22.5. Использование азота удобрений растениями и его потери при различных способах внесения азотных удобрений, % от внесенной дозы

	Использование азота, %		Потери азота, %
Культура	при раз­бросном внесе­нии	при ло­кальном внесе­нии	при раз­бросном внесе­нии	при ло­кальном внесе­нии

Озимая пшеница 28 43 63 39

Яровая пшеница 27 43 42 19

Ячмень 38 59 32 10

Гречиха 32 40 25 10

Свекла кормовая 39 54 31 22

Картофель 47 71 35 13

Что касается агрономической эф­фективности, то при локальном внесе­нии азотных удобрений продуктивность сельскохозяйственных культур на 22...46 % выше, чем при разбросном их применении. Наибольшей эффективно­стью эта технология отличается при возделывании кукурузы и викоовсяной смеси.

Повышению устойчивости растений к биотическим факторам (болезням) способствуют защитно-стимулирующие составы на природной основе, посколь­ку использование химических средств защиты растений привело к значитель­ному загрязнению объектов окружаю­щей среды, что создает реальную угрозу здоровью человека. К таким негатив­ным последствиям не приводит исполь­зование биостимуляторов, созданных на основе природных препаратов, к кото­рым относится культура цианобакте-

459

Рис. 22.6. Схема влияния локального способа внесения азотных удобрений на систему почва — растение

О 10... 12 см У[

Im^ 6...7 см Т Щг

Рис. 22.7. Модель размещения ленты удобрений при локальном их применении

рий. Добавление этого препарата в бол­тушку перед обработкой корней расса­ды капусты способствовало существен­ному снижению поражения растений болезнями. Препарат цианобактерий полностью предотвращал поражение растений килой, снижал почти в 2 раза заболевание растений слизистым бакте­риозом и почти в 3 раза — черной нож­кой, способствовал улучшению мине­рального питания, что обеспечивало су­щественное (на 37,4 т/га) повышение продуктивности капусты белокочанной.

22.9. Устойчивость агроэкосистем при разных системах земледелия

Разнообразие форм техногенного и аграрного воздействий, увеличиваю­щиеся масштабы и объемы антропоген­ной нагрузки, наличие многочисленных негативных изменений в почвах, свой­ства, режимы и функции которых стали отличаться от аналогичных показателей реликтовых или эталонных почв, послу­жили основанием говорить о патологии почвы. Не менее справедливым будет утверждение о патологическом состоя­нии большинства современных агро-экосистем, основные компоненты кото­рых подвержены той или иной форме антропогенного воздействия и находят­ся в конечных зонах устойчивости, гра­ничащих с потерей этого качества. По­добное состояние агроэкосистемы на­прямую связано со стратегическими и

тактическими издержками, которые ха­рактерны для аграрной деятельности человека и проявляются в характере землепользования и культивирования агроэкосистемы. К настоящему време­ни в науке и практике сформировались две противоположные концепции ис­пользования агросистем и управления ими, базирующиеся на традиционной и биологической системах земледелия.

Использование традиционной систе­мы земледелия с широким применени­ем агрохимикатов — обязательное усло­вие поддержания высокой продуктив­ности агроэкосистемы, что компенси­рует возможные экологические издерж­ки. В рамках этой концепции приори­тетными являются агрономический и экономический критерии. В первом слу­чае рассматривается величина прибавки урожая основной продукции сельскохо­зяйственных культур, а во втором — оку­паемость материальных и финансовых затрат получаемой продукцией.

Считается, что интенсификация тра­диционных систем земледелия не толь­ко не является причиной деградации компонентов агроэкосистемы, но и обеспечивает более высокий уровень их стабильности, предотвращение сниже­ния природного плодородия почв. Ущерб плодородию почвы и окружаю­щей среде, причиняемый несбаланси­рованным применением избыточных доз пестицидов, удобрений и мелиоран­тов, использованием тяжелой техники в районах с повышенным увлажнением, нарушениями зональных технологий возделывания культур и мелиорации почв, характерен для нерационального или экстремального земледелия, в кото­ром интенсивность упрощенно понима­ется как концентрация ресурсов в рас­чете на единицу площади без учета сте­пени и качества их использования. В действительности в интенсивном зем­леделии повышение урожайности куль­тур обеспечивается благодаря эффек­тивному использованию средств хими­зации, биологических способов защиты растений, мелиоративных приемов, внедрению прогрессивных технологий, учитывающих зональную почвенно-экологическ'ую специфику, что в конеч­ном счете способствует повышению плодородия почв и охране агроланд-

461

шафтов от загрязнения и деградации. Хотя эти положения весьма логичны и подтверждены экспериментально, зако­номерен вопрос, почему в странах с ин­тенсивно развитым аграрным сектором и высоким уровнем энергонасыщеннос­ти и технологичности сельскохозяй­ственных операций, базирующихся на последних научных достижениях, эко­логическая ситуация остается достаточ­но напряженной, что дает повод усом­ниться в безопасности традиционных систем земледелия и осознать необхо­димость разработки альтернативных производственных систем, из которых наиболее известна биологическая сис­тема земледелия.

На первых этапах развития такой си­стемы земледелия приоритетным на­правлением было получение высокока­чественной растениеводческой продук­ции главным образом благодаря отказу от использования инсектицидов и при­менению биологических и агрономи­ческих способов защиты растений. В последние годы биологическую систему земледелия рассматривают в более ши­роком плане — как составную часть концепции экологически чистой окру­жающей среды, расширяя тем самым круг ограничений на применение агро-химикатов, включая и синтетические удобрения. Введение элементов биоло­гического земледелия, как правило, приводит к снижению экономических показателей производства, росту энер­гозатрат на получение единицы продук­ции, увеличению объема работ и их ус­ложнению по сравнению с традицион­ной системой. Согласно разным оцен­кам в результате отказа от минеральных удобрений в биологическом земледелии недополучают 40 % продукции, а затра­ты труда возрастают на 25...30 %. Одна­ко реальное внедрение идей биологи­ческого земледелия в практику, несмот­ря на всю их привлекательность, сдер­живается не столько проблемами эко­номического характера, сколько отсут­ствием надежной теории, объясняющей механизмы функционирования агро-экосистемы и пределы ее устойчивости в условиях «биологизации» сельскохо­зяйственных технологий, недостаточ­ным числом факторов, подтверждаю­щих более высокое качество продукции,

462

получаемой при биологической системе земледелия, по сравнению с традицион­ной, а также слабостью доводов в пользу более высокой вредности химических элементов, содержащихся в синтетичес­ких удобрениях, по сравнению с при­родными соединениями. Например, со­гласно принципам биологического зем­леделия азот вносится в почву в виде органических удобрений, которые представлены в основном экскремента­ми животных, содержащими большое количество мочевины. В то же время в биологическом земледелии не рекомен­дуется использовать мочевину, получае­мую синтетически. Кроме того, сокра­щение объемов производства растение­водческой продукции в биологическом земледелии приходится компенсиро­вать увеличением посевных площадей в ущерб естественным экосистемам. По­этому в действительности при традици­онной системе земледелия степень аг­рарной нагрузки на единицу площади угодий может быть даже ниже, чем при биологической. Серьезным недостат­ком является также присущее биологи­ческой системе земледелия отрицатель­ное сальдо в балансе фосфора и калия, что негативно сказывается на питатель­ном режиме почвы.

Учитывая преимущества и недостат­ки этих двух противоположных концеп­ций, многовариантность форм антропо­генного давления на агроэкосистемы и стремление интенсифицировать все стадии производства сельскохозяй­ственной продукции, а также принимая во внимание значительное ухудшение качества окружающей среды, следует признать необходимой разработку но­вой системы земледелия, эффектив­ность которой соответствовала бы более широкому спектру критериев.

Разрабатываемые мероприятия дол­жны характеризоваться не только агро­номической и экономической эффек­тивностью, но и технологической осу­ществимостью, экологической допусти­мостью и энергетической целесообраз­ностью, обеспечивать сбережение и воспроизводство природных ресурсов. Естественно, что в каждом конкретном случае эта система критериев может быть расширена путем включения таких показателей, как физиологическая эф-

фективность и качество продукции, или, наоборот, сокращена. Хотя с помо­щью приведенных критериев можно получить более полную информацию о функционировании агроэкосистемы, использование их в едином комплексе сопряжено с преодолением ряда объек­тивных трудностей. Во-первых, функ­циональные решения на основе одних критериев могут не совпадать или даже противоречить полученным на основа­нии других. Во-вторых, ряд критериев (ресурсный, экологический, технологи­ческий, качество продукции) достаточ­но сложно формализовать и качествен­но оценить из-за многообразия пара­метров, характеризующих эти свойства, и полифункциональности действия природных и антропогенных факторов на компоненты агроэкосистемы. Так, максимальная эффективность агроэко­системы по одному из предложенных критериев вовсе не означает отсутствия каких-либо нежелательных моментов в ее функционировании.

Например, получение максимального урожая с помощью увеличения доз ми­неральных удобрений и других средств химизации сопровождается нежелатель­ным нарушением в состоянии окружаю­щей среды. Наибольший экономичес­кий эффект обеспечивают, как правило, низкие и умеренные дозы минеральных удобрений, а окупаемость прибавкой урожая высоких доз резко снижается.

Осуществление противоэрозионных мер является средством сбережения ре­сурсов агроэкосистемы и оптимизации качества окружающей среды, однако достижение минимальной нормы допу­стимого смыва практически нереализу­емо из-за резкого возрастания текущих и капитальных затрат, которые, напри­мер, в условиях ЦЧР составляют соот­ветственно 23 млн и 2,3 млрд руб., если планируемый уровень составляет 1 т/га. Иными словами, обеспечение экологи­ческой чистоты агроландшафтов не должно выходить за рамки разумных технологических решений и экономи­ческих затрат.

Следовательно, современное управ­ление устойчивостью агроэкосистемы и использование для этого практических средств должны предусматривать дости­жение разумного компромисса между

количеством продукции, ее качеством, масштабами затрачиваемых природных и технических ресурсов и нарушениями в окружающей среде. Эти параметры в своей совокупности характеризуют но­вый тип современного земледелия — адаптивный, под которым понимают экологическую дифференциацию агро-технологий, направленную на достиже­ние высокой степени соответствия аг­рарных форм деятельности природным механизмам саморегуляции экосистем путем оптимизации или компенсации внешних и внутренних факторов и свойств, лимитирующих развитие про­дуцентов агроэкосистемы. В отличие от альтернативного земледелия, которое предполагает приоритет какого-либо одного критерия, адаптивно-компро­миссное направлено на достижение ра­циональной сбалансированности кри­териев и представляет собой промежу­точную форму между биологическим и традиционным типами земледелия. Для адаптивно-компромиссного земледелия характерно смещение акцентов в стра­тегии оптимизации минерального пита­ния растений. При этом предусматрива­ется создание условий и осуществление различных типов регуляции режима ми­нерального питания, обеспечивающих максимальное включение питательных элементов в продукционный процесс и адаптацию динамики их поступления к динамике реальных потребностей в них растений. Реализация этой стратегичес­кой задачи должна обеспечивать макси­мизацию урожая, повышение качества продукции или сохранение оптимально­го уровня этих показателей, сокращение удельных затрат питательных веществ из удобрений и из почвы на формирование единицы урожая и минимальную нагруз­ку на окружающую среду.

При формализации критериев оценки функционирования агроэко­системы в целом или отдельных ее компонентов и их слагаемых исполь­зуют разные подходы и параметры, что затрудняет их унификацию и количе­ственную воспроизводимость. Основ­ным способом оценки происходящих в агроэкосистеме изменений является сравнение параметров, характеризую­щих состояние ее слагаемых, с эталон­ными вариантами. Создается соответ-

463

ствующая стандартная шкала, по кото­рой отмечается разница между состоя­нием среды при воздействии какого-либо фактора и без его воздействия. Однако такой подход не совсем кор­ректен, поскольку не отражает исход­ных различий, характерных для при­родной и сельскохозяйственной эко­системы, а также динамику разнооб­разных форм человеческой деятель­ности и реакции на них агроэкосис-тем. Поэтому для оценки функциони­рования агроэкосистемы используют ряд специальных критериев.

В качестве критериев оценки влия­ния сельскохозяйственной деятельнос­ти на агроэкосистемы предложено ис­пользовать показатель экологичности земледелия (К_эз), для расчета которого служат следующие характеристики: уро­жай культур (У) и их количество (п), ко­эффициент гумификации растительных остатков (К_г), масса вносимых органи­ческих удобрений (М₀) и коэффициент их гумификации (К₀), масса минерали­зации гумуса и количество пожнивных остатков (М_{м п}), масса потерь гумусовых веществ за счёт эрозии (М_{э в}), масса рас­хода гумуса на формирование урожая (М_{г у}), коэффициенты, выражающие повторяемость культуры за ротацию се­вооборота (Кр) и долю данной культуры в севообороте (К_д). При использовании этих параметров в модели

_к _п (УК_г+М₀К₀)КдК_р

^Э<3 ;tl М_м._п+М_э._в+М_г._у

было показано, что в результате эрозии и насыщенности севооборотов техни­ческими культурами происходит актив­ный расход гумуса, а низкое значение К_эз (0,3...0,4) свидетельствует о недо­статочной экологичности используемых систем земледелия. В качестве индика­торных показателей экологичного со­стояния экосистем и устойчивости почв к стрессовому воздействию загрязните­лей наряду с содержанием органическо­го вещества часто используют такие ве­личины, как размеры почвенных частиц и рН почвенного раствора, с помощью которых оценивают стрессовую емкость почвы. Интегральную характеристику реакции растений на минеральные

удобрения дают показатели их агроно­мической и физиологической эффек­тивности (АЭ и ФЭ), а также эффектив­ности усвоения (ЭУ) питательного ве­щества, которую чаще называют коэф­фициентом использования действую­щего вещества удобрения. В первом случае определяют затраты питательно­го вещества удобрения на формирова­ние прибавки урожая основной продук­ции (I), во втором — затраты дополни­тельного использования элемента пита­ния в удобренном варианте на формирование урожая (II); эффектив­ность усвоения питательных веществ растениями характеризует отношение прибавки общего выноса элементов, получаемой от применяемого удобре­ния, к его дозе (III):

у _ у

АЭ = ^{у бу} , кг основной продук-

Ду

ции/кгд. в. (I);

ФЭ = ^^у"Y>^бу , кг основной продук­ту^- Вб.у

ции/кг общего выноса (II); _ЭУ=в_у-в_б,_{У100% (Ш)}

Ду

Для характеристики пределов эколо­гического насыщения агроэкосистемы биогенными элементами, а также опре­деления их миграционно-аккумуляци-онной способности целесообразно оп­ределять состояние баланса макро- и микроэлементов в ландшафтно-геохи-мических структурах. В пределах агро­экосистемы рассчитывают показатель интенсивности баланса макроэлемен­тов, который представляет собой вели­чину возмещения выноса элементов ра­стениями дозой удобрения. Результаты исследований показывают, что сниже­ние этой величины до 60 % свидетель­ствует об истощении актуального пло­дородия почвы.