Ландшафтно-экологическая устойчивость земледельческих регионов Урала и Западной Сибири

06.04.2022

Земледельческие регионы России продолжают испытывать нарастающее негативное воздействие со стороны хозяйственной деятельности человека. Оно, как и прежде, выражается в загрязнении окружающей среды, изъятии невосполнимых природных ресурсов, деградации почвы, сокращении видового разнообразия и нарушении природных взаимосвязей.

В этой связи экологизация использования земель и оптимизация ландшафтов с целью повышения их устойчивости относятся к числу главных задач современного землепользования как на региональных уровнях, так и в целом по стране.

Методические подходы к разработке систем оценки устойчивости для формирования экологически сбалансированных агроландшафтов активно разрабатываются как отечественными, так и зарубежными специалистами. Есть достаточно широко апробированные наработки, практическое использование которых позволяет проводить объективную ландшафтно-экологическую оценку.

Основная цель настоящих исследований заключалась в пространственной оценке ландшафтно-экологической устойчивости земледельческих регионов Урала и Западной Сибири, как модельных регионов степной и лесостепной зон России. Для выполнения поставленной цели были сформулированы следующие задачи:

  • выявить показатели, характеризующие уровень ландшафтно-экологической устойчивости, сформировать базу их абсолютных значений;
  • провести картографический анализ ландшафтно-экологической устойчивости в разрезе отдельных регионов, выявить территориальные различия характеризующих её показателей.

Объектом исследований выступали восемь степных регионов Урала и Западной Сибири, субъектов Азиатской России - Республика Башкортостан, Оренбургская, Челябинская, Курганская, Тюменская, Омская, Новосибирская области и Алтайский край. Оценка их ландшафтно-экологической устойчивости проводилась посредством коэффициента экологической стабильности ландшафта (КЭСЛ).

При определении площадей отдельных видов ландшафта в качестве исходных данных использовали размещённые в свободном доступе сведения Федеральной службы государственной регистрации, кадастра и картографии.

Мониторинг состояния земледельческих угодий проводили с использованием нормализованного разностного вегетационного индекса (NDVI) посевов. Его определяли на базе общедоступных космических снимков Landsat 8 и Sentinel, имеющих пространственное разрешение 15-30 м/пиксел, размещённых на on-line ресурсах OneSoil.ai и Sentinel-hub.com.  Полученные данные наносились на картографическую основу в программном комплексе Next GIS с последующей обработкой в ArcMap.

Наибольшую долю в структуре нестабильных элементов ландшафта во всех анализируемых регионах занимают обрабатываемые земледельческие угодья (пашня) – от 82,5 % (Республика Башкортостан) до 92,8 % (Омская область). Их площадь в основном и определяет ландшафтно-экологическую устойчивость анализируемых регионов.

Как показали расчёты КЭСЛ, ярко выраженной стабильностью ландшафтов обладает только Тюменская область, превышающая по приведённому показателю (9,4) другие регионы в 3,01 (Новосибирская область) – 11,75 раза (Оренбургская область) (рис. 1).

Рисунок 1. Картосхема состояния экологической стабильности ландшафтов земледельческих регионов Урала и Западной Сибири

В большей степени ландшафты анализируемых регионов характеризуются условно стабильным состоянием (Алтайский край, Челябинская, Курганская, Омская области, Республика Башкортостан). В Новосибирской области стабильность выражена хорошо, а Оренбургская область характеризуется нестабильным состоянием ландшафтов, с самым низким среди анализируемых регионов коэффициентом экологической стабильности (0,8). В целом наблюдается возрастание экологической стабильности в восточном направлении.

Графическая визуализация пространственной диспропорции ландшафтно-экологической устойчивости земледельческих регионов Урала и Западной Сибири в виде картосхемы (рис. 1) достаточно убедительно иллюстрирует полученные результаты.

Как показали результаты экспедиционных исследований, самой высокой неустойчивостью среди нестабильных элементов ландшафта во всех анализируемых территориях являются обрабатываемые земледельческие угодья (пашня). Их доля в общей площади регионов изменяется от 8,9 (Тюменская область) до 49,5 % (Оренбургская область). Высока их доля также в Челябинской, Курганской (34,6 %) областях и в Алтайском крае (39,2 %). В Новосибирской, Омской области и в Республике Башкортостан они занимают 21,2-29,5 % территории (рис. 2).

а)                                                                                                               б)

Рисунок 2. Средняя площадь пашни в земледельческих регионах   Урала и Западной Сибири (а) и её изменение
(б, где I - Челябинская обл., II - Курганская обл., III - Тюменская обл., IV - Омская обл., V - Новосибирская обл., VI - Алтайский край) за 2002 - 2019 гг.

Регионы характеризуются различной временной динамикой площади пашни. Размах её варьирования за 2002-2019 гг. составил 12-527 тыс. га. Самая стабильная площадь пашни, с коэффициентом вариации 0,12 % отмечена в Новосибирской области, а самая изменчивая (3,30 %) – в Республике Башкортостан.

Следует особо подчеркнуть различную направленность (тренд) изменения площади пашни за анализируемый период (рис. 2б). В Омской, Челябинской, Оренбургской, Курганской, Тюменской областях и Республике Башкортостан она оказалась отрицательной – площадь пашни сократилась на 17-218 тыс. га. В Новосибирской области и Алтайском крае, напротив, площадь пашни выросла на 10-142 тыс. га.

Корреляционный анализ аналитических данных выявил обратную сильную связь (r= –0,86) доли пашни (%) в общей площади региона с коэффициентом экологической стабильности ландшафта (КЭСЛ). Коэффициент детерминации (R2=0,74) свидетельствует о зависимости КЭСЛ от приведённого показателя и указывает на его возрастание при уменьшении площади пашни в 74,0 % случаев.

Наиболее стабильная площадь залежи с коэффициентом вариации 2,67 % отмечена в Новосибирской области - размах её вариации составил только 7 тыс. га.  Наибольшим временным варьированием площади залежи характеризуется Курганская область с коэффициентом вариации 23,10 % и разницей между наименьшими и наибольшими значениями 312 тыс. га.

Следует отметить, что в регионах с сократившейся площадью пашни (кроме Республики Башкортостан и Оренбургской области) за 2002-2019 гг. отмечен прирост площади залежи на 11 (Омская область) - 247 тыс. га (Курганская область). В регионах с возросшей площадью пашни площадь залежи сократилась на 4,1 (Новосибирская область) - 168,0 тыс. га (Алтайский край). Между площадью пашни и площадью залежи установлена сильная обратная связь (r= –0,69 (Челябинская область) 0,94-1,00 (остальные регионы), свидетельствующая об их взаимном превращении.

Визуальный и инструментальный мониторинг состояния земельных угодий в анализируемых регионах подтверждает активно продолжающуюся мобилизацию почвенного плодородия, исключающую компенсацию вынесенных урожаями питательных элементов, ввиду невысоких объёмов внесения минеральных и органических удобрений и экспансии на поля почвозатратных коммерческих монокультур (прежде всего подсолнечника). Попираются элементарные законы земледелия, упрощаются севообороты, игнорируется научно-обоснованная структура посевных площадей. Всё это, на фоне низкой востребованности специалистов агрономического профиля, сопровождается стремительной деградацией почвенного покрова, выражается в высокой пестроте растительности по элементарным участкам поля, снижении качества продукции и валовых сборов (рис. 3).

а)                                                                                                        б)

Рисунок 3. Визуализация пространственной неоднородности (а) растительного покрова (по NDVI) и общий вид посева льна масличного
(б) на выработанных чернозёмах южных, Омская область, Черлакский район, 2020 г.

Вполне очевидно, что подобные подходы при направленности к сохранению валовых сборов растениеводческой продукции и поддержанию продовольственной безопасности населения, будут и дальше стимулировать экстенсивное землепользование и способствовать сохранению в обработке неустойчивых и деградировавших угодий. Напротив, их ведение из обработки при интенсификации земледелия на высокоплодородных участках, перевод в кормовые угодья (в том числе ООПТ), будет способствовать увеличению доли стабильных элементов ландшафтов, повышению их устойчивости и сохранению биологического разнообразия для будущих поколений.

Земледельческие регионы Урала и Западной Сибири характеризуются территориальными особенностями экологической стабильности ландшафтов. Ярко выраженной стабильностью отличается Тюменская область.  В Новосибирской области стабильность выражена хорошо. В большинстве других регионов отмечается условно стабильное состояние, а Оренбургская область характеризуется нестабильным состоянием ландшафтов. Самой высокой неустойчивостью среди нестабильных элементов ландшафта характеризуется пашня. Коэффициент экологической стабильности ландшафта (КЭСЛ) сильно связан с её долей в общей площади региона. В 74 % случаев он возрастает при снижении площади пашни.

Природозатратные и почворасточительные экстенсивные подходы в земледелии способствуют сохранению в обработке неустойчивых и деградировавших угодий. Их выведение из обработки при интенсификации земледелия на высокоплодородных участках, перевод в кормовые угодья (в том числе ООПТ), способствующие увеличению доли стабильных элементов ландшафтов, можно рассматривать в качестве основного направления повышения их устойчивости и сохранения биологического разнообразия.

Исследование выполнено при финансовой поддержке гранта РНФ 20-17-00069 «Географические основы пространственного развития земледельческих постцелинных регионов Урала и Сибири».

С полным текстом статьи можно ознакомиться по ссылке (когда выйдет на статью на сайте журнала) :
Чибилёв А.А. (мл), Гулянов Ю.А., Мелешкин Д.С., Григоревский Д.В. Оценка ландшафтно-экологической устойчивости земледельческих регионов Урала и Западной Сибири // Юг России: экология, развитие. 2022. - №1. - С. 109-118. 

Подробнее об авторах :
Чибилёв Александр Александрович (младший)
Гулянов Юрий Александрович
Мелешкин Дмитрий Серегеевич
Григоревский Дмитрий Владимирович