Современная экологическая обстановка в отдельных странах и регионах оставляет желать лучшего. Миссия нашего сайте — обеспечить русскоязычных жителей планеты Земля актуальной информацией о защите окружающей среды, экологической безопасности и экологии в целом.

Полезные ресурсы и публикации:
-

И.С. Белюченко, О.А. Мельник
Сельскохозяйственная экология

Учебное пособие. – Краснодар: Изд-во КГАУ, 2010. - 297 с.

Предыдущая

7. Перспективы развития агроландшафтов

7.4. Основы современной системы земледелия

Принятая в настоящее время интенсивная технология возделывания сельскохозяйственных культур является весьма затратной по подготовке почвы, требует внесения высоких норм минеральных удобрений и использования для борьбы с вредителями, болезнями и сорными растениями большого количества пестицидов и потому оказывает негативное влияние на развитие микробных и фаунитических сообществ, что нарушает процессы трансформации органического вещества, азота и других элементов, а многочисленные обработки почвы ведут к ее уплотнению, снижают активность зоо–и микробоценозов, влияют на физико–химические и биологические процессы в почве (аэрация, кислотность, загрязненность тяжелыми металлами, пестицидами, углеводородами), способствуют разрушению гумуса, усиливают выветривание и вымывание растворенных питательных веществ. Именно с этими негативными условиями интенсивной технологии и связаны потери гумуса и питательных веществ, уменьшение гумусового горизонта почвы, что приводит к нарушению экологического равновесия сельскохозяйственных ландшафтов и «блокировке» функциональных возможностей их природного биоэнергетического потенциала.

В Краснодарском крае основная зона производства зерновых занята пока еще достаточно плодородными почвами – различными типами черноземов (с преобладанием чернозема обыкновенного), которые ежегодно, по нашим расчетам, на 1 га теряют около 700 кг гумуса, 30 кг азота, 15 кг фосфора и 100 кг калия. На склоновых участках балок гумуса теряется больше 1 т на 1 га в год. Применение на склонах химических препаратов для борьбы с сорняками, болезнями и вредителями растений и внесение больших норм удобрений является причиной аккумуляции химических веществ в больших количествах в поймах рек и в их донных отложениях. За последние 60 лет черноземы Кубани потеряли до 25–30% гумуса. Наибольшие его потери отмечены на южных склонах балочных систем.

Вопрос динамики развития почв в связи с резким сокращением в последние 20 лет внесения органических удобрений и отчуждением большой массы урожая, накопленного за счет почвенных запасов элементов питания, переходящих для растений в доступное состояние в процессе минерализации гумуса, является важной причиной снижения плодородия почв в богарной зоне края. По нашим расчетам, под посевами пшеницы в этой зоне ежегодно минерализуется до 1 т гумуса и выше, а под пропашными культурами – более 2 т на га, под многолетними травами минерализация гумуса не превышает 500–700 кг на 1 га.

Накопление органического вещества в почве и его разложение в известной мере можно регулировать за счет совершенствования посевных площадей и правильно разработанной технологии севооборота (одно из основных направлений альтернативной системы земледелия). В наших опытах при 30% насыщении севооборота многолетними травами, включая бобовые, складывается низкодефицитный баланс гумуса в почве, а ежегодные его потери составляют всего около 200–300 кг на 1 га. Если в севообороте доля зерновых культур доходит до 70%, то потери гумуса за год доходят до 2 т на 1 га.

Снижение плодородия почв определяется также почвоутомлением в связи со снижением в них активности биологических сообществ, в составе которых отмечается повышение роли грамотрицательной микрофлоры. Наряду с почвоутомлением (биологический токсикоз) возможен и химический токсикоз почвы, возникающий при регулярном использовании химических веществ. Так, при внесении химических удобрений (особенно фосфора) кроме полезных элементов в почву поступает ряд загрязнителей, являющихся сопутствующей частью этих удобрений; с фосфорными удобрениями поступает большое количество хрома, меди, ванадия, стронция, а с органическими удобрениями – калия, свинца, цинка. Если эта тенденция сохранится, то почва Краснодарского края будет сильно загрязнена рядом тяжелых металлов уже через 20–30 лет.

Существующая система земледелия негативно влияет на динамику тяжелых металлов и способствует ускоренному их накоплению в верхних слоях почвы. Расчетным путем установлено, что за 100 лет применения интенсивной технологии выращивания сельскохозяйственных культур потери гумуса составят до 40% и больше. Практически во всех районах края идет снижение потенциального плодородия при отрицательном балансе питательных веществ, а внесение минеральных удобрений усугубляет состояние почвенного покрова. Согласно исследованиям, проведенным кафедрой общей биологии и экологии Кубанского госагроуниверситета, свыше 26% богарных земель края содержат гумуса меньше 3%.

 Большой экологической проблемой является загрязнение почв пестицидами. На всей территории богарной зоны в почвах обнаружены хлорорганические вещества. Пестициды нового поколения отличаются быстрым распадом на химические остатки, которые вступают в контакт с химическими и органическими веществами почвы и образуют пока неизвестные по своему действию соединения. Определенную заботу вызывают также отдельные культуры, возделывание которых приводит к истощению почв, распространению сорных растений и т.д. К таким культурам относятся подсолнечник, кукуруза, сахарная свекла.

Высокая степень распашки степной зоны привела к резкому ухудшению речных систем, загрязнению и практическому истощению пойменных земель, изменению их растительных сообществ, а местами и к сильному заболачиванию и смене растительных формаций. Сложившаяся ситуация в бассейнах отдельных рек степной зоны края в ближайшие 10–15 лет при сохранении старых подходов использования земель явится причиной полного уничтожения степных рек, снижению плодородия почв и, прежде всего, содержания в них гумуса, что явится основной причиной снижения качества урожая сельскохозяйственных культур. Поэтому поиск новых методов и технологий, основанных на альтернативной системе земледелия, в этой зоне будет способствовать стабилизации плодородия почвы и ее качества (снижение загрязнения пестицидами, тяжелыми металлами, нефтепродуктами), что является весьма актуальным.

Современная технология отличается от интенсивной по сути дела переходом на двухвекторный характер отношения человека и почвы (посев и уборка урожая) и базируется на сокращении количества возделываемых культур и разработке на этой основе более рационального севооборота, исключении из технологии постоянной пахоты, вызывающей нарушение систем водного, воздушного, биологического, физического и химического состояния почвы.

Важным элементом новой технологии является внесение в почву органоминеральных удобрений (органические и минеральные отходы) один раз в пять лет под определенную культуру (чаще под кукурузу). Основная цель работы – исключить разрушающую технологию почвы, снизить физическое давление на почву, максимально сохранять микробные и фаунистические сообщества в почве, применять современные технологии посева, ухода и уборки и получать экономически и экологически выгодный урожай. Фундаментальная проблема, которая будет решена, в этом варианте – это прекращение потерь органического вещества в почве на первом этапе, а в последующем – его нарастание и поддержание, сохранение видового состава микрофлоры и зоофауны, повышение качества получаемой продукции.

Основная задача альтернативного направления заключается в разработке научной основы и практических мероприятий по приостановке деградации ландшафтных систем и их основных составляющих: почвенного и растительного покровов и степных водных систем через внедрение новых методов ухода за посевами и уборки сельскохозяйственных культур, а также современных систем севооборота. Такие мероприятия направлены на обеспечение активного функционирования в почве микробных и фаунистических сообществ, оптимизацию условий трансформации органического вещества и элементов минерального питания с разработкой и внедрением новой системы удобрения в севообороте.

Важной задачей также является разработка физических и биологических основ, критериев и методов изучения экологического состояния и развития почв агроладшафтных систем как весьма динамических биокосных образований в антропогенных и природных потоках вещества и энергии. Исследования включают разработку и внедрение экологических методов на основе оценки структурных связей между компонентами биокосных систем (живые организмы почвы, растения, микрофлора, химия и физика почвы), скоростями их трансформации с учетом внешних антропогенных воздействий в виде биологических, химических (деструкция органического вещества, химическое загрязнение тяжелыми металлами, пестицидами, углеводородами, внесение удобрений) и физических (изменение воздушного, водного и теплового режимов) факторов. При этом предполагается установить зависимости, обобщающие реакцию биокосных систем на антропогенные воздействия и использующиеся для разработки проектов реконструкции севооборотов, соотношения структуры составляющих агроландшафтов, для экономической и биологической оптимизации технологий выращивания сельскохозяйственных культур.

Методологическую основу исследований составляет комплексный биологический подход к количественному описанию сложных динамических процессов развития биотического и абиотического блоков агроландшафтных систем и их компонентов с учетом принципов линейной и нелинейной кинетики и термодинамики. В отличие от используемого в настоящее время в земледелии описания разного квазиравновесного состояния учитывается нелинейная связь между составляющими биокосных систем и интенсивностью их развития, что определяет множественность состояния и возможность стабилизации систем за пределами равновесия и тем самым обусловливает разнообразие режимов функционирования и устойчивость таких систем в широком диапазоне колебания антропогенных нагрузок. Новую современную технологию предполагается разрабатывать для крупных сельскохозяйственных предприятий степной зоны края, где сформировались различные разновидности черноземов.

По природно-хозяйственным и агрономическим свойствам степная зона края относится к зоне богарного земледелия, где основное место занимают посевы озимой пшеницы. Формирование различных типов почв определилось специфичностью рельефа, его изрезанностью, наличием большого количества балочных систем и речных ландшафтов; на плакорах встречаются все подтипы черноземов, их смытые разновидности на склонах балок и в понижениях рельефа – выщелоченного чернозема, а на повышенных территориях – чернозема карбонатного. Растительный покров этой территории в прошлом являлся основополагающим в ее почвообразовательном процессе.

К сожалению, степные территории в отдельных местах распаханы до 95%, и только разнотравные неудобья еще сохранились. Основные территории заняты посевом сельскохозяйственных культур, возделывание которых определяет применение мощной техники, внесение больших норм минеральных удобрений, химических средств защиты и т.д. В связи с этим почвенный покров степной зоны претерпевал очень большие изменения, что связано с ухудшением структуры пахотного слоя, снижением запасов гумуса и питательных веществ в почве, развитием эрозионных процессов, изменением кислотности почвы, ее гранулометрического и валового составов, аэрации, водоудерживающей способности, повышением  плотности и т.д. Все эти негативные процессы способствуют снижению плодородия почв и урожая сельскохозяйственных культур.

Проводимые исследования в степной зоне края показывают, что изменения ряда позиций технологической системы выращивания агрокультур (подготовка почвы, уход за посевами и уборка урожая) могут быть скорректированы в значительной степени с точки зрения снижения вмешательства человека в процессы функционирования микробных и фаунистических систем, уменьшения физического давления на почву, минимизации количества культур в севообороте, их чередования, совмещения и т.д.. Разработка методов влияния на скорость процессов аммонификации и нитрификации азота в почвах, производство органоминеральных компостов из органических и минеральных отходов (навоз, солома, фосфогипс, осадки бытовых стоков  и т.д.) и внесение их в соответствующем звене севооборота будут способствовать возможности регулирования многих почвенных процессов на культивируемых землях по аналогии с почвами природных систем и многолетних залежей.

В результате таких исследований ставится задача существенно снизить затраты в целом на всю технологическую цепь выращивания экологически и экономически выгодной продукции, на сохранение плодородия почв, на развитие сопряженно функционирующих составляющих в конкретных речных бассейнах. Учитывая в целом слабую изученность физических и химико-биологических свойств и процессов в почвах, в организации севооборотов в современных условиях и доминирование проектных разработок в основном без изучения поведения биокосных систем в целом, предлагаемый комплексный подход будет использован в условиях южного региона страны. Важным методом исследований будет моделирование динамических почвенных систем, которое позволит объединить их внутренние взаимодействия с внешними, включая действия человека. Численное решение моделей основывается на современных компьютерных программах.

Информационное обеспечение основано на разработке новых инструментальных методов биогеофизических свойств почв в процессе внедрения новых способов выращивания культур, включая непрерывное отслеживание температуры, газового и солевого режимов почвы, трансформации органического вещества и азота, микробиологии и фаунистики почвы. Для изучения экологического состояния и функционирования почвы на ландшафтном уровне планируется использование современных GIS-технологий. Многие методы являются оригинальными и по своим качествам будут способствовать повышению уровня таких исследований в нашем крае.

С учетом изложенных подходов в современной системе земледелия можно выделить следующие разделы:

1. Разработка научно-обоснованных критериев оценки экологического состояния и функционирования агроландшафтных систем и методов их инструментального контроля.

2. Экологическое состояние почвы и обобщение информации в зависимости от особенностей выращивания культур.

3. Изучение динамики биогеофизических характеристик биокосных систем под воздействием физических, химических и биологических факторов антропогенной природы.

4. Моделирование различных режимов почв и развития растений в зависимости от их экологического состояния.

5. Разработка биолого-химических основ оптимизации технологии выращивания культур.

В современной экологии проблеме состояния и функционирования почв агроландшафтных систем уделяется большое внимание. Тем не менее, в практической деятельности должного научного обоснования использования сельскохозяйственных земель пока нет. Как правило, исследуются лишь фрагменты проблемы: химическое загрязнение почв, патогенность почвенной микрофлоры, азотфиксирующая способность микробных сообществ и т.д. Мало данных в зарубежной и отечественной экологии по физическим и биологическим процессам, протекающим в почвах под отдельными культурами. Объективно отсутствуют комплексные биогеофизические последствия воздействия человека на почвы ландшафтов, которые следует характеризовать как динамические биокосные системы в круговоротах веществ и потоках энергии.

Предлагаемый подход дает возможность с новых позиций оценивать экологическое состояние почв агроландшафтов, определять границы их устойчивости к различным режимам, предвидеть последствия таких нагрузок и разрабатывать научные проекты севооборотов с целью повышения плодородия почв и получения экономически и экологически обоснованного урожая. Планируемые исследования в методическом, научном и техническом плане соответствуют современному мировому уровню. Многие из поставленных задач впервые ставятся в региональной отечественной науке; предлагаемые методы их решения являются новыми в сфере агроландшафтной экологии.

Таким образом, современные подходы в системе земледелия, разрабатываемые в условиях степной зоны Краснодарского края для аграрных ландшафтов направлена на внешние формы организации в плане снижения антропогенных факторов на системы (сокращение обработки почвы, мульчирование почвы, подготовка и внесение органоминеральных компостов и т.д.), оказывающих весьма позитивное воздействие на экологическое состояние и развитие почв, как открытых динамических биокосных систем. Исследования базируются на хорошо освоенном аналитическом подходе изучения сложных динамических систем с использованием инструментальных методов химической и биологической оценки развития почв, растительного покрова и водных систем с включением практического решения использования в качестве мелиорантов аграрных почв отходов сельского хозяйства, быта и промышленного производства.

Предыдущая