5 Экологическое номирование антропогенных нагрузок на агроэкосистемы как основа управления плодородием почв

Воспроизводимое устойчивое плодородие пахотных почв является важным признаком общей устойчивости агроэкосистемы или её сестайнинга, т.е. состояния, при котором самовоспроизводятся (при антропогенных субсидиях вещества и энергии) основные агроресурсы. Сестайнинг, как и модель устойчивой агроэкосистемы и плодородия пахотной почвы, не может быть «подсмотрен» в природе, где отсутствуют такие столь сильные экологические факторы в отношении природы, как вспашка почвы, замена естественных растительных сообществ на полевые культуры, скот, поголовье которого несравненно выше, чем плотность и биомасса фитофагов в естественных экосистемах. Сестайнинг как нуль-гипотеза устойчивого состояния, с которой сравниваются показатели сложившейся агроэкосистемы в ходе мониторинга и в направлении свойств которого оптимизируются её параметры, рассчитывается на основе знания основных параметров экологического императива, определяющего в свою очередь экологические нормативы предельно допустимых антропогенных нагрузок.

Экологический императив – это система запретов на все формы использования, которые вызывают разрушение агроресурсов (почв, растительности естественных кормовых угодий и лесов), гидрологических характеристик ландшафта и загрязнение атмосферы, воды и почв. Необходимость формулирования экологического императива связана с тем, что сельскохозяйственные экосистемы (или агроэкосистемы – АгрЭС) относятся к антропогенным экосистемам. Человек, исходя из своих целей и природных условий, определяет их пространственную и трофическую структуру, задает соотношение площади пашни, естественных кормовых угодий и лесов, поголовья сельскохозяйственных животных и типа кормления.

В то же время агроэкосистемы автотрофны, т.е. доля вводимой в агроэкосистему искусственной антропогенной энергии, как правило, из исчерпаемых источников и экологически грязной (исключая мышечную энергию человека и животных), несравненно ниже, чем поступление экологически чистой и неисчерпаемой солнечной энергии. В них снижено биоразнообразие и как следствие этого – устойчивость. Они организованы и управляются человеком, стоящим на вершине трофической цепи таким образом, чтобы спрямить трофические цепи и обеспечить получение максимума продуктов питания (первичной и вторичной биологической продукции).

Формулирование нуль-гипотезы – это выбор оптимальной экологически оправданной модели АгрЭС и конструирование её в соответствии с физико-географическими условиями хозяйства и экономической конъюнктурой и возможностями вкладывать антропогенную энергию в её реализацию. При этом возможны не только разные модели АгрЭС для разных условий, но и реализация нескольких моделей (т.е. экономических альтернатив) в одном и том же хозяйстве в зависимости от потребностей рынка или экономической ситуации.

В одном и том же хозяйстве можно выращивать сильные пшеницы и разводить овец, крупный рогатый скот или производить фуражное зерно и откармливать свиней и т.д. Сестайнинг при этом должен быть обеспечен во всех случаях, и при этом затраты на его формирование будет тем меньше, чем адаптивнее структура хозяйства, т.е. чем оно более соответствует природному комплексу данной территории. Кроме того, затраты на сестайнинг будут возрастать с повышением уровня интенсификации – количества применяемых удобрений, пестицидов, при промышленном откорме высокопроизводительных пород скота, использовании высокоурожайных сортов растений и т.д. В этих случаях уровень интенсификации хозяйств будет ограничиваться экономическими рычагами, так как слишком высокие затраты на поддержание сестайнинга приведут к снижению их рентабельности. В то же время экстенсивные хозяйства, несмотря на невысокие затраты на обеспечении сестайнинга, экономически невыгодны из-за низкого выхода сельскохозяйственной продукции. Такие модели хозяйств можно использовать в сельскохозяйственных зонах особо охраняемых территорий.

Количество параметров АгрЭС, которые через систему экологических нормативов регламентируется экологическим императивом (ЭИ). Очень велико и определяется, в конечном итоге, уровнем экологизации сельского хозяйства региона. Эти параметры характеризуют общую структуру АгрЭС, пахотные почвы, состояние естественных кормовых угодий (ЕКУ), состояние гидрологии и гидрохимии агроландшафтов, биологическое разнообразие ландшафта, качество производимых продуктов. Рассмотрим составляющие ЭИ по основным группам признаков АгрЭС.

Структура агроэкосистемы – это сложный комплекс признаков, включающий пространственное распределение, соотношение и разнообразие основных функциональных блоков АгрЭС. При экологическом нормировании в первую очередь оцениваются две первые группы признаков, отражающих функциональную и пространственную структуру. Любая агроэкосистема представляет собой «экологический триумвират» из пашни, многолетних травяных сообществ (естественных или культурных кормовых угодий) и леса. Все эти компоненты обязательны для АгрЭС республики. Соотношение их зависит от физико-географических условий и меняется по градиенту юг – север и горы – равнина.

Доля предельно допустимой площади в АгрЭС и её распределение в пространстве определяется рельефом (табл. 8). При этом в разных природных зонах вследствие различий физических свойств и противоэрозионной устойчивости почв экологической норматив предельно допустимой доли пашни будет разным. На его величину будет влиять и возможности хозяйства вкладывать энергию в обработку почвы и осуществлять противоэрозионные мероприятия.

Таблица 8

Экологические нормативы структуры агроландшафта

Зона	Минимальная доля леса, %	Максимальная доля пашни, %	Размер поля, га	Предельно допустимая крутизна пахотных угодий, 0
				обычная обработка	почвозащитная обработка
Зауральская степь	15	70	120	5	7
Предуральская степь	20	70	100	5	7
Южная лесостепь	25	55	90	3	5
Северная лесостепь	40	50	70	3	5
Северо-восточная лесостепь	40	50	70	3	5
Горнолесная зона	60	30	40	3	5

По ряду: обычная обработка почвы – противоэрозионная обработка – террасирование склонов норматив будет менять свои значения: если в условиях серых лесных почв при обычной обработке почвы для её защиты от эрозии нецелесообразно осваивать в пашню склоны крутизной свыше 3⁰, то при более оструктуренных черноземных почвах этот норматив может быть изменен до 5⁰. При почвозащитных системах земледелия крутизна склонов может возрасти соответственно до 5⁰ и 7⁰. При значительных затратах энергии на террасирование этот норматив еще более изменится и может перейти значение 10⁰. Простейший норматив для установления необходимого участия лесов в структуре АгрЭС – залесенность. Однако он недостаточен, так как регулирование климата, гидрологического и биогеохимического режимов в большей степени зависит от чередуемости пашни и леса.

Важнейшей составляющей экологического императива является соотношение площадей многолетних травяных сообществ и пашни. Этот норматив разрабатывался еще в 80-е годы 19 столетия русским агрономом А.Т. Болотовым и Р.В. Вильямсом (1939). Суть подхода А.Т. Болотова сводилась к тому, чтобы за счет установления соотношения площади лугов, пашни и поголовья скота добиться замыкания циклов элементов питания, т.е. рециклинга (разумеется, А.Т. Болотов не использовал современного экологического языка, хотя взгляды его современны и сегодня, они опережали время, по крайней мере, на полтора-два столетия).

Современные подходы к определению норматива освоенности в пашню в меньшей мере зависят от поголовья скота, так как за счет сидерации возможен сестайнинг даже без животноводства. На первый план выходят защита от эрозии, регулирование микроклимата и поддержание биоразнообразия (для активизации деятельности «врагов наших врагов» - птиц и насекомых энтомофагов). Этот норматив определяет лишь максимально допустимую долю пашни, и при разных хозяйственных альтернативах возможно сокращение площади пашни и сверх норматива. Например, при приоритетном развитии животноводства, которое требует дополнительной площади пастбищ и сенокосов. Почвы, вовлеченные в пахотное использование, являются главным и наиболее критическим элементом АгрЭС, так как испытывают наиболее сильное влияние антропогенного фактора и потребляют основное количество вводимой человеком в АгрЭС энергии.

Почва – это сложная система физических, химических и биологических признаков, которые интегрируются в итоговом и хозяйственно важном параметре – плодородии. Взаимодействие разных составляющих плодородия нелинейно и неаддитивно, и потому возможности взаимокомпенсации признаков ограничены (замена удобрениями нарушенной структуры почвы, повышение засухоустойчивости растений и т.д.). По этой причине структура ЭИ использования почв наиболее сложная.

Важнейшие способы антропогенного управления состоянием почвы – структура севооборотов и система удобрений – разработаны весьма детально. Это дает возможность привести нормативы предельно допустимой загрузки севооборотов почворазрушающими культурами – пропашными и зерновыми (табл. 9) и минимально необходимого количества удобрений (табл. 10). Нетрудно заметить, что норматив предельной загруженности севооборота зерновыми в условиях малогумусных почв горнолесной зоны и серых, темно-серых лесных почв лесостепи должен быть ниже, чем для степной зоны, где прочная структура и высокое содержание гумуса позволяют доводить долю зерновых до 55-60%. Аналогично меняется норматив предельно допустимой доли пропашных культур, как наиболее истощающих почву и ведущих к ухудшению её физических свойств при многократных воздействиях сельскохозяйственной техники. Соответственно доля почвовосстанавливающих культур меняется в обратной зависимости, причем этот норматив целесообразно подразделять на более дробные показатели, показывающие минимально необходимую долю многолетних трав, однолетних почвовосстанавливающих культур (однолетних трав, бобовых) и сидератов.

Минимально необходимое количество удобрений 9в пересчете на действующее вещество для минеральных удобрений и на навоз – для органических удобрений) также является экологическим нормативом. При этом он будет зависеть от программируемой урожайности – уровня интенсификации.

Таблица 9

Допустимые доли почворазрушающих культур по зонам, % к общей площади пашни

Зона	Пропашные	Зерновые
Зауральская степь	12	60
Предуральская степь	17	55
Южная лесостепь	15	55
Северная лесостепь	10	50
Северо-восточная лесостепь	10	50
Горнолесная зона	10	45

Таблица 10

Экологические нормативы минимально необходимого количества минеральных и органических удобрений (числитель – при первом уровне интенсификации, знаменатель – при втором)

Зона	N, кг/га	P2O5, кг/га	K2O, кг/га	Органические (в пересчете на навоз), т/га
Зауральская степь	32/65	45/80	10/35	7,5
Предуральская степь	43/70	43/75	26/35	7,5
Южная лесостепь	45/75	45/75	23/40	7,5
Северная лесостепь	45/25	30/55	21/35	8,0
Северо-восточная лесостепь	33/65	43/75	16/30	8,0
Горнолесная зона	45/85	30/55	21/35	7,5

Важным экологическим нормативом, определяющим баланс органического вещества и рециклинга азота, является показатель количества скота на 100 га сельскохозяйственных угодий. В табл. 11 приведен этот норматив. Отметим, что в настоящее время он повсеместно нарушен за счет превышения поголовьем скота реальной экологической емкости агроэкосистем. Итогом этого является уже отмеченная деградация естественных кормовых угодий. В то же время поголовье скота остается недостаточным для компенсации органического вещества на пашне. В настоящее время за счет навоза компенсируется от 41 до 51%, в зависимости от зоны, потребности в органическом веществе. Использование других источников органики – пожнивных остатков, соломы и в особенности сидератов, является необходимым условием формирования бездефицитного баланса органического вещества в почве как важнейшего параметра сестайнинга сельскохозяйственных экосистем.

Таблица 11

Допустимая плотность скота по зонам республики, в условных головах КРС на 100 га сельхозугодий

Зона	Поголовье КРС
Зауральская степь	16
Предуральская степь	15
Южная лесостепь	20
Северная лесостепь	27
Северо-восточная лесостепь	29
Горнолесная зона	33

Система нормативов динамична и должна чутко реагировать на изменение природных и антропогенных условий ведения сельского хозяйства. Её развитие является одним из главных условий внедрения принципов агроэкологии в сельское хозяйство республики и организации мониторинга состояния его ресурсов.