Эколого-ландшафтная основа

Современное земледелие переходит на новый этап развития – разработку и внедрение устойчивых адаптивно-ландшафтных систем. Они являются логи-ческим продолжением зональных систем земледелия. Научно-обоснованное ведение земледелия требует большого объема знаний в области организации и управления системами земледелия и технологическими процессами, основанными на балансе экологии и экономики, и предусматривающие при этом сохранение природного агроэкологического потенциала и рост валовых сборов сельхозпродукции. Для устойчивого ведения земледелия и воспроизводства агроресурсов (влага, элементы питания, органическое вещество, физические свойства почвы) необходимо формировать экологически сбалансированные агроландшафты и более глубоко адаптировать к ним техно-логические процессы. Эффективность организации землепользования любой территории необходимо оценивать через ее соответствие природно-ресурсному потенциалу зе-мель. В идеальном случае (при полном соответствии) природно-ресурсный потенциал земель используется максимально полно, отсутствует необходимость дополнительных вложений на поддержание устойчивости ландшафтов, вероятность возникновения нежелательных экологических последствий стремится к нулю. Как правило, подобное состояние системы землепользования редко достигается из-за специфики социально-экономических условий. Реальная система землепользования любого региона во многом предопределяется конъюнктурой рынка. Чем дальше система землепользования от полного соответствия природно-ресурсному потенциалу земель, тем больше вложений она требует на борьбу с неоптимальностью свойств земель, на преодоление рисков деградации почв и земель, на повышении их продуктивности. Следовательно, чтобы быть максимально экологически безопасной и экономически эффективной система землепользования должна стремиться к соответствию реальному природно-ресурсному потенциалу земель, который при этом должен более полно использоваться. Наиболее актуальным вопросом при создании оптимизированных и ус-тойчивых землепользований является определение оптимального соотношения сельскохозяйственных угодий применительно к той или иной территории, ко-торое формирует условия для ведения эффективного земледелия и воспроизводства природно-ресурсного потенциала земли. Задача по оптимизации сельскохозяйственных угодий столь трудная, что не имеет пока конкретного и достаточно обоснованного решения (таблица «Современное соотношение сельскохозяйственных угодий в некоторых регионах РФ«).

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

В таблице показано современное соотношение сельскохозяйственных угодий в некоторых субъектах РФ. Как правило, в развитых странах распахивается не более 50-55% территории регионов, при-годных для земледелия. Остальная территория занята кормовыми угодьями, ле-сами, населенными пунктами, дорогами и т.д. При этом сохраняется экологи-чески допустимый баланс между угодьями. Для сравнения, в Красноярском крае распаханность сельскохозяйственных угодий в ряде районов лесостепной и степной зон достигла 70-80%, в под-таежной – 40-50%. Такое состояние в лесостепи оценивается как критическое, а в подтайге – относительно благополучное. При решении вопроса об оптимальном соотношении сельскохозяйственных угодий за основу необходимо принимать положение о разумном сочетании экологических, демографических и аграрно-экономических целей. Нормальным (оптимальным) является такое соотношение между количеством людей и структурой угодий, при котором население полностью обеспечивается продуктами аграрной сферы, произведенными на собственной земле. Всякое другое отношение оценивается как ненормальное, так как требует регулирования. С течением времени необходимо корректировать соотношение угодий в связи с изменением народонаселения, новыми технологиями, новыми продуктами питания и их соответствием современным медицинским нормам потребления на душу населения, а также в связи с изменением рыночных отношений.

Для определения оптимального соотношения угодий применим следующий подход, который предусматривает:

– анализ определенного временного интервала, включающий историческую составляющую, настоящее и будущее (предложено использовать период в 100 лет);

– учет прогнозных расчетов демографов по тенденциям изменения коли-чества населения России, Сибирского региона, края, области, района, конкретного хозяйства в XXI веке;

– оценку целесообразности отнесения изучаемой территории к тому или иному виду угодий: а) исторически; б) фактически; в) прогноза на ближайшую перспективу; г) прогноза на отдаленную перспективу;

– дифференцированную оценку природных факторов (учитывается гео-морфология, геология, растительность, климат, почвы) и агроландшафтное районирование территории;

– учет различных почвенно-климатических условий на рост, развитие и количество урожая основных сельскохозяйственных культур на различных по размерам территориях;

– определение допустимого лимита распаханности (оптимальной для конкретных условий с учетом демографической ситуации и соотношению экологически стабильных экосистем (лес, луг, сенокос, пастбище) и экологически нестабильных экосистем (пашня));

– определение соотношения между лесом, лугом, пашней с учетом про-гнозируемого количества населения, медицинских норм потребления продуктов питания и рыночных потребностей.

Для оценки влияния состава угодий на экологическую стабильность тер-ритории, с повышенным сельскохозяйственным освоением, интенсивным ис-пользованием угодий или подвергшейся мелиоративным, культуртехническим работам, рекультивации, необходимо определять коэффициент экологической стабильности (Кэк.ст.).

ΣК1iРi
Кэк.ст. = ———        Кр,

ΣРi

где: К1i – коэффициент экологической стабильности угодья i-го вида (застроен-ная территория и дороги — 0,00; пашня — 0,14; лесополосы — 0,38; сады — 0,43; огороды — 0,50; сенокосы — 0,62; пастбища — 0,68; водоемы — 0,79; болота естест-венного происхождения — 0,79; леса естественного происхождения — 1,00; мно-голетние насаждения — 0,40; торфоразработки и нарушенные земли — 0,10; про-чие земли — 0,20); Рi – площадь угодья i-го вида; Кр – коэффициент морфологи-ческой стабильности рельефа (Кр = 1,0 для стабильных территорий и Кр = 0,7 для нестабильных территорий).

В том случае, если полученное значение Кэк.ст. < 0,33, то территория экологически нестабильна, при Кэк.ст. = 0,33…0,66 территория переходит в градацию средней стабильности, а при Кэк.ст. > 0,66 – считается экологически стабильной.
В целом по России Кэк.ст. = 0,68, то есть территория экологически ста-бильна. Однако главные земледельческие районы страны относятся к экологи-чески неблагоприятным (ЦЧО — Кэк.ст. = 0,30, Поволжье — Кэк.ст. = 0,25, Се-верный Кавказ — Кэк.ст. = 0,31) и требуют землеустроительных мероприятий и оптимизации ландшафтов. Красноярский край в целом считается экологически стабильным регионом. Вместе с тем, коэффициент экологической стабильности для основной части конкретных землепользований лежит в пределах от 0,4 до 0,5, т. е. они имеют среднюю стабильность.
Обобщая имеющиеся на настоящее время научные наработки для лесо-степной зоны Красноярского края в пределах административных районов ре-комендуется иметь:
— на равнинах 55-60% пашни, 9-10% леса, в том числе 3-4% под лесопо-лосами, под сенокосами, пастбищами, залежами около 30%;
— на пересеченной местности (при склонах длиной 400-600 м и крутизне до 5-70) 50% пашни, в том числе 20-25% под многолетними травами, 11-12% леса, в том числе 5-6% под лесополосами, около 40% под сенокосами, пастби-щами, залежами;
— для таежной зоны доля пашни на равнинах и на пересеченной местно-сти уменьшается соответственно на 5%;
— для степной зоны целесообразно иметь 45% пашни, 5% защитных лес-ных насаждений и 50% естественных кормовых угодий. Несоблюдение указан-ного соотношения угодий в агроландшафтах приведет к образованию неустой-чивых землепользований и развитию деградации почв и земель.
Важнейшей характеристикой устойчивости агроландшафтов является ле-систость пахотных угодий. Научные проработки последних десятилетий опре-делили, что для устойчивого природопользования удельный вес защитных лес-ных насаждений должен быть в сухой степи не менее 7%, в степи 5 и в лесосте-пи 4%. С увеличением сухости климата защищаемые лесными полосами пло-щади полей должны уменьшаться, что достигается сокращением расстояния между основными лесополосами. Площадь между полосами в их контуре в су-хой степи должна быть в пределах 25 га, в степи 33 и в лесостепи 40 га.
Следующим важным моментом оптимизации агроландшафтов является оп-ределение 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 10, 50, 100 или даже 300-500 гектарах. Причина эффективности кроется в том, что основное средство производства в сельском хозяйстве – земля. Она требует в крупном по площади предприятии существен-но меньше затрат на единицу производимой продукции, нежели в мелком. Это особенно справедливо для зернопроизводящих хозяйств, которые в Краснояр-ском крае преобладают. В мелкотоварном фермерском хозяйстве невозможно эффективно использовать мощную технику и крупные помещения. Мелкое предприятие зачастую не располагает средствами на расширенное воспроиз-водство, наконец, оно не устойчиво к экономическим кризисам, так как неспо-собно в силу узкой специализации переориентировать свое производство.
Что касается 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 15-20 до 50 га, максимум 80-85 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 длина гона должны быть более 300 м;
– минимальный радиус контурных границ технологических участков дол-жен составлять 50-70 метров. При меньшем радиусе возникают трудности в обра-ботке участков, остаются огрехи и недопаханные клинья.
При создании рабочих участков и полей необходимо учитывать мезо-рельеф местности. Интенсивная эрозия развивается, как правило, на склонах более 2-30. Считается, что при уклоне 1-20 эрозия не проявляется, а склоны раз-личной 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. Данные коэффици-енты необходимо учитывать при размещении групп сельскохозяйственных культур.
При отсутствии стока осадков, смыва и дефляции почвы посевы целесооб-разно дифференцировать относительно сторон света. В лесостепи наилучшим считается направление посевов с северо-запада на юго-восток. При направлении с запада на восток урожайность зерновых снижается.
В условиях усиления континентальности климата необходимо учитывать расположение склонов относительно сторон света. Применительно к Красноярскому краю наилучшие условия для возделывания зерновых культур склады-ваются на землях плато, южных и восточных склонах, а в засушливых условия-хи в ложбинах. Возделывание яровой пшеницы на почвах северных и западных склонов, а при влажных условиях и на почвах ложбин, приводит к снижению продуктивности культуры на 15-21%. При засушливых погодных условиях влияние мезорельефа на продуктивность зерновых культур проявляется сильнее, чем при избытке влаги. Разработаны коэффициенты, отражающие продук-тивность земель в зависимости от их местоположения в мезорельефе (таблица «Коэффициенты продуктивности земель в зависимости от условий мезорельефа«)

Коэффициенты продуктивности земель в зависимости от условий мезорельефа

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

Ккрутизна склонов 4-6 гр.

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 пше-ницы. 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 представлена в виде схемы (рисунок «Схема создания земельной географической информационной системы«).

Схема создания земельной географической информационной системы

Рис. 2.1.

Согласно данному подходу, исследования должны начинаться с создания базы данных земельных ресурсов, то есть земельной географической информационной системы (ЗГИС). ЗГИС должна содержать как пространственную, так и атрибутивную информа-цию о земельных ресурсах хозяйства, необходимую и достаточную для анализа природно-ресурсного потенциала земель. Основными компонентами базы дан-ных ЗГИС являются цифровая модель рельефа (ЦМР), почвенная карта, карты микроклимата, земельных угодий, транспортных путей, гидрографической се-ти, населенных пунктов, изображения территории на аэрофотоснимках. После создания ЗГИС, первым этапом анализа является почвенно-экологическое функциональное зонирование территории (ПЭЗ). Целью ПЭЗ яв-ляется наложение ограничений на использование земель в зависимости от фак-тического состояния экологического функционального потенциала почв. В рамках теории почвенно-экологического зонирования анализ экологи-ческого функционального потенциала почв реализуется в разделении их на следующие группы:

1. с неизмененными общебиосферными и ландшафтосберегающими функциями;

2. с измененными общебиосферными функциями и с отсутствием ланд-шафтосберегающих функций;

3. с измененными ландшафтосберегающими функциями;

4. с нарушенными общебиосферными и ландшафтосберегающими функциями.

В соответствии с этим выделяются следующие основные функциональные зоны.

1. Зона использования земель в режиме сохранения. Режим сохране-ния предполагается для регионов, почвенный покров которых несет основную функциональную нагрузку в поддержании исторически сложившихся круговоротов веществ и энергии в биосфере. Следует отметить, что режим сохранения это не «консервация» тех или иных территорий, а особая форма эксплуатации почв, направленная главным образом, на сохранение экологического функционального потенциала почв. К данной зоне отнесены почвы с неизмененными общебиосферными и ландшафтосберегающими функциями.
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 допус-тимые и экологически разумные виды использования.
3. Зона экологически адаптивного использования земель объединяет почвы третьей группы (с измененными ландшафтосберегающими функциями). При организации землепользования в пределах данной зоны также необходим учет пригодности почв под конкретные виды использования, но при этом дол-жен учитываться и факт экологической важности почв для ландшафта в целом. Это выражается в наличии определенных дополнительных ограничений на ис-пользование земель. Некоторые виды использования земель являются запре-щенными для данной зоны в связи с тем, что подобное землепользование может привести к нарушению ландшафтосберегающих функций почв и, соответствен-но, к неконтролируемым изменениям иных компонентов ландшафта.
4. Зона использования земель в режиме восстановления. Данная зона включает почвы четвертой группы, которые обладали общебиосферными и ландшафтосберегающими функциями, но в результате нерационального ис-пользования 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 воз-можность активизации деградационных процессов. На основе этой информации создается алгоритм анализа пригодности или деградационного риска. Получен-ные карты пригодности и оценки рисков используются для геоинформационного моделирования размещения угодий в пределах хозяйства. Выделяются не-сколько 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 полу-чают 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 (хотя может быть и не оптимальном) использовании земель. 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 основ-ных сельскохозяйственных культур. С этой целью используется метод матема-тического 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 лесо-степь: 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 продук-тивной влаги метрового слоя почвы; X2 — ГТК за вегетацию.
На основе моделирования делается обобщающее заключение о размеще-нии 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 растениеводства.