723

В соответствии с концепцией оптимизации землепользования и сохранения биологического разнообразия, разрабатываемой Институтом степи УрО РАН, экологоориентированное использование природных ресурсов предполагает выведение из обработки малопродуктивныхземель,преждевсегочрезмерно распаханных вцелинную компанию 1954-1963 гг., а также эродированных, склоновых и прочих, непригодных для обработки или значительно выработанных [6]. Для сохранения прежних объёмов производства растительной продукции потребуется существенное повышение продуктивности остающихся в использовании пахотных угодий [7].

Анализ статистических данных показывает, что при относительно стабильных посевных площадях, изменявшихся в анализируемый период времени (2000-2021 гг.) с коэффициентом вариации 7,8%, регионы степной зоны России характеризовались почти втрое большей изменчивостью валовых урожаев. Значительно меняющеаяся по годам урожайность только по зерновым и зернобобовым культурам превысила 20%. Размах вариации составил 46165,5 тыс. т – от 40769,1 тыс. т в

2003 г. до 86934,6 тыс. т в 2017 году [5].

Результаты корреляционно-регрессион- ного анализа статистических данных подтвердили преимущественное влияние на величину валовых сборов урожайности с единицы площади, а между площадью посева и валовыми урожаями сильной связи не выявлено. Величина коэффициента корреляции Пирсона (r = 0,62), указывающая только на среднюю связь данных параметров, свидетельствует о бесперспективности экстенсивных подходов в земледелии.

Таким образом, нестабильность или недостаточная величина валовых сборов полевых культур выступают в качестве главных сдерживающих факторов в реализации экологически ориентированной концепции степного землепользования,посколькусокращениеплощадей обрабатываемых земель при высокой нестабильности урожаев создаёт большие

риски для продовольственной безопасности

[7].

Следовательно, при обосновании путей оптимизации степного землепользования в качестве главных следует рассматривать мероприятия по обеспечению стабильных, достаточного объёма урожаев полевых культур на пахотнопригодных почвах путём нивелированияилиисключенияфакторов,дестабилизирующих производство продукции.

Исходя из этого, цель настоящих исследований состоит в оценке перспектив оптимизации степного землепользования посредством повышения стабильности растениеводства на пахотнопригодных почвах с использованием элементов наукоёмких агротехнологий.

Реализация намеченной цели осуществляется путём поэтапного решения нескольких задач. На первоначальном этапе исследований оценивали перспективы оптимизации землепользования и экологизации использования обрабатываемых земледельческих угодий степных регионов России при нарастающей антропогенной деградации природных геосистем. Исследования второго этапа заключаются в изучении причин возникновения и оценке степени влияния пространственной неоднородности на реализацию биоклиматического потенциала полевых культур. Заключительный этап был посвящён систематизации опыта использования данных спутникового мониторинга для выявления растительной неоднородности, его верификации в полевых условиях и оценке перспектив использования данных ДЗЗ для управления развитием растений в полевых агроценозах.

Проведённые исследования имеют практическую направленность, а полученные результаты могут быть применимы для эффективного управления формированием урожая полевых культур, повышения их продуктивности, пространственной однородности урожаяи оптимизации землепользования степных регионов России.

Методика. Объектом исследований выступалиданныедистанционногозондирования

Земли (ДЗЗ) и пространственная вариабельность фитомассы полевых культур в агроценозах степных регионов России.

Сведения о площадях посева, объёмах производства зерновых и зернобобовых культур (2000-2021 гг.) получали из базы данных Единой межведомственной информационностатистической системы (ЕМИСС) России [5], представляющей собой временные ряды площадей посева (тыс. га), урожайности (т/га) и валовых сборов (тыс. тонн) зерна по соответствующим территориям.

Источником метеорологической информации служили данные метеорологической станции Оренбурга, представленные в виде временных рядов среднесуточных и среднемесячных значений температуры воздуха и осадков за каждый анализируемый год [8]. Оценку засушливости климата осуществляли на основе гидротермического коэффициента Селянинова (ГТК).

Математическая обработка экспериментальных данных проведена стандартными статистическими методами корреляционного и регрессионногоанализа[9].Оценкасилысвязи между данными отдельных массивов показана

с использованием коэффициента корреляции Пирсона (r).

Результаты. Результаты наших исследований показали, что наиболее приемлемым направлениемстабилизацииисохраненияобъемов производства качественного растительного сырья при выведении из обработки неустойчивых земель в степной зоне России, является повышение продуктивности полевых культур на плодородных землях, основанное на природоподобных технологических подходах в ландшафтно-адаптивных системах земледелия. Это создаст условия для стабилизации зернового производства, безопасного природопользования, охраны окружающей среды и снижения экологической напряжённости в агроландшафтах [7, 10].

Положительная динамика валовых сборов зерновых и зернобобовых культур за истекшие два десятилетия (2000-2021), характеризовавшаяся активным техническим и технологическим перевооружением отечественного земледелия, указывает на наличие подобных возможностей, даже в условиях современных климатических и антропогенных изменений (рисунок 1).

Так, при положительном тренде посевныхплощадей,составившемзаанализируемые 22 года 1,7 млн га (3,7% от уровня 2000 г.), изменение (тренд) валовых урожаев оказалось равным 32,1 млн тонн, или 73,0%.

При имеющихся тенденциях роста продуктивности зернового ходяйства в современной России достичь показателей мирового уровня пока не удаётся – средняя урожайность зерновых культур остаётся практически вдвое ниже среднемировой [5].

Среди причин такой результативности отечественного земледелия, наряду с не самыми благоприятными почвенно-климатиче- скими условиями на территориях традиционного хлебосеяния, преимущественно расположенных в зонах «рискованного земледелия», следует отметить довольно долгое преобладание экстенсивных технологических подходов, сопроводившихся деградацией почвенного покрова и прилегающих ландшафтов. Дополни-

тельноенегативноевлияниеоказываетигнорирование отдельными сельскохозяйственными товаропроизводителями современных наукоёмких и инновационных агротехнологий, уход от реальной технологической модернизации земледелия, стремление к сокращению издержек путём исключения части классических агротехнических приёмов [11].

Результаты наших экспедиционных исследований (2019-2023 гг.) свидетельствуют, что в условиях меняющегося климата чаще всего именно приведённые обстоятельства оказывают решающее влияние на нестабильность растениеводства. Так, в постцелинных регионах степной зоны РФ они выражаются в значительном снижении продуктивности фитомассы полевых культур и пространственной неоднородности, а также пестроте полевого растительного покрова, сопровождающейся дополнительным снижением урожайности на отдельных участках поля (рисунок 2).

Следует признать, что адаптации агротехнологий к современным природным, прежде всего климатическим, и экономиче-

ским условиям, направленной на более высокую реализацию потенциала продуктивности возделываемых культур с использованием природоподобных подходов в ландшафтно-

адаптивных системах земледелия при безусловной экономической целесообразности, в отечественной и мировой науке и практике уделяется повышенное внимание. Однако при её разработке объектом приложения новаций чаще всего становится поле целиком, а не его отдельные участки, в том числе с пониженной продуктивностью.

Наличие большого числа таких участков в пределах одного, даже высокоплодородного

поля, приводит к значительному снижению средней урожайности и валового урожая. Причём, внаиболеенеблагоприятныегоды, например отличающиеся, повышенной засушливостью, разница в развитии фитомассы на отдельных участках становится наиболее выраженной, и снижение средней урожайности относительно участков высокой продуктивности

– более значительным (табл.1).

Таблица 1

(Ростовская, Волгоградская, Самарская, Саратовская, Оренбургская, Челябинская, Курганская, Тюменская, Омская, Новосибирская области, Республика Башкортостан и Алтайский край), позволил нам систематизировать всё многообразие приводящих к внутриполевой пестроте природных и антропогенных факторов. Были выделены климатические, почвенные, географические, биологические факторы, а также факторы техногенной природы или связанные с сельскохозяйственной практикой, проявление которых характеризуется определённой спецификой [12].

Нашиисследованияпоказали,чтовкачестве средства выявления и последующего выравнивания растительной гетерогенности полевых агроценозов на больших площадях без риска для окружающей среды, высокие перспективы имеет внедрение интеллектуальных цифровых технологий [13]. Они основываются на использовании данных дистанционного зондирования земли (ДЗЗ) и роботизированной сельскохозяйственной техники в системах точного земледелия для дифференциации нормтехнологическоговоздействиянаотдельные, как правило, характеризующиеся пониженнойпродуктивностьюучасткиполя.Ихнеоднородность [14] чаще всего выявляется посредством нормализованного разностного вегетационногоиндекса(NDVI)[15],сильносвязанногосплощадьюассимиляционнойповерхности и плотностью продуктивного стеблестоя, характеризующих интенсивность развития фитомассы, а также будущей урожайностью.

Кпримеру,внашихисследованияхпосевов озимой пшеницы Поволжская 86 на южных чернозёмах Оренбургского Предуралья в фазе колошения корреляция (r) между приведёнными параметрами оказалась равной 0,95, 0,81 и 0,95 соответственно.

Чаще всего участками пониженной продуктивностимогутбытьобеднённыепитательными веществами фрагменты поля, обусловленные гранулометрическим составом, структурой и плодородием почвы, доступностью

элементовминеральногопитанияилипроявлением эрозионных процессов (смытые, выветренные), требующие дифференцированного внесениярасчётныхнормминеральныхиорганических удобрений или дифференциации нормы высева семян. Существенным снижением урожайности характеризуются также участки с высоким поражением культивируемых растений вредителями и патогенами, угнетённые сорняками и заболеваниями различной этиологии, подлежащие локальной пестицидной обработке. Сюда же следует отнести участки с некачественным выполнением агротехнических приёмов, например, с неравномерностью высева или использованием семян с пониженной всхожестью; участки с просевами, огрехами и прочими технологическими отступлениями, нуждающимися в исправлении.

В природо- и ресурсосберегающей технологиях определение допустимой величины технологического воздействия на низкопродуктивные участки поля предполагает установление максимально возможного и экологически обоснованного уровня реализации биоклиматического потенциала урожайности для каждой конкретной культуры или сорта.

Образцом высокой экологоориентированной продуктивности различных полевых культур могут служить эталонные посевы. Их фитометрические параметры (по NDVI) в критические фазы органогенеза, как определяющие ход нарастания урожая, могут использоваться как ориентир для принятия корректирующих технологических решений на текущих посевах сельскохозяйственных культур. Так, для богарных условий сухих степей Оренбургского Предуралья определённые нами значения максимальной площади ассимиляционной поверхности озимой пшеницы Поволжская 86 вфазеколошениядолжнынаходитсянауровне 25,7 - 29,5 тыс. м2/га, что соответствует NDVI на уровне 0,86-0,91 единиц и может обеспечить КПД приходящей ФАР в 1,26-1,41%.

Следует обратить внимание на выявленные в ходе полевого эксперимента устойчивые сортовые признаки, определяющие оптико-

биологические свойства отдельных сортов в пределах вида (интенсивность зелёного окрашивания, расположение листьев, длина стебля и колоса, наличие или отсутствие остей и др.), а также изменение интенсивности зелёного окрашивания растений в процессе «взросления», которые необходимо учитывать при интерпретации вегетационного индекса посева (NDVI), особенно при проведении спутникового мониторинга.

Подводя итог, следует подчеркнуть, что внедрение в технологический процесс информационных технологий и данных дистанционного зондирования земли (ДЗЗ) может значительно повысить эффективность управления развитием растений в продуктивных посевах, улучшить их урожайные перспективы в процессевегетацииприодновременномснижении нагрузки на естественные экологические системы [12].

Прежде всего, оно предоставляет возможность оперативного сравнения вегетационного индекса (NDVI) по элементарным участкам поля с показателями высокопродуктивных эталонных посевов и корректировки технологического процесса в сторону приближения к оптимальным условиям посредством оптимизации (фитометрические параметры, водный и пищевой режим) или устранения (засорённость, поражение болезнями или вредителями) лимитирующих факторов [11].

В целом, использование наукоёмких агротехнологий имеет большие перспективы для решения прикладных задач степного земледелия России, которые заключаются в обеспечении продовольственной безопасности населения, экологически целесообразном использо-

вании ресурсного потенциала степных агроландшафтовисохранениибиологическогоразнообразия путём выведения из обработки неустойчивых земель и сосредоточения технологической нагрузки на пригодных к обработке землях.

Выводы. В результате проведённых исследованийустановлено,чтооднимизсдерживающих факторов в реализации экологически ориентированной концепции степного землепользования является низкая стабильность земледелия, не гарантирующая продовольственной безопасности населения в случае выведения из оборота неустойчивых земель.

В качестве основной предпосылки к оптимизации землепользования в степных регионах Российской Федерации может рассматриваться техническое и технологическое перевооружение отечественного земледелия, обеспечивающее повышение продуктивности остающихся в обработке угодий даже в условиях современных климатических и антропогенных изменений.

Действенным средством повышения эффективности управления полевыми агроценозами, улучшения их урожайных перспектив при щадящем отношении к прилегающим ландшафтам может стать внедрение информационных технологий, основанных на данных спутникового мониторинга (ДЗЗ).

Источник финансирования. Исследование выполнено в рамках государственного задания по теме № ГР АААА-А21-121011190016- 1 «Проблемы степного природопользования в условиях современных вызовов: оптимизация взаимодействия природных и социально-эко- номических систем».