О концепции экологически-ориентированного управления степной агроэкосистемой | № 8 осень 2000 | Степной Бюллетень 
ISSN 1726-2860
(печатная версия ISSN 1684-8438)

Содержание номера

№ 8 осень 2000

Степные паркиСтепи под охранойПрактика управления степямиОптимизация природопользованияИстория природопользованияЗаконодательствоСтепной регионСобытияИменаЗащита редких видовКонвенция по борьбе с опустыниваниемДеньги для природыОбъявленияНовые книги Выходные данные журнала

Оптимизация природопользования

О концепции экологически-ориентированного управления степной агроэкосистемой

Б.М. Миркин, Р.М. Хазиахметов
(Башкирский государственный университет, Уфа)

В СБ № 7 был опубликован целый ряд в высшей степени интересных статей по вопросам экологической оптимизации структуры степных агроэкосистем как ключевому звену создания устойчивого сельского хозяйства (статьи Д.А. Черняховского и Ю.В. Гореловой, Н.В. Вышегородских, И.А. Трофимова с соавторами). Однако, как мы полагаем, эти авторы несколько упрощают проблему. В этой статье мы хотим познакомить читателей с разработанной нами концепцией экологически-ориентированного управления степной агроэкосистемой.

Как нам кажется, проблема управления агроэкосистемой распадается на три подпроблемы:

А. Анализ ограничителей управления.
Б. Структура управления (блоки управления).
В. Возможности использования в агроэкосистеме модулей самоорганизации, т.е. тех элементов, за счет которых можно заменить затрачиваемую на управление дорогую, экологически грязную и исчерпаемую антропогенную энергию, на экологически чистую, бесплатную и неисчерпаемую энергию солнца. Максимально возможная активизация модулей самоорганизации и является сверхзадачей экологически ориентированного управления степной (как впрочем и любой другой!) агроэкосистемой.

Разумеется, создать полное подобие естественной экосистемы с замкнутыми циклами вещества невозможно (это было бы подобно находке философского камня или реализации затеи барона Мюнгхаузена по вытаскиванию себя из болота за волосы), но минимизировать вложения антропогенной энергии вполне возможно. И очень нужно!

А. Ограничители управления

С одной стороны, агроэкосистема – это автотрофная экосистема. В ней связывается энергия солнца, которая усваивается растениями и затем передается по пищевой цепи сельскохозяйственным животным или непосредственно человеку. Эффективность усвоения солнечной энергии определяется ресурсами влаги и элементов минерального питания. С другой стороны, агроэкосистема – это производственное предприятие, которое должно работать экономически рентабельно. При этом нужно учитывать не только затраты на получение продукции, но и стоимость ресурсов, утраченных при неправильном управлении в процессе производства – снос мелкозема при эрозии, дегумификацию и засоление почв, разрушение травостоев пастбищ и лесов и т.д. В таком случае интересы экономики совпадают с интересами экологии, т.е. с требованием охраны ресурсов, включая сохранение самого исчерпаемого из них – биоразнообразия.

Таким образом, управление агроэкосистемой заключено в строгие рамки ограничителей. Эти ограничители следующие.

1. Ресурсные. Управление будет различным в зависимости от того, каковы климат, рельеф, почвы, травостой пастбищ, насколько хозяйство располагает возможностями использовать воду для орошения и т.п.

2. Экономические. В принципе можно вырастить бананы в тундре и картошку на крутых террасированных склонах Южного Урала или Саян. Однако на такого рода “управление” будут наложены экономические ограничения. В тундре выгоднее разводить оленей, а на склонах гор – просто охранять биоразнообразие, создав ООПТ. После того как в России утвердились рыночные отношения, экономические ограничители подтолкнули к залужению склоновых земель, на которых получение урожая полевых культур невыгодно, к сокращению избыточного поголовья, которое нечем кормить, к замене отвальной вспашки на энергосберегающую безотвальную и т.д. Однако пока не действуют экономические ограничители, которые не допускали бы разрушение агроресурсов.

3. Биологические. “Природа знает лучше” – писал Б. Коммонер. И об этом должен помнить любой, кто в той или иной мере связан с управлением агроэкосистемой. По чисто биологическим причинам ограничены:

а. Верхний уровень эффективности фиксирования солнечной энергии в процессе фотосинтеза (не свыше 2 %, а реально менее 1 %).

б. Верхний уровень доли веществ в товарных фракциях первичной биологической продукции – например, не может быть зернового злака, у которого в зерне сосредоточено более 40 % продуктов фотосинтеза, или картофеля, растение которого целиком состояло бы из клубней. Попытки повышать этот порог (Н. Берлоуг в сорте пшеницы Мексикале довел долю аллокации продуктов фотосинтеза в зерне до 60 %) оборачиваются чрезмерно высокими затратами антропогенной энергии на полив, удобрение, пестициды. Получаемая продукция оказывается чрезмерно дорогой, а ее производство экологически опасным.

в. Количество воды, потребное для производства 1 кг растительной массы, может быть почти в два раза уменьшено при замене растений с фотосинтезом С3-типа (пшеница, рожь) на растения с фотосинтезом С4 (сорго, суданская трава и т.д.). Но даже для самых сухостойких растений на 1 кг зерна нужно по крайней мере 300 литров воды. Таким образом, в пустыне не вырастишь даже сорго!

г. Коэффициент биологической переработки растительного корма в животноводческую продукцию. При пересчете в зерновой эквивалент, 1 кг мяса коровы, свиньи и бройлеров обходится в 6, 4 и 2 кг корма. Однако никто не сможет получить даже мяса бройлеров, затратив на 1 кг продукции 1 кг зерна. Потеря вещества и энергии при переходе с одного трофического уровня на другой – неизбежна.

4. Экологические. Управление должно обеспечивать сохранение агроресурсов – почв, вод, биологического разнообразия, исключать загрязнение окружающей среды и продуктов питания.

Б. Блоки управления

Количество блоков управления можно свести к шести.

1. Функциональная (трофическая) структура агроэкосистемы.

В процессе управления человек регулирует соотношение потоков энергии по двум главным пищевым цепям агроэкосистемы: растение > человек и растение > скот > человек. Кроме того, он уменьшает отток вещества и энергии по дополнительным цепочкам: растение > спонтанные фитофаги (вредители) и хозяин > паразит (проводит мероприятия по защите растений и сельскохозяйственных животных от болезней). Наконец, он контролирует и непроизводительный отток веществ в звене почва > растение – контролирует плотность сорных растений, перехватывающих элементы питания у высеваемых культур.

При этом основной стимул управления – экономический. Разумеется, в любой агроэкосистеме выгодно получать растениеводческую продукцию и не допускать потери энергии при переходе продуктов фотосинтеза на второй трофический уровень. Однако в районах с прохладным или сухим климатом поток энергии по цепи растение > скот > человек экономически более выгоден, так как получить рентабельную продукцию растениеводства в этих условиях не удается.

Таким образом, специализация хозяйств (растениеводческое, животноводческое, комплексное) связана с рыночной конъюнктурой. Интенсивность подавления дополнительных пищевых цепей также определяется экономически – порогами вредоносности. “Синдром Белоснежки” – полное подавление сорных видов и тем более насекомых-фитофагов – не оправдано ни экономически, ни экологически.

2. Пространственная структура агроэкосистемы.

Этот вопрос наиболее активно обсуждается в цитированных статьях. Управляется как общее соотношение площади пашни, естественных кормовых угодий, леса и распределение скота по территории агроэкосистемы, так и размер поля. Чем меньше поля и выше их чередуемость с лесополосами, естественны ми кормовыми угодьями или просто с полосами разнотравья по обочинам полей, тем ниже риск массового повреждения растения насекомыми-вредителями.

Для разных районов (в зависимости от климата и рельефа) норматив будет различным. Если при сложном рельефе доля пашни не должна превышать 30 – 40 %, то при равнинном рельефе и климате, соответствующем условиям получения высокорентабельных сильных пшениц, доля пашни может достигать 70 %, хотя в севооборотах в этом случае должно быть достаточное количество (не менее 40 %) почвовосстанавливающих культур.

3. Первичная биологическая продукция.

Первичная биологическая продукция – это прирост растительной биомассы в экосистеме. Человек стоит на вершине экологической пирамиды агроэкосистемы и потому заинтересован в получении максимально возможного количества первичной продукции. Однако на этот параметр накладывается действие уже перечисленных ограничителей. Повышать уровень первичной продукции можно как за счет улучшения условий развития растений (внесение удобрений, влагосберегающих обработок почвы и там, где это возможно, полива на ограниченных площадях посевов овощей и многолетних трав), так и путем выбора растений, которые наиболее эффективно используют ресурсы. Поскольку в степной зоне урожай лимитирует влага, то целесообразно увеличивать долю культур, устойчивых к засухе, – уходящих от нее (озимые) или способных расти при малом количестве осадков (сорго, суданская трава и т.д.).

Возможности экологически ориентированного управления первичной биологической продукцией очень велики – это и поддержание оптимальных параметров физического состояния почвы, использование сидератов, усиление биологической азотфиксации за счет насыщения севооборотов бобовыми, улучшение естественных кормовых угодий и т.д. Величина первичной продукции возрастает при возделывании поликультур и сортосмесей, включении в севооборот промежуточных культур и т.д.

Специальными задачами управления являются недопущение техногенных загрязнений почвы или ее вторичного засоления.

В этом блоке управления, исходя из рыночной конъюнктуры, решается вопрос о качестве первичной продукции, т.е. выборе тех сельскохозяйственных культур, на которые повышен спрос. Однако экологические ограничители должны не допускать завышения площадей высокорентабельных, но почворазрушающих культур, подобных подсолнечнику.

4. Вторичная биологическая продукция.

В отличие от первичной продукции, это увеличение биомассы животных в экосистеме. Во-первых, управление должно быть ориентировано на повышение коэффициента биологического преобразования растительной биомассы в животную, то есть на разведение сельскохозяйственных животных, которые наиболее эффективно используют корм. В зависимости от особенностей хозяйства это могут быть свиньи или бройлеры. Даже дифференциация крупного рогатого скота на мясной и молочный уже позволяет более эффективно использовать корма, которые разумеется должны быть сбалансированными по белку (при его дефиците потребное количество корма возрастает на 40 %). В ряде районов целесообразно вернуться к коневодству, которое требует малых расходов энергии. Кроме того, кони наиболее благоприятно влияют на травостой пастбищ.

Повышает эффективность преобразования рациональное распределение сельскохозяйственных животных по территории хозяйства (соблюдение биологически оправданного радиуса пастьбы), оптимальная высота травостоя на пастбищах и т.д.

Во-вторых, очень важно, чтобы в процесс получения вторичной продукции вовлекались все нетоварные фракции растениеводческой продукции (отходы переработки зерна, сахарного производства, жмых и т.д.), фитомасса рудеральной растительности вдоль полей и дорог и т.д.

Важнейший вопрос управления вторичной продукцией – снижение пагубного влияния засух. В год засухи неизбежно падает первичная продукция (хотя если сегодня это падение достигает 70 %, то при использовании влагосберегающих технологий оно может быть снижено до 30 %). Раньше руководящим принципом ведения животноводства было сохранение поголовья “любой ценой”. Солому на корм скоту везли в грузовиках за тысячи километров, скот к весне едва не подвязывали на ремни, чтобы он не упал. Рынок исключает такого рода “битвы” за животноводческую продукцию. И тем не менее, экономически целесообразно, чтобы в год засухи снижение поголовья было не столь существенным, как снижение первичной продукции (не превышало 20 %), так как восстанавливать поголовье сложнее, чем поднять урожай зерновых в благоприятный год.

Чтобы смягчить пагубное влияние засух, следует разделить поголовье на стабильное (маточное поголовье, молочный скот), лабильное (мясной скот) и сверхлабильное (свиньи, птица). Стабильное поголовье должно сохраняться вне зависимости от уровня первичной продукции. Соотношение первичной и вторичной продукции должно регулироваться именно за счет групп “лабильного” и “сверхлабильного” поголовья.

Возможно (в экономически оправданных пределах) создание запаса страховых кормов (силоса, сенажа, комбикормов), “импорт” кормов и “экспорт” сельскохозяйственных животных на откорм в районы, не пострадавшие от засухи.

При этом общее поголовье скота лимитируется природными ресурсами и количеством вносимых удобрений. В степной зоне РФ продолжительность пастбищного периода ограничена и потому значительную роль в кормовом рационе играют корма с пашни. Проиллюстрируем это табличкой 1, в которой показана потребность “в площади” одной условной головы КРС для степной зоны Республики Башкортостан при разных уровнях интенсификации – при современном состоянии (уровень 0 – внесение удобрений 15 кг действующего вещества на гектар, пастбища и сенокосы не улучшены), при внесении 50 кг/га удобрений на пашню и на те естественные кормовые угодья, где возможно улучшение (уровень I), и при внесении 100 кг/га минеральных удобрений (уровень II).

Нетрудно видеть, что на 1 корову или эквивалентное количество сельхозживотных нужно иметь 2 – 3 га естественных кормовых угодий и 1 – 1,5 га пашни. Урожайности сельхозкультур, использованные при расчете, показаны в таблице 2.

5. Возобновимые ресурсы.

К возобновимым ресурсам можно отнести содержание в почве органического вещества, азота, гидрологический и гидрохимический режим агроландшафтов. Наработок для сохранения всех этих ресурсов в настоящее время более, чем достаточно, и если они продолжают разрушаться, то это происходит по причине крайней неэффективности экономических и правовых механизмов обеспечения сохранения ресурсов.

Так или иначе, но сегодня мы продолжаем жить за счет поколений потомков, расходуя то, что нам не принадлежит.

6. Невозобновимые ресурсы.

К числу невозобновимых ресурсов относится мощность пахотного горизонта почвы, содержание в ней фосфора и калия и биоразнообразие. В уже цитированных статьях приведено вполне достаточное количество рекомендаций того, как можно сохранять почвы и обеспечивать высокое биоразнообразие агроэкосистем.

Совершенно очевидно, что в обоих случаях необходимо строгое следование экологическому императиву, т.е. системе запретов на все формы использования, которые ведут к разрушению ресурсов, истощению почв, пастбищным нагрузкам, которые не соответствуют пастбищным емкостям. Необходимы полный запрет выпаса в лесах, использование почвозащитных обработок почвы, исключение из пахотного использования эродированных склоновых почв и т.д.

В. Модули самоорганизации

Основными модулями самоорганизации, т.е. элементами структуры агроэкосистемы, активизируя которые можно реализовать адаптивный подход и заменить антропогенную энергию на солнечную, четыре:

1. Почва – растение – скот. Со времен А.Т. Болотова известны нормативы, которые позволяют создавать гармонию агроэкосистемы, при которой скот получает от растений вещество и энергию и возвращает их на пашню в виде навоза. На 1 га степной пашни нужно ежегодно вносить не менее 5 т/га навоза, а если учесть дороговизну энергии, ведь везти навоз более, чем на 5 км, невыгодно, то очевидно, что лишь равномерно распределенные по территории агроэкосистемы небольшие фермы (а не монстры животноводческих комплексов) способны помочь активизировать этот “генеральный модуль” агроэкосистемы. Сегодня в большинстве агроэкосистем степной зоны скот является разрушающей силой, он уничтожает биоразнообразие и при этом почти не дает навоза пашне.

2. Почва – растение. Этот модуль должен заработать на пашне, где за счет сидератов и сбалансированных севооборотов (при умеренных дозах внесения навоза) должен формироваться бездефицитный баланс органики и при активизации биологической азотфиксации и уменьшенных дозах удобрений – бездефицитный баланс элементов минерального питания.

3. Поле – лес. О пользе лесомелиорации сказано уже так много, что вряд ли есть смысл еще раз повторять то, что агроэкосистемы должны быть лесоаграрными и лесомелиорация является самым эффективным и беспроигрышным вариантом улучшения структуры агроэкосистем.

4. Биоценоз поля. Биоценоз поля должен быть разнообразным и включать не только культурные растения и массово расплодившихся фитофагов, плотность которых стимулируется уничтожением энтомофагов при химической обработке посевов, но и некоторое количество сорняков и много энтомофагов. В этом случае формируется система полезных симбиотических связей из триотрофов (растение – фитофаг – энтомофаг) и посев в автоматическом режиме сам защищает себя от насекомых-вредителей.

Защитить растения от болезней может помочь селекция на повышение их устойчивости. При контроле сорняков (особенно при безотвальной обработке почвы) применение некоторого количества гербицидов неизбежно. Однако уже есть гербициды третьего поколения, которые экологически малоопасны. И наконец использовать их нужно так, чтобы вред биоценозу был минимальным.

Таковы наши представления об управлении степной агроэкосистемой, которое может обеспечить ее устойчивость.

Контакт:
Миркин Борис Михайлович, д.б.н., чл.-кор. РАН, зав. лабораторией геоботаники.
Башкирский государственный университет. 450074 Уфа, ул. Фрунзе 32.
Тел.(3472) 23 66 36.
E-mail: MirkinBM@bsu.bashedu.ru






Наверх
393 просмотров



Сибирский экологический центр
Центр охраны дикой природы
Проект ПРООН/ГЭФ по степным ООПТ России
Казахстанская ассоциация сохранения биоразнообразия
Об издании

Популярное
ПРООН ГЭФ Минприроды России