Оптимизация структуры земельного фонда и развитие сети ООПТ в степной зоне России

Оптимизация структуры земельного фонда и развитие сети ООПТ в степной зоне России. - Оренбург: ИС УрО РАН, 2016 - 212 с.

Скачать (9,2 Mb PDF)

Монография отражает результаты исследований в рамках гранта РНФ №14-17-00320 «Разработка интегральных показателей, необходимых для оптимизации структуры земельного фонда и модернизации природопользования в степных регионах РФ». Основное внимание уделено развитию теоретических основ оценки аграрного потенциала сельхозугодий для модернизации степного землепользования; разработке эколого-гидрологических основ оптимизации природопользования в степной зоне; анализу современной структуры земельного фонда регионов степной зоны и индикаторов их устойчивого развития; оценке современного состояния и перспектив развития сети ООПТ степной зоны.

Вопросы эффективного использования геопространства России во втором десятилетии XXI века приобретают новое значение как на фоне внешних геополитических изменений, так и на фоне внутренних проблем, связанных с эко- логическими последствиями хозяйственной деятельности. Одним из регионов страны, где экологические проблемы приобрели особую остроту, является степная зона. Вместе с лесостепью – это наиболее освоенная в хозяйственном отношении территория страны, где сельхозугодья занимают по ландшафтным провинциям от 80 до 96% всей площади. Коэффициент распаханности колеблется от 46% в Западной Сибири до 83% в Центрально-черноземном районе. Кроме распашки, важнейшими факторами негативной трансформации ландшафтовстепной зоны являются перевыпас скота, необоснованное орошение, неограниченное строительство, разнообразное техногенное воздействие, истреблениелесов. Обозначенный круг вопросов, нуждающихся как в теоретическом обобщении, так и в практическом решении, применительно к степной зоне страны представляется крупной научной проблемой, имеющей большое социально-экономическое значение. Особое значение решение этих вопросов приобретает в связи с земельной реформой.

В области экономики рационализация степного природопользования открывает возможности для пересмотра сложившейся структуры земельного фонда и возвращения степным ландшафтам роли высокопродуктивных и дешевых пастбищных угодий. Это будет способствовать решению продовольственной проблемы. В социальной области рационализация природопользования в степной зоне скажется на закреплении населения в сельской местности и на повышении его благосостояния. Трансграничный характер рассматриваемой территории и эволюция её ландшафтов под воздействием природных и антропогенных факторов делают изучение вопросов рационального природопользования и устойчивого развития степных регионов актуальным с точки зрения фундаментальных научных исследований. Степная зона в географическом и коммуникационном смыслах является одной из ключевых, благодаря своей трансграничности, наличию большого количества широтных экономических, социальных, этнокультурных и исторических связей России и всей Северной Евразии. Исследуемая территория характеризуется зональной целостностью сплошного степного массива и в административном отношении включает 22 субъекта (11 областей, 8 республик,3 края) Российской Федерации в 6 федеральных округах. Площадь региона составляет 1651,5 тыс. км2 (9,7% от площади РФ), на которой проживает более 48,2 млн. человек.

Протяжённость и физико-географическая неоднородность территории, социально-экономические диспропорции развития регионов степной зоны обуславливают необходимость разработки системы интегральных показателей эффективности природопользования и обоснования индикаторов устойчивости их социально-экономического развития. В настоящее время существует высокая востребованность объективной оценки состояния природных комплексов, анализа динамики ситуации и дальнейшего хозяйственного планирования для указанных территорий.

Сложившаяся за длительное время структура степного природопользования определила значительную степень трансформации и фрагментации естественных геосистем, что, в свою очередь, отразилось на ослаблении их структурно-функциональной устойчивости. Сельскохозяйственное освоение, привело к коренному изменению равнинных типов местности, отражающие зональные черты ландшафтов и играющих важную роль в формировании водного баланса. В связи с этим возникает необходимость применения бассейнового принципа при комплексном геоэкологическом анализе регионов. Оценка степени природно-антропогенной трансформации водосборных территорий позволит определить степень дестабилизации степных геосистем и оценить последствия в водно-ресурсном аспекте. Методологические подходы исследования во многом связаны с понятием «экологическая оптимизация ландшафтов» (ЭОЛ), под которым мы понимаем закономерную совокупность мероприятий, направленных на нахождение оптимального варианта природопользования на уровне ландшафтов. Важнейшим блоком ЭОЛ является всестороннее улучшение свойств ландшафтов в целях рационализации использования природных потенциалов земельных, водных, климатических и биологических ресурсов.

Основные принципы ЭОЛ сводятся к следующему:

  1. ЭОЛ в наибольшей степени учитывает комплексность и системность взаимоотношений между природными компонентами ландшафта и антропогенными факторами. Объектами ЭОЛ являются ландшафты различного ранга с учетом парагенетических и парадинамических связей.
  2. ЭОЛ учитывает естественный и сложившийся в результате длительной хозяйственной деятельности потенциал ландшафта. Специализация природопользования должна определяться возможностями естественного ландшафта и отвечать интересам местного населения.
  3. Цель ЭОЛ – обеспечить устойчивое и эффективное функционирование ландшафта. Для этого необходимо знать определенный порог устойчивости ландшафта к внешним влияниям, а, следовательно, предельные экологические параметры и критерии.
  4. При осуществлении мероприятий по ЭОЛ необходимо иметь в виду, что ландшафт любого ранга – система открытого типа, т. е. локальные воздействия распространяются за его пределы по различным «каналам». В связи с этим необходима вторичная ЭОЛ, направленная на локализацию радиуса неблагоприятного воздействия на ландшафт во времени и пространстве.
  5. В пространственной структуре оптимизируемого ландшафта важное значение имеют буферные (переходные) участки, отделяющие зоны интенсивного использования от зон экологического равновесия (предложение Б.В. Родомана (1974) о поляризации ландшафта).
  6. ЭОЛ должна предусматривать воссоздание ландшафтно-экологического разнообразия оптимизируемой территории как основы стабильности и гарантированной продуктивности природных систем.

В условиях хозяйственно освоенной территории ЭОЛ предусматривает поддержание сохранившихся и восстановление утраченных функций нарушенных ландшафтов в целях поддержания гармоничного соответствия хозяйственной деятельности природным свойствам ландшафта.

Конечным результатом ландшафтно-экологических исследований должна стать разработка параметров (критериев) структуры ландшафта и свойств отдельных компонентов, обеспечивающих относительную стабильность и устойчивость ландшафта и его целесообразную или оптимальную продуктивность при сохранении условий, благоприятных для жизни и деятельности человека.

В коллективной монографии авторы развивают теоретические основы оценки аграрного потенциала сельхозугодий. Предлагается модернизированный почвенно-экологический индекс, необходимый для принятия решений при переводе малопродуктивной пашни в пастбища или сенокосные угодья.

Особое внимание уделено регламентации антропогенной нагрузки на бассейны малых рек. С этой целью авторами предлагаются оригинальные подходы к оценке эколого-гидрологического состояния естественных водотоков.

В специальной главе рассматриваются социально-экономические проблемы аграрно-промышленного комплекса в регионах степной зоны России. Рассматриваются факторы и причины формирования невостребованного и маловостребованного земельного фонда.

В монографии приводится анализ современного пространственного распределения элементов природно-заповедного фонда и структуры сети особо охраняемых природных территорий регионов степной зоны Российской Федерации и даются предложения по модернизации природно-заповедного фонда территории. Выводы, предложения и рекомендации, изложенные в монографии, направлены на подготовку землеустроительных предпосылок для устойчивого пространственного развития степных регионов страны в условиях модернизации экономики.

Глава 1. Развитие теоретических основ оценки аграрного потенциала сельхозугодий для модернизации степного землепользования

1.1 Актуальность совершенствования подходов и системы оценки степных земель 

Важнейшим экологическим итогом XX столетия для России стал кризис ландшафтно-биологического разнообразия степной зоны 1980-х годов, произошедший как следствие крупномасштабного экстенсивного земледелия, котороепривело к следующим последствиям:

– полной распашке всех зональных подтипов суглинистых почв на плакорах;

– распашке части азональных (эродированных, дефлированных) разновидностей степных почв;

– пастбищной дигрессии степной растительности на корах выветривания;

– развитию системы лесополосного облесения;

– резкому сокращению численности ареалов титульных видов степной фауны.

Кризис был обусловлен недооценкой степных земель и прежде всего их экосистемной роли, отразившейся в сложившемся землеустройстве, ставившем задачи максимального вовлечения земель в пахотный оборот.

Кризис степного природопользования не был преодолён, и после 1990 года перешёл в новое состояние с образованием «кочующего» залежного клина, развитием бурьянистой растительности; распространением карантинных видов грибов и насекомых, сокращением посевов многолетних трав, недоиспользованием пастбищ, степными пожарами, деградацией полезащитных лесных полос; майскими и июньскими засухами, самовосстановлением лессингоковыльных степей [1].

Факт существования залежного клина в степной зоне официально рассматривается в основном негативно, без должной дифференциации. В частности, практически не учитываются потенциально малопродуктивные земли – эродированные, выпаханные агрозёмы, для которых требуется обоснование порога малопродуктивности с разработкой универсальных методов его определения. Так же не учитывается достижение залежью рубежа плотности почвы, при которой нераспахиваемые участки становятся «технологической» целиной, а не залежью. Таким образом непременным условием преодоления кризиса ландшафтно-биологического разнообразия степей и решения агроэкологических и социально-экономических проблем степных регионов являются принципиально новые подходы к оценке степных земель, основанные на учёте их аграрного потенциала и экосистемных функций.

Россия унаследовала от СССР законодательно закреплённую структуру сельхозугодий, в которой пахотные земли являются «неприкасаемым» элементом. В случае изъятия пашни на другие цели необходимо было как минимум компенсировать это изъятие распашкой других угодий, в основном пастбищ. В 1970-е–1980-е гг., в основном при сложившейся структуре степных агроландшафтов, государством была поставлена задача оценить сельхозугодья без каких-либо структурных изменений.

В условиях построения земельного рынка и ориентации на природоподобные технологии необходимо подойти к эколого-экономической оценке аграрного потенциала угодий с учётом современных реалий, в т.ч. – климатических изменений. Существующая структура, особенно на проблемном степном юго-востоке, должна рассматриваться как гипотетический массив целины, подлежащий переосвоению на основе научно обоснованных эколого-экономических показателей существующего аграрного потенциала степных земель.

Таким образом, возникла необходимость модернизации степного землепользования, суть которой заключается в отходе от прежних жёстких административных принципов формирования структуры агроландшафтов и приведении её в оптимальное состояние, соответствующее природным свойствам элементов ландшафта и экономической ценности богарной пашни, сенокосов или пастбищ. Для решения этой социальной, экономической и экологической проблемы нами предлагается система интегральных показателей эколого-экономической оценки аграрного и природоохранного потенциала степей.

Ключевым моментом оптимизации структуры степных агроландшафтов, особенно на юго-востоке степной зоны, является сокращение доли пахотных земель [2], [3]. Для практической модернизации степного землепользования, в т.ч. для более аргументированного вывода земель из состава пахотных, необходимо разработанные ранее критерии физической пахотопригодности дополнить эколого-экономическими показателями.

Достигнутый уровень интенсивности земледелия во многих степных регионах не раскрывает потенциальные возможности возделываемых угодий. Фактическая урожайность варьирует в зависимости от погодных особенностей. Резервы повышения фактической урожайности остаются значительными [4].

В случае развития рынка сельхозугодий такой показатель как «нормальная урожайность», применявшийся в землеоценочной практике в 1980- е годы, теряет свою актуальность. Он отражает скорее среднеобластной уровень интенсивности земледелия, чем природные возможности [5], [6]. В настоящее время требуются более объективные, научно обоснованные подходы к оценке земельных ресурсов, которые пока не предложены. Последний тур кадастровой оценки сельскохозяйственных угодий в субъектах РФ был проведён на той же основе так называемой «фактической урожайности» [7], [8], [9], [10].

При современных тенденциях климата в степной зоне, особенно на её юго-востоке, наметилась тенденция к учащению поздневесенних и раннелетних засух, что приводит к потере урожая. Особенно засушливыми в последнее время были 2010, 2012, 2014, 2015 годы. Например, в Оренбургской области в эти годы списывалось от 300 тыс. до 1,5 млн. га посевов, а урожайность на оставшихся полях составляла всего 4-6 ц/га. При данных условиях необходимо в большей степени учитывать фактор засухи при оценке аграрного потенциала, причём средство учёта должно быть мобильным.

Ландшафтная специфика степной зоны такова, что основная часть её территории – это земли сельскохозяйственного назначения. Поэтому при их оценке следует учитывать их решающую роль как жизненного пространства для степных биологических видов. Современные экономические подходы позволяют определять экономическую ценность дикой природы [11]. Сегодня сохранившиеся целинные плакорные степные эталоны должны оцениваться не только в качестве естественных кормовых угодий, но и как раритетные природные объекты [12]. Мировой опыт показывает, что ведение высокопродуктивного сельского хозяйства и сохранение биоразнообразия вполне совместимы [13], что сегодня может трактоваться как развитие природоподобных технологий.

Впервые теоретическая основа оптимизации структуры сельхозугодий была разработана в конце XIX века в России основоположником генетического почвоведения В.В. Докучаевым [14]. В XX столетии чередовались периоды энергичной поддержки и реализации идей В.В. Докучаева и периоды принципиального отступления от них, ярчайшим примером которого служит целинная кампания 1950-х. Современное эколого-экономическое состояние степной зоны таково, что государству необходимо вновь обратиться к основополагающим идеям В.В. Докучаева, а научному сообществу – привести учение В.В. Докучаева в соответствие современному знанию и реалиям времени.

[1] Чибилёв А.А., Левыкин С.В., Казачков Г.В., Петрищев В.П. Оценка и пахотопригодность агрозёмов как основы степного землеустройства // Землеустройство, кадастр и мониторинг земель. – 2015. – № 10. – С. 69.

[2] Чибилёв А.А. Экологическая оптимизация степных ландшафтов. – Екатеринбург, 1992. – С. 96-98.

[3] Русанов, А.М., Кононов В.М. Основные положения концепции пахотнопригодности земель // Оптимизация природопользования и охрана окружающей среды Южно-Уральского региона: материалы Рос. науч.-практ. конф. – Оренбург, 1998. – С. 70-73.

[4] Алакоз В.В. Организация оптимального сельскохозяйственного землепользования // Землеустройство, кадастр и мониторинг земель. – 2014. – № 12. – С. 14.

[5] Оценка земель Оренбургской области // Агропром. комплекс Оренбургской области. – Оренбург, 1986. – 42 с.

[6] Отчёты «Оценка земель сельскохозяйственных угодий колхозов и совхозов» районов Оренбургской области. Выполнены: Госагропром РСФСР, Объединение Росземпроект, Ин-т Волгогипрозем, Оренб. фил. – Оренбург, 1989.

[7] Государственная кадастровая оценка сельскохозяйственных угодий на 06.04.2001 (субъект РФ: Оренбургская область) / Гос. ком. Рос. Федерации по земел. политике.

[8] Методика государственной кадастровой оценки сельскохозяйственных угодий на уровне субъектов Российской Федерации / Гос. ком. Рос. Федерации по земел. политике. – М., 2000.

[9] Правила государственной кадастровой оценки сельскохозяйственных угодий в субъекте Российской Федерации / Гос. ком. Рос. Федерации по земел. политике. – М., 2000. – 15 с.

[10] Технические указания по государственной кадастровой оценке сельскохозяйственных угодий в субъекте Российской Федерации / Гос. ком. Рос. Федерации по земел. политике. – М., 2000. – 67 с.

[11] Бобылев, С.Н. Экономика сохранения биоразнообразия : (повышение ценности природы) / С.Н. Бобылев. – М.: Наука, 1999. – 88 с.

[12] Левыкин С.В., Чибилев-мл. А.А., Рамазанов С.К. Экономические принципы сохранения эталонных степных ландшафтов и степного биоразнообразия в условиях интенсивного сельскохозяйственного освоения // Географические проблемы устойчивого развития: Материалы междунар. науч.-практ. конф., посв. 90-летию Ю.Г. Саушкина (17-18 мая 2001 г.). – Уральск, 2001. – С.40-43.

[13] Дёжкин В.В. Охота и охотничье хозяйство мира: справ. пособие. – М.: Лес. пром-сть, 1983. – 358 с.

[14] Докучаев В.В. Избранные труды. – М.: Изд-во АН СССР, 1949. – 643 с.

1.2 Развитие интегрального подхода к оценке почв чернозёмного типа 

Основы оценки потенциала чернозёмов заложил В.В. Докучаев, доказав, что он сформировался под влиянием ряда взаимосвязанных факторов. Генезис потенциального плодородия почвы (Q) представлялся как математическое произведение основных факторов почвообразования [15]:

Q = f (грунт) х f (климат) х f (растительность) х f (фауна) х f (возраст) х f (рельеф), при f (антропогенные факторы) = 0

Докучаевское учение легло в основу разработки мультипликативного почвенно-экологического индекса (далее – ПЭИ) в Почвенном институте им. В.В. Докучаева для совершенствования бонитировки сельскохозяйственных земель в СССР. В основу расчёта ПЭИ положена следующая формула данного индекса для неорошаемой пашни [16] (1):

ПЭИ – почвенно-экологический индекс;

V – плотность (объёмная масса) почвы (в среднем для метрового слоя);

2 – максимально возможная плотность почв при их предельном уплотнении (г/см3);

П – «полезный» объём почвы (в метровом слое);

Дс – дополнительно учитываемые свойства почв;

А – итоговый агрохимический показатель;

Σt – среднегодовая сумма температур более 10°С;

Ку – коэффициент увлажнения (в некоторых случаях рассчитывается по дополнительной формуле);

Р – поправка к коэффициенту увлажнения;

Кк – коэффициент континентальности (рассчитывается по дополнительной формуле);

12,5 – константа, введённая для приведения определённой совокупности экологических условий к 100 единицам ПЭИ.

Размерности величин показаны по оригиналу [17], их действительные размерности будут рассмотрены далее по мере необходимости.

Индекс ПЭИ был предложен в первую очередь для бонитировки неорошаемой пашни, но в той же методике бонитировки земель предназначался как для пашни других видов (орошаемая, осушенная, и т.д.), так и для сенокосов и пастбищ [18].

Из позднейших официальных рекомендаций по мониторингу плодородия почв, использующих ПЭИ, известна модернизированная формула этого индекса для неорошаемой пашни [19] (1а):

Отличия данной видоизменённой формулы (1а) от предшествующей (1) заключаются в следующем:

Во-первых, из формулы 1а исключён итоговый агрохимический показатель (А) и никакой его аналог в формулу 1а не введён. При этом в тексте констатируется, что «расчёт почвенно-экологического индекса приведён для уровня среднего содержания в почвах элементов питания растений и преобладающей (для данной почвенной таксономической единицы) степени кислотности» [20].

Во-вторых, из формулы 1а исключён «полезный» объем почвы (в метровом слое) (П), вместо него в формулу 1а введён коэффициент на гранулометрический (механический) состав почвы (М). Данное отличие является формальным, т.к. таблицы, являющиеся источниками величин П и М (обе величины табличные), построены по одному и тому же принципу, при котором искомая величина зависит от вида почвы и её гранулометрического состава [21], [22]. То есть, величина П из формулы 1 и величина М из формулы 1а – это одна и та же величина.

В-третьих, величина Дс, трактовавшаяся в легенде к формуле 1 как дополнительно учитываемые свойства почв, в легенде к формуле 1а признана коэффициентами (фактически произведением линейных коэффициентов) на таковые. Это отличие так же является формальным, т.к. согласно обеим методикам Дс является произведением линейных коэффициентов [23], [24].

В-четвёртых, в формуле 1а указано, что коэффициент увлажнения введён по Иванову. Проблема трактовки этого коэффициента в формулах ПЭИ и разработанном позднее почвенно-агроклиматическом индексе (далее – ПАКИ) будет рассмотрена отдельно.

В методике, разработанной с участием Почвенного института им. В.В. Докучаева и МСХА им. К.А. Тимирязева, предложена другая модернизация формулы ПЭИ [25](1б):

Отличия этой видоизменённой формулы (1б) от предшествующей (1) заключаются в следующем.

Во-первых, из формулы 1б исключён «полезный» объем почвы (в метровом слое) (П), вместо него в формулу 1б введён коэффициент на гранулометрический (механический) состав почвы (М). Как было сказано выше, данное отличие является формальным.

Во-вторых, величина Дс, трактовавшаяся в легенде к формуле 1 как дополнительно учитываемые свойства почв, в легенде к формуле 1б признана коэффициентами (фактически произведением линейных коэффициентов) на таковые. Как было сказано выше, это отличие так же является формальным.

В-третьих, в формулу 1б введён линейный коэффициент на условия рельефа (R), отсутствующий в формуле 1.

В-четвёртых, в формуле 1б указано, что коэффициент увлажнения введён по Иванову. Проблема трактовки этого коэффициента в формулах ПЭИ и ПАКИ будет рассмотрена отдельно.

Отличия формулы 1б от формулы 1а заключаются в том, что в формуле 1б сохранён присутствующий в формуле 1 итоговый агрохимический показатель (А), исключённый из формулы 1а, и введён коэффициент на условия рельефа (R), отсутствующий в формуле 1а.

Ввод коэффициента на условия рельефа (R) в формулу 1б [26], возможно, является развитием поправочных коэффициентов для склоновых земель, предусмотренных в исходной методике для ряда случаев [27]. Последующая модернизация ПЭИ в ПАКИ ввела учёт рельефа непосредственно в формулу индекса, что видно из его формулы [28] (2):

ПАКИ – почвенно-агроклиматический индекс;

12,0 – константа;

(2 – Vпл) – разность максимально возможного уплотнения почвы и усреднённой величиной плотности данной почвы в метровом слое;

М – гранулометрический состав почвы;

Д – дополнительно учитываемые свойства почв, влияющие на онтогенез культур (смытость, гидроморфность, солонцеватость, и т.д.);

Σt – среднегодовая сумма температур более 10°С (°С);

t°n – поправка на сумму температур в зависимости от крутизны, экспозиции склона и широты местности (°С) (рассчитывается по дополнительным формулам);

Ку – коэффициент увлажнения;

P – постоянная поправка к коэффициенту увлажнения;

Кn – поправка к величине Ку на экспозицию и крутизну склонов (рассчитывается по дополнительным формулам);

Кк – коэффициент континентальности климата.

Размерности величин показаны по оригиналу [29], их действительные размерности будут рассмотрены далее по мере необходимости.

Принципиальными отличиями формулы ПАКИ (2) от формул ПЭИ (1, 1а, 1б) являются введённые в формулу 2 величины t°n и Кn, при помощи которых учтены крутизна и экспозиция склона. Эти величины рассчитываются по имеющимся в методике ПАКИ дополнительным формулам, которые приводим ниже (2-1, 2-2, 2-3, 2-4). Для склонов южной экспозиции предписаны формулы 2-1 и 2-3, для склонов северной экспозиции – формулы 2-2 и 2-4 [30].

t°n – поправка на сумму температур в зависимости от крутизны, экспозиции склона и широты местности (°С);

Кn – поправка к величине Ку на экспозицию и крутизну склонов;

У – крутизна склона (в градусах);

υ – широта местности;

Σt – среднегодовая сумма температур более 10°С (°С).

Размерности величин показаны по оригиналу [31], их действительные размерности будут рассмотрены далее по мере необходимости.

Отметим, что приведённые в методике, использующей ПАКИ, формулы для расчёта t°n и Кn учитывают только склоны северной и южной экспозиции [32], как учитывать крутизну западных и восточных склонов из данного источника не ясно.

Все приведённые выше формулы ПЭИ и ПАКИ (1, 1а, 1б, 2) разрабатывались и модернизировались в рамках методик бонитировки земель, причём прежде всего пахотных. Существенным различием рассмотренных методик, к которым относятся ПЭИ и ПАКИ, является следующее. В методиках использующих ПЭ [33], [34], [35] балл бонитета пашни для каждой учитываемой культуры рассчитывается непосредственно из этого индекса, в то время как в методике использующей ПАКИ [36] балл бонитета пашни рассчитывается не из этого индекса, а по отдельной формуле для каждой учитываемой культуры, составленной на основе формулы ПАКИ (2). Все формулы балла бонитета пашни и формула ПАКИ (2) по Карманову и Булгакову (2012) приводятся к следующему общему виду (2а):

Б – балл бонитета пашни (аналог ПАКИ в формуле 2);

b – константа (в формуле 2 b=12,0);

(2 – Vпл) – разность максимально возможного уплотнения почвы и усреднённой величиной плотности данной почвы в метровом слое;

c – константа на физические свойства почв (во всех формулах балла бонитета пашни c=1,33, в формуле ПАКИ (2) c=1);

М – коэффициент на гранулометрический состав почвы;

Д – произведение коэффициентов на дополнительно учитываемые свойства почв, влияющие на онтогенез культур (смытость, гидроморфность, солонцеватость, и т.д.);

Σt – среднегодовая сумма температур более 10°С (°С);

d – поправка к величине Σt, в формуле ПАКИ (2) d=0;

t°n – поправка на сумму температур в зависимости от крутизны, экспозиции склона и широты местности (°С) (рассчитывается по дополнительным формулам 2-1 или 2-2);

Ку – коэффициент увлажнения;

Р – поправка к коэффициенту увлажнения (в формуле ПАКИ (2) – табличная величина, в формулах балла бонитета пашни – константа, своя для каждой формулы);

Кn – поправка к величине Ку на экспозицию и крутизну склонов (рассчитывается по дополнительным формулам 2-3 или 2-4);

Кк – коэффициент континентальности климата;

f – поправка к коэффициенту континентальности климата, (в формуле ПАКИ (2) f=90).

Размерности величин показаны по оригиналам формул балла бонитета пашни [37], их действительные размерности будут рассмотрены по мере необходимости.

В рамках реализации проекта РНФ № 14–17–00320 «Разработка интегральных показателей, необходимых для оптимизации структуры земельного фонда и модернизации природопользования в степных регионах РФ» на основе применения ПЭИ был модернизирован механизм конвертации потенциального почвенного плодородия в номинальное денежное выражение. Модернизированный механизм позволил на базе почвенных данных, полученных в модельном хозяйстве (южный чернозём, Предуралье), усовершенствовать алгоритм оценки ценности природного потенциала степных угодий с разработкой основных критериев и показателей экономической пахотопригодности степных земель [38], [39], [40]. Детальный анализ теоретической основы и опыт применения ПЭИ выявил, что принципиальными и общими свойствами ПЭИ и ПАКИ являются следующие:

1) Индекс ПЭИ изначально был разработан прежде всего для оценки потенциала пашни с допущением к применению для сенокосов и пастбищ [41], но впоследствии применимость ПЭИ и ПАКИ ограничена только пашней [42], [43], [44].

2) Индексы ПЭИ и ПАКИ являются мультипликативными.

3) Базовым почвенным показателем для расчёта ПЭИ и ПАКИ является плотность почвы.

4) Будучи индексами природного потенциала в первую очередь пашни, ПЭИ и ПАКИ тем не менее не учитывают ни благоприятность сезонного распределения тепла и влаги для полеводства, ни вероятность неблагоприятных факторов полеводства.

Прежде оценки вышеперечисленных свойств индексов ПЭИ и ПАКИ считаем необходимым обратить внимание на проблему трактовки коэффициента увлажнения во всех приведённых выше формулах этих индексов (1, 1а, 1б, 2, 2а).

В исходной методике бонитировки земель, использующей ПЭИ [45], коэффициент увлажнения с поправкой к нему (разность (Ку – Р) из формулы 1) является табличной величиной, но для территорий, по которым в методике нет табличных значений, предписано определять коэффициент увлажнения по следующей формуле (3), которая аналогична формуле гидротермического коэффициента Селянинова [46] (4).

Ку – коэффициент увлажнения;

Дк – дополнительный коэффициент (табличная величина);

Ос – среднегодовая сумма осадков (мм);

Σt – среднегодовая сумма температур более 10°С (°С).

ГТК – гидротермический коэффициент (мм/°С);

P – сумма осадков за период с температурой выше 10°С (мм);

Σt – сумма температур за период с температурой выше 10°С (°С).

В формуле 3 размерности величин показаны по оригиналу [47], но из данной формулы видно, что определяемый по ней коэффициент увлажнения (Ку), фигурирующий в оригинале как безразмерная величина, в действительности выражается в миллиметрах делённых на градус Цельсия (мм/°С). Гидротермический коэффициент Селянинова (ГТК) так же фигурирует как безразмерная величина [48], хотя из его формулы (4) следует, что ГТК выражается в миллиметрах, делённых на градус Цельсия (мм/°С), точно так же, как Ку по формуле 3.

Из формул 3 и 4 видно, что коэффициент увлажнения по формуле 3 является видоизменённым гидротермическим коэффициентом, отличающимся от такового по формуле 4 поправкой +500°С к знаменателю, заменой суммы осадков за период физиологически активных температур на среднегодовую, табличным линейным коэффициентом Дк в числителе.

Последующие методики бонитировки земель, использующие ПЭИ, предписывают применять коэффициент увлажнения по Иванову [49], [50], который рассчитывается по формуле 5, но те же методики предписывают использовать коэффициент увлажнения с поправкой (Ку – P) из таблиц данных в предшествующей методике Шишова с соавторами, которая не содержит никаких указаний на применение коэффициента увлажнения по Иванову, зато для некоторых случаев предписывает рассчитывать коэффициент увлажнения по формуле 3. Как видно из приведённой ниже формулы 5, коэффициент увлажнения по Иванову [51], [52] не может быть идентичен коэффициенту увлажнения по формуле 3:

Ку – коэффициент увлажнения по Иванову;

Р – среднегодовая сумма осадков (мм);

f – среднегодовая испаряемость (мм).

Простейшим указанием на неидентичность является несовпадение размерностей: Ку по формуле 3 выражается в миллиметрах делённых на градус Цельсия (мм/°С), в то время как коэффициент увлажнения по Иванову (5) является безразмерной величиной.

В этой связи остаётся неясным, действительно ли последующие авторы [53], [54] перешли на коэффициент увлажнения по Иванову или они используют тот же Ку по формуле 3, что предшествующая методика [55]? Другой возможный вариант: все три рассмотренные методики используют коэффициент увлажнения по Иванову, но для не предусмотренных таблицами случаев Шишов с соавторами предписывают другой коэффициент увлажнения [56] (3). Эта неясность крайне осложняет установление истинной размерности ПЭИ и использование индекса в тех случаях, когда климатические изменения (или иные причины) не позволяют применить табличные величины коэффициента увлажнения.

В методике, использующей ПАКИ [57], коэффициент увлажнения является табличной величиной без указания методов расчёта или ссылок на источники таковых. Учитывая преемственность ПАКИ по отношению к ПЭИ и рассмотренную выше проблему трактовки коэффициента увлажнения в формулах ПЭИ, не ясно, как находить эту величину для расчета ПАКИ и предусмотренных той же методикой баллов бонитета пашни в том случае, если в силу климатических изменений табличные величины устареют.

Тем не менее, мы имеем основания предполагать, что во всех перечисленных методиках, использующих ПЭИ или ПАКИ, действительно применён коэффициент увлажнения по Иванову (5). Таковые основания приводим в пояснениях к границам применимости и дополнительным условиям применения формул предлагаемого нами ПЭИ, после рассмотрения необходимых источников (п.1.3, подп. Обоснования границ применимости и дополнительных условий применения формул 6, 7, 8).

Ниже рассматриваем четыре перечисленных выше принципиальных свойства существующих индексов ПЭИ и ПАКИ.

  1. Ограничение применимости ПЭИ пашней. На наш взгляд это ограничение является объективным следствием проблематичности сопоставления потенциала пашни с таковым сенокосов и пастбищ в силу двух обстоятельств. Во-первых, очевидно, что потенциал любого угодья может быть объективно оценен только на примерах его реализации. Во-вторых, пахотные земли реализуют свой природный потенциал только при высокой степени обработки, в то время как сенокосы и пастбища – при минимальной степени обработки или даже без таковой. Поэтому урожайность выращиваемых на пашне культур, в виде которой реализуется её потенциал, неизбежно отражает не только природный потенциал пашни, но и потенциал применяемых технологий. В то же время урожайность кормов на сенокосах, в виде которой реализуется их потенциал, отражает главным образом именно природный потенциал сенокосов; погектарная ёмкость пастбищ или погектарный полезный запас корма на пастбище, в виде которого реализуется их потенциал, отражают главным образом именно природный потенциал пастбищ.

Из сказанного выше следует, что потенциал пашни не может получить объективную оценку по урожайности выращиваемых на ней культур, в то время как потенциал сенокосов и пастбищ может быть объективно оценён по, соответственно, урожайности кормов, погектарной ёмкости пастбищ или погектарному полезному запасу корма. Это заставило нас признать невозможным единый интегральный показатель природного потенциала пашни, сенокосов и пастбищ.

Невозможность объективной оценки потенциала пашни по урожайности полевых культур является серьёзной проблемой, так как другой источник объективного знания о потенциале пашни невозможен. Это обстоятельство является для нас даже более веским основанием отказаться от попыток разработки высокоточного индекса именно природного потенциала пашни, чем необходимость для наших целей оптимизации структуры земельного фонда и модернизации природопользования индекса пусть менее точного, но отражающего практически только природный потенциал.

  1. Мультипликативность ПЭИ и ПАКИ. Правая часть исходной формулы ПЭИ (1) состоит только из трёх множителей: итоговый почвенный показатель (12,5 (2–V) П Дc), итоговый агрохимический показатель (А), итоговый климатический показатель Σt (Кe – Р)/(Кr + 100). Первый отражает влияние выраженности свойств почвы (без кислотности, без содержания фосфора и калия) на потенциал угодья, второй – влияние агрохимических параметров почвы (кислотность, содержание фосфора и калия), третий – влияние климатических и географических параметров местности [58]. Таким образом, исходная формула ПЭИ (1) трактует природный потенциал угодья, прежде всего потенциал пашни, как математическое произведение влияний почвы и климата. Такая трактовка переносит представления В.В. Докучаева о роли различных факторов в генезисе почв [59] на роль почвы и климата в потенциале пашни и тем противоречит существующим представлениям о незаменимости и равнозначности почвенных и климатических факторов для полеводства.

Последующие методики бонитировки земель [60], [61] как и исходная [62], используют формулы ПЭИ (1а, 1б), по которым этот индекс является, точно так же как по исходной методике (1), произведением показателей потенциалов почвы и климата. По формуле 1а ПЭИ является произведением только итогового почвенного показателя и итогового климатического показателя полностью идентичного таковым по исходной методике (1). По формуле 1б ПЭИ является произведением тех же итогового почвенного показателя и итогового климатического показателя что по формуле 1а, дополнительно умноженным на итоговый агрохимический показатель, соответствующий таковому из исходной методики, и на коэффициент на условия рельефа. Следовательно, как и формула ПЭИ из исходной методики (1), формулы ПЭИ последующих методик (1а, 1б) трактуют потенциал пашни как математическое произведение потенциалов почвы и климата и этим противоречат существующим представлениям о незаменимости и равнозначности почвенных и климатических факторов для полеводства. То же самое верно в отношении методики бонитировки земель, использующей ПАКИ [63], согласно которой этот индекс и баллы бонитета пашни являются произведениями только итогового почвенного показателя (b c (2 – VПЛ)∙М∙Д и итогового климатического показателя (Σt + d + t° n)·(Ку – Р + Кn)/(Кk +f)·(2a).

Найденное противоречие формул всех выше рассмотренных ПЭИ и ПАКИ существующим представлениям о незаменимости и равнозначности почвенных и климатических факторов для полеводства на наш взгляд является веской причиной для их пересмотра в направлении ограничения мультипликативности индекса.

  1. Использование плотности почвы в качестве базового почвенного показателя. Во всех формулах ПЭИ (1, 1а, 1б), в формуле ПАКИ и предусмотренных той же методикой формулах баллов бонитета пашни (2, 2а) используется итоговый почвенный показатель, представляющий собой произведение величины (2–V) и системы линейных коэффициентов. То есть, для расчёта итогового почвенного показателя используется только один параметр – плотность почвы. Все остальные величины являются не более чем коэффициентами при разности числа 2 и этого единственного параметра, введёнными на механический состав и дополнительно учитываемые свойства. Так плотность почвы и становится базовым почвенным показателем во всех формулах ПЭИ (1, 1а, 1б), в формуле ПАКИ и предусмотренных той же методикой формулах баллов бонитета пашни (2, 2а), по которым оценивается потенциал пашни.

Насколько плотность почвы является показателем именно природного потенциала пашни? Прежде всего следует учесть, что пашня реализует свой потенциал только на засеянном поле, а плотность почвы на нём является результатом не только природных процессов, но и в очень значительной степени обработки. Следовательно, на засеянном поле, где реализуется потенциал пашни, равно как на поле, подготовленном к посеву или после вспашки зяби, плотность почвы отражает не только её природные свойства, влияющие на потенциал пашни, но и в очень значительной степени воздействие технологий, влияющее на урожайность поля. Поэтому использование плотности почвы превращает ПЭИ в показатель не самого по себе природного потенциала пашни, а такового дополненного эффектом обработки почвы.

Для целей сельскохозяйственной бонитировки земель, стоявших перед авторами ПЭИ и ПАКИ, возможно, было существенным оценить общую совокупность природного потенциала угодий и ряда факторов культуры полеводства, а не вычленить сам по себе природный потенциал. Для решения нашей задачи оптимизации структуры земельного фонда и модернизации природопользования важно выделить, насколько это возможно, именно природный потенциал угодий. В этой связи нами и предлагается новый ПЭИ. Дополнительно отметим, что можно подсчитать ПЭИ или ПАКИ для участка целины, где плотность почвы может быть признана результатом только природных процессов, а не обработки. Однако, по любой формуле ПЭИ (1, 1а, 1б), по формуле ПАКИ и по предусмотренным той же методикой формулам баллов бонитета пашни (2, 2а) при характерной для целины плотности почвы, приближающейся к 2 г/см3, величина (2–V) стремится к нулю. Поскольку в любой формуле ПЭИ и ПАКИ (1, 1а, 1б, 2, 2а) величина (2–V) является множителем в произведении нескольких множителей, при плотности почвы стремящейся к 2 г/см3 значение ПЭИ или ПАКИ то же неизбежно стремится к нулю независимо от значений остальных величин. Поэтому, если в условиях отсутствия либо неопределённости рыночной цены на землю официальное ценообразование будет проведено на основе ПЭИ или ПАКИ (1, 1а, 1б, 2, 2а), то земельный спекулянт получит возможность купить участок вторичной степи, распахать его и затем продать по существенно более высокой цене, обоснованной существенно более высоким ПЭИ. На данном примере видно, что индекс, разрабатывавшейся в советских условиях, мало пригоден для земельного ценообразования в условиях становления земельного рынка.

К сказанному необходимо добавить, что уделяя плотности почвы первостепенное внимание методики использующие ПЭИ [64], [65], [66] учитывают содержание гумуса при помощи линейного коэффициента на отношение его содержания к среднему региональному. Таким образом, ПЭИ приведён в прямую зависимость не от собственно содержания гумуса в почве, а от его отношения к среднему для данного региона. Например, при прочих равных множителях поле на тёмно-каштановых почвах на юго-востоке Оренбургской области со средним содержанием гумуса для почв своего региона получит такой же итоговый почвенный показатель как чернозёмное поле в Краснодарском крае со средним содержанием гумуса для чернозёмов данного региона, которое заведомо намного больше среднего для юго-востока Оренбургской области. Для решения нашей задачи оптимизации структуры земельного фонда и модернизации природопользования в степных регионах РФ, требующей сравнения природного потенциала угодий различных регионов, такой учёт содержания гумуса не может быть принят.

Позднейшая методика использующая ПАКИ [67] предлагает учитывать содержание гумуса при помощи линейного коэффициента варьирующего от 0,9 до 1,05 соответственно роли содержания почвенного гумуса в практике полеводства, но это явно не соответствует роли содержания почвенного гумуса в формировании природного потенциала угодий.

  1. ПЭИ и ПАКИ не учитывают ни сезонное распределение тепла и влаги, ни вероятность неблагоприятных факторов. Во всех формулах ПЭИ (1, 1а, 1б), в формуле ПАКИ и предусмотренных той же методикой формулах баллов бонитета пашни (2, 2а) отсутствует какая-либо величина, при помощи которой учитывается сезонное распределение тепла и влаги. Между тем очевидно, что на урожайность полевых культур – единственный объективный показатель потенциала пашни – влияют не только годовая сумма осадков и годовая сумма активных положительных температур, но и не в меньшей степени их сезонное распределение. Очевидно, что по отношению к полеводству дождь в апреле не может быть эквивалентен дождю в октябре.

Решающее значение своевременности осадков было очевидно еще в древности: «...то дам Я дожди земле вашей в срок: дождь после сева и дождь перед жатвой, – и соберешь ты свой хлеб, и вино свое, и масло олив своих» [68].

Аналогично, теплый апрель не может быть эквивалентен теплому июлю.

Очевидно, что благоприятность сезонного распределения тепла и влаги для полеводства являются составляющими потенциала пашни.

Во всех формулах ПЭИ (1, 1а, 1б), в формуле ПАКИ и предусмотренных той же методикой формулах баллов бонитета пашни (2, 2а) отсутствует какая-либо величина, при помощи которой учитывается вероятность наступления неблагоприятных факторов полеводства. Для местностей, где вероятность таких факторов (засуха, переувлажнение, вспышка численности вредителей или болезней растений, и т.п.) низка, это не имеет существенного значения, однако большая часть пахотных земель России располагается в степной зоне, где вероятность наступления неблагоприятных факторов полеводства со всей очевидностью существенно сказывается на потенциале пашни.

Признавая основополагающий вклад сотрудников Почвенного института им. В.В. Докучаева в развитие оценки земель на основе докучаевских подходов, для решения задач оптимизации структуры земельного фонда степных регионов считаем необходимым модернизировать ПЭИ как интегральный показатель пахотных земель и разработать аналогичный для кормовых угодий.

[15] Там же. – С. 365.

[16] Шишов, Л.Л. и др. Теоретические основы и пути регулирования плодородия почв / Л.Л. Шишов, Д.Н. Дурманов, И.И. Карманов, В.В. Ефремов. – М., 1991. – С. 167.

[17] Там же. – С. 168.

[18] Там же. –- С.172, 173.

[19] Методические указания по проведению комплексного мониторинга плодородия почв земель сельскохозяйственного назначения / под ред. Л.М. Державина, Д.С. Булгакова. – М., 2003. – С. 115.

[20] Методические указания по проведению комплексного мониторинга плодородия почв земель сельскохозяйственного назначения / под ред. Л.М. Державина, Д.С. Булгакова. – М., 2003. – С. 115.

[21] Шишов, Л.Л. и др. Теоретические основы и пути регулирования плодородия почв / Л.Л. Шишов, Д.Н. Дурманов, И.И. Карманов, В.В. Ефремов. – М., 1991. – С.190.

[22] Методические указания по проведению комплексного мониторинга плодородия почв земель сельскохозяйственного назначения / под ред. Л.М. Державина, Д.С. Булгакова. – М., 2003. – С. 235.

[23] Шишов, Л.Л. и др. Теоретические основы и пути регулирования плодородия почв / Л.Л. Шишов, Д.Н. Дурманов, И.И. Карманов, В.В. Ефремов. – М., 1991. – С. 168.

[24] Методические указания по проведению комплексного мониторинга плодородия почв земель сельскохозяйственного назначения / под ред. Л.М. Державина, Д.С. Булгакова. – М., 2003. – С. 115, 235-238.

[25] Савич В.И. и др. Оценка почв. / В.И. Савич, Х.А. Амергужин, И.И. Карманов, Д.С. Булгаков, Ю.В. Федорин, Л.А. Карманова. – Астана, 2003. – С. 435.

[26] Савич В.И. и др. Оценка почв. / В.И. Савич, Х.А. Амергужин, И.И. Карманов, Д.С. Булгаков, Ю.В. Федорин, Л.А. Карманова. – Астана, 2003. – С. 435.

[27] Шишов, Л.Л. и др. Теоретические основы и пути регулирования плодородия почв / Л.Л. Шишов, Д.Н. Дурманов, И.И. Карманов, В.В. Ефремов. – М., 1991. – С. 173.

[28] Карманов И.И., Булгаков Д.С. Методика почвенно-агроклиматической оценки пахотных земель для кадастра. – М., 2012. – С. 12.

[29] Карманов И.И., Булгаков Д.С. Методика почвенно-агроклиматической оценки пахотных земель для кадастра. – М., 2012. – С. 12, 13.

[30] Там же. – С. 36-38.

[31] Карманов И.И., Булгаков Д.С. Методика почвенно-агроклиматической оценки пахотных земель для кадастра. – М., 2012. – С. 12, 13, 36-38.

[32] Там же. – С. 36 38.

[33] Шишов, Л.Л. и др. Теоретические основы и пути регулирования плодородия почв / Л.Л. Шишов, Д Н. Дурманов, И.И. Карманов, В.В. Ефремов. – М., 1991. – С. 176.

[34] Методические указания по проведению комплексного мониторинга плодородия почв земель сельскохозяйственного назначения / под ред. Л. М. Державина, Д.С. Булгакова – М., 2003. – С. 232.

[35] Савич В.И. и др. Оценка почв. / В.И. Савич, Х.А. Амергужин, И.И. Карманов, Д.С. Булгаков, Ю.В. Федорин, Л.А. Карманова. – Астана, 2003. – С. 435.

[36] Карманов И.И., Булгаков Д.С. Методика почвенно-агроклиматической оценки пахотных земель для кадастра. – М., 2012. – С. 24-36.

[37] Карманов И.И., Булгаков Д.С. Методика почвенно-агроклиматической оценки пахотных земель для кадастра. – М., 2012. – С. 24-36.

[38] Чибилёв А.А., Левыкин С.В., Казачков Г.В., Петрищев В.П. Оценка и пахотопригодность агрозёмов как основы степного землеустройства // Землеустройство, кадастр и мониторинг земель. – 2015. – № 10. – С. 70, 71.

[39] Чибилёв А.А., Левыкин С.В., Казачков Г.В., Петрищев В.П., Яковлев И.Г. Оценка и пахотопригодность агрозёмов как основы степного землеустройства // Землеустройство, кадастр и мониторинг земель. – 2016. – № 1. – С.18-22.

[40] Проблемы геоэкологии и степеведения. Т.IV. Оптимизация структуры земельного фонда и модернизация природопользования в степных регионах России / под ред. А.А. Чибилёва. – Оренбург:, 2015. – С. 66-72.

[41] Шишов, Л.Л. и др. Теоретические основы и пути регулирования плодородия почв / Л.Л. Шишов, Д.Н. Дурманов, И.И. Карманов, В.В. Ефремов. – М.: Агропромиздат, 1991. – С. 168, 173.

[42] Методические указания по проведению комплексного мониторинга плодородия почв земель сельскохозяйственного назначения / под ред. Л.М. Державина, Д.С. Булгакова. – М., 2003. – С. 115, 116.

[43] Савич В.И. и др. Оценка почв. / В.И. Савич, Х.А. Амергужин, И.И. Карманов, Д.С. Булгаков, Ю.В. Федорин, Л.А. Карманова. – Астана, 2003. – С. 435.

[44] Карманов И.И., Булгаков Д.С. Методика почвенно-агроклиматической оценки пахотных земель для кадастра. – М.: Почв. ин-т. им. В.В. Докучаева. АПР, 2012. – 122 с.

[45] Шишов, Л.Л. и др. Теоретические основы и пути регулирования плодородия почв / Л.Л. Шишов, Д.Н. Дурманов, И.И. Карманов, В.В. Ефремов. – М., 1991. – С. 170.

[46] Гордеев А.В., Клещенко А.Д., Черняков Б.А., Сиротенко О.Д. Биоклиматический потенциал России: теория и практика. – М.: КМК, 2006. – С. 28.

[47] Шишов, Л.Л. и др. Теоретические основы и пути регулирования плодородия почв / Л.Л. Шишов, Д.Н. Дурманов, И.И. Карманов, В.В. Ефремов. – М., 1991. – С. 170.

[48] Гордеев А.В., Клещенко А.Д., Черняков Б.А., Сиротенко О.Д. Биоклиматический потенциал России: теория и практика. – М., 2006. – С. 28.

[49] Методические указания по проведению комплексного мониторинга плодородия почв земель сельскохозяйственного назначения / под ред. Л. М. Державина, Д.С. Булгакова. – М., 2003. – С. 115.

[50] Савич В.И. и др. Оценка почв / В.И. Савич, Х.А. Амергужин, И.И. Карманов, Д.С. Булгаков, Ю.В. Федорин, Л.А. Карманова. – Астана, 2003. – С. 435.

[51] Методические указания по проведению комплексного мониторинга плодородия почв земель сельскохозяйственного назначения / под ред. Л.М. Державина, Д.С. Булгакова. – М., 2003. – С. 109.

[52] Гордеев А.В., Клещенко А.Д., Черняков Б.А., Сиротенко О.Д. Биоклиматический потенциал России: теория и практика. – М., 2006. – С. 381.

[53] Методические указания по проведению комплексного мониторинга плодородия почв земель сельскохозяйственного назначения / под ред. Л. М. Державина, Д.С. Булгакова. – М.: ФГНУ «Росинформагротех», 2003. – 240 с.

[54] Савич В.И. и др. Оценка почв. / В.И. Савич, Х.А. Амергужин, И.И. Карманов, Д.С. Булгаков, Ю.В. Федорин, Л.А. Карманова. – Астана, 2003. – С. 435.

[55] Шишов, Л.Л. и др. Теоретические основы и пути регулирования плодородия почв / Л.Л. Шишов, Д.Н. Дурманов, И.И. Карманов, В.В. Ефремов. – М.: Агропромиздат, 1991. – 304 с.

[56] Шишов, Л.Л. и др. Теоретические основы и пути регулирования плодородия почв / Л.Л. Шишов, Д.Н. Дурманов, И.И. Карманов, В.В. Ефремов. – М., 1991. – С. 170.

[57] Карманов И.И., Булгаков Д.С. Методика почвенно-агроклиматической оценки пахотных земель для кадастра. – М., 2012. – С. 12, 50.

[58] Шишов, Л.Л. и др. Теоретические основы и пути регулирования плодородия почв / Л.Л. Шишов, Д.Н. Дурманов, И.И. Карманов, В.В. Ефремов. – М., 1991. – С. 168-170.

[59] Докучаев В.В. Избранные труды. – М., 1949. – С. 365.

[60] Методические указания по проведению комплексного мониторинга плодородия почв земель сельскохозяйственного назначения / под ред. Л. М. Державина, Д.С. Булгакова. – М., 2003. – С. 115.

[61] Савич В.И. и др. Оценка почв. / В.И. Савич, Х.А. Амергужин, И.И. Карманов, Д.С. Булгаков, Ю.В. Федорин, Л.А. Карманова. – Астана, 2003. – С. 435.

[62] Шишов, Л.Л. и др. Теоретические основы и пути регулирования плодородия почв / Л.Л. Шишов, Д.Н. Дурманов, И.И. Карманов, В.В. Ефремов. – М., 1991. – С. 168-170.

[63] Карманов И.И., Булгаков Д.С. Методика почвенно-агроклиматической оценки пахотных земель для кадастра. – М., 2012. – С.12, 24-36.

[64] Методические указания по проведению комплексного мониторинга плодородия почв земель сельскохозяйственного назначения / под ред. Л.М. Державина, Д.С. Булгакова. – М., 2003. – С.116, 237.

[65] Савич В.И. и др. Оценка почв. / В.И. Савич, Х.А. Амергужин, И.И. Карманов, Д.С. Булгаков, Ю.В. Федорин, Л.А. Карманова. – Астана, 2003. – С. 436.

[66]Шишов, Л.Л. и др. Теоретические основы и пути регулирования плодородия почв / Л.Л. Шишов, Д.Н. Дурманов, И.И. Карманов, В.В. Ефремов. – М., 1991. – С. 169.

[67] Карманов И.И., Булгаков Д.С. Методика почвенно-агроклиматической оценки пахотных земель для кадастра. – М., 2012. – С. 11.

[68] Книга Дварим (Второзаконие) 11:13-21

1.3 Модернизированный ПЭИ – интегральный показатель природного потенциала пашни 

Для целей оптимизации степного землепользования нами в качестве интегрального показателя потенциала пашни предлагается модернизированный ПЭИ, разработанный на основе установленных предшествующими исследованиями зависимостей урожайности зерновых от почвенных и климатических факторов.

Ранее нами разработан механизм конвертации единицы ПЭИ в номинальноеденежное выражение методом дисконтирования денежных потоков. При помощи данного механизма нами определены следующие показатели: экономическая ценность 1 га эталонной пашни, экономический порог пахотопригодности, диапазон подпахотопригодных земель, диапазон условно пахотопригодных земель, рубеж технологической степной целины [69], [70], [71], [72].

Модернизированный ПЭИ является более совершенным средством определения вышеназванных основополагающих показателей оптимизации структуры земельного фонда и модернизации природопользования в степных регионах РФ и развития рынка сельхозугодий.

При модернизации ПЭИ предлагается ряд показателей, предназначенных для целей оптимизации структуры земельного фонда и модернизации природопользования в степных регионах РФ: почвенная детерминанта, климатическая детерминанта, оптимум лимитатора почвенной детерминанты, оптимум лимитатора климатической детерминанты. При модернизации ПЭИ нами разработаны и использованы понятия: детерминанта, лимитатор, редуктор.

Модернизированный ПЭИ применим только для физически пахотопригодной богарной пашни на почвах чернозёмного типа со сбором одного урожая в год. ПЭИ предназначен для сравнительной оценки природного потенциала земли как богарной пашни в целях оптимизации структуры земельного фонда и модернизации природопользования в степных регионах РФ. Данный индекс может использоваться для оценки биопотенциальной урожайности участка земли путём сравнения рассчитанного для него значения с таковым эталонного участка, для которого известна биопотенциальная урожайность.

Модернизированный ПЭИ рассчитывается по данным ниже формулам (6, 7, 8).

ПЭИ – почвенно-экологический индекс;

Dmin – минимальная детерминанта (предварительно подсчитывается почвенная детерминанта по формуле 7 и климатическая детерминанта по формуле 8, затем из этих двух детерминант в формулу 6 вводится та, значение которой меньше. При равенстве детерминант в формулу 6 вводится любая);

100 – линейный коэффициент, введённый для сопоставимости с существующими ПЭИ.

D1 – почвенная детерминанта;

H – содержание гумуса в пахотном слое почвы (%);

Hopt – оптимальное содержание гумуса в пахотном слое почвы (%) (принцип определения дан ниже в подп. Почвенная детерминанта);

M – коэффициент на гранулометрический состав почвы [73], пояснения даны ниже в подп. Почвенная детерминанта);

K – произведение коэффициентов на дополнительно учитываемые свойства почв [74], но без коэффициента на содержание гумуса, пояснения даны ниже в подп. Почвенная детерминанта).

D2 – климатическая детерминанта;

R – коэффициент редукции (способы нахождения даны ниже в подп. Коэффициент редукции, поправление коэффициента редукции для угодий на абсолютных высотах от 250 до 400м. см. в подп. Учёт абсолютной высоты);

Σt – среднегодовая сумма активных температур (выше +10°С) (°С);

Σtopt – верхний предел значений Σt, при которых действует линейная зависимость урожайности богарного полеводства с одним урожаем в год от Σt(°С) (пояснения даны ниже в подп. Климатическая детерминанта);

I – коэффициент увлажнения по Иванову.

При отсутствии данных о коэффициенте увлажнения по Иванову он может быть найден из других данных по формуле 5 или 8-1:

I – коэффициент увлажнения по Иванову;

P – среднегодовая сумма осадков (мм);

Σd – сумма среднесуточных значений дефицита влажности воздуха за год (мб).

Дополнительные условия применения формулы 8

При Σt < 2200°С считать Σt = 2200°С. При Σt > Σtopt считать Σt = Σtopt. При I ϵ (1,1; 1,54] считать I = 1,1. Все перечисленные дополнительные условия относятся в том числе к величинам (Σt)́ и Í введённым в формулу 8 согласно подп. Учёт уклона. Границы применимости формул 7 и 8:

1) H больше нижнего предела физической пахотопригодности.

2) H ≤ Hopt .

3) I ϵ [0,33; 1,54] (при учёте уклона Í ϵ [0,33; 1,54]. О величине Í см. подп. Учёт уклона).

4) Σt больше минимума необходимого для полеводства (при учёте уклона (Σt)́ больше минимума необходимого для полеводства. О величине (Σt)́ см. подп. Учёт уклона).

Общие принципы нового ПЭИ.

При разработке модернизированного ПЭИ в качестве индекса природного потенциала пашни исходим прежде всего из того, что потенциал пашни является производным свойств почвы и климата. Поэтому разработанный нами ПЭИ, так же как предшествующие, имеет итоговый почвенный показатель (почвенная детерминанта) и итоговый климатический показатель (климатическая детерминанта). Итоговый агрохимический показатель не вводим так как агрохимические свойства почвы на долговременно используемых пахотных угодьях являются скорее следствием применявшихся технологий, чем составляющими природного потенциала.

Наличие уклона предлагаем учитывать при помощи поправления величины Σt и коэффициента увлажнения по Иванову (I), о чём см. подп. Учёт уклона.

По нашим наблюдениям, в рамках степной зоны определённое значение имеет абсолютная высота месторасположения угодья, об учёте которой см. подп Учёт абсолютной высоты.

Принципиальное отличие модернизированного ПЭИ (6) от предшествующих ПЭИ (1, 1а, 1б) и ПАКИ (2, 2а) заключается в том, что модернизированный ПЭИ является мультипликативно-конъюнктивным индексом, а не мультипликативным, как предшествующие. Элемент конъюнктивности введён в индекс для решения противоречия ранее разработанных ПЭИ и ПАКИ существующим представлениям о незаменимости и равнозначности почвенных и климатических факторов для полеводства, о котором было сказано выше при оценке мультипликативности существующих индексов ПЭИ и ПАКИ. Вместо перемножения итогового почвенного и итогового климатического показателей в формулу ПЭИ (6) вводится только один из показателей (детерминанта), причём наименьшая, что отражает лимитирующую роль почвенных или климатических факторов в потенциале пашни. Таким образом, во всех случаях кроме равенства детерминант ПЭИ лимитирован наименьшей из них. Значения детерминант, вводимых в формулу 6, как будет показано ниже, лежат в пределах [0; 1] или (0; 1], поэтому для сопоставимости предлагаемого ПЭИ с существующими в формулу 6 вводится линейный коэффициент 100. В отличие от ранее разработанных ПЭИ, истинной размерностью которых являются граммы умноженные на градус широты делённые на кубический сантиметр, модернизированный ПЭИ является безразмерной величиной.

Принципы трактовки детерминант.

Так же как значение ПЭИ и ПАКИ по предшествующим методикам [75], [76], [77], [78] значение разработанного нами ПЭИ (6) сопоставляет потенциал оцениваемого угодья с потенциалом эталонного, которому соответствует ПЭИ=100. Как и в упоминавшихся предшествующих методиках, за эталонное угодье приняты идеальные условия для богарного выращивания зерновых на территории России. При современных тенденциях климата подобные условиях могут сохраняться в отдельных районах Краснодарского края. Для достижения взаимозаменяемости почвенной и климатической детерминант вводимых в формулу ПЭИ (6) нами приняты нижеизложенные принципы их трактовки и математического построения.

В основу каждой детерминанты положен такой ведущий фактор природного потенциала, увеличение выраженности которого повышает урожайность полевых культур лишь до тех пор, пока выраженность фактора не достигает определённого предела. Далее этот ведущий фактор называем лимитатор, а тот предел его выраженности, превышение которого не повышает урожайность полевых культур, называем оптимум лимитатора. Формула каждой детерминанты (7, 8), границы применимости и дополнительные условия применения их формул построены таким образом, что значение детерминанты лежит в интервале [0; 1] или (0; 1], и только при оптимуме лимитатора оно может быть равно 1. Поэтому наивысший ПЭИ=100 может получить только такое угодье, обе детерминанты которого достигли значения 1.

Почвенная детерминанта.

В качестве лимитатора почвенной детерминанты нами использовано процентное содержание гумуса в пахотном слое (H), что сделано на следующих основаниях.

1) В почвах пашни степных и лесостепных регионов РФ гумус является основным природным источником минеральных и органических веществ необходимых для роста растений и, следовательно, отражает именно природный потенциал почвы. Несмотря на то, что в современном полеводстве, даже богарном, содержание гумуса не является ведущим фактором урожайности [79], [80] оно является объективным отражением именно природного потенциала почвы пахотного угодья, нахождение показателя которого есть задача нашей работы.

2) По данным современных исследований, существует уровень содержания почвенного гумуса, при достижении которого урожайность полевых культур достигает максимума, и превышение которого не повышает урожайность [81], [82], [83].

Величина Hopt в формуле 7 и есть оптимум лимитатора почвенной детерминанты. Прямая линейная зависимость урожайности полевых культур от содержания гумуса (H) позволяет использовать отношение H/Hopt [84], умноженное на систему линейных коэффициентов (M, K) для сопоставления почвенной составляющей потенциала оцениваемого угодья с таковой эталонного.

На примере Уймонской котловины Республики Алтай величина Hopt для яровой пшеницы определена как 8% [85]. В зависимости от культуры, типа почвы и её гранулометрического состава эта величина может колебаться в очень широких пределах. Например, для дёрново-подзолистых почв она оценена все- го в 2,0-3,2% [86], для озимой пшеницы на чернозёмах типичных слабосмытых – в 5,1-5,6% [87] Ориентируясь на яровую пшеницу как основную полевую культуру российской пашни и параметры степного юга России как места достижения наивысшей урожайности, впредь до установления региональных Hopt в предварительном порядке предлагаем принять за таковую 8% имея ввиду ограничение применимости степными пашнями.

За значение коэффициента на гранулометрический состав почвы (М) предлагаем принять табличное значение этой величины по Карманову и Булгакову [88] (2012).

За значение коэффициента на дополнительно учитываемые свойства почвы (К) предлагаем принять произведение коэффициентов на степень водной эрозии, степень солонцеватости, степень засоления и степень ветровой эрозии по Карманову и Булгакову [89]. При отсутствии либо пренебрежительно малой выраженности фактора, на который вводится понижающий коэффициент, его значение следует принять равным 1.

Климатическая детерминанта.

В качестве лимитатора климатической детерминанты нами использован коэффициент увлажнения по Иванову (I), что сделано на следующих основаниях:

1) Установлено, что коэффициент увлажнения надёжно отражает условия влагообеспеченности растений на неорошаемых угодьях, то есть отражает именно природный потенциал угодья по влагообеспеченности [90], [91], каковая в степных регионах является решающей для полеводства;

2) Установлена прямая зависимость урожайности полевых культур от коэффициента увлажнения, действующая до достижения им определённого значения, при превышении которого зависимость становится обратной [92], [93]. В основу формулы климатической детерминанты положена прямая логарифмическая зависимость урожайности зерновых от коэффициента (показателя) увлажнения, установленная предшествующими исследованиями и отражённая их авторами в виде формулы коэффициента роста по годовому показателю увлажнения (9) [94]:

Кp(Ку) – коэффициент роста по годовому показателю увлажнения.

В оригинале Ку для ввода в данную формулу подсчитывается как P/Σd, поэтому формулу 9 можно записать так:

Кp(Ky) – коэффициент роста по годовому показателю увлажнения;

P – среднегодовая сумма осадков (мм);

Σd – сумма среднесуточных значений дефицита влажности воздуха (мб).

Пределы действия прямой логарифмической зависимости урожайности зерновых от коэффициента увлажнения установлены как P/ Σd ϵ [0,15; 0,5] [95], [96]. В силу эмпирической взаимосвязи коэффициента увлажнения по Иванову (I) и отношения P/ Σd по формуле 8-1, те же пределы могут быть представлены как I ϵ [0,33; 1,1]. Из того, что согласно тем же источникам при I > 1,1 зависимость урожайности от коэффициентов увлажнения становится обратной, следует, что оптимумом лимитатора климатической детерминанты является I = 1,1.

Для случаев, лежащих в упомянутых пределах действия прямой логарифмической зависимости урожайности зерновых от коэффициента увлажнения, а так же для смежного интервала I ϵ (1,1; 1,54], установлена прямая линейная зависимость урожайности зерновых от суммы активных температур (Σt) и на этой основе выведена формула относительного значения биоклиматического потенциала (10) [97]:

БКП – относительный биоклиматический потенциал;

Кp(Ку) – коэффициент роста по годовому показателю увлажнения;

Σt – сумма активных температур;

Σtбаз – эталонная активных температур.

Заменив величину Кp(Ky) в формуле 10 её выражением по формуле 9а получим формулу 10а:

Правая часть предлагаемой нами формулы климатической детерминанты (8) отличается от правой части формулы 10а:

а) Наличием коэффициента редукции (R) в формуле 8;

б) Использованием Σtopt вместо Σtmбаз;

в) Логарифмируемым (9∙I) вместо логарифмируемого (20∙P/Σd), но это только формальное различие, т.к. численно I=2,2∙P/Σd (8-1), то есть 9∙I=20∙P/Σd и следовательно результат логарифмирования в формуле 8 равен результату логарифмирования в формуле 10а.

Таким образом, в основе нашей климатической детерминанты лежит БКП по Шашко [98], но имеются следующие изменения и дополнения.

Во-первых, оригинал предусматривает использование в качестве Σtбаз значений соответствующих эталонным условиям, с которыми производится сравнение (минимум Σt достаточный для полеводства, или Σt угодий средней продуктивности по стране, или Σt угодий в оптимальных условиях полеводства в умеренном поясе). Мы же заменяем Σtбаз на Σtopt (8), в качестве которого рассматриваем верхний предел значений Σt, при которых, судя по рассмотренным трудам Шашко [99], [100] действует линейная зависимость урожайности богарного полеводства с одним урожаем в год от Σt. На основе упомянутого оригинала БКП мы оцениваем Σtopt как 3100-3200°С, что в то же время близко к значениям Σt в наилучших для полеводства на территории России предгорных районах Краснодарского края [101], [102]. Таким образом, отношение (Σt/Σtopt) отражает степень теплообеспеченности угодья по отношению к эталонным, находящимся в оптимальных условиях полеводства, и в формуле 8 является линейным коэффициентом при lg(9∙I).

Во-вторых, на основаниях изложенных при оценке неучёта сезонного распределения тепла и влаги и вероятности неблагоприятных факторов существующими индексами ПЭИ и ПАКИ, мы вводим в формулу климатической детерминанты (8) коэффициент редукции (R) – достаточно мобильный показатель доли неурожайных лет за определённый интервал, за каковой считаем целесообразным принимать 5-10 лет. В зависимости от наличия данных, коэффициент редукции можно найти несколькими способами представленными в следующем подпункте.

Коэффициент редукции.

Коэффициент редукции подсчитывается двумя способами.

Способ 1. Простейшим, но объективно и достаточно адекватно отражающим снижение природного потенциала угодий вследствие неблагоприятного сезонного распределения климатических ресурсов или неблагоприятных факторов является анализ производственной урожайности. Имея непрерывный (или почти непрерывный) многолетний ряд данных о производственной урожайности в нём можно найти неурожайные годы, подсчитать их количество и найти коэффициент редукции (R) по формуле 11.

R – коэффициент редукции;

n – количество неурожайных лет;

N – общее число лет в ряду.

Способ 2. Коэффициент редукции подсчитывается как произведение всех редукторов (12). Редуктором далее называем коэффициент на учитываемый неблагоприятный фактор полеводства либо на неблагоприятность сезонного распределения тепла или влаги.

R – коэффициент редукции;

r1 – редуктор №1;

r2 – редуктор №2;

rn – редуктор №n (последний редуктор).

Все редукторы подсчитываются по формуле 13 или 13а. Основной является формула 13, формула 13а используется:

а) при малой вероятности учитываемого фактора;

б) если учитываемый фактор всегда, или практически всегда, приводит к потере урожая, которая хозяйственно эквивалентна полной (списание урожая), либо к полной потере урожая;

в) при неизвестности потери урожая вследствие учитываемого фактора, но имея ввиду, что применение формулы 13а в этом случае занижает коэффициент редукции.

r – редуктор;

p – вероятность учитываемого фактора (в долях единицы);

d – доля урожая, потерянного вследствие действия данного фактора (в долях единицы).

Для степной зоны основным учитываемым фактором должна быть засуха, являющаяся одновременно и неблагоприятным сезонным распределением тепла и влаги, и неблагоприятным природным фактором полеводства. Наиболее опасны засухи в течение первых двух месяцев после сева, поэтому адекватнее всего оценивать вероятность засухи на основе её вероятностей в первый месяц после сева и во второй месяц после сева (например, в случае Заволжско-Уральского региона это май и июнь), для чего предлагаем следующую формулу (14):

p – вероятность засухи для ввода в формулу 13 или 13а (в долях единицы);

p1 – вероятность засухи в первый месяц после сева (в долях единицы);

p2 – вероятность засухи во второй месяц после сева (в долях единицы).

При известных среднемесячных P/ Σd или P/f [103] для каждого месяца наибольшей уязвимости по упомянутой таблице 15 следует найти вероятность сухого месяца и вероятность засушливого месяца, сложить их и ввести в формулу 14 в качестве величины p1 для первого месяца и величины p2 для второго. При наличии более точных табличных данных из других источников следует пользоваться ими.

В отсутствие необходимых помесячных данных о вероятности засухи, но при наличии данных о вероятности засушливого года, её следует ввести в формулу 13 или 13а в качестве вероятности засухи (p). Например, при известных P/Σd или P/f за год можно воспользоваться известностью вероятности различно увлажнённых лет для различных значений этих величин [104]. По упомянутой таблице 14 следует найти вероятность сухого года и вероятность засушливого года, сложить их и ввести в формулу 13 или 13а. При наличии более точных табличных данных из других источников следует пользоваться ими.

Из двух предложенных способов наибольшее практическое значение имеет первый. Потенциальному инвестору в зернопроизводство не затруднительно ознакомиться с результатами полеводства за последние годы и вычислить коэффициент редукции на их основе.

Учёт абсолютной высоты.

На основе собственных наблюдений мы пришли к заключению, что в степной зоне угодья, находящиеся на абсолютных высотах более 250 м, обеспечены влагой лучше, чем расположенные на меньших абсолютных высотах в том же административном регионе. Разница влагообеспеченности учитывается формулой 8 при помощи коэффициента увлажнения по Иванову (I), но на практике в степной зоне РФ обычно не имеется возможности получить его для угодий на разных высотах в пределах одного района. Данные имеются для всего района, для группы районов. В этих условиях предлагаем учитывать абсолютную высоту при помощи поправки к коэффициенту редукции (R). Основываясь на наших наблюдениях предлагаем следующую формулу поправленного коэффициента редукции (11-1) для угодий, расположенных на абсолютных высотах от 250 до 400 м:

Ŕ – поправленный коэффициент редукции;

R – коэффициент редукции, подсчитанный по формуле 11 или 12 (не поправленный);

1,1 – константа.

Верхний предел названного диапазона высот приблизительно соответствует максимуму, в пределах которого находится большая часть территории степной зоны. Для угодий на абсолютных высотах менее 250 м рассчитывать поправленный коэффициент редукции не нужно, в формулу 8 следует вводить не поправленный, полученный по формуле 11 или 12.

Обоснования границ применимости и дополнительных условий применения формул 6, 7, 8.

Из применимости ПЭИ только к физически пахотопригодным угодьям проистекают первое (H больше нижнего предела физической пахотопригодности) и четвёртое (Σt больше минимума необходимого для полеводства) положения границ применимости формул.

Второе положение границ применимости формул (H≤Hopt) обусловлено тем, что H=Hopt является верхним пределом значений H, при которых зависимость урожайности полевых культур от содержания гумуса (H) может быть признана прямой и линейной. При H>Hopt эта зависимость по одним данным становится обратной [105], по другим – перестаёт быть прямой и линейной [106], [107]. При доста- точно большом Hopt, как например на степных чернозёмах, основываясь на исследованиях Райхерта (2014) можно с некоторой долей условности принять, что при H ϵ (Hopt ; Hopt + 1%) формула 7 применима в следующем видоизменении (7а):

Третье положение границ применимости формул (I ϵ [0,33; 1,54]) обусловлено прежде всего интервалом значений коэффициента увлажнения I ϵ [0,33; 1,1], в пределах которого действует прямая логарифмическая зависимость урожайности зерновых от коэффициента увлажнения [108], [109]. Как не трудно заметить, установленные нами границы применимости формул охватывают не только этот интервал, но и смежный интервал I ϵ (1,1; 1,54]. Это расширение границ применимости формул вверх допущено так как согласно названным источникам [110], [111] I ϵ (1,1; 1,54] эквивалентен I=1,1. В силу этой эквивалентности в качестве дополнительного условия применения наших формул установлено, что при I ϵ (1,1; 1,54] следует считать I=1,1. Отметим, что касательно решения наших задач оптимизации структуры земельного фонда и модернизации природопользования в степных регионах РФ сделанное нами расширение границ применимости формул в интервал I ϵ (1,1; 1,54] имеет лишь теоретический смысл, так как территории с такими значениями I находятся за пределами степных регионов РФ.

Здесь отметим, что во всех рассмотренных нами методиках, использующих ПЭИ и ПАКИ [112], [113], [114], [115] предписано считать коэффициент увлажнения больше 1,1 равным 1,1. Выше, основываясь на данных Шашко [116], [117] мы в качестве дополнительного условия применения нашего ПЭИ установили то же самое: при коэффициенте увлажнения по Иванову (I) больше 1,1 считать его равным 1,1. Совпадение нашего ПЭИ и всех упомянутых предшествующих методик по значению коэффициента увлажнения (1,1), выше которого его увеличение уже не имеет эффекта на потенциал угодья, а также многочисленные ссылки на коэффициент увлажнения по Иванову в предшествующих методиках, считаем достаточным основанием предполагать, что предшествующими методиками использован именно коэффициент увлажнения по Иванову. Далее из этого и исходим.

За нижний предел интервала значений I, при которых формулы применимы, принято I=0,33, ниже которого эта зависимость перестаёт действовать [118], [119]. Кроме того, коэффициент увлажнения по Иванову (I) равный 0,33 близок к табличным значениям коэффициента увлажнения районов отнесённых к Прикаспийской полупустынной провинции по Карманову и Булгакову [120], что даёт основания принять физическую непахотопригодность для богарного полеводства угодий с ещё меньшими значениями этих величин.

В качестве дополнительного условия применения формул установлено, что при Σt < 2200°С следует считать Σt = 2200°С. Это сделано так как сумма активных температур (Σt) больше минимально необходимой, но меньше 2200°С эквивалентна равной 2200°С [121].

В качестве другого дополнительного условия применения формул нами установлено, что при Σt > Σtopt. Следует считать Σt = Σtopt. Это сделано на том основании, что при сумме активных температур выше удовлетворяющей нашим критериям Σtopt нарушается линейный характер зависимости потенциала угодий от Σt, и эффект от увеличения Σt для богарной пашни мало существен [122], [123]. Кроме того, суммы активных температур намного больше принятой нами за Σtopt не встречаются в степной зоне РФ, для богарных угодий которой предназначен разработанный нами ПЭИ.

Учёт уклона.

Учитывается уклон поля только в диапазоне от 3° до 7°, т.к. при уклоне менее 3° поле является плакорным и, следовательно, учёт его уклона не требуется, а угодья с уклоном более 7° рассматриваем как физически непахотопригодные. В пределах от 3° до 7° предлагаем учитывать уклон при помощи поправок к сумме активных температур и коэффициенту увлажнения, предложенных Булгаковым и Кармановым (2012) (за основу берутся формулы 2-1, 2-2, 2-3, 2-4).

Во-первых, в формулу 8 вместо коэффициента увлажнения по Иванову (I) вводить поправленный коэффициент увлажнения по Иванову Í, который для склонов южной экспозиции рассчитать по формуле 8-2, для склонов северной экспозиции рассчитать по формуле 8-3.

Í – поправленный коэффициент увлажнения по Иванову;

I – коэффициент увлажнения по Иванову (не поправленный);

У – величина уклона (в градусах);

0,01°-1 – константа (в градусах в минус первой степени).

Во-вторых, в формулу 8 вводить поправленную среднегодовую сумму активных температур (Σt)́, которую для склонов южной экспозиции рассчитать по формуле 8-4, для склонов северной экспозиции – по формуле 8-5.

(Σt)́ – поправленная среднегодовая сумма активных температур для ввода в формулу 8 в качестве величины Σt (°С);

Σt – среднегодовая сумма активных температур (выше +10°С) (°С);

У – величина уклона (в градусах);

υ – широта местонахождения поля (в градусах);

72° – константа (в градусах).

Формула 8-2 составлена на основе формулы 2-3, формула 8-3 – на основе формулы 2-4, формула 8-4 – на основе формулы 2-1, формула 8-5 – на основе формулы 2-2. То есть, предлагаемый нами поправленный коэффициент увлажнения Í является таковым с поправкой по Карманову и Булгакову [124] на уклон земель; предлагаемая нами поправленная (Σt)́ является таковой с поправкой по Карманову и Булгакову [125] на уклон земель. Используя поправленные величины необходимо учитывать следующее.

1) Источник применённых нами поправок предусматривает таковые только для склонов северной и южной экспозиции [126].

2) Расчёты по формулам 8, 8-2, 8-3, 8-4, 8-5 показали, что как северные, так и южные склоны заслуживают учёта по этим формулам только для пашни, расположенной либо в более засушливых, либо в более увлажнённых условиях по сравнению с типично степными. Поэтому при расчёте ПЭИ для решения задач оптимизации структуры земельного фонда и модернизации природопользования в степных регионах РФ считаем не обязательным учитывать уклон для пашни расположенной в подзоне типичных степей.

[69] Чибилёв А.А., Левыкин С.В., Чибилёв-мл. А.А., Казачков Г.В. Современные агроэкологические и социально-экономические проблемы пространственного развития постцелинных степных регионов // Изв. Оренб. гос. аграр. ун-та. – 2013. – № 5(43). – С. 216-218.

[70] Чибилёв А.А., Левыкин С.В., Казачков Г.В., Петрищев В.П. Оценка и пахотопригодность агрозёмов как основы степного землеустройства // Землеустройство, кадастр и мониторинг земель. – 2015. – № 10. – С. 68-73.

[71] Чибилёв А.А., Левыкин С.В., Казачков Г.В., Петрищев В.П., Яковлев И.Г. Оценка и пахотопригодность агрозёмов как основы степного землеустройства // Землеустройство, кадастр и мониторинг земель. -– 2016. - № 1. – С.18-22.

[72] Проблемы геоэкологии и степеведения. Т.IV. Оптимизация структуры земельного фонда и модернизация природопользования в степных регионах России / под ред. А.А. Чибилёва. – Оренбург, 2015. – С. 66-72.

[73] Карманов И.И., Булгаков Д.С. Методика почвенно-агроклиматической оценки пахотных земель для кадастра. – М., 2012. – С. 12.

[74] Там же. – С. 12, 106, 107.

[75] Методические указания по проведению комплексного мониторинга плодородия почв земель сельскохозяйственного назначения / под ред. Л.М. Державина, Д.С. Булгакова. – М., 2003. – С. 115.

[76] Савич В.И. и др. Оценка почв. / В.И. Савич, Х.А. Амергужин, И.И. Карманов, Д.С. Булгаков, Ю.В. Федорин, Л.А. Карманова. – Астана, 2003. – С. 435.

[77] Шишов, Л.Л. и др. Теоретические основы и пути регулирования плодородия почв / Л.Л. Шишов, Д Н. Дурманов, И.И. Карманов, В.В. Ефремов. – М., 1991. – С.168.

[78] Карманов И.И., Булгаков Д.С. Методика почвенно-агроклиматической оценки пахотных земель для кадастра. – М., 2012. – С. 12.

[79] Карманов И.И., Булгаков Д.С. Методика почвенно-агроклиматической оценки пахотных земель для кадастра. – М, 2012. – С. 11.

[80] Губарев Д.И. Контурная дифференциация почвенного плодородия черноземов правобережья Саратовской области и ее связь с продуктивностью зерновых культур: автореф. дис. ... канд. с.-х. наук. – Саратов, 2010. – С. 13, 14.

[81] Система применения удобрений: учебное пособие для студентов учреждений высшего образования по специальностям «Агрохимия и почвоведение», «Защита растений и карантин» / В.В. Лапа [и др.]; под ред. В.В. Лапы. – Гродно, 2011. – С. 158.

[82] Масютенко Н.П. Трансформация органического вещества в чернозёмных почвах ЦЧР и системы его воспроизводства. – М., 2012. – С. 17-22.

[83] Райхерт Е.В. Влияние показателей почвенного плодородия на продуктивность зерновых культур в условиях Уймонской котловины Республики Алтай // Изв. Алтайск. гос. ун-та. – 2014. – Т. 3-1(83). – С. 73.

[84] Там же.

[85] Райхерт Е.В. Влияние показателей почвенного плодородия на продуктивность зерновых культур в условиях Уймонской котловины Республики Алтай // Изв. Алтайск. гос. ун-та. – 2014. – Т. 3-1(83). – С. 73.

[86] Система применения удобрений: учебное пособие для студентов учреждений высшего образования по специальностям «Агрохимия и почвоведение», «Защита растений и карантин» / В.В. Лапа [и др.]; под ред. В.В. Лапы. – Гродно, 2011. – С. 159.

[87] Масютенко Н.П. Трансформация органического вещества в чернозёмных почвах ЦЧР и системы его воспроизводства. – М., 2012. – С. 21.

[88] Карманов И.И., Булгаков Д.С. Методика почвенно-агроклиматической оценки пахотных земель для кадастра. – М., 2012. – С. 12.

[89] Там же. – С. 12, 106, 107.

[90] Шашко Д.И. Агроклиматическое районирование СССР. – М., 1967. – С. 84.

[91] Шашко Д.И. Агроклиматические ресурсы СССР. – Л., 1985. – С. 42.

[92] Шашко Д.И. Агроклиматическое районирование СССР. – М., 1967. – С. 120, 121.

[93] Шашко Д.И. Агроклиматические ресурсы СССР. – Л., 1985. – С. 168.

[94] Там же. – С. 168.

[95] Шашко Д.И. Агроклиматическое районирование СССР. – М., 1967. -– С. 120, 121.

[96] Шашко Д.И. Агроклиматические ресурсы СССР. – Л., 1985. – С. 168.

[97] Шашко Д.И. Агроклиматические ресурсы СССР. – Л., 1985. – С. 170.

[98] Там же.

[99] Шашко Д.И. Агроклиматическое районирование СССР. – М., 1967. – С. 120, 121.

[100] Шашко Д.И. Агроклиматические ресурсы СССР. – Л., 1985. – С. 168.

[101] Карманов И.И., Булгаков Д.С. Методика почвенно-агроклиматической оценки пахотных земель для кадастра. – М., 2012. – С. 68, 69, 91, 92.

[102] Шашко Д.И. Агроклиматические ресурсы СССР. – Л., 1985. – С. 167, 168.

[103] Шашко Д.И. Агроклиматические ресурсы СССР. – Л., 1985. – С. 47, табл. 15.

[104] Там же. – С. 46, табл. 14.

[105] Райхерт Е.В. Влияние показателей почвенного плодородия на продуктивность зерновых культур в условиях Уймонской котловины Республики Алтай // Изв. Алтайск. гос. ун-та. – 2014. – Т. 3-1(83). – С.73.

[106] Система применения удобрений: учебное пособие для студентов учреждений высшего образования по специальностям «Агрохимия и почвоведение», «Защита растений и карантин» / В.В. Лапа [и др.]; под ред. В.В. Лапы. – Гродно, 2011. – С. 158.

[107] Масютенко Н.П. Трансформация органического вещества в чернозёмных почвах ЦЧР и системы его воспроизводства. – М., 2012. – С. 17-22.

[108] Шашко Д.И. Агроклиматическое районирование СССР. – М., 1967. – С. 120, 121.

[109] Шашко Д.И. Агроклиматические ресурсы СССР. – Л., 1985. – С. 168.

[110] Шашко Д.И. Агроклиматическое районирование СССР. – М., 1967. – С. 120, 121.

[111] Шашко Д.И. Агроклиматические ресурсы СССР. – Л., 1985. – С. 168.

[112] Методические указания по проведению комплексного мониторинга плодородия почв земель сельскохозяйственного назначения / под ред. Л.М. Державина, Д.С. Булгакова. – М., 2003. – С. 115.

[113] Савич В.И., Амергужин Х.А., Карманов И.И., Булгаков Д.С., Федорин Ю.В., Карманова Л.А. Оценка почв. – Астана, 2003. – С. 435.

[114] Шишов, Л.Л. и др. Теоретические основы и пути регулирования плодородия почв / Л.Л. Шишов, Д.Н. Дурманов, И.И. Карманов, В.В. Ефремов. – М., 1991. – С. 171.

[115] Карманов И.И., Булгаков Д.С. Методика почвенно-агроклиматической оценки пахотных земель для кадастра. – М., 2012. – С. 13.

[116] Шашко Д.И. Агроклиматическое районирование СССР. – М., 1967. – С. 120, 121.

[117] Шашко Д.И. Агроклиматические ресурсы СССР. – Л., 1985. – С.168.

[118] Шашко Д.И. Агроклиматическое районирование СССР. – М., 1967. – С.120, 121.

[119] Шашко Д.И. Агроклиматические ресурсы СССР. – Л., 1985. – С. 168.

[120] Карманов И.И., Булгаков Д.С. Методика почвенно-агроклиматической оценки пахотных земель для кадастра. – М., 2012. – С. 68, 69, 91, 92.

[121] Шашко Д.И. Агроклиматическое районирование СССР. – М., 1967. – С. 122.

[122] Там же. – С. 120, 121.

[123] Шашко Д.И. Агроклиматические ресурсы СССР. – Л., 1985. – С. 168.

[124] Карманов И.И., Булгаков Д.С. Методика почвенно-агроклиматической оценки пахотных земель для кадастра. – М., 2012. – С, 38.

[125] Там же. – С. 36, 37.

[126] Там же. – С. 36-38.

1.4 МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ОЦЕНКЕ ПАШНИ ДЛЯ МОДЕРНИЗАЦИИ СТЕПНОГО ЗЕМЛЕПОЛЬЗОВАНИЯ 

Как было сказано выше, на данном этапе оптимизации структуры аграрного степного землепользования ключевым является вопрос о сохранении участков официальной пашни, в т.ч. в залежных состояниях и состоянии вторичной степи, в составе пахотных угодий. Далее приведена последовательность действий, при помощи которых решается вопрос об экономической целесообразности оставления оцениваемого участка официальной пашни в составе пахотных угодий, построенная на основе расчёта модернизированного ПЭИ и определения экономического порога пахотопригодности.

  1. Сбор следующих данных:

а) содержание почвенного гумуса;

б) либо коэффициент увлажнения по Иванову, либо среднегодовая сумма осадков и в дополнение к ней среднегодовая условная испаряемость или сумма среднесуточных значений дефицита влажности воздуха за год;

в) среднегодовая сумма активных температур (выше +10°С);

г) уклон;

д) если уклон больше 3°, то широта местонахождения участка;

е) количество неурожайных лет из последних пяти или больше,

ж) абсолютная высота местонахождения участка (высота над уровнем моря).

  1. Определение почвенных коэффициентов:

а) коэффициент на степень водной эрозии найти по табл. 1;

б) коэффициент на степень солонцеватости принять равным 0,90 для слабосолонцеватых почв, и равным 0,75 для среднесолонцеватых почв (по Карманову и Булгакову) [127];

в) коэффициент на степень засоления принять равным 0,85 для слабозасолённых почв, и равным 0,70 для среднезасолённых почв по (Карманову и Булгакову) [128];

г) коэффициент на степень ветровой эрозии принять равным 0,95 при низкой степени ветровой эрозии, и равным 0,87 при средней степени ветровой эрозии (по Карманову и Булгакову) [129].

При отсутствии или пренебрежительно малой выраженности свойства, на которое вводится коэффициент, значение коэффициента принять равным 1.

Таблица 1. Коэффициент на степень водной эрозии (смытости) по Карманову и Булгакову [130]

Произведение всех четырёх почвенных коэффициентов принять за коэффициент на дополнительно учитываемые свойства почвы (величину K).

  1. Определение коэффициента на гранулометрический состав почвы (величины M) (табл. 2).

Таблица 2 Коэффициент на гранулометрический состав почвы по Карманову и Булгакову [131]

  1. Рассчёт почвенной детерминанты (величины D1) по формуле 15.

D1 – почвенная детерминанта;

H – содержание гумуса (%);

M – коэффициент на гранулометрический состав почвы,

K – коэффициент на дополнительно учитываемые свойства почвы;

8% – константа (в процентах).

  1. Определение коэффициента редукции (величины R) по формуле 11.
  2. Поправляется коэффициент редукции (только для участков на абсолютных высотах от 250 до 400м), по формуле 11-1:
  3. Определение коэффициента увлажнения по Иванову (если не известен из исходных данных) по формуле 5 или 8-1.
  4. Учёт уклона (только для участков с уклоном свыше 3°).

8-1. Поправление коэффициента увлажнения по Иванову (величины I): по формуле 8-2, если участок расположен на южном склоне; по формуле 8-3, если участок расположен на северном склоне.

8-2. Поправление среднегодовой суммы активных температур (величины Σt): по формуле 8-4, если участок расположен на южном склоне; по формуле

8-5, если участок расположен на северном склоне.

  1. Определение климатической детерминанты (величины D2) по формуле 16. Перед выполнением расчёта следует обратить внимание на дополнительные условия перечисленные под формулой.

D2 – климатическая детерминанта;

R – коэффициент редукции;

Σt – среднегодовая сумма активных температур (выше +10°С) (°С);

I – коэффициент увлажнения по Иванову,

3200°C – константа (°С).

Дополнительные условия:

  1. Если оцениваемый участок расположен на абсолютных высотах от 250 до 400 м, то вместо коэффициента редукции (величины R) в формулу 16 ввести поправленный коэффициент редукции (величину Ŕ ), подсчитанный по формуле 11-1.
  2. Если оцениваемый участок расположен на склоновых землях (уклон свыше 3°), то во-первых, вместо среднегодовой суммы активных температур (величины Σt) в формулу 16 ввести поправленную среднегодовую сумму активных температур (величину (Σt)́ ), подсчитанную по формуле 8-4 или 8-5, во-вторых, вместо коэффициента увлажнения по Иванову (величины I) в формулу 16 ввести поправленный коэффициент увлажнения по Иванову (величину Í ), подсчитанный по формуле 8-2 или 8-3.
  3. При Σt < 2200°С считать Σt = 2200°С. При (Σt)́ < 2200°С считать (Σt)́ = 2200°С.
  4. При Σt > 3200°С считать Σt = 3200°С. При (Σt)́ > 3200°С считать (Σt)́ = 3200°С.
  5. При I > 1,1 считать I = 1,1. При Í > 1,1 считать Í = 1,1.
  6. Определение ПЭИ. Сравниваются почвенная (величина D1) и климатическая детерминанты (величина D2). Из этих величин выбирается меньшая и принимается за минимальную детерминанту (величину Dmin). Затем по формуле 6 определяется ПЭИ.
  7. Определение региональной эталонной пашни. Для Оренбургской области за таковую принят степной плакор оренбургского Предуралья с зональными полнопрофильными южными чернозёмами как наилучшее среди наиболее распространённых пахотных угодий в регионе [132]. Именно такая пашня в наибольшей степени реализует региональный биопотенциал и в условиях высокой культуры земледелия может долговременно поддерживать биопотенциальную урожайность, пока достигнутую в передовых хозяйствах и на опытных стационарах [133].
  8. Определение ПЭИ эталонной пашни (выполнение действий 1-10 в отношении эталонной пашни),
  9. Сбор следующих данных:

а) биопотенциальная урожайность эталонной пашни данного региона;

б) усреднённая многолетняя цена мягкой пшеницы III класса;

в) сумма ставок налогов на землю;

г) норма чистой прибыли;

д) рациональная производственная себестоимость обработки [134].

  1. Определение ПЭИ пороговой пашни по формуле 17.

ПЭИпор – ПЭИ пороговой пашни;

ПЭИэт – ПЭИ эталонной пашни;

Пр – рациональная производственная себестоимость обработки, у.е./га;

Nс – сумма ставок налогов на землю, %;

Hчп – норма чистой прибыли, %;

Убпэт – биопотенциальная урожайность эталонной пашни, ц/га;

С – усреднённая многолетняя цена мягкой пшеницы III класса, у.е./ц.

  1. Решение вопроса об экономической целесообразности оставления участка официальной пашни в составе пахотных угодий.

15-1. Если ПЭИ оцениваемого участка выше 1,2∙ПЭИпор, то признать экономически целесообразным непрерывное долговременное использование данного участка для зернопроизводства.

15-2. Если ПЭИ оцениваемого участка находится в интервале от 0,8∙ПЭИпор до 1,2∙ПЭИпор включительно, то признать оцениваемый участок условно пахотопригодным (в зависимости от рыночной конъюнктуры на зерно) и считать экономически целесообразным придание ему вида разрешённого использования «Выращивание зерновых и иных сельскохозяйственных культур» (включая кормовые) по классификатору (Приложение к Приказу Минэкономразвития РФ от 01.09.2014 № 540). В период низких цен на пшеницу возможно часть полей засевать многолетними кормовыми травами.

15-3. Если ПЭИ оцениваемого участка ниже 0,8∙ПЭИпор, то признать необходимой смену вида разрешённого использования на «скотоводство» по классификатору (Приложение к Приказу Минэкономразвития РФ от 01.09.2014 № 540).

[127] Карманов И.И., Булгаков Д.С. Методика почвенно-агроклиматической оценки пахотных земель для кадастра. – М., 2012. – С. 107.

[128] Там же. – С. 107.

[129] Там же. – С. 107

[130] Там же. – С. 106.w

[131] Карманов И.И., Булгаков Д.С. Методика почвенно-агроклиматической оценки пахотных земель для кадастра. – М., 2012. – С. 106.

[132] Чибилёв А.А., Левыкин С.В., Казачков Г.В., Петрищев В.П. Оценка и пахотопригодность агрозёмов как основы степного землеустройства // Землеустройство, кадастр и мониторинг земель. – 2015. -– № 10. – С.70.

[133] Тихонов В.Е. Засуха в степной зоне Урала. – Оренбург: ООО «Агентство «Пресса», 2005. –346 с.

[134] Проблемы геоэкологии и степеведения. Т.IV. Оптимизация структуры земельного фонда и модернизация природопользования в степных регионах России / под ред. А.А. Чибилёва. – Оренбург, 2015. – С. 68.

Глава 2 эколого-гидрологические основы оптимизации природопользования в степной зоне 

Эколого-гидрологические исследования, проведенные ранее в рамках проекта РНФ, позволили сформулировать выводы о необходимости оптимизации степного природопользования в аспекте устойчивого и гарантированного водопотребления [135]. Одним из подходов к оценке стал анализ пространственных параметров антропогенной трансформации бассейна р. Урал в аспекте его внутри-бассейновой структуры. В ходе исследований было выявлено, что одним из основных факторов, определяющих современную структуру водопользования, является пространственно-временная изменчивость речного стока. С этой характерной особенностью степных водотоков связано возникновение чрезвычайных водно-экологических ситуаций, наблюдаемых преимущественно в сезоны весеннего половодья (многоводье) и межени (маловодье).

В продолжение эколого-гидрологических исследований в рамках проекта РНФ, нами предлагаются подходы, основанные на анализе одних из наиболее значимых элементов гидрологической сети степной зоны – малых рек и их бассейнов.

2.1 К актуализации разработки подходов интегральной оценки эколого-гидрологического состояния малых рек степной зоны (в пределах бассейна р. Урал)

Для устойчивого природопользования в степной зоне ключевое значение имеют количественные и качественные показатели водных ресурсов, которые существенно влияют на эколого-географическую специфику природных геосистем. Значительная доля водных ресурсов степной зоны формируется за счет поверхностных вод, представленных в первую очередь речными системами различного ранга. Исследуемая территория характеризуется довольно значительной плотностью речной сети – 2-4 км/км2, кроме южных и юго-восточных районов, где данный показатель не превышает 0,5 км/км2. Благодаря значительной расчлененности рельефа водосборных территорий, весомый вклад в формирование поверхностного стока вносят малые реки с площадью водосбора <2000 км2, протяженностью <200 км) [136].

Малые реки являются ключевыми компонентами степного ландшафта, выполняющими важные ландшафтно-экологические функции. В частности, функцию накопления и перераспределения влаги, в результате осуществления которой малые реки выступают в роли ключевого связующего звена в природных комплексах. В условиях степной зоны роль малых рек как геосистем, влияющих на природное разнообразие окружающих ландшафтов, особенно велика. Вариативность экотопических условий данных природных объектов отражается на пространственной и структурно-функциональной организации водосборных территорий. Исключительная важность малых рек для степных геосистем связана с формированием природных комплексов с повышенным ландшафтным и биологическим разнообразием.

Одним из первых этапов исследования стала подготовка схемы (рис. 2.1.1), которая позволяет оценить пространственное положение водосборов малых рек в структуре бассейна р. Урал. Дифференциация бассейнов малых рек по их порядку опосредованно позволяет сгруппировать отдельные части бассейна по степени их реального и потенциального влияния на параметры речного стока и качество воды непосредственно р. Урал. Водосборы малых рек располагаются относительно равномерно на большей части верхнего и среднего сегментов бассейна р. Урал. Практически исключительно транзитный характер нижнего течения р. Урал определяет отсутствие каких-либо значимых притоков. Исходя из подготовленной схемы, водосборы малых рек занимают совокупную площадь 92993 км2, что составляет около 39% от площади бассейна р. Урал. Наибольшие совокупные площади относятся к притокам II порядка (41570 км2), далее по нисходящей – I (27114 км2), III (22254 км2) и IV порядка (2055 км2).

Рисунок 2.1.1. Бассейны малых рек и их дифференциация по порядку водотоков (I-IV).

Остальная часть территории относится к участкам бассейна, отличающихся периодичностью речного стока и занимающим различные элементы речных долин. В этих частях бассейна наблюдается сезонный, преимущественно весенний сток в пределах элементов овражно-балочной сети, либо по поверхности водораздельных пространств и придолинных склонов. Таким образом, бассейны малых рек являются одной из элементарных единиц в бассейновой структуре крупных рек, что позволяет рассматривать их в качестве основы для проведения различных исследований.

В то же время, существует целый ряд эколого-гидрологических особенностей малых рек, обуславливающих их высокую чувствительность к изменениям условий окружающей среды на водосборных территориях, что связывают, прежде всего, с невысокой долей подземного питания (преимущественно дренируют только верхний маломощный водоносный горизонт четвертичных отложений) [137]. Незначительная роль подземного питания влияет на годовую и сезонную изменчивость водного режима рек степной зоны, что негативно отражается на эколого-гидрологическом состоянии водотоков в целом. Наряду с природными факторами изменчивости малых рек, существенное значение имеют антропогенные факторы, которые дестабилизирует функциональное состояние данных природных объектов.

В настоящее время большинство водосборов малых рек степной зоны подвергаются значительной трансформации в результате интенсивной хозяйственной деятельности, что, несомненно, приводит к серьезным изменениям эколого-гидрологических особенностей малых водотоков. Очевидно, что интенсивная хозяйственная деятельность обусловливает в первую очередь трансформацию гидрологического режима малых рек, в связи с этим важно учитывать характер воздействия – прямого (забор воды для орошения земель и аккумуляция стока прудами) и косвенного (агромелиоративные мероприятия и др.).

В условиях неустойчивого увлажнения в пределах степной зоны актуальным направлением хозяйственной деятельности является сооружение малых гидротехнических сооружений, аккумулирующих весенний сток. Несмотря на незначительные площадь водного зеркала и объем, пруды оказывают существенное влияние на сток малых рек. Трансформация речного стока связана с дополнительными потерями на испарение с поверхности прудов, величина которого возрастает по мере увеличения внутригодовой неравномерности стока [138]. В пределах бассейна р. Урал максимальные потери стока с поверхности прудов отмечаются на участке главной реки от г. Орск до г. Оренбург (6,6 тыс. м3) и в нижнем течении р. Сакмара (7,3 тыс. м3) [139] . В целом, объемы зарегулированного стока малых рек в пределах Оренбургской области колеблются от 2,1-2,4 % на рр. Губерля, Уртя-Буртя и др. до 10% на р. Донгуз и 26,4% на р. Буртя.

В качестве модельного гидрологического объекта для оценки влияния аккумуляции местного стока на эколого-гидрологическую специфику малых рек выбрана р. Черная – левый приток р. Урал (площадь – 953 км2, длина – 96 км). По характеру питания р. Черная относится к рекам казахстанского типа с резко выраженным пиком весеннего половодья, обеспечивающим до 90% годового стока. Минимальная часть стока формируется из осадков теплого периода и грунтового питания, причем роль последнего значительно снижена вследствие высокой распаханности водосборной территории и малой залесенности территории. В связи с незначительной долей подземного питания, гидрологический режим р. Черной характеризуется значительными колебаниями речного стока. Кроме того, сток р. Черной и ее притоков в значительной степени зарегулирован (41%). В пределах водосборной территории отмечается более 5 прудов с земляными плотинами на притоках, аккумулирующих весенний сток и крупное Черновское водохранилище, объёмом 52,7 млн. м3.

Согласно анализу рядов многолетних гидрологических наблюдений, начиная с середины 1980-х гг. наблюдается определенная трансформация гидрологического режима р. Черной. В первую очередь, это проявляется в перераспределении объемов стока в годовом разрезе, прежде всего в срезке пиков весеннего половодья и увеличении расходов естественной межени (рис. 2.1.2).

Рисунок 2.1.2. График многолетних расходов воды р. Черная (с. Краснохолм) (средний, период весеннего половодья, период летней межени). Ось Y1 – паводок, м3/с, ось Y2 – средний и межень, м3/с.

Еще одним существенным фактором трансформации речного стока малых рек является забор речной воды для орошения, которая используется для обеспечения оптимальных условий увлажнения сельскохозяйственных угодий. Так, на большей части водосборной площади бассейна р. Урал за вегетационный период (май-сентябрь) выпадает 125-195 мм осадков и распределение их крайне неравномерное. Испаряемость с поверхности водоемов за год составляет 750-900 мм, почвы – 250-350 мм. Гидротермический коэффициент изменяется от 0,8 на северо-западе до 0,5 на юго-востоке, указывая на засушливость вегетационного периода. В подобных условиях орошение сельскохозяйственных культур является наиболее эффективным средством развития растений, системы агроприемов смягчают влияние засухи, поливное земледелие обеспечивает получение высоких урожаев независимо от климатических условий. В засушливые годы с поливного гектара получают больше продукции, чем с богарного, в частности, кукурузы – в 10-15 раз, сеяных трав – в 5-10 раз, картофеля – в 7-12 раз.

Согласно данным Управления мелиорации земель и сельскохозяйственного водоснабжения, в пределах Оренбургской области за последние 30 лет в ряде районов произошло значительное сокращение площадей орошаемых земель (Гайский, Новоорский, Оренбургский и др.), а для других (Илекский, Домбаровский и др.) характерно постепенное восстановление площадей до уровня середины 1980-х гг. (рис. 2.1.3).

Рисунок 2.1.3. Динамика площади (га) орошаемых земель в бассейне р. Урал (в пределах Оренбургской области).

Сокращение площадей орошаемых сельхозугодий связано с техническим износом мелиоративных систем и плотин, а также с общим снижением сельскохозяйственного производства в регионе. Также необходимо отметить, что кроме прямого воздействия на гидрологический режим (сокращение объемов стока), поливное земледелие негативно сказывается на качественном состоянии мелиоративных земель, в первую очередь, активизируя процессы засоления и повышая уровень залегания грунтовых вод.

Примером косвенного воздействия на эколого-гидрологическое состояние малых рек являются агротехнические и агромелиоративные мероприятия (распашка целинных и залежных земель, зяблевая вспашка, мероприятия по снегозадержанию и др.), которые согласно многочисленным исследованиям способствуют увеличению скважности и проницаемости почв и усилению инфильтрации талых и дождевых вод, что приводит к снижению значений поверхностного стока со склонов водосборных территорий [140]. Несомненно, что из целого ряда агротехнических мероприятий, проводимых в бассейнах рек степной зоны, ведущая роль в снижении показателей стока принадлежит распашке земель. Отметим, что бассейн р. Урал характеризуется высокой степенью распаханности, особенно водосборные территории правобережных притоков, в т.ч. и малых рек (рр. Таналык, Худолаз, Губерля, Янгиз, Каргалка, Черная и др.) [141].

Кроме снижения показателей поверхностного стока, в результате агротехнических мероприятий в степной зоне происходит перераспределение твердого стока в русловые участки малых рек, проявляющееся, прежде всего в заилении русел. Основной причиной данного процесса является увеличение стока наносов в результате усиленной эрозии на склонах, которая значительно увеличивает поток наносов со склонов, особенно после начала освоения целины и увеличения площади пашни. В бассейнах малых рек степной зоны ежегодный вынос взвешенных веществ может достигать 50-80 т/га в год [142]. В частности, интенсивные процессы заиления русел малых рек характерны для Урало-Тобольского междуречья и левобережных притоков р. Урал (Черная, Донгуз, Бердянка), что связано с интенсивным массовым освоением, высокой распаханностью водосборов и незначительными уклонами рек (бассейны рек Ташла, Суундук, Бол. Кумак и др.). В горной части бассейна малые реки сохраняют естественное состояние, лишь местами отмечается их слабое заиление (левобережные притоки р. Бол. Ик).

Обобщая вышесказанное, следует отметить, что исследования эколого-гидрологической специфики малых рек степной зоны с учетом современной структуры природопользования относятся к числу актуальных научных направлений. Кроме того, разнонаправленность отраслевых интересов к малым рекам обусловливает необходимость широкого комплексного подхода к их использованию и исследованию [143]. Однако необходимо обратить внимание на определенную сложность в изучении и анализе ряда показателей исследуемых природных объектов, в первую очередь – гидрологических характеристик. Проблема объективной оценки осложняется отсутствием многолетних и регулярных гидрометеорологических наблюдений в пределах малых рек. Так, в бассейне р. Урал в настоящее время действуют около 20 гидропостов на реках местного стока (рр. Губерля, Зилаир, Малый и Большой Кизил, Черная и др.), что крайне недостаточно для проведения детальных эколого-гидрологических исследований. Кроме того, с учетом пространственных и структурно-функциональных особенностей природных комплексов малых рек, возникает определенная сложность при оценке роли отдельных факторов трансформации водосборных территорий. Также, при анализе трансформационных процессов важно учитывать пространственные особенности факторов, компенсирующих антропогенное воздействие – лес, сток, осадки [144].

В итоге, подбор критериев интегральной оценки оптимального функционирования речных геосистем должен учитывать в первую очередь особенности условий стокоформирования в степной зоне и специфику хозяйственного освоения данной территории. Именно взаимодействие данных факторов определяет гидрологическую функцию ландшафта, под которой подразумевается процесс водоотдачи с единицы площади (объем, модуль стока), а также формируемое им качество воды (химический состав) [145]. На основании вышесказанного, считаем, что основу комплексных исследований малых рек должен составлять ландшафтно-гидрологический подход, необходимость и целесообразность применения которого заключается во взаимообусловленности ландшафтной структуры водосбора (ее трансформации) и гидрологических процессов на этой территории [146]. Кроме того, на наш взгляд, одним из ключевых понятий при изучении эколого-гидрологической специфики малых рек является классическое представление о реках как о парагенетических геосистемах (ПГС) бассейнового типа – устойчивых геосистемных сопряжениях, сформированных и объединенных однонаправленными вещественно-энергетическими потоками [147]. Для ПГС бассейнового типа характерен особый тип увлажнения, почвообразования, высокая динамичность в функционировании и развитии, а также они являются важными транзитными и связующими элементами для прилегающих ландшафтов. В связи с этим положением, для оптимального функционирования малых рек и с учетом их структурно-динамической организации, крайне важно поддерживать оптимальные условия для сохранения устойчивых сопряженных связей между отдельными компонентами природных комплексов.

Соответственно, исходя из утверждения о том, что функциональное состояние малых рек является непосредственным отображением оптимальности гидрологических функций ландшафта, одним из первоочередных этапов интегральной оценки является ландшафтно-гидрологическое зонирование исследуемой территории по пространственным особенностям стокоформирования. За основу были взяты две ключевые схемы – зональной [148] и азональной [149] дифференциации природных условий стокоформирования. Группу количественных показателей составили – модуль стока, характеризующий процесс водоотдачи с единицы площади и средняя высота водосборной площади. Результатом проведенной пространственной классификации исследуемой территории стало выделение 16 ландшафтно-гидрологических округов, в пределах 2 равнинных провинций (Общесыртовско-Предуральской и Прикаспийской) и 2 горных областей (Южно-Уральской и Зауральско-Мугоджарской) (рис. 2.1.4, табл. 2.1.1).

В то же время, антропогенная деятельность в пределах водосборных территорий обуславливает сокращение гидрологического потенциала водосборных территорий и разрушает устойчивые межкомпонентные связи, что приводит, прежде всего, к трансформации качественных и количественных показателей речного стока.

Рисунок 2.1.4. Ландшафтно-гидрологическое зонирование водосборной территории р. Урал.

Следует также отметить, что оптимальные гидрологические функции ландшафта напрямую связано с понятием «устойчивости экосистем», в связи, с чем ландшафтно-гидрологические исследования являются актуальным направлением в ходе интегральной оценки речных экосистем в условиях степного природопользования.

Таблица 2.1.1 Ландшафтно-гидрологическое зонирование водосборной территории р. Урал

[135] Чибилёв А.А., Сивохип Ж.Т., Павлейчик В.М., Падалко Ю.А. Эколого-гидрологические ограничения и параметры природопользования в степных регионах России // Проблемы геоэкологии и степеведения. Т. IV. Оптимизация структуры земельного фонда и модернизация природопользования в степных регионах России. – Оренбург, 2015. – С.82-109.

[136] Водогрецкий В.Е. Антропогенные изменения стока малых рек. – Л.: Гидрометеоиздат, 1990. – 175 с.

[137] Водогрецкий В.Е. Антропогенные изменения стока малых рек. – Л.: Гидрометеоиздат, 1990. – 175 с.

[138] Шикломанов И.А. Антропогенные изменения водности рек. – Л.: Гидрометеоиздат, 1979. – 302 с.

[139] Проект схемы комплексного использования и охраны водных объектов бассейна реки Урал (российская часть) / Попов А.Н., Мерзликина Ю.Б., Злобина Г.С. [и др.]. – Екатеринбург: ФГУП РосНИИВХ, 2012.

[140] Нестеренко Ю.М. Водная компонента аридных зон: экологическое и хозяйственное значение. – Екатеринбург: УрО РАН, 2006. – 287 с.

[141] Сивохип Ж.Т. Эколого-гидрологическая специфика малых рек как показатель устойчивого природопользования в степной зоне // Вест. Оренб. гос. ун-та. – 2015. – № 10. – С. 355-358.

[142] Проект схемы комплексного использования и охраны водных объектов бассейна реки Урал (российская часть) / А.Н. Попов, Ю.Б. Мерзликина, Г.С. Злобина [и др.]. – Екатеринбург: ФГУП РосНИИВХ, 2012.

[143] Ткачёв Б.П., Булатов В.И. Малые реки: современное состояние и экологические проблемы: аналитический обзор. – Новосибирск, 2002. – 114 с.

[144] Ясинский С.В. Геоэкологический анализ антропогенных воздействий на водосборы малых рек // Изв. АН. Сер. Геогр. – 2000. – № 4. – С.74-82.

[145] Антипов А.Н., Федоров В.Н. Ландшафтно-гидрологическая организация территории. – Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2000. – 254 с.

[146] Гагаринова О.В., Ковальчук О.А. Оценка антропогенных воздействий на ландшафтно-гидрологические комплексы / География и природные ресурсы. – 2010. – № 3. – С. 151-156.

[147] Казаков Л.К. Ландшафтоведение с основами ландшафтного планирования. – М.: Изд. центр «Академия», 2007. – 336 с.

[148] Зоны и типы растительности России и сопредельных территорий. Карта масштаба 1:8 000 000 / отв. ред. Г.Н. Огуреева; Геогр. факультет МГУ им. М.В. Ломоносова, Бот. ин-т им. В.Л. Комарова. – М.,1999.

[149] Тектоническая карта Урала. Масштаб 1:1 000 000 / глав. ред. И.Д. Соболев; Мин-во геологии РСФСР, ПО «Уралгеология». – Свердловск, 1983.