CC BY
53
ЭКОНОМИЧЕСКИЕ НАУКИ
УДК 631.58:502.1(470.44)
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СОСТОЯНИЯ АГРОЛАНДШАФТОВ В СИСТЕМЕ ЭКОНОМИКИ ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИЯ
И.Л. Воротников, профессор А.В. Панфилов, доцент К.П. Колотырин, доцент
Саратовский госагроуниверситет им. Н.И. Вавилова
В научной статье рассматриваются вопросы состояния почвенного и экономического плодородия при использовании агроландшафтов. Проведена комплексная оценка почвенноклиматических ресурсов и определено их действие на продуктивность сельскохозяйственных культур.
Проведена оценка природного и экономического плодородия почв в зависимости от запаса и состава гумуса, содержание элементов минерального питания, величины рН и гидролитической кислотности. При оценке экономического плодородия почв учитывалось внесение органических и минеральных удобрений и известкование.
Ключевые слова: экономическое и природное плодородие, агроландшафт, мониторинг, сельскохозяйственные угодия, экономика природопользования.
Мониторинг агроландшафтов включает в себя контроль состояния плодородия почвенного покрова, водно-теплового режима почвы и биологической продуктивности агроэкосистем, их состояния в течение вегетационного периода.
В настоящее время на сельскохозяйственных угодьях наблюдается заметное увеличение солонцовых и кислых почв, а также почв с низким содержанием фосфора, подверженных засухам, эрозии и дефляции, влиянию других негативных процессов.
2622,9 тыс. га пашни (48 процентов) характеризуется низким содержанием гумуса, 1495,0 тыс. га (28 процентов) - дефицитом фосфора и 168,8 тыс. га (3 процента) -калия. Среднегодовой дефицит гумуса в пахотном слое за последние годы в среднем составляет 0,2 т/га.
Начиная с 1995 года, наблюдается устойчивый отрицательный баланс питательных веществ в почве, величина которого изменилась с 41 кг (1995-1999 годы) до 63 кг (2000-2008 годы) действующего вещества/га.
Климат района исследований отличается резкой континентальностью и суровостью. Для него характерна холодная малоснежная зима, короткая засушливая весна и сухое жаркое лето. Главная особенность климата - частая повторяемость засух и суховеев.
Содержание гумуса в почвах колеблется от 1,7-3,3 процента в VII микрозоне до 4,7-8,2 процента в I микрозоне.
Потери гумуса почв за последние 25 лет, связанные как с развитием эрозионных процессов, так и с уменьшением объемов внесения органических и минеральных удобрений, составляют по различным видам почв от 6 до 16 процентов.
Комплексная оценка почвенно-климатических ресурсов показывает, что потенциальная урожайность зерновых культур в области, обеспеченная приходом фотосинтетически активной радиации (далее ФАР), достаточно высока и составляет для яровых культур 50-60 ц/га, для озимых - 60-80 ц/га. Продуктивность сельскохозяйственных культур в области ограничивают, прежде всего, слабая влагообеспеченность растений и низкий уровень плодородия почвы.
Вынос питательных веществ из почв при объемах производства сельскохозяйственной продукции составит 615,8 тыс. тонн азота, фосфора, калия. Естественно, такой значительный вынос питательных веществ требует обязательной компенсации.
Агроландшафты как техно-природные системы включают природную и техногенную (деятельностную) подсистемы. Природная подсистема включает ряд взаимосвязанных и взаимодействующих компонентов (приземный слой атмосферы, биота, почвы, водные ресурсы).
Приземный слой атмосферного воздуха наиболее динамичный компонент ландшафтов (агроландшафтов). Циркуляция атмосферы является главным климатическим фактором, определяющим тепло- и влагообеспеченность агроландшафтов, перенос загрязняющих веществ, поступающих в результате техногенных выбросов, и ветровую эрозию (дефляцию) почв. В свою очередь, тепло- и влагообеспеченность определяют условия формирования теплового и водного балансов, биоразнообразие, биопродуктивность, тип зональных почв и направленность природных процессов.
В настоящее время существует много методов оценки состояния приземного слоя атмосферы отдельных природных систем, наибольшее распространение из которых получили методы, основанные на анализе соотношения осадков, испаряемости, суммы активных температур и дефицита влажности воздуха. В качестве интегрального показателя для атмосферного воздуха наиболее подходящим является «индекс сухости», в основу которого положено отношение радиационного баланса деятельной поверхности и годовых осадков, выраженных в количестве тепла, необходимого для их испарения [2].
При использовании «индекса сухости» в качестве интегрального показателя учитывается идея показателя увлажненности Докучаева. Последнее обстоятельство является очень важным, поскольку дает возможность выявить основные факторы, лимитирующие плодородие почв. Не менее важным является также возможность учета хозяйственной деятельности (земледелия и орошения) на формирование гидротермических условий.
Используя интегральный показатель состояния атмосферного воздуха, можно оценить условия формирования водного баланса агроландшафта и связь между биологическим и геологическим круговоротами.
К числу агроклиматических характеристик приземного слоя атмосферы следует отнести сумму атмосферных осадков, сумму активных температур, испаряемость, радиационный баланс, фотосинтетически активную радиацию, продолжительность вегетационного периода.
Общие запасы биомассы природных ландшафтов характеризуют биологический круговорот и существенно различаются по природно-климатическим зонам в зависимости от величины «индекса сухости».
Интегральным показателем биологической продуктивности природных ландшафтов и агроландшафтов является ежегодный прирост биомассы и урожайность сельскохозяйственных культур.
Потенциальную продуктивность при оптимальных условиях определяют по данным сортоиспытательных участков.
Разница между максимальной летней и минимальной зимней температурами достигает 83...850С, а разница средних температур воздуха тех же периодов составляет около 32...370С.
Осадки в среднем на территории составляют 300...350 мм за год, на юго-востоке Левобережья (Александров-Гай, Новоузенск) около 250 мм. Средняя годовая температура воздуха равна 5,30С. Абсолютный минимум -440, абсолютный максимум 420. Средние суммы температур воздуха выше 10 составляют 2700...2900 . Лето продолжается около 4 месяцев. Продолжительность вегетационного периода 150...160 дней, безморозного периода 145...155 дней, последний заморозок в среднем наблюдается в первой декаде мая. В отдельные годы заморозки возможны в первой декаде июня.
Снижение природного плодородия почв означает ухудшение экологического состояния агроландшафтов и необходимость регулирования баланса гумуса в почвах.
Объем речного стока различной обеспеченности как интегральный показатель состояния поверхностных вод определяется путем статистической обработки многолетних рядов наблюдений за стоком. При отсутствии таких наблюдений среднемноголетний объем речного стока можно определить расчетом, используя уравнение баланса поверхностных и почвенных вод. В этом случае объем стока заданной обеспеченности рассчитывается по формулам.
В Саратовском Левобережье главной всегда являлась и остается проблема обеспечение населения пресной водой, а, в связи с обмелением водных объектов, она стала еще более актуальной. В пределах Саратовской области протекает 358 рек длиной более 10 км и 58 рек длиной более 50 км каждая, их протяженность составляет 12 331 км. Все реки в Саратовской области относятся к трем бассейнам: Волжскому, Донскому, Камыш-Самарских озер. Основной запас водных ресурсов области приходится на р. Волгу. Вода из волжских водохранилищ по Саратовскому оросительнообводнительному (120 км) и Ерусланскому каналам (48 км) поступает в реки Заволжья. К Волжскому бассейну относится большая часть рек Заволжья (Большой Иргиз, Малый Иргиз, Большой Караман, малый Караман, Еруслан). Реки Большой Узень и Малый Узень относятся к бассейну Камыш-Самарских озер.
Наиболее крупные реки бассейнов Заволжья являются основными источниками воды для жизнедеятельности населения и орошения.
Данные о современной структуре биотических и абиотических элементов показывают, что развитие сельскохозяйственного производства произошло в основном за счет распашки естественных лугов и частично лесных угодий, т.е. за счет самых экологически значимых биотических элементов. Кроме того, наряду с биотическими, появились абиотические элементы в виде населенных пунктов и промышленных объектов с соответствующей инфраструктурой.
Многочисленные наблюдения за поверхностным стоком на пахотных землях показывают, что он в среднем в 1,25 раза выше, чем в естественных условиях. На мелиорированных землях величина поверхностного стока приблизительно на 20 % выше, чем на немелиорированных [1, 3].
Результаты расчетов среднемноголетнего баланса поверхностных и почвенных вод говорят о том, что нарушение естественной структуры природных ландшафтов изменило не только тепло- и влагообеспеченность, тепловой, водный и геохимический балансы территорий, но, в соответствии с законом оптимальности и последовательного прохождения фаз развития, экологическое равновесие системы в целом.
В результате развития цепных реакций и действия правила основного обмена произошло нарушение баланса органического вещества и химических элементов. Общие запасы органического вещества в агроландшафтах Саратовского Заволжья снизились. Особенно резко запасы органического вещества уменьшились в пахотных почвах.
Изменение содержания органического вещества и химических элементов при распашке происходит за счет изменения в агроценозах объема производимой биомассы и содержания в ней химических элементов, за счет уничтожения опада в виде подстилки и степного войлока, а также за счет отчуждения значительной части биомассы с урожаем. Эти процессы определяют характер изменения экологического равновесия, влияния на процессы почвообразования, животного мира и состояние сельскохозяйственных угодий как пахотных почв, так и агроландшафтов в целом.
Изменения балансов органического вещества и химических элементов в почве при распашке очень велики, что непременно сказывается на состоянии и плодородии почв и стабильности природной системы в целом. Полученные данные приводят к выводу, что состояние сельскохозяйственных угодий и агроландшафтов должно быть неустойчивым. В таких состояниях природные флуктуации содержания органического вещества вместо того, чтобы затухать, усиливаются и затрагивают всю природную систему, вынуждая ее эволюционировать к новому режиму, отличному от природного. В случаях, когда возможна такая неустойчивость, необходимо оценить порог снижения запасов органического вещества, за которым флуктуации могут привести к деградации всей природной системы.
Изменение баланса органического вещества и химических элементов в почвах при их сельскохозяйственном использовании, связанное с отчуждением значительной части биомассы с урожаем и ухудшением основных свойств почв, нарушает практически все их экологические функции и, прежде всего, функцию почвы как биогеохи-мического барьера. А это означает нарушение биологического и усиление геологического круговорота химических элементов и загрязнение окружающей среды и прежде всего поверхностных и подземных вод. Положение усугубляется развитием деграда-ционных процессов (водная и ветровая эрозия, подкисление, засоление и др.), а также неудовлетворительным состоянием системы агрохимического обслуживания. К сожалению, процессы деградации почв в последние годы усиливаются; увеличиваются площади кислых почв и интенсивность сработки запасов гумуса в районе исследования. Соответственно снижается интенсивность и стабильность сельскохозяйственного производства.
Для оценки природного и экономического плодородия почв в работе использованы результаты исследований С.А. Иегова и П.М. Хомякова. При оценке природного плодородия в расчетах учитывались запасы и состав гумуса, содержание элементов минерального питания, величины рН и гидролитической кислотности. Интегральным показателем природного плодородия служит «индекс почвы» в баллах ^). При оценке экономического плодородия почв, кроме указанных выше факторов, учитывалось внесение органических и минеральных удобрений и известкование. Интегральными показателями экономического плодородия служит «индекс ПОЧВ» ^2) и продуктивность (урожай).
Изменение природного и экономического плодородия почв за период 19002010 гг. приведено в таблице 1.
Таблица 1 - Динамика природного и экономического плодородия почв за период
с 1900 по 2010 гг.
Плодо родие, S; AS; Изменение запасов гумуса, % Изменение урожайности, %
Показатель <о о X а ^ к Л К к 1 -§ ^ $ О CD о К ; О GO & < Я Л К к з ся к <1 о к О GO
Значение 12,7 12,8 -4 - 3 1,01 -2-3 - 3
12,2 12,4 1,02
В числителе данные 1990 г. в знаменателе - 2010 г.
Оценку экологической стабильности антропогенно-природных систем выполним с использованием данных по структуре систем и значения К; для пашни, сенокосов, пастбищ, орошаемых и осушаемых земель и абиотических элементов. Результаты расчетов экологической стабильности (Кс) приведены в таблице 2.
Таблица 2 - Уровни стабильности природных ландшафтов и агроландшафтов
Показатель Природные ландшафты Агроландшафты
Кс Уровень стабильности Кс Уровень стабильности
Значение 0,83 Стабильный 0,46 Малостабильный
Таким образом, снижение экологической стабильности агроландшафтов означает неизбежное дальнейшее развитие деградационных процессов и ухудшение состояния сельскохозяйственных угодий и животного мира даже при современной техногенной нагрузке, не говоря уже о ее усилении, а значит усиление зависимости сельскохозяйственного производства от климатических факторов и снижение его устойчивости. Этот вывод подтверждается данными о динамике урожайности и производства сельскохозяйственной продукции за последние десятилетия.
Библиографический список
1. Булыгин, С.Ю. Формирование экологически сбалансированных ландшафтов: проблема эрозии [Текст] / С.Ю. Булыгин, М.А. Неаринг. - Харьков, 1999. - 271 с.
2. Григорьев, В.Я. Расчетное определение критерия минимизации эрозии почв и оптимизации противоэрозионных мероприятий [Текст] / В.Я. Григорьев // Почвоведение. - 1998. -№ 4. - С. 466-475.
3. Яшутин, Н.В. Современные подходы к методологии земледелия: агрологистика [Текст] / Н.В. Яшутин // Вестник АГАУ. - 2008. - № 12. - С. 15-18.
Е-mail: [email protected]
