Использование геоинформационных технологий для оценки садопригодности горной зоны Дагестана

Вид материалаАвтореферат

Содержание


Мичуринск - Наукоград – 2009
Научный руководитель
Соловьев Александр Валерьевич.
Общая характеристика работы
Цель и задачи исследований.
Научная новизна.
Практическая значимость.
Основные положения, выносимые на защиту
Апробация работы.
Структура и объем диссертации.
Основное содержание работы
Глава 2. Методика и объекты исследований
Методика исследований.
Глава 3. Физико-географическая характеристика Горного Дагестана.
Оценка земель Горного Дагестана для возделывания семечковых культур.
Глава 5. Эколого-экономическая оценка эффективности использования земель
Пригодность земель Горного Дагестана под ягодные культуры по почвам (в процентах от горной территории района)
Экономическая эффективность экологических условий территорий сада
Сорта яблони
Затраты на дополнительную обрезку, тыс. руб/ га
...
Полное содержание
Подобный материал:
  1   2   3


КЕРИМХАНОВА РАКУЖАТ НАДИРОВНА

«ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ГЕОИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

ДЛЯ ОЦЕНКИ САДОПРИГОДНОСТИ ГОРНОЙ ЗОНЫ ДАГЕСТАНА»

06.01.07 – плодоводство, виноградарство

сельскохозяйственные науки

Д 220.041.01

Мичуринский государственный аграрный университет

393760, Тамбовская область, г. Мичуринск, ул. Интернациональная, 101

тел. 5-31-37

Дата защиты диссертации – 2 декабря 2009 года


На правах рукописи


Керимханова Ракужат Надировна


Использование геоинформационных

технологий для оценки садопригодности

горной зоны Дагестана


Специальность: 06.01.07 – плодоводство, виноградарство


АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата сельскохозяйственных наук


^ Мичуринск - Наукоград – 2009


Диссертационная работа выполнена в Федеральном государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования

«Дагестанская государственная сельскохозяйственная академия»


^ Научный руководитель: кандидат биологических наук, профессор,

Стальмакова Валентина Павловна


Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук, профессор

Бобрович Лариса Викторовна;


кандидат сельскохозяйственных наук, доцент

^ Соловьев Александр Валерьевич.


Ведущая организация: ФГНУ «Северо-Кавказский научно-исследовательский институт

горного и предгорного садоводства»


Защита диссертации состоится 2 декабря 2009 года в 11 часов на заседании диссертационного совета Д 220.041.01 при Мичуринском государственном аграрном университете по адресу: 393760, Тамбовская обл., г. Мичуринск, ул. Интернациональная, 101, Мичуринский ГАУ.


С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Мичуринского государственного аграрного университета, а с авторефератом дополнительно на официальном сайте университета: http: //www.mgau.ru/.


Автореферат разослан _________________________________2009 года.


Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные и скрепленные гербовой печатью просим направлять ученому секретарю диссертационного совета.


Ученый секретарь

диссертационного совета Д 220.041.01,

кандидат сельскохозяйственных наук Н.М. Соломатин


^ ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Республика Дагестан - Страна гор, где более 80% ее территории составляют горные экосистемы и малопродуктивные террасные сельскохозяйственные земли, охраняемые и оберегаемые населением как самое ценное достояние, от которого зависит жизнь и благополучие горцев.

В последнее время при рассмотрении вопроса агроэкологической оценки земельных ресурсов, пригодности конкретной территории для размещения виноградников, садов и ягодников, повышения их адаптивной активности особое внимание уделяют такому вопросу, как развитие методов компьютерного моделирования и внедрения геоинформационных систем (ГИС), разработки методов почвенно-агроэкологического картирования, освоения компьютерных программ и моделей экологических рисков возделывания сельскохозяйственных культур, реализация гибких проектных решений с учетом разнообразия социально-экономических условий и ситуаций общества и рыночной конъюнктуры.

В связи с тем, что многие вопросы из исследуемой отрасли недостаточно изучены и дальнейшее развитие отраслей сельского хозяйства нуждается в системной оценке ресурсного потенциала земель, поэтому агроэкологическая оценка земельных ресурсов горной зоны Дагестана для возделывания многолетних плодово-ягодных культур и винограда очень важна и актуальна, особенно в современных социально-экономических условиях.

^ Цель и задачи исследований. Основной целью исследований является оценка агроэкологического потенциала земель Горного Дагестана на основе использования технологий географических информационных систем для адаптивно-ландшафтного размещения многолетних плодово-ягодных культур и винограда.

Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:

- исследовать агроэкологические ресурсы по районам Горного Дагестана и оценить адаптивность и устойчивость природной среды, а также реакцию многолетних плодово-ягодных растений на природно-климатические факторы;

- разработать компьютерную базу данных ГИС, необходимую для осуществления геоинформационного моделирования землепользований, и создать подобную базу данных для административных районов Горного Дагестана;

- обновить и уточнить имеющуюся фактическую информацию о состоянии земельных ресурсов на основе использования материалов дистанционной космической съемки земной поверхности, а также изучить историю возделывания многолетних плодово-ягодных культур в Горном Дагестане;

- провести эколого-экономическую оценку эффективности использования земель Горного Дагестана, эффективности перевода сельскохозяйственной отрасли на адаптивную устойчивую систему ее ведения;

- оценить экономическую эффективность условий возделывания многолетних растений в связи с особенностями плодоношения, устойчивости продуктивности и адаптивностью к условиям произрастания;

- провести оценку пригодности земель Горного Дагестана для семечковых, косточковых, ягодных культур и винограда по почвенным, климатическим, рельефным свойствам и интегрально.

^ Научная новизна. Впервые на основе изучения агроэкологических ресурсов районов Горного Дагестана разработаны новые подходы компьютерного анализа ресурсного потенциала земель с целью оптимизации размещения многолетних плодово-ягодных культур и винограда. Для всего Горного Дагестана создана геоинформационная база данных фактического состояния земельных ресурсов и осуществлена корректировка имеющейся среднемасштабной почвенной карты региона.

Впервые на основе эколого-экономической оценки метеорологичических условий возделывания сортов яблони в горном районе, оценена вероятность потерь урожая и дополнительных затрат. Выявлена связь уровня адаптивности и устойчивости продуктивности с изменением технологического обеспечения и экономическими условиями, связанными с проявлением кризисных явлений в садоводстве, а также даны расчеты экономической эффективности адаптивного (устойчивого) возделывания семечковых, косточковых, ягодных, орехоплодных культур и винограда в Горном Дагестане. Впервые для различных агроэкологических условий горных районов Дагестана с учетом сложившихся современных социально-экономических условий разработан ряд сценариев экологически оптимального размещения многолетних культур на территории Горного Дагестана.

^ Практическая значимость. Использование методов геоинформационного моделирования и космического зондирования для агроэкологической оценки Горного Дагестана дала возможность оперативно и объективно обосновать и выделить дополнительные территории для горного плодоводства и виноградарства. Созданы карты оптимального размещения многолетних плодово-ягодных культур и винограда, которые могут быть использованы как отдельными хозяйствами региона, так и районными администрациями для определения перспективных направлений использования земель и для совершенствования системы землепользования Горного Дагестана, для комплексной оценки эколого-экономической эффективности уже сложившегося размещения, возделывания и закладки многолетних насаждений, адаптированных к горным условиям.

Научные разработки автора используются Дагестанским государственным научно-исследовательским, проектно-технологическим институтом виноградарства, садоводства и мелиорации земель «Агроэкопроект» в практической работе, а также рекомендованы специалистам Министерства сельского хозяйства Республики Дагестан. Результаты исследований, по мере поэтапного их завершения, публиковались в печати и внедрялись в производство. Практические разработки апробированы в сельскохозяйственных производственных кооперативах Ахтынского района Республики Дагестан.

^ Основные положения, выносимые на защиту:

- теоретическое обоснование адаптивно-ландшафтного размещения многолетних культур на основе геоинформационного моделирования пригодности горных земель;

- оценка биологического потенциала многолетних плодово-ягодных культур и винограда в Горном Дагестане с использованием математических моделей прогнозирования адаптивности;

- экономическое обоснование эффективности устойчивого возделывания сортов многолетних плодово-ягодных культур в соответствии с экологическими условиями конкретной горной территории;

- карты по степени пригодности земель районов Горного Дагестана по рельефным, климатическим, почвенным условиям и интегральной оценке земельных ресурсов под многолетние плодово-ягодных культур и винограда.

^ Апробация работы. результаты исследований были представлены в виде устных докладов и стендовых сообщений на 18 Международных, всероссийских, региональных и республиканских научно-практических конференциях, в том числе Всероссийской научно-практической конференции «Безопасность и экология технологических процессов и производств», (Ростовская область, Персиановский, 2005, 2007, 2008, 2009); Всероссийской научно-практической конференции «Научно-прикладные аспекты дальнейшего развития интенсификации виноградо-винодельческой отрасли в связи со вступлением России в ЕС и ВТО» (Махачкала, 2006); Всероссийской научно-практической конференции «Методологические аспекты создания прециозных технологий возделывания плодовых культур и винограда» (Краснодар, 2006); Международной научно-практической конференции «Основные проблемы, тенденции и перспективы устойчивого развития сельскохозяйственного производства» (Махачкала, 2006); Международной научно-практической конференции «Опыт выращивания винограда в неблагоприятных природных условиях и его научное обеспечение» (Москва, 2007); Международной научно-практической конференции «Состояние и перспективы развития агрономической науки» (Ростовская область, Персиановский, 2007); Всероссийской научно-практической конференции «Агротехнологические и экологические аспекты развития виноградо-винодельческой отрасли» (Новочеркасск, 2007); Региональной научно-практической конференции «Состояние и перспективы развития агропромышленного комплекса ЮФО» (Ставрополь, 2007); Региональной научно-практической конференциистудентов, аспирантов и молодых ученых ЮФО «Молодые ученые – вклад в реализацию национального проекта «Развитие АПК»» (Махачкала, 2007); Региональной научно-практической конференции «Региональные аспекты развития агропромышленного комплекса» (Махачкала, 2007); Межрегиональной научно-практической конференции «Проблемы и перспективы реализации национального проекта в АПК Дагестана» (Махачкала, 2007); Всероссийской научно-практической конференции «Образование, наука, инновационный бизнес сельскому хозяйству регионов» (Махачкала, 2007); Всероссийской научной конференции «Почвенные и растительные ресурсы южных регионов России, их оценка и управление с применением информационных технологий» (Махачкала, 2007), Международной научно-практической конференции «Инновационные подходы к обеспечению стабильной продуктивности косточковых культур (Москва, 2008), Всероссийской научно-практической конференции «Ресурсосберегающие экологизированные технологии производства продукции растениеводства» (Махачкала, 2009), Международной научной конференции «Биологические и гуманитарные ресурсы развития горных регионов» (Махачкала, 2009). Материалы диссертации ежегодно обсуждались на заседании кафедры экологии и химии Дагестанского ГСХА (Махачкала, 2006, 2007, 2008, 2009).

Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 46 печатных работ, в том числе 36 статей, 5 брошюр, 5 статей в изданиях, рекомендованных ВАК РФ(«Аграрная наука», «Вестник РАСХН», «Плодоводство и ягодоводство России»).

^ Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, выводов, списка использованной литературы и приложения. Работа изложена на 196страницах, содержит 35 таблиц, 6 схем, 27 картографических рисунков. В списке используемой литературы приведено 211 источников, в том числе 64 на иностранных языках. В отдельном приложении на 37 страницах имеются 23 таблиц и 14 рисунков.

Выражаю искреннюю признательность моему научному руководителю профессору Стальмаковой В.П. за внимание, поддержку и творческую помощь. Автор выражает благодарность за оказанную научно-консультативную помощь заведующему лабораторией ГИС Почвенного института им. В.В. Докучаева (г. Москва) доктору сельскохозяйственных наук Савину И.Ю.

^ ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Глава 1. Теоретическое обоснование оптимизации агроландшафтов и

организации устойчивых садовых экосистем

Дан анализ отечественной и зарубежной литературы о развитии основных направлений исследований по оценке ресурсного потенциала земель применительно к возделыванию многолетних культур: современной концепции адаптивно-ландшафтного (устойчивого) земледелия и садоводства, экологическим реурсам и их значению в жизнедеятельности многолетних культур (Потапов, 1980; Савельев,1994; Кашин, 1995; Смирнов, Малтабар, Раджабов, Матузок, 1998; Лучков, Расулов, Кудаев, Понамарева, 2002; Аджиев, Муфараджев, Азизова, 2003), влиянию вертикальной зональности и национальной специфики землепользования на ландшафтное размещение многолетних культур, анализа природно-ресурсного потенциала земель для возделывания многолетних культур.


^ Глава 2. Методика и объекты исследований

Объекты исследований. Работа выполнена по результатам исследований, проведенных на протяжении 2005-2007 гг. ФГОУ вПО «Дагестанская государственная сельскохозяйственная академия» на кафедре экологии и химии, а также плодоводства и ботаники в соответствии с госбюджетной темой «Разработка и внедрение агроэкологических изысканий основ компьютерного моделирования экологического (ресурсного) потенциала земель при оптимизации размещения плодовых и ягодных культур», а технические расчеты в лаборатории ГИС Почвенного института им. В.В. Докучаева (г. Москва).

В качестве объекта исследований рассматривается территория Горного Дагестана с абсолютными высотами, превышающими 1000 метров. Горный Дагестан находится в пределах следующих 22 административных районов: Ахвахский, Агульский, Ахтынский, Гунибский, Гумбетовский, Гергебельский, Акушинский, Дахадаевский, Кулинский, Курахский, Ботлихский, Левашинский, Лакский, Унцукульский, Тляратинский, Рутульский, Хунзахский, Чародинский, Цумадинский, Шамильский, Докузпаринский, Цунтинский..

^ Методика исследований. Методология исследований основывалась на принципах методики оценки земель ФАО. Геоинформационное моделирование пригодности земель. Анализ пригодности земель был осуществлен для основных семечковых, косточковых, ягодных культур и винограда. Оценка отдельных свойств земель складывается в оценку почвенных, климатических условий и условий рельефа. После этого определяется интегральная оценка пригодности земель.

В качестве решающего правила на всех этапах оценки мы использовали правило максимальной лимитации. Все свойства были ранжированы на три оценочных класса: 1 - пригодно без ограничений; 2 -ограниченно пригодно; 3 - непригодно. Для каждой культуры строилась серия оценочных сценариев: 1)базовый сценарий – анализ проводится по фактическому состоянию земельных ресурсов; 2)сценарий Т – если склоны можно террасировать; 3)сценарий П – если свойства почв можно улучшить; 4)сценарий К – если культура возделывается в орошаемых условиях; 5)комбинация сценариев Т и П; 6)комбинация сценариев Т и К; 7)комбинация сценариев П и К; 8)комбинация сценариев Т, П и К. на основе анализа всех сценариев делалось заключение о потенциале возделывания той или иной культуры в Горном Дагестане.

Пакет прикладных программ географических информационных систем (ГИС) ILWIS использовался нами для анализа пригодности земель, при работе с дистанционными материалами, и при построении сценариев размещения культур.

Методика эколого-экономической оценки садопригодности земель. В сельскохозяйственном производственном кооперативе «Колхоз им. Агасиева» Ахтынского района Республики Дагестан были заложены стационарные опыты по изучению зимостойкости промышленных насаждений яблони с оценкой экономической эффективности метеорологических условий сада по методике Всероссийского селекционно-технологического института садоводства и питомниководства (Волков, 2005; Куликов, Косякин и др., 2005). Комплексная оценка адаптивности и устойчивость продуктивности многолетних культур – по методу Кашина (1995) и Жученко (1996)..

В основу экспедиционных исследований положены методические указания Драгавцева (1956), Потапова (1980). Параметры пород и сортов оценивались в соответствии с Программой и методикой сортоизучения плодовых, ягодных и орехоплодных культур (Орел, 1999). Важнейшие принципы использованной методики оценки экономической эффективности и обработки экспериментальных данных в садоводстве сформулированы в работах Доспехова (1985), Драгавцевой (1996), Потапова, Завражного, Бобровича, Петрушина (2004), Егорова (2005). Обработку экспериментальных данных осуществляли методами математической статистики с применением дисперсионного, корреляционного и регрессионного анализа.

^ Глава 3. Физико-географическая характеристика Горного Дагестана.

Показано чрезвычайное разнообразие экологических условий Горного Дагестана, описаны географическое положение, рельеф, климат, почвы, растительный покров, современное использование земельных ресурсов.

Анализ использования пашни в республике Дагестан за 2006 год показывает, что общая площадь пашни по республике составляет 4471,7 тыс.га, а в горах - 2712,0 тыс. га, пашни по балансу 120,1 тыс. га, посевная площадь всего 97,5 тыс. га, в том числе озимые 21,1 тыс. га, яровые 53,7 тыс. га, многолетние травы прошлых лет 13,8 тыс. га. Под парами находится 8,7 тыс. га пашни, под плантажем 460 га, итого пашни в обработке – 98,3 тыс. га.

Процент неиспользованной пашни в горах в 1990 году составлял 4,7%, в 2000 году 25,8%, а в 2005 году 17,9%. Сельскохозяйственных угодий в Горном Дагестане имеется в наличии 1884,1 тыс. га, в том числе пашни 136,3 тыс. га, пастбищ 1659,2 тыс. га.

Общая площадь плодово-ягодных насаждений в районах горной зоны по состоянию на 2007 год составляет 9668 га, в том числе в сельскохозяйственных организациях 1844 га, в хозяйствах населения 7321 га, крестьянско-фермерских хозяйствах и индивидуальных предпринимателей 503 га. Наибольшие площади садов имеются в Ахтынском, Гергебильском и Ботлихском районах.

Глава 4. Оценка пригодности земель Горного Дагестана для возделывания многолетних плодово-ягодных культур и винограда. ^ Оценка земель Горного Дагестана для возделывания семечковых культур. Общая площадь семечковых (по состоянию на 1 января 2008 года) культур по Республике Дагестан составляет 14563 га, а в районах горной зоны – 5047 га. Яблоневые и грушевые сады существуют практически во всех районах республики, и во многих из них имеются оптимальные земли для возделывания этой культуры. Наибольшая для оптимальных земель отмечается в Докузпаринском (около 2,44% от всех земель района), Левашинском (около 2,05%), Ботлихском (около 1,01%) районах и в Гунибском (около 0,95%).

Оценка земель Горного Дагестана для возделывания косточковых культур. В целом по горной зоне непригодно для абрикоса около 93% земель в то время как оптимальными являются лишь 0,02% земель. Средневзвешенный рейтинг (пригодно) оценки земель горной зоны для абрикоса составляет лишь 2,65, то есть соответствует градации слабопригодных земель.

Оценка земель Горного Дагестана для возделывания ягодных культур. Оценка почвенных условий для возделывания ягодных культур показывает, что оптимальные земли для земляники выделяются лишь в Докузпаринском (около 88,64% от всех земель района) и Гунибском (около 49,01%), Ботлихском (46,74), Унцукульском (63,10), Гергебильском (68,45), Левашинском (89,64), Хунзахском (52,89), Курахском (56,39) районах (табл. 1).

Оценка земель Горного Дагестана для возделывания винограда. На рисунке представлена карта интегральной оценки пригодности земель для возделывания виноградной лозы только с террасированием склонов и с улучшением почв и террасированием. В целом по горной зоне республики непригодно для винограда около 93% земель, в то время как оптимальных земель только около 5,52%. Средневзвешенный рейтинг оценки земель составляет 1,12 то есть соответствует градации слабопригодных земель. Оптимальные земли (пригодно) для данной культуры выделяются лишь в Левашинском (42,33%), Гергебильском (около 22% от всех земель района) и Курахском (10,50%) районах. Средневзвешенный рейтинг (ограниченно пригодно) пригодности земель отдельных районов колеблется от 7,95 для Дахадаевского, 6,40 для Докузпаринского, 4,52 для Ахтынского районов.

Расчет дополнительных площадей пригодных земель горной зоны дагестана для возделывания семечковых, косточковых, ягодных культур и винограда при условии улучшения качества почв и террасирования склонов, позволяют провести реальное их размещение на значительной территории горной зоны, особенно в специфических микрозонах и новых районах. Пригодными площадями для семечковых культур могут быть 133,87 тыс. га, для косточковых – 58,56 тыс. га, ягодных – 53,73 тыс. га, для винограда 55,78 тыс. га.

^ Глава 5. Эколого-экономическая оценка эффективности использования земель

территории Горного Дагестана. Комплексная оценка адаптивности многолетних культур. Изучение адаптивности 10-ти сортов яблони позволили выявить реакцию сортов на своеобразие экологических условий складывающихся в различные годы. Наиболее адаптивными сортами являются Ренет Ахтынский (0,16), Ренет Шампанский (0,15) и Ренет Симиренко (0,13), Пармен Зимний золотой (0,13). Средний уровень адаптивности проявили сорта Ред Делишес (0,10), Голден Делишес (0,11), Старкримсон (0,10). У сортов Винстон (0,08), Вагнера призовое (0,06), Старк Эрлист (0,04) мало адаптивны и могут возделываться в лимитирующих условиях


Таблица 1 - ^ Пригодность земель Горного Дагестана под ягодные культуры по почвам (в процентах от горной территории района)


№№

Район

Земляника


Смородина

Малина

Крыжовник


Пригодно


непригодно

пригодно

непригодно

пригодно

непригодно

пригодно

непригодно

1

Агульский

48,35

51,65

38,44

61,56

35,76

64,24

35,76

64,24

2

Акушинский

44,32

55,68

44,32

55,68

44,32

55,68

44,32

55,68

3

Ахвахский

57,80

42,20

57,80

42,20

57,80

42,20

57,80

42,29

4

Ахтынский

57,45

42,55

57,45

42,55

57,45

42,55

57,45

42,55

5

Ботлихский

46,74

43,26

46,74

43,26

46,74

43,26

46,74

43,26

6

Гергебильский

68,45

31,55

68,45

31,55

68,45

31,55

68,45

31,55

7

Гумбетовский

41,95

58,05

41,95

58,05

41,95

58,05

41,95

58,05

8

Гунибский

49,01

50,99

49,01

50,99

42,50

57,50

42,50

57,50

9

Дахадаевский

38,1

61,89

38,11

61,89

38,04

61,96

38,04

61,96

10

Докузпаринский

88,64

11,36

88,28

11,72

84,73

15,27

88,27

11,73

11

Кулинский

13,95

86,05

13,95

86,05

2,57

97,43

2,57

97,43

12

Курахский

56,39

43,61

56,39

43,61

56,34

43,66

56,39

43,61

13

Лакский

24,99

75,01

24,99

75,01

6,12

93,88

6,12

93,88

14

Левашинский

89,64

10,36

89,64

10,36

89,61

10,39

89,64

10,36

15

Рутульский

10,21

89,79

10,21

89,79

10,21

89,79

10,21

89,79

16

Шамильский

29,65

70,35

29,65

70,35

23,22

76,78

23,22

76,78

17

Тляратинский

32,68

67,32

32,69

67,31

32,69

67,31

32,69

67,31

18

Унцукульский

63,10

36,90

63,10

36,90

63,10

36,90

63,10

36,90

19

Хунзахский

52,89

47,11

52,89

47,11

52,89

47,11

52,88

47,12

20

Цумадинский

21,97

78,03

21,97

78,03

21,97

78,03

21,97

78,03

21

Цунтинский

27,70

75,30

27,70

75,30

27,70

75,30

27,70

75,30

22

Чародинский

14,13

85,87

14,13

85,87

8,54

91,46

8,54

91,46




Горы

44,46

55,54

43,99

56,01

41,49

58,51

41,65

58,35