Агроэкосистем оптимизация

Агроэкосистем оптимизация (оптимизация АгрЭС), метод комплексной организации сельского х-ва, обеспечивающий воспроизводство плодородия почв. Агроэкосистемная оптимизация подразумевает установление такого соотношения между ее компонентами и пространств, структурой их размещения, при к-ром будет достигнуто приближение АгрЭС к самовоспроизводящейся системе.

Почва является гл. компонентом АгрЭС, но она в то же время связана с др. ее компонентами: в 1-ю очередь с с.-х. ж-ными, лесом, многолетними травянистыми естеств. и полуестеств. сообществами. Все эти компоненты АгрЭС связаны потоками вещества и энергии. По этой причине невозможно решить проблему управления плодородием почв вне общеэкол. контакта. Понимание этого характерно для рус. традиций почвоведения (работы В. В. Докучаева, В. Р. Вильямса, великого рус. агронома А. Т. Болотова, к-рый в нач. 19 в. первым обосновал понятие оптим. соотношения между площадями пашни, естеств. кормовых угодий, а также поголовьем скота с целью обеспечения макс. дохода при сохранении плодородия почв).

Челябинская обл. занимает терр. 88,3 тыс. км2, из к-рых 56,6% — с.-х. угодья, разнообразные по природным условиям (от лесной зоны до юж. степей). Длит. нерацион. использование агроресурсов привело к формированию отрицат. балансов практически по всем составляющим: органич. веществу, интенсивности процессов почвообразования и смыва, содержанию в почвах осн. элементов минерального питания. Ухудшились агрофиз. свойства почвы; пастбища истощены бессистемным выпасом скота. Кроме того, интенсивное развитие пром-сти, радиоактивное загрязнение обширных терр. усугубили состояние почв.

Сельское х-во Южного Урала на рубеже 20 и 21 вв. характеризуется снижением пр-ва продукции растениеводства и жив-ва, что прежде всего связано с истощением плодородия почв. За 20 в. содержание гумуса в черноземах Чел. обл. сократилось в 2 раза. Экол. анализ состояния сельского хозяйства показывает, что потребность в энергетич. затратах особенно интенсивно возрастает в тех случаях, когда почвы нарушены или деградированы, агроландшафты экологически не обустроены, катастрофически снижено биоразнообразие АгрЭС.

Стало очевидным, что нельзя обеспечить воспроизводство плодородия почв, воздействуя только на пашню. Экологически оптимизир. агроценозы и АгрЭС позволят обеспечить устойчивое развитие сельского хозяйства и решить проблему прод. безопасности (см. Продовольственная безопасность Челябинской области).

Почва в с. х-ве является гл. аккумулятором солнечной энергии; при разложении растит. остатков происходит образование гумуса (это осн. показатель почв, плодородия). При распашке почвы и вовлечении ее в с.-х. использование происходит постоянный отток элементов минерального питания, уменьшается поступление в почву биомассы растений, усиливается процесс минерализации, что приводит к сокращению гумуса.

В Чел. обл. ежегодные потери гумуса при распашке почв в степной и лесостепной зонах в ср. составляют 1,07 т/га. Для степной и лесостепной зон, где влага является лимитирующим фактором, после вовлечения целинных земель в с.-х. оборот приток органич. вещества снижается, происходит преобладание процесса минерализации над гумификацией.

При распашке почв в горно-лесной зоне области потери гумуса происходят из-за водной эрозии, усугубляемой нарушениями агротех-нологии. Деградация почв на Юж. Урале происходит в осн. из-за высокой антропогенной нагрузки на почвы и ландшафты, разбаланси-рованности АгрЭС; особенно быстро деградируют почвы в результате уменьшения кол-ва вносимых органич. и минеральных удобрений.

Сложившееся положение во всех агрозонах выдвигает такой экол. императив, как повышение содержания гумуса путем его расшир. воспроизводства (табл. 1).

Для поддержания компенсир. баланса гумуса в почвах области ср. норма органики в пересчете на навоз (для серых лесных почв) должна составлять 8,0 т/га, для выщелоч., обыкнов. и юж. черноземов — 7,5-8,0 т/га. Антропогенная трансформация земельных ресурсов приводит к значит, уменьшению плодородия почв, в т. ч. и на с.-х. угодьях, огромные площади к-рых начиная с периода освоения целинных и залежных земель (1950-60-е гг.) были необоснованно вовлечены в пашню. Эта тенденция усилилась в 1970-80-х гг., когда на полях появилась мощная широкозахватная техника и в пашню были вовлечены низкопродуктивные сенокосы и пастбища.

В 1939-89 доля пашни в структуре с.-х. угодий увеличилась на 18%.

В 2002 низкопродуктивные земли (солонцы, солончаки, солоди, высокоэродир. почвы, почвы, подверж. агрохим. деградации, за-грязн. тяжелыми металлами и радионуклидами, высокощебенистые и т. п.) составляли более 30%. Состояние таких земель требует настоят. их трансформации. В области такая трансформация проводится, в результате чего за 1999-2001 площадь пашни сократилась на 111,1 тыс. га. Однако у этого явления имеется и отрицат. сторона: пашня переводится в пастбища и др. сельхозугодья стихийно, без учета агрохим., агрофиз. и иных показателей, отражающих качество земель.

Среди проблем деградации земель под влиянием хоз. деят-сти человека на 1-м месте стоит эрозия почв (табл. 2).

Осн. причины эрозии — нарушение структуры использования земель (иными словами, неоптимальное соотношение площадей пахотных, луговых и лесных угодий). Общая площадь эродир. и эрозийно опасных земель составляет 1441,8 тыс. га, т. е. 43% всех с.-х. угодий области. Только из-за эрозии ежегодные недоборы зерна составляют ок. 200-300 тыс. т. Экол. императив требует исключения сильноэродир. земель из интенсивного с.-х. использования.

На землях ср. степ. эродированности должны быть введены спец. севообороты с использованием многолетних трав, промежуточных культур, сидератов, поликультур. Исслед., провед. в сев. лесостепной зоне области, показали, что яровой рапс как промежуточная культура при урожайности 100 ц/га может синтезировать до 36 ц/га сухого вещества, 33,7 — азота, 13,7 — фосфора, 60,2 — калия. Это эквивалентно внесению в почву 10 т навоза. Опытами выявлено, что горохоовсяные и викоовсяные смеси при урожае 160 ц/га оставляют в почв. слое 20-30 ц/га сухого вещества, в к-ром 60% приходится на корни и 40% — на стерню.

Для положит, баланса гумуса необходимо, чтобы в почву поступало не менее 7-10 т/га органич. вещества. В лесостепных зонах области насыщенность агроценозов промежуточными культурами или смеш. посевами до 30% площади пашни в севооборотах увеличивало ср.-год. поступление органич. вещества за 3-летнюю ротацию на 35-40% и 29—30% соответственно.

Наибольшая часть из 1907,7 тыс. га естеств. сенокосов и пастбищ области находится в засушливых юж. лесостепной и степной зонах. Заболоч. сенокосы и пастбища составляют соответственно 6,5 тыс. и 19,4 тыс. га, покрытые кочками — 1,8 тыс. и 4,2 тыс. га, заросшие кустарником и мелколесьем — 10,8 тыс. и 21,7 тыс. га. На солонцовых и солончаковых почвах расположено 555,7 тыс. га сенокосов и пастбищ (85% — в степной зоне).

Св. 100 тыс. га пастбищ — каменистые или имеют выходы на поверхность горных пород. Большую площадь занимают угодья, находящиеся на склонах с щебенистыми почвами. Высокая нагрузка, бессистемный выпас скота и отсутствие соответствующего ухода на большей части терр. вызвали дигрессию — изменение состава растительности и свойств почвы, в результате чего ценные кормовые растения исчезают, уступая место устойчивым к внеш. воздействиям малосъедобным. Таких пастбищ в области 15—20%. Более 58% площадей пастбищ можно отнести к 4-й степ, деградации.

Таким образом, плодородие почв Юж. Урала истощается, в связи с чем снижается кол-во производимой продукции и происходит ее удорожание вследствие необходимости компенсирования потерь антропогенными вложениями. Отсюда высокая энергозатратность и неконкурентоспособность сельского хозяйства области на рынке. Это определяет насущность создания оптимизир. агроценозов и агроэкосистем как гл. условия воспроизводства почв. плодородия.