Сельскохозяйственная экология (в аспекте устойчивого развития). Учебное пособие

хозяйства в ближайшей перспективе так и будет определяться наличием природного базиса.

Для оценки сельскохозяйственной значимости природного базиса на основе определения природно-ресурсного потенциала в настоящее время используется ресурсный (географический) подход, так как сложно даже для небольшой территории в идентичных единицах представить все природное богатство с учетом его количественных и качественных характеристик.

Потенциал природно-ресурсный (ПРП) – это способность природных систем без ущерба для себя отдавать необходимую человечеству продукцию или производить полезную для него работу в рамках хозяйства данного исторического типа. Природноресурсный потенциал как часть природных ресурсов может быть реально вовлечен в хозяйственную деятельность при данных технических и социально-экономических возможностях общества с условием сохранения среды жизни человечества.

Природно-ресурсный потенциал сельскохозяйственного производства представляет собой совокупность природных ресурсов, условий, явлений и процессов, которая является территориальной и ресурсной базой для развития сельского хозяйства.

Территориальной базой современного сельскохозяйственного производства в преобладающей степени остаются земельнопочвенные ресурсы. Земельно-ресурсный потенциал – это одна из составляющих ПРП, характеризующаяся способностью земельных площадей давать определенную земледельческую продукцию, используемую человеком как продовольственные, кормовые, технические, сырьевые, лекарственно-сырьевые ресурсы. Это не единственный, но преобладающий способ (сравни аквакультура, марикультура), основанный на биологической продуктивности, реализуемой через включение земельно-почвенного потенциала в сельскохозяйственный оборот (использование).

Земельные ресурсы планеты составляют 12,9 млрд.га, или 86,5% площади суши. Пашня и многолетние насаждения в составе сельскохозяйственных угодий мира занимают около 1,5 млрд. га (10%), сенокосы и пастбища имеют площадь 3,74 млрд. га (25%). Для сельскохозяйственного использования главным свойством земельных ресурсов является наличие почвенного покрова. Как важнейшее природное образование, он представляет основной источник получения продовольственных ресурсов (95–97% продовольственных ресурсов населения планеты). Различными исследователями общая

11

площадь пахотнопригодных земель планеты оценивается от 2,5 до 3,2 млрд. га.

Земельный фонд планеты – площадь суши земного шара, доступная для хозяйственного использования. Общая площадь суши на Земном шаре составляет 149 млн. км2, но из них 14 млн. км2 занято ледниками. Таким образом, при современном уровне техники человечеству для хозяйственного использования доступны 134 млн. км2 (13,4 млрд. га). Однако из них тундровые и лесотундровые территории составляют 17 млн. км2, общая площадь пустынь примерно равна 15 – 20 млн. км2 (11 – 14%). По данным ФАО, распахано и обрабатывается около 1,5 млрд. га, т.е. 10,8% потенциально пригодной к использованию суши. Луга и пастбища занимают почти 3 млрд. га (22,3%).

По мнению экспертов ООН, к 2000 году для сельскохозяйственного производства может быть потеряно до 650 – 700 млн. га земель, они предполагают, что используя новейшую технику и технологию в земледелии, человечество может ввести в

активный сельскохозяйственный оборот приблизительно такое же количество земель, какое обрабатывается в настоящее время, доведя распаханность суши до 20 – 25%. Один из источников расширения площадей сельскохозяйственных угодий – леса, под которыми занято 4 млрд. га.

Распаханность земель по странам и континентам крайне неодинакова. Например, в Бразилии она составляет 1,1%, в Австралии

– 1,2, Африке – 9, Индии – 30,1, Европе – 31, на острове Ява (Индонезия) –70%. Дальнейшее освоение земель для нужд сельского хозяйства диктуется, прежде всего, необходимостью обеспечения быстрорастущего народонаселения Земли продуктами питания, а также потерями части используемых в сельскохозяйственном производстве угодий (опустынивание, деградация почв, занятие сельскохозяйственных земель под огороды и другие населенные пункты, под промышленные предприятия, водохранилища и др.). Однако предназначаемые под распашку и освоение земли, как правило, малопригодны для сельского хозяйства. Для их окультуривания требуются большие материальные затраты, сложные мелиоративные работы. Освоение новых земель, особенно за счет сведения лесов, сопряжено с нарушениями экологических систем, изменениями воднопочвенного режима, а в ряде случаев с трудностями природно-климатического и технико-экономического характера, поэтому ученые считают, что наиболее целесообразно направлять усилия не на освоение новых земель, а на повышение

12

продуктивности и предотвращение потерь в сельском хозяйстве на ныне используемых угодьях.

Пригодность земельных ресурсов для использования под пашню определяется характером рельефа, качеством почв, климатическими условиями. Главным ограничивающим условием можно назвать уклоны поверхности почвы. Хотя некоторые плантационные культуры (чай) возделываются на крутых склонах (до 20°), все основные массивы пахотных земель планеты приурочены к равнинам и плато. В целом площадь равнинных земель, пригодных для обработки, составляет около 40% площади суши планеты. Однако это теоретически возможная площадь, практически распахать эти земли нет возможности и смысла, так как часть из них занята вечной мерзлотой, с крайне недостаточными термическими ресурсами. А наиболее благоприятная площадь должна оставаться под лесами – основным регулятором круговорота влаги и биофильных элементов.

При характеристике почвенно-земельных ресурсов учитывается ряд их природных свойств. При сельскохозяйственном освоении территории особенно важна оценка качества почв, их плодородия в сочетании с биоклиматическим потенциалом.

В расчете на душу населения в начале 70-х годов XX века пахотные земли, луга и пастбища составляли около 1 га. Однако эта средняя величина неуклонно снижалась в связи с ростом народонаселения планеты и выбытием части угодий из сельскохозяйственного оборота. Ежегодные потери составляли от 5 до 7 млн. га угодий различного вида, особенно нежелательны эти процессы в отношении пашни. Пятнадцать лет назад душевая обеспеченность пашней населения Земли достигала 0,5 га; в настоящее время этот показатель снизился и не достигает 0,3 га в среднем на жителя планеты. Отмечается уровень удельной пашни на человека от очень низкого (Япония – 0,04 га) до высокого (Канада –

1,4 га).

Для России обеспеченность пашней достигает 0,8 га на человека. Земельный фонд Российской Федерации на начало 1993 года составлял 1709,6 млн. га. Он включает следующие составляющие:

–земли сельскохозяйственных предприятий и граждан – 651 млн.

га (38,1%);

–земли населенных пунктов – 6,2 млн. га (0,4%);

–земли промышленности, транспорта, связи – 17,7 млн.га (1,0%);

–земли лесного фонда – 878,1 млн. га (51,4%);

–земли водного фонда – 18,1 млн. га (1,0%);

–земли природно-заповедного фонда – 20,7 млн. га (1.2%);

13

– Земли запаса – 117,8 млн. га (6,9%).

В динамике земельных ресурсов как потенциала сельскохозяйственного производства явно выражена тенденция сокращения количественных параметров, также ухудшения качественных характеристик. Так, за последние четверть века площадь сельскохозяйственных угодий сократилась на 12,4 млн. га, в том числе пашня потеряла 2,3 млн. га плодородных площадей. Причинами уменьшения площади сельскохозяйственных угодий являются отвод земель под застройку городов, поселков, промышленных объектов, а также нарушение и деградация почвенного покрова.

Площади земель, нарушенных в результате добычи полезных ископаемых, проведения строительных и геологоразведочных работ исчисляются миллионами гектаров, в 1991 году они составляли 1,1 млн. га и более 50% этой площади ранее занимали сельскохозяйственные угодья.

Высокий уровень потенциала почвенно-земельных ресурсов России определяет площадь и состояние черноземов, их фонд достигает 120 млн. га, здесь размещено более половины пашни и производится почти 80% земледельческой продукции, хотя это всего 7% общей площади. Однако год от года возрастают площади эродированных черноземов, в последние два десятилетия эти площади расширялись на 250–300 тыс. га ежегодно, до 25–30 тыс. га черноземов теряются в результате развития оврагов. В итоге на многих расчлененных территориях с черноземными почвами более 50% распаханных земель эродированы.

Процессы ухудшения качественного состояния почв характерны для всего сельскохозяйственного массива России: площадь эрозионноопасных и подверженных эрозии сельскохозяйственных угодий составляет 124 млн. га, из них 87,3 млн. га пашни. Общая площадь оврагов превысила 2,4 млн. га, 26,2 млн. га пашни расположено на смытых почвах, 2,1 млн. га подвержено совместному действию ветровой и водной эрозии, 7,9 млн. га дефлировано, всего дефляционно-опасными являются 44 млн. га.

Картину резкого падения потенциала почвенно-земельных ресурсов дополняет и деградация пастбищных земель, которая происходит как в тундровой зоне, так и в южных районах. Ненормированный выпас и перегрузка оленьих пастбищ скотом, нарушения почвенного и растительного покрова при освоении месторождений полезных ископаемых Севера, неконтролируемый бездорожный проезд автотранспорта за 1965-1990 гг. сократили

14

площадь оленьих пастбищ на 20,2 млн. га. В Астраханской области площадь деградированных пастбищ составляет 1,3 млн. га, из них 250 тыс. га подвижных песков. В Калмыкии более 4,9 млн. га подвержено опустыниванию, в стадии очень сильного опустынивания находится 1,8 млн. га. Значительное снижение природно-ресурсного потенциала сельскохозяйственного производства происходит в результате снижения продуктивности почв на больших площадях из-за уменьшения содержания гумуса. За последние 20 лет запасы гумуса сократились на 30%, ежегодные его потери в целом по Российской Федерации составляют астрономическую цифру: 81,4 млн.т = 81.400.000.000 кг в год.

Данные агрохимических исследований свидетельствуют о катастрофичности динамики этих процессов: гумусированность черноземов центральных черноземных областей за последнее столетие снизилась почти вдвое – от 14 до 7%.

2. Формирование устойчивых агроэкосистем

Рассматривая предпосылки формирования устойчивых агроэкосистем необходимо основываться на ландшафтноэкологическом подходе, который предполагает изучение природных явлений и процессов и инвентаризацию их ресурсного потенциала; оценку природных систем применительно к возможным видам использования; прогнозирование вероятных изменений природных комплексов в результате их использования; разработку подходов к управлению процессами изменения природных комплексов из-за антропогенного воздействия, определение путей и способов их регулирования; обоснование и разработку рекомендаций по оптимизации агроландшафтов.

Природные системы (экосистемы) характеризуются рядом свойств, определяющих их (систем) отношение к внешним воздействиям. Это – целостность, устойчивость, эластичность, инерция, емкость, допустимые пределы изменений.

Под целостностью понимается внутреннее единство экосистем, обусловленное тесными взаимосвязями между составляющими их компонентами.

Устойчивость – это способность самосохранения и саморегулирования в пределах, не превышающих определенных критических величин (допустимых пределов изменений). Речь идет о способности экосистем при внешних воздействиях (в том числе антропогенных) сохранять свою структуру и основные функции.

15

Особая роль здесь принадлежит биоте, которая трансформируя абиотическую среду, смягчает внешние воздействия.

Различают резистентную и упругую устойчивость. В первом случае имеется в виду свойство системы сопротивляться нарушениям, поддерживать свою структуру и функции, во втором – способность восстанавливать свое состояние (то есть важнейшие характеристики на определенном временном интервале) после того, как структура и функции системы были нарушены.

Под изменчивостью понимают способность экосистем под влиянием внешних сил или факторов саморазвития переходить из одного состояния в другое. По глубине трансформации систем различают изменения в ходе функционирования, динамики и развития. Функционирование – это совокупность процессов передачи и превращения вещества и энергии, поддерживающая систему в определенном состоянии. Здесь происходят небольшие количественные изменения, которые носят ритмичный суточный и сезонный характер. Динамика представляет собой обратимые изменения, которые происходят в рамках структуры системы. Сюда, например, относят многолетние периодические колебания, так называемые «восстановительные смены». В процессе динамики по сравнению с функционированием происходят более глубокие изменения. Но они не ведут к качественной перестройке структуры, а лишь медленно подготавливают ее. Развитие (эволюция) – это необратимые изменения систем с коренной перестройкой структуры и формированием новых ландшафтов, что связано как с внешними воздействиями (природными и антропогенными), так и внутренними ценотическими (саморазвитие), такие экосистемы теряют устойчивость.

Эластичность природных систем – способность в некоторых пределах менять свое состояние под влиянием внешних факторов и возвращаться в исходное состояние при прекращении их действия.

Инерция – способность природных систем в некоторых пределах противостоять действию внешних факторов без изменения своего состояния.

Емкость – способность абсорбировать без изменения своего состояния чужеродные воздействия внешних факторов (посторонние вещества, избыточную энергию и т.п.).

Допустимые пределы изменений – максимальные и минимальные критические величины параметров состояния природных систем, внутри которых они обладают устойчивостью и не разрушаются.

16

Важным условием повышения устойчивости экосистем (и особенно агроэкосистем) служит разработка, совершенствование и строгое соблюдение экологических нормативов, стандартов, правил и других регламентов, регулирующих хозяйственную деятельность по использованию ландшафтов.

Величины предельно-допустимых концентраций поллютантов, устанавливаемые по степени вредности веществ или рефлекторной реакции организма на них, являются наиболее распространенными показателями состояния загрязненности природной среды.

Вместе с тем ПДК, ПДВ и другие аналогичные показатели далеко не всегда учитывают особенности трансформации загрязняющих веществ в природе, их способность накапливаться в биоте в конкретных физико-географических условиях. Установленные для отдельных природных компонентов они не дифференцированы по регионам, малопригодны для ландшафтов в целом. В качестве более приемлемых экологических нормативов могут служить предельно допустимые экологические нагрузки (ПДЭН), полнее и убедительнее отражающие внутренние свойства и потенциальные возможности экосистем. Предельно допустимая нагрузка, как совокупность внутреннего и внешнего воздействия, которая либо не меняет качество окружающей среды, либо меняет его в допустимых пределах, характеризует подверженность компонентов экосистемы воздействию факторов, изменяющих ее устойчивость, а также их силу и активность. Под качеством окружающей среды подразумевается возможность устойчивого существования природной или антропогенной экосистемы в данном месте при отсутствии неблагоприятных последствий для любой (но в первую очередь человеческой) популяции. Из-за разнообразия антропогенных факторов, действующих на компоненты реальной агроэкосистемы, практически невозможно предложить единый показатель допустимой нагрузки. Поэтому для каждого типа воздействия устанавливаются свои требования к регламентам, которые могут преследовать природоохранные, социально-экономические, гигиенические, медицинские или другие цели. Например, уровень техногенного загрязнения ландшафтов считается допустимым, если не нарушаются газовые, концентрационные и окислительно-восстановительные функции живых организмов, регулирующих биогеохимическое самоочищение, не изменяется биохимический состав продукции, что могло бы вызвать нарушение жизненных функций организмов в пределах трофических цепей, не снижается биологическая продуктивность экосистем, сохраняется генофонд, необходимый для

17

существования системы (Глазовская М. А., 1988). Этот комплексный показатель устойчивости экосистем и ландшафтов (ПДЭН) характеризует: структуру и функционирование систем через продуктивность, видовое разнообразие, интенсивность процессов и другие параметры; максимально допустимые пределы вмешательства в экосистемы при условии сохранения ими основных природных и экономических функций (антропогенные изменения экосистем и ландшафтов не должны выходить за некие пределы естественных колебаний их параметров).

Одна из распространенных в настоящее время точек зрения заключается в том, что конечной целью экологического нормирования является стремление сохранить естественное течение сукцессионных процессов на основании определения норм состояния объекта посредством анализа параметров агроэкосистемы и интервалов их естественных колебаний, а также установления соответствующих пороговых и критических пределов. Этот этап называют экологической регламентацией. Следующий этап - это собственно экологическое нормирование. Заключается он в определении экологических нормативов на основе экологических регламентов.

Использование системы наиболее общих и симптоматичных интегральных параметров агроэкосистем позволяет оценивать отклонения от некоторого состояния, условно принимаемого за норму, а, следовательно, - наблюдающуюся степень нарушенности. При таком подходе анализу подлежит триада: фактор воздействия – свойства агроэкосистемы (устойчивость) – степень воздействия (измененность).

Представляет интерес предложенная Реймерсом Н.Ф. (1990) схема соотношений площадей естественных и преобразованных экосистем. Целесообразное экологическое равновесие (100% полезностей) возникает при соотношении 60% (естественные) и 40% (преобразованные экосистемы).

Существует и такое мнение, что в агроландшафтах леса, луга, водные пространства должны занимать не менее 30% общей площади. В целом же данная проблема требует серьезных дальнейших проработок. Необходимы дифференциация соответствующих соотношений по географическим районам, изучение динамики вещественно-энергетических потоков при тех или иных структурах и соотношениях площадей естественных и преобразованных экосистем и т.д. Заслуживает также внимания разработка норм оптимального сочетания биотических составляющих ландшафта и технологических

18

условий территории. Так, поля, как важнейший элемент агроландшафта, должны быть оптимальны по размеру, обеспечивая с одной стороны производительное использование сельскохозяйственных машин, а с другой – уменьшение уплотняющего воздействия техники на почву. Критерием правильного решения задачи является устойчивость сформированного ландшафта. В этом соотношении привлекательным представляется предложенное Варламовым А. А. и Волковым С.Н. (1991) понятие экологически устойчивый участок (ЭУУ). ЭУУ – территория, выделенная с учетом однородности характеристик ее природных ресурсов, комплексности их действия исохраняющая свои ландшафтные особенности в процессе хозяйственного использования. Если в процессе хозяйственного использования обеспечивается возможность прекращения или ослабления негативного воздействия физико-географических и социально-экономических условий на почвенные, водные и растительные ресурсы (эрозия, засоление и уплотнение почв, осушение местности, зарастание сельскохозяйственных угодий лесом и кустарником, ухудшение условий существования флоры и фауны и т.д.), то пространственное расположение участка сохраняется, но его потенциал и экономическая оценка увеличиваются. В конечном счете, сохраняются организация территории участка и устойчивость использования его отдельных ресурсов. При этом не ограничиваются возможности роста экономического плодородия почв и дифференциального дохода с участков.

Наряду с влиянием антропогенных факторов нужно учитывать и естественные тенденции развития ландшафтов, возможности проявления неблагоприятных природных процессов для сельского хозяйства. Последние воздействуют медленнее, но масштабнее (изменение климата, сейсмичность, процессы эрозии и др.). Рациональным можно считать такое воздействие, при котором обеспечивается правильный ресурсооборот, расширенное воспроизводство возобновляемых ресурсов ландшафта (повышение плодородия почвы, продуктивности естественных и культурных фитоценозов и др.). Анализ ландшафтной неоднородности и изменчивости - многоступенчатая система подходов к раздельной оценке природных компонентов и всего ландшафтного комплекса.

В агроэкосистемах происходят изменения как отдельных биотических компонентов, так и трансформация системы в целом. При этом нарушаются ее внутренняя структура и функционирование, обеспечивающие определенную устойчивость с помощью различных

19

механизмов самоорганизации и самовоспроизводства. Для определения происходящих и возможных изменений перспективной является разработка интегральных параметров, характеризующих структурно-функциональную организацию агроэкосистем по их биотической компоненте.

Такого рода характеристики отражают процессы создания, использования, разрушения и остаточного накопления биотической продукции различных категорий (первичной, вторичной, остаточной, мертвой), а также некоторые этапы круговорота веществ, вовлеченных в биологические циклы:

–запас живой биомассы (фито-, зоо- и микробиомассы в г/м2 или т/га абсолютно сухого веса). Под биомассой понимается общее количество живого органического вещества, накопленного к данному моменту. Кроме абсолютных показателей могут применяться отнесенные к единице площади соотношения биомассы различных групп организмов или их частей. В том числе: для растений (автотрофов) – систематических экологических групп, надземных и подземных частей, ассимилирующих и запасающих фракций.; для гетеротрофов – систематических экологических (включая трофические) групп, доля мигрирующей зоомассы; для микроорганизмов соотношение между грибами, бактериями, актиномицетами;

–запас мертвого органического вещества, заключенного в сухостое, валеже, отмерших органах (сухие, но не отпавшие ветви на деревьях, кустах; ветошь у травянистых растений), а также накопившегося в лесной подстилке, торфяном горизонте почв, в степном войлоке. Мертвое органическое вещество включает также трупы животных, грибы и гумус почв;

–интегральная характеристика структуры органического вещества агроэкосистемы определяется как соотношение запасов гумуса, фитомассы, зоомассы и биомассы (микроорганизмы). Представляется в виде формулы «органического вещества агроэкосистемы».

Показатели функционирования агроэкосистем также должны учитываться при оценке их состояния. Под функционированием понимается смена состояний системы, определяемая изменениями в годичном цикле запасов веществ и интенсивностей потоков. В основе функционирования экосистем лежит биологический круговорот, осуществляющийся по следующей типовой схеме: на «восходящей ветви» происходит создание первичной продукции при

20