Агроэкологическая оценка земель и оптимизация землепользования

УДК 519 : 631.58
ББК 26.1 + 41.41
ББК А 26

Работа подготовлена при поддержке 
гранта Правительства РФ № 11.6-34.31.0079 
гранта РФФИ № 11-04-01376

Рекомендовано к опубликованию Ученым советом
Всероссийского научно-исследовательского института информатизации 
агрономии и экологии «ВНИИ Агроэкоинформ»

Р е ц е н з е н т ы: 
доктор биол. наук, чл.-корр. РАН С.А. Шоба
(МГУ имени М.В. Ломоносова),
доктор биол. наук, профессор М.А. Мазиров
(РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева),
доктор сельскохозяйственных наук П.М. Сапожников
(Почвенный институт имени В.В. Докучаева)

Черногоров А.Л., Чекмарев П.А., Васенев И.И., Гогмачадзе Г.Д.
Агроэкологическая оценка земель и оптимизация землепользования. —
М.: Издательство Московского университета, 2012. — 268 с.
ISBN 978-5-211-06308-2

В работе представлены современные  представления об автоматизированных системах
агроэкологической оценки земель и их применении для решения актуальных агроэкологических проблем земледелия и землепользования. Основное внимание уделено методическим вопросам оценки качества земель, информационно-методического обеспечения
рационального сельскохозяйственного землепользования, агроэкологического анализа антропогенной динамики почв, методологии региональной комплексной системы оценки агроэкологического качества земель. Описаны базовые алгоритмы анализа, принципы
районирования нормативной базы, формы представления входных и выходных данных в
Региональной автоматизированной системе комплексного агроэкологического анализа
почв и земель (РАСКАЗ) и Локальной информационно-справочной системе агроэкологической оптимизации земледелия (ЛИССОЗ). Рассматриваются примеры их применения
для анализа агроэкологического качества почв и земель на уровне конкретного региона,
отдельного хозяйства и рабочего участка — с использованием адаптивно-ландшафтных и
прецизионных систем земледелия.  
Для студентов агроэкологических и агрономических специальностей, обучающихся по
программам бакалавриата, специалитета, магистратуры, а также аспирантов, преподавателей, научных сотрудников, работников сельского хозяйства и природоохранных учреждений, интересующихся вопросами оценки земель.
Ключевые слова: агроэкология, качество земель, функции земель, оценка земель, земледелие, землепользование, системы оценки, агроэкологические модели, базы данных,
СППР.

УДК 519 : 631.58
ББК 26.1 + 41.41

ISBN 978-5-211-06308-2

А26

© А.Л. Черногоров, П.А. Чекмарев, И.И. Васенев,
Г.Д. Гогмачадзе, 2012
© Издательство Московского университета, 2012

UDC 519: 631.58
BBК 26.1 + 41.41
ББК A 26

Recommended to publication by the Academic council 
of the All-Russia scientific research institute for informatization 
of agronomics and ecology «VNII AgroEcoInform»

R e v i e we r s: 
Doctor Sci. Biol., RAS Corr. Member S.A. Shoba
(Moscow Lomonosov State University),
Doctor Sci. Biol., Professor M.A. Mazirov
(Russian Timiryazev State Agrarian University),
Doctor Sci. Agr. P.M. Sapozhnikov
(Dokuchayev Soil Science Institute)

Tchernogorov A.L., Tchekmaryov P. A., Vasenev I.I., Gogmachadze G.D.
Land Agroecological Evaluation and Land-use Optimization. — М.: Moscow
University Press, 2012. — 268 p.
ISBN 978-5-211-06308-2

Modern view of the automated systems of land agroecological evaluation and their application
for farming and land-use actual agroecological problems solution are presented in the paper. The
basic attention is given to principal methodical questions of land quality evaluation, informationmethodical support of rational agricultural land-use, the agroecological analysis of soil man-made
dynamics, the methodology of regional complex system of land agroecological quality evaluation.
There are descriptions of the analysis basic algorithms, of the principles of standard base zoning, of
the forms of input and output data in the Regional Automated System of Soil and Land Complex
Agroecological Analysis RASKAZ and in the Local Decision Support System of Farming Agroecological Optimization LISSOZ. Examples of their application for the analysis of soil and land agro ecological quality at the level of the concrete region, of the separate farm and farming plot with
application of adaptive-landscape and precision farming systems are considered. 
It is useful for the students in the agroecological and farming field (bachelor, diploma, master
and post-graduate levels), their trainers, scientific collaborators, and agriculture and nature conservation employees interested in questions of land quality evaluation.
Key words: agroecology, land quality, land functions, land evaluation, farming, land use, evaluation systems, agroecological models, databases, DSS.

UDC 519: 631.58
BBК 26.1 + 41.41

ISBN 978-5-211-06308-2

А26

© A.L.Tchernogorov, P.A.Tchekmaryov, I.I.Vasenev,
G.D. Gogmachadze, 2012
© Moscow University Press, 2012

Введение

«…без обстоятельного, строго научного изучения почв самая тщательная статистико-экономическая… оценка земельных угодий не будет достаточно обоснована… достаточно
полна… и не может повести к благим разумным мероприятиям»
(В.В. Докучаев, 1949)
о дной из важнейших проблем современного земледелия, землепользования и агроэкологии России является существенный разрыв между теоретическими исследованиями и практическим использованием получаемых результатов в сфере эффективного использования и охраны земельных ресурсов страны.
Разрабатываемые учеными технологии и модели часто не доводятся до уровня их
реального освоения потенциальными потребителями в областных и районных органах управления, в сельских хозяйствах и сельскохозяйственных корпорациях, в
тесно связанных с ними организациях агропромышленной инфраструктуры.
Мощный антропогенный пресс XX в. значительно ускорил негативные трансформации пахотных земель основных сельскохозяйственных регионов России.
Серьезный удар по экологическому состоянию земель нанесли последние организационно-экономические преобразования сельского хозяйства. С разорением
большинства кооперативных хозяйств были нарушены традиционные и зональные
системы земледелия, стали преобладать экстенсивные агротехнологии с крайне
низкими дозами удобрений, резким сокращением числа обработок почвы и объемов применения мелиорантов, массовым нарушением севооборотов и выжиганием
стерни, стихийным переходом части пашни в сильно засоренную залежь, низкой
рентабельностью и повышенной неустойчивостью растениеводства. 
В этих условиях значительное развитие получили деградационные процессы
эрозии и выпахивания, дегумификации и подкисления, ощелачивания и засоления.
Резко сократились объемы проведения почвозащитных и противоэрозионных мероприятий. Традиционные рекомендации по почвозащитным севооборотам и агротехнике в новых экономических условиях оказались практически недоступными
для большинства фермерских и кооперативных хозяйств, необходимым условием
выживания которых является быстрая окупаемость финансовых вложений.
Развитие сельскохозяйственного производства в сложившихся эколого-экономических условиях, с возросшей нестабильностью экономической обстановки
и зависимостью результатов работы от агроэкологических особенностей каждого
земельного участка, обусловливает необходимость перехода к адаптивно-ландшафтным системам земледелия, которые являются следующим этапом ландшафтно-экологической детализации и хозяйственно-экономической адаптации ранее
разрабатываемых зональных систем. 

Развитие и освоение адаптивно-ландшафтных систем земледелия подразумевает оперативное проведение функционально-целевого анализа больших массивов
разноплановой информации по выявлению и ранжированию наиболее актуальных
для условий конкретных районов, хозяйств и полей лимитирующих факторов земледелия, агроэкологической оценке и типизации земель, оптимальному подбору
сельскохозяйственных культур, выбору рационального уровня и корректировке агротехнологий, прогнозу урожайности и планируемых затрат в условиях конкретного
рабочего участка и года.
Как показывает опыт развития отечественных и зарубежных многолетних научных стационаров и передовых опытных хозяйств, на них нередко эффективно
реализуются агроэкологически обоснованные рекомендации по формированию
устойчиво рентабельных и экологически безопасных систем земледелия и землепользования. Знание основных закономерностей организации и функционирования почвенного покрова, процессов почвообразования и разновременной динамики почв, лимитирующих факторов плодородия и агроэкологического состояния
земель позволяет расширять географические рамки применения этих рекомендаций, улучшать достоверность получаемых с их помощью прогнозов и повышать
эффективность реализации проектов. 
Для расширения подобной практики в России особую актуальность приобретает дальнейшее развитие исследований по развитию методологии дифференцированной и комплексной оценки агроэкологического качества почв и земель с
учетом их провинциально-генетического разнообразия, местных особенностей ландшафта и землепользования.
Развитие адаптивных систем земледелия на ландшафтной основе подразумевает функционально-целевой анализ больших массивов разноплановой информации и стимулирует разработку и адаптацию специализированных моделей и
программного обеспечения. Необходимым элементом информационного обеспечения задач по оптимизации землепользования, проектированию и корректировке адаптивно-ландшафтных систем земледелия являются районированные автоматизированные системы агроэкологической оценки земель, областные
агроэкологические базы данных и специализированные геоинформационные системы, адаптированные к местным условиям хозяйств локальные информационно-аналитические системы поддержки принятия решений по агроэкологической
оптимизации базовых элементов земледелия. 
Важным направлением информационно-методического обеспечения земледелия являются технологии прецизионного земледелия. Необходимым условием
грамотного применения современных технологий земледелия является агроэкологический мониторинг. В России уже накоплен значительный опыт разработки
и освоения перспективных информационных технологий и специализированного
программного обеспечения для оптимизации земледелия. Подведомственные
Министерству сельского хозяйства аграрные вузы, исследовательские институты,
их учебные и опытные хозяйства должны стать своеобразными «точками роста»:
местом поэтапной разработки, адаптации и районирования этих технологий в
России.

Введение
6

В данной работе предпринята попытка краткого систематизированного изложения приоритетных проблем современного агроэкологического состояния земель,
принципиальных методических подходов и технологических элементов активно
разрабатываемых в последние годы моделей их агроэкологической типизации, автоматизированных систем комплексной агроэкологической оценки и моделирования агроэкологического состояния земель, информационно-аналитических систем поддержки принятия решений по агроэкологической оптимизации базовых
элементов земледелия.
В основу идеологии их построения положен принцип формирования рамочных (framework) компьютерных моделей, последовательно подстраиваемых к особенностям конкретного региона и хозяйства. Разработанные алгоритмы и технологические элементы их реализации имеют универсальный характер, легко
воспроизводимы и модифицируемы для использования в условиях основных природно-сельскохозяйственных регионов России.
Практическое назначение работы состоит в предоставлении управляющим
структурам агропромышленного комплекса Российской Федерации федерального
и регионального уровней базовых представлений о современных алгоритмах и системах комплексного анализа и интерпретации информации, получаемой на основе
проектно ориентированных и мониторинговых исследований агроэкологического
состояния сельхозугодий и базовых компонентов окружающей среды в АПК страны.
Использование данных материалов поможет работникам указанных структур повысить оперативность и эффективность мер по предотвращению и устранению последствий наиболее вероятных негативных явлений, в том числе и посредством
формирования регионально адаптированных автоматизированных систем агроэкологической оценки земель и оптимизации земледелия.
В основу работы положены материалы обобщения массовых данных в профильных лабораториях ВНИИ Агроэкоинформ и результаты полевых и лабораторных исследований, выполненных авторами или при их активном участии в
экспедициях кафедры экологии и лаборатории агроэкологического мониторинга
РГАУ-МСХА, факультета почвоведения МГУ, Почвенного института им.
В.В. Докучаева (РАСХН), Отдела географии АН МССР, ВНИИ земледелия и защиты почв от эрозии (РАСХН) и университета штата Теннеси США (1988–2010) —
в рамках выполнения плановых, поисковых и договорных работ при поддержке
Минсельхоза РФ, Миннауки РФ, Российского фонда фундаментальных исследований, фондов Фулбрайта и Мак Артуров (США), передовых агрохолдингов
(«Агрофирма Мценская», СХПК «Комсомолец», «Черно земье Интеко» и др.).
В проведении исследований последних лет, результаты которых вошли в состав
данной работы, самое активное участие принимали ученые «ВНИИ Агро экоинформ»
(В.Г. Безуглов и А.Е. Саакян), преподаватели, докторанты, аспиранты и сотрудники
кафедры экологии и лаборатории агроэкологического мониторинга РГАУ-МСХА
имени К.А. Тимирязева (А.В. Бузылев, М.М. Ге раськин, Е.Б. Таллер, О.С. Бойко,
С.Т. Ангомбе, С.В. Керимов и А.В. Раскатов) и кафедры земельных ресурсов и оценки земель МГУ (О.А. Макаров и В.И. Ва сенев), сотрудники ООО «НПО Экопроект».
Всем им авторы выражают глубокую благодарность.

Введение
7

Принятые в работе сокращения и обозначения

АЛСЗ
– адаптивно-ландшафтная система земледелия 
АЭС
– агроэкосистема
БД
– база данных
БЗ
– база знаний
ГИС
– геоинформационная система
ИАМ
– информационно-аналитический модуль
ЛИССОЗ
– локальная информационно-справочная система агроэкологической оптимизации
земледелия
НСБД
– нормативно-справочная база данных
ОДП
– основные диагностические показатели
ПП
– почвенный покров
ППК
– почвенный поглощающий комплекс
РАСКАЗ
– региональная автоматизированная система комплексной агроэкологической оценки почв и земель
СПП
– структура почвенного покрова
СППР
– система поддержки принятия решений
СУБД
– система управления базой данных
ЭПП
– элементарные процессы почвообразования
ФАО
– Международная организация сельского хозяйства и продовольствия
ЦЧР
– Центрально-Черноземный регион России (синоним ЦЧЗ — Центрально-Черно земная зона России)

1.1.
Проблемные агроэкологические ситуации
сельскохозяйственного землепользования
характерное для любых стадий исторического развития современной цивилизации пристальное внимание общества к земле и почве объясняется прежде всего чрезвычайной важностью для нее сохранения стабильного выполнения почвой ее основных агроэкологических и социально значимых
функций (Крупеников, 1981, 1992; Добровольский, Никитин, 1986, 1990; Soil
quality…, 1997; Handbook…, 2000; Агроэкологическая оценка, 2005; Васенев,
2008; Гогмачадзе, 2010; и др.).
Недостаток знаний, желания или времени для предварительного прогнозирования экологических последствий планируемых антропогенных воздействий на почвы не раз приводили к серьезным эколого-экономическим потерям. Достаточно вспомнить черные бури на Среднем Западе США 30-х годов
и кавалерийское освоение целинных земель в Сибири и Казахстане 60-х, сильнейшую деградацию черноземов на рисовых чеках и быстрое выгорание пересушенных торфяников полесий, сильное переуплотнение почв в результате
многолетнего увеличения веса почвообрабатывающей техники и подтопление
пойменных земель при строительстве равнинных водохранилищ.
Сильно возросший за последнее столетие антропогенный пресс на почвенный покров, агроландшафт и биосферу в целом в значительной мере подорвал нормальные условия для их устойчивого функционирования. Он спровоцировал ряд региональных и глобальных кризисов природопользования.
Одними из наиболее опасных являются региональные агроэкологические проблемы массовой деградации земель, качественного ухудшения их экологического состояния и функциональных возможностей. В ряде случаев они уже
достигли уровня антропогенного опустынивания или резкого сужения почвенно-агроландшафтной базы для устойчивого функционирования и развития
местных сообществ и целых сельскохозяйственных регионов (Ковда, 1981;
Global…, 1990; Козловский, 1991, 2003).
Гораздо чаще антропогенные (агрогенные, техногенные) изменения почв
приводят к частичному ограничению их функционального качества и агроэкологического состояния (Проблемы агроэкологического мониторинга…, 1994;
Антропогенная эволюция…, 2000; Современные проблемы земледелия и эко
Современные агроэкологические проблемы 
и оптимизация земледелия в России
Глава
1

логии, 2002; Агроэкология, 2004; Кирюшин, 2009; Васенев и др., 2010). Эти
проблемы, как правило, привлекают гораздо меньше внимания со стороны населения, административных и законодательных органов власти. Однако с учетом
масштаба своего распространения и временных темпов развития они несут не
меньшую опасность для общества, чем уже свершившиеся случаи регионального
и локального опустынивания. 
Важно подчеркнуть, что подобные проблемные ситуации, как правило,
еще поддаются рациональному регулированию и разрешению. Это обусловливает особую актуальность развития соответствующей методической, информационной и технологической базы для их анализа, диагностики, оценки опасности, прогнозирования и нормативного обеспечения управленческих решений
и мер функционально-целевого регулирования.
Для сельскохозяйственного использования земель наиболее важное значение имеют следующие агроэкологические функции:
потенциальное (устойчивое, самовоспроизводимое) и реальное (эффек•
тивное, актуальное) плодородие почв (Кирюшин, 1996; Булгаков, 2002); 
несущая способность почв для работы на них сельскохозяйственных машин
•
с разной плотностью нагрузки на поверхность (Van Lanen, 1992; Шеин,
Гончаров, 2006; Системы земледелия, 2009); 
санитарно-экологические функции почв и земель — их способность «свя•
зывать-дезактивировать» загрязнителей, болезней и вредителей разной
природы (Methods…, 1996; Handbook…, 2000; Методическое…, 2001).
Основная часть антропогенных изменений морфогенетического профиля
почв, почвенных режимов и процессов имеет негативный характер, в результате
чего значительно снижается эффективность выполнения почвой основных агроэкологических функций и, следовательно, рентабельность сельскохозяйственного производства. 
Многолетний некомпенсированный вынос питательных веществ обусловливает большие агрогенные потери запасов гумуса и доступных форм питательных
элементов; в результате резко снижается потенциал ресурсно-агрохимических
функций большинства пахотных почв (Минеев, 1990; 1999; Модели…, 1998;
Сычев, 2000; Гогмачадзе, 2010; Лукин и др., 2010). Широко распространена
агрогенная деградация почвенного поглощающего комплекса. В результате
снижается устойчивость почвенного функционирования, возрастают затраты
на мелиоративные мероприятия, падает экономическая эффективность растениеводства.
Сильное обесструктуривание и переуплотнение верхних горизонтов пахотных почв нарушает их гидрофизические функции, способность запасать и
экономно расходовать значительные объемы продуктивной влаги для растений
(Медведев, 1988; Wagenet et all, 1992; Гусев, Насонова, 1996). Возрастает поверхностный сток и смыв (Гаршинев, 1999; Герасименко, Кумани, 2000;
Герасименко, 2006). Результатом являются ускоренная эрозия и агрогенное
иссушение пахотных почв (Козловский, 1991, 2003; Сурмач, 1992; Эрозия почв,
2001; Васенев, 2003). 

Глава первая
10