ЛАНДШАФТНО-МЕЛИОРАТИВНЫЕ СИСТЕМЫ ЗЕМЛЕДЕЛИЯ – НОВЫЙ ЭТАП ЭКОЛОГИЗАЦИИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО ПРОИЗВОДСТВА

Иванов Д.А.

Член-корреспондент РАН, доктор сельскохозяйственных наук, заведующий отделом мониторинга агроландшафтов ФГБНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт мелиорированных земель»

ЛАНДШАФТНО-МЕЛИОРАТИВНЫЕ СИСТЕМЫ ЗЕМЛЕДЕЛИЯ – НОВЫЙ ЭТАП ЭКОЛОГИЗАЦИИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО ПРОИЗВОДСТВА

Аннотация

В работе показаны теоретические основы разработки ландшафтно-мелиоративных систем земледелия (ЛМСЗ) – комплексов мероприятий, направленных на эффективное использование совокупности природных и производственных ресурсов агроландшафтов. Цель создания ЛМСЗ – получение высоких и стабильных урожаев и повышение экологической устойчивости природной среды. Системы земледелия реальных хозяйств, разработанные на основе предлагаемых принципов, учитывают не только местные ландшафтно-производственные условия, но и особенности мезо- и макросреды территории, в пределах которой хозяйства находятся.

Ключевые слова: земледелие, мелиорация, ландшафты, модели.

Ivanov D.A.

Corresponding Member of the Russian Academy of Sciences, PhD in Agriculture, Head of the Monitoring Department of Agricultural Landscapes of the All-Russian Scientific Research Institute of Reclaimed Lands

LANDSCAPE AND MELIORATIVE SYSTEMS OF AGRICULTURE – A NEW STAGE OF ENVIRONMENTAL AGRICULTURAL PRODUCTION

Abstract

The paper contains theoretical basis for the development of landscape and meliorative farming systems (LMFS) – a set of measures aimed at the effective use of natural and industrial resources of agricultural landscapes. The goal of establishing LMFS is to obtain high and stable yields and to increase environmental sustainability of the natural environment. The systems of agriculture on real farms, developed on the basis of the proposed principles, take into account not only the local landscape and production conditions, but also the features of the meso- and macro-environment of the territory within which the farms are located.

Keywords: agriculture, melioration, landscapes, models.

Современный этап развития цивилизации ознаменован усилением интенсивности деградационных процессов в биосфере. Это объясняется экстенсивным развитием сельскохозяйственного производства, взрывоподобным ростом населения, истощением водных ресурсов, снижением биоразнообразия экосистем. Происходящие процессы заставляют искать другие пути развития отношений общества и природы – переходить на новый уровень земледелия. Начинается эпоха жесткой экономии ресурсов – осуществляется переход к технологиям привлечения "даровых сил природы" к процессу производства продовольствия и сырья.

Землепользование будущего – это стратегия сельскохозяйственного природообустройства, решающая задачи расположения посевов в местах, наиболее подходящих для их произрастания, учета всех основных факторов ландшафтогенеза при проектировании систем землепользования на разных уровнях географической оболочки. Современный агроном должен решать производственные вопросы в комплексе с улучшением функционирования преобразованных человеком местоположений – создавать адаптивно-ланд­шафтные системы земледелия (АЛСЗ). Создаваемые новые принципы землепользования используют как современные наработки, так и опыт предыдущих поколений. Они имеют огромный потенциал и способны решить многие задачи природообустройства и продовольственной безопасности.

АЛСЗ – способ эксплуатации земель определенной агроэкологической группы, направленный на производство продукции экономически и экологически обусловленного количества и качества, в соответствии с конъюнктурой, природными и производственными ресурсами, обеспечивающий продуктивность и устойчивость агроландшафта и воспроизводство почвенного плодородия [1], [2], [3], [4], [5], [6], [7], [8].

Она отличается от зональной системы земледелия четко очерченными экологическими координатами и приспособленностью к различным уровням производственной интенсификации. Пространственное размещение АЛСЗ обусловлено местными особенностями территории.

Процесс ее формирования состоит в обнаружении или создании однородных ниш на местности на основе оптимизации лимитирующих факторов произрастания растений, для адресного размещения в них посевов рентабельных культур, с учетом их биологических и агротехнических особенностей, и экологических ограничений производства. Это обусловливает экологическую устойчивость производства и геосистем.

При разработке АЛСЗ решаются задачи: 1 – агроэкологическая оценка земель по ресурсам плодородия, тепло- и влагообеспеченности; 2 – система агроэкологической оценки растений; 3 – сближение хозяйственных и экологических целей при рациональном природообустройстве; 4 – разумная эксплуатация природных и хозяйственных ресурсов земель; 5 – учет организационных, экономических и природных особенностей сельхозпредприятий при выборе их специализации и структуры посевных площадей; 6 – адаптация систем питания растений и обработки почвы и других элементов агротехнологий к агроэкологическим группам земель с учетом экономических условий; 7 – повышение эффективности использования материальных и денежных ресурсов, достижение потенциальной продуктивности почв.

Принципы формирования АЛСЗ:

1. Дифференцированное приспособление землепользования к особенностям окружающей местности. 2. Соответствие агроэкологической оценки земель требованиям растений [1, С. 4-8]. Ландшафтно-мелиоративные системы земледелия (ЛМСЗ) – очередной этап развития теории ландшафтного землепользования для условий Нечерноземья. Основываясь на вышеизложенных принципах, теория ЛМСЗ уточняет и дополняет их, учитывая особенности переувлажненных земель гумидной зоны России. Отличительной особенностью ЛМСЗ является всемерный учет ландшафтно-мелиоративной обстановки в пределах географического выдела. ЛМСЗ характеризуется многоступенчатым алгоритмом создания, который учитывает природные особенности различных степеней организации биосферы. При разработке ЛМСЗ различных уровней, кроме агроэкологических требований растений, определяются их отзывчивость на изменчивость природной среды внутри выдела в различных агроклиматических обстановках, поэтому особую значимость приобретают многолетние мониторинговые наблюдения за продукционным процессом растений в пределах агроэкологических полигонов. Основным способом адресного размещения посевов в пределах агрогеосистем является метод прогнозирования урожайности и устойчивости агроценозов в различных ландшафтных условиях с помощью математического моделирования продукционного процесса и его ГИС-визуализации [9, С. 171-208], [10, С. 210-300].

Существуют четыре типа ЛМСЗ: 1)ЛМСЗ, создаваемые на основе анализа природных и агропроизводственных условий ландшафтных провинций – региональные системы земледелия (РСЗ); 2) Базовые модели ЛМСЗ – ландшафтно-адаптированные системы землепользования, создаваемые  при учете усредненных значений параметров природной обстановки генетических типов территорий, составляющих очень крупные географические регионы; 3) Типовые модели ЛМСЗ – системы землепользования, учитывающие особенности генетических типов территорий, слагающих ландшафтную провинцию – агроэкологический раздел (АР); 4) Системы землепользования реальных предприятий, разрабатываемые на основе методик переноса параметров типовых моделей в условия конкретных ландшафтов (рис.1).

Рис. 1 – Блок-схема разработки ландшафтно-мелиоративных систем земледелия

Параметры РСЗ определяются при изучении реакций растений (выражающихся, прежде всего, через их продуктивность) на изменчивость природных условий ландшафтной провинции (или ее части). Анализ значений этих параметров позволяет сделать определенные выводы о характере приспособления производства к условиям геокомплекса. Например, сравнение значений показателей гидротермических условий показывает, какие АР характеризуются дефицитом тепла, что обусловливает преимущественное применение в их пределах тепловых мелиораций. Сравнение условий влагообеспеченности геосистем позволяет определить степень зависимости процесса выращивания культур от степени увлажнения посевов (осушения или орошения). Особенности распределения осадков определяют характер набора культур в хозяйствах, относящихся к одному агроэкологическому разделу.

Характер климатических и оролитогенных (рельеф и почвообразующие породы) условий региона устанавливают интенсивность эрозии, загрязнения и заболачивания почв, что позволяет планировать мероприятия по блоку земельных мелиораций. Исследования показывают, что в некоторых АР необходима коррекция элементов зональных систем земледелия: в пределах Северных Увалов южной тайги (на востоке Костромской области) желательно изменить соотношения угодий, направленность агромелиоративных и противоэрозионных элементов землепользования, а в Верхневолжском АР хвойно-широколиственных лесов (на северо-востоке Верхневолжья) для агроэкологической адаптации производства достаточен набор традиционных мероприятий.

Такой подход способствует глубокому учету воздействия ландшафта на произрастание растений и нахождению мест наиболее пригодных для расположения посевов.

Мероприятия, по реализации РСЗ напрямую не применимы для организации растениеводства непосредственно в хозяйстве. Они являются пакетом управленческих решений, направленных на приспособление к ландшафтным условиям способов ведения хозяйства в крупном регионе. Рекомендации в рамках РСЗ нужны  специалистам, планирующим общее направление развития АПК региона. РСЗ направлены на: 1) Уточнение, на агроэкологической основе, специализации хозяйств; 2) Разработку основных документов по управлению финансовыми и материальными потоками АПК в регионе; 3) Планирование глобальных агроэкологических мероприятий. 4) Выделение достаточно однотипных в агропроизводственном отношении зон, в пределах административных единиц. На уровне реального хозяйства, результаты этих работ должны войти в документ, описывающий основные черты его ЛМСЗ, в виде общих рекомендаций.

Базовые модели ЛМСЗ – основное звено ландшафтно-экологической адаптации сельскохозяйственного производства. При их разработке сначала определяется количество типов геокомплексов, составляющих крупную территорию (зандровые равнины, моренно-эрозионные равнины и т.д.). При разработке этих моделей тщательно анализируется микроландшафтная структура территорий – характер чередования элювиальных, транзитных и аккумулятивных местоположений и ее влияния на продуктивность культур. Для этого на специальных полигонах (маршрутных, стационарных, специализированных ландшафтных и т.п.) изучаются особенности произрастания культур в этих местоположениях. Результаты исследований на полигонах ложатся в основу создания математических моделей продукционного процесса культур в различных ландшафтных условиях. Математические модели являются отправной точкой создания карт прогнозной урожайности культур в различных частях хозяйства. Эти карты позволят агрономам хозяйств определять места с максимальной и наиболее устойчивой урожайностью в пределах хозяйства.

Исследования на агроэкологических стационарах, кроме прикладных задач, решают и фундаментальные вопросы теории функционирования мелиорированных агроландшафтов. Мелиорация для географа – тоже самое, что синхрофазотрон для физика. Она расшатывает давно устоявшиеся связи в природно-территориальном комплексе и, тем самым, позволяет изучать его структуру. Исходя из положения о том, что характер проявления жизнедеятельности растений (прежде всего их урожайность) являются интегральным показателем антропогенно-обусловленной динамики ландшафтных процессов, можно утверждать, что наблюдения за адаптивными реакциями культур в пределах антропогенно-измененного геокомплекса позволит получить оригинальные сведения о современных ландшафтных процессах.

Рис. 2 – Блок-схема создания базовых моделей ЛМСЗ

 

При создании базовых моделей определяются параметры: оптимального соотношения луга, леса и пашни в агроландшафтах, структуры посевных площадей и особенности чередования культур, систем обработки почвы, питания и защиты растений, а также ирригации и дренажа (рис.2). Основой построения этих моделей является сравнительный анализ адаптивных реакций растений на ландшафтные условия отдельных типов агроландшафтов.

Исследования показывают, что в полесьях (геокомплексах на песках) и опольях (ландшафтах на покровных суглинках) на продуктивность культур плодосменного севооборота влияют агроклиматические факторы. В опольях половина воздействия всех изучаемых факторов среды связана с распределением термических ресурсов (∑t>10°), а в полесьях 43% вариабельности урожаев обусловлено изменчивостью гидротермического коэффициента. Это объясняется различиями по водоудерживающей способности суглинистых и супесчаных почв.

Сравнение параметров РСЗ и относящихся к ней базовых моделей приводит к созданию типовых моделей ЛМСЗ – достаточно подробных систем землепользования, описывающих общие черты ведения растениеводства в группе близкорасположенных хозяйств (рис. 3).

Рис. 3 – Принципы создания типовых моделей ЛМСЗ

 

Для реализации их на практике разработаны методики интерполяции – переноса модельных параметров в условия хозяйства, расположенного в пределах генетически-однотипной территории и экстраполяции – распространение принципов адаптации элементов системы землепользования на условия, далекие от модельных. Системы ландшафтно-мелиоративного землепользования реальных хозяйств учитывают не только местные условия, но и особенности мезо- и макросреды территорий, в пределах которых эти хозяйства находятся. Процесс создания ЛМСЗ хозяйства не ограничивается переносом в ее условия параметров соответствующей модели. Настройка конкретных способов землепользования, состоящая в учете особенностей местных условий, должна производиться специалистами данного хозяйства.

Таким образом, для увеличения уровня экологизации производства необходимо разрабатывать ландшафтно-мелиоративные системы земледелия для хозяйств, находящихся в различных природных и производственных условиях. Это позволит снизить антропогенную нагрузку на экосистемы, уменьшить себестоимость продукции, рационализировать инвестиции в растениеводство, повысить качество жизни селян и рекреационный потенциал глубинных районов страны.

Список литературы / References

1. Агроэкологическая оценка земель, проектирование адаптивно-ландшафтных систем земледелия и агротехнологий // Методическое руководство. Под ред. В.И. Кирюшина и А.Л. Иванова – М.: ФГНУ «Росинформагротех», 2005. – 784 с.
2. Кирюшин В.И. Экологические основы земледелия / В.И. Кирюшин – М.: Колос, 1996. – 367 с.
3. Мильков Ф.Н. Человек и ландшафты / Ф.Н. Мильков - М.: Мысль, 1973. – 224 с.
4. Николаев В.А. Концепция агроландшафта / В.А. Николаев // Вестник МГУ, сер.5, география №2, 1987. С. 22 - 27.
5. Николаев В.А. Ландшафтоведение и земледелие (Структура, функцио­ни­­рование, эволюция природных и антропогенных ландшафтов) / В. А. Николаев // Тезисы ландшафтной конференции 16-19 октября 1997 г. - М-СПб, 1997. – С. 24-28.
6. Котлярова О.Г. Освоение ландшафтных систем земледелия / О.Г. Котлярова, Е.Г. Котлярова – Белгород, 2006.– 126 с.
7. Лопырев М.И. Агроландшафты и земледелие / М.И. Лопырев. – Воронеж: изд-во ВГАУ, 2001. – 169с.
8. Лопырев М.И. Экологизация земледелия на ландшафтной основе. (Опыт и способы решения) / М.И. Лопырев - Воронеж, «Полиарт», 2004. – 127 с.
9. Иванов Д.А. Агрогеография (теоретические и прикладные аспекты). / Д.А. Иванов // Монография, LAP LAMBERT ACADEMIC PUBLISHING, Gmbh & Co.KG, Heinish-BocKing – Str. Saarbrucken, Doutschland, - 311 с.
10. Иванов Д.А. Ландшафтно-мелиоративные системы земледелия (прикладная агрогеография) / Д.А. Иванов, Н.Г. Ковалев // Монография, -Тверь, издатель А.Н. Кондратьев, 2017.- 310 с.

Список литературы на английском языке / References in English

1. Agroekologicheskaja ocenka zemel', proektirovanie adaptivno-landshaftnyh sistem zemledelija i agrotehnologij. [Agroecological assessment of lands, design adaptive-landscape systems of agriculture and agricultural technologies.] / Metodicheskoe rukovodstvo. Pod red. [A methodological guide. Under the editorship of] V.I. Kirjushina i A.L. Ivanova – M.: FGNU «Rosinformagroteh», 2005. -784 p. [in Russian]
2. Kirjushin V.I. Jekologicheskie osnovy zemledelija. [Ecological bases of agriculture] /V.I. Kirjushin. - M.: Kolos, 1996, - 367p. [in Russian]
3. Mil'kov F.N. Chelovek i landshafty. [Man and landscapes] / F.N. Mil'kov - M.: Mysl', 1973, - 224s. [in Russian]
4. Nikolaev V.A. Koncepcija agrolandshafta./V.A. Nikolaev [The concept of agrolandscape] //Vestnik MGU, ser.5, geografija [Bulletin of the Moscow university. Series 5. Geography]. – 1987. - №2. – P. 22–27. [in Russian]
5. Nikolaev V.A. Landshaftovedenie i zemledelie (Struktura, funkcionirovanie, jevoljucija prirodnyh i antropogennyh landshaftov.) [Landscape science and agriculture (Structure, functioning, evolution of natural and anthropogenic landscapes)] / V. A. Nikolaev // Tezisy landshaftnoj konferencii 16-19 oktjabrja 1997 g. [Landscape conference]. - M-SPb. – 1997. - P. 24 - 28. [in Russian]
6. Kotljarova O.G., Kotljarova E.G. Osvoenie landshaftnyh sistem zemledelija / [The development of landscape farming systems] / O.G. Kotljarova, E.G. Kotljarova. - Belgorod, 2006. -126 p. [in Russian]
7. Lopyrev M.I. Agrolandshafty i zemledelie [Agro-landscaping and agriculture] / M.I. Lopyrev. – Voronezh: izd-vo VGAU, 2001. -169 p. [in Russian]
8. Lopyrev M.I. Jekologizacija zemledelija na landshaftnoj osnove. (Opyt i sposoby reshenija) [Greening agriculture on a landscape basis. (Experience and solutions)]. / M.I. Lopyrev. -Voronezh, «Poliart», 2004, - 127p. [in Russian]
9. Ivanov D.A. Agrogeografija (teoreticheskie i prikladnye aspekty) [Agrogeography (theoretical and applied aspects)]. / D.A. Ivanov // Monografija, LAP LAMBERT ACADEMIC PUBLISHING, Gmbh & Co.KG, Heinish-BocKing – Str. Saarbrucken, Doutschland, 2012, - 311 p. [in Russian]
10. Ivanov D.A., Kovalev N.G. Landshaftno-meliorativnye sistemy zemledelija (prikladnaja agrogeografija) [Landscape-irrigation system agriculture (software agrogeography)]. / D.A. Ivanov, N.G. Kovalev // Monografija, -Tver', izdatel' A.N. Kondrat'ev [Book-Tver, publisher A. N. Kondratyev], 2017. -310 p. [in Russian]