Содержание к диссертации
Введение
1 Земледелие как объект моделирования 19
1.1 Эволюция понятия "система земледелия" 19
1.2 Земледелие Южного Зауралья в XX веке: краткая ретроспекция 27
1.2.1 От патриархального земледелия к капиталистической экономике 27
1.2.2 От коллективизации до освоения целинных земель 30
1.2.3 Освоение целинных земель: последний резерв экстенсивного развития земледелия Зауралья 31
1.2.4 Попытка интенсификации земледелия 32
1.2.5 Сельское хозяйство в 1990-е годы: системный кризис или процесс адаптации к рынку? 33
1.3 Проблема экологической оптимизации земледелия 38
1.3.1 Истоки экологизации мирового земледелия 38
1.3.2 Направления экологической оптимизации земледелия в России 41
1.4. Системные исследования земледелия Южного Зауралья 43
1.5. Заключение 50
2 Программа и методика исследований 51
2.1 Алгоритмы построения адаптивно-ландшафтных моделей земледелия. Объект, цели, задачи и методы исследований 51
2.2 Методы и средства математического моделирования земледелия 54
2.3 Информационная база адаптивно-ландшафтных моделей земледелия 61
2.4 Заключение ...66
3 Природно-ресурсный потенциал земледелия Южного Зауралья 67
3.1 Природные факторы и условия земледелия 67
3.1.1 Геологические и литологические условия 67
3.1.2 Рельеф 69
3.1.3 Гидрогеологические условия 71
3.1.4 Климат 72
3.1.5 Естественный растительный покров 78
3.1.6 Почвы 81
3.2 Природно-сельскохозяйственное и ландшафтное районирование региона. 86
3.3 Агроэкологическая районирование и классификация земель Южного Зауралья 88
3.3.1 Идентификация агроландшафтных групп и типов земель. Агроландшафтное районирование территории региона 88
3.3.2 Статистическая оценка агроландшафтного районирования 96
3.4 Заключение 102
4 Растения как системообразующее начало в адаптивно-ландшафтном земледелии Южного Зауралья 103
4.1. Основные позиции агроэкологической оценки сельскохозяйственных культур 103
4.1.1 Потребность культур в тепле и их теплообеспеченность 103
4.1.2 Потребность культур во влаге и их влагообеспеченность 107
4.1.3 Набор культур в связи с агроклиматическими условиями агроландшафтных районов Южного Зауралья 110
4.2 Стокорегулирующее и почвозащитное значение сельскохозяйственных культур и агрофонов 112
4.2.1 Влияние полевых культур и агрофонов на сток и эрозию в период снеготаяния 112
4.2.2 Противоэрозионное значение полевых культур в летний период 118
4.2.3 Размещение полевых культур в эрозионных ландшафтах 122
4.3 Заключение 124
5 Экономические условия и факторы развития земледелия в Южном Зауралье 125
5.1. Направления структурной реконструкции экономики России и перспективы аграрного сектора 125
5.2 Экономическая дифференциация сельхозпредприятий и ее последствия 126
5.3 Тенденции в специализации сельскохозяйственных предприятий Южного Зауралья 127
5.4 Сельское хозяйство Южного Зауралья и региональное разделение труда. 130
5.5 Экономические и организационные критерии подбора культур 131
5.5.1 Мягкая и твердая яровая пшеница 131
5.5.2 Овес, ячмень 132
5.5.3 Озимая рожь 133
5.5.4 Горох 134
5.5.4 Крупяные культуры 135
5.5.5 Масличные культуры 136
5.5.6 Кукуруза на зерно 138
5.5.7 Картофель и овощи 139
5.5.8 Силосные культуры 139
5.5.9 Многолетние травы 140
5.5.10 Однолетние травы 142
5.5.11 Естественные сенокосы и пастбища 143
5.6 Заключение 146
6 Технологии возделывания сельскохозяйственных культур как элементы системы земледелия 147
6.1 Место агротехнологий в земледелии 147
6.2 Принципы формирования и классификация агротехнологий 148
6.3 Системный характер агротехнологий 152
6.4 Взаимодействие агротехнологий во времени: технологическая система севооборота 157
6.5 Агротехнологий и экологические условия 159
6.5.1 Связь технологий возделывания культур с агроклиматическими и почвенными условиями 159
6.5.2 Технологии возделывания культур и агрометеорологические условия 164
6.6 Агротехнологий и сорт 168
6.6.1 О проблеме сортовой дифференциации агротехнологий 168
6.6.2 Селекционные достижения как предпосылка совершенствования агротехнологий , 169
6.7 Экономические аспекты оценки агротехнологий 171
7 Математическое моделирование земледелия Южного Зауралья 175
7.1 Модель адаптивно-ландшафтной системы земледелия сельскохозяйственного предприятия 176
7.1.1 Обоснование и общее описание модели 176
7.1.2 Математическая постановка задачи 181
7.1.3 Нормативная база модели адаптивно-ландшафтного земледелия 185
7.1.4 Анализ результатов моделирования адаптивно- ландшафтного земледелия
предприятия 189
7.1.5 Заключение 195
7.2 Модель кормопроизводства и кормоиспользования 196
7.2.1 Некоторые проблемы моделирования кормопроизводства и кормоиспользования, пути их разрешения... 196
7.2.2 Общее описание и особенности математической формулировки модели 199
7.2.3 Нормативная база модели кормопроизводства и кормоиспользования... 206
7.2.4 Анализ решений модели кормопроизводства и кормоиспользования 209
7.2.5 Заключение 215
7.3 Сроки посева и уборки яровых зерновых культур как элемент системы земледелия 216
7.3.1 Состояние проблемы 216
7.3.2 Опыт математического моделирования и особенности построения моделей оптимизации сроков посева яровых культур 219
7.3.3 Математическая постановка задачи 220
7.3.4 Информационное обеспечение модели 223
7.3.5 Анализ постановки и решения задачи 231
7.3.6 Заключение 236
7.4 Модель устойчивого земледелия 237
7.4.1 Некоторые аспекты устойчивости сельскохозяйственного производства 237
7.4.2 Вербальная формулировка модели устойчивого земледелия сельскохозяйственного предприятия 239
7.4.3 Основные методические подходы к построению модели устойчивого земледелия 242
7.4.4 Общая структура и математическая формулировка задачи 243
7.4.5 Особенности формирования нормативной базы модели 246
7.4.6 Анализ решений 252
7.4.7 Заключение 257
Общие выводы и предложения , 258
Литература 262
Приложения 301
- Сельское хозяйство в 1990-е годы: системный кризис или процесс адаптации к рынку?
- Информационная база адаптивно-ландшафтных моделей земледелия
- Идентификация агроландшафтных групп и типов земель. Агроландшафтное районирование территории региона
- Тенденции в специализации сельскохозяйственных предприятий Южного Зауралья
Введение к работе
В последнее десятилетие ведущим направлением развития теории земледелия стал поиск путей его экологической оптимизации. Активность исследований в этом направлении связана с осознанием человечеством ограниченности природных ресурсов и отрицательной направленности общего вектора взаимоотношений человека и природы, в том числе и в сельском хозяйстве.
На фоне широкого спектра мнений ученых и агрономической общественности о будущих путях развития аграрного природопользования - от признания неизбежности дальнейшего роста объемов применения минеральных удобрений, пестицидов и других достижений техногенной цивилизации до различных вариантами альтернативного земледелия (биодинамического, органического и тому подобных) выделяется дифференцированный подход к проблеме. Он сводится к следующим положениям:
1. Существуют пределы, за которыми интенсификация становится экономически невыгодной и экологически опасной.
2. Возврат под видом заботы о сохранении природы к экстенсивным формам хозяйствования приведет к удорожанию и сокращению производства продовольствия и, не решая до конца одни проблемы защиты окружающей среды, создаст новые.
3. Перспективам реконструкции российского сельского хозяйства наиболее полно соответствует дифференцированный подход к вопросам индустриализации и интенсификации земледелия. Отечественный аграрный сектор еще далеко не достиг необходимого уровня использования средств химизации и других достижений научно-технического прогресса - он в среднем намного ниже, чем в развитых странах мира. Но освоение более интенсивных технологий должно сопровождаться их адаптацией к местным природным условиям на основе тщательной научной экспертизы.
Проблема адаптации земледелия к природным условиям разрабатывается отечественной аграрной наукой в рамках нескольких научных школ. Ланд шафтная система земледелия предложена группой ученых Всероссийского НИИ земледелия и защиты почвы от эрозии (Каштанов и др., 1994; Методика разработки систем земледелия ..., 1996). Первоосновой для нее послужило контурно-мелиоративное земледелие Алтайского края, обоснованное под руководством А.Н. Каштанова (Каштанов, 1974; Системы ведения сельского хозяйства ..., 1976), а также теоретические построения Г.И. Швебса (1981; 1985; 1988). Ряд крупных работ по адаптивному растениеводству опубликовал А.А. Жученко (1990; 1994; 2000). В качестве отправной точки для автора служили теория адаптивного потенциала культурных растений и другие положения экологической генетики, разработанные им ранее (Жученко, 1987, 1988). Оригинальный вариант теории агроландшафтоведения и его практические приложения предложены М.И. Лопыревым (1995). Идея конструирования агроэко-систем на основе сестайнинга (оптимального состояния агроэкосистем) обосновывается Б.М. Миркиным и др. (1999).
В.И. Кирюшиным (1993) предложена концепция адаптивно-ландшафтного земледелия. Центральное место в ней занимают агроэкологическая классификация земель и дифференциация на ее основе культур и агротехнологий, учет других природных факторов, а также социально-экономических и производственных условий. Среди всех упомянутых теория адаптивно-ландшафтного земледелия В.И. Кирюшина наиболее позитивна и последовательна в отношении принципов интенсификации и экономической целенаправленности аграр-ного производства.
Методология, методика и опыт конструирования адаптивно-ландшафтного земледелия имеет короткую историю. На этой стадии развития теории появляются новые направления, существенно углубляющие и развивающие те или иные ее важные аспекты. Одним из них является создание моделей адаптивно-ландшафтного земледелия с использованием методов прикладной математики.
Математические модели, методы и численные алгоритмы, разработанные в рамках ставшей уже классической области прикладной математики, находят применение в первую очередь в теории управления экономикой. У истоков экономико-математического моделирования в нашей стране стояли Л.В. Канторович, B.C. Немчинов, В.В. Новожилов, С.Г. Струмилин и Н.П. Федоренко. Большой вклад в разработку приложений математических методов к сельскохозяйственным объектам и процессам внесли М.Е. Браславец, А.И. Гатаулин, Ф.И. Ерешко, В.А. Кардаш, Р.Г. Кравченко, Э.Н. Крылатых, В.В. Милосердое, В.П. Можин, И.Г. Попов, Б.И. Пошкус, Э.О. Рапопорт и другие ученые. В 1960-1980-е годы были предложены модели оптимизации кормопроизводства и кор-моиспользования, распределения удобрений, формирования и эксплуатации машинно-тракторного парка и ряд других. Тем труднее понять, почему в 1980-1990-е годы при обосновании зональных систем земледелия и их адаптации к конкретным хозяйствам методы математического моделирования фактически не нашли применения. С учетом этого представляется особо значимым опыт использования линейных оптимизационных моделей при разработке систем земледелия для Курганской области, проведенной В.И. Овсянниковым и др. (1983) и для Новосибирской области под руководством В.И. Кирюшина (1990). Наиболее ценным в указанных работах была идея дифференциации земледелия по уровням интенсификации и учета взаимодействия факторов интенсификации. В методическом отношении эти работы важны и потому, что в них сформулирована концепция формирования информационной базы моделирования земледелия на основе результатов многофакторных длительных стационарных опытов.
В отличие от зональных систем земледелия, в адаптивно-ландшафтных предусмотрен значительно более детальный учет экологических условий и их сложных разнонаправленных взаимодействий на уровне элементарных объектов. Использование для этого лишь вербальных (словесных) методов создает предпосылки для неопределенности и субъективизма. Математическое моделирование является эффективным инструментом формализации в агроэкологии.
Выбор отдельных технологий - посильная задача для агронома, владеющего обычными профессиональными знаниями и навыками. Иное дело - вза имная увязка всех технологических элементов в рамках единой системы земледелия предприятия. Здесь традиционный расчетно-конструктивный метод, позволяющий обосновать параметры и оценить эффективность небольшого числа возможных вариантов, непригоден, необходимо привлечение приемов математического моделирования.
Вербальные модели обладают ограниченными прогностическими возможностями. С того момента, как модель системы земледелия, изложенная на бумаге в виде свода рекомендаций, передается заказчику, она начинает устаревать. Резкие колебания экономической ситуации неизбежны на этапе становления рыночных отношений. Это еще более обесценивает вербальные модели, т. к. в них практически невозможно предусмотреть все комбинации цен на продукцию и материально-технические ресурсы. Быстрый и адекватный учет широкого спектра внешних условий достижим лишь с помощью математических моделей, связанных с базами данных.
Таким образом, использование методов математического моделирования при обосновании систем земледелия необходимо.
Настоящая работа посвящена моделированию земледелия Южного Зауралья - обширного региона, расположенного к востоку от Уральской горной области на территории Западно-Сибирских провинций лесостепной и степной зон в административных границах Курганской и Челябинской областей. Ее целью является развитие теоретических подходов к моделированию экологически и экономически сбалансированных систем земледелия сельскохозяйственных предприятий на основе адаптивно-ландшафтного принципа и математических методов.
В связи с целью исследования решались следующие задачи:
1. Оценка адаптивного потенциала культурных растений.
2. Анализ природно-ресурсного потенциала земледелия и на его основе разработка агроландшафтного районирования региона и агроэкологической типизации земель.
3. Исследование исторических условий и экономических факторов развития земледелия.
4. Обоснование роли агротехнологий в системе земледелия.
5. Разработка программного комплекса, включающего пакет моделей: адаптивно-ландшафтного земледелия, кормопроизводства и кормоиспользования, оптимизации сроков посева и уборки зерновых культур, адаптации к погодным условиям (модель устойчивого земледелия).
В работе использованы методы линейного и стохастического программирования, так как именно они имеют наибольшее практическое значение для управления сельскохозяйственным производством.
В качестве общих методологических подходов к проблеме конструирования адаптивно-ландшафного земледелия нами принята концепция, предложенная В.И. Кирюшиным. В русле этой концепции рассматриваются почвенно-климатические, экономические и иные условия, как факторы, исходные для построения системы земледелия и агротехнологий, представляющих собой элементы этой системы.
Практическому приложению моделей и расчетов в работе уделено особое внимание. На основе построенных математических моделей и численного моделирования получены некоторые обобщения по разным аспектам аграрного природопользования в регионе. Однако автор не рассматривает их основы для принятия управленческих решений во многих сельскохозяйственных предприятиях, т. к. его принципиальная позиция заключается в признании необходимости строго индивидуальной адаптации модели к конкретному хозяйству в соответствии с агроэкологическими параметрами земель, его природно-ресурсным и производственно-ресурсным потенциалом.
По мнению В.А. Платонова и А.Ф. Чудновского (1984), попытка разработки единой универсальной модели, в которой учитывались бы все связи и процессы, существующие в сложных сельскохозяйственных системах, нереальна и ошибочна по сути. В таких моделях, построенных на разной по точности информации точность и практическая польза - взаимно исключающие категории. За некоторым порогом сложности модели практически необозримы для эксперта. Вместе с этим, опасна и противоположная крайность - попытка описания сельскохозяйственного предприятия как некого конгломерата несвязанных моделей разной природы и сложности, описывающих тот или иной аспект сельскохозяйственного производства независимо от других элементов единой системы. Способ разрешения этой дилеммы был предложен Р.Г. Кравченко (1973). Он заключается в создании комплекса взаимосвязанных моделей. На основе изложенных положений нами разработано несколько более частных моделей, дополняющих основную - модель адаптивно-ландшафтного земледелия. Все они объединены общими концепцией, методами и нормативной базой.
Работа выполнялась в 1991-1993 годах в Курганском научно-исследовательском институте сельского хозяйства в соответствии с темой "Разработать типовую модель системы земледелия, обеспечивающую увеличение производство зерна и кормов, экономию ресурсов на 20-25%" (№ госрегистрации 01880086724) и в 1998-2004 годах в Институте агроэкологии - филиале Челябинского государственного агроинженерного университета в соответствии с планом НИР института по теме 03.01 «Разработать математическую модель системы земледелия сельскохозяйственного предприятия" (№ госрегистрации 01200312510).
На защиту выносятся:
- агроландшафтное районирование региона и агроэкологическая типизация земель Южного Зауралья;
- методика разработки программного комплекса по проектированию модели земледелия, включающего субмодели адаптивно-ландшафтного земледелия, оптимизации кормопроизводства и кормоиспользования, сроков посева и уборки зерновых культур, повышения устойчивости земледелия;
- системы земледелия для основных агроэкологических групп земель. Выполненное исследование позволило автору получить ряд научных и методических результатов, обладающих новизной:
1. Обобщены и развиты принципы системного анализа земледелия, основанные на учете прямых и обратных связей между элементами системы земледелия, источником информации о которых служат многолетние многофакторные стационарные опыты.
2. Обоснована роль агротехнологий и технологических комплексов в системе земледелии.
3. Предложен алгоритмы разработки модели адаптивно-ландшафтного земледелия, учитывающий агроэкологическую разнородность земель, экологические требования культур, природно-ресурсный и производственно-ресурсный потенциал.
В соответствии с основными задачами исследования материал диссертации разделен на семь глав.
В первой главе рассматривается земледелие как объект моделирования. В начале главы излагается эволюция понятия "система земледелия" в отечественной агрономии с конце девятнадцатого до конца двадцатого веков. Показано, что взгляды классиков российской агрономической школы (А.С. Ермолова, А.П. Людоговского) наиболее точно отражают экономическую сущность систем земледелия. Далее приведен ретроспективный анализ 100-летнего периода развития земледелия Южного Зауралья. В этой же главе обсуждается проблема экологической оптимизации земледелия. Изложены взгляды представителей разных научных школ этого основного направления современной теории земледелия. В заключительном разделе приведен краткий анализ развития научной агрономии в Южном Зауралье в связи с проблемой моделирования систем земледелия. Выделены работы классиков теории зауральского земледелия - Н.Л. Скалозубова, В.К. Крутиховского, Г.А. Маландина, Т. С. Мальцева. Кратко рассмотрены исследования В.И. Овсянникова, создавшего самостоятельное направление математического моделирования в земледелии, его коллег и единомышленников А.И. Южакова, В.И. Волынкина, М.А. Глухих, Ю.Д. Кушниренко.
Во второй главе обсуждены методические вопросы исследований. В первом разделе изложен алгоритм построения адаптивно-ландшафтных моделей земледелия, обозначены объект, цели, задачи и методы исследований. Второй раздел посвящен анализу методов и средств математического моделирования, использующихся в исследованиях по агрономии, экологии и другим естественным и прикладным наукам. В третьем разделе рассмотрена информационная база конструирования систем земледелия с использованием методов прикладной математики. Показано значение длительных многофакторных стационарных опытов Курганского и Челябинского институтов сельского хозяйства для разработки математических моделей систем земледелия региона.
Третья глава целиком посвящена природно-ресурсному потенциалу земледелия Южного Зауралья. В начале главы рассмотрены природные факторы и условия региона - геологическое и литологическое строение, рельеф, гидрогеологические особенности, свойства климата, естественный растительный покров и почвы. Далее приведены сведения о природно-сельскохозяйственном и ландшафтном районировании региона. Затем изложено агроэкологическое районирование и классификация земель Южного Зауралья в трактовке автора. Для их разработки проведена идентификация агроландшафтных групп и типов земель и статистическая обработка данных по агроландшафтному районированию территории региона с использованием методов математической географии - метода взвешенных баллов, критерия однородности Родионова и др. (Математические методы в географии, 1976). На территории региона Южного Зауралья выделено семь агроландшафтных районов - Северолесостепной предгорий Южного Урала; Северолесостепной левобережья Тобола; Южнолесостепной предгорий Южного Урала; Южнолесостепной левобережья Тобола; Южнолесостепной Тобол-Ишимского междуречья; Степной предгорий Южного Урала; Степной низменности.
В четвертой главе растения рассмотрены как системообразующий фактор адаптивно-ландшафтного земледелия. В первом разделе сопоставлены тре бования культур к тепло-, влагообеспеченности и почвам с соответствующими природными ресурсами региона. На основании этого сделаны выводы о размещении культур по агроклиматическим зонам Южного Зауралья. Во втором разделе на основании литературных и собственных экспериментальных данных рассмотрено стокорегулирующее и почвозащитное значение сельскохозяйственных культур и агрофонов.
Пятая глава посвящена экономическим условиям и факторам развития земледелия Южного Зауралья. В первом разделе главы кратко рассмотрены возможные направления структурной реконструкции экономики России и, в связи с этим, перспективы аграрного сектора. Второй раздел посвящен процессу экономической дифференциации сельскохозяйственных предприятий и ее последствиям. Констатируется, что сохранение современных тенденций, при которых значительная часть сельскохозяйственных предприятий, не имеющих возможностей для поддержания и модернизации производственно-ресурсного потенциала, вынуждена окончательно перейти к предельно экстенсивным технологиям. Это нежелательно не только по социально-экономическим, но и по экологическим критериям. Не все интенсивные технологии экологически оправданны, но экстенсивные технологии в принципе не могут быть таковыми, т. к. в условиях рынка жизнеспособны лишь при максимальной эксплуатации природных ресурсов. Если признать, что экстенсивное направление развития в земледелии в течение некоторого времени все же неизбежно, то необходимо разрабатывать соответствующие варианты модели земледелия и нужную для этого нормативную базу. Третий раздел глав посвящен процессам и тенденциям в специализации сельскохозяйственных предприятий региона. Показано, что определенная группа хозяйств, практически полностью свернувшая товарное животноводство, фактически вернулась к зернопаровой системе земледелия, существовавшей в регионе в первые десятилетия двадцатого века. На основании прогноза развития аграрного производства сделаны выводы о дифференциации систем земледелия по агроклиматическим зонам региона Южного За уралья. Далее рассмотрено место товарного зернопроизводства Южного Зауралья в региональном разделении труда в пределах Уральского федерального округа. Заключительный раздел главы посвящен экономической оценке культур в отдельных агроклиматических зонах региона.
В начале шестой главы показано, что агротехнологии являются интегрированными элементами системы земледелия, в прямых и обратных связях между которыми реализуется его системный характер. Далее изложены принципы формирования и классификация агротехнологии. В четвертом разделе обосновывается необходимость объединения агротехнологии культур севооборота в технологическую систему. В пятом разделе рассмотрена зависимость агротехнологии от экологических факторов, в шестом - от сорта. Последний, седьмой раздел главы посвящен некоторым экономическим аспектам оценки агротехнологии. В заключение главы констатируется, что наиболее адекватная и всесторонняя технологическая оценка возможна лишь на основе параллельного сопоставление спектра технологий для полного набора культур с учетом экологических ограничений, ресурсной обеспеченности предприятия, его специализации, востребованности продукции рынком. Это возможно лишь в рамках модели системы земледелия, в которой технологии рассматриваются в качестве элементов.
Таким образом, материалы, приведенные во второй - шестой главах диссертации, являются вербальным обоснованием моделей земледелия Южного Зауралья.
В седьмой главе изложены результаты математического моделирования земледелия Южного Зауралья. Первый раздел посвящен модели адаптивно-ландшафтного земледелия. В начале раздела приводится обоснование и общее описание модели. Она имеет блочную структуру. Число блоков соответствует выделенным агроэкологическим типам и категориям земель. Каждый блок является подсистемой, для которого формируются ограничения по площади земли и способам производства. Связующий блок содержит ограничения по общим ресурсам, увязке межотраслевых пропорций и общий критерий оптимальности (функционал задачи). В качестве переменных приняты звенья севооборотов, дифференцированные по набору технологических систем. Формирование состава переменных для данного блока исходной матрицы основывается на агро-экологических и природоохранных критериях (императивах). В результате решения задачи линейного программирования определяются оптимальные для каждого агроэкологического типа земель структура использования пашни, обработка почвы, категории интенсификации, обеспечивающие максимальное значение общего критерии оптимальности (прибыли). Ниже приводится математическая формулировка задачи, содержание и порядок формирования нормативной базы и анализ результатов моделирования на примере конкретного сельскохозяйственного предприятия. В трех следующих разделах по такой же схеме описаны и остальные модели. В разделе, посвященном модели кормопроизводства и кормоиспользования особое внимание обращено на достоинства единой энергетической оценки кормов, разработанной Н.Г. Григорьевым, Н.П. Волковым и др. (Биологическая полноценность кормов, 1989). Приведена математическая формализация этой системы. Расходование кормов определяется с учетом динамики потребления, обусловленной периодом лактации, возрастом животных. При рассмотрении модели оптимизации сроков посева и сроков уборки показано, что главным критерием выбора сроков посева является не их влияние на биологический урожай, а величина потерь, обусловленная уходом сроков скашивания и обмолота за оптимальные временные границы. В модели устойчивого земледелия в качестве основной характеристики рассматривается способность системы к возврату к исходному оптимальному состоянию, которое занимала система до возмущения, обусловленного неблагоприятным сценарием погодных условий. В качестве инструмента для построения модели устойчивого земледелия выбрана стохастическая оптимизационная двухэтапная модель.
Работа прошла широкую научную апробацию.
Полученные результаты ежегодно докладывались на научных конферен циях преподавателей Института агроэкологии и Челябинского государственного агроинженерного университета (Миасское, Челябинск, 1998-2004 гг.), на на учно-производственных семинарах проекта Tacis FDRUS 9901 "Управление хо зяйствами на Южному Урале" (Челябинская обл., 2000-2002 гг.). Основные результаты докладывались на XII Байкальской международной конференции "Методы оптимизации и их приложения" (Иркутск, Байкал, 2001 г.), научной конференции "Экономика и социум на рубеже XX-XXI веков" (Челябинск, 2001 г.), научной конференции преподавателей Курганской сельскохозяйствен ной академии им. Т.С. Мальцева (Курган, 1998 г.).
Результаты исследований изложены в 43 работах и опубликованы в моно-гафии, научных и научно-производственных журналах, таких, как "Земледелие", "Сибирский вестник сельскохозяйственной науки", "Агро XXI", "Уральские нивы", в сборниках научных трудов, материалах научных конференций, а также методических работах.
Автор считает своим долгом отдать дань уважения ныне покойному w старшему товаришу и коллеге, кандидату экономических наук В.И. Овсянникову, общение с которым многое дало для понимания проблем моделирования. Автор глубоко признателен доктору сельскохозяйственных наук, академику РАСХН В.И. Кирюшину. Обсуждения с ним результатов исследований содействовали превращению их в цельный научный труд. Он благода рит кандидатов сельскохозяйственных наук А.Э. Панфилова и М.А. Глухих за методическую помощь, профессора В.А. Липпа за моральную и материальную поддержку в проведении исследований.
Сельское хозяйство в 1990-е годы: системный кризис или процесс адаптации к рынку?
Очередная попытка решить все накопившиеся проблемы революционным путем в 1990-е годы завершилась переходом аграрного сектора от длительной стагнации к развалу его материально-технической базы и инфраструктуры и, как следствие, к резкому спаду объемов производства. Для иллюстрации приведем динамику натуральных показателей АПК Челябинской области в первой половине 1990-х годов (таблица 1). Характерно, что основной вклад в падение производства внесли крупные производители. "Частный сектор" продемонстрировал большую способность к адаптации. В Курганской области ситуация была не лучше. Если принять за 100 % среднегодовую валовую продукцию сельского хозяйства в 1986-1990 годах, то в 1993 г. она составила 73 %, в 1994 г. 60 %, в 1995 - 56 %. Спад сельскохозяйственного производства в Южном Зауралье оказался даже большим, чем в целом по Уральскому району и Российской Федерации (Анализ тенденций развития..., 1996). Тенденцию снижения урожайности культур и продуктивности животных, сокращения посевных площадей и поголовья, а в итоге - объемов производства продукции, преодолеть не удалось и после 1998 г.
Причины обвального спада сельскохозяйственного производства в 1990-х годов многообразны. Прежде всего, это крайне нерациональные механизмы регулирования аграрной экономики советского периода, инерция действия которых сохранялась и в годы реформ. Направленные на выравнивание условий в разных природно-климатических зонах и на разных предприятиях одной зоны, эти механизмы консервировали низкую эффективность хозяйствования. Лишенные надбавок к закупочным ценам и периодических списаний кредиторской задолженности, многие сельскохозяйственные предприятия не нашли должных мер адаптации к новым экономическим условиям.
Либерализация цен в условиях отсутствия цивилизованной рыночной инфраструктуры и эффективного антимонопольного законодательства вызвали усиление ценового диспаритета между аграрным сектором и производителями материально-технических ресурсов для села и переработчиками сельскохозяйственного сырья. В 1995 г. по сравнению с 1990 г. цены на промышленные товары и услуги выросли в 4,2 тыс. раз, а на сельскохозяйственную продукцию -лишь в 1,2 тыс. раз (О социально-экономических результатах реформы..., 1996). Как и в 1930-1940-е годы, село вновь превратилось в донора города. Прямым следствием возникшего диспаритета цен стала убыточность сельского хозяйства. По данным Курганского департамента сельского хозяйства, в 1993 г. рентабельность аграрного сектора области составляла 16,6 %, в 1994 г. - минус 43,4 %, а в 1995 г. - минус 21,6 %. К 1995 г. убыточными были 4/5 сельхозпредприятий. Общая сумма убытков по отрасли превысила 212 млрд руб.
Завышенный курс рубля, искусственно поддерживавшийся до августа 1998 г., в сочетании с неэффективностью и недостаточностью протекционистских мер по защите отечественного АПК приводил к тому, что даже наиболее эффективные отечественные производители продовольствия не выдерживали конкуренции с иностранными.
Отсутствие средств на обновление материально-технической базы привело не только к сохранению технологического отставания отечественного АПК от зарубежных конкурентов, но и к физическому износу и выбытию основных средств. К 1999 г. обеспеченность основными видами сельскохозяйственных машин снизилась до 50 % от уровня 1992 г.
Кропотливая работа по созданию рыночной инфраструктуры была подменена очередными кампаниями - сначала по изменению формы собственности на имущество бывших колхозов и совхозов, а в последнее время на землю. Последствия приватизации сельхозпредприятий оказались неоднозначными. С одной стороны, во многих предприятиях, реорганизованных в ООО и АО, изменения формы собственности носили формальный характер, а принципы организации и оплаты труда, методы управления остались теми же, что и десятки предыдущих лет. С другой стороны, в части преобразованных сельскохозяйственных предприятий имеет место полная ликвидация товарного земледелия и животноводства. Крестьянские хозяйства, возникшие на их базе, ведут натуральное производство. Они не имеют выхода на рынок, между собой связаны лишь примитивными формами кооперации. Низкая эффективность обусловлена и слабой материально-технической базой, и низкой квалификацией фермеров, и недостаточными размерами фермерских хозяйств. Они не имеют ничего общего ни с высокотехнологичными предприятиями АПК Северной Америки, ни с семейными фермами Западной Европы, интегрированными многочисленными вертикальными и горизонтальными кооперационными связями, получающими огромную финансовую поддержку и национальных правительств, и Евросоюза. Их аналогом является даже не русское крестьянское хозяйство периода столыпинской реформы, а скорее, патриархальное сибирское хлебопашество XVIII -начала XIX веков.
Не последнюю роль в кризисе аграрного сектора сыграло отсутствие модели адаптации сельских товаропроизводителей к условиям рынка. Несколько принципов, положенных в основу реформы (прекращение льготного кредитования, приватизация предприятий с упором на создание мелких товаропроизводителей, либерализация цен, отмена обязательных поставок) не могут рассматриваться в качестве таковой уже потому, что не учитывают всего комплекса экономических, социальных, технологических, экологических аспектов сельскохозяйственного производства, не принимают в расчет особенностей отдельных регионов, не раскрывают механизмов осуществления реформы на уровне конкретного предприятия. Дефицит научных разработок и рекомендаций восполняется эмпирическим опытом хозяйствования. Принимая то или иное решение, администраторы предприятий чаще всего руководствуются не продуманной стратегией, а текущими обстоятельствами и проблемами. Все это приводит к неоправданно высоким социально-экономическим потерям.
Сельское население постепенно лишается значительной части социальных благ, являющихся нормой современной цивилизации - образования, медицинского обслуживания и тому подобного. Социальная инфраструктура, десятилетия существовавшая благодаря поддержке сельскохозяйственных предприятий, стала разваливаться вместе с этими предприятиями. Муниципальным властям дотационных сельских районов не хватает средств на содержание деревенских школ, фельдшерских пунктов, отделений связи, предприятий пассажирского автотранспорта, автодорог, линий электропередач и другого, что в совокупности и образует эту инфраструктуру.
Информационная база адаптивно-ландшафтных моделей земледелия
Согласно "Методике разработки адаптивно-ландшафтных систем земледелия и технологий возделывания сельскохозяйственных культур", выделяется пять основных агроэкологических групп земель: плоские дренированные равнины с автоморфными зональными почвами; эрозионные ландшафты с отдельными выходами древних пород; переувлажненные земли; литогенные земли; солонцовые земли. Типы земель формируются на основе близости условий возделывания культур или групп культур со сходными агроэкологическими требованиями. При этом учитываются геологические, геоморфологические, почвенные условия, тепло-, влагообеспеченность и другие климатические факторы, эрозионная и дефляционная опасность.
На основании опубликованных материалов по почвенно-климати-ческим, геологическим, геоморфологическим условиям нами разработаны агроэкологи-ческие группы и типы земель Южного Зауралья, а затем выполнено районирование агроэкологических групп и типов земель на территории региона. На первом этапе была проведена идентификация агроландшафтных районов. При этом использовался картографический материал: карта природно-сельскохозяйствен-ного районирования земельного фонда СССР (М 1 : 1 500 000), 1984; почвенная карта Курганской области (М 1 : 300 000), 1988; почвенная карта Челябинской области (Ml : 300 000), 1987; атлас Челябинской области (2002); обзорная ландшафтная карта Курганской области (М 1 : 500 000), 1995; геоботаническая карта Западно-Сибирской низменности (Ml : 2 500 000), 1962. Идентификация агроландшафтных районов выполнена путем сопоставления границ природно-сельскохозяйственных зон с границами контуров преобладающих почвенных комплексов, крупных геоморфологических структур и изолиниями климатических показателей (суммы активных температур выше 10 С, атмосферных осадков холодного и теплого периода, годового речного стока).
Разработанные агроэкологические группы и типы земель Южного Зауралья представлены в таблице 3. Они отнесены к семи агроландшафтным районам. В пределах Западно-Сибирской провинции лесостепной зоны располагаются пять агроландшафтных района Южного Зауралья: северолесостепной предгорий Южного Урала, северолесостепной левобережья Тобола, южнолесостепной предгорий Южного Урала, южнолесостепной левобережья Тобола, южнолесостепной Тобол-Ишимского междуречья. К Южно-Уральской горно-степной провинции отнесен степной агроландшафтный район предгорий Южного Урала. В Западно-Сибирскую (Казахстанскую) провинцию степной зоны входит степной агроландшафтный район низменности. В поименованные агроландшафтные районы не включены две интразональные группы земель - пойменные и боровые земли.
На втором этапе границы выделенных агроландшафтных районов нами были уточнены с использованием статистических методов. Правомерность членения территории региона на агроландшафтные районы была оценена путем использования метода взвешенных баллов. Эта методика широко используется для решения подобных задач в физической и экономической географии (Математические методы в географии, 1976).
Весь регион был разбит на первичные территориальные единицы. Для них были выбраны первичные показатели оценивания: продолжительность безморозного периода, сумма положительных температур за период со среднесуточной температурой воздуха выше 10 С, годовая сумма осадков, сумма осадков за вегетационный период, удельный вес пашни на склонах крутизной более 3 град., содержание гумуса в преобладающих почвенных разностях в процентах, удельный вес кислых почв, удельный вес солонцов в процентах.
Средневзвешенный балл бонитета был выбран в качестве общего показателя. Источниками информации при этом служили: по агроклиматическим параметрам - агроклиматические справочники по Курганской (1959) и Челябинской областям (1960), по бонитету почв - результаты оценки 1978-1982 годов, по крутизне склонов - генеральные схемы противоэрозионных мероприятий по Челябинской и Курганской областям (1976).
Следующим этапом было оценивание первичных показателей по балльной системе. Сначала для этого была разработана шкала оценивания, содержащая градации первичных показателей, соответствующих каждому баллу оценки (таблица 4).
Идентификация агроландшафтных групп и типов земель. Агроландшафтное районирование территории региона
Особенности сочетания экологических факторов в агроландшафтных районах Южного Зауралья для сельскохозяйственных культур обусловливают различия в наборе культур, для которых в той или иной части региона складываются благоприятные условия.
Северолесостепной район предгорий Южного Урала наиболее благоприя - тен для возделывания однолетних и многолетних трав, других кормовых куль тур, озимой ржи, овса, ячменя, гороха, средне- и раннеспелых сортов яровой пшеницы, картофеля, многих овощных культур. В отдельные годы здесь проявляется дефицит тепла для получения качественного урожая среднеспелой и среднепоздней пшеницы (с содержанием клейковины не ниже 23 %) и кукурузы (с уборкой в фазу молочно-восковой и восковой спелости), сои, теплолюбивых овощных (томата, огурца и др.). Близкие условия складываются и в северолесостепном районе левобережья Тобола, но с одной существенной особенностью -необходимостью учета в почвенном покрове солонцов.
Южнолесостепные агроландшафтные районы наиболее благоприятны для получения качественного зерна яровой пшеницы, сои, подсолнечника. В близкой перспективе можно ожидать появления и гибридов кукурузы, пригодных для возделывания на зерно в этих районах.
Степь малопригодна для относительно влаголюбивых культур - гороха, сои, рапса, картофеля, люцерны, клевера. Зато для более теплолюбивых и засухоустойчивых культур - проса, суданской травы, нута - здесь условия вполне благоприятны. Уровень урожайности мягкой и твердой яровых пшениц в степи ниже, чем в северной части региона. Однако возможность получения зерна с более высоким содержанием клейковины уравнивает шансы для ведения рентабельного товарного зернопроизводства.
Все изложенное относится в основном к размещению культур на плакор-ных землях. На левобережье Тобола и в Тобол-Ишимском междуречье значительный удельный вес занимает агроэкологическая группа солонцовых земель, которые нуждаются в более дифференцированном подходе. Если на обыкновенных солонцеватых черноземах могут выращиваться те же культуры, что и на плакорных землях, то на солонцах предпочтительнее ячмень, овес, донник, пырей бескорневищный. На лугово-черноземных и черноземно-луговых почвах в комплексе с солонцами и солончаками необходимо учитывать солонцеустойчи-вость и солеустойчивость культур. Наиболее рационально участки с подобными почвами совсем выводить из полевых севооборотов и использовать в качестве сенокосов и пастбищ. В качестве компонентов для залуження пригодны поименованные выше многолетние травы.
В летний период интенсивность эрозии почв опосредована влиянием на этот процесс вегетирующих растений. Поэтому устойчивость почвы к разрушению дождевыми осадками необходимо рассматривать прежде всего с учетом возделываемой культуры.
В период стока талых вод эрозии обычно подвергается почва, лишенная живого растительного покрова. Сельскохозяйственная культура на сток и смыв влияет лишь косвенно, как предшественник; непосредственное же воздействие на характер эрозионного процесса оказывают растительные остатки (если они сохраняются на поверхности поля), физическое состояние почвы, обусловленное главным образом ее обработкой.
В настоящей работе при рассмотрении вопросов эрозии используется термин "агрофон". В связи с отсутствием толкования в ГОСТ 26640 этот термин в агрономической литературе применяется произвольно. Поэтому автор считает необходимым дать пояснение, что подразумевается под этим понятием. Агрофон - это поле, свободное от культуры, имеющее определенное состояние почвы, которое обусловлено предшественником и обработкой.
Наибольшей инфильтрационной способностью характеризуются почвы ландшафтов, не затронутых хозяйственной деятельностью - заповедных лесов, целины (Грин и др., 1974; Сухарев, 1976). Это объясняется сохранностью в почве проторенных путей инфлюкции - ходов дождевых червей, землероев, разложившихся корней, естественных трещин (Готшалк, 1967). Многолетнее интенсивное использование почвы в Зауралье приводит к уплотнению почвы (Шумов, 1980), но на некоторое время после проведения основной обработки плотность сложения существенно понижается (Булычева, 1972; Кулева, 1973; Петракова, 1963). В дальнейшем под влиянием силы тяжести, осадков, проходов сельскохозяйственных агрегатов и других природных и антропогенных факторов почва вновь уплотняется (Полуэктов, 1982).
Многими исследователями отмечалось, что рыхлая почва лучше впитывает талую воду, чем плотная (Наумов, 1969; Ревут, 1972; Слесарев и др., 1981; Трубецкая и др., 1969). Положительное влияние основной обработки на впитывание талой воды обусловлено образованием в верхнем слое некапиллярных пор, являющихся ёмкостями для удержания талой воды. С наступлением фазы фильтрации преимущество рыхлых агрофонов уменьшается (Ткаченко, Лекон-цев, 1979). Такой механизм действует в районах Сибири с суровой зимой и относительно высоким предзимним увлажнением (Орлов, 1977).
Наши исследования в северолесостепном агроландшафтном районе предгорий Южного Урала показали, что осенью общая порозность 20-сантиметрового почвенного слоя после отвальной и безотвальной обработок примерно одинакова и составляет 58-61 % (Фрумин, 1985). На стерне, многолетних травах и озимой ржи она существенно ниже: соответственно 28, 27 и 31 %. Корреляционно-регрессионный анализ результатов этих исследований показал, что между плотностью сложения X, определявшейся осенью, и водопроницаемостью мерзлотно-талой почвы Y существует тесная связь, описываемая уравнением регрессии Коэффициент корреляции между плотностью сложения и водопроницаемостью составил минус 0,94.
Тенденции в специализации сельскохозяйственных предприятий Южного Зауралья
Прогноз возможных сценариев развития отечественного аграрного сектора можно обосновать на прецедентах, имеющихся в мировой экономике. По современному уровню развития производительных сил сельское хозяйство России следует отнести к одной группе со среднеразвитыми странами Латинской Америки и Азии. Отличием нашего аграрного сектора являются большая концентрация производства и коллективные формы труда. Тем не менее, учет особенностей сельского хозяйства упомянутой группы стран может быть полезным для анализа возможных путей эволюции аграрного сектора России.
В сельском хозяйстве среднеразвитых стран различаются два сектора. Первый представлен крупными латифундиями, использующими современные технологии и по основным показателям приближающимися к предприятиям США, США, Канады и стран ЕС. Второй сектор - это семейные фермы с традиционными отсталыми технологиями. Дифференциация сельскохозяйственных предприятий по интенсивности технологий в России была всегда, но в последнее десятилетие она усилилась. Развитие аграрного сектора России по сценарию относительно слаборазвитых стран в направлении дальнейшей дифференциации сельхозпредприятий по уровню рентабельности и интенсивности используемых технологий нежелательно не только по социально-экономическим, но и по экологическим критериям. Не все интенсивные технологии экологически оправданны, но экстенсивные технологии в принципе не могут быть таковыми, т. к. жизнеспособны лишь при максимальной эксплуатации природных ресурсов.
Если признать, что экстенсивное направление развития в земледелии в течение некоторого времени все же неизбежно, то необходима экологическая оценка разных его вариантов, с тем чтобы выработать нормативы "допустимого ущерба" при их реализации.
Важнейшей характеристикой систем земледелия является соотношение зернопроизводства и кормопроизводства, следовательно, животноводства. Выявление отрасли, способной стать локомотивом аграрной экономики, очень важно для прогноза ее будущего.
В 1992-1997 годах молочное и мясное скотоводство не могли рассматриваться как перспективные отрасли. Как свидетельствует анализ результатов хозяйственной деятельности сельскохозяйственных предприятий Курганской области в 1994-1996 годах, скотоводство в тот период было убыточным (таблица 17). Главной причиной убыточности скотоводства был низкий платежеспособный спрос на животноводческую продукцию, являющийся следствием общего падения уровня доходов населения. За последние три года ситуация в молочной отрасли улучшилась. С 1999 г. производство молока стало рентабельным. Однако мясное скотоводство по-прежнему пребывает в глубоком кризисе.
Свиноводство и птицеводство имеют большие шансы на скорый выход из кризиса благодаря своему индустриальному характеру. Но он может быть реализован лишь с приближением рассматриваемых отраслей к мировым технологическим стандартам. Главным препятствием для этого является дефицит инве стиционных ресурсов. Свиноводство и птицеводство являются отраслями наи более высокой концентрации производства и потому будут локализованы в ограниченном числе предприятий - в основном в тех, где для этого уже создана соответствующая материально-техническая база. По отношению к зернопроиз-водству эти отрасли являются не конкурирующими, а взаимодополняющими.
(. Производство картофеля и овощей можно рассматривать в качестве пер спективных направлений специализации аграрного сектора, но в ограниченных масштабах. Картофелеводство - наиболее капиталоемкая отрасль растениеводства, для ее развития требуется вложение значительных средств на приобретение набора специализированных машин, строительство хранилищ. Следует учесть и ограниченную емкость местного рынка этого продукта, конкуренцию со стороны личных подсобных хозяйств. Очевидно, что картофелеводство может быть основной отраслью для ограниченного числа хозяйств, уже имеющих соответствующий опыт и материально-техническую базу. Такие же выводы справедливы и в отношении овощеводства.
В 1990-е годы сельскохозяйственные предприятия сокращали производство убыточной продукции животноводства, тогда как производство зерна снижалось более низкими темпами. Для многих сельхозпроизводителей это означало переход от зерно-скотоводческой специализации к товарному зернопроиз-водству с крайне незначительной долей мясного и молочного скотоводства.
Изложенное позволяет сделать вывод, что углубление зерновой специализации для многих сельских товаропроизводителей Южного Зауралья неизбежно и экономически оправдано даже в условиях некоторого улучшения рыночной конъюнктуры для других отраслей, в частности, скотоводства. Эффективное зернопроизводство может стать средством предотвращения маргинализации экономики села, т.к. в большей мере, чем другие отрасли, базируется на использовании природного ресурса (земли, климата), а потому нуждается в меньшем объеме инвестиций. Однако при этом может оказаться неизбежным обострение некоторых экологических проблем, связанных с резким увеличением доли чистых паров, сокращением, а то и ликвидацией посевов многолетних трав. Не исключены и нежелательные социальные последствия, связанные с сокращением рабочих мест в животноводстве. Структурная безработица в первую очередь касается женщин, молодежи, работников с низкой квалификацией.
Выше уже было отмечено, что в условиях острого дефицита инвестиционных ресурсов некоторое время экономически целесообразным может быть не только интенсивная, но и экстенсивная форма использования земли.
В перспективе территориально зона относительно более интенсивного земледелия в Зауралье будет соответствовать границам северной лесостепи, экстенсивного земледелия - южной лесостепи и степи. Обусловлено это различной окупаемостью дополнительных затрат в южной и северной частях региона.
По мере преодоления экономического кризиса в зоне интенсивного земледелия вероятно повышение доли животноводства и вследствие этого кормопроизводства и фуражного зернопроизводства. Зона экстенсивного земледелия, скорее всего, сохранит специализацию на производстве высококачественной мягкой и твердой пшеницы. Возможно, по некоторым параметрам и технологическим особенностям она будет приближаться к земледелию степ ных провинций Канады.