур (и даже фаз их развития и сортов), климатических условий, сочетания всех свойств почв. Однако с учетом этих факторов оптимумы свойств почв известны недостаточно. Сельскохозяйственное использование почв под большинство культур лимитируется при содержании частиц <0,01 мм (физической глины) более 85 и менее 5%; содержании гумуса для большинства почв - меньше 1%; степени солонцеватости - свыше 10%; содержании водорастворимых солей - более 1%; рН -меньше 4 и больше 9; ОВ потенциале - менее 200; токсичных концентрациях железа, марганца, алюминия; плотности почв -более 1,5 г/см3; пористости - меньше 40%; влажности - менее 3 и более 90% от полной влагоемкости; содержании в почвенном воздухе кислорода - меньше 5 и углекислого газа - свыше 7%; аэрации - менее 10%; мощности мелкозема - меньше 20 см; уклоне - более 10; на глеевых почвах; показателе загрязнения почв - Zc = 32-128; содержании камней - свыше 50 м3/га; при доле в почвенном покрове поля -более 50% почв, непригодных для сельскохозяйственного использования, при площади поля - менее 1 га, агрономической несовместимости контуров в пределах поля; емкости поглощения катионов - меньше 2 мг-экв на 100 г почв, глубине грунтовых вод - ближе 50 см; чаще при средней температуре почвы за вегетационный период -более 35 и менее 10С.
По данным А. Н. Каштанова с соавторами (2001), допустимыми параметрами водно-воздушного режима почв являются: плотность пахотного горизонта для легких почв 1,3-1,4 г/см3, среднесуглинистых - 1,2-1,3, тяжелосуглинистых и глин — 1,1-1,25, подпахотного слоя для легких почв — 1,4-1,5, для остальных - 1,2-1,3г/см3, общая порозность 50-55% от объема почвы, аэрации 18-25% от общей порозности для пахотного слоя, подпахотного — 12-17%; водопроницаемость (коэффициент фильтрации) - 0,15-0,75 м в сутки; уровень грунтовых вод -60-100 см; затопление посевов летом для зерновых - менее 0,5 суток, силосных и корнеплодов - меньше 0,8, многолетних трав - менее 1,8, пахотного слоя летом для сенокосов - 3, других культур - менее 1,5 суток.
Таким образом, для нормального развития растений почвы должны иметь достаточное количество элементов питания, воды и воздуха, небольшую плотность. Развитие растений не должно угнетаться неблагоприятными физико-химическими свойствами почв, повышенным содержанием подвижных соединений железа, марганца, алюминия, тяжелых металлов, повышенной засоленность почв. Почвы не должны содержать в большом количестве возбудителей болезней, вредителей и сорняков.
В первом приближении оптимальные свойства почв должны соответствовать потенциально возможному урожаю, обусловленному климатическими факторами. В тоже время, реальный урожай всегда ниже потенциально возможного по климатическим факторам, как в связи с недостаточным плодородием почв, так и в связи с несовершенством всех звеньев систем земледелия.
Однако, потенциально возможный урожай по климатическим условиям определяет экономически целесообразные верхние пределы содержания в почвах биофильных элементов и дозы внесения удобрений. По данным Быковой Е.В. (2010) потенциально возможный урожай отдельных культур по климатическим условиям, плодородию почв, существующей степени оптимальности всех звеньев систем земледелия определяет экономически обоснованные пределы показателей моделей плодородия почв на данный момент. Существующие экономические условия и экономические требования к системам земледелия определяют оптимальное соотношение урожайности и дохода на 1 рубль затрат, что является одним из показателей экономически обоснованной модели плодородия почв на данный момент и оптимального соотношения плодородия почв и доз вносимых удобрений.

Таблица 7.1 - Интегральная модель оптимальных свойств дерново-подзолистых легко- и среднесуглинистых почв (Т.Н. Кулаковская, 1990)
Показатели
Оптимальное значение

Контурность
Не менее 15-20 га

Эродированность
Отсутствует, слабо выражена

Завалуненность
Отсутствует, менее 10 м3/га

Ап
25-30 см

А2
Отсутствует

Структурность
Содержание водопрочных агрегатов >0,25 мм -70-80%

Гумус
2-2,5%, запас 60-70 т/га; Сг:Сф =1,1-1,2

N
Доступные формы N-NO, NH4 - 3-4,5 мг на 100 г; 100-120 кг/га, потребление из почв за вегетацию — 50-60 кг/га

Р2О5
25-30 мг на 100 г по Кирсанову, 600-700 кг/га; потребление из почв - 60-70 кг/га

к2о
20-25 мг на 100 г, 500-550 кг/га, потребление из почв за вегетацию - 180-200 кг/га

Микроэлементы
Си - 3-4 мг/кг, Со - 0,8-1,2, Mg - 0,2-0,4, В -0,5-0,6, Zn - 6-7 мг/кг

Подвижный
магний
10-12 мг на 100 г, 200-250 кг/га

РН
рНГГ1 = 6-6,5; рНнп = 6,5-7; А1 отсутствует


Нг = 1,5-2 мг-экв на 100 г

S
8-12 мг-экв на 100 г, V- 89-90%; Са/К =15-17

Водно-воздушный режим
Коэффициент использования годовых осадков -0,6-0,7, запас продуктивной влаги в слое 0-50 см -130-150 мм, плотность - 1,1-1,2 г/см3, порозность - 50-55%, воздухоемкость - 25-30%

Таким образом, качество почв и их ценность для сельскохозяйственного использования определяются степенью приближения сочетания свойств, процессов и режимов почв к модели плодородия. Однако модель плодородия отличается для отдельных типов почв (табл. 7.1), групп культур, климатических условий и уровня интенсификации сельскохозяйственного производства. Чем больше степень приближения сочетания свойств, процессов и; режимов почв к модели, тем выше ее цена для целей сельскохозяйственного использования. При этом модель плодородия должна подбираться под ту культуру, экологические требования которой больше соответствуют параметрам исследуемой почвы, и выращивание на которой дает больший доход. Например, для пойм - овощных культур, для склонов - культур, рекомендуемых зональной почвозащитной системой земледелия и т.д.
По данным О.А.Савоськиной (2012) почва опытного участка дерново-подзолистая среднесуглинистая, сформировавшаяся из покровного суглинка, подстилаемого с глубины 70-120 см суглинистой мореной, обеспечивающая хорошую дренированность территории. В морфологическом отношении представлена однородным светло-серым цветом, комковато-пылеватой структуры. Ниже пахотного слоя залегает переходный подзолисто-иллювиальный горизонт, мощностью 8-12см (табл. 7.2).
Таблица 7.2 - Исходные показатели плодородия почв по вещественному составу (по Савоськиной, 2012)
Опыты
1
2
3

Показатели
Слой почвы, см
Слой почвы, см
Слой почвы, см


0-20
20-40
0-20
20-40
0-20
20-40

Гумус общий (по Тюрину), %
1,61
0,88
1,76
0,76
1,82
1,65

рН солевой
5,5-5,8
4,8-5,0
4,5
4,4
5,6
4,5

Гидролитическая кислотность,
мг-экв./100г почвы (Нг)
1,3
2,1
4,2
3,8
2,0
1,9

Сумма обменных оснований,
мг-экв./100г почвы (S)
11,8
9,5
10,8
10,6
11,9
11,8

Степень насыщенности
основаниями, %
90,1
81,9
71,8
73,8
85,0
86,0

Подвижный фосфор
(по Кирсанову), мг/100г почвы
4,0
5,5
7,9
4,7
16,0
13,0

Обменный калий
(по Масловой), мг/100г почвы
6,1
6,8
6,8
2,5
19,0
15,0


Большое значение при разработке моделей имеет оценка не только содержания элементов, но и их соотношения. В работе В.В.Говориной (1987), выполненной под руководством Б.А.Ягодина, показано низкое содержание подвижных фосфатов для дерново-подзолистых почв, что отмечается отрицательным взаимным влиянием азота и фосфора на урожай гороха. На низких и средних уровнях питания минеральным азотом в условиях, благоприятных проявлению активности бобово-ризобиального симбиоза

У = 22,95 - 7,54N0,5 + 6,44N + 25,42Р0,5 - 3,58Р + 2,04К0,5 - 4,18 (NP)5; R = 0,97,

где У- образование сухой массы гороха.
Авторы объясняют это конкуренцией за минеральные соединения азота в пользу микрофлоры почвы и следствием начального ингибирования процесса образования клубеньков и их активной работы (за счет внесения минеральных форм азота). При неблагоприятных условиях для работы бобово-ризобиального синтеза (высокой температуры в течение вегетации) наблюдалось симбиотическое влияние азота и фосфора.

У = 85,96 + 49,90Р0,5 -17,29Р + 21,0К0,5 + 13,49(NP) 0,5; R = 0,966,

У - образование зеленой массы гороха. Закономерности действия возрастающих доз азота, фосфора и калия на накопление массы гор существенно различались от условий вегетационного сезона.
В то же время урожай сельскохозяйственных культур зависит от многих факторов, влияние которых на продуктивность отличается как в разные годы, так и в зависимости от сочетания свойств и уровня антропогенного воздействия. Все факторы жизни растений равнозначны и независимы.

Задание для работы на занятии:
Прочтите теоретический минимум
Сравните показатели плодородия почв по Савоськиной с данными интегральной модели Т.Н. Кулаковской
Выберите формулу. Рассчитайте урожай сухой массы гороха.
Создайте графическую (описательную) модель плодородия почвы по элементам, склонам или выносу веществ в агроландшафтах, увязав ее с урожайностью конкретной культуры (используя схему агрополя)

Приложение

Север







Запад






Восток


Юг



Рис. 3 Вид агрополя сверху: вершина, склон, подошва


Темы рефератов
Понятие агроландшафта и его свойства
Морфометрическая характеристика рельефа агроландшафта
Экологическая емкость агроландшафта
Структура агроландшафта и критерии оценки его устойчивости
Микрозональные особенности склоновых агроландшафтов.
Ландшафтно-экологические основы оптимизации землепользования
Функционирование агроландшафтных систем
Экологическая оптимизация агроландшафтов
Проектирование мероприятий по экологической оптимизации агроландшафта
Региональные проблемы экологического состояния агроландшафтов Калужской области
Повышение экологической устойчивости агроландшафтов Калужской области
Мониторинг экологического состояния агроландшафтов в зоне влияния выбросов транспорта и мобильной сельскохозяйственной техники.
Экологизация агроландшафтов и агротехнологий в Калужской области
Ландшафтно- экологические условия формирования агроландшафтов в системе интенсивного земледелия в Калужской области.
Эколого-агрохимическое состояние агроландшафтов Калужской области

Темы для творческих работ студентов
Лимитирующие факторы в геоморфологическом профиле агроландшафта
Выберите склон на котором будете выращивать кукурузу, просо. Обоснуйте свой выбор
Кормить почву или растения - как решение этого вопроса отражается в агроландшафтном моделировании?
Уровень урожайности по элементам рельефа, склонам, агроклиматическим и почвенным условиям в разных географических зонах
Эффекты синергизма и антагонизма в элементах агроландшафта
Оптимальное плодородие не эквивалентно оптимуму по каждому из свойств почв в отдельности - поясните это утверждение на конкретных примерах
Образцы тестовых вопросов
Крупная морфологическая часть ландшафта, состоящая из особого варианта урочищ – это …
арену
зону
область
местность
На дне водоемов формируются фации:
трансэлювиальные
трансаккумулятивные
супераквальные
субаквальные


Какой из приведенных ниже ландшафтов не относится к сельскохозяйственным:
полевой
луго-пастбищный
садовый
огородный
лесокультурный
Урочища, которые занимают в ландшафте большую часть его площади, называются …
субдоминантные
дополняющие
фоновые
сопряженные

Пространственно-временная система географических компонентов, взаимообусловленных в своем размещении и развивающаяся как единое целое – это …
природно-территориальный комплекс
геосистема
ландшафт
верны все ответы
Активными компонентами ландшафта являются:
Почва
Рельеф
Климат
Биота
Литогенная основа
Вода


Наиболее плодородные почвы формируются в ландшафте:
элювиальном
аккумулятивном
транзитном
ни 1 ответ не верен

Компоненты ландшафта, которые НЕ изменяются в агроландшафте:
Почва
Рельеф
Климат
Биота
Литогенная основа
Вода

Нижняя треть склона представлена фациями:
Транзитно-элювиальными
Транзитно-аккумулятивными
Элювиальными
Ни 1 ответ не верен
Коренной склон долины реки – это:
Фация
Урочище
Подурочище
Местность


Особый тип сочетания урочищ формирует:
фацию
подурочище
местность
ландшафт
Процесс извлечения полезных для суперсистемы свойств ландшафта – это …
использование ландшафта
управление ландшафтом
оценка ландшафта
верны все ответы

Все природные единства, от географической оболочки Земли до самых простых элементарных структур – это …
ландшафт
геосистема
природно-территориальный комплекс
+все ответы верны
Вещества поступают только с осадками и пылью в … ландшафт:
аккумулятивный
транзитный
элювиальный
ни один ответ не верен

С водосборной площади возможен сток:
поверхностный
внутрипочвенный
грунтовый
верны все ответы
Основные свойства фаций:
открытая геосистема
устойчивая
динамичная
долговечная

Два потока вещества характеризуют ландшафт:
элювиальный
аккумулятивный
транзитный
ни 1 ответ не верен
Наиболее плодородные почвы формируются в ландшафте:
элювиальном
аккумулятивном
транзитном
ни 1 ответ не верен

Участок, с которого воды атмосферных осадков собираются и формируют реальный водоток – это …
долина реки
впадина
водосборная площадь
терраса
На верхних относительно крутых частях склона располагаются фации:
трансэлювиальные
трансаккумулятивные
супераквальные
субаквальные


Компонентами ландшафта являются:
- фации
+почвы
+воды
-урочища
+биота
Сопряженная группа фаций, приуроченная к определенному элементу рельефа – это …
фация
подурочище
урочище
местность
ландшафт

Местоположение как элемент профиля – универсальный признак
Фации
Урочища
Подурочища
Местности
Балки, овраги, моренные холмы – это …
фация
подурочище
урочище
местность
ландшафт

Наиболее продуктивные агроландшафты формируются в геохимическом ландшафте:
элювиальном
транзитном
аккумулятивном
ни 1 ответ не верен

Мобильными компонентами ландшафта являются:
Почва
Рельеф
Климат
Биота
Литогенная основа
Вода

Основная единица изучения и картирования характерных пространственных сочетаний в агроландшафтных исследованиях – это …
фация
подурочище
урочище
местность
ландшафт
Найдите соответствия между уровнями обобщения рельефа и соответствующими структурными частями ландшафта: а) местность, б) фация, в) урочище
микрорельеф
мезорельеф
макрорельеф

Слабоконтрастные почвы характеризуют почвенные комбинации …
пятнистости
сочетания
комплексы
вариации
Наибольшая урожайность сельскохозяйственных культур наблюдается на почвенных комбинациях:
пятнистости
сочетания
комплексы
вариации

.Агрополе – это …
фация
поле
местность
геохимический ландшафт

На дерново-подзолистой почве рН агрополя от элювиального к аккумулятивному ландшафту…
увеличивается
уменьшается
не изменяется
ни 1 ответ не верен

Минимальное содержание К2О в дерново-подзолистой почве агрополя наблюдается в ландшафте:
элювиальном
транзитном
аккумулятивном
все ответы верны
Наибольшее содержание гумуса в дерново-подзолистой почве агрополя отмечается в ландшафте:
элювиальном
транзитном
аккумулятивном
все ответы верны

Для сохранения влаги в почве лучше осуществлять на почвенных комбинациях с типом переноса вещества:
транзитно-аккумулятивный
элювиально-аккумулятивный
элювиально-транзитный
аккумулятивный
По данным В.В.Докучаева высота снежного покрова и запасы продуктивной влаги
больше на склоне:
южном
северном
западном
восточном

В засушливые периоды более оптимальные условия для роста и развития зерновых культур складываются на склоне экспозиции:
северо-западной
юго-восточной
северной
южной
12.Модель плодородия почвы включает:
морфолого-генетические особенности почв
агрохимические и агрофизические показатели
биологические свойства
минералогический состав
верны все ответы

Наименее плодородный класс почвенных комбинаций – это …
пятнистости
сочетания
комплексы
вариации
Почвенные комбинации на уровне микрорельефа – это …
пятнистости
сочетания
комплексы
вариации

Экспозиция склона оказывает влияние на …
ветровой и радиационный режим
отложение и таяние снега
сток и испарение влаги
верны все ответы
Почвенные комбинации на уровне мезорельефа – это …
пятнистости
сочетания
комплексы
вариации

В земледелии применяются модели:
эмпирическая
механическая
имитационная
оптимизационная
верны все ответы
Продуктивность западного склона агрополя на серых лесных среднесуглинистых почвах Калужской области выше, чем …
южного
восточного
северного

Закономерное повторение почвенных комбинаций составляет:
структуру почвенного покрова
элементарный почвенный ареал
сочетания
пятнистости
Самый плодородный класс почвенных комбинаций – это …
пятнистости
сочетания
комплексы
вариации

Аккумулятивным типом накопления вещества характеризуются почвенные комбинации …
пятнистости
сочетания
комплексы
вариации
Для аккумулятивного ландшафта на дерново-подзолистой почве агрополя характерно высокое значение или содержание:
рН
Р2О5
К2О
гумуса

Наибольшая урожайность в дерново-подзолистой почве агрополя отмечается в ландшафте:
элювиальном
транзитном
аккумулятивном
все ответы верны
Максимальное содержание Р2О5 в дерново-подзолистой почве агрополя наблюдается в ландшафте:
элювиальном
транзитном
аккумулятивном
все ответы верны

Наборы параметров, составляющих модели почв разных зон и регионов …
одинаковы
различны
случайны
верны все ответы
Почвенная модель должна соответствовать:
одной культуре
группе культур
всем куль турам, выращиваемым в регионе
верны все ответы

Оптимальным по рН на серых лесных среднесуглинистых почвах Калужской области является экспозиция склона:
северная
западная
восточная
южная
Комплекс вводно-физических свойств почвы для модели ее плодородия включает:
плотность
структурное состояние
запас продуктивной влаги
верны все ответы


Наиболее производительными почвы с аккумулятивным типом накопления вещества являются в годы …
сухие
нормального увлажнения
с избыточным количеством осадков
фактор влаги не влияет на урожайность с/х культур на почвенных комбинациях
В годы с достаточным количеством вегетационных осадков, более оптимальные условия для роста и развития зерновых культур складываются на склоне экспозиции:
северо-западной
юго-восточной
северной
южной



Литература, использованная при подготовке учебно-методического пособия
Быкова Е.В. Свойства дерново-подзолистых среднесуглинистых почв Московской области разной степени окультуренности Автореферат дисс. к.б.н. – М.: 2010.- 28с.
Колбовский Е.Ю. Ландшафтоведение / М.: издат центр Академия, 2006. -480с.
Ландшафтоведение: Методические указания для проведения практических занятий и выполнения курсовой работы по специальностям 120301 – Землеустройство и 120302 – Земельный кадастр / Сост.: И.В.Ламекин, Р.Р.Ахмеров. Саратов, ФГОУ ВПО "Саратовский ГАУ, 2011. – 52 с.
Платонов И.Г., Гречин П.И., Ефимов О.Е. Методические указания по выполнению ЛПР по курсу Экология агроландшафтов / М., 2006.-38с.
Савич В.И., Мельник Н.Н., Быкова Е.В. Модели плодородия почв и их экологическая оценка / Плодородие.-2009.№4(31).-С.4-5
Савоськина О.А. Агроэкологическая роль ресурсосберегающих приемов обработки дерново-подзолистой почвы эрозионно-опасных ландшафтов Нечерноземной зоны / Автореферат дисс. д.с/х н. – М.: 2012.- 40с.
Сафонов А.С. Воспроизводство плодородия почв агроландшафтов / М.: изд-во РГАУ-МСХА, 2011.-390с.
Сюняев Х.Х., Сюняева О.И. Агроэкологическое исследование параметров плодородия почв Калужской области / Калуга, 2004.- 185с.
Трофимов И.А., Трофимова Л.С. Оптимизация степных сельскохозяйственных ландшафтов и агроэкосистем. – Поволжский экологический журнал, 2002.-№1 с.46-52
Хохлов Д.С. Влияние мезоформ рельефа на засоренность посевов Вестник Алтайского ГАУ, 2009.- № 10 (60). - с.26-31
Шпедт А.А., Пурлаур В.К. Влияние мезорельефа на урожайность и качество зерновых культур Вестник Алтайского ГАУ, 2008.- № 5 (43). - с.18-22

Содержание
Введение………………………………………………………………………………..
3

Занятие 1 Географический и геохимический ландшафты (экскурсия)…………….
5

Занятие 2 Рельеф ландшафта опытного поля (экскурсия)…………………………..
8

Занятие 3 Характер перераспределения тепла и влаги по элементам рельефа
16

Занятие 4 Влияние ландшафтно-экологических условий агрополя на формирование параметров плодородия и продуктивность почв (4 часа)………….
20

Занятие 5 Влияние структуры почвенного покрова (СПП) на формирование параметров плодородия почв и урожайность основных сельскохозяйственных культур…………………………………………………………………………………..
24

Занятие 6 Влияние экспозиции склона на формирование параметров плодородия почв и урожайность основных сельскохозяйственных культур
28

Занятие 7 Модели урожайности сельскохозяйственных культур в зависимости от плодородия почв в агроландшафтах………………………………………………
31

Темы рефератов………………………………………………………………………...
34

Темы для творческих работ студентов………………………………………………..
35

Образцы тестовых вопросов…………………………………………………………...
35

Литература………………………………………………………………………………
39










HYPER13PAGE HYPER15


3