Основы дифференцированного (высокоточного) использования естественных и антропогенных ресурсов в адаптивном растениеводстве

17.12.2015

Эффективность процесса интенсификации растениеводства зависит от уровня рационального и в первую очередь дифференцированного использования природных ресурсов. На эту особенность земледелия указывал еще К. Маркс, который писал: «Не абсолютное плодородие почвы, а ее дифференцированность, разнообразие ее естественных продуктов составляют естественную основу общественного разделения труда; благодаря смене тех естественных условий, в которых приходится жить человеку, происходит умножение его собственных потребностей, способностей, средств и способов труда». Причем, чем хуже почвенноклиматические и погодные условия, чем ниже уровень техногенной оснащенности и дотационности хозяйств, тем более дифференцированным (адаптивным) должно быть использование природных, биологических, техногенных, экономических, трудовых и других ресурсов. Особую роль тщательного учета местных почвенно-климатических особенностей подчеркивали И.М. Комов, A.A. Измаильский, И.А. Стебут, Д.И. Менделеев, В.В. Докучаев и др. Так, И.М. Комов в работе «О земледелии» рекомендовал внимательно изучать и учитывать местные особенности почв, рельефа, климата. A.C. Ермолов считал, что не только в одной стране, но даже в одной местности, в одном имении, одни и те же формы полеводства могут оказаться неприемлемыми. Отмечая неустойчивость климата и его разнообразие в пределах России, Г.Т. Селянинов предлагал «наметить пути целесообразного овладения климатом в интересах сельского хозяйства».
В развитии концепции о необходимости дифференцированного использования природных ресурсов исключительно важную роль сыграли исследования В.В. Докучаева, впервые сформулировавшего в работе «Учение о зонах природы» положение о зональном распределении основных элементов природного комплекса (почвы, климата, фауны, флоры и т.д.), а также о существовании в каждой географической зоне закономерных связей между климатом, материнской породой, рельефом, почвой, растительностью, животным миром и сельскохозяйственной деятельностью человека. Работы В.В. Докучаева о естественно-исторических (географических) зонах заложили основы не только генетического почвоведения и ландшафтной географии, но и почвенно-ботанического, физико-географического (ландшафтного) и сельскохозяйственного районирования территории.
Необходимость адаптивно-дифференцированного использования природных ресурсов обусловлена решающим вкладом солнечной радиации и плодородия почвы в энергетический баланс агрофитоценоза, всевозрастающей долей затрат невосполнимой энергии на оптимизацию условий внешней среды, неравномерным распределением во времени и пространстве природных ресурсов (солнечной радиации, тепла, влаги, элементов минерального питания и др.), лимитирующих величину и качество урожая, а также видовой и сортовой специфичностью адаптивного потенциала культивируемых растений. Заменить эти и другие «естественные силы природы» в растениеводстве практически невозможно, задача состоит в том, чтобы более эффективно их использовать. Причем, чем менее благоприятны почвенно-климатические и погодные условия, тем большую роль в растениеводстве приобретает их дифференцированное использование на основе разработки адаптивных структур посевных площадей, селекционных программ, систем машин, способов обработки почвы, агротехники и т.д. Однако даже зональные системы ведения сельского хозяйства отражают преимущественно наиболее общие различия в почвенно-климатических и погодных условиях разных агроэкологических территорий. Между тем в неблагоприятных почвенно-климатических условиях и в экстремальные по погодным условиям годы вариабельность лимитирующих величину и качество урожая факторов среды резко усиливается на уровне не только макро-, но и микроклиматических особенностей агроландшафта, мозаичность которых с ростом континентальности климата возрастает.
Все большее признание в растениеводстве получает и идея о необходимости более эффективного использования эволюционно обусловленного и генетически детерминированного «разделения труда» между видами культивируемых растений, т.е. их разной способности адаптироваться к определенным почвенно-климатическим макро-, мезо- и микроусловиям. Практическая реализация этого положения обеспечивается за счет адаптивного размещения сельскохозяйственных культур по природно-экономическим зонам и районам, т.е. более углубленной специализации растениеводства. Выявление в каждой агроклиматической зоне особенностей лимитирующих факторов внешней среды, так же как и «критических» периодов онтогенеза важнейших культивируемых видов и сортов растений, ограничивающих или препятствующих получению высоких и устойчивых урожаев, оказывается необходимым этапом в разработке зональной системы земледелия.
Общеизвестно, что высокие и устойчивые урожаи могут быть достигнуты только в том случае, когда каждая культура будет размещена в наиболее благоприятной для нее местности, почвенно-климатические и погодные условия которой соответствуют адаптивным особенностям выращиваемых в ней видов и сортов растений. Причем для успешного возделывания той или иной культуры, кроме климата необходимо учитывать и особенности микроклимата, т.е. установить те ограниченные участки территории, на которых водный и температурный режимы более или менее изменены рельефом, растительностью или вмешательством человека. В этой связи различают территории с недостаточным количеством тепла (микротермные) или влаги (аридные), а также с достаточным количеством тепла (макротермные) или влаги (гумидные). Каждой территории присущи свои типы растений (ксерофиты, мезофиты и т.д.), как бы интегрирующие совокупное (взаимосвязанное) действие естественных и антропогенных факторов внешней среды.
При агроклиматическом размещении сельскохозяйственных культур, наряду с адаптивными и адаптирующими возможностями культивируемых растений, важно знать распределение климатических факторов во времени, амплитуду и частоту их отклонений от нормальных показателей, повторяемость неблагоприятных явлений и т.д. На основе этих данных необходимо составлять фитоклиматограммы, позволяющие судить о пригодности различных культур и сортов к конкретному комплексу условий, а также получить интегрированные представления о сорте, климате, почве и возможностях агротехники.
В этой же связи следует учитывать, что в каждой зоне имеются свои «критические» факторы внешней среды, в наибольшей степени лимитирующие величину и качество урожая. Так, для зерновых «критическим» с точки зрения водообеспеченности является период быстрого роста растений, непосредственно предшествующий колошению, а также сам репродуктивный цикл. За счет селекции и агротехники важно обеспечить несовпадение «критических» периодов в росте и развитии растений (в их скорости роста наблюдаются суточные и сезонные колебания) и «критических» условий среды. В ряде стран, на наш взгляд, вполне обоснованно, выделяют и «критические» в обеспечении высоких показателей урожая и его качества этапы технологического цикла. Так, в случае изреженного посева практически уже невозможно независимо от уровня агротехники получить высокую урожайность. Аналогичную роль играет и высокий уровень засоренности посева.
По мнению Демолона, биоклиматология в рамках общей экологии должна заниматься изучением местных климатических условий с целью установления подходящих сочетаний факторов и определения границ, за пределами которых нормальное развитие растений затруднено или не соответствует тем целям, которые ставятся при их выращивании. Так, под действием климатических условий ежегодная урожайность пшеницы во Франции варьирует на ±25% от средних показателей за 10 лет. Ведущим фактором при этом выступает влагообеспеченность. И хотя прогресс, достигнутый в повышении урожайности сельскохозяйственных культур, был обеспечен за счет создания более продуктивных и лучше приспособленных к различным условиям внешней среды сортов и гибридов, они становятся более чувствительными к климатическим факторам и им свойственна большая амплитуда ежегодных отклонений. Другими словами, речь идет о большей зависимости новых сортов и гибридов растений от «капризов» погоды. Причем различные виды, сорта и хозяйственно ценные признаки при одинаковом изменении условий среды реагируют по-разному. Особенно восприимчивы к резким колебаниям среды показатели качества сельскохозяйственной продукции, многие из которых являются как бы функцией местных климатических и погодных условий. Хотя агротехнические приемы также влияют на разные показатели качества, решающее значение в этом играет генотип (особенности сорта или гибрида). И как справедливо подчеркивает Демолон, «... улучшения качества следует искать не столько в способах агротехники, сколько в создании соответствующих сортов и в их тесном приспособлении к среде».
Очевидно, что в условиях общего дефицита влаги, тепла и почвенного плодородия дифференцированное использование природных и биологических ресурсов приобретает важное значение. Неравномерное распределение компонентов природной среды даже на сравнительно небольшой территории обусловливает особые требования не только к видовой и сортовой структуре посевных площадей, но и к внутрихозяйственному землеустройству, специфике сортового состава, агротехнике и т.д. Причем, чем выше уровень техногенной интенсивности возделываемых культур (овощные, плодовые, виноград, хлопчатник, сахарная свекла и др.), тем важнее их адаптивное агроэкологическое макро-, мезо- и микрорайонирование. Наиболее ценные сельскохозяйственные культуры, - писал В.В. Докучаев, - виноградная, табачная, чайная и др. - только тогда смогут идти правильно, только тогда дадут человеку наибольшие результаты, когда они будут и в целом, и в отдельных своих частях, так сказать, до мельчайших подробностей, приспособлены к местной почве, к местным водам, к местному климату. Именно указанное положение лежит в основе территориальной концентрации и агроэкологической специализации посевных площадей различных сельскохозяйственных культур в большинстве стран мира.
С ростом потенциальной продуктивности агроценозов значительно увеличивается зависимость величины и качества урожая от нерегулируемых факторов внешней среды, что также усиливает необходимость более дифференцированного использования природных ресурсов. Кроме того, сорта и гибриды с высокой потенциальной урожайностью отличаются высокой «сканирующей» способностью, т.е. большей зависимостью вариабельности величины и качества урожая от особенностей почвы, рельефа, микроклимата. Хотя за счет использования высоких доз удобрений и удается значительно (на 30-50%) повысить урожайность сельскохозяйственных культур, однако по мере ее роста эффективность применения удобрений все в большей степени зависит от комплексного действия как интенсификационных факторов (отзывчивость сортов, пестициды, орошение и др.), так и погодных условий (сумма температур, интенсивность освещения и др.). Причем сорта и гибриды с высокой потенциальной урожайностью в наибольшей степени подвержены действию нерегулируемых экологических стрессоров.
Известно, что сельское хозяйство, как ни одна другая отрасль экономики, теснейшим образом связана с природно-климатическими условиями и зависит от них. Поэтому региональная специализация сельскохозяйственного производства вполне обоснованно во всей мировой практике рассматривается как важнейший фактор биологической и техногенной интенсификации.
Многолетние данные науки и практики убедительно свидетельствуют о том, что высокий и устойчивый урожай сельскохозяйственных культур можно обеспечить лишь в том случае, если в каждом районе и хозяйстве почвенно-климатические и погодные ресурсы будут использовать более дифференцированно, т.е. культивируемые виды и сорта размещать с учетом их потенциальной продуктивности и экологической устойчивости, а также вариабельности микроклимата и плодородия почв в пределах каждого севооборота и даже поля. Только на такой основе может быть достигнут высокий интегративный эффект всесторонней интенсификации растениеводства, обеспечено более дифференцированное, а следовательно, и адаптивное использование техногенных факторов, снижена опасность разрушения и загрязнения природной среды. Именно об этом свидетельствует опыт стран с высоко развитым сельским хозяйством.
Так, несмотря на то что США характеризуются в целом исключительно благоприятными природно-климатическими условиями в большинстве земледельческих регионов, важнейшей чертой их сельского хозяйства является строгая специализация и зональность отдельных отраслей производства. Основная часть обрабатываемых земель находится в Северных равнинах (23,1 млн га), Кукурузном поясе (21,5 млн), Южных равнинах (11,8 млн) и Горных Штатах (10,2 млн га), на основе которых функционирует 10 аграрно-экономических районов. К концу 1990-х гг., например в Тихоокеанском регионе (штат Калифорния), было сосредоточено производство наибольшего количества овощей и фруктов (55-57%), в Кукурузном поясе - кукурузы (60%) и сои (62%), в Северных и Южных равнинах («пшеничный пояс») - пшеницы (70%).
Для оперативной и долговременной оценки эффективности сельскохозяйственного производства в США используют коэффициент продуктивности (productivity), рассчитываемый как отношение стоимости объема произведенной продукции к сумме материальных и других издержек производства (фактор - продукт). Показано, в частности, что эффективность сельского хозяйства в США за 1948-1993 гг. была достигнута как за счет роста производительности ресурсов (в 1,7 раза), так и коэффициента продуктивности - с 1,1 до 1,8. Аналогичная ситуация и в странах Западной Европы, где преобладающий тип хозяйства складывается под влиянием местных почвенно-климатических условий, что обеспечивает более рациональное использование всего комплекса ресурсов (природных, биологических, техногенных и др.).
В тесной связи с проблемой дифференцированного (адаптивного) использования природных и других ресурсов в сельском хозяйстве находятся вопросы землевладения и землепользования. Мировой опыт свидетельствует о решающей роли адаптивного землепользования при самых разных формах землевладения. Так, в 1994 г. из 2065 тыс. фермеров в США полными собственниками были 57,7%, частичными - 31%, арендаторами - 11,3%. За последние 40-50 лет фермерские хозяйства в США прошли путь от мелкотоварных до крупных агропромышленных предприятий. Хотя 99% обрабатываемых земель (184 млн га) принадлежит частным владельцам, сугубо фермерам - лишь 56%. В настоящее время около 45% земель в США арендуют, а 41% фермеров являются арендаторами. При этом 62% арендодателей никакого отношения к сельскому хозяйству не имеют, используя чистую денежную и урожайно-долевую аренду. Среднегодовой чистый доход 2 млн ферм превышает 200 млрд долл., из которого 17% приходится на господдержку. Внефермский доход к общему валовому доходу составляет 36%. И все же даже в лучший 1996 г. из 2064 тыс. ферм 1246 тыс. (с объемом реализации менее 20 тыс. долл. в год), т.е. более 60%, закончили год с убытком по основному (аграрному) виду деятельности. Другими словами, большая часть американских ферм находилась в «стрессовом экономическом состоянии». По оценке экспертов США, уже к 2010 г. лишь 50 тыс. крупнейших ферм обеспечат производство 75% всей сельскохозяйственной продукции страны.
Бесспорно, на процесс специализации влияют не только агроэкологические условия, но и спрос на ту или иную продукцию, удаленность от рынка, уровень интенсификации и пр. И все же в основу агроэкологического районирования территории США положено именно дифференцированное (высокоточное) использование природных (почвенно-климатических и погодных) ресурсов. Например, формирование «пшеничного пояса» произошло здесь в сравнительно засушливых условиях (360-760 мм осадков в год), тогда как основные посевы кукурузы и сои размещены в более благоприятных условиях. Производство 80% наиболее ценной по содержанию белка и клейковины твердой пшеницы сконцентрировано в Северной Дакоте, а стекловидной краснозерной озимой пшеницы - в штатах Канзас, Оклахома, Колорадо, Техас и Небраска (83%). Более 90% валового сбора твердой пшеницы (краснозерной яровой) сосредоточено в Северной и Южной Дакоте, Миннесоте и Монтане. Характерно, что фермеры США даже не предпринимали попыток компенсировать сравнительно низкую урожайность пшеницы (средняя 23-25 ц/га) путем увеличения расходов на химизацию и агротехнику, хотя по этому показателю они в 2 раза и более уступают странам Западной Европы. Экономическая оптимизация уровня техногенных затрат в разных по почвенно-климатическим и погодным условиям зонах и позволяет американским, так же как и канадским фермерам, благодаря минимальным затратам и громадным площадям пшеницы, оставаться главными конкурентами на мировом рынке зерна пшеницы.
В то же время кукуруза и соя размещены в наиболее благоприятных почвенно-климатических условиях штатов Айова, Иллинойс, Небраска, Индиана и Миннесота, где находится производство свыше 70% валовых сборов кукурузы. Несмотря на рост посевных площадей этой культуры к 2007 г. (свыше 35 млн га), валовой сбор достиг 332 млн т при урожайности 94,8 ц/га. Начиная с 1980-х гг. большая часть посевов сорго, занявшего третье место в производстве зерна в США, благодаря его высокой засухоустойчивости, была сконцентрирована в «сорговом поясе» (штаты Канзас, Небраска, Техас), где производится 78% валового сбора зерна. В зоне южных границ США выделен хлопковый пояс, а вдоль границы с Канадой сосредоточено производство картофеля. В числе главных культур в США находятся и многолетние травы, которые к середине 1990-х гг. занимали 20% от общей площади пашни и являются главным источником сена и зеленых кормов. Около 10 млн га в сенокосных угодьях занимает люцерна. Однако основные посевы однолетних и многолетних трав размещены в зонах молочного и мясного скотоводства.
Считается, что первоначальным побудительным мотивом для концентрации поголовья животных определенного вида в отдельных зонах США оказывается наличие в них необходимого количества пастбищных угодий и зернофуража. Следовательно, речь идет о взаимовлиянии земледелия и отраслей животноводства. По мере развития транспортных связей и всей инфраструктуры (включая комбикормовую промышленность, мясоперерабатывающие предприятия) все большую роль в США приобретала более узкая специализация регионов. К середине 1990-х гг. на производстве молока специализировались Северо-Восточные, Озерные и Тихоокеанские штаты (свыше 60%); мясного скота - Северные и Южные равнины, Кукурузный пояс и Горные штаты (более 66%); свиней - Кукурузный пояс, Озерные штаты и Северные равнины (76%); бройлеров - Юго-Восток (31%), районы Дельты (24%) и Аппалачей (16%), т.е. свыше 70%; овец - Горные штаты (36%), Южные равнины (20%), Тихоокеанские штаты (14%), т.е. свыше 70%. При этом производство молока и яиц концентрируется вокруг промышленных центров (ближе к рынкам сбыта), выращивание мясного скота и овцеводство - на территориях естественных пастбищ, свиноводство сосредоточено в зонах производства зерна. Одновременно со специализацией решаются и вопросы оптимизации кормления, а также перевода животноводства на индустриальные технологии.
Важнейшим условием дифференцированного использования природных и других ресурсов является гибкая структура посевных площадей, учитывающая не только конъюнктуру рынка, но и изменение климата, необходимость снижения затрат исчерпаемых ресурсов на каждую дополнительную единицу продукции, опасность загрязнения и разрушения природной среды, достижения в области селекции и технологий возделывания сельскохозяйственных культур и др. Обеспечивается и большая функциональная адаптация (взаимосвязь) отдельных отраслей агропромышленного комплекса, которые эффективно и синхронно дополняют друг друга.
Следует подчеркнуть, что степень государственной поддержки каждой отрасли или выращивания культуры в США и странах ЕС определяется не их доходностью, а прежде всего потенциальными потерями (разрушительным эффектом), которые понесет общество в случае свертывания соответствующего производства. Другими словами, речь идет о социально-экономической ориентации государственного регулирования АПК. Неслучайно принятые в последний период в США законы дают возможность фермерам более гибко реагировать на изменения условий производства, а также конъюнктуры внутреннего и внешнего рынка путем изменения видовой структуры посевов. Так, с 1985 г. в США была начата реализация 15-летней программы по выводу из производства за счет посева трав и посадки деревьев на наиболее подверженных эрозии 15-17 млн га земель с выплатой по 155-160 долл/га. В случае перепроизводства сельскохозяйственной продукции определенная часть пашни переводилась в пары, которые стали играть роль своеобразного резервного фонда. С ростом спроса на зерно к началу 1980-х гг. размеры посевных площадей под зерновыми культурами вновь возросли до уровня 1950-х гг. При этом на экспорт (1975-1983 гг.) было ориентировано от 30 до 40% уборочных земель, а в 1982 г. переходящие остатки пшеницы и кукурузы достигли соответственно 40 млн и 89 млн т. В результате кризиса на рынке зерна в 1983 г. площадь паров вновь увеличилась до 45,4 млн га (25% от площади пашни). Аналогичная адаптивная динамичность структуры посевных площадей в США сохраняется и в настоящее время.
Роль государственного регулирования в странах с рыночной экономикой особенно велика в обеспечении устойчивого производства сельскохозяйственной продукции, которое приобретает особую значимость в связи с изменением климата в последние 30-10 лет. Так, за период с 1996 по 2000 г. число стран, подвергшихся стихийным явлениям, уничтожившим значительную часть урожая, увеличилось с 28 до 46. За последние годы резко возрос и масштаб природных катастроф. Мощнейшие наводнения потрясли Китай, Бангладеш, Вьетнам, Камбоджу, Индию, страны Южной Африки, Центральной Америки и Карибского бассейна, Венесуэлу, а в 2002 г. - Чехию, Германию, Францию. Экономический ущерб в сельском хозяйстве пострадавших стран (в сопоставимых ценах) в 1990-е гг. в 10 раз превысил ущерб 1960-х гг. Считается, что только в 1998 г. общий мировой ущерб от природных катастроф составил около 89 млрд долл., свыше 32 тыс. чел. погибло, 300 млн чел. потеряли свои жилища. Причем в экономике США и России именно на сельское хозяйство приходится 70% убытков от природных аномалий.
Таким образом, дифференцированное (адаптивно-высокоточное) использование природных, биологических, техногенных, трудовых и других ресурсов с учетом требований рынка и производственных возможностей лежит в основе адаптивного землепользования. При этом зональная специализация растениеводства и животноводства не только позволяет с наибольшей эффективностью использовать местные ресурсы, но и свести к минимуму негативные последствия масштабного применения химико-техногенных факторов интенсификации, усиливая последнюю за счет биологизации и экологизации.