Географическое исследование земельных ресурсов с применением ГИС-технологий

В условиях постоянно прогрессирующего современного глобального экологического кризиса, совмещающегося и совпадающего по времени с обострением проблем продовольственной безопасности Российской Федерации, для обстоятельств политических и экономических санкций ряда недружественных стран характерно некоторое падение уровня обеспечения населения продуктами питания, при одновременной деградации отдельных компонентов и даже полном уничтожении некоторых природных и природно-антропогенных геосистем и нарастающем ухудшении экологического состояния целых регионов страны. В сложившейся ситуации продолжающееся увеличение количества производимой продукции сельского хозяйства может быть достигнуто в короткие сроки только в условиях постоянного повышения энергетических затрат и ограниченных объемов ресурсов, что, в свою очередь, 1

вновь приводит к прогрессирующему ухудшению геоэкологического состояния и разрушению естественной ландшафтной среды.

В современных реалиях политической и экономической обстановки в Российской Федерации обеспечение продовольственной безопасности одновременно способствует решению первостепенной задачи стабилизации экономики страны. Дальнейшее развитие рыночных отношений в ее аграрном секторе должно основываться на оптимизации и рационализации использования ограниченного природно-ресурсного (и в первую очередь агроресурсного) потенциала территории в различных ландшафтных условиях.

Решение возникающих при исследовании различных аспектов организации и ведения хозяйства в сельской местности региона проблем (включая геоэкологические [13]) с максимальной степенью эффективности и достоверности полученных результатов возможно лишь на основе широко применения возможностей географических информационных систем (геоинформационных систем, ГИС) и геоинформационных технологий и, в первую очередь, геоинформационного картографирования и моделирования (включая смежные технологии -глобального позиционирования, дистанционного зондирования [3; 8; 11] и др.).

Для создания в короткие сроки и последующего максимально полного использования разнообразных картографических материалов, являющихся главной составной частью геоинформационно-картографического обеспечения и пространственно-временного моделирования, оперативного реагирования на возникающие опасные последствия нерационального использования земельных ресурсов и в целях качественной их ликвидации в кратчайшие сроки, наиболее рационально создавать и использовать разного рода картографические и геоинформационных модели [1; 17; 18; 21] (включая цифровые модели рельефа разных видов и их производные [19; 20]), полученные на основе и с помощью специализированных ГИС [2; 4; 8;]. Возможности их практического использования определяются тем, что ГИС и ГИС-технологии - современное универсальное и гибкое средство решения широкого круга задач [8; 12; 22], включая оценку как современного, так и прошлого состояния геосистем и их отдельных компонентов на разных масштабных и территориальных уровня [1; 9; 14], а также мониторинга, прогнозирования и управления в самом широком смысле слова [17-19].

Целью географических исследований земельных ресурсов с применением геоинформационных систем и ГИС-технологий являлось выявление пространственновременных закономерностей использования земельных ресурсов в сельском хозяйстве Республики Мордовия и обоснование путей совершенствования региональной системы использования земельных ресурсов. Для достижения поставленной цели в процессе исследования решались следующие задачи (применительно к региону исследования): 2

изучение методологических аспектов исследования земельных ресурсов; исследование особенностей сельскохозяйственного использования земель; анализ возможностей использования геоинформационных технологий в исследовании земельных ресурсов; обоснование перспектив сельскохозяйственного землепользования; разработка рекомендаций по повышению эффективности использования земельных ресурсов на основе различных модельных сценариев дальнейшего развития.

Объектом научного исследования являлись территориальные системы сельского хозяйства Республики Мордовия. Теоретической и методологической основой при этом стал системный подход к изучению использования земельных ресурсов и соответствующие труды отечественных и зарубежных ученых. Они посвящены преимущественно исследованию взаимодействия природных и природно-антропогенных сельскохозяйственных (агроландшафтных) геосистем, территориальной организации сельскохозяйственного производства, оценке природного агропотенциала территории.

Необходимость географического исследования земельных ресурсов с применением ГИС и ГИС-технологий и проведения подобного рода других, обусловлена тем, что в условиях современного экологического кризиса по-прежнему прогрессирующе снижается уровень продуктивности агрогеосистем и, соответственно, - степень обеспечения населения отдельных регионов и страны в целом продуктами питания, при одновременной повсеместной деградации (вплоть до полной) природных и природно-антропогенных геосистем [1; 2; 7; 10].

Земельный фонд Мордовии в 2019 г. составил 2 612,8 тыс. га, с количественным преобладанием в его структуре доли земель сельскохозяйственного назначения, площадь которых составляет 1 664,5 тыс. га (63,8%) [5; 7; 15]. Анализ сведений органов власти и предприятий муниципального уровня о текущем состоянии и использовании сельскохозяйственных земель показывает, что почти повсеместно на территории Мордовии не только сохраняется, но и в ряде районов усиливаются тенденции активной деградации земельных ресурсов [10; 17; 19]. Они, в свою очередь, напрямую влияют на отдельные показатели и общий уровень биологической и хозяйственной продуктивности агроландшафтов и земель в целом, и вызывают расширение площади, занятой ареалами проблемных и кризисных экологических ситуаций.

Антропогенные воздействия на почвы и земельные ресурсы геосистем региона непрерывно и возрастают, и интенсифицируются, приводя, в итоге, к последующим негативным проявлениям. Главными их признаками являются, прежде всего, дальнейшее развитие и усиление процессов водной и ветровой эрозии почв, подтопление и затопление земель сельскохозяйственного назначения, физическое и химическое загрязнение почв, прямое и косвенное разрушение и даже полное уничтожение почвенного и растительного покрова, изменение местного и микроклимата. Говоря о проблеме химического загрязнения почв, необходимо отметить, что его уровень хотя и снижается, но по-прежнему еще продолжает оставаться значительным повсеместно, но в первую очередь – в коллективных хозяйствах.

К числу наиболее неблагоприятных факторов, влияющих на качество почв и земельных ресурсов, необходимо отнести эрозию почв. Более половины почв Мордовии относятся к типам серых лесных и дерново-подзолистых, обладающих слабой эрозионной устойчивостью, причем около половины площади пашни расположены на склонах крутизной от 2 до 4° Значительное развитие эрозионных процессов присуще южной части центрального сектора территории республики и, особенно, ее восточным районам (см. рис.), характеризующимся распространением черноземных и серых лесных почв.

Рис. Районы распространения и активного развития эрозионных процессов на территории Республики Мордовия [6].

Площади сельскохозяйственных угодий Мордовии, принадлежащих к группе эрозионно-опасных, достигают 1,3 тыс. га, из которых в разной степени эродированы более 308 тыс. га (около 20%) [15]. Результаты проведенного картометрического анализа, выполненного с использованием средств ГИС-технологий, выявляют приуроченность больших массивов подобных земель к территориям Атяшевского, Большеберезниковского, Инсарского, Ичалковского, Ковылкинского, Ромодановского, Чамзинского районов [1; 5; 15].

Анализ учетных данных показывает, что почти 10 тыс. га сельскохозяйственных угодий

(0,6% их общей площади) отнесены к землям, в той или иной степени подверженным воздействию процессов водной и ветровой эрозии. Ими охвачено почти 6 тыс. га пашни, 0,2 тыс. га сенокосов, 3,6 тыс. га пастбищ [15]. При этом площадь дефляционно-опасных земель, подверженным воздействию процессов ветровой эрозии, превышает 104 тыс. га (6,7% сельскохозяйственных угодий), из которых дефлировано почти 57 тыс. га (3,7%), включая 36,7 тыс. га пашни (3,6%) [15].

Ряд районов республики характеризуется доминированием в структуре почвенного покрова типов и подтипов зональных серых лесных и дерново-подзолистых почв и их разновидностей. Бесконтрольное нерациональное использование земельных ресурсов с подобными почвами и иные негативные антропогенные воздействия (нередко связанные, наряду с элементарной бесхозяйственностью, с полным отсутствием финансирования работ по разработке и практической реализации мероприятий, направленных на охрану и рациональное использование земель, или недостаточными его размерами, с сокращением числа и объемов мероприятий по мелиорации и улучшению культур-технического состояния угодий и несвоевременным их проведением и др.) привели к снижению естественного плодородия почв земель сельскохозяйственного назначения, достигшего в ряде случаев критического уровня. Для районов с преобладанием черноземных почв отмечаются и процессы снижения их естественного плодородия.

Актуальной проблемой использования земельных ресурсов в республике на протяжении многих лет остается стихийное облесение - самопроизвольное зарастание ранее активно использовавшихся и продуктивных в прошлом сельскохозяйственных угодий древесной растительностью, представленной кустарниками и мелколесьем [3; 9; 11]. Влияние указанных выше негативных факторов (а так же в значительной степени невостребованность низкопродуктивной пашни, при этом зачастую значительно удаленной от хозяйственных центров [19]) приводит к образованию истощенных земель, которые вследствие этого в ряде районов забрасываются, и площадь необрабатываемой только по этой причине пашни достигала 50 тыс. га. Общая площадь заросших и закустаренных кормовых угодий в республике на начало 2019 г. приближалась к 11 тыс. га (2,3 %) [15]. Дополнительно необходимо указать и на более чем 161 тыс. га сбитых земель сенокосов и пастбищ (до 35 % общей площади кормовых угодий), находившихся в сельскохозяйственном обороте. Велика и площадь залежных земель, достигшая в 2019 г. почти 54 тыс. га. [15].

Крупные искусственные водоемы, влияющие в значительной степени на подтопление прилегающих территорий, в республике отсутствуют. Имеющаяся сеть прудов и малых водохранилищ, используемых для целей орошения и рыборазведения, существенного влияния на процессы подтопления сельскохозяйственных угодий не оказывает. Эти процессы 5

наблюдаются, чаще всего, в период весеннего снеготаяния, когда из-за допущенных при проектировании и строительстве автомобильных дорог технических просчетов совсем отсутствуют или не имеется достаточного числа водопропускных труб вдоль дорожного полотна, что приводит к скоплениям и застаиванию талых снеговых вод [8; 12; 14], приводящим к ежегодному ущербу посевам сельскохозяйственных культур на площади до 200 га [16]. По данным за предыдущие годы, в республике более 141 тыс. га сельскохозяйственных угодий (9,0%) являются избыточно увлажненными, из них 101 тыс. га (6,4%) приходится на кормовые угодья и почти 40 тыс. га - на пашню (2,5%). Ежегодно на территориях сельскохозяйственных земель площадью от 1 тыс. до 1,5 тыс. га выполняются работы по их осушению [15]. Тем не менее, параллельно с этим, в последние годы выявлена тенденция поднятия уровня грунтовых вод на сельскохозяйственных угодьях таких муниципальных районов, как Ардатовский, Зубово-Полянский, Ромодановский и ряда других. В результате происходят значительные изменения: как отдельных компонентов (прежде всего сукцессионные смены растительного покрова), так и ландшафта в целом, приводящие сельскохозяйственные земли в непригодное для основного использования состояние, а отдельные участки пашни в весенний период - в недоступные для обработки не только колесной, но даже и гусеничной сельскохозяйственной техникой.

На территории Мордовии, по данным государственного учета земель, в 2019 г. имелось порядка 77 тыс. га мелиорируемых угодий (из них 32 тыс. га осушенных и 45 тыс. га -орошаемых) [15]. Мелиорируемые земли нуждаются в постоянном поддержании их нормального функционирования: в организации и осуществлении дополнительных мероприятий по переустройству и восстановлению сетей осушения и орошения, регулированию водоисточников, капитальному ремонту магистральных и проводных каналов и сооружений и др. [1; 8]. Именно по этой причине, а так же из-за высоких цен на энергоносители, существенного износа оборудования и разукомплектования сетей , большое число предприятий сельскохозяйственного профиля не используют возможности орошения, а такие земли фактически являются богарными.

В контексте рационального использования земельных ресурсов необходимо отметить и такой крайне негативный момент: в последние годы в регионе из-за отсутствия централизованных проектов и финансирования практически полностью свернута деятельность по целевому мониторингу земель сельскохозяйственного назначения, их почвенному и геоботаническому обследованию. Именно по этой причине отсутствие необходимых данных (включая геопространственные) существенно затрудняет, а в ряде случаев делает невозможным составление и последующую реализацию проектов системы мелиоративных мероприятий по улучшению земель.

Указанные негативные тенденции увеличения площадей и доли земель с признаками деградации разной степени подтверждают вывод о том, что проводимые мероприятия по предотвращению негативных процессов недостаточны и в целом неадекватны степени и размерам их проявления.

В таких условиях, дальнейшее развитие рыночных отношений в аграрном секторе Российской Федерации в целом, и Республики Мордовия – в частности, должно основываться на оптимизации и рационализации использования природно-ресурсного потенциала в различных ландшафтных условиях. Достигнута эта цель может быть на основе комплексного экономико-географического и геоинформационно-картографического подхода к изучению земельных ресурсов на уровне отдельных регионов, с акцентом на факторы эффективности использования земель, учетом территориальной дифференциации их использования, с разработкой основных направлений совершенствования эффективности использования земельных ресурсов в региональном аспекте.

Решение основных задач было основано на применении картографического, историкогеографического, сравнительно-географического методов анализа, типологии и районирования, с широким применением ГИС, геоинформационных и смежных технологий, статистических методов обработки информации, а также статистико-математического и геоинформационного моделирования. При этом особое внимание уделялось факторам эффективности использования земель, влияния на особенности территориальной дифференциации их использования.

Практическая значимость результатов исследования состоит в том, что разработанные принципиальные подходы к определению путей более эффективного и наиболее полного использования земельных ресурсов на базе ГИС, геоинформационных и смежных технологий имеют важное значение для управления и оптимизации отраслевой структуры сельскохозяйственного производства. Наиболее важные экологические аспекты результатов исследования могут быть использованы для оптимизации и рационализации сельскохозяйственного природопользования на региональном уровне и проектирования, организации и практической реализации проектов охраны земельных ресурсов и органического сельского хозяйства.