Оптимизация агроландшафтов и организация устойчивых агроэкосистем

Необходимо ориентироваться на те режимы функционирования агроэкосистем, которые позволили бы значительно увеличить потенциал их саморегуляции. Чем ближе они к природным, тем устойчивее агроэкосистемы.

Непременное условие экологизации агроландшафтов – создание оптимальной инфраструктуры: устройство экологического каркаса в виде лесов, лугов, водоемов, что в определенной мере обеспечивает стабилизацию гидрорежимов, поддержание биологического разнообразия, в частности, численности видов (птиц, энтомофагов и др.), конкурирующих с полевыми вредителями [Варламов, 1993, 2002].

Оптимизация структуры агроландшафта включает рациональное размещение севооборотов, полей, производственных участков, лесных и кустарниковых полос, противоэрозионную и мелиоративную организацию территории. Важное условие экологизации земледелия – защищенность поверхности почвы растениями или растительными остатками. Мульчирование поверхности почвы в известной мере воспроизводит защитную роль лесной подстилки или степного войлока [Васенев и др., 2003].

Развивая понятие экологической устойчивости агроландшафтов, следует рассматривать его в контексте природно-антропогенной эволюции, которая может складываться в направлении окультуривания или деградации. Весь диапазон возможной эволюции можно описать S-образной кривой, проходящей через нуль-пункт, соответствующий состоянию устойчивого природного ландшафта (рисунок 1).

Уровни  окультуривания почв – субъективные категории, устанавливаемые по критериям почвенного плодородия для разных сельскохозяйственных культур. Однако окультуривание имеет и объективные эколого-экономические пределы. Они определяются состоянием нового равновесия между противодействующими процессами, например, в таежных ландшафтах – биогенно-аккумулятивными с одной стороны, и элювиальными (выщелачивание, оподзоливание, лессиваж, элювиально-глеевые процессы) и  деструктивными с другой стороны. Стремление максимального преодоления тех или иных природных процессов наталкивается на большие экономические издержки и неблагоприятные экологические последствия. Оптимальный уровень экологического равновесия и устойчивости агроландшафта в направлении окультуривания должно получить количественное выражение.

Такой же количественный подход необходим и в отношении деградации ландшафта. В данной связи заслуживает определенного внимания принцип оценки деградации почв и почвенного покрова по «увеличению затрат различного рода ресурсов (энергетических, сырьевых, информационных и прочих) для достижения ранее полученного количества и качества продукции и/или ограничений на дальнейшую деятельность человека». Данная позиция должна быть усилена экологическими требованиями как приоритетными (экологический императив), поскольку агроландшафт – это не только сфера производственной деятельности, но и среда обитания человека и часть биосферы. Поэтому при оценке деградации ландшафтов и почв на первый план выходит степень сохранения экологических функций. Сохранение их не всегда совпадает с понижением продуктивности и не сразу замечается. Например, снижение экологических функций ландшафта в результате эрозии (особенно на фоне удобрений) или сработки торфа может не сопровождаться уменьшением урожайности вплоть до выхода на поверхность почвообразующей или подстилающей породы, когда экологический ущерб от потери почвы многократно перекрывается экологическим ущербом на все времена.

                                              

 

 

 

 

 

 

 

               

                                                              

 

 

 

 

 

  

           

        

 

 

 

Рис. 1 Природно-антропогенная эволюция ландшафтов

 

Сельское хозяйство – одна из сфер жизнедеятельности, где нарушение равновесия между человеком и природой ощущается наиболее сильно. К числу важнейших причин недостаточно высокой продуктивности, затратности и неконкурентоспособности отечественного сельского хозяйства относятся несбалансированность сельскохозяйственных земель и инфраструктуры агроландшафтов (соотношения пашни, луга, леса), отраслей сельского хозяйства (растениеводства и животноводства) между собой, а также внутри отраслей (по видам сельскохозяйственных животных – в животноводстве и по структуре посевных площадей, севооборотов – в растениеводстве). Создание экологически устойчивой структуры агроландшафтов и обеспечение их нормального функционирования чрезвычайно важно как для повышения продуктивности сельхозугодий, так и улучшения окружающей среды [Сельское хозяйство республики Беларусь, 2011].

Кормопроизводство – один из ведущих факторов управления сельскохозяйственными землями и агроландшафтами Беларуси. Занимая более 3/4 сельхозугодий и более четверти территории Российской Федерации, кормовые агроэкосистемы относятся к основным стабилизирующим факторам, с помощью которых можно обеспечить не только продуктивность, но и устойчивость агроландшафтов.

Природные кормовые угодья, как и многолетние травы на пашне, многофункциональны. Они дают разнообразные корма для животных, повышают плодородие почвы, обогащают ее гумусом и азотом, улучшают структуру, снижают кислотность и предотвращают эрозию почвы, нормализуют водный режим агроэкосистем, повышают их устойчивость к засухам, деградации почв и опустыниванию, укрепляют агроландшафты и увеличивают их биоразнообразие, улучшают фитосанитарную и экологическую обстановку, повышают устойчивость и рентабельность сельского хозяйства, оздоравливают окружающую среду, повышают ее эстетические свойства [Булгаков, 2002].

Деградация агроландшафтов не только ухудшает экологические условия жизни человека, но и подрывает возможности экономического роста. То относительное равновесие, которое веками существовало между природой и хозяйственной деятельностью человека, сейчас серьезнейшим образом нарушено.

Управление агроландшафтами должно быть направлено на создание их экологически устойчивой структуры и обеспечение нормального функционирования.

Важная роль в повышении устойчивости агроландшафта отводится созданию его надежного экологического каркаса, который включает леса, природные кормовые угодья, многолетние насаждения, многолетние травы на пашне, водно-болотные угодья. Целесообразно выведение из пашни (или ежегодной распашки) эродированных и дефлированных участков для создания дополнительных средо-стабилизирующих элементов экологического каркаса агроландшафта (природных кормовых угодий, лесов, многолетних трав на пашне). Нередко необходимо дополнительное создание лесополос, облесение территории, примыкающей к овражно-балочной сети, водоемам [Айдаров, 2005].

Оптимизация видового состава сельскохозяйственных культур и структуры посевных площадей, размещения сельскохозяйственных культур (пропашные, зерновые, однолетние и многолетние травы) по элементам агроландшафта, применение современных технологий и системы севооборотов обеспечивают создание оптимальной пространственно-временной структуры агроландшафта [Яковлев, 2010].

Средообразующая роль многолетних трав в повышении устойчивости и продуктивного долголетия агроландшафтов ничем не заменима. Многолетние травы являются единственной группой сельскохозяйственных культур, способствующих сохранению, воспроизводству и накоплению гумуса. Улучшение баланса органического вещества, углерода (гумуса), и азота в почве происходит за счет накопления обильной корневой массы трав, запасы которой в 2-4 раза превосходят запасы надземной массы. Многолетние травы способствуют улучшению структуры почвы и ее водно-воздушного режима, и выполняют также важнейшую почвозащитную функцию на эрозионно и дефляционно опасных землях, создавая своей надземной и корневой массой прочный покров, устойчивый к действию воды и ветра [Жилко, 2000].

Высокая фитомелиоративная роль многолетних трав на пашне, сенокосах и пастбищах позволяет устранить многие деструктивные процессы на нарушенных угодьях, резко снизить эрозию, повысить плодородие почв и урожайность культур, следующих за ними в севооборотах.

Повышение плодородия почв можно обеспечить за счет оптимального насыщения посевных площадей бобовыми и бобово-злаковыми многолетними травами. Увеличение на пахотных землях доли многолетних трав следует осуществлять за счет сокращения доли пропашных, зерновых культур и однолетних трав [Концепция программы «Обеспечение воспроизводства плодородия земель с.-х. назначения на 2000-2010 г.г.].

Управление луговыми агроэкосистемами включает создание и рациональное использование высокопродуктивных сенокосов и пастбищ.

Говоря о проблеме управления агроландшафтами, нельзя не сказать о том, что осуществлять эту работу предстоит в условиях глобальных климатических изменений, которые по прогнозам ученых приведут к усилению негативных факторов: засухи, опустынивания, распространения вредителей и болезней, ухудшения фитосанитарной обстановки. Отдельные субъекты Российской Федерации могут пережить в ближайшие десятилетия кризисы, связанные с уменьшением урожайности из-за серий аномально засушливых лет. В этих условиях сельское хозяйство России может обеспечить высокую продуктивность и устойчивость агроландшафтов и земельных угодий лишь при опережающей адаптации к ожидаемым изменениям климата и природной среды [Каштанов, 2005].

Таким образом, управление агроландшафтами Белоруссии предполагает реализацию следующей системы мер:

- совершенствование структуры  земельных угодий, направленное  на  укрепление экологического  каркаса агроландшафта, увеличение  доли элементов, повышающих прочность и устойчивость агроландшафтов к негативным факторам (природных кормовых угодий, лесов, охраняемых участков степи);

- оптимизация структуры посевных площадей и совершенствование   севооборотов сельскохозяйственных культур, направленные на повышение экологической устойчивости пашни (увеличение доли посевов многолетних трав в севооборотах);

- совершенствование систем земледелия, разработка и освоение адаптированных  ресурсосберегающих экологически безопасных приемов, технологий и технических средств обработки почвы и выращивания сельскохозяйственных культур;

- выработка и реализация, а также оптимизация норм антропогенных 
нагрузок на агроландшафты в целом и на отдельные элементы их пространственной структуры (пашни, пастбища, сенокосы, леса) [Национальная стратегия устойчивого социально-экономического развития республики Беларусь на период до 2020 г., 2004].

Требование необходимого разнообразия при создании оптимального агроландшафта находится в противоречии с узкоспециализированным производством, стремлением к увеличению размеров однородных производственных участков и полей, мелиоративным выравниванием почвенных условий, сокращением культур в севообороте, повторными посевами. Оптимальное решение чаще всего связано с нахождением экологического компромисса, основанного на формировании осознанного баланса интересов. При этом важно иметь в виду, что уровень знаний о функционировании реальных агроэкосистем ограничен, а последствия принимаемых решений могут быть очень значительными. Поэтому при выработке окончательного решения следует исходить из наиболее неблагоприятного сценария, то есть из принципа презумпции экологической опасности. Этот принцип означает признание экологически опасным воздействие на окружающую среду или человека того или иного фактора при наличии косвенных свидетельств такой опасности (даже при  отсутствии строгих научных доказательств).

В соответствии с принципом необходимого разнообразия важное значение имеет наличие в агроландшафте экологического каркаса (экологической инфраструктуры), представляющего собой сеть экологических ниш и экологических коридоров. В качестве экологических ниш могут служить лесные массивы и водоемы, а экологическими коридорами – защитные лесные полосы. В них создаются благоприятные условия для поселения птиц, полезных насекомых. Они играют известную роль в регулировании микроклимата, защите почв от эрозии и дефляции.

Важное условие оптимизации сельскохозяйственного ландшафта – его функциональная дифференциация,  то есть предназначение его элементам определенных социально-экономических функций. Одно из выражений такой дифференциации – функциональная поляризация, то есть разобщение экологически опасных участков или зон экологического риска, разделение их буферными зонами экологического каркаса, чередование земельных массивов с различной интенсивностью использования.

Наконец, решающее значение имеет ландшафтно-экологическая адаптация систем земледелия, в частности:

        - оптимизация  структуры угодий и посевных  площадей, севооборотов, сенокосооборотов,  пастбищеоборотов;

       -    противоэрозионная  и мелиоративная организация  территории;

       -  устранение  и предотвращение очагов деградации (залужение ложбин стока, залесение  оврагов и др.)

       - оптимизация  систем обработки почвы, удобрения, защиты растений;

       -   мульчирование  поверхности почвы растительными  остатками;

       -  освоение  противоэрозионных и мелиоративных  мероприятий на основе ландшафтного  проектирования.

Чтобы обеспечить экологическую устойчивость агроландшафта, необходимо задавать такие параметры продуктивности и качества продукции, чтобы обеспечивающие их технологические нагрузки (агрохимические, механические, гидрогеохимические и другие) находились в пределах экологической емкости агроландшафта  [Кирюшин, 2005].

Под экологической емкостью агроландшафта понимается способность его выдерживать определенную антропогенную нагрузку, сохраняя социоэкологическое равновесие. Этот термин в последнее время часто фигурирует в агрономической литературе. Предполагается разделить земли на разряды по данному критерию, чтобы поставить технологические решения в определенные рамки по уровню интенсивности, объемам и номенклатуре технических средств, агрохимикатов и пр. [Семенов, 2002].

Эта проблема давно назрела, имеются определенные научные предпосылки для ее решения хотя бы в первом приближении. Однако ее разработка не организована, так же как проблемы экологического нормирования в целом. Поскольку отсутствует общая методология экологического нормирования, соответствующие экологические нормы не образуют единой системы [Семенов, 2002].