Организация сельскохозяйственных территорий на эколого-ландшафтной основе

 

Современное земледелие переходит на новый этап развития – разработку и внедрение устойчивых адаптивно-ландшафтных систем. Они являются логическим продолжением зональных систем земледелия (ЗСЗ).

В основу разработки существующих ЗСЗ было положено природно-сельскохозяйственное районирование территории, которое недостаточно учитывало тесные взаимосвязи природных процессов. Между тем взаимосвязи природных и антропогенных факторов проявляются в ландшафте - относительно однородном участке географической оболочки, который выделился в ходе ее эволюции и отличается своей структурой, характерами взаимосвязей и взаимодействия между компонентами. Этот комплекс имеет один геологический фундамент, один тип рельефа, относительно одинаковый климат и условия.

ЗСЗ являлись высшей формой выражения наукоемких технологий и носили, как правило, интенсивный характер. Однако, несмотря на достигнутые положительные результаты, ЗСЗ исчерпали свой потенциал и выявили много недостатков:

- погоня за максимальной продуктивностью не всегда была экономически оправдана, а также не отвечала требованиям рынка и экологии;

- в результате нерационального применения средств химизации отмечается загрязнение почв тяжелыми металлами и недостаточной их окупаемостью;

- применяемые технические и технологические решения не обеспечили полного сохранения и повышения плодородия почв;

- неразработанность ее элементов применительно к разным уровням производственного потенциала, формам организации труда;

- слабое использование материалов по природно-сельскохозяйственному районированию страны и достижению регионального ландшафтоведения.

- слабая дифференциация способов и глубины обработки почвы в зависимости от их особенностей и природных условий;

- нарушение принципов почвозащитного использования склоновых земель;

- несовершенство землеустройства и системы машин.

Понятие "зональная" не имела достаточной определенности, так как под ей подразумевались самые различные природно-территориальные категории. Она не в полной мере соответствовала агроландшафтным условиям, глубокой адаптации агропроизводства.

Кроме того, ЗСЗ ориентированы на среднемноголетние агроклиматические параметры, которые составляют 50% лет. А это значит, что они не обеспечивают стабильности земледелия и экономической эффективности производства, особенно в острозасушливые годы.

Сельскохозяйственные угодья резко отличаются друг от друга по своим микроландшафтным свойствам, своей экологии и степенью саморегуляции. Для эффективного использования земельных угодий недостаточно общей характеристики крупных природных контуров. Необходимо выделить элементы агроландшафта (рабочие участки), имеющие существенные различия с точки зрения их использования.

На основе анализа состояния каждого земельного массива разрабатывается программа его использования, предусматривающая повышение плодородия почв, продуктивности и экологической безопасности.

В зональном разрезе соотношение сельскохозяйственных угодий в Красноярском крае проявляется очень контрастно. Так, в степной зоне под сельхозугодиями занято 78%, под лесами – 19%, а распаханность достигает 70-80%. В то же время в подтаежной зоне на долю сельхозугодий приходится 6,8%, под лесными массивами – 84%, а распаханность составляет 40-50%.

Несмотря на недостатки зональных систем земледелия, можно утверждать, что в современных условиях созданы основы практического освоения основных звеньев систем земледелия на ландшафтной основе в условиях многоукладного хозяйствования. В первую очередь это касается организации землепользования и землеустройства, совершенствования структуры посевных площадей и севооборотов, адаптация технологий обработки почвы и возделывания сельскохозяйственных культур природно-ресурсному потенциалу, совершенствование системы удобрения, развитие селекции и укрепление семеноводства, совершенствование системы машин и организационно-экономического механизма в новых условиях хозяйствования.

Резко изменившаяся социально-экономическая обстановка и обострившиеся экологические противоречия вызывают необходимость дальнейшей адаптации земледелия уже не только к природным условиям, но и к новым производственным отношениям. В этой ситуации сложившиеся методы разработки и проектирования систем земледелия уже недостаточны. Существующие почвенно-картографические материалы не отражают в должной мере геолого-геоморфологических, литологических, микроклиматических особенностей территории и структурного разнообразия почвенного покрова, не говоря уже о функциональных связях в агроландшафтах, применительно к которым должна углубляться дифференциация земледелия.

Новый подход к формированию систем земледелия предусматривает заново проведение агрогеоэкологического районирования, предполагает вместо традиционного почвенного картографирования ввести почвенно-ландшафтное картографирование с изображением структуры почвенного покрова, геоморфологии и литологии, составляющих комплексное понятие "земля".

Одним из важных положений агроландшафтной организации территории по мнению академика В.И. Кирюшина (1996) является создание устойчивой агроэкологической обстановки: повышение обводненности территории за счет сокращения поверхностного стока и усиления внутрипочвенного, снижение интенсивности эрозионных процессов, ослабление силы ветра, равномерное снегозадержание, повышение относительной влажности воздуха, защиту орошаемых земель от заболачивания, резервация для птиц, зверей, энтомотофагов, создание благоприятных условий для сельскохозяйственных животных (зеленые зоны), озеленение производственных и социально-бытовых объектов, облесение водоемов.

Эколого-ландшафтный принцип организации земель в системах земледелия заключается в сбалансированном соотношении экономики и экологии в переходе от традиционной зонально-прямолинейной организации территории к контурно-ландшафтной.

Необходимо изменять взаимоотношения «человек – агроэкосистема», учитывать ошибки прошлого и настоящего специалисты пока недостаточно осознают происходящих в ландшафтах. Для построения адаптивно-ландшафтной системы земледелия (АЛСЗ) необходимы решение следующих задач:

- агроэкологическая оценка сельскохозяйственных культур и земель;

- формирование агроэкологических типов земель, близких по условиям возделывания сельскохозяйственных культур;

- разработка новых вариантов агротехнологии: севооборотов, систем обработки почвы, удобрений,системы защиты растений;

- эколого-ландшафтная организация сельскохозяйственных угодий, формирования структуры пашни и систем севооборотов применительно к этой агроландшафтной группе (рис. 2.1).

 

Рис. 2.1 Механизм формирования адаптивно-ландшафтной системы земледелия

Если раньше разработка зональных систем земледелия осуществлялась "сверху вниз": край - район - хозяйство, то при разработке адаптивно-ландшафтной системы эта работа должна производиться по принципу "снизу вверх": фация или рабочий участок - массив земель - ландшафтное урочище - ландшафтная местность. Такой метод свидетельствует о необходимости гибкого и осторожного подхода к разработке и освоению ландшафтных систем земледелия.

В основу разработки и классификации АЛСЗ положено природно-сельскохозяйственное районирование территории, характеристика и оценка агроэкологических условий ландшафтов, уровень интенсификации (адаптации) агротехнологий, а так же способ землепользования и воспроизводство плодородия почвы. В связи с этим АЛСЗ подразделяются на экстенсивные, нормальные, интенсивные и высокоинтенсивные. Важнейшей составляющей систем земледелия является соотношение зернопроизводства, кормопроизводства и животноводства.

Устройство ландшафтов тесно связано с землеустройством. Организация территории оказывает существенное влияние на охрану и рациональное использование земель.

Достоинства эколого-ландшафтного землеустройства в сравнении с обычными методами устройства территории заключаются в лучшем соответствии требованиям развития экономики и природопользования, многовариантность решений создания моделей технологии возделывания сельскохозяйственных культур. При агроландшафтном подходе учитывается ряд общих требований:

- детальный комплексный анализ эколого-ландшафтных и агроэкологических свойств территорий посредством специального районирования и классификации земель;

- тщательный учет факторов:

а) природных – тепло и влагообеспеченности, геоморфологии, литологии, почвенного покрова, гидрологического режима, микроклимата;

б) социально-экономических – ресурсного потенциала, форм организации производства, труда и управления, демографической ситуации, инфраструктурной обеспеченности;

в) технико-технологических условий – применения высокопроизводительных машин и орудий, ресурсосберегающих и интенсивных технологий;

г) эколого-ландшафтное обоснование – это обоснование состава проектируемых мероприятий и решения задач по устойчивости организации территории, специализации и управления производством.

Для освоения АЛСЗ составляет пакеты агротехнологий, соответствующие агроэкологическим типам земель и уровням интенсификации. Для этого проводится более детальная агроэкологическая характеристика и оценка земель.

Ландшафтное земледелие - система земледелия, где экологически сбалансировано функционирование природных и антропогенных компонентов (рельеф, климат, почва, вода, естественный растительный покров, посевы сельскохозяйственных культур, многолетние насаждения, мелиоративные сооружения и т. д.) ландшафта с хозяйственной деятельностью человека.

Цель разработки ландшафтной системы земледелия, заключается в получении наибольшей (нормативно-приемлемой) продукции, но достигаться она должна на основе максимально возможного сбалансированного использования ресурсного потенциала без ущерба для окружающей среды.

Ландшафтный приоритет систем земледелия требует соответствующего статуса севооборота, организации территории, почвоводоохранной обработки почвы, максимальное использование природных и антропогенных ресурсов.

При этом принципиальное значение приобретает территориальная и временная устойчивость агроландшафтов, доля в них пашни и других угодий строго дифференцированное технологическое использование ландшафтных компонентов.

Эффективность интенсификации ландшафтного земледелия контролируется как экологической рентабельностью применения факторов интенсификации, так и состоянием долговременного экологического "здоровья" агроландшафтов.

Научно-обоснованная оптимизация агроландшафтов и основанное на этом эффективное земледелие требуют коренного изменения существующего ныне землеустройства. Землеустройство не может быть уравнительным, оно безусловно должно быть: дифференцированным, комплексным, высокотехнологичным, системно адаптивным.

Наиболее актуальным вопросом при создании эколого-ландшафтной территории является определение оптимального соотношения пашни, сенокосов, пастбищ, лесных массивов и водных объектов. В таблице 2.1 показано современное соотношение сельскохозяйственных угодий в некоторых субъектах РФ. Как правило, в развитых странах распахивается не более 50-55% территорий, пригодных для земледелия. Остальная площадь занята кормовыми угодьями, лесами, населенными пунктами, дорогами и т. Д. При этом сохраняется экологически допустимый баланс между угодьями.

Для сравнения, в Красноярском крае распаханность сельскохозяйственных угодий в ряде районов лесостепной и степной зон достигла 70-80%, в подтаежной – 40-50%. Такое состояние в лесостепи оценивается как критическое, а в подтайге – относительно благополучное.

 

Таблица 2.1. – Современное соотношение сельскохозяйственных

угодий в некоторых регионах РФ

Регион	Лес +луг (сенокосы и пастбища), %	Пашня, %
Алтайский край	40-75	25-60
Курская область	33	67
Краснодарский край	10	90
Хакасия	90	10
Красноярский край	60	40

 

По влиянию на процессы минерализации гумуса и почвообразования полевые культуры существенно различаются. Наибольшие среднегодовые потери гумуса наблюдаются под чистым паром и пропашными (1,5-2,5 т/га), средние – под зерновыми и однолетними травами (0,4-1,0 т/га). Под основными почвообразователями – многолетними травами – сокращение запасов гумуса не происходит или отмечается его увеличение на 0,3-0,6 т/га. В результате несбалансированной структуры посевных площадей общая потеря гумуса почв превышает его накопление.

Для лесостепной зоны Красноярского края в пределах административных районов рекомендуется иметь:

- на равнинах 55-60% пашни, 9-10% леса, в том числе 3-4% под лесополосами, 6% под сенокосами, пастбищами, залежами;

- на пересеченной местности (при склонах длиной 400-600м и крутизне до 5-7⁰) 50-55% пашни, в том числе 20-25% под многолетними травами, 11-12% леса, в том числе 5-6% под лесополосами, 40% под сенокосами, пастбищами, залежами;

- для таежной зоны доля пашни уменьшается на 5%;

- для степной зоны целесообразно иметь 45% пашни, 5% защитных лесных насаждений и 50% естественных кормовых угодий. Несоблюдение указанного соотношения угодий в агроландшафтах приведет к образованию неустойчивых землепользований и развитию деградации почв и земель.

Важнейшей характеристикой устойчивости агроландшафтов является лесистость пахотных угодий. Научные проработки последних десятилетий определили, что для устойчивого природопользования удельный вес защитных лесных насаждений должен быть в сухой степи не менее 7%, в степи 5 и в лесостепи 4%. С увеличением сухости климата, защищаемые лесными полосами площади полей должны уменьшаться, что достигается сокращением расстояния между основными лесополосами.

Следующим важным моментом оптимизации агроландшафтов является определение размеров хозяйств, полей, рабочих участков.

Вполне очевидно, что земля, материальные ресурсы, рабочая сила – должны находиться в определенном соотношении и быть сбалансироваными. Размеры хозяйств в большой мере зависят от специализации.

Крупное сельскохозяйственное предприятие с экономических позиций при прочих равных условиях всегда выгоднее мелкого хозяйства. В настоящее время это положение признается и отечественными и зарубежными учеными-экономистами. Гораздо рентабельнее вести хозяйство на одной или нескольких тысячах гектаров, нежели на 100 или даже 300-500 гектарах. Причина эффективности кроется в том, что основное средство производства в сельском хозяйстве – земля, которая требует в крупном по площади предприятии существенно меньше затрат на единицу производимой продукции, нежели в мелком. Это особенно справедливо для зернопроизводящих хозяйств, которые в Красноярском крае преобладают. В мелкотоварном фермерском хозяйстве невозможно эффективно использовать крупную технику и помещения. Мелкое предприятие зачастую не располагает средствами на расширенное воспроизводство, наконец, оно не устойчиво к экономическим кризисам, так как неспособно в силу узкой специализации переориентировать свое производство.

Что касается площади участков и полей, то в этом случае необходимо учитывать следующие рекомендации:

– участки площадью 1-3 га не пригодны для использования под пропашные культуры, а возделывание на них зерновых связано с большими дополнительными затратами труда;

– затруднено использование техники на участках площадью 3-5 га;

– технологически целесообразными считаются участки размером от 50 до 100 га;

– важный технологический показатель – длина гона. При длине гона менее 150 м использование современной техники затруднено. Длина гона 150-200 м приемлема для выращивания зерновых культур, многолетних и однолетних трав, но малопригодна для механизированного возделывания пропашных культур, для которых гоны должны быть более 300 м;

– минимальный радиус контурных границ технологических участков должен составлять 50-70 метров. При меньшем радиусе возникают трудности в обработке участков, остаются огрехи и недопаханные клинья.

При создании рабочих участков и полей необходимо учитывать мезорельеф местности. Интенсивная эрозия развивается, как правило, на склонах более 2-3⁰. Считается, что при уклоне 1-2⁰ эрозия не проявляется, а склоны различной крутизны необходимо использовать дифференцированно:

- при уклоне 2-3⁰ – необходимо ограничение доли пропашных культур;

- при уклоне 3-5⁰ – необходимо исключить возделывание пропашных культур;

- при уклоне 5-7⁰ вводят почвозащитные севообороты;

- при уклоне более 7⁰ применяют сенокосно-пастбищное использование земель;

- склоны более 7⁰ выводятся из пашни.

Необходимо также учитывать степень эрозионной опасности склонов: прямой – 1,00; выпуклый – 1,25-1,50; вогнутый – 0,50-0,75.

При отсутствии стока осадков, смыва и дефляции посевы целесообразно дифференцировать относительно сторон света. В лесостепи наилучшим считается направление посевов с северо-запада на юго-восток.

В условиях усиления континентальности климата необходимо учитывать расположение склонов относительно сторон света. Применительно к Красноярскому краю наилучшие условия для возделывания зерновых культур складываются на землях плато, южных и восточных склонах, а в засушливых условиях и в ложбинах. Возделывание яровой пшеницы на почве северных и западных склонов, а при влажных условиях и на почве ложбин, приводит к снижению продуктивности культуры. При засушливых погодных условиях влияние мезорельефа на продуктивность зерновых культур проявляется сильнее, чем при избытке влаги. Разработаны коэффициенты, отражающие продуктивность земель в зависимости от их местоположения в мезорельефе (табл. 2.2).

Таблица 2.2 – Коэффициенты продуктивности земель в зависимости от условий мезорельефа (крутизна склонов 4-6⁰)

 

Условия рельефа	Коэффициент	Условия рельефа	Коэффициент
Плато	1,00	Северо-западный склон	0,80
Южный склон	1,05	Северо-восточный склон	1,00
Юго-западный склон	0,90	Западный склон	0,80
Юго-восточный склон	1,10	Восточный склон	1,15
Северный склон	0,85	Ложбина	1,00

 

Эффективность использования минеральных удобрений меняется в зависимости от экспозиции склонов. Отзывчивость растений на минеральные удобрения, как правило, выше на северных склонах в связи с более высокой их влагообеспеченностью.

Рельеф также влияет на технологические и посевные качества зерна пшеницы. При влажных погодных условиях на почве разных элементов мезорельефа формируется зерно, отличающееся по содержанию клейковины на один класс качества. Наиболее качественное зерно образуется на почве склона южной экспозиции. В условиях склонов северной экспозиции получаются семена с пониженной на 19-23% всхожестью.

В последние годы для анализа и оптимизации использования земельных ресурсов все более широко используются данные компьютерного моделирования и, в частности, технологии Географических информационных систем (ГИС), которые позволяют на современном техническом уровне анализировать одновременно большое количество факторов, оказывающих влияние на специфику землепользования, причем все факторы анализируются с учетом их пространственного варьирования.

Стратегия анализа природно-ресурсного потенциала земель для отдельного хозяйства должна начинаться с создания базы данных земельных ресурсов, то есть земельной географической информационной системы (ЗГИС). Основными компонентами базы данных ЗГИС являются цифровая модель рельефа (ЦМР), почвенная карта, карты микроклимата, земельных угодий, транспортных путей, гидрографической сети, населенных пунктов, изображения территории на аэрофотоснимках.

После создания ЗГИС, первым этапом анализа является почвенно-экологическое функциональное зонирование территории (ПЭЗ). Целью ПЭЗ является наложение ограничений на использование земель в зависимости от фактического состояния экологического функционального потенциала почв (рис. 2.2).

. В соответствии с этим выделяются следующие основные функциональные зоны.

1. Зона использования земель в режиме сохранения распространяется для регионов где почвенный покров несет основную функциональную нагрузку. Режим сохранения – это не "консервация" тех или иных территорий, а особая форма эксплуатации почв, направленная главным образом, на сохранение экологического функционального потенциала почв.

2. Зона экономически целесообразного использования земель. К этой зоне относятся территории, почвенный покров которых состоит из почв второй группы. Землепользование на данной территории должно быть организовано лишь с учетом анализа пригодности почв под желаемые, экономически допустимые и экологически разумные виды использования.

Рисунок 2.2 – Схема создания земельной географической информационной системы

 

3. Зона экологически адаптивного использования земель. Эта зона объединяет почвы третьей группы (с измененными ландшафтно-сберегающими функциями). При организации землепользования в пределах данной зоны также необходим учет пригодности почв под конкретные виды использования, но при этом должен учитываться и факт экологической важности почв для ландшафта в целом. Это выражается в наличии определенных дополнительных ограничений на использование земель. Некоторые виды использования земель являются запрещенными для данной зоны в связи с тем, что подобное землепользование может привести к нарушению ландшафтно-сберегающих функций почв и, соответственно, к неконтролируемым изменениям иных компонентов ландшафта.

4. Зона использования земель в режиме восстановления. Данная зона включает почвы четвертой группы, которые обладали обще-биосферными и ландшафтно-сберегающими функциями, но в результате нерационального использования они были нарушены, либо утрачены. Землепользование на данной территории должно быть организованно таким образом, чтобы придать почвам тренд к восстановлению их экологических функций.

Дальнейший анализ пригодности земель под угодья и оценка деградационных рисков строятся с учетом результатов ПЭЗ. Проводится отбор свойств земель (климатических, почвенных, рельефных), которые в принципе могут лимитировать конкретный тип землепользования, или же предопределять возможность активизации деградационных процессов. На основе этой информации создается алгоритм анализа пригодности или деградационного риска. Полученные карты пригодности и оценки рисков используются для геоинформационного моделирования размещения угодий в пределах хозяйства. Выделяются несколько основных моделей.

«Оптимальная» модель. В рамках модели делается попытка выделить земельные участки, которые можно считать оптимальными для того или иного типа угодий или для возделывания какой-либо из анализируемых культур. К подобным участкам относятся земли, охарактеризованные самым высоким классом пригодности и минимальными экологическими рисками. Эти земли можно рассматривать как наилучшие. По данным анализа дополнительно получают сведения об общем уровне оптимальности территории для сельскохозяйственной деятельности.

Модель «наилучшего типа использования земель». В рамках второй модели строится карта размещения угодий и посевов, которая основана на принципах поиска наиболее экологически безопасного и наименее затратного сценария системы землепользования. В результате моделирования получаются данные о наилучшем использовании земель. В отличие от первой модели, при подобном моделировании структуры землепользования во многих случаях потребуются дополнительные вложения на поддержание устойчивости ландшафтов, на преодоление воздействия лимитирующих факторов и некоторых экологических рисков.

«Экологически безопасная» модель базируется на принципе «максимальная экологическая безопасность – максимальная пригодность». То есть, модель отражает такое размещение угодий и посевов, при котором достигается максимальная экологическая безопасность.

«Максимально продуктивная» модель. В рамках четвертой модели реализован принцип «максимальная пригодность (продуктивность) – минимальный экологический риск». Следовательно, приоритет в этом варианте отдается достижению максимальной продуктивности, и лишь затем, при равенстве ее, оценивается экологическая безопасность.

Далее, в рамках конкретной модели, для земель, используемых в качестве пахотных угодий, осуществляется анализ потенциальной урожайности основных сельскохозяйственных культур. С этой целью используется метод математического моделирования роста культур, сопряженный с технологиями ГИС.

В качестве примера приводятся модели урожайности яровой пшеницы по пару, по природным зонам. Открытая лесостепь: Y= -0,0028 X₁²+0,9497 X₁-48,8506; закрытая лесостепь: Y= -0,0029X₁²+0,9515 X₁-47,4798; подтайга: Y= 0,0016 X₁²-0,8766 X₁-138,6910, где: Y-урожайность яровой пшеницы, X₁ - весенние запасы продуктивной влаги метрового слоя почвы; X₂ - ГТК за вегетацию. На основе моделирования делается обобщающее заключение о размещении сельскохозяйственных культур.

Организация территории на эколого-ландшафтной основе позволяет определить ресурсный потенциал земель, интенсивность ведения земледелия, осуществлять правильный подбор культур (в т.ч. специализацию) с учетом их почвозащитного действия, конъюнктуры рынка и потребности хозяйства в определенных видах продукции.