Разработка концепции агроэкологического мониторинга пойменных земель Липецкой области тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.26, кандидат географических наук Нестерова, Надежда Николаевна

• Нестерова, Надежда Николаевна
• кандидат географических наук
• 2004

Оглавление диссертации кандидат географических наук Нестерова, Надежда Николаевна

Введение

Глава 1. Изученность состояния пойменных земель в Липецкой области и организация мониторинга пойменных земель

1.1. Изученность пойменных земель

1.2. Мониторинг пойменных земель

1.3. Характеристика исходных материалов наблюдений и организация мониторинга пойменных земель

1.4. Выводы

Глава 2. Природно-ландшафтная характеристика Липецкой области

2.1. Рельеф и геолого-геоморфологическое строение местности

2.2. Растительность

2.3. Климатические факторы

2.4. Гидрография и водные ресурсы

2.5. Состояние почвенного покрова пойменных земель

2.6. Выводы

Глава 3. Методика проведения агромониторинга пойменных земель

3.1. Антропогенные факторы снижения плодородия почв

3.2. Смыв почв с пойменных земель

3.3. Переувлажненность почв пойменных земель

3.4 Эколого-хозяйственное районирование пойменных земель Липецкой области

3.5. Выводы

Глава 4. Эколого-хозяйственные аспекты рационального использования пойменных земель и рекомендации по их охране

4.1. Геоэкологическая оценка пойменных земель

4.2. Максимальный сток половодья и пойменные земли

4.3. Хозяйственно-экономические основы формирования защиты пойменных земель от наводнения

4.4. Выводы 117 Заключение 121 Список использованных источников 123 Приложения

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка концепции агроэкологического мониторинга пойменных земель Липецкой области»

Актуальность темы исследования. Увеличение общей антропогенной нагрузки на природную среду, сопровождающееся интенсификацией сельскохозяйственного производства, привело в последние десятилетия к значительному ухудшению качественного состояния земельных ресурсов. В результате низкой культуры земледелия, использования мощной техники с большим удельным давлением на грунт, недостаточного внесения минеральных и органических удобрений в пашню происходят процессы деградации сельскохозяйственных земель, выражающиеся в низкой биологической активности почв, обеднении их плодородного слоя, проявлении процессов эрозии, переувлажнения и заболачивания земель.

В лесостепной зоне, где находится район исследований, среди-яегатив-ных природных процессов, влияющих на состояние земель, наибольшим распространением пользуется водная эрозия почв. Так, в Липецкой области площадь эродируемых почв превышает 20% от общей площади сельскохозяйственных угодий, тогда как засолению подвержено около 5%, подтоплению - 4%; нарушенные почвы встречаются на площади не более 0,02%.

В период весеннего половодья в Липецкой области фактически ежегодно затапливается более 3,2% пойменных земель, ценных для сельского хозяйства, а 12,1% земель находятся в звеньях первичной гидрографической сети. Таким образом, 15,3% земельных ресурсов области, пригодных для сельскохозяйственного производства, находятся в поймах рек и балочной сети Земли. Они представляют собой большую ценность для сельского хозяйства, являясь одним из основных источников кормов для животноводства в области. Размеры ущерба, наносимого наводнениями, зависят от ряда причин: высоты и продолжительности стояния опасных уровней воды в реке, площади и времени затопления земель, своевременности и точности прогноза, организованности населения.

Поэтому исследования, направленные на изучение негативных природных процессов, воздействующих на пойменные и склоновые земли, разработка концепции агроэкологического мониторинга этих земель являются весьма актуальными.

Целью диссертации является проведение оценки состояния пойменных земель. Для достижения этой цели необходимо решить следующие задачи:

1. Разработка методики агроэкологического мониторинга пойменных земель.

2. Выявление природных и антропогенных факторов, влияющих на состояние пойменных земель.

3. Проведение анализа состояния и оценка качества пойменных земель Липецкой области.

4. Разработка рекомендации по охране и рациональному использованию пойменных земель.

Объектом исследования являются пойменные земли рек и звеньев первичной гидрографической сети Липецкой области.

Предметом исследования являются природные и антропогенные процессы, определяющие состояние пойменных земель Липецкой области.

Исходные материалы и методы исследований. Решение задач, поставленных в диссертационной работе, базировалось на материалах камеральных и полевых исследований, литературных источниках, картографических и фондовых материалах. В диссертации использованы результаты наблюдений за стоком по воднобалансовым станциям, экспериментальные исследования Воронежского государственного аграрного университета, материалы Липецких обл-водхоза, гипроводхоза, комитета по охране природных и водных ресурсов, полевые исследования, в которых участвовал автор, а также результаты наблюдений за работой 17-ти метеорологических и гидрологических станций.

Все полевые наблюдения проводились согласно рекомендациям ГГИ и ГГО для экспериментальных репрезентативных бассейнов. Точность полученных результатов исходной информации находится в пределах 5-10%.

В исследованиях были использованы методы: картографический, эколо-го-географический, структурно-генетический, аналитический и статистический.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Агроэкологический мониторинг пойменных земель.

2. Результаты анализа и оценки состояния пойменных земель Липецкой области.

3. Эколого-хозяйственное районирование пойменных земель района исследований

4. Рекомендации по охране и рациональному использованию пойменных земель.

Научная новизна и теоретические результаты работы определяются тем, что впервые для Европейской части России произведено эколого-хозяйственное районирование пойменных земель Липецкой области с учетом их экологического состояния и хозяйственного использования. Разработана концепция агроэкологического мониторинга, включающая в себя изучение негативных процессов, влияющих на состояние пойменных земель и оценку их качества.

Теоретическая значимость работы состоит в разработке и обосновании структуры агроэкологического мониторинга пойменных земель в региональном масштабе и оценки влияния факторов хозяйственной деятельности на пойменные земли Липецкой области.

Практическая ценность работы. Результаты исследований могут быть использованы в землеустроительных организациях, комитетах экологии и природных ресурсов при проектировании объектов землеустройства, организации агромониторинга, проведении комплекса водорегулирующих и природоохранных мероприятий на пойменных землях в Липецкой области, и в других районах Российской Федерации с близкими природными условиями.

Достоверность результатов работы подтверждается качеством исходных материалов и рядов наблюдений государственной сети станций и постов Росгидромета; проведением экспериментальных исследований в соответствии со стандартными требованиями; корректным применением методов исследования при решении поставленных задач; применением апробированных методик обработки исходных материалов; согласованием полученных результатов с данными фактических наблюдений.

Реализация и апробация работы. Результаты исследований, полученные автором, использованы при разработке «Рекомендаций по расчету инженерных характеристик при проектировании противоэрозионных комплексов в условиях Липецкой области», внедрены в учебный процесс Липецкого института усовершенствования учителей, Липецкого государственного педагогического университета и Эколого-политологического института по дисциплине «Геоэкология».

Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались на Всероссийской конференции, посвященной памяти С.С. Семенова-Тянь-Шанского (Липецк, 2002 г.), межвузовских научно-практических конференциях Липецкого государственного педагогического университета и института усовершенствования учителей (Липецк, 2000 - 2003 гг.), Всероссийской научно-практической конференции «Совершенствование наземного обеспечения авиации (экологическая безопасность и мониторинг)» (Воронеж, 2003 г.). Материалы исследований автора использованы при разработке рекомендаций по рациональному использованию пойменных земель малых водосборов. Результаты работы внедрены в землеустроительные проекты АОО Росгипрозем Липецкой области.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 печатных работ.

Личное участие автора заключается в проведении экспериментов, в теоретическом и методологическом обосновании постановки проблемы и обобщении результатов, полученных при проведении исследований, а также в обработке полученных данных и формулировании выводов работы, в разработке рекомендаций по рациональному использованию пойменных земель.

Заключение диссертации по теме «Землеустройство, кадастр и мониторинг земель», Нестерова, Надежда Николаевна

4.4. Выводы

В данном разделе проведен анализ современного состояния пойменных земель Липецкой области и проведена оценка влияния на них факторов хозяйственной деятельности.

1. Почвы в результате длительного использования в пашне претерпевают негативные изменения: ухудшается структура пахотного слоя, снижается содержание гумуса и элементов питания, растет гидролитическая кислотность, снижается сумма поглощенных оснований, происходит декальцинация, развиваются процессы эрозии, что приводит к снижению плодородия почвы и урожайности сельскохозяйственных культур.

2. Экологические последствия орошения. Современные урожаи сельскохозяйственных культур на черноземах часто далеки от планируемых и нередко даже ниже, чем на богаре. Одной из главных причин недостаточной эффективности орошаемого земледелия является негативное изменение свойств почвы

В настоящее время до 10% орошаемых земель находится в неудовлетворительном мелиоративном состоянии. Причина - несоблюдение требуемых режимов орошения, грубые нарушения агротехники культур, оптимальных сроков посева и ухода за растениями, низкие нормы внесения органических и минеральных удобрений.

3. Химический токсикоз почв. Используемые в сельскохозяйственном производстве агрохимические средства для повышения плодородия почв имеют существенные недостатки, так как загрязняют почву токсичными соединениями. Серьезную опасность представляют примеси токсичных элементов, в том числе тяжелых металлов, которые в удобрениях составляют значительные количества.

Экологическая нагрузка на почву возрастает не только вследствие несовершенства химического состава агрохимических средств, присутствия в них токсикантов, но и из-за других источников техногенного загрязнения: промышленность и транспорт. Установлено, что на почвах, загрязненных тяжелыми металлами, наблюдается снижение урожайности: зерновых на 20-30%, сахарной свеклы - на 35, картофеля - на 47 и бобовых - на 40%.

4. Основные мероприятия по борьбе с эрозией. Предотвращение эрозии и борьба с ней, а также улучшение эродированных земель предполагают целый комплекс различных мероприятий. Основу борьбы с эрозией составляет оптимальная сельскохозяйственная организация территории. Организацин-но-хозяйственные мероприятия обеспечивают правильную структуру посевных площадей и севооборотов, размеры и конфигурацию каждого поля севооборота, размещение дорог, лесополос и населенных пунктов. Правильная организация угодий и севооборотов обеспечивает наиболее рациональное использование каждого участка земли и предусматривает увеличение производства сельскохозяйственной продукции и предотвращение эрозионных процессов и повышения плодородия почв. Противоэрозионные агротехнические мероприятия считаются вполне эффективным средством борьбы с эрозией, и наиболее доступны, при этом не требуют больших затрат, средств и труда, и являются быстро действующими.

Наиболее распространенными агротехническими приемами являются такие, которые способствуют повышению поглотительной способности почвы, ее устойчивости к размыву и выдуванию. Это глубокая пахота, валкование зяби, лункование, щелевание и др. Применяется также обработка почв и посев поперек склона, а на сложных склонах - контурная вспашка (по направлению горизонталей). При такой вспашке и посеве, образующиеся на поверхности борозды и гребни будут препятствовать поверхностному стоку и смыву почв, обогащать поля влагой.

Лесомелиоративные приемы также являются частью противозрозионных мероприятий. Грамотно созданная система лесополос регулирует и значительно снижает поверхностный сток; защищает почву от смыва талыми и ливневыми водами и от выдувания ветром.

5. Для Окско-Донской низменности характерны широкие поймы с малыми уклонами местности и высоким стоянием уровня грунтовых вод. Вследствие этого здесь на поймах повсеместно получили распространение процессы переувлажнения

6. Пойменные и сенокосные земли являются основной кормовой базой региона. В то же время различный характер пойм в разных ландшафтных провинциях Липецкой области предопределяет дифференцированный подход к хозяйственному использованию пойменных земель.

В обоих регионах необходимо проведение полного залужения пойм. На Среднерусской возвышенности это связано прежде всего с предупреждением интенсивного развития эрозионных процессов. На Окско-Донской низменности необходимо проведение не только приемов фитомелиораций, но и отведение весной избыточных талых вод.

На тех землях, где наблюдается переувлажнение почв, при сплошном залу-жении возможно осуществлять посев многолетних трав и кормовых культур. На среднепереувлажненных землях следует осуществлять фитомелиорации вокруг западин путем посева люцерны. Сильно переувлажненные земли с уровнем грунтовых вод 0,8-2,0 м нуждаются в сплошном залужении.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

При решении поставленных задач по рациональному использованию пойменных земель и организации их мониторинга получены следующие основные результаты и сделаны выводы:

1.Типизация и классификация пойменных земель должны проводиться на основе анализа существующих подходов к оценке их состояния и с учетом эколого-ландшафтной структуры пойменных почв. В результате было проведено Эколого-хозяйственное районирование пойменных земель Липецкой области, позволяющее выделить четыре района с неодинаковым состоянием сельскохозяйственных пойменных и сенокосных земель.

2. Пойменные земли на территории Липецкой области характеризуются различными водно-физическими свойствами. Так, на Среднерусской возвышенности в условиях хорошего естественного дренирования подземных вод пойменные и сенокосные земли сохраняют в течение всего вегетационного периода значительные запасы продуктивной влаги для произрастания естественного травостоя. Здесь отсутствуют процессы подтопления и заболачивания земель, но в этом районе отмечается повышенная эрозионная опасность и усиленный вынос питательных веществ из почвы. Для Окско-Донской низменности характерны широкие поймы и малые уклоны местности с высоким уровнем грунтовых вод. Вследствие этого пойменные земли здесь повсеместно переувлажнены.

3. Пойменные земли являются основной кормовой базой для животноводства в Липецкой области. В то же время неодинаковые условия в поймах рек в разных ландшафтных провинциях предопределяют дифференцированный подход к хозяйственному использованию пойменных земель. На всей территории области необходимо проведение полного залужения пойм. Но на Среднерусской возвышенности это связано с предупреждением эрозионных процессов. На Окско-Донской низменности необходимы не только фитомелиорация, но и отведение избыточных талых вод в весеннее время. На землях с переувлажненными почвами при залужении можно высевать многолетние травы и кормовые культуры. На среднепереувлажненных землях следует осуществлять фитомелиорацию вокруг западин путем посева люцерны. Сильно переувлажненные земли с уровнем грунтовых вод от 0,8 до 2,0 м нуждаются в сплошном залужении.

4. Для снижения процессов эрозии на землях Среднерусской возвышенности с крутизной более 5° нельзя проводить распашку земель, а с крутизной до 1,5° - проводить контурную вспашку. Противоэрозионные агротехнические и лесомелиоративные мероприятия вполне эффективное средство борьбы с эрозией, не требуют больших затрат, средств и труда и являются быстро действующим.

5. Проведенный анализ позволил выявить наиболее эффективные агротехнические мероприятия, воздействующие на качественное состояние пойменных земель и сопротивлению их размыва. К ним относятся гребнистая и поперечная вспашка с почвоуглублением, снижающая величину стока и смыва почв до 28%. Такие агрофоны, как стерня и залежь, практически не влияют на изменение стока.

6. Пойменные земли целиком входят в водоохранную зону, поэтому для них должен соблюдаться специальный режим использования с запретом применения химических средств борьбы с вредителями.

Список литературы диссертационного исследования кандидат географических наук Нестерова, Надежда Николаевна, 2004 год

1. Агрофизические методы исследования почв. М.: Наука, 1966. 259 с.

2. Антипов А.Н., Рагозин А.В. Использование картографической информации в гидрологических исследованиях // География и природные ресурсы. -1987. №4.-С. 80-88.

3. Арманд А.Д. Информационные модели природных комплексов. М.: Наука, -1995.126 с.

4. Афанасьев Я.Н. Зональные системы почв // Записки Горецкого СХИ. 1922. Т.1.Ч. 2.38 с.

5. Афанасьева Е.А. Черноземы Среднерусской возвышенности. М.: Изд-во Наука, 1966.-224 с.

6. Ахтырцев А.Б. Гидроморфные почвы и переувлажненные земли лесостепи Русской равнины: Монография. Воронеж: ВГПУ, 2003. - 224 с.

7. Ахтырцев А.Б. К характеристике черноземно-луговых солонцов юга Окско-Донской равнины // География н плодородие почв. Саранск: Изд-во Мордовского университета, 1979.-С. 115-126.

8. Ахтырцев А.Б. Уровни активности ионов кальция, натрия и известковый потенциал в почвах лугового комплекса Окско-Донской равнины // Агрохимия. 1978. № 12. - С. 84-91.

9. Ахтырцев А.Б. Черноземно-влажнолуговые почвы Среднерусской лесостепи и их гумусное состояние / А.Б. Ахтырцев, Б.П. Ахтырцев // Вестник Воронежского государственного университета. Сер. Химия, биология. -2001.-№2.-С. 44-50.

10. Ахтырцев Б.П. Генезис и эволюция почв песчаных террас лесостепи в голоцене / Б.П. Ахтырцев, А.Б. Ахтырцев, Л.А. Яблонских // Тез. докл. III съезда Докучаевского о-ва почвоведов (11-15 июля 2000 г., Суздаль). М., 2000. - Кн. 3.-С. 9-10.

11. Ахтырцев Б.П. Химические и агрофизические свойства аллювиальных почв пойм Верхнего Дона / Б.П. Ахтырцев, Л.А. Яблонских, И.А. Лепилин

12. Вестник Воронежского государственного университета. Сер. Химия, биология. 2000. - №6. - С. 68-77.

13. Базилевич Н.И., Панкова Е.И. Опыт классификации почв по засолению // Почвоведение. 1968. №11. - С. 3-15.

14. Балабко П.Н. Микроморфологичекая диагностика пойменных почв: Авто-реф. дис. . канд. биол. наук. М., 1975. - 24 с.

15. Белов С. В. и др. Охрана окружающей среды. — М.: Высшая школа, 1991. -319с.

16. Берлянт A.M., Мусин О.Р., Свентэк Ю.В. Геоинформационные технологии и их использование в эколого-географических исследованиях. М.: Изд-во МГУ, 1987.- 188 с.

17. Бертокс П., Рада Д. Стратегия защиты окружающей среды от загрязнений. М.: Мир, 1980.-606 с.

18. Большаков В. Н. Экологическое прогнозирование. // Серия «Знание». Биология, М.: 1983. №5.

19. Васильева В.И., Херсонский Э.С. Расчет глубины промерзания почвог-рунтов в бассейне Верхнего Дона. ТР. ГГИ, 1977. Вып. 233. - С. 13-117.

20. Вершинина Л.К., Крестовский О.И. Учет водопоглотительной способности водосборов при прогнозах стока весеннего половодья. Тр. ГГИ, 1980. Вып. 265.-С. 3-31.

21. Вершинина Л.К. Пространственное распределение влажности и глубины промерзания. Тр. ГГИ, 1977. Вып. 233. - С. 97-108.

22. Вильяме В.Р. Естественно-научные основы луговодства или луговедение. -М.: Изд-во Нов. Дер., 1922. 1007 с.

23. Вильяме В.Р. Почвоведение. М.: Сельхозгиз, 1949. - 471 с.

24. Виноградов Б.В. Аэрокосмический мониторинг экосистем. М.: Наука., 1984.-320 с.

25. Виноградов Б.В. Основы ландшафтной экологии. М.: ГЕОС., 1998. 417 с.

26. Воскресенский К.П., Соколов А.А., Шикломанов И.А. Человек и среда обитания. Jl.:1974. С.67-88.

27. Гидрологические исследования ландшафтов. Новосибирск: НауЯг, Сиб. отд-ние, 207с.

28. Глинка К.Д. Почвоведение. M.-JI. 1931. 612 с.

29. Говорухин А. П. Режим промерзания и оттаивания почвы на территории ЦЧО. // Сб. работ Курской ГМО. Л.: 1963. Вып.2, С. 12-33.

30. Голицина Е.Ф., Калюжный И.С., Павлова К.П., В.В. Романов. Исследование теплововых свойств почв бассейна р. Дона для оценки талых вод на инфильтрацию в мерзлую почву. Тр. ГГИ. 1972. - С. 3-21.

31. Гришина Л.А., Орлов Д.С. Система показателей гумусного состояния почв // Проблемы почвоведения. М., 1978. - С. 42-47.

32. Дмитриев Е.А. Математическая статистика в почвоведении. — М.: Изд-во Московского университета. 1972. 292 с.

33. Добровольский Г.В. Вопросы теории почвообразования в поймах рек лесной зоны // Вестник Московского университета. Сер. биол., почвов., геол. геогр. 1957. - №1. - С. 69-82.

34. Добровольский Г.В. Поймы рек как ландшафты высокой плотности жизни и интенсивности почвообразозательиого процесса // Биологическая продуктивность и круговорот химических элементов в растительных сообществах. Л., 1971. - С. 226-231.

35. Доклад «Об использовании природных ресурсов и состоянии окружающей среды Липецкой области в 2001 году», из-во Липецк. 2002.

36. Докучаев В.В. Русский чернозем. Сельхозгиз, 1952. 653 с.

37. Жердев В.Н., Русинов П.С. Комплексный подход к изучению контролируемых параметров земельных ресурсов по бассейновому принципу. Воронеж: Изд-во ВГАУ, 1999. - 200 с.37