CC BY
64
АРИДНЫЕ ЭКОСИСТЕМЫ, 2009, том 15, № 2 (38)
=————— СИСТЕМНОЕ ИЗУЧЕНИЕ АРИДНЫХ ТЕРРИТОРИЙ -
УДК 581; 526.52+502.3(575.4)
МЕТОДЫ КОМПЛЕКСНОЙ ОЦЕНКИ ПРИРОДНЫХ ПАСТБИЩНЫХ ЭКОСИСТЕМ
© 2009 г. А.А. Зотов*, Н.З. Шамсутдинов**, А.А. Хамидов***, З.Ш. Шамсутдинов*, Н.С. Орловский****
*ГНУВсероссийский научно-исследовательский институт кормов имени В.Р. Вильямса Россия, 141550 Московская область, г. Лобня, Научный городок, E-mail: aridland@mtu-net.ru
**ГНУВсероссийский научно-исследовательский институт гидротехники мелиорации
им. А.Н. Костякова
Россия, 127550 г. Москва, ул. Большая Академическая, д. 44, E-mail: aridland@mtu-net.ru ***Узбекский научно-исследовательский институт каракулеводства и экологии пустынь Узбекистан, 703000 г. Самарканд, ул. М. Улугбека, 47, E-mail: obid5@yandex.ru ****Институт пустынь Д. Блауштaйна Негевского Университета им. Бен-Гуриона Израиль, 84990 Седе Бокер Кампус, E-Mail: nicolai@bgumail.bgu.ac.il
Реферат. На основе анализа и обобщения большого количества экспериментальных данных, разработаны методы комплексной оценки природных пастбищных экосистем по энергетическим и экономическим критериям. Предлагаемые методы наряду с оценкой производимой кормовой массой, измеряемой содержанием кормовых единиц, позволяют оценить продуктивность пастбищных экосистем по содержанию валовой и обменной энергии, а также дают возможность определения их природоохранной роли. Ключевые слова: комплексная оценка, энергетическая оценка, пастбищные экосистемы, обменная энергия, валовая энергия, природоохранная роль, кормовые ресурсы
В последние годы комплексной оценке природных биоресурсов, охране окружающей среды придается все большее значение. Занижение их экономической ценности, в частности, ресурсов пастбищных экосистем приводит к недооценке их важности и полезности для хозяйственной деятельности человека и является причиной деградации биологических ресурсов (Бобылев и др., 1999; Диксон и др., 2000; Зотов и др., 2003).
В недавнем прошлом в луговом кормопроизводстве проводились сначала экономическая, а затем и агроэнергетическая оценка технологий и приемов производства кормов в различных пастбищных экосистемах. Она основывалась, как правило, лишь на одном показателе - уровень накопления органической массы надземной (кормовой) частью фитоценозов без учета положительного действия их на плодородие почвы, предотвращение эрозионных процессов и другие природоохранные функции (Кутузова и др., 1995, 2007).
В настоящее время возникла острая необходимость определения реальной ценности (стоимости) природных услуг и ресурсов, которые предоставляются пастбищными экосистемами. Учет экономической ценности сенокосно-пастбищных экосистем имеет существенное значение для охраны окружающей среды и использования природных ресурсов, адекватного определения ценности природных ресурсов. Недооценка истощения природных ресурсов и экологического ущерба приводит к искажению показателей экономического развития и прогресса сельскохозяйственного производства. Отсутствие или занижение ценности природных благ приводит к заведомому уменьшению выгод от их сохранения по сравнению с традиционными оценками развития лугового кормопроизводства, дающими легко получаемые результаты. Экономическая оценка необходима также для определения эффективности инвестиций в сохранение и увеличение
продуктивности природных пастбищных экосистем, она является основой распределения ограниченных материальных ресурсов, необходимым условием получения финансовых средств.
В нашей стране проведена определенная работа по оценке (экономический анализ) воздействия на окружающую среду, в частности, на биоразнообразие природы. Однако в исследованиях были использованы, в основном, такие биологические ресурсы, которые имели потребительскую стоимость и расчеты экономической оценки базировались на имеющихся ценах на тот или иной вид продукции - охота, рыболовство, сбор даров леса, лесозаготовки, торфоразработки, рекреационная деятельность (Бобылев, 1999). Исследования по разработке методов экономической и энергетической оценок природных лугопастбищных экосистем не проводились. Это и послужило основанием для проведения данной работы.
В проведенных исследованиях в качестве основного теоретического подхода использовалась концепция общей экономической ценности, величина которой складывается из стоимости использования (прямая и косвенная) и неиспользования (Диксон и др., 2000). Применительно к природным пастбищным экосистемам к прямой стоимости можно отнести произведенный корм (сено или пастбищная трава), имеющий потребительскую стоимость, к косвенной - стоимость подземной массы (корневая система), повышение плодородия почвы за счет ее жизнедеятельности, неиспользованный эффект от природоохранной роли фитоценозов (предотвращение эрозии почвы). Эта концепция позволяет избежать чисто ценового, рыночного подхода к оценке природных лугопастбищных экосистем, в ней делается попытка комплексного стоимостного учета косвенных регулирующих функций (средообразующие, природоохранные свойства).
Энергетическая оценка продуктивности природных пастбищных экосистем. Оценка производства валовой энергии в лугопастбищных экосистемах позволяет определить интенсивность фотосинтетической деятельности фитоценозов. Этот метод дает возможность проводить сравнительную оценку распределения потоков валовой энергии в надземной массе, характеризующей продукционный процесс пастбищных фитоценозов и их средообразующую роль за счет накопления валовой энергии в подземной массе. Применение международной системы СИ позволяет дать оценку продукционного процесса фитоценозов в единых показателях: килоджоулях (КДж), мегаджоулях (МДж), гигаджоулях (ГДж), терраджоулях (ТДж) и т. д., принятых в настоящее время в научных исследованиях других стран (Зотов и др., 2003; Кутузова и др., 2007).
Разработанный метод оценки энергетических потоков в лугопастбищных экосистемах включает определение фактической урожайности (Уф), которую следует проводить с учетом культуртехнического состояния экосистем - степени закустаренности, закамненности, закочкаренности и заболоченности по формуле:
Уф = (П1 х Уч X К1) + (П2 ХУ1 X К2) + (Пз X Уч X Кз) + (П4 X Уч X К4) (1) где
Уф П0 ' '
Уч - урожайность чистой экосистемы, ц/га сухой массы; К1 - коэффициент, показывающий снижение урожайности чистой экосистемы из-за слабой (до 30%) закустаренности, закочкаренности или закамненности, он равен 0.8; К2 - коэффициент, показывающий снижение урожайности чистой экосистемы из-за сильной (сплошная) закустаренности, закочкаренности или закамненности, он равен 0.3; К3 - коэффициент, показывающий снижение урожайности чистой экосистемы из-за ее заболоченности, он составляет 0.7; П0 -общая площадь природной экосистемы, млн. га; П1 - площадь чистой экосистемы, млн. га; П2 - площадь слабо закустаренной, закочкаренной, закамненной экосистемы, млн. га; П3 - площадь сильно закустаренной, закочкаренной, закамненной экосистемы, млн. га; П4 - площадь заболоченной экосистемы, млн. га.
Концентрацию валовой энергии (Квэ) определяют с учетом содержания органических веществ в сухом веществе и соответствующих им энергетических коэффициентов по формуле:
Квэ = сП X 24 + сЖ X 40 + сКл X 20 + сБЭВ X 17.5, (2), где
сП - сырой протеин, сЖ - сырой жир, сКл - сырая клетчатка, сБЭВ - сырые безазотистые экстрактивные вещества, представленные в долях килограмма в расчете на 1 кг сухого вещества.
Объем валовой энергии в надземной массе экосистем (Овэ) можно определить по формуле:
Овэ = У X П X Квэ, (3), где
У - урожайность, т/га СВ, П - площадь экосистемы, млн. га, Квэ - концентрация валовой энергии в 1 т СВ, ГДж.
Для прогнозирования объемов производства животноводческой продукции, полученной из кормов лугопастбищных экосистем, следует определить концентрацию в сухом веществе обменной энергии (Коэ), отражающей ее физиологически доступную часть по формуле Аксельсона в модификации Н.Г. Григорьева и Н.П. Волкова (Григорьев и др., 1985).
Коэ = 0.73 X Квэ в 1 кг СВ (1-сКл X 1.05), (4), где 0.73 - коэффициент обменности, сКл - сырая клетчатка, (1-сКлх1,05) - коэффициент, отражающий понижающее действие клетчатки на энергетическую ценность сухой массы.
Доля обменной энергии в составе валовой составляет около 55%, поэтому при необходимости концентрацию валовой энергии (Квэ) можно определять по формуле:
Коэ х 100
Квэ =-55-, (5), где
Коэ - количество обменной энергии в 1 кг сухой массы лугопастбищных экосистем, МДж.
Валовой объем ежегодного накопления кормовых ресурсов во всех природных лугопастбищных экосистемах (без оленьих пастбищ, не входящих в состав сельскохозяйственных угодий), составляет 66.4 млн. т сухой массы (СВ), или 46.8 млрд. корм. ед., или 1126.7 ТДж валовой энергии (ВЭ), а вместе с оленьими пастбищами, соответственно, 164.5 млн. т СВ, 145.0 млрд. корм. ед. и 3108.3 ТДж ВЭ (табл. 1). Из валового объема кормовых ресурсов наибольшая доля приходится на оленьи пастбища (60% СВ, 67 - корм. ед. и по 64% - обменной и валовой энергии), а самая низкая - на сенокосы (19% СВ, 11 - корм. ед. и по 14% - ОЭ и ВЭ, рис. 1).
По природным зонам страны кормовые ресурсы распределяются крайне неравномерно. Так, основная доля сена природных сенокосов сосредоточена в лесной (61% от общего количества), пастбищной травы - в лесостепной и степной (45%), корма оленьих пастбищ - в тундровой и лесотундровой (51%) зонах (рис. 2).
При определении продуктивности пастбищ следует помнить, что существует 2 ее вида - фактическая, полученная при данных условиях выпаса и оптимальная (допустимая), которую можно использовать животными без ущерба для формирования последующей урожайности лугопастбищных экосистем. Продуктивность (П) можно определять по формуле:
П = Ук X Кд, (6), где
Ук - урожайность кормовых видов растений (поедаемая часть урожая), ц/га сухой массы; Кд - коэффициент допустимого использования пастбищной травы (Кутузова и др., 1995; Зотов, 2007).
Рис. 1. Распределение кормовых ресурсов по объектам лугопастбищных экосистем. Fig. 1. Distribution of fodder resources by objects of pasture ecosystems.
Таблица 1. Ежегодное производство кормов лугопастбищными экосистемами по природным зонам. Table 1. Annual production of forage by pasture ecosystems in different natural zones.
Природная зона Кормовые угодья Площадь, млн. га Урожайность, ц/га СВ Кормовые ресурсы
СВ, млн. т корм. ед., млрд. ОЭ, ТДж ВЭ, ТДж
Тундровая и лесотундровая Сенокосы 0.19 8 0.15 0.08 1.19 2.16
Пастбища 0.11 3 0.03 0.03 0.32 0.51
Сенокосы и пастбища 0.30 5 0.18 0.11 1.51 2.67
Оленьи пастбища 168.20 3 50.46 50.46 560.1 1018.4
Лесная Сенокосы 14.80 13 19.19 9.61 151.6 275.7
Пастбища 11.90 6 6.69 6.03 70.26 127.7
Сенокосы и пастбища 26.70 10 25.88 15.64 221.9 403.4
Оленьи пастбища 97.10 3 29.13 29.13 323.3 587.9
Лесостепная и степная Сенокосы 4.00 13 5.34 2.67 41.55 75.43
Пастбища 28.70 5 15.67 14.10 164.5 314.4
Сенокосы и пастбища 32.70 7 21.01 16.77 206.1 389.8
Полупустынная и пустынная Сенокосы 0.20 9 0.18 0.09 1.42 2.58
Пастбища 9.20 3 2.47 1.73 23.00 41.77
Сенокосы и пастбища 9.40 3 2.65 1.82 24.42 44.35
Горные районы Сенокосы 4.40 15 6.39 3.20 49.93 90.79
Пастбища 17.50 6 10.25 9.22 107.6 195.7
Сенокосы и пастбища 21.90 8 16.64 12.42 157.5 286.5
Оленьи пастбища 60.20 3 18.60 18.60 206.5 375.4
Всего по России Сенокосы 23.59 13 31.25 15.22 245.7 446.6
Пастбища 67.41 5 35.11 31.60 365.7 680.1
Сенокосы и пастбища 91.00 7 66.36 46.82 611.4 1126.7
Оленьи пастбища 325.5 3 98.19 98.19 1089.9 1981.6
ИТОГО 416.5 4 164.5 145.0 1701.3 3108.3
Сено Природные зоны:
Пастбищная трава
Тундровая и лесотундровая Лесная
Сено и трава
Степная и лесостепная
Пустынная и полупустынная
Корм оленьих пастбищ Горные районы
Рис. 2. Производство кормов по природным зонам России, %. Fig. 2. Production of forage in natural zones of Russia, %.
Коэффициент допустимого использования кормовой массы пастбищных экосистем - это величина, характеризующая часть (долю) урожайности кормовых растений, которая может быть использована животными без ущерба для последующего состава, урожайности, а также жизненного состояния травостоя. Он изменяется в зависимости от типа пастбищ и их состояния, сезона использования угодий, урожайности, биологических особенностей кормовых растений.
Проведенное обобщение результатов научных исследований позволило применить при расчете допустимого количества поедаемой кормовой массы пастбищных экосистем следующие усредненные коэффициенты: для лесной, тундровой и лесотундровой зон - 0.8, степной и лесостепной - 0.75, пустынной и полупустынной - 0.6, горных районов - 0.75 и оленьих пастбищ - 0.36. При расчете фактической продуктивности сенокосов - из их урожайности (количество выросшей массы сена) вычитали 20-25% на технологические потери при заготовке сена (Кутузова и др., 1995).
Допустимое количество поедаемого корма значительно меньше, чем валовое его производство, в связи с тем, что полностью его использовать нельзя. В среднем по всем видам корма можно использовать их на 50%, а корм оленьих пастбищ лишь на 36% от общего их объема (табл. 2). Более высокой степенью использования кормов пастбищных экосистем характеризуются лесостепная и степная (75%), а также полупустынная и пустынная (61%) зоны, что связано с отсутствием в них оленьих пастбищ, а самой низкой -тундровая и лесотундровая, имеющие в структуре кормовых угодий самую высокую долю оленьих пастбищ. И, наоборот, пастбищный корм для других видов животных (КРС, овцы, лошади) в наименьшей степени (на 60%) может быть использован в полупустынной и пустынной зонах.
Экономическая оценка продуктивности пастбищных экосистем. Экономическую оценку природных пастбищных экосистем в соответствии с ранее указанными принципами целесообразно проводить на основе стоимости кормовых ресурсов по количеству поедаемого корма, которое рассчитывается с учетом допустимой степени стравливания животными кормовой массы пастбищных экосистем (или технологических потерь при заготовке сена). В приведенном примере (табл. 3) в расчетах стоимость кормовой единицы равна 4 руб.
Расчеты показали, что среди различных типов природных пастбищных экосистем наибольшей экономической ценностью характеризуются оленьи пастбища (140.5 млрд. руб.), доля которых в составе отдельно взятой природной зоны колеблется от 47 до 74%, а наименьшей - сенокосы (47.9 млрд. руб., табл. 3). Общая стоимость корма всех природных пастбищных экосистем составляет 281.0 млрд. руб., одна половина из которых приходится
на долю оленьих пастбищ, а другая - на обычные традиционные сенокосы и пастбища.
Таблица 2. Допустимое использование кормовой массы в лугопастбищных экосистемах по природным зонам (поедаемый корм). Table 2. Admissible use of fodder mass in pasture ecosystems in natural zones (eaten fodder).
Природная зона Кормовые угодья СВ, млн.т Корм. ед. млрд. ОЭ, ТДж ВЭ, ТДж Коэф. допуст. использования
Тундровая и лесотундровая Сенокосы 0.11 0.06 0.89 1.62 0.75
Пастбища 0.02 0.02 0.25 0.41 0.80
Сенокосы и пастбища 0.13 0.08 1.14 2.03 0.77
Оленьи пастбища 18.50 18.50 205.35 373.36 0.36
Всего 18.63 18.58 206.49 375.79 0.37
Лесная Сенокосы 14.39 7.21 113.70 206.80 0.75
Пастбища 5.35 4.82 56.21 102.20 0.80
Сенокосы и пастбища 19.74 12.03 169.91 309.00 0.77
Оленьи пастбища 10.68 10.68 118.55 215.54 0.36
Всего 30.42 22.71 288.46 524.50 0.53
Лесостепная и степная Сенокосы 4.01 2.00 31.16 56.65 0.75
Пастбища 11.75 10.57 123.38 224.33 0.75
Сенокосы и пастбища 15.76 12.57 154.54 280.98 0.75
Полупустынная и пустынная Сенокосы 0.14 0.07 1.14 200 0.80
Пастбища 1.48 1.04 13.80 25.09 0.60
Сенокосы и пастбища 1.62 1.11 14.94 27.09 0.61
Горные районы Сенокосы 4.79 2.40 37.44 68.09 0.75
Пастбища 7.69 6.92 80.70 146.78 0.75
Сенокосы и пастбища 12.48 9.32 118.14 214.87 0.75
Оленьи пастбища 6.62 6.62 72.82 132.40 0.36
Всего 19.10 15.94 190.96 347.27 0.52
Всего по России Сенокосы 23.44 11.74 184.33 335.16 0.75
Пастбища 26.29 23.37 274.34 498.80 0.75
Сенокосы и пастбища 49.73 35.11 458.67 833.96 0.75
Оленьи пастбища 35.12 35.12 396.72 321.30 0.36
Всего 84.85 70.23 855.39 1555.26 0.50
Методы определения валовой энергии в подземной фитомассе пастбищных экосистем. Результаты немногочисленных исследований свидетельствуют о том, что количество надземной массы травянистой растительности заметно убывает с севера на юг, в то время как общий запас биомассы изменяется значительно меньше. Это вытекает из особенностей структуры биомассы растительности в различных по плодородию и увлажнению почвы природных регионах страны. В районах достаточного увлажнения (лесолуговая зона) соотношение надземной и подземной массы обычно более узкое (1:2-4), чем в засушливых регионах (степная, полупустынная, пустынная зоны), где оно достигает 1: 6-10 (Болотина и др., 1960; Родин и др., 1965).
Результаты проведенных исследований свидетельствуют о том, что намечается обратная зависимость между накоплением органического вещества в надземных ассимилирующих
органах и в корнях. При отсутствии данных по количеству подземной массы в каждом конкретном случае его можно рассчитать по коэффициентам, которые показывают соотношение подземной и надземной масс. На основании проведенного нами обобщения результатов немногочисленных опытов это соотношение составляет для оленьих пастбищ -2, лугопастбищных экосистем в тундровой и лесотундровой зоне - 3, лесной - 4, лесостепной и степной - 6, полупустынной и пустынной - 8 (Кутузова и др., 1995; Зволинский и др., 1998).
Таблица 3. Экономическая оценка природных пастбищных экосистем. Table 3. The economic estimation of natural pasture ecosystems.
Природная зона Кормовые угодья Сбор корма, млрд. корм един. Стоимость корма, млрд. руб. Доля стоимости корма, %
в природ. зоне в стране
Тундровая и лесотундровая Сенокосы 0.06 0.24 0.3
Пастбища 0.02 0.08 0.1
Сенокосы и пастбища 0.08 0.32 0.4
Оленьи пастбища 18.50 74.0 99.6
Всего 18.58 74.32 100.0 25
Лесная Сенокосы 7.21 28.8 32.0
Пастбища 4.82 19.3 21.0
Сенокосы и пастбища 12.03 48.1 53.0
Оленьи пастбища 10.68 42.7 47.0
Всего 22.71 90.8 100.0 32
Лесостепная и степная Сенокосы 2.00 8.0 16
Пастбища 10.57 42.3 84
Сенокосы и пастбища 12.57 50.3 100.0 18
Полупустынная и пустынная Сенокосы 0.07 0.28 6.0
Пастбища 1.04 4.16 94.0
Сенокосы и пастбища 1.11 4.44 100.9 2
Горные районы Сенокосы 2.40 9.6 15.0
Пастбища 6.92 27.7 43.4
Сенокосы и пастбища 9.32 37.3 58.4
Оленьи пастбища 6.62 26.5 41.6
Всего 15.94 63.8 100.0 23
Всего по России Сенокосы 11.74 47.0 17
Пастбища 23.37 93.5 33
Сенокосы и пастбища 35.11 140.5 50
Оленьи пастбища 35.12 140.5 50
Всего 70.23 281.0 100
Количество накопленной валовой энергии (Эв) в подземной части лугопастбищных экосистем можно определить (при отсутствии данных биохимического состава корневых систем) по формуле:
Эв = Кпм х Свэ х Спн х 0.90 х П, (7), где
Кпм - количество подземной массы в экосистеме, т/га СВ; Свэ - содержание валовой энергии в 1 т надземной части экосистемы, ГДж; Спн - соотношение подземной и надземной
масс экосистем; 0.90 - коэффициент, отражающий снижение содержания энергии в подземной части экосистемы по отношению к надземной; П - площадь лугопастбищной экосистемы, млн. га.
Проведенные расчеты свидетельствуют о более значительном накоплении сухой массы и энергии подземной частью лугопастбищных экосистем. В целом подземной частью экосистем накапливается сухой массы и энергии в 3.3 раза больше, чем в надземной (табл. 4). Больше всего лугопастбищными экосистемами накоплено подземной массы в лесной зоне (161.8 млн. т СВ или 2509.0 ТДж ВЭ), а меньше всего в полупустынной и пустынной зонах (21.2 млн. т. СВ или 269.8 ТДж ВЭ).
Таким образом, с севера на юг в составе общей биомассы природных экосистем значительно возрастает доля корней, хотя абсолютное их количество на 1 га снижается. Биомасса пустынных и полупустынных растительных сообществ колеблется обычно в пределах от 6 до 14 т/га, что значительно меньше, чем в степях, а тем более в лугостепях и лугах. Структура биологической массы пустынных растительных экосистем характеризуется исключительным преобладанием доли корневой массы (80-90%) над надземной частью (1020%).
Таблица 4. Накопление сухой массы и энергии подземной частью лугопастбищных экосистем. Table 4. Accumulation of dry weight and energy of underground part of pasture ecosystems.
Природная зона Субъект экосистемы Сухая масса Валовая энергия, ТДж Подземная масса: надземная масса
с 1 га, т всего, млн. т
Тундровая и лесотундровая Сенокосы и пастбища 1.5 0.5 2.67 3.0
Оленьи пастбища 0.6 100.9 1834.5 2.0
Всего 0.6 101.4 1841.4 2.0
Лесная Сенокосы и пастбища 4.0 103.5 1449.6 4.0
Оленьи пастбища 0.6 58.3 1060.0 2.0
Всего 1.3 161.8 2509.0 2.9
Лесостепная и степная Сенокосы и пастбища 4.2 126.0 2016.0 6.0
Полупустынна я и пустынная Сенокосы и пастбища 2.4 21.2 269.8 8.0
Горные районы Сенокосы и пастбища 4.8 99.8 1560.5 6.0
Оленьи пастбища 0.6 37.2 676.4 2.0
Всего 1.7 137.0 2236.9 3.0
Всего по России Сенокосы и пастбища 3.9 351.0 5302.2 5.3
Оленьи пастбища 0.6 196.4 3570.9 2.0
Всего 1.4 547.4 8873.1 3.3
В разные по метеорологическим условиям годы в аридных зонах отмечается резкое уменьшение надземной части растительности. В типчаково-ковыльных степях в засушливые годы надземная масса составляет 7-27 ц/га, а во влажные - 45-63 ц/га (Короткова, 1957). Подземная же масса мало зависит от метеорологических условий. Так, в полынно-ковыльно-типчаковой степи Алтайского края во влажные годы количество надземной массы составило 14 ц/га, масса корней - 84, а в сухие годы, соответственно, 4 и 92 ц/га (Сочава и др., 1962).
Энергетическая оценка природоохранной роли природных пастбищных экосистем. Многосторонняя природоохранная роль пастбищных экосистем складывается из следующих
основных составляющих: охрана почвы, воды, воздушной среды, растительности, животного мира, природных ландшафтов, рекультивация нарушенных земель (Михалев, 2005; Зотов, 2007). В настоящее время в интенсивных агроэкосистемах скорость эрозии почвы и процессы ее антропогенной деградации идут в десятки раз быстрее, чем в прошлом (Жученко, 1994).
Одной из главных природоохранных функций растительности пастбищных экосистем является предотвращение водной, ветровой и пастбищной эрозии почвы, а также снижение темпов минерализации органического вещества торфяных почв. В большинстве районов нашей страны преобладает водная, а в степных районах Средней Сибири, Нижнего Поволжья и Северного Кавказа ветровая эрозия (Зотов, 2007).
Темпы эрозионных процессов почвы зависят от целого ряда причин (гранулометрический состав, рельеф местности, интенсивность выпадения осадков, возделываемая культура и т. д.), поэтому смыв ее при эрозии колеблется от нескольких килограммов до десятков тонн с 1 га ежегодно. Интенсивность эрозии почвы оценивается по следующей шкале: незначительный смыв - до 0.5 т/га; слабый - 0.5-1.0 т/га; средний - от 1 до 5 т/га; сильный - 5-10 т/га; очень сильный - свыше 10 т/га (Заславский, 1983).
Количество валовой энергии в смытой (дефлированной) почве с 1 га можно определить путем умножения ее объема на содержание в ней основных питательных веществ (азот, гумус, фосфор, калий) на основе агрохимического состава и последующего перевода их по соответствующим коэффициентам в валовую энергию. Совокупный запас энергии в почве, в основном, определяется гумусом и общим азотом. В связи с этим оценить энергоемкость смытой почвы допустимо по двум показателям: содержание общего азота и гумуса.
Нами проведена группировка природных лугопастбищных экосистем по степени эродированности в зависимости от крутизны склона - как основного фактора, влияющего на интенсивность эрозии почвы. Эти данные можно использовать при расчете энергетической ценности косвенного эффекта от предотвращения эрозии почвы, который равен разнице в стоимости питательных веществ в смытой почве при использовании ее под выращивание зерновых культур и как природные кормовые угодья. Учитывая, что на природных кормовых угодьях смыв почвы бывает небольшим или же он совсем отсутствует, эффект от предотвращения эрозионных процессов допустимо определять по энергетической стоимости питательных веществ в смытой почве при выращивании других культур.
Энергоемкость смытой почвы отдельных природных экосистем следует определять исходя из их площади, подверженной в различной степени водной (ветровой) эрозии, количества смытой почвы и содержания в ней основных питательных веществ (азот, гумус). Общее количество смытой почвы (Ко.с.п.) можно определить по формуле:
Ко.с.м. = П1ХК1 + П2ХК2 + П3ХК3 + П4ХК4 + П5ХК5, (8), где
П1, П2, П3, П4, П5 - площади природных угодий, расположенных на склонах крутизной 1-2, 25, 5-10 и свыше 10 тыс. га; К1;К2, К3, К4, К5 - количество смытой с 1 га почвы для угодий, расположенных на склонах 1-2, 2-5, 5-10 и свыше 10°, которое составляет в гумидной зоне 0.5, 1.0, 3.0 и 6 т, а в аридной для склонов 1-2, 2-5, 5-7, 7-10 и свыше 10°, соответственно 1.0, 2.0, 4.0, 6.0 и 10 т с 1 га.
Количество питательных веществ (Кпв.) в смытой почве можно определить по формуле:
Кпв = Ксп Х Са + Ксп Х Сг, (9), где
Ксп - количество смытой почвы, тыс. тонн; Са - содержание азота в смытой (дефлированной) почве, %; Сг - содержание гумуса в смытой (дефлированной) почве, %.
Энергетическую ценность или количество валовой энергии в смытой почве природных лугопастбищных экосистем можно определить по формуле:
ВЭсп = Эа Х Ка + Эг Х Кг, (10), где
ВЭсп - количество валовой энергии в смытой почве, ТДж; Эа - энергоемкость азота, равная 108 ГДж/т; Эг - энергоемкость гумуса, которая составляет на подзолистых почвах 5 ГДж/т, дерново-подзолистых - 7, черноземных - 12, каштановой - 14 ГДж/т; Ка - количество азота в смытой почве, тыс. тонн; Кг - количество гумуса в смытой почве, тыс. тонн.
Расчеты показали, что общее количество смытой почвы при возделывании однолетних культур (в качестве контроля) на склоновых угодьях может достичь 79.3 млн. тонн ежегодно. Такое количество почвы предотвращают от эрозии природные лугопастбищные экосистемы, этим определяется их природоохранная роль, которая особенно проявляется на крутосклоновых (5-10° и больше) угодьях. Так, на склонах крутизной 5-10° предотвращается от смыва 30.2 млн. тонн, а крутизной свыше 10° - 29.1 млн. тонн почвы (или 59% от общего их объема). Наибольшей интенсивностью эрозионных процессов характеризуются почвы Северо-Кавказского и Центрально-Черноземного районов, где смыв составляет 3.9-5.2 тонн с 1 га склоновых угодий, что связано с тем, что в этих регионах велика доля крутосклоновых земель (44-76%).
Наибольшей потерей валовой энергии в смытой почве характеризуются Поволжский и Восточно-Сибирский природно-экономические районы, где она составляет 11666-14548 ТДж или 20-25% от общего ее количества. Самым низким количеством валовой энергии в смытой почве отличаются природные лугопастбищные экосистемы Северного, Северо-Западного и Дальневосточного районов (194.1-593 ТДж или 0.3-1.0% от общего количества). Общая энергоемкость смытой почвы природных лугопастбищных экосистем составляет 58.6 тыс. ТДж (табл. 5). В составе среднегодовых потерь валовой энергии в смытой почве наибольшая доля приходится на гумус (71% или 41.6 тыс. ТДж), а меньшая (29%) на азот. Несмотря на снижение доли крутосклоновых угодий в общей площади склоновых лугопастбищных экосистем (с 31 до 14%) по мере увеличения их крутизны с 1-2 до 10° доля валовой энергии в смытой почве, наоборот, повышается с 11 до 37%.
В нашей стране имеется свыше 85 млн. га торфяных болот, значительная часть которых используется в сельском хозяйстве, в том числе для выращивания различных сельскохозяйственных культур (Еськов и др., 2003) и создания пастбищных агроэкосистем. При осушении болотных экосистем происходит быстрая минерализация (сработка) торфа, достигающая 2.4 т/га в год при выращивании многолетних трав и 4.4 т/га - однолетних культур (Косолапов и др., 2002). Торф содержит большое количество питательных веществ, в первую очередь, азота (1.0-2.6%) и гумуса (50-65% на низинных и 10-40%, на верховых болотах; Михалев, 2005). Поэтому при комплексной оценке природных пастбищных экосистем на торфяных почвах убыль торфа при их осушении следует рассматривать как неиспользуемый эффект от предотвращения минерализации органического вещества (природоохранная роль фитоценозов). Среднегодовую потерю валовой энергии в торфе (ВЭт) при его минерализации можно подсчитать по формуле:
ВЭт = К Х (Са Х Эа + Сг Х Эг) Х П, (11), где
К - количество минерализованного торфа, т/га; Са - содержание азота в минерализованном торфе,%; Сг - содержание гумуса в минерализованном торфе,%; Эа - энергоемкость азота, ГДж/т; Эг - энергоемкость гумуса, ГДж/т; П - площадь экосистемы, млн.га; ВЭт -количество валовой энергии в торфе, ТДж/год.
Комплексная оценка природных пастбищных экосистем. Комплексная оценка природных пастбищных экосистем включает 4 основных элемента: энергоемкость органической массы надземной и подземной (корневая система) частей фитоценозов, изменение плодородия почвы и природоохранную роль (предотвращение эрозии почвы).
Комплексную энергетическую оценку природных пастбищных экосистем (ОЭЦ) можно рассчитать по формуле (12):
>
'"d S
tr
M
w «
о
о s о ч м
ю о о jo
н о
h ю
OJ 00
Таблица 5. Энергоемкость смытой почвы склоновых угодий при выращивании однолетник культур по прир о дно-экономическим районам Table 5. Power consumption of the washed off soil of hillside lands under cultivation of annual cultures on nature-economic regions.
Природно-экон омический Количество ВЭв смытой почве; ТДж
Прео бпадающ 1-2° 2-5° 5-10° >10° итого
район иепочвы азот гумус всего азот гумус всего азот гумус всего азот гумус всего азот гумус всего
ТДж %
Северный Подзолистые 21.2 23.2 44.4 25.9 27.4 53.3 34.6 36.8 71.4 11.9 13.1 25.0 93.6 100.5 194.1 0.3
Северо-Западный Дерново-подзолистые 20.5 40.8 61.3 39.0 65.5 104.5 49.4 81.3 130.7 16.9 27.0 43.9 125.8 214.6 340.4 0.6
Центральный -II- 71.3 142.1 213.4 123.1 245.0 368.1 272.1 623.7 895.8 138.2 275.8 414.0 604.7 1 286.6 1891.3 3.0
Волго-Вятский -II- 30.2 59.5 89.7 56.2 112.7 168.9 118.8 272.3 391.1 140.4 280.0 420.4 345.6 724.5 1070.1 2.0
Центрально -Черноземный Черноземный 78.8 154.8 233.6 349.9 915.6 1265.5 185.7 428.4 614.1 649.1 1696.8 2345.9 1263.5 3195.6 4459.1 7.6
Поволжский Черноземные и каштановые 856.5 2702.0 3558.5 670.7 2872.8 3545.5 979.4 3094.0 4073.4 796.0 2577.4 3373.4 3302.6 11246.2 14548.8 24.8
Северо-Кавказский -II- 49.7 162.4 212.1 108.0 359.8 467.8 391.0 754.9 1145.9 754.9 2447.2 3202.1 1303.6 3724.3 5077.9 8.6
Уральский Дерново-под-золистые и черноземные 250.6 580.0 830.6 635.0 1470.0 2105.0 1340.3 3104.0 444.3 559.4 1295.0 1855.4 2785.3 6449.0 9234.3 15.8
Западно-Сибир ский -//- 118.8 275.0 393.8 207.4 480.0 687.4 748.4 1732.0 2480.4 1818.0 4207.0 6025.0 2892.6 6694.0 9586.6 16.4
Босточно-Сибир ский -II- 166.3 308.8 475.1 757.0 1401.6 2158.6 1870.5 3463.2 5333.7 1350.0 2348.8 3698.8 4143.8 7522.4 1 1666.2 19.9
Дальневосточн ый Дерново-подзолистые 32.4 68.8 101.2 57.2 122.4 179.6 55.1 116.9 172.0 45.4 95.2 140.6 190.1 403.3 593.4 1.0
Итого по РФ 1196.3 4517.4 6213.7 3029.4 8072.8 11102.2 6045.3 13707.5 19752.8 6280.2 15263.3 21543.5 17051.2 41561.0 58612.2 100
w О 4
о ю
В
>
о
о
и
>
S to о ю
о <<
н
о ю
VO
ОЭЦ = ((ЭЦнф. + ЭЦпф. + ЭЦпп.) Х По + (Эн Х П1)), (12), где
ЭЦн.ф - энергетическая ценность ежегодного прироста надземной фитомассы (урожайность), ГДж/га ВЭ; ЭЦп.ф. - энергетическая ценность (ежегодный прирост) подземной фитомассы, ГДж/га ВЭ; ЭЦп.п - энергетическая ценность повышения (или снижения) плодородия почвы, в среднем за год, ГДж/га ВЭ; Эн - энергетическая ценность косвенного эффекта от природоохранной роли (предотвращение эрозии почвы в среднем за год), ГДж/га ВЭ; По -общая площадь лугопастбищных экосистем, млн. га; П1 - площадь лугопастбищных экосистем, подвергнутая эрозии или дефляции почвы, млн. га.
В перспективе, по мере развития науки о сохранении природных ресурсов, в частности, комплексной оценки природных пастбищных экосистем, сюда будут включены и другие природные услуги - стоимость депонирования углерода, рекреационных свойств, сбора ценных лекарственных растений, охоты на животных и птиц и других экологических и социальных функций.
Выводы
На основании проведенных исследований впервые в России разработана методика комплексной оценки природных пастбищных экосистем с учетом природоохранной роли, допустимой степени их использования животными, а также проведены конкретные расчеты энергетической ценности пастбищных экосистем по основным природным зонам.
В нашей стране и за рубежом оценка ресурсов природных пастбищных экосистем только начинает развиваться, здесь много неясных теоретических и практических вопросов. Поэтому в данной статье сделаны первые шаги в определении экономических и экологических услуг, дана методика и конкретные расчеты энергетической оценки природных пастбищных экосистем, как важной составляющей устойчивого функционирования биосферы.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Бобылев С.Н., Медведева О.Н., Сидоренко В.Н. и др. Экономическая оценка
биоразнообразия. М., 1999. 112 с. Болотина Н.И., Коковина Т.П. Сезонная динамика подвижных соединений азота в мощных
черноземах Курской области // Тр. Центр. Черноз. гос. заповедника. 1960. 6 с. Григорьев Н.Г., Волков Н.П., Горбунов Ю.В. Определение содержания в корме и рационе крупного рогатого скота обменной энергии и переваримого протеина и нормирование потребности в них. М.: Россельхозиздат. 1985. 42 с. Диксон Д., Скура С., Карпентер Р., Шерман П. Экономический анализ воздействий на
окружающую среду. Изд-во ВИТА. М., 2000. 186 с. Еськов А.И., Новиков М.Н. Эффективность основных направлений использования торфа в сельскохозяйственном производстве // Освоение экосистем и рациональное природопользование на торфяных почвах. Киров, 2003. С. 151-158. Жученко А.А. Стратегия адаптивной интенсификации сельского хозяйства (концепция).
Пущино: ОНТИ ПНЦ РАН, 1994. 148 с. Заславский М.Н. Эрозиеведение. М.: Высшая школа, 1983. 320 с.
Зотов А.А., Тебердиев Д.М., Шамсутдинов З.Ш. Методические подходы к экономической и агроэнергетической оценке природоохранной роли сенокосов и пастбищ // Агроэкологический вестник. № 4. 2003. С. 7-10. Зотов А. А. Природоохранная роль лугопастбищных экосистем // Кормопроизводство. № 11. 2007. С. 7-11.
Короткова Е.И. Динамика развития типчаково-ковыльной заповедной степи Аскания-Нова в
связи с условиями погоды // Ботанический журнал. Т. 42. № 6. 1957. С. 430-442. Косолапов В.М., Уланов А.Н., Глубоковских А.Л. Теоретические основы и комплекс технологических приемов создания устойчивой кормовой базы на осушенных и выработанных торфяниках // Адаптивное кормопроизводство: проблемы, решения. М.: ФГНУ "Росинформагротех", 2002. С. 180-195. Кутузова А.А., Зотов А.А., Трофимов И.А. и др. Нормы нагрузки пастбищ Прикаспийского региона. М., 1995. 25 с.
Кутузова А.А., Трофимова Л.С., Проворная Е.Е. Методическое руководство по оценке
потоков энергии в луговых агроэкосистемах. М., 2007. 31 с. Михалев С.С. Основы болотоведения. М., 2005. 258 с.
Родин Л.Е., Базилевич Н.И. Динамика органического вещества и биологический круговорот зольных элементов в основных типах растительности земного шара. М.-Л.: Наука, 1965. 254 с.
Сочава В., Липатова В., Горшкова А. Опыт учета полной продуктивности надземной части травяного покрова // Ботанический журнал. Т. 47. № 4. 1962. С. 473-484.
METHODS OF THE COMPLEX ESTIMATION OF NATURAL PASTURE ECOSYSTEMS
© 2009. A.A. Zotov*, N.Z. Shamsutdinov**, A.A. Chamidov***, Z.Sh. Shamsutdinov*, N.S. Orlovsky****
*V.R. Williams All-Russian Fodder Research Institute Russia, 141550Moscow area, Lobnya, Naucshny Gorodok, E-mail: aridland@mtu-net.ru **A.N. Kostyakov All-Russian Research Institute of Hydraulic Engineering of Land Reclamation Russia, 127550Moscow, ul. Bolshaya Akademischeskaya, д. 44, E-mail: aridland@mtu-net.ru ***Uzbek Institute of Sheep Breeding and Deserts Ecology Research Uzbekistam, 703000 Samarkand, ul.M. Ulugbeka, 47, E-mail: obid5@yandex.ru ****Blaustein Institute for Desert Research, Ben-Gurion University of the Negev Israel, 84990 Sede Boker Campus, E-Mail: nicolai@bgumail.bgu.ac.il
Abstract. Pasture ecosystems possess vast fodder resources (pasture forage, grassy weight for hay, silo, etc.). Annually formed resource of natural pasture ecosystems forage makes 160 million tons of dry matter or 145 billion fodder units. These pastures of the country, alongside with fodder weight accumulate 550 million tons of organic matter in underground part and render significant influence to reproduction and preservation of optimum parameters of environment. On the basis of the analysis and generalization of experimental multitude data the methods of natural pasture ecosystems complex estimation by energy and economic criteria are developed. Offered methods alongside with an estimation of the fodder weight measured by the contents of fodder units, allow to estimate the efficiency of pasture ecosystems by the contents of total and metabolizable energy, and also to define their nature protection role. By offered technique of economic and ecological functions the complex estimation of natural pasture ecosystems of tundra, wood, forest-steppe, steppe, semidesert and desert zones of Russia is given. The first time application of the given method has allowed estimating for the energy quantity accumulated in pasture ecosystems at a level 3 thousand Tjoule of gross energy.
Keywords: integrated estimation, energy estimation, pasture ecosystems, exchange energy, gross energy, nature protective role, fodder resources.
