Чл.-корр. Россельхозакадемии Иванов Д.А.

Всероссийский НИИ сельскохозяйственного использования мелиорированных земель, Россия

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЛАНДШАФТНОГО ЗЕМЛЕДЕЛИЯ

 

Современный период человеческой истории характеризуется небывалым усилением производственного использования природных ресурсов. При этом происходят потери сельскохозяйственных земель за счет различных деградацион­ных процессов (эрозии, засоления, под­топ­ления и т.д.). По современным оценкам примерно 1,2 млрд.га сельхозугодий, пастбищ и лесов находятся в состоянии экстремальной деградации. В пределах Нечерноземной зоны России на продукционный процесс сельскохозяйственных культур оказывают негативное вли­яние эрозия, дефляция, первичное и вторичное  заболачивание почв, литологическая и почвенная микропестрота, ожелезнение почвенных слоев, резкие временные и пространственные изменения температуры и влажности воздуха и т.п., что заставляет учитывать при ирригации и осушении сельскохозяйственных угодий экологические условия географических выделов различного масштаба.

Одним из путей предотвращения дальнейшего разрушения биосферы и рекультивации нарушенных земель являются ландшафтно-мелио­ратив­ные системы земледелия (ЛМСЗ) – комплексы мероприятий, направленных на эффективное использование совокупности природных и производственных ресурсов агроландшафтов с целью получения высоких и стабильных урожаев и повышения экологической устойчивости природной среды. Процесс разработки ЛМСЗ включает в себя глубокий анализ природной, экономической и конъюнктурной ситуации изучаемой территории на основе применения новейших методологических подходов (ГИС-технологий, геостатистики, математического и экономико-статистического моделирования). Он позволяет разработать уникальный комплекс элементов систем земледелия для каждого конкретного хозяйства и максимально адаптировать новейшие (точные, координатные) технологии выращивания культур к природно-экономическим условиям хозяйства.

 Методологическую основу ЛМСЗ составляет моделирование про­­из­вод­ст­вен­ного процесса при всемерном учете особенностей ландшафтной среды территории и адаптивных реакций на них растений. Исследования показали, что  при создании ЛМСЗ, направленных, при выращивании культур, на оптимизацию управляемых и учет неуправляемых факторов природной среды, необходимо исходить из экологических особенностей различ­ных биосферных иерархических уровней. Осуществление такого иерархического подхода возможно только при теоретическом обосновании принципов ЛМСЗ на уровне макротерриторий и практической их конкретизации в условиях агроэкологического стационара или хозяйства на микроуровне. Центральным моментом ландшафтной адаптации сельскохозяйственного производства является разработка разнообразных моделей ЛМСЗ для условий агрогеосистем различных иерархических уровней.

Для учета иерархического (многоуровенного) строения биосферы используются четыре типа ЛМСЗ, три из которых разрабатываются на уровне моделей: 1.ЛМСЗ, разрабатываемые на основе учета природных и агропроизводствен­ных условий ландшафтных провин­ций, называются региональными системами земледелия (РСЗ). Они описывают самые общие подходы к адаптации сельскохозяйственного производства к ландшафтным условиям сравнительно однородных крупных территорий. 2.Базовые модели ЛМСЗ – гипотетические, ландшафтно-адап­ти­ро­ван­ные системы земледелия, разработанные при использовании усредненных параметров основных генетических типов территорий, мозаичное чередование которых образует облик крупнейших географических регионов (например, Русской равнины, Скандинавии, Канадского щита и т.д.). 3.Типовые модели ЛМСЗ – системы земледелия, получаемые при макро дифференциации базовых моделей. Они учитывают условия природной среды генетических типов территорий, слагающих конкретную ландшафтную провинцию. 4.Сис­темы земледелия конкретных хозяйств, разрабатываемые на основе методики переноса параметров типовых моделей в их условия.

С целью определения конкретных иерархических уровней биосферы, для которых необходимо создавать модели ЛМСЗ, была разработана типизация агро­геосистем гумидной зоны. Использование результатов корреляционного и путевого анализов, позволило выяснить, что максимальное количество факторов, активно воз­действующих на урожайность культур, сосредоточены на уро­в­нях ланд­шафтных провинций, типологических ландшафтов, географических местностей и урочищ [1, 2, 7].

Основные параметры РСЗ определяются при изучении, с помощью ка­чест­вен­ных и количественных методик, адаптивных реакций растений на природные и про­из­водственные особенности ландшафтной провинции. Главным показа­­телем адаптивных реакций растений на условия природной среды является их уро­­жайность. Данные по урожайности культур и состоянию природной и произ­­водственной среды территории получают из многочисленных фондовых, лите­­ратурных, статистических и картографических источников. При этом определя­­ются основные агропроизводственные параметры единые для изучаемой терри­­тории:  набор культур, главные направления агромелиоративной деятельности, основные принципы размещения хозяйств с различной специализацией и т.п.       

Базовые модели ЛМСЗ – главное звено процесса ландшафтной адаптации сельскохозяйственного производства. На первом этапе базового моделирования определяется количество основных внетаксономических групп типов геокомплексов, сла­га­ющих территорию данной страны (например, плоские песчаные равнины, увалистые равнины на покровных пылеватых суглинках и т.д.), для чего разработана методика «экспертных решеток» [7].

Так, покровно-моренные (характеризующиеся преобладанием пылеватых покровных суглин­ков)  и  конечно-моренные (на валунных суглинках и двучленах) агроландшаф­ты, хотя и явля­ются относительно благо­приятными для зем­леделия (слабокислые, относительно плодородные почвы), в то же время склон­ны к заболачиванию, эрозии, имеют резко выраженную литологическую и почвенную пестроту. Агроландшафты конечно-моренной гряды отличаются еще и сильной закамененностью. Эти территории нуждаются в комп­лекс­ном агромелиоративном воздействии, направленном, прежде всего, на сдерживание процессов заболачивания и эрозии. Актуальны здесь также планировка полей и куль­туртехнические мероприятия.

Полесские агроландшафты, господствующие в пределах песчаных слабохо­лмистых равнин, характеризуются отсутствием эрозионных процессов и зака­ме­­ненности почв, но отличаются высокой кислотностью почв, их низким плодо­родием и слабой водоудерживающей способностью. В пределах этих ландша­фтов, прежде всего, необходимо комплексное воздействие на плодородие почв.

Пойменные агроландшафты, характеризуемые как самые плодородные (гумус более 6%) и наиболее пригодные для земледелия, в то же время подвержены ежегодной опас­ности подтопления. Также они отличаются сравнительно низкими суммами эффективных температур. Здесь актуальны противопаводковые мероприятия, а также тепловые мелиорации [3,4,5].

Затем для каждой внетаксономической группы определяется оптимальное соотношение луга, леса и пашни. Этап определения состава и соотношения угодий разделяется на два блока: выделение основных категорий земель и определение режимов их эксплуата­ции. Принципы выделения агроландшафтных категорий земель основаны на учете закономерностей перемещения вещества и энергии в агроландшафте, а также расположения в его пределах агроэкологически-однотипных территорий (АОТ). АОТ – территориальные образования, характеризующиеся однородным фоном урожайности культуры. Их свойства в основном опре­деляются особенностями расположения  элементарных геохимических ландшафтов в пределах урочища.

Главный принцип при разработке каждого из элементов модели системы земледелия (соотношения угодий, севооборотов, обработки почв, удоб­рений, защиты растений и т.д.) – это пространственно-диффе­рен­ци­ро­ванный подход к использованию тех или иных агроприемов и агромелиоративных мероприятий, которые способствовали бы повышению адаптационной способности культур к конкретным ландшафтным условиям. Поэтому особое внимание при разработке базовых моделей уделяется ана­лизу микроландшафтного строения территорий – характеру чередования в пределах основных групп геокомплексов элювиальных, транзитных и аккумулятивных местоположений. При этом на агроэкологических полигонах различного типа (марш­рутных, стационарных, специализированных ландшафтных и т.д.) опытным путем изучаются особенности произрастания культурных и сорных растений в этих местоположениях. На основе опытных данных определяются набор культур, система севооборотов, обработки почв, питания и защиты растений, отвечающие особенностям микроландшафтного устройства территории.

Производственные параметры моделей в большой мере зависят от агроэко­ло­гических особенностей агрогеосистем и связаны с ними через блок организации территории. Каждый тип категории земель в условиях конкретного модельного агроландшафта характеризуется определенным набором элементов системы земледелия, совокупность этих наборов в пределах агроландшафта определяет индивидуальность модельной ЛМСЗ.

Экономический анализ базовых моделей ЛМСЗ позволяет расположить их в ряд по уровню рентабельности, окупаемости затрат и т.д. Выяснено, что наилучшие результаты можно достичь при сельскохозяйственной эксплуатации поймен­ных и покровно-моренных геосистем, в то время как в пределах песчаных равнин бу­дут наблюдаться наибольшие издержки производства [6].

В процессе учета принципа многоуровенности биосферы, элементы базовой модели ЛМСЗ подвергаются процедуре макродифференциации – приспособления их к условиям конкретной региональной системы земледелия. В результате этой процедуры базовая модель преобразовывается в типовую. При этом параметры, разработанные для базовой модели, претерпевают известную коррекцию (может измениться соотношение угодий, набор культур, система агромелиоративных приемов, способы реализации других элементов системы земледелия и т.д.). Параметры типовой модели ЛМСЗ, через про­цедуру микродифференциации, переносятся в условия реального хозяйства, что является начальным этапом разработки ее системы земледелия. Когда модельные условия близки к условиям хозяйства, процедура переноса осуществляется методом интерполяции, в случае не полного совпадения перенос осуществляется методом экстраполяции. Способы переноса параметров типовых моделей ЛМСЗ в условия конкретных хозяйств основываются на использовании методов теории физико-географического прогнозирования.

Определение степени генетического родства (ОГР) модельного геокомп­ле­к­са и территории хозяйства позволяет выбрать режим переноса - интерполяцию или экстраполяцию параметров типовой модели ЛМСЗ. Процедура ОГР состоит из трех этапов:

1. Экспертного, 2. Морфологического, З. Классификационного.

Экспертный этап является составной частью методики «экспертных решеток», он, будучи первым и важнейшим звеном ОГР, дает ее качественную оценку. Для получения коли­чественных характеристик родства АГС производят их морфологический ана­лиз. В ходе его выявляется количество и площадь природных комплексов более низкого ранга, слагающих сравниваемые территории. Простейшей количественной ха­рактеристикой степени родства двух геосистем является доля их общей площади, за­нятой классификационно-однотипными природными комплексами. Для прак­тических целей достаточно сравнить площади основных категорий земель, что­бы количественно представить себе различия между моделью и территорией реального хозяйства.

Классификационный этап позволяет вычленить ландшафтно-эко­ло­ги­чес­кие ниши, в пределах которых возможно корректное применение функциональ­но-статистических зависимостей урожайности от факторов среды, полученных в пределах агроэкологических стационаров.

Интерполяция (ближний перенос) применяется при переносе параметров типовой модели в хозяйство, расположенное в генетически однотипной с моделью территории (экспертное расстояние модели и хозяйства-прогноза = 0).Этот режим характеризуется неизменностью модельного набора категорий земель при создании системы земледелия. На основе морфологического анализа территории хозяйства определяется долевое участие категорий земель в его структуре. Проводится коррекция соотношения угодий. На классификационном этапе в пределах хозяйства определяются тер­риториальные ниши типизационно-одно­типные модельным. Это дает возможно­сть применить метод функциональных зависимостей для прогнозирования уро­жай­нос­ти запланированных для производства культур и коррекции на этой ос­нове набора культур, структуры посевных площадей, систем обработки почв, питания и защиты растений, агромелиоративных приемов.

Режим экстраполяции применяется при переносе параметров модели в ус­ловия отдаленно родственной территории (экспертное расстояние модели и хо­зяйства-прогноза > 0). Он предполагает в основном применение имитационных моделей при прогнозировании характера адаптивных реакций культур [1].

Следует отметить, что разработка системы ландшафтно-мелио­ра­тив­ного земле­делия хозяйства не ограничивается переносом в ее условия параметров соот­ветствующей типовой модели. Отладка системы земледелия, состоящая в учете всего комплекса местных условий, должна производиться специалистами дан­ного хозяйства при участии представителей органов планирования сельскохозяйственного про­изводства.

Таким образом, ландшафтно-мелиоративная система земледелия хозяйства, разработанная на вышеописанных принципах, учитывает не только местные ландшафтно-производственные условия, но и особенности мезо- и макросреды, что делает ее наиболее устойчивой к деградационным процессам и агроэкологическим стрессам.

Модели ЛМСЗ разработаны учеными Всероссийского НИИ сельскохозяйс­т­венного использования мелиорированных земель (ВНИИМЗ) Россельхозакаде­мии. Они является синтезом новейших достижений российских географов, экологов, агрономов и мелиораторов в области оптимизации производства сельскохозяйственной продукции и охраны окружающей среды. Организация хозяйств на принципах ЛМСЗ позволяет резко снизить себестоимость продукции и затраты на ирригацию ландшафта, учесть экологические нормативы и требования рынка, повысить эстетическую привлекательность окружающих пейзажей.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

 

1.     Иванов Д.А. Агрогеография. Учебное пособие – Тверь, «АгросферА» Тверской ГСХА, 2010 – 244с.

2.     Иванов Д.А., Рубцова Н.Е. Адаптивные реакции сельскохозяйственных растений на ландшафтные условия Нечерноземья. – Киров, НИИСХ Северо-Востока, 2007 -356с.

3.     Ковалев Н.Г., Тюлин В.А., Иванов Д.А. Разработка типовых моделей ландшафт­но-ме­­лиоративных систем земледелия. / Доклады РАСХН, 1, 1999, с. 18-21.

4.     Ковалев Н.Г., Смирнов А.А., Иванов Д.А. и др. Модели систем земледелия, адап­тированных к агроэкологическим условиям мелиорированных аг­роландшаф­тов (научный доклад). -Тверь, РАСХН, ВНИИМЗ, 2000. -52с

5.     Ковалев Н.Г., Смирнов А.А., Иванов Д.А. и др. Теоретические основы создания ада­п­тивных ландшафтно-мелиоративных систем зем­леделия и их типовые моде­ли (проекты) для различных природно-эко­но­ми­чес­ких условий гумидной зоны. Кн.I, - Тверь, 2000, -119с.

6.     Ковалев Н.Г., Смирнов А.А., Иванов Д.А. и др.  Теоретические основы создания адап­тив­ных ландшафтно-мелиоративных систем земледелия и их типовые мо­дели (про­екты) для различных природно-экономических условий гумидной зо­ны. Кн.II (Техн­ологические карты возделывания сельскохозяйственных культур, создания и использования сенокосов и пастбищ), - Тверь, 2000, -102с.

7.     Ковалев Н.Г., Ходырев А.А., Иванов Д.А., Тюлин В.А. Агроландшафтоведение. РАСХН, Минсельхоз, ТГСХА, ВНИИМЗ, Учебное пособие, Тверь-Москва, 2004, -490с.