Содержание к диссертации
Введение
1. Формирование экологически устойчивых агроландшафтов (обзор литературы) 11
1.1 Природные ресурсы Центрально-Черноземной зоны и Белгородской области 11
1.2 Развитие ландшафтных систем земледелия 36
2. Объекты, методика и условия проведения исследований 53
2.1 Объекты исследований 53
2.2 Методические аспекты организации исследований 58
2.3 Метеорологические условия в период проведения исследований 66
3 Влияние ландшафтных систем земледелия на плодородие почв и продуктивность агроэкосистем 68
3.1 Плодородие почв 68
3.1.1 Содержание гумуса в почвах 69
3.1.2 Физико-химические и агрохимические показатели плодородия почв при освоении ландшафтных систем земледелия 87
3.2 Продуктивность и биоэнергетическая емкость агроландшафтов при освоении ландшафтных систем земледелия 101
3.2.1. Урожайность сельскохозяйственных культур 101
3.2.2. Влияние ландшафтных систем земледелия на продукционный потенциал агроэкосистем 108
3.2.3. Биоэнергетический потенциал агроландшафтов и эффективность использования природных и антропогенных ресурсов 115
4 Взаимоотношения между компонентами энтомоценоза в антропогенно сформированных агроландшафтах 124
4.1 Регулирование фитосанитарного состояния посевов 124
4.2 Основные объекты и плотность популяций вредных и полезных видов насекомых в системе ландшафтного земледелия 136
4.3 Соотношение популяций фитофагов и энтомофагов 146
5 Видовое разнообразие растительности в ландшафтных системах земледелия 154
5.1 Видовое разнообразие растительности антропогенно сформированных агроландшафтов 154
5.2 Структура флоры и типы растительности агроландшафта
5.3 Трансформация травянистой флоры под влиянием древесных пород 181
6 Влияние ландшафтных систем земледелия на окружающую среду и здоровье населения преобразованных территорий 193
6.1 Повышение стабильности развития растений березы повислой (Betula pendula Roth.) как показателя улучшения качества среды при освоении ландшафтных систем земледелия 193
6.2 Снижение заболеваний органов дыхания населения территорий, преобразованных на ландшафтной основе 198
7 Эколого-экономическая эффективность ландшафтных систем земледелия 222
7.1 Экономическая эффективность восстановления плодородия и повышения продуктивности агроэкосистемы при освоении ландшафтных систем земледелия 222
7.2 Влияние изменений в организации территории и системе севооборотов на экономическую эффективность ландшафтных систем земледелия 229
7.3 Изменение общественно значимых показателей окружающей среды в ландшафтных системах земледелия 234
Выводы 243
Предложения производству
Список литературы 248
Приложения 303
- Природные ресурсы Центрально-Черноземной зоны и Белгородской области
- Физико-химические и агрохимические показатели плодородия почв при освоении ландшафтных систем земледелия
- Основные объекты и плотность популяций вредных и полезных видов насекомых в системе ландшафтного земледелия
- Снижение заболеваний органов дыхания населения территорий, преобразованных на ландшафтной основе
Введение к работе
Актуальность темы. Современное земледелие характеризуется интенсивным агрессивным воздействием на окружающую среду и, особенно на почву, как средство производства и компонент биосферы. Это связано не только с потерей плодородия, а, следовательно, снижением производства продуктов питания, но и существенным загрязнением воздуха и водных источников продуктами выноса почвы, различного вида химикатов (как удобрений, так и пестицидов), усилением частоты и вредоносности засух, снижением в целом устойчивости агроландшафтов.
В современных условиях обеспечение устойчивости производства является важнейшим направлением деятельности специалистов и ученых в области сельского хозяйства. Устойчивость развития предполагает последовательное сохранение и восстановление биосферы, а также безопасность хозяйственной деятельности. Стала осознанной необходимость ведения земледелия на основе законов функционирования природных экосистем и ландшафтов. Достижение этого неразрывно связано с созданием рациональных агроэкосистем и, в частности, агроландшафтов.
Системами земледелия нового поколения стали ландшафтные системы земледелия (ЛСЗ). Под руководством академика РАСХН О.Г. Котляровой ландшафтные системы земледелия, начиная с 1981 года, были освоены в Красногвардейском районе Белгородской области. Создание этого уникального по своей масштабности и глубине проработки объекта в самых сложных эрозионных условиях Центрального Черноземья дает возможность оценить эволюцию антропогенно сформированных агроландшафтов и показать экологическую, экономическую и социальную направленность происходящих процессов в условиях целого района.
Одной из наиболее актуальных задач общества и науки становится оптимизация использования природных ресурсов и управление эволюцией агроландшафтов по пути ноогенеза на основе эффективных подходов скрининга и мониторинга, планирования и прогноза последствий антропогенного воздействия на биосферу. Очевидно, что для достижения этих целей необходимо детальное изучение особенностей формирования устойчивых агроландшафтов.
Недостаточно изученными и поэтому представляющие значительный интерес остаются вопросы комплексного влияния всех элементов ЛСЗ на динамику восстановления плодородия почв, повышение продуктивности агроценозов, расширение видового разнообразия, биологической емкости и энергетического потенциала агроэкосистем, экономических показателей аграрного производства, а также экологической безопасности и качества окружающей среды, определяющих и здоровье населения.
Цель работы - комплексная оценка состояния агроэкосистем нового типа на разных уровнях ее иерархической структуры (модельный объект, хозяйство, район), как основы формирования и эволюционного развития экологически устойчивых высокопродуктивных агроландшафтов при освоении ландшафтных систем земледелия.
Основные задачи исследований: - изучить влияние ландшафтных систем земледелия на основные показатели плодородия почв; - определить изменение продуктивности, биологической и энергетической емкости и ассимиляционного потенциала агроландшафтов при освоении ландшафтных систем земледелия; оценить видовое разнообразие флоры и типов растительности при формировании экологически устойчивых агроландшафтов; определить влияние защитных лесных насаждений на засоренность прилегающих агроценозов и особенности распространения и взаимоотношений между компонентами энтомоценоза в преобразованных агроландшафтах, как основы совершенствования мер защиты растений в земледелии; - оценить уровень экологической безопасности и влияние ландшафтных систем земледелия на заболеваемость органов дыхания населения трансформированной территории в сравнении с традиционными; - определить эколого-экономическую эффективность освоенной на контурно-мелиоративной основе ландшафтной системы земледелия.
Научная новизна работы. Впервые для условий Центрально-Черноземной зоны дана комплексная оценка эффективности ландшафтных систем земледелия в реальных условиях хозяйствования целого района.
Показано, что при освоении ландшафтных систем земледелия в эрозионноопасных районах происходит не просто прекращение деградации почв, но и восстановление их плодородия. Установлены средние темпы увеличения содержания гумуса.
Доказано, что преобразование территории на ландшафтной основе приводит к повышению продуктивности агроэкосистем, их биологической емкости и флористического разнообразия, к устойчивости агроландшафтов в целом, особенно в экологически напряженных условиях.
Впервые в ЦЧЗ получены принципиально новые представления о влиянии ландшафтных систем земледелия на состояние среды обитания трансформированной территории и снижение заболеваемости органов дыхания населения.
Проведена оценка эколого-экономической эффективности освоения ландшафтных систем земледелия и производственных процессов в земледелии.
Практическая значимость работы определяется современным состоянием плодородия почв, непрекращающимися процессами деградации в эрозионноопасных районах, что приводит к снижению продуктивности агроландшафтов и их устойчивости, а также неэффективному использованию природных и антропогенных ресурсов.
Основные экспериментальные результаты и положения диссертации имеют теоретическую и практическую направленность и могут служить основой для разработки программ по вопросам сохранения и повышения плодородия почв, устойчивости агроландшафтов, повышения эффективности производства продукции растениеводства. Материалы исследований послужат информационной основой для совершенствования и прогноза развития систем земледелия нового поколения на ландшафтной основе.
Установленные в работе особенности пространственной дифференциации энтомоценоза в условиях сложного рельефа могут использоваться при проведении фитосанитарного мониторинга и контроля численности вредных насекомых.
Материалы диссертационной работы используются в учебном процессе в Белгородской государственной сельскохозяйственной академии при чтении дисциплин «Ландшафтное земледелие» и «Системы земледелия», неоднократно были востребованы департаментом АПК Белгородской области для обмена передового опыта с представителями различных областей России и повышения квалификации руководителей и главных агрономов хозяйств Белгородской области.
Положения, выносимые на защиту:
1. При освоении ландшафтных систем земледелия повышается плодородие почв и продуктивность агроландшафтов.
Ландшафтные системы земледелия обеспечивают увеличение биоэнергетической емкости и ассимиляционного потенциала агроэкосистем.
Особенности пространственной дифференциации компонентов энтомокомплекса в зависимости от структурных элементов агроландшафта.
4. Защитные лесные насаждения как фактор стабилизации фитосанитарной обстановки прилегающих агроценозов вследствие повышения устойчивости в их системе энтомофаунистических сообществ, с одной стороны, и закономерностей сукцессионного развития травянистой растительности в них, с другой.
5. Расширение флористического разнообразия агроландшафтов под влиянием системы лесополос, участков сплошного облесения и естественной растительности овражно-балочных комплексов.
6. Улучшение состояния окружающей среды и здоровья населения преобразованных территорий при освоении ландшафтных систем земледелия.
Апробация работы. Основные положения диссертации рассматривались и получили одобрение на научно-практических конференциях разного уровня: «Проблемы сельскохозяйственного производства на современном этапе и пути их решения» и «Решение экологических проблем при производстве сельскохозяйственной продукции» (Белгородская ГСХА, 2002-2004, 2006, 2008 гг.); «Агроэкологические проблемы сельскохозяйственного производства в условиях техногенного загрязнения агроэкосистем» (Казань, 2002); «Экономические проблемы вступления России в ВТО» и «Проблемы природопользования и экологическая ситуация в Европейской России и сопредельных странах» (Белгородский госуниверситет, 2004, 2008); «Проблемы борьбы с засухой» и «Теоретические и прикладные проблемы использования, сохранения и восстановления биологического разнообразия травяных экосистем» (Ставрополь, 2005, 2010); «Агроэкологические проблемы в сельском хозяйстве» (Воронеж, 2005); «Энтузиасты аграрной науки» (2005, 2008); «Агротехнологии XXI века» (Москва, 2007); «Природопользование и охрана окружающей среды» (Пекин, 2007); «Агрохимия и экология: история и современность» (Н.Новгород, 2008); «Интенсификация, ресурсосбережение и охрана почв в адаптивно-ландшафтных системах земледелия» и «Модели автоматизированного проектирования адаптивно-ландшафтных систем земледелия» (Курск, 2008, 2010); «Защитное лесоразведение, мелиорация земель и проблемы земледелия в Российской Федерации» (Волгоград, 2008); «Научно-практические основы сохранения и воспроизводства плодородия почв
ЦЧЗ» и «Пути сохранения плодородия почвы и повышения продуктивности сельскохозяйственных культур в адаптивно-ландшафтном земледелии Центрального Черноземья» (Каменная Степь, 2008, 2009); «День российского поля - 2008» (Белгород, 2008); «Агроэкологические аспекты устойчивого развития АПК» (Брянск, 2009); «Эрозия почв: Проблемы и пути повышения эффективности растениеводства» (Ульяновск, 2009); «Леса России в XXI веке» (С.-Петербург, 2009); на заседаниях кафедры земледелия и агрохимии Белгородской ГСХА (2002-2010 гг.); на заседаниях Ученого совета агрономического факультета БелГСХА (2002-2010 гг.).
Исследования выполнялись по Межведомственной координационной программе (задание 11.01) «Разработать проекты базовых элементов адаптивно-ландшафтных систем земледелия (АЛСЗ) и модели автоматизированного проектирования для товаропроизводителей различной специализации, форм собственности и финансового обеспечения» (координируемая РАСХН) (2009 г.).
Исследования поддерживались грантами российских и международных фондов: № 029 GR5/ISC-2000 Института Устойчивых Сообществ (США) и Агентства США по международному развитию «Освоение экологически устойчивой ландшафтной системы земледелия в АО «Должанское»» (2000 г.); № 1064 GR10/ISC-2003 Института Устойчивых Сообществ (США) и Агентства США по международному развитию «Утилизация органических отходов сельскохозяйственного производства методом биоконверсии» (2003-2004 гг.); № 09-04-97554 Российского фонда фундаментальных исследований (РФФИ) «Разработка системного подхода к оценке состояния агроэкосистем нового типа» (2009-2010 гг.).
Исследования проводились в соответствии с заданиями программ НИР Белгородской государственной сельскохозяйственной академии и Департамента АПК правительства Белгородской области: № 4/02 «Разработка и совершенствование элементов ландшафтных систем земледелия» (2002 г.); №
1.10.56.4 «Разработка и внедрение в производство агроландшафтных систем на биологической основе земледелия и создание научного демонстрационного стационара по освоению и совершенствованию ландшафтных систем земледелия» (2008 г.); «Оценка экологической устойчивости и биоразнообразия агрландшафтов, формирование звеньев новых агротехнологий в ландшафтных системах земледелия» (2010 г.).
Публикации результатов исследований. Результаты исследований опубликованы в 67 работах, в том числе в изданиях, рекомендованных ВАК -17, в двух коллективных монографиях, 8 научно-методических работах, 3 из которых с грифом УМО.
Структура и объем диссертации.
Представленная работа состоит из введения, семи глав, выводов, предложений производству, списка использованной литературы и приложения. Работа изложена на 311 страницах машинописного текста, содержит 47 таблиц и 28 рисунков, 8 приложений. Список литературы включает 514 источников, в том числе 32 - на иностранных языках.
Автор благодарен коллективу кафедры земледелия и агрохимии Белгородской государственной сельскохозяйственной академии за совместную работу и поддержку. Особую признательность автор выражает сотрудникам ботанического сада Белгородского государственного университета кандидатам сельскохозяйственных наук В.И. Чернявскому и О.В. Дегтярь, заместителю руководителя «Центра биологической регламентации использования пестицидов» Всероссийского института защиты растений (ВИЗР, С-Петербург - Пушкин) доктору биологических наук А.Б. Лаптиеву, руководителю территориального органа Федеральной службы государственной статистики по Белгородской области О.С. Тарановой за доброжелательную помощь и полезные советы.
Природные ресурсы Центрально-Черноземной зоны и Белгородской области
Центрально-Черноземная зона России - это крупнейший земледельческий регион. Большая часть территории, в которую входят Белгородская, Воронежская, Курская, Липецкая и Тамбовская области, расположена в лесостепной зоне (83,3 %) и меньшая (16,7 %) - в степной. Земельный фонд ЦЧЗ составляет 16,8 млн. га. В структуре сельскохозяйственных угодий, занимающих 13,2 млн. га, доля пашни занимает 81,4 %, сенокосов - 4,5 % пастбищ - 12,6 % (Земледелие, 2000).
Климатические особенности Центрально-Черноземной зоны обусловлены в основном чередованием вторжений влажных морских и сухих континентальных умеренных воздушных масс. Причем, в связи со значительной протяженностью территории, на западе морские воздушные массы наблюдаются в 1,5-2,0 раза чаще, чем на востоке. Общая континентальность территории возрастает с северо-запада на юго-восток. В целом климат региона умеренно- и среднеконтинентальный, что проявляется в относительно мягкой, достаточно снежной зиме и умеренно теплом лете (Климатические ресурсы..., 1978).
Географическое положение ЦЧЗ обеспечивает получение значительной суммы солнечной радиации, так в условиях Курской области приход суммарной ФАР за год составляет 45,8 ккал на 1 см горизонтальной поверхности, или 4,58 млрд. ккал/га (Модели управления..., 1998).
Ресурсы тепла в регионе довольно значительны. Суммы среднесуточных температур выше 10 изменяются от 2210 на севере до 2930 на юге. Среднегодовая температура воздуха на территории ЦЧЗ изменяется от +3,8 на севере Тамбовской области до +6,7 на юге Воронежской и Белгородской областей. Средняя температура наиболее холодного месяца - января - от -11,8 до -7,5 С. Наиболее теплый месяц - июль со средней температурой от +18,8 до 21,8 С. Вегетационный период (t 5С) длится 177-195 дней. Продолжительность периода с температурами выше 10 изменяется от 145 до 160 дней (Модели управления..., 1998).
Тепловой режим - важнейшая климатическая характеристика, в определенной степени влияющая на вид осадков и их распределение, промерзание почвы, снеготаяние, продуктивные запасы влаги в почве и т.д. В целом климатические условия благоприятны для выращивания большинства сельскохозяйственных культур.
Влагообеспеченностъ является основным лимитирующим фактором. Атмосферные осадки на описываемой территории определяются, главным образом, циклонической деятельностью. Среднегодовая сумма осадков изменяется от 650 мм на северо-западе до 450 мм на юго-востоке.
На территории ЦЧЗ выделено 5 климатических районов: северо-западный, северо-восточный, западный, восточный и южный. Восточный и особенно южный районы отличаются определенной засушливостью, поскольку там испаряемость соответственно на 66 и 143 мм больше суммы осадков (Агроэкологическое состояние..., 1996). В связи с этим засухи в этих районах более частое и более значительное явление.
Для оценки естественного увлажнения той или иной территории для обоснования мелиоративных мероприятий используется, предложенный А.Н. Костяковым (1960), коэффициента водного баланса:
К = цР/Е, где fi - коэффициент использования осадков; Р - осадки за год; Е - испаряемость за год. На основании этого метода на территории страны А.Н. Костяковым выделено 3 зоны: недостаточного (К 1), неустойчивого (К 1) и избыточного (К 1) увлажнения. Центрально-Черноземный регион относится к зоне неустойчивого увлажнения, в которой среднемноголетний коэффициент водного баланса близок к единице. Характерной особенностью является неравномерность выпадения осадков по годам и периодам года. Вероятность влажных лет по ЦЧЗ - 25-40 %, полузасушливых и засушливых - 30-50 % (Плодородие черноземов..., 1998).
Из годового количества осадков на холодный период приходится примерно 30-35 %, а на теплый - 65-70 %. В Белгородской области осадки по временам года распределяются следующим образом: зимой выпадает 19%, весной - 22, летом - 36 и осенью - 23% общего их количества (Соловиченко, 2005). Количество осадков по периодам года уменьшается в направлении с севера-запада территории на юго-восток: от 175-200 мм до 130-160 мм за холодный период года, за теплый - от 400-425 мм до 275 мм (Модели управления..., 2000). Несмотря на то, что летом выпадает максимальное количество осадков продолжительность их гораздо меньше (5-50 час), чем в холодный период (25-90 час). Об интенсивности осадков косвенно можно судить по их суточному максимуму, который в теплые месяцы года составляет 32-144 мм, зимой - 20-40 мм.
Наблюдающаяся неравномерность в распределении осадков по территории связана и с условиями рельефа. Существенные различия в условиях увлажнения имеют склоны разной крутизны и экспозиции. По сравнению с равнинными участками на западных (наветренных) и на восточных (подветренных) склонах наблюдается значительное отличие в количестве поступающих осадков. По сравнению с северными склонами испаряемость выше на склонах южной экспозиции и поэтому на них при одинаковом количестве осадков коэффициенты увлажнения ниже. На степень увлажнения также влияет и крутизна склонов, при увеличении которой происходит потеря влаги за счет усиления стока.
Физико-химические и агрохимические показатели плодородия почв при освоении ландшафтных систем земледелия
Стоящие перед аграрным сектором экономики задачи по обеспечению продовольственной безопасности страны и выходу на внешний рынок требуют все большей интенсификации производства. Интенсификация чаще всего отождествляется с увеличением использования средств химизации (минеральные удобрения, средства защиты и др.), а также использованием высокопроизводительной техники. И очень редко - с внесением органических удобрений, освоением ландшафтной системы земледелия.
При этом деградация почв в нашей стране, как и во всем мире, происходит с катастрофической быстротой. По данным ЮНЕСКО основная доля в разрушении почв принадлежит водной эрозии и дефляции и составляет 84 %. В течение последних 20 лет темпы прироста эродированных земель в РФ достигают 6-7 % каждые 5 лет, т.е. до 1,5 млн. га в год (Проблемы деградации..., 2007).
Без сохранения и повышения плодородия сельскохозяйственных угодий невозможно обеспечить продовольственную безопасность России, что в условиях углубления мирового кризиса продовольствия имеет жизненно важное значение.
Почва - исключительный объект природы. Она не может быть заменена другими средствами производства. И более всего ограничены земельные ресурсы высокого естественного плодородия. В настоящее время черноземные регионы занимают 7 % территории России, на которой проживает более 50 % населения и производится 2/3 сельскохозяйственной продукции (Щербаков, 2000). Это как раз те территории, где сельскохозяйственные угодья (в том числе пашня) наиболее подвержены эрозии и дефляции: Поволжский (85-95 %), Северо-Кавказский (92-98 %), Центрально-Черноземный (53-56 %), Уральский (59-67 %) (Проблемы деградации..., 2007).
Более чем столетний опыт использования ландшафтов Каменной Степи, опыт хозяйств Красногвардейского района Белгородской области, а также других хозяйств, где полностью освоены все элементы ландшафтной системы земледелия (ЛСЗ) показал, что равнозначной альтернативы для сохранения почв не существует.
Почвообразование - это длительный процесс, особенно на нарушенных, в том числе вследствие эрозии, почвах. Период восстановления плодородия почв зависит как от экологических факторов, так и от уровня ведения сельскохозяйственного производства. Хорошо известны приемы сохранения и повышения плодородия почв - это применение органических и минеральных удобрений, соломы, сидератов, многолетних трав, приемов почвозащитной обработки почвы и т.д. (Верзилин, 2004; Еськов, Лукин, Тарасов, 2005; Немцев, Сабитов, Никитин, 2009; Чернявских, Котлярова, 2009; Шелганов и др., 2009; Shevtsova et al., 2003). Но все они не будут работать в условиях интенсивного развития эрозионных процессов. Как уже отмечалось, наиболее действенным способом решения проблемы защиты почв от эрозии являются ландшафтные системы земледелия, которые трансформируют традиционные, так называемые открытые, агроландшафты в лесоаграрные. Затраты на освоение ландшафтных систем земледелия необходимо рассматривать как инвестиции в средообразующие факторы, формирующие базис аграрной среды, без которого уже в ближайшем будущем она существовать не сможет и без чего решить поставленные задачи на продолжительную перспективу невозможно.
Одним из основных показателей плодородия почв является содержание в них гумуса. Органическое вещество почвы оказывает многостороннее положительное влияние на агрофизические, агрохимические и биологические показатели плодородия (Плодородие черноземов..., 1998; Кершенс, Шульц, 2005; Надежкин, 2005; Савич, 2005). Вот почему так важны исследования по влиянию ландшафтных систем земледелия на динамику гумусного состояния почв преобразованных территорий. Повышение содержания органического вещества в почве увеличивает ее буферность и, тем самым, экологическую емкость и устойчивость агроэкосистемы в целом.
По данным ряда авторов (Степанов, 2001; Кулик, Барабанов, 2005; Рулев, Исупов, 2008), что в почве под лесными насаждениями образуется гумус за счет надземных и подземных растительных остатков, а также задержания продуктов смыва и дефляции почв. Также отмечается, что изменившийся гидротермический режим в системе лесных полос, способствует увеличению содержания гумуса и в почве прилегающих полей (Богатырева, 1974; Захаров, 1986; Уваров, 2005). Однако, для определения эффективности ландшафтных систем земледелия по отношению к плодородию почв антропогенно сформированных агроландшафтов необходима объективная оценка динамики такого интегрального показателя плодородия, как гумус. Оценить результат такого чрезвычайно медленного процесса как почвообразование может позволить наличие преобразованных на ландшафтной основе агроэкосистем, имеющих значительный возраст.
В настоящее время существует крайне мало свидетельств о накоплении содержания гумуса в агроэкосистемах нового типа, очевидно, вследствие их молодого возраста. В этой связи заслуживают внимания длительные исследования, проводимые сотрудниками Почвенного института им. В.В. Докучаева, в двух географических зонах: в степных районах, в эпицентре Армавирского ветрового коридора и в нечерноземной зоне, на склоновых землях (Извеков, 2009). Армавирский почвенно-эрозионный стационар был заложен в 1973 году на карбонатных и выщелоченных черноземах в районе с преобладанием дефляционных процессов. В результате исследований почвозащитных технологий установлена устойчивая тенденция увеличения содержания гумуса в пахотном слое. Прирост гумуса за весь период исследований с 1976 года по 2008 год составляет 0,48 % абсолютного содержания (абс). На склоновых землях крутизной от 2 до 5 на эродированной в разной степени агросерой почве в 1995 году был заложен Тульский почвено-ландшафтный стационар. С 2000 по 2008 гг. произошло заметное улучшение показателей плодородия в пахотном слое, в том числе содержание гумуса здесь увеличилось на 0,02 % (абс). На отдельных полях это превышение было еще более значительным - 0,2-0,3 % (абс).
Внедрение противоэрозионного комплекса в ОПХ «Новоникулинское» Ульяновского НИИСХ полностью предотвратило развитие эрозионных процессов и приостановило процесс деградации почв (Науметов, 2008). Так, содержание гумуса в средней и нижней частях склона в 1993 году увеличилось на 0,2-0,4% (абс.) по сравнению с 1971 годом.
В Центрально-Черноземной зоне России к числу самых эродированных относится Белгородская область, а Красногвардейский район, где мы проводили свои исследования, - самый эродированный в Белгородской области. В целом по району из 92,5 тыс. га пашни 53 % было эродировано в той или иной степени и еще 23 % - эрозионноопасной. По классификации, принятой в нашей стране, интенсивность эрозионных процессов в хозяйствах этого района достигала «катастрофических» величин. В таблице 3.1 приводятся данные по плодородию почв двух хозяйств района за двадцатилетний период до начала освоения ландшафтных систем земледелия.
Основные объекты и плотность популяций вредных и полезных видов насекомых в системе ландшафтного земледелия
Сравнительный внутриполевой анализ показал, что при колебании гумуса в черноземе обыкновенном от 4 до 5 % продуктивность озимой пшеницы увеличилась на 5,6 ц/га, а диапазон колебания от 5 до 6 % обеспечил прибавку в 6,5 ц/га. На уровне 7 % содержания гумуса в почве прибавка урожайности озимой пшеницы по сравнению с уровнем 4 % гумуса составила 11,1 ц/га. Коэффициент корреляции урожайности с содержанием в почве гумуса в рамках одного поля составил 0,9.
На основании обобщения данных содержания гумуса за последние 15-20 лет и урожайности сельскохозяйственных культур, почвоведы «Росземпроекта» высказали предположение, что с потерей 1 т/га гумуса среднемноголетняя урожайность зерновых культур снижается в Нечерноземной зоне на 15-17 кг/га, в Центральных районах Черноземной полосы - 10-12 кг/га (Шеуджен и др., 2007).
Зависимость продуктивности сельскохозяйственных культур от плодородия почв реализована в кадастровой оценке земель. Попытка подменять плодородие почв широким использованием химизации в США и других передовых странах с 1950 по 1980 гг. наряду с увеличением урожайности основных сельскохозяйственных культур в 2-3 раза сопровождалось ростом затрат невосполнимой энергии в 10-15 и более раз (Созинов, Новиков, 1985; Володин, 2000; Свентицкий, Башилов, 2002).
Плодородие почвы, в частности уровень содержания гумуса вследствие присущего ему свойства буферности регулирует потоки природной и антропогенной энергии в сторону увеличения доли возобновляемых источников и снижения невозобновляемых. Другими словами, эффективность использования, например, минеральных удобрений на более плодородных, более гумусированных почвах значительно выше, о чем свидетельствуют следующие факты.
Так, Т.Н. Кулаковской (1978) приводятся данные, показывающие рост в 2,5-3 раза окупаемости единицы минеральных удобрений на более гумусированной дерново-подзолистой почве. В опытах A.M. Лыкова (1985) с повышением содержания гумуса в дерново-подзолистой суглинистой почве с 0,53 % до 1,57 %, т.е. в 3 раза, урожайность зеленой массы кукурузы, овса и ячменя на фоне высоких норм удобрений (300-800 кг/га) удваивался.
Как установила О.Г. Котлярова (1995), снижение урожайности озимой пшеницы на слабосмытой почве в сравнении с несмытой на неудобренном фоне составило 0,27 т/га (9 %). Внесение оптимальной дозы минеральных удобрений (N6oP6o) увеличивало разрыв в урожайности на слабосмытых и несмытых почвах до 0,46 т/га (14 %).
Исследования, проведенные О.Г. Котляровой, показали, что при внесении оптимальных доз удобрений на несмытых и слабосмытых почвах (в первом случае МбоРбоКбо, а в0 втором - N90P90K90) различия в урожайности на равнине и на склоне уменьшаются: с 20,8 % на неудобренном фоне до 10,5 % на фоне оптимальных доз удобрений. Однако достигнуть уровня урожайности несмытых почв даже при внесении повышенных доз на склоновых землях не удается.
Дифференцированное влияние уровней содержания гумуса на эффективность применяемых под озимую пшеницу азотных удобрений отмечается в работе Д.И. Губарева (2010). В среднем по всем удобренным вариантам прибавка урожайности озимой пшеницы при внесении аммиачной селитры, по сравнению с контролем, на гумусном фоне 3,2 % составила 7,2 ц/га или - 20,7 %, на фоне 2,7 % соответственно 3,3 ц/га или 10,6 %. По мере увеличения доз вносимых удобрений на повышенном гумусном фоне отмечается более прогрессивный рост прибавки урожайности пшеницы по сравнению с пониженным гумусным фоном. Так при внесении N68 на фоне содержания гумуса в почве 3,2 % прибавка урожайности по сравнению с одинарной дозой N34 составила 4,1 ц/га, а на менее гумусированном фоне (2,7 %) она соответственно снизилась на 0,1 ц/га.
М. Кершенс и Е. Шульц (2005) отмечают отчетливую разницу в оптимальных дозах азотных удобрений и затратах азота, которые необходимы для получения одинакового урожая на почвах с различным содержанием органического вещества, - разница составила 40 кг/га. Максимальные различия между отдельными вариантами достигали 81 кг/га.
Повышение продуктивности сельскохозяйственных культур в ландшафтных системах земледелия происходит не только за счет сохранения и повышения плодородия почв, но и за счет адаптивного их размещения в соответствии с агроэкологическим районированием сельскохозяйственных угодий. Ключевым моментом агротехники в ЛСЗ является дифференциация севооборотов, которая даже в условиях диктата рыночной конъюнктуры легко выполнима и экономически оправдана, поскольку позволяет при правильном размещении культур снижать затраты на их возделывание при увеличении валового сбора урожая.
Для оценки влияния ландшафтных систем земледелия с 1981 года - начала их освоения в хозяйствах Красногвардейского района - проведен учет урожайности зерновых и других культур в трех соседних районах: Валуйском, Вейделевском и Красногвардейском. Такой сравнительный анализ явился методологической основой наших исследований. Сравнение урожайности культур до освоения ландшафтных систем земледелия и после него, как это обычно делается в научной литературе (в такого типа исследованиях) (Модели адаптивно-ландшафтных..., 2005), может быть не совсем корректным, поскольку в этом случае на изменчивость данного показателя значительное влияние оказывают такие факторы, как погодные условия, научно-технический прогресс, аграрная политика.
Снижение заболеваний органов дыхания населения территорий, преобразованных на ландшафтной основе
Одной из актуальных задач создания экологически безопасной конструкции агроландшафта является количественная оценка взаимодействия основных компонентов агроценозов - культурного растения, сорной растительности, фитофагов, их природных врагов и т.д. Без таких оценок принципиально невозможно построить эффективные системы защитных мероприятий.
Объект исследования - часть биоценологического комплекса, представленная фитофагами и их хищниками и паразитами, как один из важнейших факторов, влияющих на урожайность сельскохозяйственных культур, качество продукции и доходность растениеводства. Из всех групп вредных объектов насекомые обладают наибольшей мобильностью, способны к быстрому освоению ареалов. Для большинства из них установлена вредоносность и определены общие потери и для конкретных объектов. Их можно достаточно четко фиксировать в системе: появление, развитие, вредоспособность и взаимоотношения в системе «хищник - жертва».
Задача повышения продуктивности и устойчивости сельскохозяйственного производства решается, в том числе на основе корректировки в сторону улучшения фитосанитарного состояния как агроценозов отдельных культур, так и севооборотных агроэкосистем. Являясь одним из основных составляющих земледелия, защита растений в последние десятилетия развивается бурными темпами. Мировой рынок средств защиты растений оценивается в 36 млрд. долларов (Захаренко, 2009). По осваиваемым инновациям защита растений опережает фармацевтику, электронику, информационные технологии и индустрию автоматики.
Необходимость использования пестицидов, служащих опреативным средством корректировки фитосанитарной обстановки и обладающих самой высокой биологической активностью, вызывается большими потерями урожая, обусловленными активностью вредителей, болезней и сорняков, и, соответственно, огромными убытками, которые несет сельскохозяйственное производство как у нас в стране, так и во всем мире. По оценкам специалистов суммарные потери урожая в мировом земледелии составляют в настоящее время от 23,9 до 46,4 %. В том числе ущерб, причиняемый вредителями сельскохозяйственных культур, в мире измеряется в пределах 8,9-21,8% (Соколов и др., 1994; Жученко, 2000). По расчетам В.А. Захаренко (2003) суммарные потенциальные потери урожая от вредных организмов в Российской Федерации достигают 101,6 млн. т в пересчете на зерно. При этом на долю вредителей растений приходится 27 %.
В то же время расширение использования в последнее время химических средств защиты растений оценивается неоднозначно. Следует отметить, что потери продукции на уровне 30-40 % наблюдаются ежегодно и это несмотря на значительный рост ассортимента применяемых пестицидов. Во всем мире темпы роста затрат на защиту растений опережают темпы прироста стоимости сельскохозяйственной продукции примерно в 4-5 раз (Бондаренко, 1978). История использования пестицидов выявила не только позитивные, но и множество отрицательных последствий, преодоление которых часто требует дополнительных вложений.
Стремительно нарастающее антропогенное вмешательство в природные процессы обусловило реальную опасность разрушения окружающей среды, что сегодня представляет значительно большую угрозу для будущего людей, чем даже военная агрессия. Существенным фактором деградации среды в эпоху интенсификации сельского хозяйства является, в том числе и химическое загрязнение, вызванное в частности передозировкой пестицидов.
По разным оценкам в настоящее время в мире насчитывается более 1000 химических соединений, на основе которых выпускают десятки тысяч препаративных форм пестицидов (Агроэкология..., 2000). Мировая практика их применения свидетельствует о том, что они несут в себе потенциальную опасность. Обладая явной биологической активностью, они способны вклиниваться в круговорот веществ. Содержащиеся в них элементы, попадая в почву, поверхностные и грунтовые воды, включаются в экологические цепочки: поступают в растения, затем в организмы животных и птиц, и, наконец, человека, приводя к нарушению здоровья людей.
По оценкам Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), ежегодно в мире от применения пестицидов на полях умирают 20 тысяч человек и около 1 млн. человек получают отравления со значительными последствиями для здоровья (Комарова, 2007). В середине 70-х годов в результате отравления пестицидами на территории бывшего СССР ежегодно погибало около 40 % лосей, кабанов и зайцев, более 77 % боровой дичи, уток и гусей и более 30 % рыб в пресных водоемах (Агроэкология..., 2000).
В результате уже более 100-летнего использования химических средств защиты растений вредных организмов (видов, объектов) не стало меньше, наоборот появились и стали опасными виды, которые раньше не имели значения для сельского хозяйства (Коваленков, 2005; Лаптиев, 2008).
Пестициды, и в частности инсектициды, являются фактором нарушения, а часто и потери биоценотических связей, а, следовательно, и устойчивости биоценозов. Многие авторы отмечают, что химическая обработка посевов ведет к резкому сокращению численности, как фитофагов, так и энтомофагов, в некоторых случаях до 95-99% (Викторов, 1976; Павлов, 1987; Жученко, 2000; Алехин, 2006; Борисов, 2007; Бурлака, Жичкина, 2008; Шведов, 2008). Восстановление же численности популяций полезных видов, как свидетельствуют Г.А. Викторов (1976), И.Ф. Павлов (1987), Г.А. Бурлака и Л.Н. Жичкина (2008) и другие, происходит значительно медленнее, чем фитофагов, что предопределяет дальнейшее «процветание» последних.
Помимо прямого отрицательного действия на насекомых наблюдаются и косвенные губительные последствия, выражающиеся в снижении выживаемости энтомофагов в последующие периоды (Яркулов, 2006; Лаптиев, 2008).
Хуже всего то, что большинство пестицидов является ксенобиотиками -чуждыми экосистемам веществами. Более того, подавляющее их число - это кумулятивные яды, по мере продвижения которых по пищевым цепям происходит многократное повышение их концентрации. Наконец, в процессе трансформации действующих веществ пестицидов часто происходит токсификация, то есть образование веществ, обладающих высокой токсичностью. Все это повышает опасность загрязнения окружающей среды. По этой же причине создается жесткий фон естественного отбора для наиболее динамичного, обладающего высокой приспособляемостью звена трофической цепи - фитофагов, что быстро приводит к появлению у них резистентности к используемым препаратам.
В.Г. Коваленков (2005) дал четкую схему того, как происходит формирование устойчивости у вредных видов при необоснованном и чрезмерном применении ядохимикатов: «спад эффективности применяемых пестицидов, увеличение их расхода, сокращение сроков восстановления численности фитофагов до порога вредоносности после обработки, повышение их плодовитости, численности на посевах и посадках, площадей распространения и, наконец, возросшая резистентность до уровня, нейтрализующего влияние применяемых химических средств».
