УСТОЙЧИВОСТЬ АГРОЭКОСИСТЕМ ПРИ РАЗНЫХ СИСТЕМАХ ЗЕМЛЕДЕЛИЯ

Разнообразие форм техногенного и аграрного воздействий, увеличивающиеся масштабы и объемы антропогенной нагрузки, наличие многочисленных негативных изменений в почвах, свойства, режимы и функции которых стали отличаться от аналогичных показателей реликтовых или эталонных почв, послужили основанием говорить о патологии почвы. Не менее справедливым будет утверждение о патологическом состоянии большинства современных агроэкосистем, основные компоненты которых подвержены той или иной форме антропогенного воздействия и находятся в конечных зонах устойчивости, граничащих с потерей этого качества. Подобное состояние агроэкосистемы напрямую связано со стратегическими и тактическими издержками, которые характерны для аграрной деятельности человека и проявляются в характере землепользования и культивирования агроэкосистемы. К настоящему времени в науке и практике сформировались две противоположные концепции использования агроэкосистем и управления ими, базирующиеся на традиционной и биологической системах земледелия.

Использование традиционной системы земледелия с широким применением агрохимикатов – обязательное условие поддержания высокой продуктивности агроэкосистемы, что компенсирует возможные экологические издержки. В рамках этой концепции приоритетными являются агрономический и экономический критерии. В первом случае рассматривается величина прибавки урожая основной продукции сельскохозяйственных культур, а во втором – окупаемость материальных и финансовых затрат получаемой продукцией.

Считается, что интенсификация традиционных систем земледелия не только не является причиной деградации компонентов агроэкосистемы, но и обеспечивает более высокий уровень их стабильности, предотвращение снижения природного плодородия почв. Ущерб плодородию почвы и окружающей среде, причиняемый несбалансированным применением избыточных доз пестицидов, удобрений и мелиорантов, использование тяжелой техники в районах с повышенным увлажнением., нарушениями зональных технологий возделывания культур и мелиорации почв, характерен для нерационального или экстремального земледелия, в котором интенсивность упрощенно понимается как концентрация ресурсов в расчете на единицу площади без учета степени и качества их использования. В действительности в интенсивном земледелии повышение урожайности культур обеспечивается благодаря эффективному использованию средств химизации, биологических способов защиты растений, мелиоративных приемов, внедрению прогрессивных технологий, учитывающих зональную почвенно-экологическую специфику, что в конечном счете способствует повышению плодородия почв и охране агроландшафтов от загрязнения и деградации. Хотя эти положения весьма логичны и подтверждены экспериментально, закономерен вопрос, почему в странах с интенсивно развитым аграрным сектором и высоким уровнем энергонасыщенности и технологичности сельскохозяйственных операций, базирующихся на последний научных достижениях, экологическая ситуация остается достаточно напряженной, что дает повод усомниться в безопасности традиционных систем земледелия и осознать необходимость разработки альтернативных производственных систем, из которых наиболее известна биологическая система земледелия.

На первых этапах развития такой системы земледелия приоритетным направлением было получение высококачественной растениеводческой продукции главным образом благодаря отказу от использования инсектицидов и применению биологических и агротехнических способов защиты растений. В последние годы биологическую систему земледелия рассматривают в более широком плане – как составную часть концепции экологически чистой окружающей среды, расширяя тем самым круг ограничений на применение агрохимикатов, включая и синтетические удобрения. Введение элементов биологического земледелия, как правило, приводит к снижению экономических показателей производства, росту энергозатрат на получение единицы продукции, увеличению объема работ и их усложнение по сравнению с традиционной системой. Согласно разным оценкам в результате отказа от минеральных удобрений в биологическом земледелии недополучают 40 % продукции, а затраты труда возрастают на 25…30%. Однако реальное внедрение идей биологического земледелия в практику, несмотря на всю их привлекательность, сдерживается не только проблемами экономического характера, сколько отсутствием надежной теории, объясняющей механизмы функционирования агроэкосистемы и пределы ее устойчивости в условиях «биологизации» сельскохозяйственных технологий, недостаточным числом факторов, подтверждающих более высокое качество продукции, получаемой при биологической системе земледелия, по сравнению с традиционной, а также слабостью доводов в пользу более высокой вредности химических элементов, содержащихся в синтетических удобрениях, по сравнению с природными соединениями. Например, согласно принципам биологического земледелия азот вносится в почву в виде органических удобрений, которые представлены в основном экскрементами животных, содержащими большое количество мочевины. В то же время в биологическом земледелии не рекомендуется использовать мочевину, получаемую синтетически. Кроме того, сокращение объемов производства растениеводческой продукции в биологическом земледелии приходится компенсировавать увеличением посевных площадей в ущерб естественным экосистемам. Поэтому в действительности при традиционной системе земледелия степень аграрной нагрузки на единицу площади угодий может быть даже ниже, чем при биологической. Серьезным недостатком является также присущее биологической системе земледелия отрицательное сальдо в балансе фосфора и калия, что негативно сказывается на питательном режиме почвы.

Учитывая преимущества и недостатки этих двух противоположных концепций, многовариантность форм антропогенного давления на агроэкосистемы и стремление интенсифицировать все стадии производства сельскохозяйственной продукции, а также принимая во внимание значительное ухудшение качества окружающей среды, следует признать необходимой разработку новой системы земледелия, эффективность которой соответствовала бы более широкому спектру критериев.

Разрабатываемые мероприятия должны характеризоваться не только агрономической и экономической эффективностью, но и технологической осуществимостью, экологической допустимостью и энергетической целесообразностью, обеспечивать сбережение и воспроизводство природных ресурсов. Естественно, что в каждом конкретном случае эта система критериев может быть расширена путем включения таких показателей, как физиологическая эффективность и качество продукции, или, наоборот, сокращена. Хотя с помощью приведенных критериев можно получить более полную информацию о функционировании агроэкосистемы, использование их в едином комплексе сопряжено с преодолением ряда объективных трудностей. Во-первых, функциональные решения на основе одних критериев могут не совпадать или даже противоречить полученным на основании других. Во-вторых, ряд критериев (ресурсный, экологический, технологический, качество продукции) достаточно сложно формализовать и качественно оценить из-за многообразия параметров, характеризующих эти свойства, и полифункциональности действия природных и антропогенных факторов на компоненты агроэкосистемы. Так, максимальная эффективность агроэкосистемы по одному из предложенных критериев вовсе не означает отсутствия каких-либо нежелательных моментов в ее функционировании.

Например, получение максимального урожая с помощью увеличения доз минеральных удобрений и других средств химизации сопровождается нежелательным нарушением в состоянии окружающей среды. Наибольший экономический эффект обеспечивают, как правило, низкие и умеренные дозы минеральных удобрений, а окупаемость прибавкой урожая высоких доз резко снижается.

Осуществление противоэрозионных мер является средством сбережения ресурсов агроэкосистемы и оптимизации качества окружающей среды, однако достижение минимальной нормы допустимого смыва практически нереализуемо из-за резкого возрастания текущих и капитальных затрат. Иными словами, обеспечение экологической чистоты агроландшафтов не должно выходить за рамки разумных технологических решений и экономических затрат.

Следовательно, современное управление устойчивостью агроэкосистемы и использование для этого практических средств должны предусматривать достижение разумного компромисса между количеством продукции, ее качеством, масштабами затрачиваемых природных и технических ресурсов и нарушениями в окружающей среде. Эти параметры в своей совокупности характеризуют новый тип современного земледелия – адаптивный, под которым понимают экологическую дифференциацию агротехнологий, направленную на достижение высокой степени соответствия агарных форм деятельности природным механизмам саморегуляции экосистем путем оптимизации или компенсации внешних и внутренних факторов и свойств, лимитирующих развитие продуцентов агроэкосистемы. В отличие от альтернативного земледелия, которое предполагает приоритете какого-либо одного критерия, адаптивно-компромиссное направлено на достижение рациональной сбалансированности критериев и представляют собой промежуточную форму между биологическим и традиционным типами земледелия. Для адаптивно-компромиссного земледелия характерно смещение акцентов в стратегии оптимизации минерального питания растений. При этом предусматривается создание условий и осуществление различных типов регуляции режима минеральног питания, обеспечивающих максимальное включение питательных элементов в продукционный процесс и адаптацию динамики их поступления к динамике реальных потребностей в них растений. Реализация этой стратегической задачи должна обеспечивать максимизацию урожая, повышение качества продукции или сохранение оптимального уровня этих показателей, сокращение удельных затрат питательных веществ из удобрений и из почвы на формирование единицы урожая и минимальную нагрузку на окружающую среду.

При формализации критериев оценки функционирования агроэкосистемы в целом или отдельных ее компонентов и их слагаемых используют разные подходы и параметры, что затрудняет их унификацию и количественную воспроизводимость. Основным способом оценки происходящих в агроэкосистеме изменений является сравнение параметров, характеризующих состояние ее слагаемых, с эталонными вариантами. Создается соответствующая стандартная шкала, по которой отмечается разница между состоянием среды при воздействии какого-либо фактора и без его воздействия. Однако такой подход не совсем корректен, поскольку не отражает исходных различий, характерных для природной и сельскохозяйственной экосистемы, а также динамику разнообразных форм человеческой деятельности и реакции на них агроэкосистем. Поэтому для оценки функционирования агроэкосистемы используют ряд специальных критериев. В качестве критериев оценки влияния сельскохозяйственной деятельности на агроэкосистемы предложено использовать показатель экологичности земледелия (К_э.з.), для расчета которого служат следующие характеристики: урожай культур (У) и их количество (п), коэффициент гумификации растительных остатков (К_r), масса вносимых органических удобрений (М_о) и коэффициент их гумификации (К _о), масса минерализации гумуса и количество пожнивных остатков (М_м.п.), масса потерь гумусовых веществ за счет эрозии (М_э.в.), масса расхода гумуса на формирование урожая (М_r.ую), коэффициенты, выращающие повторяемость культуры за ротацию севооборота (К_р) и долю данной культуры в севообороте (К_д). При использовании этих параметров в модели

Было показано, что в результате эрозии и насыщенности севооборотов техническим культурами происходит активный расход гумуса, а низкое значение К_э.з. (0,3…0,4) свидетельствет о недостаточной экологичности используемых систем земледелия. В качестве индикаторов показателей экологичного состояния экосистем и устойчивости почв к стрессовому воздействию загрязнителей наряду с содержанием органического вещества часто используют такие величины, как размеры почвенных частиц и рН почвенного раствора, с помощью которых оценивают стрессовую емкость почвы. Интегральную характеристику реакции растений на минеральные удобрения дают показатели их агрономической и физиологической эффективности (АЭ и ФЭ), а также эффективности усвоения (ЭУ) питательного вещества, которую чаще называют коэффициентом использования действующего вещества удобрения. В первом случае определяют затраты питательного вещества удобрения на формирование прибавки урожая основной продукции (I), во втором - затраты дополнительного использования элемента питания в удобренном варианте на формирование урожая (II); эффективность усвоения питательных веществ растениями характеризует отношение прибавки общего выноса элементов, получаемой от применяемого удобрения, к его дозе (III):

Для характеристики пределов экологического насыщения агроэкосистемы биогенными элементами, а также определения их миграционно-аккумуляционной способности целесообразно определять состояние баланса макро- и микроэлементов в ландшафтно-геохимических структурах. В пределах агроэкосистемы рассчитывают показатель интенсивности баланса макроэлементов, который представляет собой величину возмещения выноса элементов растениями дозой удобрения. Результаты исследований показывают, что снижение этой величины до 60% свидетельствуют об истощении актуального плодородия почвы.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: