Новости
08.12.2016


08.12.2016


08.12.2016


07.12.2016


07.12.2016


17.12.2015

Еще в рекомендациях А.Т. Болотова, А. Тэера, Ю. Либиха и других основателей научной агрономии применение удобрений (органических и минеральных) предлагалось сочетать с подбором нужных культур и сортов, соблюдением севооборотов, увеличением числа культивируемых видов, плодосменом и пр.
В настоящее время использование химико-техногенных факторов интенсификации позволяет решать в растениеводстве две главные задачи:
1. Механизировать процессы возделывания и уборки сельскохозяйственных растений, обеспечивая максимальное снижение трудовых затрат на единицу продукции, а также своевременное и качественное проведение работ.
2. Оптимизировать абиотические и биотические компоненты внешней среды в агроценозах (условия водного, пищевого и других режимов), достигая на этой основе значительно большего, по сравнению с естественными фитоценозами, выхода хозяйственно ценной продукции с единицы площади.
Таким образом, в условиях интенсивного растениеводства техногенные факторы позволяют обеспечить значительный рост производительности труда, своевременное проведение сельскохозяйственных работ, а также частичную оптимизацию пищевого, водного и фитосанитарного режимов в системе «растение - среда». При этом в структуре затрат невосполнимой энергии наблюдается устойчивая тенденция к снижению доли энергии, расходуемой на механизацию производственных процессов, и одновременно к увеличению затрат на удобрения, пестициды, мелиоранты, орошение и осушение, т.е. на улучшение условий окружающей среды. Известно, что экономическая ценность и экологическая обоснованность любой технологии характеризуется степенью полезного и безопасного использования энергетических и других невосполнимых ресурсов. Между тем, как уже отмечалось, при существующих технологиях возделывания сельскохозяйственных культур теряется, загрязняя окружающую среду, до 50-90% минеральных удобрений, пестицидов, поливной воды. Более того, односторонний, преимущественно химикотехногенный подход к интенсификации приводит к подавлению и даже разрушению механизмов и структур саморегуляции в агроэкосистемах, увеличивая зависимость продуктивности и устойчивости последних от вложений антропогенной энергии.
Разделение земледелия на экстенсивное и интенсивное, базирующееся на разном вкладе в формирование величины и качества урожая только химико-техногенных факторов, на наш взгляд, научно не обосновано. Утверждается, например, что «в экстенсивном земледелии, основанном на минимальных вложениях в землю и производство, в максимальной степени используются местные почвенно-климатические ресурсы». Поэтому «экстенсивные пути развития земледелия, какими бы они ни казались малозатратными и ресурсосберегающими, не могут серьезно приниматься Во внимание». Однако известно, что большое количество химико-техногенных вложений вовсе еще не гарантирует получения высокого урожая, а их эффективность в решающей степени зависит именно от почвенно-климатических и погодных условий, адаптивных и адаптирующих особенностей культивируемых видов и сортов, особенностей агротехники и пр. Весь мировой и особенно отечественный опыт свидетельствует о том, что, чем менее благоприятны почвенно-климатические и погодные условия, тем менее эффективны именно «максимальные вложения в зерно и производство». Вот почему использование сравнительно низких доз минеральных удобрений, пестицидов и мелиорантов во многих странах считается эффективным, а дифференциация уровней химико-техногенной интенсивности растениеводства с учетом экономического и экологического риска вполне оправданной. Причем сравнительно низкий уровень техногенных затрат вовсе не адекватен низкой наукоемкости той или иной системы земледелия. Вот почему, на наш взгляд, более обосновано разделение систем земледелия на интенсивные и экстенсивные проводить на основе прежде всего их наукоемкости. При этом как высоко-, так и низкозатратные системы земледелия, различающиеся по уровню применения удобрений, пестицидов, мелиорантов, техники и пр., могут быть весьма наукоемкими. Например, целесообразно ограничение в применении азотных удобрений в регионах, где выпадает менее 300 мм осадков в год. В этой же связи несостоятельно и утверждение об уменьшении вклада сорта и семян до 5% при «экстенсивном земледелии» по сравнению с 25% при «интенсивном ...». Наоборот, в техногенно низкозатратном земледелии, и особенно при неблагоприятных почвенно-климатических и погодных условиях, роль сорта, как и других факторов биологизации и интенсификации процессов, значительно возрастает, тогда как многие приемы техногенно-интенсивного земледелия оказываются вообще неприемлемыми. Утверждения о том, что на долю минеральных удобрений и средств защиты в химико-техногенно «интенсивном» земледелии приходится до 50% формируемого урожая, а с учетом сорта и семян - 65-70%, справедливо лишь для исключительно благоприятных почвенно-климатических и погодных условий. Так, например, если в странах Западной Европы культивируемыми растениями используется 50-60% вносимых минеральных удобрений, то в более засушливых регионах России - не более 30%. Причем по мере аридизации климата риск применения высоких доз NРК и пестицидов резко возрастает. Типичным примером этого в нашей стране являются хозяйства юго-восточной зоны, где большие затраты химико-техногенных средств интенсификации в засушливые годы оказываются главной причиной их убыточности.
Как уже отмечалось ранее, доходообразующие свойства культуры и сорта зависят от их отзывчивости на действие техногенных факторов, т.е. коэффициентов энергетической и ресурсной эффективности (Кээ, Крэ). Причем, чем более благоприятны почвенно-климатические и погодные условия региона, тем указанная отзывчивость у большинства культур выше. Между тем в неблагоприятных условиях внешней среды рост потенциальной продуктивности культивируемых видов растений определяется, в первую очередь, их конститутивной и приспособительной устойчивостью к действию абиотических и биотических стрессоров, а различия между разными видами растений по их отзывчивости на техногенные факторы, в т.ч. уровень использования последних, существенно возрастают. Это, в свою очередь, и определяет особенности не только агроэкологического макро-, мезо- и микрорайонирования культур, но и экономически, а также экологически оправданный уровень их техногенной и/или биологической интенсификации. Следовательно, формирование агротехнологий и их классификация на экстенсивные, нормальные, интенсивные и высокоинтенсивные должны базироваться не только и даже не столько на количестве применяемых удобрений и других химических средств, сколько на условиях обеспечения разного уровня продуктивности, наукоемкости, рентабельности и экологической безопасности (включая сохранение плодородия почвы) при возделывании той или иной культуры в конкретном регионе, хозяйстве и даже поле. При этом важно учитывать, что для одной и той же территории экономически оправданный набор культур и сортов, а также уровень техногенной интенсивности соответствующих агротехнологий будут существенно разными при бездотационном (основанном преимущественно на использовании дифференциальной земельной ренты I и II) и дотируемом за счет государства производстве.
Очевидно, что процессы биологизации и экологизации технологий возделывания сельскохозяйственных культур, наряду с использованием культур и сортов растений, способных использовать труднодоступные формы питательных веществ и влаги, а также противостоять действию абиотических и биотических стрессоров, должны включать приемы, позволяющие значительно снизить потери удобрений, мелиорантов, пестицидов и поливной воды, повысить замкнутость биогеохимических циклов, использовать малотоксичные регуляторы роста и пестициды избирательного действия, системы программирования урожаев и пр.
Основным вопросом при разработке условий эффективного применения химико-техногенных факторов является определение предельных (допустимых) нагрузок (ПДН) для каждого из них и их совокупного действия в конкретных условиях внешней среды (во времени и пространстве). Необходимо также учитывать, что техногенные средства существенно различаются по своей геохимической активности или, наоборот, инертности, периодичности действия, подвижности, степени кумулятивных и синергических эффектов, способности к самоликвидации остаточных количеств, уровня токсичности, ее продолжительности и т.д.
Предельные антропогенные нагрузки характеризуют прямые и косвенные процессы как загрязнения, так и разрушения природной среды. К числу загрязняющих веществ относятся пестициды, тяжелые металлы, нефтепродукты, хлорпроизводные вещества, радионуклиды и другие поллютанты, не только существенно снижающие биологический потенциал почвы, но и представляющие прямую угрозу здоровью человека. Процессы загрязнения и разрушения природной среды взаимосвязаны, поскольку существенное превышение ПДК загрязнителей резко уменьшает способность биотических компонентов к их детоксикации. В этих условиях механизмы и структуры биоценотической саморегуляции, обеспечивающие определенный уровень гомеостатичности агробиогеоценоза, оказываются ослабленными и даже уничтоженными.
Считается, что основную часть техногенных затрат - не менее 70% -составляют минеральные удобрения и горюче-смазочные материалы, из которых доля последних в среднем по всем регионам России не превышает 57%. В структуре минеральных удобрений основная часть затрат (до 75%) приходится на азотные удобрения. Техногенная нагрузка в агроэкосистемах России (МДж/га пашни) составляет в среднем около 13 тыс., увеличиваясь в Северном и Северо-Западном регионах в 1,8 раза.
Хотя применение химических средств в виде минеральных удобрений и пестицидов началось в США и Западной Европе уже с конца XIX в., «эрой химизации» называют 50-90-е гг. XX столетия. При этом опыт развитых стран показал, что химизация земледелия - наиболее быстрый и при определенных условиях эффективный путь подъема сельскохозяйственного производства. Однако, как уже отмечалось, односторонняя ориентация на преимущественно химико-техногенную интенсификацию имеет и целый ряд ограничений, к числу важнейших из которых относятся:
- опасность загрязнения окружающей среды и продуктов питания;
- предельно допустимые (экономически и экологически) нормы внесения удобрений, мелиорантов и пестицидов, т.е. пороги химизации земледелия;
- экспоненциальный рост затрат исчерпаемых ресурсов на каждую дополнительную единицу урожая, в т.ч. и пищевую калорию;
- необходимость использования всевозрастающего количества и/или ассортимента химических средств и, в частности пестицидов, в индустриальных технологиях;
- всевозрастающая зависимость функционирования агроэкосистем и агроландшафтов от применения техногенных средств интенсификации.
С ростом уровня техногенной интенсификации растениеводства, в т.ч. и химизации, необходимость биологизации и экологизации интенсификационных процессов не уменьшается, а, наоборот, резко возрастает. Связано это с тем, что именно адаптация лежит в основе биопродукционного и, прежде всего, фотосинтетического процесса в агрофитоценозах. И хотя урожайность, а также экологическая устойчивость последних в значительной степени зависит от применения техногенных средств интенсификации, лимитирует их не только техногенная энергия, но и опасность разрушения механизмов и структур саморегуляции. Так, переход части фермеров в США от монокультуры кукурузы к севообороту (кукуруза - соя - пшеница) позволил повысить коэффициент энергетической эффективности (Кээ) на 10-16%, а также снизить на 35-44% совокупные энергозатраты. В конечном счете, важнейшей задачей техногенной интенсификации растениеводства является обеспечение более полной утилизации природных ресурсов (солнечной энергии и т.д.). Поэтому системы технических средств, внесения минеральных удобрений и мелиорантов, применения пестицидов должны быть адаптированы не только к возделываемым растениям (культурам и сортам), но и другим биотическим компонентам агробиогеоценозов и агроландшафтов. Особое внимание при этом должно быть уделено сохранению структур и механизмов саморегуляции. Известно, что разные почвы в масштабе регионов имеют разные способности к саморегуляции при одинаковой антропогенной нагрузке. К примеру, почвы северного Нечерноземья имеют самую низкую емкость биологического круговорота веществ, слабую способность к самоочищению и саморегуляции, низкую буферность, невысокую естественную продуктивность. В целом же, по мере ухудшения почвенно-климатических и погодных условий в агроэкосистемах увеличивается расход не только естественной, но и невосполнимой энергии на каждую единицу растительной массы. Поэтому адаптивное использование техногенных факторов в сочетании с биологизацией и экологизацией интенсификационных процессов приобретает все более важное значение.
Центральное место в адаптивной интенсификации растениеводства занимает дифференцированное (с учетом специфичности почвенно-климатических и погодных условий, адаптивных особенностей, культивируемых видов, сортов и агроценозов) применение удобрений, пестицидов, орошения, сельскохозяйственной техники. Не затрагивая хорошо известных вопросов специфической отзывчивости культивируемых видов и сортов на дозы минеральных удобрений и их соотношение, а также целесообразности комплексного применения техногенных факторов с целью реализации интегративного эффекта их действия, рассмотрим более подробно некоторые аспекты снижения темпов роста затрат невосполнимой энергии на каждую дополнительную единицу продукции (в т.ч. пищевую калорию), а также опасности загрязнения и разрушения природной среды.
В своей основополагающей работе «Химия в приложении к земледелию и физиологии» Ю. Либих сформулировал положение о необходимости полного возврата питательных веществ, вынесенных с урожаем. Однако, как неоднократно подчеркивал Д.И. Менделеев, «закон полного возврата» в его абсолютной трактовке неверен. Не отрицая необходимости «возврата изъятых при сборе урожая минеральных веществ», он в то же время считал, что «... если возврат отнятого не увеличивает урожая, если этот возврат не окупается прибылью, если невыполнение его не влечет за собою, судя по опыту, невзгод, то тогда никто не может упрекнуть сельского хозяина в невыполнении этого возврата». Актуальность такой постановки вопроса очевидна. Количество поставленных сельскому хозяйству минеральных удобрений в бывшем СССР с 2,6 млн т (в д.в.) в 1960 г. увеличилось до 18,8 млн т в 1980 г. В 1985-1987 гг. в расчете на гектар пашни и многолетних насаждений в стране использовали 109-118 кг д.в. И хотя этот показатель был ниже, чем в странах Западной Европы (235-239 кг д.в.), однако выше, чем в США и Канаде (85 кг/га д.в.), а тем более в Австралии (24-29 кг/га д.в.). Между тем существенного роста урожайности при этом не произошло; более того, по ряду культур она даже снизилась. Неизбежными следствиями такой ситуации оказались не только удорожание растениеводческой продукции, но и загрязнение нитратами подпочвенных вод, рек, водоемов, а также зафосфачивание почв, т.е. загрязнение природой среды. К числу негативных последствий следует отнести одновременно и значительно возросшую водную и ветровую эрозию почв.
Техногенные факторы являются весьма эффективными средствами увеличения не только потенциальной продуктивности агроценозов, но и их устойчивости к нерегулируемым, в т.ч. и к экстремальным, условиям внешней среды (морозам, заморозкам, засухам, суховеям и др.). Так, по данным Федосеева, высокий уровень агротехники позволяет снизить коэффициент вариации урожайности озимой ржи по годам с 44 до 27%, яровой пшеницы с 48 до 27%, озимой пшеницы с 46 до 38%. Причем относительная вариабельность урожаев уменьшалась за счет внесения удобрений в 1,1-1,7 раза, введения севооборотов или использования лучших предшественников в 1,2-2,3 раза, снегозадержания в 1,2-1,5 раза. Благодаря применению удобрений удается оптимизировать не только пищевой, но и водный режим растений, непроизводительные затраты воды, которые на удобренном фоне значительно ниже. Расчеты показывают, что в случае исключения пестицидов, на долю которых приходится лишь около 5% всех энергозатрат в сфере интенсивного растениеводства, потери сельскохозяйственной продукции превышали бы 40-50%. Использование орошения позволяет не только увеличить урожайность зерновых культур в 2-3 раза, а кормовых в 4-5 раз, но и обеспечить гарантированный урожай в засушливых условиях.
В зависимости от химических, физических и гидротермических свойств почвы, видового состава сорной растительности, а также адаптивного потенциала культивируемых видов и сортов растений в значительной степени изменяется эффективность применения удобрений, пестицидов, орошения. Поэтому агроприем, эффективный для одних почвенно-климатических и погодных условий, например на склоне или тяжелых почвах, может оказаться совершенно непригодным для других (на водоразделе, в долине, на легких почвах). Вся практика растениеводства (особенно в бывшем СССР) свидетельствует о том, что именно из-за недифференцированного использования природных ресурсов и техногенных факторов многие хозяйства получают продукции меньше, чем возможно, а невосполнимой энергии расходуют больше, чем нужно. Преодолеть эти и другие трудности возможно лишь путем перехода к адаптивной интенсификации, базирующейся на экономически оправданном и, следовательно, более дифференцированном, чем принято сейчас, использовании сельскохозяйственных угодий, техногенных факторов, а также адаптивных и адаптирующих особенностей видов и сортов растений.
Эффективность утилизации удобрений разными видами культивируемых растений существенно различается (табл. 5.13). Более того, потребности растений в элементах минерального питания изменяются и в течение вегетации. Показано, например, что растения степного типа способны запасать элементы минерального питания на ранних фазах развития и использовать их в дальнейшем для формирования урожая. По данным Авдонина, Заблуды, Бахтеева, растения ячменя потребляют значительную часть питательных веществ в возрасте 15-30 дней (кущение - выход в трубку) и их недостаток в этот период наиболее отрицательно сказывается на величине и качестве урожая. Многими авторами отмечается высокая эффективность подкормки озимых зерновых культур азотными удобрениями в первые дни вегетации. Наибольшее влияние на урожайность томата оказывает обеспеченность растений азотом в ювенальный период их роста и т.д. Именно учет особенностей индивидуального развития растений, а также их способности поглощать и утилизировать элементы минерального питания в конкретных почвенно-климатических и погодных условиях лежит в основе сортовой агротехники.

Основы адаптивного использования химикотехногенных факторов интенсификации растениеводства

Важным показателем адаптивного применения техногенных факторов является степень реализации интегративного эффекта их действия. Так, при внесении удобрений полевые культуры расходуют на образование 1 т биомассы на 19-28% меньше воды, чем на неудобренном фоне, благодаря чему при дефиците влаги обеспечиваются высокие абсолютные и относительные прибавки урожая. В условиях орошения прибавка урожая зерна за счет удобрений также возрастает, составляя на каждый кг д.в. NPK для озимой пшеницы 6,1-9,1 кг, кукурузы 5,6-14,2 кг, риса 7,0-7,6 кг. Причем, чем выше водообеспеченность, чем чаще проводится полив, тем эффективнее используется каждый килограмм азотных удобрений. Наибольшая прибавка урожая за счет внесения азотных удобрений оказывается при наибольшей плотности посева; на хорошо удобренных почвах растения обычно развивают более глубокую корневую систему; лучший фон минерального питания дает возможность получить более высокий урожай при меньшей норме высева и т.д.
Однако интегрированность адаптивных реакций растений (которая усиливается в экстремальных условиях среды) может иметь не только положительные, но и отрицательные последствия. Известно, например, что внесение больших доз азотных удобрений, использование высоких поливных норм и загущение ухудшают устойчивость посевов к морозам, заморозкам, суховеям, засухе, поражению болезнями и вредителями. Установлено, что высокие дозы азотных удобрений обычно снижают заморозкоустойчивость у большинства сельскохозяйственных культур (за исключением бобовых), усиливают полегание растений, особенно при загущенных посевах, удлиняют период вегетации, нередко уменьшают биологическую ценность урожая, его транспортабельность и сохранность. Еще в 1770 г. А.Т. Болотов в работе «Об удобрении земель» отмечал полегание растений озимой пшеницы как следствие обильного удобрения почвы свежим навозом.
Несмотря на то что в 1990-2000 гг. производство всех видов минеральных удобрений в России сократилось в 1,7 раза, наша страна продолжает занимать пятое место (6%) в мире по их общему производству. Между тем начиная с 1992 г. основная масса производимых в стране минеральных удобрений идет на экспорт (рис. 5.27). И если в 1990 г. на 1 га пашни в России вносили в среднем 88 кг д.в. минеральных удобрений (при 100 кг/га д.в. в мире), то в 1990-2000 гг. этот показатель уменьшился до 19 кг/га д.в. Главной причиной такой ситуации явилось снижение покупательной способности сельскохозяйственных производителей в результате резкого увеличения диспаритета цен (табл. 5.14, 5.15).
Основы адаптивного использования химикотехногенных факторов интенсификации растениеводства
Основы адаптивного использования химикотехногенных факторов интенсификации растениеводства

Заметим, что если в 1992 г. для приобретения 1 т аммиачной селитры в нашей стране надо было реализовать 0,3 т пшеницы, то в США - 1,5 т; в 1997 г. эти соотношения уже изменились до 1,5 и 2,0. Соответствующий ценовой диспаритет по концентрированному суперфосфату и пшенице в России и США в 1993-1996 гг. возрос с 0,4 и 1,8 соответственно до 2,3 и 2,3. В 1992-1997 гг. диспаритет цен по отношению к минеральным удобрениям увеличился по масличным в 12 раз, а зерновым культурам - в 8,5 раза. Эти данные наглядно свидетельствуют о трудностях реализации преимущественно химико-техногенной интенсификации в отечественном практически бездотационном растениеводстве. Помимо ограниченных финансовых возможностей российских производителей, в числе причин такой ситуации остается и сравнительно низкая эффективность внесения минеральных удобрений в земледельческих зонах с недостаточной водообеспеченностью.
Если проанализировать мировые тенденции применения химико-техногенных факторов интенсификации растениеводства во второй половине XX столетия, то следует признать, что уже начиная с 1960-1970 гг. сельское хозяйство большинства стран столкнулось с необходимостью считаться как с экономическими, так и экологическими ограничениями в широком применении минеральных удобрений, мелиорантов и пестицидов. Причем, если в основе экономических причин лежал «энергетический кризис», т.е. резкий рост цен на ископаемое топливо, то введение «экологических порогов» химизации земледелия было связано с возросшими до критического уровня масштабами локального и глобального загрязнения и разрушения природной среды. Неслучайно, например, после прекращения (с 1975 г.) государственного субсидирования на известкование и существенного (в 2-3 раза) увеличения цен на известковые материалы потребления извести в земледелии Великобритании снизилось с 4,4-7 млн т в 1965-1970 гг. до 3 млн т в 1989 г. В то же время, по мнению специалистов Консультативной службы по вопросам сельского хозяйства (ADAS), ослабление внимания к регулярному известкованию привело к увеличению площадей с pH ниже нормы и явилось одной из причин прекращения роста урожайности сельскохозяйственных культур. Так, несмотря на высокие (356 кг д.в/га) дозы удобрений, урожайность зерновых, составляющая в среднем за период 1983-1986 гг. 59,2 ц/га, уменьшилась до 54,3 ц/га в 1987-1988 гг., пшеницы - соответственно с 68,2 до 60,6 ц/га. И все же необходимость снижения уровня химизации (внесения минеральных удобрений, мелиорантов и пестицидов) в большинстве стран ЕС считается к настоящему времени общепризнанной и находит решение в принимаемых соответствующих законах и решениях правительств.