Научный журнал
Успехи современного естествознания
ISSN 1681-7494
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,791

АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ПОЧВ И ПЕРСПЕКТИВЫ УСТОЙЧИВОГО РАЗВИТИЯ ЛИПЕЦКОЙ ОБЛАСТИ

Галаганова Л.А. 1
1 ФГБОУ ВО «Государственный университет по землеустройству»
В данной статье рассмотрена важность сохранения почвенного покрова как основного условия обеспечения продовольственной безопасности и устойчивого развития региона. Объектом исследования выбраны изменения состояние почвенного покрова Липецкой области. Данный регион является одним из староосвоенных с преобладанием черноземных почв, требующих особого внимания и охраны. Целью данной работы является оценка степени изменения состояния плодородия почв Липецкой области под действием растущей антропогенной нагрузки и интенсификации сельскохозяйственного использования. Работа выполнена по материалам агрохимического обследования и картам, отражающим кислотность, обеспеченность почв гумусом, подвижными соединениями фосфора и калия, а также радиоактивное загрязнение. Исходя из особенностей исходных данных была создана методика геопространственного кластерного анализа и оценки изменений агрохимического состояния на примере данного региона с использованием разработанного автором индекса изменений. Изучено состояние почвенного покрова Липецкой области в период с 2006 по 2017 г. по ряду основных геохимических показателей, проведено сравнение с картами, содержащими исторические данные. С помощью комплексного индекса изменений, также предложенного автором, выполнена обобщенная оценка состояния почв области. Нами предложена классификация степени изменений состояния почв. В результате проведенных исследований установлено, что состояние почв Липецкой области за данный период существенно изменилось по всем учитываемым показателям. Среди позитивных изменений можно отметить существенное снижение загрязнения Cs-137. В целом выявлено преобладание негативных изменений на большей части площади земель сельскохозяйственного назначения Липецкой области, что свидетельствует о необходимости принятия мер для поддержания плодородия почв для сохранения устойчивости развития региона.
агрохимическое состояние почв
устойчивое развитие
Липецкая область
плодородие почв
геопространственный анализ
кластерный анализ
1. Юсова Ю.С., Чижикова Т.А. Рациональное использование земли как фактор устойчивого развития АПК // Фундаментальные исследования. 2016. № 6–1. С. 244–247.
Yusovа Yu.S., Chizhikova T. A. Rational use of land as a factor of sustainable development of agriculture // Fundamental research. 2016. № 6–1. С. 244–247 (in Russian).
2. Официальный портал администрации Липецкой области. [Электронный ресурс]. URL: https://www.admlip.ru/about/review/ (дата обращения: 11.06.2019).
Official portal of the administration of the Lipetsk region. [Electronic resource.] URL: https://www.admlip.ru/about/review/ (date of access: 11.06.2019) (in Russian).
3. Докучаев В.В. К учению о зонах природы. Горизонтальная и вертикальная почвенные зоны. [Электронный ресурс]. URL: http://bookre.org/reader?file=489307 (дата обращения: 12.06.2019).
Dokuchaev V.V. The teaching about the zones of nature. Horizontal and vertical soil zones. [Electronic resource]. URL: http://bookre.org/reader?file=489307 (date of access: 12.06.2019) (in Russian).
4. Сискевич Ю.И., Никоноренков В.А., Долгих О.В., Ахтырцев А.Б., Сушков В.Д. Почвы Липецкой области. Липецк: Позитив Л, 2018. 209 с.
Liskevich Y.I., Nikonorenkov V.A., Dolgikh O.V., Akhtyrtsev A.B., Sushkov V.D. The soils of the Lipetsk region. Lipetsk: Positive L, 2018. 209 p. (in Russian).
5. Единая федеральная информационная система земель сельхозназначения. [Электронный ресурс]. URL: http://efis.mcx.ru/efis (дата обращения: 11.01.2019).
Unified Federal information system of agricultural land. [Electronic resource]. URL: http://efis.mcx.ru/efis (date of access: 11.01.2019) (in Russian).

В конце XX в. человечество осознало ограниченность ресурсов Земли, международное сообщество выбрало в качестве стратегии дальнейшего существования «устойчивое развитие». Этот путь предполагает удовлетворение потребностей настоящего времени, не ставя под угрозу обеспеченность будущих поколений ресурсами необходимыми для жизни [1]. Почвы – это фундамент, обеспечивающий продовольственную безопасность, поэтому важность контроля и поддержания хорошего состояния почвенного покрова несомненна. Сохранение качества почвенного покрова – это одна из приоритетных целей устойчивого развития и одно из обязательных условий дальнейшего выживания человечества.

Серьезная заинтересованность науки в понимании механизмов возникновения и развития почв возникла в 70-е гг. XIX в., уже тогда начали отмечать первые признаки снижения плодородия. Основоположник почвоведения В.В. Докучаев писал: «Почвы и грунты есть зеркало и вполне правдивое отражение, результат векового взаимодействия между водой, воздухом, землей, с одной стороны, растительностью и животными организмами и возрастом страны – с другой» [2]. На протяжении всего XX века на почвы помимо природных активно влияли другие факторы: интенсификация сельского хозяйства, промышленность, коммунальное хозяйство и транспорт. В данной работе будет оцениваться изменение состояния почвенных ресурсов черноземно-степной зоны, на примере Липецкой области для последующего анализа устойчивости развития данного региона.

Липецкая область является одним из староосвоенных регионов России, с преобладанием промышленности и сельского хозяйства в структуре ВВП – 55,5 % (2017 г.). В настоящий момент отмечается рост доли сельского хозяйства в структуре ВВП области с 7,1 % в 2005 г. до 12,5 % – 2017 г., что не может не сказаться на состоянии почвенного покрова [3].

При этом регион обладает выдающимся почвенным богатством и разнообразием: 82 % площади занимают черноземы степные и их гидроморфные аналоги, 11,3 % – лесостепные серые лесные, 1,1 % – пойменные почвы, и только 1 % – пески и песчаные почвы, 4 % – почвы балочных склонов. Земли сельскохозяйственного назначения составляют 80 % области [4]. Необходимость сохранения качества почвенного покрова в данном регионе делает необходимым постоянный контроль за его состоянием.

Цель исследования: выявление и оценка степени изменения состояния почв Липецкой области под действием растущей антропогенной нагрузки по материалам агрохимического обследования и историческим данным о состоянии почв.

Материалы и методы исследования

В данной работе проводится исследование при помощи геоинформационных методов изменения состояния почв Липецкой области по ряду агрохимических показателей: кислотность (pHKCl), содержание в пахотном горизонте органического вещества, подвижных фосфора и калия, а также загрязнение радиоактивным изотопом цезия Cs-137.

В качестве исторических данных о состоянии почв области нами использовались карты-схемы, отражающие состояние пашни на 01.01.2006 из монографии «Почвы Липецкой области». Схемы, иллюстрирующие кислотность (pHKCl), содержание в пахотном горизонте органического вещества, подвижных фосфора и калия, а также загрязнение Cs-137, не имеют масштабной линейки, их масштаб, определенный по расстоянию между населенными пунктами, примерно соответствует 1:1000000.

Состояние пашни отображается на схемах цветовыми шкалами с градациями. Обеспеченность почв гумусом на территории Липецкой области подразделяется на три градации: низкая (2,1–4,0 %) занимала по состоянию на 2006 г. 9 % от площади пашни, средняя (4,1–6,0 %) – 52 %, повышенная (6,1–8,0 %) – 39 % по состоянию на 01.01.2016. По степени кислотности почв пашню Липецкой области делят на три группы: близкая к нейтральной (pH 5,6–6,8) – 35 % площади пашни, слабокислая (pH 5,1–5,5) – 45 % и среднекислая (pH 4,6-5,0) – 20 %. Средневзвешенное значение фосфора в пахотных почвах области на 01.01.2006 г. составляло 99 мг/кг, территория пашни со средней обеспеченностью фосфором составила 40 % площади пашни, с повышенной – 20 %, с высокой – 20 %, и на 20 % площади пашни отмечался дефицит этого элемента. Обеспеченность пахотных почв Липецкой области подвижным калием в 2006 г. подразделялась на высокую, занимающую 25 % площади пашни, повышенную и среднюю в сумме составивших – 74 %, низкую – 1 % от площади пашни [4].

Для моделирования текущего состояния почвенного покрова Липецкой области использовалась информация по контурам сельскохозяйственных угодий из «Единой федеральной информационной системы земель сельхозназначения» относящаяся к 11-му туру агрохимического обследования почв (2014–2017 гг.) [5]. Данные по агрохимического обследования покрывают Липецкую область не полностью: в доступном покрытии полностью представлены Краснинский, Елецкий, Долгоруковский и Задонский, остальные районы покрыты данными частично, полностью отсутствуют данные на Данковский и Грязинский районы (рис. 1). Для сравнения столь различных источников была разработана методика, основанная на объединении данных из двух источников с помощью использования регулярной сетки квадратов-кластеров с площадью 1 км2. Реализация методики состоит из трех этапов:

1. Этап подготовки данных к обработке.

2. Анализ данных по состоянию почвенного покрова по отдельным элементам.

3. Комплексный анализ состояния почвенного покрова.

Этап подготовки данных состоит из комплекса работ по занесению информации из используемых источников в кластеры для дальнейшего анализа. Подготовка исторических данных заключалась в геопространственной привязке (по населенным пунктам и устьям рек) и векторизации карт-схем в программе ArcGIS. Результаты векторизации были перенесены на сеть кластеров в виде классов.

Данные агрохимического обследования были переведены в растровое покрытие с разрешением 30 м и с помощью инструмента извлечения значений растра в таблицу, по векторной сети получены значения показателей. Нами не использовались инструменты интерполяции модуля ArcGIS Geostatistical Analyst, так как в дальнейшем планируется исследование взаимосвязей между агрохимическими показателями, рельефом и другими свойствами ландшафта. Последующая обработка полученных таблиц производилась с помощью скриптов на языке Python 3, в результате которой получено медианное значение показателя для каждого кластера. Результат был экспортирован в xls., объединен с вектором кластеров и разделен на градации (табл. 1). Кластерам с историческими данными также присвоены классы в соответствии с их значениями.

Для оценки состояния почв по пяти показателям из современного значения класса (Cсов) вычитается историческое значение (Сист) и получаем индекс изменений показателей (Iизм).

Iизм = Cсов – Cист.

В результате получены значения индекса изменений, позволяющие оценить степень изменений для пяти показателей. Выделены следующие градации изменений состояния: катастрофическое снижение качества, сильное снижение качества, умеренное снижение качества, незначительное снижение качества, качественные изменения отсутствуют, незначительный рост качества, умеренный рост качества, резко выраженный рост качества (табл. 2).

galag1.tif

Рис. 1. Доступные данные агрохимического обследования, характеризующие современное состояние почв. 1 – Воловский район; 2 – Грязинский район; 3 – город Грязи; 4 – Данковский район; 5 – город Данков; 6 – Добринский район; 7 – Добровский район; 8 – Долгоруковский район; 9 – Елецкий район; 10 – Задонский район; 11 – Измалковский район; 12 – Краснинский район; 13 – Лебедянский район; 14 – Лев-Толстовский район; 15 – Липецкий район; 16 – Становлянский район; 17 – Тербунский район; 18 – Усманский район; 19 – Хлевенский район; 20 – Чаплыгинский район; 21 – город Липецк; 22 – город Елец

Таблица 1

Градации значений классов для медианных значений показателей

Классы

Наименование показателя

Гумус

pHKCl

Pподв

Kподв

Cs-137

1

<2,1

<4,1

<20

<20

< 1 Ku/m2

2

2,1–4,0

4,1–4,5

21–50

21–40

>1 Ku/m2

3

4,1–6,0

4,6–5,0

51–100

41–80

 

4

6,1–8,0

5,1–5,5

101–150

81–120

 

5

8,1–10,0

5,6–6,0

151–200

121–180

 

6

>10,1

>6,0

>201

>181

 

 

Таблица 2

Значения индекса изменений показателей

Значение

Наименование показателя

Гумус

pHKCl

Pподв

Kподв

Катастрофическое снижение качества

*

–4

*

–4

Сильное снижение качества

–3

–3

–3

–3

Умеренное снижение качества

–2

–2

–2

–2

Незначительное снижение качества

–1

–1

–1

–1

Качественные изменения отсутствуют

0

0

0

0

Незначительный рост качества

1

1

1

1

Умеренный рост качества

2

2

2

2

Резко выраженный рост качества

*

3

3

3

Снижение радиоактивного загрязнения

Значение

Cs–137

* – значения отсутствуют

Значительное снижение загрязнения

–2

Незначительное снижение загрязнения

–1

Качественные изменения отсутствуют

0

Загрязнение сохранилось

1

 

Таблица 3

Количество кластеров, характеризующих изменения в состоянии почв

Значение

Наименование показателя

Гумус

pHKCl

Pподв

Kподв

Катастрофическое снижение качества

*

6

*

1

Сильное снижение качества

7

85

11

17

Умеренное снижение качества

2035

597

428

1302

Незначительное снижение качества

8451

3959

2979

3964

Качественные изменения отсутствуют

2898

6172

6525

4271

Незначительный рост качества

17

2243

2489

2973

Умеренный рост качества

3

337

731

829

Резко выраженный рост качества

*

18

254

59

Всего

13411

13417

13417

13416

Снижение радиоактивного загрязнения

Значение

Cs-137

* – значения отсутствуют

Значительное снижение загрязнения

50

Незначительное снижение загрязнения

1885

Качественные изменения отсутствуют

11479

Загрязнение сохранилось

2

Всего

13416

 

Общее количество 24540 кластеров, из которых не имеют на своей территории сельскохозяйственных земель 2092. Данные агрохимического обследования доступны на 13411–13417 кластеров, что позволяет оценить изменения состояния территории по основным агрохимическим показателям 60 % территории Липецкой области. Для каждого показателя посчитано количество кластеров для каждой из градаций (табл. 3).

Наибольшие негативные изменения коснулись содержания в почвах гумуса, калия и кислотности, значительная территория претерпевает снижение содержания в почвах питательных элементов. Но есть положительные изменения в содержании в почве калия и фосфора, а также снижении радиоактивного загрязнения Cs-137.

Для комплексной оценки территории по вышеперечисленным показателям рассчитываем комплексный индекс изменений (Iизм.ком), складывая Iизм по гумусу, кислотности, калию и фосфору, вычитаем индекс изменений по цезию.

Iизм.ком. = Iизм.гум. + Iизм.pH + Iизм.P + Iизм.K – Iизм.Cs.

Весь диапазон значений Iизм.ком от –8 до 7 ранжирован на 5 градаций: значительные негативные изменения, незначительные негативные изменения, отсутствие изменений, незначительные позитивные изменения, значительные позитивные изменения (табл. 4).

Таблица 4

Градации значений комплексного индекса изменений состояния почв

Значение

Диапазон комплексного индекса изменений

Значительные негативные изменения

–8 до –5

Незначительные негативные изменения

–4 до –2

Отсутствие изменений

–1 до 1

Незначительные позитивные изменения

2 до 4

Значительные позитивные изменения

5 до 7

 

Результаты исследования и их обсуждение

Негативным изменениям разной степени подвержены почвы всех районов, на территорию которых имеются данные агрохимического обследования за 2014–2017 г. Негативные изменения наиболее распространены в Липецком, Добровском, Задонском и Тербунском районах (рис. 2).

galag2.tif

Рис. 2. Пространственное распределение комплексного индекса изменений. 1 – Воловский район; 2 – Грязинский район; 3 – город Грязи; 4 – Данковский район; 5 – город Данков; 6 – Добринский район; 7 – Добровский район; 8 – Долгоруковский район; 9 – Елецкий район; 10 – Задонский район; 11 – Измалковский район; 12 – Краснинский район; 13 – Лебедянский район; 14 – Лев-Толстовский район; 15 – Липецкий район; 16 – Становлянский район; 17 – Тербунский район; 18 – Усманский район; 19 – Хлевенский район; 20 – Чаплыгинский район; 21 – город Липецк; 22 – город Елец

Заключение

Анализ изменений состояния почв Липецкой области позволяет сделать вывод о значительном снижении загрязнения Cs-137. Пространственное отображение изменений состояния почвенного покрова свидетельствует о незначительной площади сельскохозяйственных угодий, не претерпевших негативных изменений, что свидетельствует о неблагоприятных последствиях интенсификации сельскохозяйственного производства в период с 2005 по 2017 г. Данное обстоятельство свидетельствует о необходимости принятия мер для поддержания плодородия почв Липецкой области для сохранения устойчивости развития территории при дальнейшей интенсификации сельского хозяйства.


Библиографическая ссылка

Галаганова Л.А. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ПОЧВ И ПЕРСПЕКТИВЫ УСТОЙЧИВОГО РАЗВИТИЯ ЛИПЕЦКОЙ ОБЛАСТИ // Успехи современного естествознания. – 2019. – № 7. – С. 71-76;
URL: https://natural-sciences.ru/ru/article/view?id=37162 (дата обращения: 15.10.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074