Важнейшим направлением развития мирового растениеводства является его инновационная биологизация и ландшафтизация с учетом внедрения в производство ландшафтных агротехнологий.
Обобщая современные экологические и экономические научные данные, можно заключить, что содержание и перспективы развития мировых агротехнологий определяются:
— уровнем финансирования государством, под
держкой и стимулированием аграрной науки, подготовки
специалистов;
— почвенно-климатическими (экологическими) условиями;
— численностью населения страны, его национальными, социальными и религиозными особенностями;
— видом, сортом, гибридом сельскохозяйственных растений, структурой их посевных площадей и уровнем соответствия морфолого-биологических особенностей растений экологической специфике;
— социально-экономическими условиями;
— уровнем экономико-технического развития государства;
— научно-стратегическими возможностями госу
дарства;
— уровнем генетико-селекционных исследований;
— энергетическими и энергосберегающими возможностями страны;
— природной стабилизационной биоэнергетикой комплекса экосистем страны.
Согласно прогнозу ученых до 2030 года в мире из сельскохозяйственного использования будет исключено более 40 млн. га пашни. При этом в странах ЕС сокращение составит около 50%. Это произойдет, главным образом, за счет внедрения современных биологических и ландшафтных технологий при использовании новых сортов, гибридов и генетически модифицированных организмов. Агроценозы станут более устойчивыми к заболеваниям и вредителям, а также к возможному потеплению климата.
Предполагается значительное сокращение применения искусственных минеральных удобрений и пестицидов, создание необходимых условий для оптимального формирования и работы иммунных сил почвы, которая в биогеоценозе выполняет интегрирующие и управляющие функции. При этом содержание гумуса определяет уровень почвенного плодородия и «здоровья» почвы, которые в максимальной степени зависят от живых организмов.
Важно, что почва сохраняет длительную информацию об экологическом состоянии территории. В то же время хранителем информации и каналов связи является окружающая среда. При этом, эти связи весьма динамичны и зависят от размеров экосистем, их биоэнергетическою содержания, интенсивности обмена веществ и энергии, сбалансированности автотрофных и гетеротрофных при цессов, стадий и степени развития экосистем.
Безальтернативная техногенная интенсификация выращивания сельскохозяйственных растений, нарушение оптимального, сбалансированного соотношения между пашней, лесом и другими экосистемами приводи к дестабилизации эколого-ландшафтного экосистемного равновесия и резко ухудшает функционирование при родного биоэнергетического потенциала ландшафтов. Поэтому требуется сокращение до необходимого минимума негативного антропогенного воздействия па ЭКОСИСТемы, с целью создания наиболее благоприятных условий для значительного повышения их природного энергетического потенциала.
Следует опираться наэколого-ландшлфтнып подход при формировании стойких экосистем (нроэкосистем), территориальной структуризации составных единиц ландшафта, учитывая биоэнергетическую специфику взаимосвязи и взаимозависимости экосистем, балансов их веществ и энергии.
Известный американский эколог Ю. Одум в книге «Основы экологии» (1975 г.) отмечает, что структурно-функциональный анализ экосистем является ведущим принципом комплексных оценок и его необходимо проводить в таких ключевых направлениях:
— энергетика экосистем (потоки энергии, пищевые
цепи, продукция экосистем, отношение биомассы к потоку
энергии);
— структура экосистем (видовые разнообразия,
ярусность, пространственная неоднородность, элементы
минерального питания, количество органического вещест
ва, биохимические разнообразия);
— кругооборот биогенных элементов (кругооборот минеральных веществ, скорость обмена между элементами и окружающей средой, особенности восстановления элементов питания);
— характеристика гомеостаза (саморегуляции экосистем, стойкости к внешнему влиянию, внутреннего симбиоза элементов питания), энтропии (термодинамической функции состояния системы, информации).
В.В. Докучаев отмечал необходимость территориальной дифференциации и адоптации землепользования как по ландшафтным зонам, так и по «типам местности природы». Поэтому изучение экосистем имеет прикладное значение. Это особенно важно при образовании агроэко-систем, которые отличаются от природных нестойким природным равновесием поскольку в естественных условиях смена структуры экосистем происходит постепенно. Когда же происходит неконтролируемое бессистемное антропогенное вмешательство и нарушается равновесие между экосистемами, резко снижается стойкость агроэкосистем, ухудшаются целостные системы живых (автотрофных продуктов, гетеротрофных консументов и редуцентов) и неживых (абиотичных) компонентов, происходит деградация ландшафта и резкое ухудшение условии жизни сельскохозяйственных растений.
Последовательный переход от техногенного к ландшафтному растениеводству позволит эффективнее использовать биопочвенный потенциал Украины. Воз растет значение биологических факторов в совершенвовании культурных растений, повышении их генетического потенциала и создании оптимальных условий для его реализации.
Почвенный покров, по определению В.В. Докучаева зеркало ландшафта. Поэтому одним из основных составляющих компонентов ландшафтного растениеводства является масса и качество гумуса (т/га), оптимизация структуры экосистем для стабилизации биоэнергетического потенциала ландшафтов.
Функции гумуса фундаментальны в формировании физико-биологических свойств почвы, регулировании водного, воздушного, отчасти теплового режимов, повышении буферности, поддержании биогенности и режима питания. Органическое вещество определяет плодородие почвы, повышает ее противостояние уплотнению, снижает эрозию. Это своеобразный регулятор, обеспечивающий необходимый уровень расходования элементов питания, который предотвращает непроизводительные потери питательных веществ от вымывания, образования газообразных продуктов и труднорастворимых минеральных соединений. Поэтому увеличение содержания гумуса в почве, или на первых порах хотя бы получение приходно-расходного баланса, является важным стабилизирующим фактором. В этой связи особое значение приобретает наиболее полное использование различных источников поступления органического вещества (навоза, растительных остатков и др.) с целью создания положительного баланса гумуса в почве. Необходима разработка и внедрение системы контроля за балансом органического вещества на каждом поле, на основе которой определяют оптимальные нормы внесения органических удобрений. Для повышения содержания гумуса в почве целесообразно запахивание соломы с добавлением, небольшого количества азотных удобрений (Ы = 8-10 кг д.в. на 1 т соломы), выращивание сидеральных культур.
Бездефицитный баланс гумуса в Степи Украины, обеспечивается при внесении на каждый гектар севооборотной площади не менее 10 т органических удобрений. Важный показатель оценки плодородия почв — это баланс питательных веществ с учетом потребности различных агроценозов и их урожайности.
В ближайшей перспективе на основе банков научных данных программного обеспечения будут разработаны автоматизированные системы управления почвенным плодородием. Модель системы управления плодородием почвы предусматривает высокий уровень использования компьютеров, приборов и датчиков, т.е. автоматизации выдачи управляемых решений. При этом модели плодородия почвы должны соответствовать конкретным агроценозам.
Орошение в Степной зоне нарушает сложившееся равновесие в балансе органических веществ в почве. Действенным средством против дегумификации орошаемых земель являются многолетние травы. В хозяйствах Украины с целью ускорения утилизации органических отходов и повышения плодородия почв необходимо организовать производство биогумуса (вермикомпоста). Следует помнить, что почвы плодородны для отдельных культур или групп растений.
Обязательным компонентом технологии возделывания зернобобовых, площади которых следует довести до 10-15% к пашне, должна быть нитрагинация (инокуляция) семян.
Несомненный интерес в этом отношении вызывает недавно открытое явление так называемой ассоциативной азотфиксации, когда бактерии живут не в клубеньках бобовых культур, а на поверхности корней, в том числе и таких, как пшеница, рис, кукуруза, рожь, сорго, просо, многие технические культуры и кормовые травы.
В связи с необходимостью более эффективного использования биопочвенного потенциала и возможным проектированием эколого-ландшафтной пространственной структуры требуется систематизация и дифференциация почв на мало-, средне-, и высокоплодородные для конкретных культур, сортов и гибридов. Это позволит обоснованнее производить их размещение и чередование, создавать более продуктивные агроценозы. Больше того, у землевладельцев должны быть карты наиболее целесообразного размещения агроценозов с учетом почвенного плодородия, рельефа местности, экспозиции склона.
Ландшафтное растениеводство природоохранно и базируется на использовании ландшафтных законов. Обязателен переход к ландшафтной организации территории, которая включает экосистемную (пашня, луг, лес и др.), плакорно-полевую и контурно-мелиоративную. При ландшафтизации растениеводства «окультуренность почвы» следует увязывать с технологиями возделывания агроценозов: экстенсивной, импульсивной, интенсивной, адаптивной и ландшафтной, с комплексом, определяющим уровень окультуренности почв и уровень воздействия на их плодородие. Например, окультуренность почв интенсивного уровня или окультуренность почв адаптивного уровня и т.д.
Площадь суши Украины на 1 января 1996 года составила 57936,2 тыс. га, из которых, по нашим расчетам на Полесье приходится 19,6%, Лесостепь — 34,2, Степь -39,6 и Карпатские горы -6,6% территории, в том числе соответственно пашни: 33286,2 тыс. га (100%), 5171,5 тыс. га (15,5%), 11562,8 тыс. га (34,2%), 15403,7 тыс. га (46,3%) и 1148,2 тыс. га (4,4%).
Важное значение приобретает прогноз динамики емкости экосистем на перспективу.
Площадь пашни Украины в перспективе будет сокращена до 17 млн.га и в первую очередь за счет подверженных эрозии почв. Существенно, примерно в 4,5 раза, увеличится площадь древесно-кустарниковых насаждений, особенно в Степной зоне; где-то на 1,6 млн.га возрастут площади леса, в первую очередь на песчаных почвах, при освоении оврагов и т.д. Прогнозируется увеличение площади под водой (на 600 тыс. га), особенно в Степной зоне.
Будут расширены почвенно-консервирующие посевы многолетних бобовых трав, бобовомятликовых смесей. Большое значение приобретает изучение природного энергетического потенциала и стабилизационных возможностей ландшафтных ячеек, оптимизации их структуры, степени устойчивости к антропогенному воздействию, для учета в проектных работах. Отсутствие этого приводит к развитию негативных процессов и нарушению эколого-ландшафтного равновесия, и как следствие — к снижению продуктивности растениеводства. Известная способность ландшафтов возвращаться к прежнему состоянию свидетельствует об их устойчивости.
Ландшафты — саморегулирующиеся, организованные системы, стремящиеся к поддержанию стабильного состояния. Поэтому для усиления процессов саморегулирования необходимо структурирование ландшафтов.
Нами предложена общая модель эколого-ландшафтной пространственной структуры Украины, включающая государственный, зональный и ландшафтный уровень. В государственной эколого-ландшафтной пространственной структуре обозначены четыре уровня экологического равновесия и сбалансированности ландшафтных ячеек, ассоциаций, провинций и типов. Эколого-ландшафтная пространственная структура является единым для государства многогранным и динамичным механизмом, поэтому комплекс экосистем и технологические процессы возделывания растений должны способствовать ее стабилизации и повышению устойчивости. С помощью ЭВМ целесообразно оптимизировать биоэнергический баланс агроэкосистем, размещая неодинаковые по сложности сообщества, виды агроценозов, дифференцируя густоту насаждения, а также используя смешанные, поукосные, пожнивные и другие посевы.
Больше внимания заслуживают сложные агроценозы, позволяющие снизить затраты на поддержание искусственного однообразия посевов и повысить КПД эколого-ландшафтной пространственной структуры. Размещение сортов, культур и гибридов, их нормы высева необходимо увязывать с плодородием почвы, содержанием в ней влаги, .экспозицией и крутизной склонов. Обязательны равномерность размещения семян в рядке и оптимальное их количество, направление рядков при посеве зерновых колосовых (поперек склона, а на плакоре — с севера на юг). Введение ландшафтного растениеводства предполагает обязательное соответствие биолого-морфологических особенностей агроценозов и почвенно-климатических условий.
В связи с теоретическим обоснованием ландшафтного растениеводства необходимо обозначение следующих форм растениеводства: экстенсивное, импульсивное, интенсивное, адаптивное и ландшафтное. Формы растениеводства должны быть увязаны с разновидностями, видами, подтипами и типами почв. Это должен быть биоэкологически и хозяйственно обоснованный комплекс, соответствующий потенциалу ландшафта. В этой связи обязательны не только хозяйственная, но и биологическая оправданность, учет взаимодействия процессов структурированных экосистем. Растениеводство Украины должно быть оптимальным, составным, динамичным компонентом эколого-ландшафтной пространственной структуры и способствовать повышению ее устойчивости и биоэнергетического потенциала саморегулирования.
Соотношение площадей агроценозов или структура посевных площадей должны рассматриваться как комплекс экосистем при обязательном учете биоэнергетического эффекта агроценозов кукурузы, озимой пшеницы, ярового ячменя и др.
Ландшафтное растениеводство должно также характеризоваться определенными биоэкологическими объемами агроценозов и уровнем экономической эффективности («экономических порогов»). Перевод растениеводства на ландшафтную основу связан с созданием агроэкосистем с оптимальной структурно-временной организацией, с многокомпонентными сообществами организмов, высокой стабильностью экосистем, оптимальных в биологическом и технологическом аспектах, экологически и экономически обоснованных.
Считаем, что «системы земледелия» лучше определять как «формы растениеводства», которые следует увязывать с эколого-ландшафтной пространственной структурой, а не с видами севооборотов. В этой связи возможно их наименование: интенсивное растениеводство ландшафтной ячейки обыкновенного чернозема; адаптивное растениеводство ландшафтной ассоциации типичных черноземов и др.
Ландшафтная организация территории должна включать экосистемную (пашня, луг, лес, озеро и др.), плакорно-полевую и контурно-мелиоративную.
Особое значение в ландшафтной организации территории принадлежит лесу и многолетним древесно-кустарниковым насаждениям. По мнению ученых УкрНИИ почвоведения и агрохимии, лесополосы должны играть роль «несущих конструкций», закрепляющих экологически обоснованную структуру полей и участков. Современные полезащитные лесные полосы защищают не более 20% площади пашни из-за несоответствия рельефу местности, малой мелиоративной эффективности и плохого состояния.
Посевы сельскохозяйственных растений необходимо рассматривать как биологическую систему (агроценоз), которая способна производить органическую продукцию, используя экологические факторы.
Для более эффективного использования биопотенциала Украины необходимо обозначение агроценозных провинций, в которых та или иная сельскохозяйственная культура может дать наиболее высокий урожай. Обязательно параметрирование озимо-пшеничной, кукурузной, соевой, клещевинной, хлопчатниковой, льноволокновой, рисовой и др. агроценозных провинций. Агроценозные провинции могут быть государственного, зонального, подзонального и областного уровней. Ландшафтизация растениеводства предполагает обязательное соответствие биологических особенностей агроценозов почвенно-климатическим условиям. Для повышения эффективности и стабильности растениеводства Степи Украины необходимо идти по пути ксерофитизации структуры посевных площадей агроценозов.
Кукурузу, особенно на зерно, сахарную свеклу, гречиху, горох, сою, клещевину, кориандр, коноплю и некоторые другие культуры необходимо размещать преимущественно на орошаемых землях. Здесь же можно будет высевать и хлопчатник, если рекогносцировочные посевы дадут желаемые результаты.
Анализ научного материала позволяет заключить, что отсутствуют убедительные доказательства необходимости «оборота» агроценозов и обязательности чередования их на «полях». Преимущественно все доводы приводятся для обоснования необходимости чередования агроценозов. В связи с мозаичностью почвенного покрова: только в Днепропетровской области обозначено свыше 270 почвенных вариаций и при различной окультуренности полей, в перспективе приемлемы только фитоповариации (севосмены), или чередование агроценозов во времени, причем плавающие в тесной зависимости от плодородия почвы, окультуренности поля и биоэкологической емкости агроценозов, погодных условий и, конечно, от имеющегося банка научных данных о размещении растений по предшественникам в различных агроклиматических зонах.
Ландшафтизация растениеводства — это, несомненно, отход от «оборотов» агроценозов и тем более от чередования их «на территории». Фитоповариации (севосмены) целесообразно выделять по назначению: продовольственные, почвозащитные, сидеральные, плодопитомнические, лесопитомнические и ягодные, а также по определяющей сельскохозяйственной культуре: озимопшеничная, рисовая и др. Обозначение фитоповариации по определяющей сельскохозяйственной культуре необходимо с целью создания наиболее благоприятных условий для её выращивания. Имеется в виду насыщение ею фитоповариации (сево-сменов), и более целенаправленное применение удобрений, акцентированная борьба с сорняками, вредителями, болезнями и др. Обязательным условием ландшафтизации растениеводства является совершенствование обработки почвы, направленной на повышение её плодородия, защиты от эрозии, создание оптимальных водного, воздушного, теплового и питательного режимов, защиту агроценозов от сорняков, вредителей и болезней.
Широкое применение получат комбинированные системы обработки почвы, которые будут включать раз ноглубинную отвальную и безотвальную обработку, при использовании дисковых орудий и многолемешников с плоскорежущими, чизельными рыхлителями. Почвообрабатывающие орудия будут комплектоваться пассивными и активными рабочими органами. Среди орудий для безотвальной обработки почвы предпочтение будет отдаваться диагональным рыхлителям и чизель-культиваторам с полуактивными рабочими органами, а в эрози-онно-опасных подзонах — чизельным плугам с вертикальными стойками.
Отвальная вспашка будет применяться при внесении органических удобрений и для борьбы с корнеотпрысковы-ми сорняками. Значительно шире при возделывании сельскохозяйственных растений будут использоваться комбинированные агрегаты.
Главное же необходимо будет систематически регулировать работу фитоэдафомеханического корреляционного комплекса, чтобы машины и орудия, применяемые для возделывания агроценозов, соответствовали почвам и биологической специфике растений. Важный показатель ландшафтизации обработки почвы — это учет величины естественной и оптимальной для агроценозов объёмной массы почвы при определении количества и сочетаний элементов операционной схемы технологии. Возрастающее значение будет иметь поддержание оптимального для агроценозов сложения почв, т.к. многократное уплотнение почвы имеет накопительную специфику и приводит обычно к возрастающим отрицательным последствиям.
Экологически обоснованная, преимущественно агротехническая, биологическая и физическая защита агроценозов — обязательное условие ландшафтизации растениеводства.
По данным ФАО, основным направлением развития сельскохозяйственной техники является специализация по отдельным технологическим операциям: обработка почвы, посев, уход за посевами, уборка урожая, послеуборочная обработка продукции, хранение и транспортировка. В мире создаются единые технологические комплексы гдашин, обеспечивающие полную механизацию возделывания и уборки урожая.
Основными компонентами ландшафтного растениеводства являются:
- эколого-ландшафтная пространственная структура;
- ландшафтная организация территории;
- ландшафтное (биологическое) землеустройство;
- обозначенные агроценозные провинции;
- модель ландшафтного растениеводства;
- параметрированные формы растениеводства и виды технологий;
- биоэдафоконтурно-корреляционная организационно-технологическая агросистема;
- научные основы ландшафтных агротехнологий.