Формирование устойчивого землепользования на основе мониторинга агроландшафтов (на примере Симферопольского района Республики Крым) тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Закаличная Ольга Владимировна

• Закаличная Ольга Владимировна
• кандидат наук
• 2023

Оглавление диссертации кандидат наук Закаличная Ольга Владимировна

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1 МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ФОРМИРОВАНИЯ

УСТОЙЧИВОГО ЗЕМЛЕПОЛЬЗОВАНИЯ

1.1 Характеристика предметной области и классификация направлений современных исследований в области устойчивого землепользования

1.2 Возникновение, формирование и оценка устойчивости землепользования

1.3 Современное понятие, функции и обустройство агроландшафтов

1.4 Методология мониторинга агроландшафтов для формирования

устойчивого землепользования

Выводы по главе

ГЛАВА 2 МОНИТОРИНГ, ГЕОПРОСТРАНСТВЕННЫЙ АНАЛИЗ И ОЦЕНКА АГРОЛАНДШАФТОВ СИМФЕРОПОЛЬСКОГО РАЙОНА РЕСПУБЛИКИ КРЫМ

2.1 Тенденции использования земельного фонда и мониторинг агроландшафтов Симферопольского района Республики Крым

2.1.1 Анализ динамики структуры земельного фонда

2.1.2 Мониторинг и оценка экологической стабильности территории и неоднородности агроландшафтов

2.2 Мониторинг и оценка физико-географических условий агроландшафтов Симферопольского района Республики Крым

2.2.1 Физико-географические условия и морфометрические характеристики агроландшафтов

2.2.2 Агроэкологическая оценка почвенных ресурсов в агроландшафтах

2.2.3 Оценка потенциальной гидрометеорологической опасности в агроландшафтах

2.3 Мониторинг и оценка состояния агроландшафтов при выращивании сельскохозяйственных культур в Симферопольском районе Республики Крым

2.3.1 Учёт и оценка гидротермических условий агроландшафтов

2.3.2 Оценка вероятности развития водной эрозии в агроландшафтах

2.3.3 Оценка водообеспеченности агроландшафтов

2.3.4 Агроэкологическое моделирование для оптимизации землепользования на основе данных мониторинга агроландшафтов.. 115 Выводы по главе

ГЛАВА 3 ФОРМИРОВАНИЕ УСТОЙЧИВОГО ЗЕМЛЕПОЛЬЗОВАНИЯ НА ЗЕМЛЯХ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО НАЗНАЧЕНИЯ В СИМФЕРОПОЛЬСКОМ РАЙОНЕ

3.1 Оценка формирования устойчивого землепользования на основе моделирования оптимизации землепользования по данным мониторинга агроландшафтов

3.1.1 Оценка природных возможностей формирования устойчивого землепользования по данным мониторинга агроландшафтов

3.1.2 Зонирование агроландшафтов по результатам оценки данных мониторинга природных условий формирования устойчивого землепользования

3.2 Формирование и пространственная организация устойчивого землепользования в сформированных зонах агроландшафтов

3.3 Разработка структуры геоинформационной базы данных для

формирования устойчивого землепользования

Выводы по главе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И ОБОЗНАЧЕНИЙ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

ПРИЛОЖЕНИЕ А Диаграммы трансформации структуры

земельного фонда Симферопольского района Республики Крым

ПРИЛОЖЕНИЕ Б Структура и неоднородность земельного фонда

сельских поселений Симферопольского района Республики Крым

ПРИЛОЖЕНИЕ В Морфометрические характеристики

агроландшафтов Симферопольского района Республики Крым

ПРИЛОЖЕНИЕ Г Климатические показатели, используемые в

расчётах

ПРИЛОЖЕНИЕ Д Динамика урожайности ведущих

сельскохозяйственных культур Симферопольского района

Республики Крым

ПРИЛОЖЕНИЕ Е Содержание структурных элементов информационной среды формирования устойчивого землепользования

ВВЕДЕНИЕ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Формирование устойчивого землепользования на основе мониторинга агроландшафтов (на примере Симферопольского района Республики Крым)»

Актуальность темы.

Устойчивое развитие человечества на современном этапе социально-экономической жизни общества зависит от рационального использования природных ресурсов и, прежде всего, земельных, являющихся основой для функционирования практически всех производств, а также территориальным базисом для размещения и обеспечения жизнедеятельности населения. Имея большую значимость для государства, земельные ресурсы должны использоваться рационально и эффективно, обеспечивая сохранение для будущих поколений их незаменимого свойства - плодородия почв.

Территория Республики Крым характеризуется большим разнообразием природных условий - от засушливых степей до субтропиков, лесостепей и лесов до горных плато, которые оказывают влияние на сложившуюся структуру землепользования. Увеличение потока отдыхающих и развитие производительных сил привели к возрастанию интенсивности использования земельных ресурсов. Так за последние 30 лет доля земель сельскохозяйственного назначения в Крыму сократилась на 12,5%, а распаханность территории возросла на 8,94%. Такая тенденция характерна для всех муниципальных образований Крыма, но наиболее явно прослеживается в Симферопольском районе, который характеризуется активной урбанизацией.

Дальнейшее социально-экономическое развитие района предполагает наращивание объёмов производства сельскохозяйственной продукции при сохранении окружающей природной среды. Поэтому актуальной задачей в сфере землепользования является организация использования земельных ресурсов с учётом региональных природно-хозяйственных условий выращивания сельскохозяйственных культур, направленная на достижение баланса между возрастающими потребностями общества и сохранением уникальных крымских экосистем. Достичь поставленных целей можно путём формирования устойчивого землепользования.

Формирование устойчивого землепользования должно основываться на максимально возможной степени адаптации сельскохозяйственного производства к почвенным, ландшафтным, природно-климатическим, пространственно-территориальным условиям использования земельных ресурсов, центральным звеном в которых является агроландшафт.

В связи с этим возникает необходимость анализа и оценки сложившейся системы использования земель сельскохозяйственного назначения. Объективность и актуальность данных призван обеспечивать государственный мониторинг земель сельскохозяйственного назначения, который является информационной базой для формирования устойчивого землепользования. Для использования такой информации необходимо её структурирование в базах данных с применением геоинформационных технологий.

Формирование устойчивого землепользования на основе мониторинга агроландшафтов особенно актуально для территории Симферопольского района Республики Крым, где имеют место парцелляция земель, изменения качественного состояния почв, сельскохозяйственных угодий и климатических условий, наличие неиспользуемых земель, а также нестабильная водообеспеченность. Решению этих вопросов и посвящено данное диссертационное исследование.

Диссертационная работа выполнена в рамках тематики научных исследований кафедры землеустройства и кадастра «Совершенствование использования земельного фонда Республики Крым» (№115121010089) и «Разработка и совершенствование системы формирования рационального использования земель на основе современных технологий» (№121050400030-8).

Степень разработанности темы исследования.

Значительный вклад в развитие теории и практики устойчивого развития сельского хозяйства России, формирования устойчивого и рационального использования земель сельскохозяйственного назначения на основе применения методов оценки и зонирования земель, мониторинга агроландшафтов внесли ведущие российские и зарубежные учёные:

А.А. Варламов (2018), В.В. Вершинин (2022), С.Н. Волков (2018, 2019), С.А. Гальченко (2018), И.В. Замотаев (2018), Т.В. Илюшина (2021), П.В. Клюшин (2017, 2019, 2020), В.В. Косинский (2017), П.П. Лепехин (2021), Ф.Н. Лисецкий (2022), А.В. Лошаков (2017, 2021), Т.Г. Лукьянова (2019), А.Ю. Мельничук (2021), А.А. Мурашева (2016, 2019, 2022), Д.В. Новиков (2021), Т.В. Папаскири (2018, 2022), А.П. Сизов (2019, 2021), В.А. Тарбаев (2016, 2020), В.Н. Хлыстун (2018, 2022), Е.В. Черкашина (2018, 2022), Д.А. Шаповалов (2018, 2019, 2022), В.А. Широкова (2019); A. Feher (2012), X. Hualin (2020), H. Hurni (2014), H. Liniger (2014), G. Schwilch (2014), M. Wander (2012) и другие.

Цель и задачи исследования - формирование устойчивого землепользования на интенсивно осваиваемых землях сельскохозяйственного назначения на основе использования актуальных данных мониторинга агроландшафтов, полученных путем совершенствования их сбора, анализа и обработки с применением ГИС-технологий и ДЗЗ. В соответствии с целью работы поставлены и решены следующие задачи исследования:

1) проанализировать теоретические и методологические положения устойчивого землепользования в агроландшафтах, выявить проблемы и предложить пути их решения;

2) выполнить анализ физико-географических условий Симферопольского района Республики Крым и оценку состояния земель сельскохозяйственного назначения;

3) выявить факторы, оказывающие влияние на состояние земель сельскохозяйственного назначения и разработать систему показателей мониторинга агроландшафтов;

4) выполнить оценку природно-хозяйственных условий выращивания сельскохозяйственных культур в Симферопольском районе Республики Крым с использованием установленных репрезентативных показателей мониторинга агроландшафтов;

5) выполнить зонирование территории Симферопольского района по пригодности к использованию земель в сельском хозяйстве на основе результатов оценки природно-хозяйственных условий агроландшафтов;

6) выполнить моделирование пригодности земель в установленных зонах для использования земель в сельском хозяйстве Симферопольского района Республики Крым;

7) разработать методику формирования устойчивого землепользования на основе полученных моделей;

8) выполнить формирование землепользования на землях сельскохозяйственного назначения Симферопольского района Республики Крым на основе разработанной методики;

9) разработать предложения по содержанию районной информационно-аналитической системы формирования устойчивого землепользования.

Объект исследования - агроландшафты, используемые для выращивания сельскохозяйственных культур.

Предмет исследования - факторы, оказывающие влияние на состояние земель сельскохозяйственного назначения, показатели мониторинга агроландшафтов, зависимости между факторами и показателями для установления наиболее репрезентативных и применения их для проведения оценки состояния земель.

Область исследования соответствует пункту паспорта специальности 1.6.15. (25.00.26) - Землеустройство, кадастр и мониторинг земель (географические науки): 13. Оптимизация структуры ландшафтного земледелия в проектах землеустройства на ландшафтной основе. 14. Устойчивость агроэкосистем (создание природоохранной системы в виде заповедных, водоохранных, рекреационных и санитарно-гигиенических зон наряду с полезащитными лесонасаждениями, экологически обоснованными мелиорациями земель и т.д.). 17. Формирование высокопродуктивных и экологически устойчивых агроландшафтов и совершенствование систем

земледелия на ландшафтной основе. 24. Обоснование системы контролируемых показателей слежения за состоянием земель.

Научная новизна исследования заключается: 1) в обосновании теоретических положений решения научной проблемы обеспечения формирования землепользования с использованием актуальных данных мониторинга агроландшафтов, полученными на основе совершенствования их сбора, анализа и обработки с применением геоинформационных технологий, и материалов дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ). Предложена блок-схема основных положений методики формирования устойчивого землепользования в агроландшафтах на основе использования актуализированных данных мониторинга, включающих региональные особенности и природно-хозяйственные факторы, оказывающие наибольшее влияние на состояние земель сельскохозяйственного назначения; 2) в разработке системы показателей мониторинга агроландшафтов на основе выявленных факторов, оказывающих наибольшее влияние на состояние земель сельскохозяйственного назначения для их применения при оценке земель с помощью программных продуктов ESRI ArcMap 9.3, QGIS, SAS.Планета, MS Excel, к наиболее информативным показателям отнесены морфометрические, климатические, агроклиматические, почвенные и структурные; 3) в проведении оценки и разработке картосхем зонирования территории Симферопольского района по пригодности для использования в сельском хозяйстве, выполненных с использованием установленных природно-хозяйственных условий и разработанной системы показателей мониторинга; 4) в разработке модели пригодности земель в установленных зонах для выращивания сельскохозяйственных культур в агроландшафтах Симферопольского района Республики Крым с выделением наиболее пригодных, пригодных, ограниченно пригодных, малопригодных и непригодных зон; 5) в разработке предложений по использованию земель сельскохозяйственного назначения, обеспечивающих устойчивое землепользование в Симферопольском районе, включающих распределение

угодий для выращивания плодовых культур или винограда (11,67%); выращивания зерновых культур в полевых (31,67%), кормовых (17,72%) и почвозащитных севооборотах (16,03%); выращивания эфиромасличных и лекарственных культур в выводных полях севооборотов (15,09%); организации пастбище- и сенокосооборотов (2,96%); залужения и развития объектов инфраструктуры агропромышленного комплекса (4,87%); 6) в разработке предложений по содержанию районной информационно-аналитической системы формирования устойчивого землепользования, основанной на Региональной геоинформационной системе Республики Крым и дополненной районными базами данных, включающими установленные показатели мониторинга агроландшафтов.

Теоретическая и практическая значимость работы. Теоретическая значимость заключается в обосновании путей достижения устойчивого землепользования, основанных на зонировании агроландшафтов по пригодности для выращивания ведущих сельскохозяйственных культур и пространственной организации устойчивого землепользования; разработке структуры районной информационно-аналитической системы устойчивого землепользования (далее -ИАСУЗ), отражающей комплексный подход к использованию земель с учётом региональных особенностей. Полученные результаты могут быть использованы в практической деятельности региональных органов государственной власти и местного самоуправления, хозяйствующих субъектов, инвесторов, проектных организаций при подготовке и принятии оптимальных управленческих решений по рациональному использованию земельных ресурсов в неоднородных природно-климатических условиях (обосновании стратегий и планов развития агропромышленного комплекса, схем территориального планирования и проектов внутрихозяйственного землеустройства, разработке аграрных инвестиционных проектов бизнес-планов и др.).

Методология и методы исследования. Методологическую основу исследования составляют научные разработки российских учёных в области агроэкологической оценки земель, эколого-ландшафтного и адаптивно-

ландшафтного землеустройства, а также экологические законы, правила и принципы использования земель. В диссертации использованы методы: абстрактно-логический, статистический, сравнительного и системного анализа, картографический, географического районирования, дистанционного мониторинга, геоинформационного моделирования и прогнозирования.

Положения, выносимые на защиту:

1. Система показателей мониторинга агроландшафтов, разработанная на основе анализа установленных факторов, оказывающих наибольшее влияние на состояние земель.

2. Моделирование и методика формирования устойчивого землепользования в агроландшафтах на основе применения разработанной системы показателей.

3. Рекомендации по формированию устойчивого землепользования с учётом региональных особенностей на основе применения разработанной методики на примере Симферопольского района.

4. Предложения по формированию районной информационно-аналитической системы устойчивого землепользования.

Степень достоверности основана на анализе нормативно-правовых документов Российской Федерации, Республики Крым и Симферопольского района; результатов ранее опубликованных исследований в областях мониторинга агроландшафтов и устойчивого землепользования; статистических данных, полученных в «Управлении Федеральной службы государственной статистики по Республике Крым и г. Севастополю» и «Государственном комитете по государственной регистрации и кадастру Республики Крым»; фондовых и архивных материалов Администрации Симферопольского района Республики Крым, государственного бюджетного учреждения Республики Крым «Салгирское межрайонное управление водного хозяйства», государственного бюджетного учреждения Республики Крым «Центр землеустройства и кадастровой оценки», общества с ограниченной ответственностью «Проектный институт "Геоплан"».

Картографической основой послужили публичные кадастровые карты, схемы территориального планирования; карты почвенных обследований Крыма и сельскохозяйственных предприятий Симферопольского района; климатические атласы и справочники; спутниковые снимки исследуемой территории (Google Earth, ESRI, Landsat за 2002, 2006, 2010, 2014, 2018, 2020 гг.); матрицы высот спутниковой съёмки (Shuttle radar topographic mission, ASTER Global Digital Elevation Map, Advanced Land Observing Satellite-1 World 3D Topographic data Version 2.1). В процессе выполнения работы использовано следующее программное обеспечение: ESRI ArcMap 9.3, QGIS, SAS.Планета, MS Excel.

Личный вклад автора заключается в постановке и разработке путей выполнения основополагающих задач, решаемых в настоящей работе; ключевой роли на всех этапах исследования и интерпретации полученных результатов; постановке и проведении исследований, непосредственном участии в подготовке публикаций по изучению современного состояния использования земель сельскохозяйственного назначения Симферопольского района Республики Крым; сборе и анализе информации для формирования геоинформационной базы данных.

Апробация результатов исследования. Основные результаты исследований докладывались и обсуждались на международных и всероссийских научно-практических и научно-технических конференциях: «Управление объектами недвижимости и развитием территорий» (г. Саратов, 2017); «Агробиологические основы адаптивно-ландшафтного ведения сельскохозяйственного производства» (г. Симферополь, 2018); «Правовые, экономические и экологические аспекты рационального использования земельных ресурсов» (г. Саратов, 2018, 2021); «Тенденции, направления и перспективы развития экономических отношений в современных условиях хозяйствования» (г. Симферополь, 2018, 2019); «Экологическая, промышленная и энергетическая безопасность - 2019» (г. Севастополь, 2019); «Инженерные технологии для устойчивого развития и интеграции науки, производства и

образования» (г. Тамбов, 2019); «Дни науки КФУ имени В.И. Вернадского» (г. Симферополь, 2019); «Экология и мелиорация агроландшафтов: перспективы и достижения молодых учёных» (г. Волгоград, 2019); «Кадастр недвижимости и мониторинг природных ресурсов» (г. Тула, 2020); «Приоритеты развития АПК в условиях цифровизации и структурных изменений национальной экономики» (г. Санкт-Петербург, 2021).

Публикации по теме диссертации. Основные положения диссертации опубликованы в 17 научных работах, из них 4 статьи в изданиях, рекомендованных Высшей аттестационной комиссией при Министерстве науки и высшего образования Российской Федерации, 1 статья, входящая в базу цитирования Scopus.

Структура и объём работы. Работа состоит из введения, трёх глав, заключения, списка использованных источников; изложена на 194 страницах текста компьютерного набора, содержит 71 иллюстрацию, 30 таблиц, список литературных источников из 199 наименований, в том числе 28 на иностранном языке. Приложения представлены на 11 страницах.

ГЛАВА 1 МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ФОРМИРОВАНИЯ УСТОЙЧИВОГО ЗЕМЛЕПОЛЬЗОВАНИЯ

1.1 Характеристика предметной области и классификация направлений современных исследований в области устойчивого землепользования

Возрастающие темпы экономического развития зачастую приводят к истощению и деградации природных ресурсов. С целью недопущения необратимых последствий в системе природопользования Генеральной ассамблеей ООН поставлены 17 целей устойчивого развития. Одним из определяющих условий достижения устойчивого развития человечества является рациональное, экономически выгодное и экологически безопасное использование земельных ресурсов, позволяющее решить проблему продовольственной безопасности и обеспечить пространственное размещение объектов производства для растущей численности населения. Современный уровень активно прогрессирующей эксплуатации земельных ресурсов в сельскохозяйственном производстве достигает предела, за которым наступает деградация в результате природного и антропогенного воздействий.

На современном этапе устойчивого развития человечества, вопросы формирования устойчивых природно-антропогенных систем следует решать с учётом сложившихся условий. Поэтому «для достижения устойчивого развития необходимо формирование отдельных устойчивых систем, в том числе и устойчивого землепользования» [98]. «Основной задачей формирования устойчивого землепользования является повышение эффективности использования земельных ресурсов» при обеспечении адаптации сельского хозяйства к местным условиям, предотвращая негативные последствия исторически сложившейся системы землепользования [57].

Современные исследования, проводимые в области устойчивого землепользования ориентированы на:

- дополнительное осмысление содержания понятия «устойчивое землепользование», введение новых составляющих и аспектов устойчивости [27, 47, 80, 85, 90, 164];

- необходимость качественного информационного обеспечения органов управления земельными ресурсами для перехода к устойчивому землепользованию [27];

- необходимость учёта региональных особенностей при переходе к устойчивому землепользованию [47, 153];

- формулировку признаков и критериев устойчивого землепользования путём поиска и анализа применимости различных показателей, а также разработку конкретных инструментов измерения устойчивости [85, 95, 153, 159];

- разработку комплекса мероприятий для повышения устойчивости землепользования [27].

При определении критериев устойчивости землепользования используются два подхода: с помощью существующих показателей и сконструированных критериев. Так, следует использовать систему показателей, сформированных на основе:

- набора индикаторов, отражающих состояние экономической, экологической и социальной компонентов развития;

- пригодности для практического использования и интерпретации;

- методической простоты [80].

Формирование устойчивого землепользования в научных источниках рассматривается в таких аспектах:

- научно-теоретическом (разработка понятийного аппарата, критериев и показателей устойчивости, принципов формирования и алгоритмов достижения устойчивого землепользования [27, 164]);

- нормативно-правовом (координацию деятельности властных структур, по которым рассредоточены функции, полномочия и ответственность в сфере управления земельными ресурсами) [27];

- практическом (отражается в землеустроительных документах, которые разрабатываются с целью «обеспечения рационального использования земель и их охраны, создания благоприятной окружающей среды и улучшения ландшафтов» [8]).

Применительно к системе землепользования А.А. Варламов и С.А. Гальченко выделяют следующие виды устойчивости: экономическую, пространственно-территориальную, правовую, экологическую и социальную [27] (рис. 1).

Рисунок 1 - Виды устойчивости системы землепользования (составлено по [27])

В динамично развивающихся регионах, в которых имеет место увеличение антропогенной нагрузки на территорию, первоочередной целью устойчивого землепользования должно быть обеспечение продовольственной безопасности при сохранении потенциала агроландшафтов к самовосстановлению. Поэтому представляется целесообразным разрабатывать и внедрять новые подходы к организации и устройству территорий, центральным звеном в которых является агроландшафт [17, 90, 94, 124].

Формировать устойчивое землепользование следует с помощью землеустроительных мероприятий: разработки «проектов организации рационального использования и охраны земель сельскохозяйственных предприятий на эколого-ландшафтной основе» в совокупности с адаптивно-ландшафтными системами земледелия, на основе территориальной организации в проектах внутрихозяйственного землеустройства [80]. Для

перехода к устойчивому землепользованию необходима всесторонняя поддержка государства. Это, несомненно, позволит решить ряд вопросов формирования и достижения устойчивого землепользования, а также усилит роль землеустройства.

1.2 Возникновение, формирование и оценка устойчивости

землепользования

Понятие «устойчивость» в различных отраслях науки имеет свои смысловые оттенки. В физико-математических науках термин «устойчивость» рассматривается как способность системы сохранять текущее состояние (при движении); в естественных - как способность системы к сохранению и восстановлению структуры и функций при внешних воздействиях; в социально-экономических - как способность системы сохранять равновесие, стабильно функционировать в долгосрочной перспективе и развиваться в условиях меняющейся внешней и внутренней среды [84, 91]. Концепция устойчивости наиболее основательно проработана в математике и известна как Теория устойчивости А.М. Ляпунова. В обобщённом смысле под устойчивостью понимают свойство систем сохраняться по признакам после изменений, вызванных определёнными факторами [84].

Концептуальные основы термина «устойчивость» в природных системах заложены в научных работах В.В. Докучаева [46], А.А. Измаильского [69], В.И. Вернадского [30], посвящённых ноосфере как столкновению механизмов саморегуляции природных систем и растущего антропогенного воздействия технически вооружённой цивилизацией. Под антропогенным воздействием понимается целенаправленная деятельность человека, связанная с реализацией продовольственных, экономических, социальных и культурных потребностей, изменяющая окружающую природную среду [135].

Необходимость переориентации хозяйственной деятельности стран с постсоветской системой хозяйствования с пути покорения природы на путь

сотрудничества с ней обосновывается в работах С.Н. Волкова, В.И. Кирюшина, Н.В. Комова, М.И. Лопырева, А.С. Чешева и других учёных [32, 75, 81, 90, 134]. Всё чаще заявляется о необходимости сохранения биологического и ландшафтного разнообразия как гаранта устойчивого развития.

Учитывая, что все природные системы подвергаются антропогенному воздействию, случайному или преднамеренному, мировая практика и наука используют концепцию «устойчивого развития» (англ. - «sustainable development») для описания сложных наборов целей, видов деятельности и поведения человечества в отношении окружающей среды. Истоки понятия «устойчивое развитие» связаны с пониманием необходимости изменений в жизни общества из-за ограниченности природных ресурсов и важности осознанного производства и потребления. Ссылаясь на В.А. Светлосанова, отметим неоднозначность перевода термина «sustainable development» (от англ. «sustain» - поддерживать, выдерживать, устоять; «development» -развитие), смысл которого сводится к необходимости поддержания современного состояния управленческими методами и приёмами [142].

Как самостоятельный термин «устойчивое развитие» сформировалось в результате обсуждения первого доклада Римскому клубу «Пределы роста» (англ. - «The Limits to Growth», 1972 г.). Доклад основывался на результатах моделирования мирового развития и включал 12 сценариев: пять из них описывали снижение населения из-за избыточного роста потребления, а семь -опирались на повышение экологической, демографической и социальной осознанности человечества [185]. В докладе «Наше общее будущее» (1987 г.) англоязычный термин «sustainable development» трактуется как «устойчивое развитие» и подразумевает «развитие, которое удовлетворяет потребности настоящего времени, но не ставит под угрозу способность будущих поколений удовлетворять свои потребности» [45].

Одним из первых документов международного уровня в области устойчивого развития стала Стокгольмская Декларация Организации

Объединённых Наций (далее - ООН) по вопросам окружающей среды от 16 июня 1972 года [151]. «В двадцати шести принципах Декларации определены общие основы политики относительно охраны окружающей среды, рационального управления природными ресурсами и планирования их использования» [102]. В 1983 году по решению Генеральной Ассамблеи ООН была создана Международная комиссия по окружающей среде и развитию, целью работы которой стал поиск вариантов мирового развития, для принятия консолидированных международных решений и действий.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Закаличная Ольга Владимировна, 2023 год

- —

ъ: п — —1—|-

— 1

и CU CLI О) (U О)

о о о о о о

и и и и и и

о о о о о о

я о

S 2

Я о гМ П

я о к

Он

ч о

щ О

о о и и о о

Я

I) и cz

Ч §

и

о 2

U W

Ч Q

и и

о о

§ 'I

8 О

У CQ

О Q

О "

X с

(D §

о я о

Он

и

С с

V V

Я Q

и и

о о

я я

о о

И сг

Он

о

w_

ч: я Е-1 3" w

Рн U

CD 0)

Q 9 и и о о я

0

1

Он

я о и

о S

ts

□ перевод угодий из менее интенсивных в более интенсивные, из одного вида в другой

□ преобразование угодий в связи с размещением объектов и сооружений, имеющих почвозащитное и природоохранное назначение, производственных дорог, мелиоративных объектов и т. д.

сельские поселения

Рисунок 7 - Распределение площадей сельскохозяйственных угодий, трансформированных из многолетних насаждений (составлено по [19, 100])

На преобразование угодий в связи с размещением объектов и сооружений, имеющих почвозащитное и природоохранное назначение, производственных дорог, мелиоративных объектов приходится 3,0% трансформированных площадей многолетних насаждений. Сокращение площадей многолетних насаждений с 1990 года на территории Симферопольского района обусловлено активизацией процесса выделения земель под застройку.

Необходимо подчеркнуть, что Стратегией социально-экономического развития Симферопольского района предусматривается «...наращивание экологически безопасного сельскохозяйственного производства с максимально эффективным использованием биоклиматического потенциала региона» [12]. Этот факт обусловливает необходимость изучения состояния земель сельскохозяйственного назначения и агроландшафтов.

Земельный кодекс Российской Федерации признаёт землями сельскохозяйственного назначения «.земли, находящиеся за границами населённого пункта и предоставленные для нужд сельского хозяйства, а также предназначенные для этих целей» [1]. В составе земель сельскохозяйственного

назначения выделяются «...сельскохозяйственные угодья, земли, занятые внутрихозяйственными дорогами, коммуникациями, мелиоративными защитными лесными насаждениями, водными объектами (используемыми для целей осуществления прудовой аквакультуры), а также зданиями, сооружениями, используемыми для производства, хранения и первичной переработки сельскохозяйственной продукции» [1].

Исходя из вышеприведённой терминологии, в дальнейшем, под агроландшафтом нами понимается преобразованный природный ландшафт, непосредственно используемый в сельскохозяйственном производстве. В структуре агроландшафтов С.В. Будник выделяет агроценозы и биоценозы [26]; М.И. Лопырев - естественную и хозяйственную части агроландшафта [90]. Неоднозначность подходов привела к необходимости авторского понимания структуры агроландшафтов применительно к системе землепользования. В структуре агроландшафтов Симферопольского района нами выделены природная подсистема (агроценоз, биоценоз) и производственно-социальные объекты [56], необходимые для производства, хранения и первичной переработки сельскохозяйственной продукции (рис. 8).

Рисунок 8 - Структура агроландшафта (составлено по [26, 106])

Агроценоз в словаре Н.Ф. Реймерса определяется как «.созданное с целью получения сельскохозяйственной продукции и регулярно

поддерживаемое человеком биотическое сообщество, обладающее малой экологической надёжностью, но высокой урожайностью одного или нескольких видов растений или животных» [135]. Агроценозы обладают высокой продуктивностью одного или нескольких видов (сортов) растений за счёт длительности и интенсивности антропогенной регуляции. В связи с этим нами предлагается выделение однолетних и многолетних агроценозов.

В однолетних агроценозах в результате антропогенной регуляции смена растительности происходит ежегодно; при её отсутствии - агроценозы не сохраняются. К многолетним агроценозам отнесены сады, виноградники, ягодники и угодья, занятые многолетними эфиромасличными культурами. В таких агроценозах после прекращения антропогенной регуляции некоторое время растительность сохраняется, но показатели урожайности ежегодно снижаются, а агроценозы постепенно деградируют.

Стабилизацию антропогенного воздействия в структуре агроландшафта выполняют элементы экологической инфраструктуры - биоценозы. Под биоценозом понимается «.любое сообщество взаимосвязанных организмов, живущих на каком-либо участке суши или водоёма» [135]. К биоценозам отнесены территории с сохранившимися естественными условиями, которые по интенсивности антропогенной регуляции сгруппированы в частично регулируемые (лесные массивы, защитные лесные насаждения, водные объекты) и кратковременно регулируемые (малопреобразованные сельскохозяйственные угодья - залежи, сенокосы, пастбища).

Искусственные (водохранилища, пруды, каналы) и природные (озера, реки, ручьи) водные объекты исследуемого района рассматриваются как многолетние, частично регулируемые биоценозы, по причине невозможности их полноценного функционирования без вмешательства человека. Эти элементы выполняют стабилизирующую роль в агроландшафтах (согласно «Правилу меры преобразования природных систем»).

Основной целью функционирования агроландшафта является обеспечение оптимальных условий для производства сельскохозяйственной

продукции, что невозможно без производственно-социальных объектов, обеспечивающих производство, транспортировку и хранение сельскохозяйственной продукции. Приведённая схема предусматривает возможность объединения элементов агроландшафта для формирования отраслевого сельского хозяйства: полеводство, пчеловодство, садоводство, виноградарство и др.

Из вышеизложенного видно, что агроландшафт имеет сложную структуру, следовательно, для формирования устойчивого землепользования важно использовать не только показатели мониторинга земель и земель сельскохозяйственного назначения, но и учитывать природно-хозяйственные условия выращивания сельскохозяйственных культур, а также пространственную локализацию существующих элементов организации территории.

2.1.2 Мониторинг и оценка экологической стабильности территории и

неоднородности агроландшафтов

При оценке экологической стабильности территории в землеустройстве используются: коэффициенты экологической стабильности территории, антропогенной нагрузки; индексы экологического разнообразия территории; показатель лесистости территории [64, 94, 190, 176]. В качестве информационной базы при расчёте вышеперечисленных коэффициентов и индексов используются показатели государственного мониторинга земель.

Для получения предварительных данных о тенденциях использования земельного фонда и негативных деградационных процессах, происходящих на территории Симферопольского района выполнен анализ данных дистанционного зондирования Земли с применением спутниковых снимков Landsat (разрешение 15-60 м в пикселе). На исследуемой территории обнаружены изменения качественного состояния земель в результате действия процессов водной эрозии, зарастания, забрасывания и нарушения земель в результате строительства объектов инфраструктуры (рис. 9).

Рисунок 9 - Основные виды деградационных процессов на территории Симферопольского района Республики Крым (25.07.2020 г.): а - водная эрозия; б - зарастание сорными растениями; в - забрасывание; г -

нарушение земель

На сильно деградированных землях сельскохозяйственного назначения Симферопольского района были построены и введены в эксплуатацию в 2012 г. две гелиоэлектростанции на территориях Николаевского и Перовского сельских поселений (рис. 10).

Рисунок 10 - Увеличение площади земель электроэнергетики на территории Перовского сельского поселения Симферопольского района Республики Крым: а - 2002 г.; б - 2020 г.

Перевод сельскохозяйственных угодий в земли транспорта наблюдался на территориях, близко расположенных по отношению к г. Симферополю (рис. 11).

Рисунок 11 - Увеличение площади объектов транспортной инфраструктуры на территории Молодёжненского сельского поселения Симферопольского района Республики Крым: а - 2002 г.; б - 2020 г.

Увеличение площади земель населённых пунктов за период с 2002 по 2020 гг. характерно для Мирновского сельского поселения (рис. 12), также близко расположенного по отношению к г. Симферополю.

Рисунок 12 - Увеличение площади застроенных земель на территории Мирновского сельского поселения: а - 2002 г.; б - 2020 г.

Существенные изменения претерпели также орошаемые угодья (пашня), которые в передовых сельскохозяйственных предприятиях были трансформированы в многолетние насаждения (рис. 13).

Рисунок 13 - Трансформация орошаемой пашни в многолетние насаждения на территории Гвардейского сельского поселения: а - 2002 г.; б - 2021 г.

На основе анализа данных дистанционного зондирования Земли определено, что наиболее существенные изменения, связанные с увеличением площадей земель населённых пунктов, земель промышленности, энергетики, транспорта, связи, радиовещания, телевидения, информатики, земель для обеспечения космической деятельности, земли обороны, безопасности и земель иного специального назначения в Симферопольском районе происходили в период с 2016 по 2020 гг. Тенденции землепользования, выявленные в ходе анализа данных дистанционного зондирования Земли, позволяют обозначить приоритетные направления использования земель на территории Симферопольского района Республики Крым: развитие транспортной инфраструктуры; активизация жилищного строительства; размещение объектов электроэнергетики; закладка многолетних насаждений (садов и виноградников), а также классифицировать факторы, оказывающие влияние на состояние земель сельскохозяйственного назначения при выращивании сельскохозяйственных культур на объективные и субъективные (рис. 14).

Рисунок 14 - Классификация факторов, оказывающих влияние на состояние земель сельскохозяйственного назначения при выращивании

сельскохозяйственных культур

Объективные факторы не зависят от воли человека и включают морфометрические, климатические, агроклиматические, эдафические, гидрографические условия и природные риски. В отличие от объективных, субъективные факторы зависят от антропогенной деятельности и включают структурные показатели землепользования, элементы организации угодий и севооборотов, применяемые агротехнологии, а также уровень водообеспеченности агроландшафтов. Для оценки структурных показателей землепользования выполнен расчёт динамики показателей сельскохозяйственной освоенности, распаханности территории; доли земель лесного и водного фондов; полезащитной облесённости; антропогенной освоенности и коэффициента экологической стабильности территории [64] (табл. 3).

Таблица 3 - Динамика некоторых структурных показателей землепользования Симферопольского района (составлено по [120, 121, 152])

Год Отклонение

Показатель 2002 2006 2010 2014 2021 2021(2018)-

(2018) 2002 гг.

Сельскохозяйственная освоенность 73,4 73,4 72,7 72,2 58,3 -15,1

территории, %

Распаханность территории, % 72,1 73,1 73,7 74,0 79,0 +6,9

Доля земель лесного фонда, % 15,9 15,9 15,9 16,0 15,2 -0,7

Доля земель водного фонда, % 0,8 0,8 0,9 0,9 1,1 +0,3

Полезащитная облесённость, % 2,4 2,1 2,1 2,1 1,0 -1,3

Антропогенная освоенность территории, % 77,7 77,7 77,7 77,7 77,9 +0,2

Коэффициент экологической стабильности территории 0,25 0,25 0,24 0,24 0,24 -0,01

В районе складывается неблагоприятная динамика по 3 (кроме показателей сельскохозяйственной освоенности территории и доли земель водного фонда) из 7 рассмотренных показателей, что свидетельствует об экологической нестабильности территории Симферопольского района в целом. Тенденция сокращения площадей лесных и полезащитных насаждений наряду с увеличением распаханности территории носит негативный характер и сказывается на качественных показателях земельных ресурсов [104].

Учитывая, что распределение земельного фонда в структуре муниципальных образований района неравномерно, данные показатели следует рассматривать в разрезе сельских поселений. Для оценки состояния использования земельного фонда по сельским поселениям района выполнен расчёт коэффициента экологической стабильности Кэсл1 по формуле (1), по методике, предложенной Е. Клементовой и В. Гейниге (1995 г.) [94]:

р

Ксл^^, (1)

рдестаб.

где Рстаб., Рдестаб. - площади стабилизирующих и дестабилизирующих угодий. Оценка основана на сопоставлении площадей под стабилизирующими (леса, защитные лесные насаждения, заповедники, естественные водоёмы и болота, кустарники, пастбища, сенокосы, пашня под многолетними культурами) и дестабилизирующими (площади под застройками и домами, карьеры, овраги, пашня под однолетними культурами) угодьями.

Для уточнения результатов расчёты также выполнены по методике, предложенной Э. Гайссе, И. Рыбарски, Ф. Швегла по формуле (2):

К^

Кэсл2--£ р •Кр, (2)

где «К! - коэффициент экологической стабильности угодья ього вида; Pi - площадь угодья ього вида; Кр - коэффициент морфологической стабильности рельефа» [64].

Преимущество использования коэффициентов экологической стабильности и экологического влияния земельных угодий заключается в: простоте расчётов; доступности исходных данных; высоком уровне репрезентативности конечных результатов.

Коэффициенты экологической стабильности угодий приняты для: «...застроенных территорий и дорог (К=0); пашни (К=0,14); виноградников (К^=0,29); лесополос (К=0,38); фруктовых садов, кустарников (^=0,43);

огородов (^=0,50); сенокосов (^=0,62); пастбищ (^=0,68); прудов (Ki=0,79); лесов естественного происхождения (^=1,0). Коэффициент морфологической стабильности рельефа для нестабильных территорий (овраги, оползни, пески) принят равным (Кр=0,7); для остальных территорий (Кр=1,0) » [64]. Авторы рекомендуют интерпретировать результаты следующим образом [64, 94]: при Кэсл2 менее 0,33 территория считается экологически нестабильной; 0,34-0,50 -неустойчиво стабильной; 0,51-0,66 - переходит в градацию средней стабильности; более 0,67 - экологически стабильной (табл. 4).

Таблица 4 - Соотношение градаций устойчивости территории и ландшафта на основе коэффициента экологической стабильности территории (составлено по [64, 94])

Устойчивость территории (по Гайссе) Устойчивость ландшафта

<0,33 экологически нестабильная ландшафт нестабильный

0,34-0,50 неустойчиво стабильная ландшафт мало стабильный

0,51-0,66 средней стабильности ландшафт стабильный

>0,67 экологически стабильная -

Коэффициенты Кэсл1 и Кэсл2 нами представлены в виде генеральной выборки {х1,х2, ...,хп} объёма п=21 (количество сельских поселений кроме Школьненского, в котором отсутствуют земли сельскохозяйственного назначения) [97]. Значения Кэсл1 и Кэсл2 сгруппированы в интервальный вариационный ряд, количество интервалов рассчитано по формуле Стерджесса (3) [35] и округлено до наименьшего (табл. 5):

т=1+3,322- ^(п), (3)

где п - число измерений выборки.

Таблица 5 - Частоты распределения коэффициентов экологической стабильности (Кэсл1 , Кэсл2)

Интервал <0,20 0,21-0,40 0,41-0,60 0,61-0,80 >0,81

Кэсл1 19 1 - - 1

Кэсл2 6 4 8 1 2

Коэффициенты экологической стабильности (табл. Б.1), рассчитанные по методике Е. Клементовой и В. Гейниге, показали, что территории 19 сельских поселений относятся к экологически нестабильным (рис. 15 а). Результаты расчётов, выполненных по методике Э. Гайссе, И. Рыбарски, Ф. Швегла, свидетельствуют о том, что территории 6 сельских поселений являются экологически нестабильными (рис. 15 б).

Рисунок 15 - Пространственный анализ территории Симферопольского района по коэффициенту экологической стабильности: а) Кэсл1 ; б) Кэсл2

Как видно из рисунка 15, наиболее неустойчивы по коэффициенту экологической стабильности территории Николаевского (13), Журавлёвского (3), Широковского (1), Новоандреевского (2), Гвардейского (4) и Укромновского (11) сельских поселений. Для условий Симферопольского района коэффициенты экологической стабильности (Кэсл1 и Кэсл2) требуют уточнения [97]. Для этого выполним расчёт индекса разнообразия (неоднородности) структур земельного фонда, сельскохозяйственных угодий и посевных площадей [24, 161].

Для определения уровня разнообразия нами использован теоретико-информационный подход. В целом существует более 40 индексов, в расчёте которых используется сходная информация, придавая разные значения выравненности и видовому богатству [161]. Все индексы можно условно

разделить по методам расчёта: индексы видового богатства (Менхиника, Маргалефа, Кемптона, Тейлора); индексы, основанные на относительном обилии видов, - индексы неоднородности (Шеннона, Бриллюэна); индексы доминирования (Симпсона, Макинтоша, Бергера-Паркера и др.) [54, 161].

В географических науках для определения индекса разнообразия используется количественный показатель - индекс неоднородности (разнообразия) Шеннона, определяемый как мера информации [161]. Это связано с его чувствительностью к числу категорий и равномерности их распределения. Расчёты выполнены с учётом сведений о площадях земельного фонда, сельскохозяйственных угодий и отдельных культур [97] по формуле (4):

Н|=- ^ р!ппь (4)

где Н - индекс неоднородности (разнообразия) Шеннона; р.=-доля земель (1-й категории, 1-ого угодья, 1-ой культуры); п: - площадь земель (1-й категории, 1-ого угодья, 1-ой культуры) в границах сельского поселения; N - площадь сельского поселения (земель сельскохозяйственного назначения, сельскохозяйственных угодий, посевных площадей).

Для визуализации оценок неоднородности структур выполнена минимаксная нормализация [35], целью которой является перевод показателей в отклонения от заданного наихудшего (минимального) значения [157] по шкале нормировки [0, 1] по формуле (5):

_ (Х:к-Х: . ) _

Х',к=х _х , Хис[0;1], (5)

:тах :тт

где Х:,к - значение ього признака для к-ого сельскохозяйственного угодья; X: , X: . - максимальные и минимальные значения ього признака.

Расчёты индекса неоднородности структур земельного фонда (рис. 16 а) и сельскохозяйственных угодий (рис. 16 б) приведены в таблице Б. 1 [97].

\ А3 IV

Сельские поселения:

I. Широковское. 2. Новоандреевское. 3. Журавлёвское. 4. Гвардейское. 5. Первомайское. 6. Донское. 7. Родниковское. 8. Урожайновское. 9. Скворцовское. 10. Школьненское. 11. Укромповское. 12. Молодёжненское. 13, Николаевское. 14. Новосёловское. 15. Перовское. 16. Мирновское. 17. Трудовское. 18. Мазанское. 19. Кольчугинское. 20. Пожарское. 22. Чистенское. 23. Добровское.

Городской округ: 21. Симферополь.

Рисунок 16 - Пространственный анализ территории Симферопольского района по индексу неоднородности структур: а) земельного фонда;

б) сельскохозяйственных угодий

Наивысшей неоднородностью земельного фонда характеризуются территории Добровского (23) и Перовского (15) сельских поселений, что соответствует результатам, полученным при расчёте коэффициентов экологической стабильности (Кэсл1; Кэсл2); наименьшей - Журавлёвское (3), Новосёловское (14) и Первомайское (5) сельские поселения. Это связано с преобладанием одной категории земельного фонда (в данных случаях - земель сельскохозяйственного назначения). Наименьшей неоднородностью структуры сельскохозяйственных угодий обладают Журавлёвское (3), Широковское (1) и Николаевское (13) сельские поселения, в которых преобладает пашня (более 97%). Максимальная неоднородность сельскохозяйственных угодий характерна для Кольчугинского (19) и Новосёловского (14) сельских поселений.

При оценке неоднородности структуры посевных площадей с использованием индекса Шеннона следует объединять сельскохозяйственные культуры в группы или виды. Оценка по сортам затруднительна и не всегда информативна в силу схожести агротехнологий для культур одного вида. Оценка неоднородности структуры посевных площадей выполнена по видам сельскохозяйственных культур и многолетних насаждений (рис. 17, табл. Б. 1).

Рисунок 17 - Пространственный анализ территории Симферопольского района по индексу неоднородности структуры посевных площадей

В результате проведённой нами оценки [97] выявлено, что более однородные посевные площади расположены в Укромновском (11), Мирновском (16), Добровском (23) и Новосёловском (14), а неоднородные - в Родниковском (7), Скворцовском (9) и Пожарском (20) сельских поселениях [54]. Полученные индексы неоднородности структур (земельного фонда, сельскохозяйственных угодий и посевных площадей) и коэффициент экологической стабильности (Кэсл2) (табл. Б. 1) использованы для установления интегральной оценки территории сельских поселений Симферопольского района. Интегральная оценка экологической стабильности и неоднородности территории (I) предполагает объединение ранее полученных оценок с учётом их вклада в общую оценку и определена по формуле (6):

п

1=Кэсл2- ^ НГКЬ (6)

1=1

где Н} - оценка неоднородности (структуры земельного фонда, сельскохозяйственных угодий, посевных площадей); К} - нормирующий коэффициент; п - количество оцениваемых показателей.

Результаты нормализованы по шкале от 0 до 1 по формуле (5) и интерполированы по методу кригинг в ПО ArcMap 9.3. Метод предполагает, что расстояние между опорными точками отражает пространственную корреляцию, которая может использоваться для объяснения изменения на поверхности. Кригинг использует математическую функцию для всех точек внутри заданного радиуса и определяется по формуле (7):

где «Х(8) - измеряемое значение в местоположении ц ^ - неизвестный вес для измеряемого значения местоположения 1; 80 - местоположение прогноза; N - количество измеряемых значений» [137].

Для определения связи между факторами, оказывающими влияние на состояние земель сельскохозяйственного назначения и показателями мониторинга агроландшафтов устанавливались функциональные зависимости у = Г (х).

Функциональные зависимости позволяют описать связь между двумя показателями. В реляционных базах данных такой тип связи называют «один к одному». Каждому значению х из рассматриваемого промежутка ставится в соответствие такое у, при котором точка (х; у) принадлежит кривой Ь. Функциональные зависимости в некоторых случаях задаются в виде таблиц, при этом область определения состоит из отдельных точек.

Для оценки критериев устойчивости рассматриваемых факторов выполнялось моделирование на основе теории нечётких множеств. Нечётким множеством А называется совокупность упорядоченных пар, которые состоят из элементов а универсального множества £ и соответствующих степеней принадлежности: цА(а): А = {< а, цА(а) > } [125].

N

(7)

Лингвистической переменной в теории нечётких множеств и называется переменная, значением которой являются слова и словосочетания естественного или искусственного языка и описываются выражением вида: и =< Ы, Т(и), V, М >, где N - название лингвистической переменной; Т(и) = (11}г - множество лингвистической переменной; V - универсальное множество лингвистической переменной; М - семантическое правило, которое формализует смысл множества лингвистических переменных Т(и) в виде нечётких множеств М^), 1 = 1, г.

Функция принадлежности позволяет определить степень принадлежности какого-либо элемента универсального множества к нечёткому множеству. Для перехода от функции принадлежности выполняется фазификация, то есть определение соответствия между множеством значений х и функцией принадлежности ц(х) по формуле (8):

Ци(х) = ц[М(ф|У] =

1,00, если Ц 0,75, если ^ 0,25, если Ц 0,00, если Ц

= 1|

= почти ^ = почти не 1| = не г!

(8)

Для перехода к значениям лингвистической переменной производится дефазификация по формуле (9):

гх\

и; =

почти ^ почти не 1| не г!

('если 0,81 < У(х) < 1,00 если 0,61 < у(х) < 0,80 если 0,41 < у(х) < 0,60 если 0,21 < у(х) < 0,40 ^если 0,00 < у(х) < 0,20

(9)

Полагается, что при 0 < К(х) <0,20 оценка соответствует области неустойчивости; при 0,21 < К(х) < 0,40 - области относительной неустойчивости; при 0,41 < К(х) < 0,60 - области стабильности; при 0,61 <

К(х) < 0,80 - области относительной устойчивости; при 0,81 < К(х) < 1,0 -

области устойчивости. Для установления функциональных зависимостей

анализировалась выборка объемом п=1789 (контуров агроландшафтов,

представленных сельскохозяйственными угодьями и разграниченными

естественными или искусственными рубежами).

Аппроксимировать показатель экологической стабильности территории

рекомендуется следующим образом (рис. 18). ц(х)

з £ \ о ° 5 - 2 \ 8 3 §■ а 5 \ / 5 « \ / к га о? \ / О I к \ / о -а с. \ / Ч О \ /к \ / ¡£ ОС К \ / о и 2 5 \ / т о ж с. \ / » г ^ о \ "■""Экологич;еская стабильность \ территории ) хорошо у -^выражёна /о «2 / ° >к о 5 /К О ^ Н / Г I о и 1 & о £ 2 °

я 5 с о Р / и я 5 п. 3 / о ю о. о / Ч « о. X .0 / § 5 £ ш / Г) £ / \ ^ Ю К / \ о о. / \ 3 ь а. / \ 9 ° а> / \ X о н / \ ^ 1 / \ з о ю а. / \ ^ г; га с. / \ ^ о (- о / \ И и ь / \ / \ О 2 о у X \ Н о. ¥ я л \ 1" в. | э \ & 5 ю \ Н " § 3 \ ^ о

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0

Показатель экологической стабильности и неоднородности территории

Рисунок 18 - Аппроксимированная функция принадлежности показателя экологической стабильности и неоднородности территории

Результаты представлены в виде зонирования территории Симферопольского района по интегральной оценке неоднородности структур (земельного фонда, сельскохозяйственных угодий и посевных площадей) с учётом коэффициента экологической стабильности Кэсл2 (рис. 19). На территории района исследований выделены зоны с такими характеристиками:

1) экологическая нестабильность территории хорошо выражена (интегральная оценка в диапазоне 0-0,20). К этой зоне отнесены территории Журавлёвского, Широковского, частично Новоандреевского, Николаевского, Гвардейского и Укромновского сельских поселений. В зоне преобладают пахотные угодья, на которых возделываются преимущественно озимые и яровые зерновые культуры. Для зоны характерно активное проявление эрозионных процессов и снижение продуктивности почв, которые следует минимизировать;

2) экологически нестабильная территория (интегральная оценка 0,210,40), характеризуется преобладанием сельскохозяйственных угодий (пашня и

многолетние насаждения). На отдельных участках сельскохозяйственных угодий проявляются дефляционные процессы, возникшие вследствие нерациональной структуры землепользования и неудовлетворительного состояния полезащитных лесных полос. Для поддержания экологических функций ландшафтов необходимо проведение мероприятий, включающих облесение и оптимизацию структуры посевных площадей;

1. Широковское.

2. Новоандреевское.

3. Журавлёвское. 4. Гвардейское. 5. Первомайское. 6. Донское. 7. Родниковское. 8. Урожайновское. 9. Скворцовское. 10. Школьненское.

II. Укромновское. 12. Молодёжненское. 13. Николаевское. 14. Новосёловское. 15. Перовское. 16. Мирновское. 17. Трудовское. 18. Мазанское. 19. Кольчугинское. 20. Пожарское. 22. Чистенское. 23. Добровское.

Рисунок 19 - Зонирование территории Симферопольского района по интегральной оценке экологической стабильности и неоднородности

3) условно экологически стабильная территория (интегральная оценка 0,41-0,60). Характеризуется умеренным сельскохозяйственным землепользованием и развитой инженерной инфраструктурой;

4) экологическая стабильность территории хорошо выражена (интегральная оценка 0,61-0,80). Представлена сбалансированным ландшафтом, в котором природно-техногенные объекты функционируют в границах сохранившихся естественных ландшафтов;

5) территория с ярко выраженной экологической стабильностью (интегральная оценка 0,81-1,00). Зона характеризуется высокой

облесённостью и низкой интенсивностью землепользования (частично включает территории Добровского и Перовского сельских поселений).

Выполненное зонирование позволило определить территории, которые нуждаются в осуществлении мероприятий, направленных на регулирование антропогенной нагрузки на территорию. Такие мероприятия должны ориентироваться на природно-климатические особенности выделенных зон и включать: оптимизацию структуры сельскохозяйственных угодий и посевных площадей; создание или расширение экологического каркаса территории.

Проведённая оценка свидетельствует о сложившихся структурно неоднородных условиях землепользования. В нашем случае следует индивидуально подходить к формированию полей и рабочих участков, особенно в Предгорной зоне, из-за преобладания микроформ рельефа и различий в почвенных условиях - содержании гумуса, основных элементов питания, каменистости и т. д. Вышесказанное определяет необходимость применения цифровых технологий, наиболее полно учитывающих природные и сложившиеся социально-экономические условия землепользования.

2.2 Мониторинг и оценка физико-географических условий агроландшафтов Симферопольского района Республики Крым

2.2.1 Физико-географические условия и морфометрические характеристики агроландшафтов

Физико-географические условия и связанные с ними морфометрические характеристики имеют выраженные особенности, определяющие условия существования и функционирования агроландшафтов. Анализ и оценка физико-географических условий агроландшафтов необходимы при обосновании системы показателей мониторинга агроландшафтов. Для анализа и оценки физико-географических условий агроландшафтов Симферопольского района использованы цифровые модели рельефа (далее -ЦМР). Учитывая, что все ЦМР подвержены ошибкам, для выбора наиболее оптимальной нами произведено сравнение основных характеристик матриц

высот (табл. 6). Выбор производился между такими матрицами: Shuttle radar topographic mission (далее - SRTM) [175], ASTER Global Digital Elevation Map (далее - ASTER) [197], Advanced Land Observing Satellite-1 World 3D Topographic data Version 2.1 (далее - AW3D30) [172].

Таблица 6 - Основные характеристики матриц высот спутниковой съёмки

Характеристика AW3D30 SRTM ASTER

Страна Япония США Япония, США

Год съёмки 2015-2016 2011 2011

Размер ячейки, '' 0,2x0,2 1,0x1,0 1,0x1,0

Размер ячейки, м 5,0x5,0 30,0x30,0 30,0x30,0

Абсолютная точность по высоте, м 5,0 16,0 12,0-30,0

Из таблицы 6 видно, что высоким разрешением и наивысшей точностью обладает матрица высот AW3D30. Оценка достоверности рассмотренных матриц высот производилась в работах [147, 173, 174]. Для исключения неопределённости нами выполнено попарное сравнение. На рисунках 20 а, 20 б, 20 в приведены ЦМР, построенные по матрицам высот SRTM; AW3D30 и ASTER соответственно, на рисунках 20 г, 20 д, 20 е - результаты попарной

калькуляции поверхностей путём нахождения разности между ними.

Рисунок 20 - Сравнение ЦМР, построенных с использованием матриц высот: а) SRTM б) AW3D30; в) ASTER. Калькуляция поверхностей: г) AW3D30 - SRTM; д) ASTER - AW3D30; е) SRTM - ASTER

Большой разброс отклонений матрицы ASTER по всей территории исследуемого района (рис. 20 д, 20 е) связан с высокой зашумленностью исходного материала. Ошибки матриц SRTM и AW3D30 приурочены преимущественно к горной местности и овражным формам рельефа. Анализ опубликованных научных трудов, а также попарное сравнение матриц в условиях исследуемого района, позволяют предположить, что ЦМР, построенная по матрице высот AW3D30, менее подвержена ошибкам, поэтому и использована в дальнейшем исследовании.

Для суждения о физико-географических условиях исследуемого района нами построены гипсометрические профили методом извлечения значений высот из ЦМР через 100 м по основным направлениям. Точка пересечения направлений профилей расположена в центре окружности (радиус 38,01 км), описанной вокруг границы Симферопольского района (рис. В.1), и расположена в пределах городского округа Симферополь, по адресу: Евпаторийское шоссе, 8, п. Мирное (44°58'10,5" с. ш.; 34°4'14,3" в. д.). Краткая характеристика гипсометрических профилей приведена в таблице 7.

Таблица 7 - Краткая характеристика гипсометрических профилей

Наименование (направление) Протяжен ность, км Превышение, м/км Min высота, м Max высота, м

Профиль 1 (север - юг) 54,32 7,4 95,0 495,0

Профиль 2 (северо-запад - юго-восток) 52,91 18,2 114,0 1079,0

Профиль 3 (запад - восток) 55,12 8,8 8,0 493,0

Профиль 4 (северо-восток - юго-запад) 36,09 2,8 206,0 308,0

Профиль 1 свидетельствует о повышении местности в южном направлении. Профиль 2 характеризует стремительное превышение местности (на 18,2 м/км) в юго-восточном направлении. Профиль 3 показывает повышение абсолютной высоты местности (на 8,8 м/км) в восточном направлении, минимальная высота - 0 м над уровнем моря, максимальная высота - 496 м. Профиль 4 - наиболее расчленён долинами рек, оврагами и балками (рис. 21).

Рисунок 21 - Гипсометрические профили территории Симферопольского района Республики Крым: а) Профиль 1 (север - юг); б) Профиль 2 (северо-запад - юго-восток); в) Профиль 3 (запад - восток); г) Профиль 4 (северо-восток - юго-запад)

Из рисунка 21 видно, что в районе имеет место стремительное повышение абсолютной высоты местности в южном и юго-восточном направлениях, что свидетельствует о необходимости уточнения физико-географического районирования района.

Для анализа агроландшафтов нами выполнено уточнение границ физико-географических областей и подобластей по характерным изогипсам 120 м, 300 м, 500 м (рис. 22). В качестве исходных данных принято физико-географическое районирование Украинской ССР [93, 162]. Местности, по которым проходят границы, изрезаны речными долинами, балками, оврагами, что обусловило необходимость сглаживания изогипс путём изменения разрешения исходной ЦМР по методу большинства. Метод обеспечивает сохранение основных структурных элементов, позволяя объединить близко расположенные однотипные формы [61].

Физико-географические области:*

I. Область Равнинный Крым (Центральная подобласть).

II. Предгорная область Крымских гор (Внешняя гряда]

III. Предгорная область Крымских гор (Внутренняя гряда).

IV. Горная область[ Крымских гор (Главная гряда)

Сельские поселения:

. Широковское. 2. Новоандреевское. 3. Журавлёвское. 4. Гвардейское. . Первомайское. 6. Донское. 7. Родниковское. 8. Урожайновское.

9. Скворцовское.

10. Школьненское.

11. Укромновское.

12. Молодёжненское.

13. Николаевское.

14. Новосёловское.

15. Перовское.

16. Мирновское.

17. Трудовское.

18. Мазанское.

19. Кольчугинское.

20. Пожарское.

22. Чистенское.

23. Добровское.

Абсолютные высоты, м

Н 0-100 Н 401-500 [Ш 801-900 ШЛ 101-200 □□ 501-600 Н 901-1000 Н 201-300 □□ 601-700 Н 1001-1100 Н 301-400 □□ 701-800 Н >1101

--Граница физико-географической области

(подобласти) Горизонтали проведены через 50 метров

ородскои округ:

21. Симферополь.

Рисунок 22 - Уточнённое физико-географическое районирование Симферопольского района Республики Крым (уточнено по [93, 162])

Центральная подобласть Равнинного Крыма характеризуется диапазоном высот местности от 0 до 120 м. Нами установлено, что для подобласти характерно повышение высоты с севера (2,55 м/км) в юго-восточном (9,98 м/км) направлении [61]. Это наиболее освоенная в сельскохозяйственном отношении и распаханная физико-географическая область.

Предгорная область Крымских гор включает подобласти Внешней и Внутренней гряд. Среднее повышение высоты - 6,76 м/км и 11,89 м/км, что свидетельствует об угрозе смыва почв в агроландшафтах Предгорной области Крымских гор. Горная область Крымских гор (Главная гряда) занимает юго-восточную часть Симферопольского района, является наиболее облесённой и менее освоенной в сельскохозяйственном отношении (табл. 8).

Таблица 8 - Характеристика использования земель по физико-географическим областям (подобластям) Симферопольского района Республики Крым

Физико-географическая область (подобласть) Диапазон высот местности,м Среднее повышение высоты местности, м/км Удельный вес в площади района, % Сельскохозяйственная освоенность, % Лесистость территории (в т. ч. с защитными насаждениями), %

I. Область Равнинный Крым (Центральная подобласть) 0120 7,54 22,73 83,91 0,94

II. Предгорная область Крымских гор (Внешняя гряда) 121300 6,76 43,12 76,79 1,25

III. Предгорная область Крымских гор (Внутренняя гряда) 301500 11,89 20,60 43,17 31,88

IV. Горная область Крымских гор (Главная гряда) 5011453 38,00 13,55 34,52 63,85

Всего: - - 100,00 65,75 15,97

Значительная дифференциация рельефа определяет неоднородность его морфометрических характеристик, которые следует учитывать в дальнейшем анализе показателей мониторинга агроландшафтов. Среди большого количества морфометрических характеристик наиболее подходящими для оценки агроландшафтов избраны: абсолютная высота местности, крутизна и экспозиция склонов; в качестве дополнительной - использован показатель относительного превышения [61].

Расчёты морфометрических характеристик выполнялись по ЦМР AW3D30 с использованием программного пакета ESRI ArcMap 9.3, модуля «Spatial Analyst Tools», инструментов «Slope», «Aspect», «Зональная статистика» и «Калькулятор растра». В расчётах использовались данные о площадях сельскохозяйственных угодий как основе агроландшафтов (общее количество 2240).

Амплитуда колебания высот, количество осадков, колебания температуры воздуха, распределение поверхностного стока и дренированность территории определяют развитие эрозионных процессов, которые необходимо минимизировать. Для этого проанализируем распределение агроландшафтов по абсолютным высотам местности (табл. 9).

Таблица 9 - Распределение агроландшафтов Симферопольского района по абсолютной высоте

Абсолютная высота местности, м Степень пригодности, балл Удельный вес площади, %

Всего по сельскохозяйственным угодьям

пашня сады виноградники сенокосы пастбища

0-150 8 44,04 34,59 2,42 3,65 0,15 3,23

151-300 7 34,60 27,26 2,08 1,25 0,17 3,84

301-450 6 11,22 9,89 0,16 - 0,05 1,12

451-600 5 3,51 1,53 - - - 1,98

601-750 4 3,52 - - - - 3,52

751-900 3 3,11 - - - - 3,11

901-1050 2 - - - - - -

Свыше 1050 1 - - - - - -

Всего: 100,00 73,27 4,66 4,90 0,37 16,80

Из таблицы 9 видно, что пашня размещена на местности с абсолютными высотами от 0 до 600 м; на высоте 601-900 м преобладают пастбища. Стремительное повышение абсолютной высоты местности характеризует крутизну склонов, которая выражается через уклон - отношение превышения местности к горизонтальному проложению и рассчитывается по формуле (10):

Slope=arctgAZ, (10)

где «AZ - перепад высот между двумя ячейками растра» [137].

Крутизна склонов в районе колеблется от 0-1° в Центральной подобласти Равнинного Крыма до 62,8° в области Горный Крым (рис. В.2). В районе преобладают очень пологие и пологие склоны (1-3°), которые преимущественно используются в сельском хозяйстве (66,68%). Угодья со средним уклоном 3-5° подвержены эрозии почв и расположены в Предгорной области Крымских гор. Угодья с уклонами 5-8° (6,46%) нуждаются в противоэрозионном обустройстве. На склонах более 8° (7,19%) расположены преимущественно пастбища. Склоны крутизной 0-2° являются благоприятными для размещения зерновых сельскохозяйственных культур, склоны крутизной 5-8°- неблагоприятными, а склоны круче 8°- недопустимыми (табл. 10).

Таблица 10 - Распределение агроландшафтов Симферопольского района по уклону местности

Поверхность, уклон Степень пригодности, балл Удельный вес площади, %

Всего по сельскохозяйственным угодьям

пашня сады виноградники сенокосы пастбища

Плоские, 0-1° 8 3,52 2,27 0,72 0,52 - 0,01

Очень пологие, 1-2° 7 41,24 35,44 2,38 3,06 0,18 0,18

Пологие, 2-3° 6 25,44 22,33 1,33 1,18 0,13 0,47

Слабопокатые, 3-5° 5 16,15 11,25 0,21 0,12 0,06 4,51

Покатые, 5-8° 4 6,46 1,88 0,02 0,02 - 4,54

Сильнопокатые, 8-10° 3 3,59 0,02 - - - 3,57

Крутые, 10-15° 2 3,60 0,08 - - - 3,52

Более 15° 1 - - - - - -

Всего: 100,00 73,27 4,66 4,90 0,37 16,80

От крутизны склона зависит производительность машинно-тракторных агрегатов. При работе агрегатов на подъёмах непроизводительно теряется

тяговая мощность двигателя, вследствие этого снижается производительность труда и увеличивается расход топлива [64]. Кроме того, крутизна склона

повышает вероятность возникновения и развития эрозионных процессов, для предупреждения которых следует сформировать комплекс организационно-хозяйственных, агротехнических, гидротехнических и лесомелиоративных мероприятий.

На интенсивность проявления эрозионных процессов в агроландшафтах, зимнее распределение снега, водный и тепловой режимы, а также состояние посевов влияет экспозиция склонов. Эти особенности возникают вследствие получения различных величин солнечной радиации. Расчёты выполнены с использованием ПО ЕБШ АгсМар 9.3 по формуле (11), представлены в таблице 11 и на рисунке В.3:

Aspect=1800-arctg д +90°- ^, Р ^ |р|'

где д, р - первые производные по ЦМР [137].

Таблица 11 - Распределение агроландшафтов Симферопольского района по экспозиции склонов

Экспозиция склонов Степень пригодности, балл Удельный вес площади, %

Всего по сельскохозяйственным угодьям

пашня сады виноградники сенокосы пастбища

Северная 8 0,22 0,14 0,04 - - 0,04

Северо-восточная 7 0,89 0,86 0,03 - - -

Северо-западная 6 38,27 29,13 1,43 2,18 0,12 5,41

Восточная 5 5,22 4,39 0,15 0,09 0,04 0,55

Западная 4 32,25 21,60 2,02 1,55 0,16 6,92

Юго-восточная 3 5,74 4,91 0,08 0,07 - 0,68

Юго-западная 2 10,79 6,66 0,52 0,93 0,05 2,63

Южная 1 6,62 5,58 0,39 0,08 - 0,57

Всего: 100,00 73,27 4,66 4,90 0,37 16,80

Агроландшафты Симферопольского района расположены преимущественно на склонах юго-западной - 10,79%, западной - 32,25% и северо-западной экспозиций - 38,28%. В Предгорье наиболее благоприятны склоны крутизной до 5° северной, северо-западной и западной экспозиций.

При вертикальной морфометрической оценке территории предлагается также использовать показатель относительного превышения территории, который зависит от величины уклона местности, но при наличии локальных понижений или возвышенностей позволяет конкретизировать морфометрические параметры исследуемой территории. С увеличением относительного превышения возрастает степень поражения территории агроландшафтов оврагами и промоинами, поэтому для таких угодий важно проводить мониторинг эрозионных и русловых процессов, а также необходимо предусматривать противоэрозионные мероприятия. Относительное превышение территории рассчитано как разница между наибольшей и наименьшей отметками абсолютной высоты местности на единице площади по регулярно-ячеистой сетке. Оно возрастает с северо-запада в юго-восточном направлении от 0 м/км2 до 546 м/км2 (рис. В.4) [61]. В пределах сельскохозяйственных угодий максимальное превышение зафиксировано на пастбищах в Предгорной и Горной областях Крымских гор (табл. 12).

Таблица 12 - Распределение агроландшафтов Симферопольского района по показателю относительного превышения

Относительное превышение, м/км2 Степень пригодности, балл Удельный вес площади, %

Всего по сельскохозяйственным угодьям

пашня сады виноградники сенокосы пастбища

0-5 8 2,63 2,41 0,17 - - 0,05

6-10 7 15,02 12,46 1,17 1,08 0,03 0,28

11-25 6 39,81 31,86 2,34 3,16 0,15 2,30

26-50 5 24,46 19,57 0,87 0,36 0,14 3,52

51-100 4 14,74 5,27 0,07 0,30 - 9,10

101-200 3 2,40 1,62 0,04 - 0,05 0,69

201-300 2 0,08 0,08 - - - -

Более 300 1 0,56 - - - - 0,86

Всего: 100,00 73,27 4,66 4,90 0,37 16,80

Интегральная оценка вертикальных морфометрических показателей (I) территории исследуемого района и агроландшафтов по степени благоприятности условий для сельскохозяйственного использования выполнена по формуле (12):

п

1= ^ (12)

где « Wi - степень пригодности для сельскохозяйственного использования; Ki - удельный вес морфометрического показателя; п -количество морфометрических показателей» [61].

При расчёте морфометрические показатели признаны равноценными, удельный вес каждого принят равным 1/3, количество комбинаций по району составляет 28, по агроландшафтам - 23. Интерполирование результатов выполнено методом кригинга по формуле (7). Аппроксимированная функция принадлежности интегральной морфометрической оценки агроландшафтов приведена на рис. 23, результаты интегральной морфометрической оценки агроландшафтов Симферопольского района показаны в таблице 13.

/ к \

¿5 \ / к \ / св \ к \ га \ / га \ / я \ / Е- \ / к

я в \ ¥ н \ 5 § \ / н \ / я \ / я \ / \ / О / Я н \ 04 \ Я \ / а; \ / Я \ / о- \ / Я \ / я / я / 05 и о ч п га н ск

...............= ?................ я ° / Я й / \ с / \ с / \ я / \ ч / , о \ ^ \ £ я / о / и / га / ,..........о.........: \ и- / \ га / \ ^ / \ £• \ ^ ю я га Я о_ С а

\ 1С / 1§ / \ о / \ 53 V га

а. ю / \ о / \ § / \ И

* ё / \ X I I / \ га / \ 2 / Ю

1.0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0

Интегральная морфометрическая оценка агроландшафтов, балл

Рисунок 23 - Аппроксимированная функция принадлежности показателя интегральной морфометрической оценки агроландшафтов

Таблица 13 - Интегральная морфометрическая оценка агроландшафтов Симферопольского района

Удельный вес площади, %

Интегральная морфометрическая по сельскохозяйственным угодьям

оценка, балл Всего сады виноград- сено- паст-

ники косы бища

Крайне неблагоприятные (1-2) - - - - - -

Очень неблагоприятные (2-3) - - - - - -

Неблагоприятные (3-4) 7,15 0,17 - - - 6,98

Условно неблагоприятные (4-5) 11,29 7,70 0,10 - 0,05 3,44

Малоблагоприятные(5-6) 31,79 22,77 1,53 1,42 0,18 5,89

Благоприятные (6-7) 44,00 38,04 2,57 2,83 0,13 0,43

Наиболее благоприятные (7-8) 5,77 4,59 0,46 0,65 0,01 0,06

Всего: 100,00 73,27 4,66 4,90 0,37 16,80

Из таблицы 13 видно, что 7,15% площади сельскохозяйственных угодий (преимущественно пастбища) расположены в неблагоприятной по морфометрическим показателям местности; 49,77% сельскохозяйственных угодий расположены в благоприятной и наиболее благоприятной зонах по интегральному вертикальному морфометрическому показателю.

Степень пригодности агроландшафтов Симферопольского района для сельскохозяйственного использования различна и имеет тенденцию к снижению с северо-запада на юго-восток. По результатам исследования составлена картограмма интегральной морфометрической оценки агроландшафтов Симферопольского района [61] (рис. 24).

Интегральная морфометрическая оценка

И крайне неблагоприятная (1-2) кочень неблагоприятная (2-3)г ^неблагоприятная (3-4) I 1усппвно неблагоприятная (4-5) □ малоблагоприятная (5-6) Ш благоприятная (6-7) I наиболее

благоприятная (7-8 Л

• 'г 1

к • г-

'V "и

12

С*-1 1

16/

-20

|Ц]

2Т

V

у-'

л

III

Сельские поселения:

1. Широковское. 2. Новоандреевское. 3. Журавлёвское. 4. Гвардейское. 5. Первомайское. 6. Донское. 7. Родниковстсое. 8. Урожайновское. 9. Скворцовское. \ 10. Школьненское.

11. Укромновское.

12. Молодёжненское.

13. Николаевское.

14. Новосёловское.

15. Перовское.

16. Мирновское.

17. Трудовское.

18. Мазанское. -Я 1 -, Д 19. Кольчутинское.

) рй у* 20. Пожарское. ; 22. Чистенское.

23. Добровское.