CC BY
34
УДК 631.4: 631.452: 631.5
плодоносие агроценозов как фактор прямого определения агрономической типизации пахотных почв
А.М. ЛЫКОВ, академик Россельхозакадемии АФИ Россельхозакадемии
И.Ю. САВИН, доктор сельскохозяйственных наук, зам. директора
Почвенный институт им. В.В.Докучаева Россель-хозакадемии
А.Г. ПРУДНИКОВА, доктор сельскохозяйственных наук, профессор
А.Д. ПРУДНИКОВ, доктор сельскохозяйственных наук, профессор Смоленская ГСХА E-mail: sgsha@smoltelecom.ru
Резюме. Характеристикой производительности агроэко-систем может быть предлагаемая агрономическая категория - плодоносие. Определение ее предполагается прямыми физическими методами на основе дистанционного спутникового зондирования. Это позволит перейти к агрономической типизации агроландшафтов и точному земледелию.
Ключевые слова: агроценоз, агроэкосистема, дистанционное зондирование, плодоносие.
Экоцентрическая парадигма функционирования планетарной цивилизации в целом и применительно к земледельческой отрасли, в частности, требует значительного уточнения научно-технологических основ систем земледелия нового поколения. Это, в свою очередь, обязывает агрономическую науку форсированно развивать ряд важных направлений, связанных, прежде всего, с определением экосистемного механизма и его оптимизации. В отечественной агрономической науке такая работа пока находится в самой начальной стадии и не соответствует требованиям ни новой парадигмы развития земледельческой отрасли, ни ее ускоренной наукоемкой модернизации.
В нашей статье [8], открывающей публикацию материалов о расширительном понимании роли агрофизических основ в современных системах земледелия, использована забытая ныне агрономическая категория «плодоносие» (М.Г. Павлов, А.Т. Болотов, И.М. Комов) - результат системного взаимодействия почвы, растения, климата, труда земледельца и времени. В отличие от указанных авторов, сегодня при определении этой категории предполагается использование точных физических характеристик и прямых физических методов преимущественно на основе дистанционного аэрокосмического зондирования земной поверхности.
Понятие «плодоносие агроценоза», будучи по существу оценкой производительности агроэко-системы шире понятия «плодородие почвы». Использование этой категории позволяет утверждать принципиально новое, прямое определение качества местообитания агроценоза с точки зрения его высокоточного системного нормирования с дальнейшим использованием для агрономической типизации среды обитания культурных растений. Кроме того, исследователь получает возможность избежать описания сложных, в ряде случаев еще не полностью понятных процессов метаболизма (внутреннего и
внешнего) экосистем, получая, тем не менее, точные конечные результаты, включающие все известные и неизвестные системные метаболические взаимодействия. При этом они часто опережают традиционный логический ход исследовательской мысли и обеспечивают двойной эффект: не оставляют места в познавательном процессе неэффективному в таком случае редукционизму и, связанным с ним, необоснованным издержкам времени, средств и темпа исследований; с другой стороны - установленный интегральный эффект, многократно повторяясь в крупном исследовании, создает своего рода цепную реакцию ускорения изучения сложных природных и природно-антропогенных систем.
Модернизация земледельческой отрасли, как впрочем и всей хозяйственной составляющей цивилизации, не только абсолютно необходимое, технологически и социально-экономически назревшее условие ее существования и развития, но и важнейший методологический принцип прогрессивного развития человеческого общества вообще.
Исторический опыт свидетельствует о том, что современные методы качественного и количественного совершенствования земледелия, несмотря на высокую степень научного (теоретического) обоснования, по точности и глубине постановки цели часто уступают адаптивности почв полевым культурам в максимально высокой степени, то есть применительно к возделыванию конкретного единственного вида культурных растений. Сам термин «группировка» лингвистически подчеркивает относительно общий характер определения пригодности почв для возделывания той или иной культуры. В то же время, на заре земледельческой отрасли земледелец чисто имперически, но более творчески (что, к слову сказать, подтверждает высказывания К.А.Тимирязева о трех ступенях научного процесса) определял соответствие почвы биологическим особенностям возделываемых растений, выделяя «пшеничные», «ячменные», «картофельные» почвы и др.
Это не только делает честь напряженной творческой наблюдательности и интуиции первых земледельцев, но и вполне объяснимо с позиций современной агрономической и экологической науки.
Растение, как принципиально иное явление, по сравнению с абиотической физической системой, может и должно рассматриваться как своего рода революционный фактор прогрессивного развития биокосных земледельческих систем. Это тот «жизненный вихрь», о котором говорил В.И.Вернадский.
Растение - не только системообразующий, но и важнейший технологический фактор - прямой, сильнодействующий механизм экосистемного (агроценотического) действия. Эту его роль нельзя компенсировать учетом никаких других косвеннодей-ствующих факторов экологических систем. Поэтому при всех оценочных агроэкологических операциях это обстоятельство должно отражаться в первую очередь. Типизация почвенных условий - явление, безусловно, такого ряда.
Прямое определение неоценимо при многоранговых системных взаимодействиях, в которых опосредованные (косвенные) методы буквально обрастают случайными и систематическими ошибками, приводящими в ряде случаев к полному искажению результатов перспективных исследований.
Применяющиеся сегодня методы типизации сельскохозяйственных угодий, строго говоря, не достаточно агрономические. По этой причине их оценка не может быть положительной. Отсутствие прямых, технологически приемлемых и достоверных диагностических нормативов - главный недостаток и одновременно основание для их агрономического совершенствования. Сложность эффективного решения такой проблемы - промежуточное положение между фундаментальными естественными науками и сугубо прикладными агроэкологическими исследованиями [6, 7]. При оценке почвенного покрова принято говорить не о почвах, а о земельных типах, то есть более широких понятиях, включающих наряду с почвой другие соседствующие с ней природные ресурсы плодоносия.
В.М. Фридланд с учетом соотношения типов земель с СПП [7] выделяет три группы типов земель: простые однородные, сложные неконтрастные и сложные контрастные. В отдельных случаях они чередуются определенным (регулярным) образом, создавая сельскохозяйственный тип территории. Как правило, в этом случае достаточно удовлетворительный учет обеспечивает использование крупномасштабных почвенных карт, снабженных разносторонним справочным материалом.
Значительные трудности выделения сельскохозяйственных типов земель в конкретных регионах отмечают многие исследователи [6].
Косвенные учетно-оценочные методы часто страдают разночтением получаемых результатов вследствие недостаточной подготовки почвоведов к решению этого вопроса, а агрономических и землеустроительных кадров - к агрономическому почвоведению.
Необходимо также четкое разделение и устранение имеющегося сегодня дуализма при оценке роли природных и экономических факторов в учете и использовании земельных фондов, их научно-обоснованное соотношение при приоритетном внимании к почвенно-экологическим аспектам.
В мировой практике землеоценочных работ прослеживается непрерывное расширение использования дополнительных(справочных) материалов к разномасштабным почвенным картам. На этой основе составляются особые регламенты для относительно узких областей производства с одновременно большей глубиной и более тщательной детализацией их практического использования.
Поскольку информация почвенных карт и прилагаемых справочных материалов имеет свои пределы, вместе с ними используют результаты геоморфологических, гидрологических, геоботанических, микроклиматических и других исследований. Таким образом, опосредованные решения, получаемые косвенными методами исследования, всегда вызывают ощущение недооценки того или иного фактора, приводят к постоянному расширению экспериментальных схем, увеличению издержек всякого рода. В системной науке косвенные методы исследования - крайне вынужденная дань редукционизму с его неизбежными ошибками и издержками.
Теоретическое обоснование и практическая регламентация методов агрономической типизации (типология, агропроизводственная группировка сельскохозяйственных угодий) с использованием картографических методов исследования почв и других природных ресурсов весьма трудоемко и не всегда дает надежные результаты. И это понятно. Почвы - сложнейшие системы, их морфологические и функциональные структуры не всегда поддаются визуальному и инструментальному определению, особенно на микроуровне, не говоря уже о тонких структурно-функциональных взаимодействиях между отдельными микроареалами и микроэкосистемами, агрономически весьма значимыми.
Кроме того, существует большая разница между оценкой отдельных составляющих экологических и агроэкологических систем и их системной метаболической эффективностью (продуктивностью).
Исходя из сказанного, мы рекомендуем принципиально новый способ прямой типизации пахотных земель и других сельскохозяйственных угодий на основе физически определяемой категории - плодоносия агроценоза.
Физические характеристики свойственны всем без исключения материальным телам и процессам и первичны по времени возникновения. Они математически точны (математику создали физики, исходя из логики своей науки), что делает такие характеристики незаменимыми для выработки технологических нормативов и решений. И, наконец, физические свойства материи, в том числе и почвы, - это своеобразный фундамент (матрица) самых разнообразных научных направлений и открытий, которые могут в ряде случаев уже и не относится собственно к физической науке. Другие процессы - биологические, химические, физико-химические через свою исходную физическую матрицу могут самостоятельно идентифицироваться с физической точки зрения, отнюдь не приводя при этом к снижению роли других наук в едином исследовательском процессе. Физическая точность, всеобщность и исходная простота придают всем остальным научным направлениям особо ценные качества достоверности, универсальности, нормативности и системности.
Определение плодоносия (общей продуктивности) агроценозов и их сочетаний в ближайшем будущем, безусловно, должно осуществляться исключительно физическими методами дистанционного и позиционного зондирования.
Дистанционные методы зондирования основаны на определении характеристик агроценозов бесконтактно на базе анализа светоотражательных или светопоглотительных свойств объектов (например, по данным аэро- или космической съемки). Как правило, в этом случае для калибровки полученных результатов на начальных этапах нужны сведения о свойствах почв.
Позиционные методы, по сути, - автоматизированный вариант контактных методов. Автоматизируется процесс заложения точек опробования, а также аналитические работы, что сокращает их трудоемкость и повышает скорость выполнения.
Недостаток названных методов - высокая стоимость оборудования. Кроме того, точность позиционирования в большинстве случаев не гарантирует строгую фиксированность размещения точек опробования на поле при повторных операциях, что
Таблица. Основные характеристики спутниковых данных высокого пространственного разрешения
Наименование Страна Канал съемки Пространственное разрешение Периодичность съемки
IKONOS США Blue green 1 м pan, 3 м 3 дня
red NIR multi:
11 км полоса
съемки
QUICKBIRD США 1 pan+3 0,7 м pan, 5 дней
multi: 2,8 м multi,
green, red, 16,5 км полоса
NIR съемки
SPOT-5 Фран- 1pan, 4 2,5 и 5 м pan, 7 раз за
ция multi 10 м multi, 60 27 дней
VIS, NIR, км полоса
MIR съемки
Rapideye Герма- 5 multi 5 м multi, 77 км 1 день
ния полоса съемки
Ресурс-ДК Россия 1pan +3 1...3 м, 27 км 6 дней
multi: полоса съемки
green, red,
NIR
затрудняет точность выполнения агротехнических приемов и мониторинга плодородия почв поля. Еще одна проблема заключается в том, что анализу подвергается ограниченное количество параметров плодородия почв, а не все потенциально возможные. Эти недостатки зондирования необходимо устранить в ближайшей перспективе.
Сейчас на орбите Земли находятся спутники, которые позволяют несколько раз за период вегетации получать данные для отдельных полей и хозяйств (SPOT, Rapideye, Quickbird, Ресурс-ДК и др.). Они имеют пространственное разрешение около 1...5 м и могут быть получены в нескольких спектральных каналах (см. табл.). Кроме того, сегодня разработано достаточно много подходов к автоматизированному дешифрованию на основе подобных данных неодно-родностей растительного покрова, что при подборе оптимального сезона съемки в каждом конкретном случае позволяет надежно выявлять пространственные неоднородности агрофитоценозов. Спектральная многозональность съемки позволяет вычислять, так называемые, вегетационные индексы (NDVI, EVI, SAVI, PVI и др.), среди которых имеются достаточно хорошо коррелирующие с количеством надземной биомассы растительности. Подобные спутниковые
данные теоретически позволяют не только оценивать микронеоднородности строения растительного покрова пахотных угодий, но и моделировать пространственное варьирование и общий уровень биомассы агроценозов. Более того, в перспективе можно разработать подходы к выявлению причин, обусловливающих неоднородность растительности пахотных угодий.
В известной степени сложные или еще не решенные аспекты позиционного зондирования пашни и других сельхозугодий, можно компенсировать использованием относительно простых визуальных и инструментальных методов рекогносцировочных (уравнительных)посевов, заимствованных из практики опытного дела, а также широким применением производственных полевых опытов [2]. Эти методы удобны для типизации пашни небольших по размеру фермерских хозяйств, в особо сложных для позиционного зондирования условиях.
В Нечерноземной зоне Российской Федерации для рекогносцировочных посевов чаще всего применяют скороспелые мешанки однолетних кормовых культур(вико-овсяная, горохо-овсяная смеси, яровые зерновые и др.).
Полевые опыты в производственных условиях различаются в зависимости от поставленной цели, вида опытов, имеющейся материально-технической базы. Необходимо учитывать, что в производственных условиях нет специальной малогабаритной техники, специально подготовленных кадров, инвентаря и приспособлений для проведения подобной работы. Эффективность - таких экспериментов зависит от правильности выбора направлений исследований, соблюдения основных требований опытной работы, профессиональных навыков исполнителей, тщательной камеральной подготовки.
Дополнительно к двум изложенным способам определения земельных типов в том или ином хозяйстве для проведения типизации можно использовать методики учета засоренности полей в производственных условиях [5]. Только вместо сорных растений, естественно, учитываются густота стояния и масса сухого вещества урожая основной хозяйственной культуры.
Кроме того, Б.А. Доспехов [2] допускал возможность визуального (глазомерного) определения величины и выровненности урожая посевов уравнительных культур.
Литература.
1. ГрибовЛ.А., Прокофьев Н.И. Основы физики. (2-е издание). - М: Наука, 1995.
2. Доспехов Б.А. Методика опытного дела (4-е изд). - М: Колос, 1979.
3. Жученко А.А. Ресурсный потенциал производства зерна в России. - М: Агрорус, 2004.
4. Зубкова Т.А., Карпачевский Л.О. Матричная организация почв. - М: Русаки, 2001.
5. Смирнов Б.А. Березников Г.А. Борьба с сорняками в интенсивном земледелии Нечерноземной зоны РФ на основе картирования. - М: Россельхозиздат, 1983.
6. Учет и агропроизводственные группировки земельных ресурсов СССР. - М: Наука, 1967.
7. Фридланд В.М. Структура почвенного покрова. - М: Мысль, 1972.
8.Якушев В.П., Лыков А.М. К проблеме агрофизических основ систем земледелия нового поколения. // Плодородие. -№ 6. - 2008.
SOiLFRUTFULNESS OF AGROCiNOZES AS A FACTOR OF DiRECT DETERMiNATiON OF AGRONOMiCAL TYPiFiCATiON
OFARABLE LANDS A.M. Likov, I.Y. Savin, A.G. Prudnikova, A.D. Prudnikov
Summary. The proposed agronomical category of soilfrutfulness may be the characteristic of agro-ecosystem productivity. Its determination is proposed to be done by direct physical methods on the basis of the satellite remote control sounding. It enables us to go on to agronomical typification of agrolandscapes and precise agriculture. Key words: agrocenosis, agroecosystem, remote probing, ffruiting.
