17. Оптимизация использования почв в системах

земледелия

17.1. Интенсификация и экологизация земледелия:

противоречия и компромиссы

Показанные выше процессы деградации почв обусловлены прежде всего нерациональным их использованием. Значительный экологический ущерб почвенному покрову и почвам был нанесен широкомасштабными земледельческими экспансиями, и экстенсивным хозяйствованием.

В период технологенной интенсификации спектр негативных экологических последствий значительно расширился. На первый план вышли проблемы загрязнения окружающей среды, усиленные влиянием отходов и выбросов промышленности и энергетики на ландшафты.

Понимание глобальной экологической опасности в первую очередь наступило в наиболее развитых странах. Оно пришлось на расцвет агротехнологической революции 70-80-х годов. Следует подчеркнуть, что в это же время активизировались различные формы общественного протеста против экологических рисков интенсификации, в особенности пропаганда альтернативных вариантов земледелия, в частности биодинамического, органического, которые были основаны Р. Штайнером еще в 20-30-х годах.

Эти формы не получили широкого развития, заняв некую нишу, но оказали влияние на поиск оптимальных путей развития земледелия, интегрирующих различные средства (химические, биологические и др.) при усилении природоохранной деятельности. В результате в западноевропейских странах при возрастающей урожайности и повышении качества продукции существенно сократился расход удобрений на единицу продукции и риск загрязнения окружающей среды. В Англии, Франции, Германии превзойден рубеж средней урожайности зерновых 7 т/га и в тоже время принимаются действенные меры по экологизации сельского хозяйства, включая ландшафтный дизайн. Государство ведет активную агроэкологическую политику, дотируя и производство продукции, и различные мероприятия по облагораживанию агроландшафтов. В США усилиями правительственных организаций за последние годы выведено из активного сельскохозяйственного оборота более 20 млн. га пахотных земель, ранее подвергшихся эрозии.

При высоких темпах интенсификации в земледелии этих стран сокращаются экологические риски за счет повышения наукоемкости и соответственно точности агротехнологий и адаптированности их к агроэкологическим условиям.

В странах с менее развитой экономикой экологические риски интенсификации усиливаются, возрастают экологические издержки производства. В России сильно затянулся период экстенсивного земледелия, ориентированного на эксплуатацию естественного плодородия почв, а интенсификация осуществлялась в специфичных директивных, кампанейских формах, отличавшихся высокой затратностью, низкой эколого-экономической эффективностью.

На таком фоне постоянно фигурируют понятия экологизации, биологизации с очень противоречивыми, часто односторонними трактовками. Неопределенно звучит термин «интенсификация», нередко не лишенный двусмысленности, негативного подтекста, хотя потенциал продуктивности земледелия в России реализован едва ли на треть.

В чем же заключается сущность современных представлений экологизации и интенсификации земледелия? Как они соотносятся?

Очевидно, ответ на этот вопрос может быть дан с позиций новой парадигмы природопользования. В новом понимании природопользование рассматривается как удовлетворение потребностей общества путем использования различных видов природных ресурсов и природных условий, имеющее ограничения экологического, экономического, социального и этического характера.

Это определение отличается от традиционных отчетливо выраженным экологическим императивом, под которым подразумеваются требования и правила охраны окружающей среды, вытекающие из необратимости наступления вредных последствий для человека и окружающей среды, невосполнимости или трудной восполнимости природных ресурсов в результате деятельности человека. Экологический императив обозначает ту границу допустимой активности человека, которую он не имеет права переступить ни при каких обстоятельствах.

Достижение гармонии между производительными и экологическими функциями сельскохозяйственного ландшафта определяет процесс экологизации земледелия. В общем виде экологизация земледелия означает приведение его в соответствие с экологическими законами.

В числе конкретных задач экологизации земледелия на первый план выходят: сохранение и восстановление биоразнообразия; размещение сельскохозяйственных культур в соответствии с агроэкологическими условиями, оптимизация соотношения природных и различных сельскохозяйственных угодий, гармонизация животноводства и земледелия; создание оптимальной инфраструктуры агроландшафтов с учетом энерго-массопереноса; повышение экологической устойчивости агроценозов; оптимизация биологического круговорота веществ в агроландшафтах, в особенности в системе ферма - поле – луг; повышение роли биологического азота за счет увеличения доли бобовых культур и стимулирования процессов азотфиксации; регулирование поверхностного стока, гидрогеологического и гидрологического режимов в пределах устойчивости агроландшафтов и сопредельных природных ландшафтов; поддержание поверхности почвы под покровом растений и растительных остатков, мульчирование; сокращение механических воздействий на почву, создание условий для биологического саморыхления; оптимизация структуры и функционирования агроценозов с учетом биоценотических связей; регулирование численности вредных организмов и полезных энтомофагов с использованием биологических средств и химических препаратов близких по своим свойствам к природным соединениям.

На практике эти задачи решаются путем освоения адаптивно-ландшафтных систем земледелия, которые разрабатываются с учетом общественных потребностей, рынка сельскохозяйственной продукции применительно к различным категориям агроландшафтов, производственному потенциалу, хозяйственным укладам. В них детально учитываются агроэкологические требования растений и соответствие этих требований агроэкологическим условиям, почвенно-ландшафтные связи и энергомассоперенос.

Достигнутый в последние годы прогресс в развитии адаптивно-ландшафтного земледелия, появившиеся возможности адекватного геоинформационного обеспечения, применения ГИС-технологий позволяют реально развивать эту проблему в терминах конструирования агроландшафтов.

Адаптивно-ландшафтные системы земледелия реализуются пакетами агротехнологий, приуроченных к различным агроэкологическим типам земель и уровням интенсификации производства.

В интенсивных и, особенно, высоких агротехнологиях ставится задача последовательной оптимизации всех регулируемых лимитирующих факторов, максимально возможного использования ФАР, тепла, влаги и генетического потенциала сортов растений.

Применение высоких технологий сводит к минимуму экологические риски химического загрязнения по сравнению с интенсивными агротехнологиями и предотвращает деградацию почв и ландшафтов по сравнению с нормальными и тем более экстенсивными агротехнологиями. В первом случае это происходит благодаря применению сортов растений устойчивых к вредным организмам (в том числе трансгенных) и соответственно сокращению химических обработок, использованию высокоэффективных биопрепаратов, точному внесению под растения и на растения агрохимических средств, повышению роли биологического азота в азотном балансе агроценозов. Во втором случае важное значение имеет сокращение уплотняющего воздействия на почву движителей машин благодаря постоянной технологической колее, обогащение почвы растительными остатками вследствие повышения продуктивности агроценозов, регулирование почвенных режимов.

Таким образом, адаптивно-ландшафтный подход к развитию земледелия и повышение наукоемкости агротехнологий позволяют в значительной мере преодолеть традиционные противоречия между интенсификацией и экологизацией земледелия и сельского хозяйства в целом. При этом, разумеется, интенсификация должна быть адаптивной и рассматриваться в рамках экологического императива. С этих позиций применение минеральных удобрений представляется как средство регулирования биохимического круговорота веществ в агроландшафтах, а оросительные и осушительные мелиорации рассматриваются как средства оптимизации агроландшафтов по условиям водного режима, почвенных и других агроэкологических условий в тесном комплексе с лесомелиоративными, агротехническими и другими средствами.

Экологизация земледелия разворачивает вектор интенсификации от «достигнутых высот преобразования природы» к сотрудничеству с ней, к приближению антропогенных процессов к природным. Это отнюдь не примитивный возврат в далекое прошлое, ностальгия по которому питает адептов биодинамического и других видов альтернативного земледелия. Речь идет о качественно новом информационном уровне формирования наукоемких агротехнологий. Пример тому – глобальная тенденция минимизации почвообработки. Она развивается в направлении противоположном тому, которое ранее складывалось веками. Теперь чем интенсивнее агротехнология, тем меньше механическое воздействие на почву вплоть до прямого посева без обработки. Нулевая обработка приближает сложение почвы к естественному. Полнота достижения такого состояния будет зависеть от совершенствования способов избирательного регулирования численности вредных организмов при минимальном использовании пестицидов и снижении их токсичности, а также содействия развитию полезной мезофауны и микроорганизмов.

Режим элементов питания

Удобрение

Севооборот

Режим органического вещества почвы

Сложение

почвы

Водный

режим

Удобрение

СЗР

Эрозия водная

Дефляция

Сорняки

Болезни

Средства защиты растений

Вредители

Обработка почвы

Полезная мезофауна

Рис. 2. Факторы производительности и агроэкологического

состояния земель и их регулирование

Находясь в системном взаимодействии, главные элементы агротехнологий имеют общие функции воздействия на факторы, определяющие продуктивность земледелия. Например, севообороты и системы обработки почвы несут функции регулирования водного режима почв, их структурного состояния, фитосанитарных условий, защиты почв от ветровой и водной эрозии, регулирования режима органического вещества и биогенных элементов. В одних случаях та или иная функция может быть усилена соответствующим выбором севооборота, в других – системы обработки почвы. При этом важнейшую роль играет система удобрения и защиты растений. Помимо их прямого влияния на отдельные факторы производительности и агроэкологического состояния земель, они оказывают опосредованное воздействие на все факторы через выбор севооборота и системы обработки почвы.

Особую роль в интенсификации и экологизации агротехнологий играют удобрения. Без них невозможно освоение почвозащитных систем обработки почвы, оптимальных севооборотов, получения качественной продукции, не говоря уже о повышении урожайности. Удобрения являются тем самым локомотивом, который толкает всю систему земледелия.

17.2. Влияние структуры угодий и севооборотов на плодородие почв и их оптимизация

Проблема рационального использования почв и регулирования их плодородия связана прежде всего с обоснованием специализации производства, размещения сельскохозяйственных культур и севооборотов. Ошибки в этой сфере и особенно шаблоны приводят к наиболее масштабным экологическим издержкам.

Севообороты играют ключевую роль в предотвращении эрозионных процессов. Разработка противоэрозионных агротехнических мер начинается с подбора культур в севооборотах с учетом их почвозащитной способности. По мере усиления эрозионной опасности ограничивается или исключается возделывание пропашных культур и возрастает доля многолетних трав. Например, на черноземах и темно-серых почвах Центрально-черноземного района севообороты с пропашными культурами и чистым паром допускаются на склонах до 3^о. На склонах крутизной 3-5^о практикуются зерно-травяные севообороты, в которых многолетние травы занимают 20%. При уклонах 5-7^о доля многолетних трав составляет 50% и более. При крутизне склонов более 7^о использование земель в пашне возможно лишь на фоне сложных гидро-лесомелиоративных мероприятий, террасирования и др.

Требования к севооборотам в отношении их почвозащитности усиливается в нижних частях выпуклых и прямых склонов, в средних частях на выпукло-вогнутых, несколько выше середины склона – на выпуклых.

Перспективы совершенствования структуры пашни и севооборотов помимо рационального размещения культур и их чередования связаны с оптимизацией доли чистого пара и многолетних трав, расширением посевов бобовых культур, введением пожнивных посевов.

Чистый пар – одна из наиболее противоречивых категорий в земледелии. При всем значении чистого пара ему присущи такие серьезные недостатки, как повышенная эрозионная опасность, сокращение поступления в почву растительных остатков, чрезмерная минерализация органического вещества, потери азота вследствие миграции нитратов за пределы корнеобитаемого слоя, высокий непроизводительный расход влаги.

Таблица...

Потери гумуса из горизонта А почв Канады по зонам и провинциям, % от исходного содержания (McGill et al., 1981)

Зона	Альберта	Саскачиван	Манитоба	Средневзвешенные
Коричневых почв	38	43	--	41
Темнокоричневых почв	42	45	--	44
Черных почв	47	50	51	49
Темно-серых почв	40	44	44	42
Серых почв	35	41	34	36
В среднем	42	46	49	45

В табл. .... приведен классический пример снижения содержания гумуса в черноземной почве Канада, длительно использовавшийся в севообороте с большой долей чистого пара. В черноземах Канады, Сибири, Казахстана из-за чрезмерной минерализации гумуса в паровых полях накапливается значительные количества нитратов, достигающие 5 тга азота и более в трехметровом слое почвы (рис. ...)

Рис. ... Профильное распределение нитратного азота

1 – чернозем обыкновенный среднесуглинистый, ОПХ «Омское» (а-4-польный зернотравяной севооборот, б-4-польный зернопаровой севооборот, в-бессменный пар);

2 – чернозем обыкновенных легкоглинистый, ОПХ Новоуральское (а-4-польный зернопаровой севооборот, б-3-польный);

3- чернозем выщелоченный тяжлосуглинистый, Тюменский СХИ (а-6-польный зернопропашной севооборот, б-5-польный зернопропашной севооборот

Из-за этих недостатков чистый пар оказывается своего рода данью ради устойчивости производства зерна и некоторых других культур, поскольку его роль связывается с созданием определенной влагообеспеченности посевов, преодолением засоренности, накоплением минерального азота в почве, улучшением фитосанитарной ситуации, снижением напряженности полевых работ в периоды максимальных нагрузок, получением высококачественного зерна. Вследствие такой неоднозначности данная проблема постоянно сопровождается дискуссиями о целесообразности чистого пара и его долевом участии в севооборотах. Решая эту задачу, следует исходить из того, насколько его функции могут быть заменены другими средствами. Если регулирование минерального питания и фитосанитарной ситуации достигается применением удобрений, гербицидов и средств борьбы с сорняками, а производственные пиковые нагрузки снимаются дополнительными производственными ресурсами, то главным критерием чистого пара или замены его занятым становится влагообеспеченность. С этих позиций с учетом имеющихся экспериментальных данных и производственного опыта можно полагать, например, что в восточных лесостепных районах возделывания яровой пшеницы при оптимальной обеспеченности агрохимическими ресурсами и соответствующей культуре земледелия чистый пар может уступать место занятому. Исключение составляют севообороты с озимыми культурами.

В лесостепи Европейской части чистый пар имеет страховочное значение при возделывании озимой пшеницы, особенно в звене пар – озимая пшеница – сахарная свекла. При этом доля чистого пара в пашне составляет 5…7%. При низком уровне обеспеченности агрохимическими ресурсами и повышенной засоренности полей она может возрастать до 7…10% и более. В восточных районах страны чистый пар – необходимый предшественник под озимую рожь в связи с коротким теплым периодом. В степной зоне чистый пар рассматривается как необходимое условие устойчивого производства зерна. Доля его в пашне в сухой степи может составлять 17…20 % и более.

В оптимизации посевных площадей и севооборотов велика и разнообразна роль многолетних трав, изменяющаяся в зависимости от зональных и ландшафтных условий и уровня интенсификации земледелия. В степной зоне многолетние травы необходимо размещать в почвозащитных севооборотах на эрозионно- и дефляционноопасных землях, на почвах с близким залеганием грунтовых вод и дополнительным поверхностным увлажнением, в севооборотах на орошаемых землях. В лесостепной и особенно в таежно-лесной зоне роль многолетних трав в пашне существенно возрастает, особенно при низкой обеспеченности пашни агрохимическими ресурсами.