ВВЕДЕНИЕ
Природно-климатические условия и рельеф почвенного покрова Центрального района Нечерноземной зоны, который представлен Брянской, Владимирской, Ивановской, Калужской, Костромской, Московской, Смоленской, Тверской и Ярославской областями, чрезвычайно разнообразны. Его отличает вариабельность погодных факторов, высокая пестрота почвенного покрова, низкое естественное плодородие и переувлажнённость почв, мелко-контурность полей севооборотов и т. д. Поэтому сельскохозяйственное производство региона относится к зоне рискованного земледелия. За последние годы значительно сократилось производство продукции сельскохозяйственного производства. Сложившаяся ситуация в сельскохозяйственном секторе экономики заставила переосмыслить некоторые научные и практические основы системы земледелия. Прежде всего, это относится к почве, как основному средству производства. В основном воспроизводство плодородия почв осуществлялось за счёт техногенного фактора. В настоящее время экономическое состояние хозяйств не позволяет применять приёмы и способы расширенного воспроизводства плодородия почвы.
Экономическое положение современного сельскохозяйственного производства вынуждает искать и исследовать альтернативные пути и методы ведения хозяйственной деятельности, при которых на основе поддержания плодородие почвы и защиты растений от болезней, вредителей и сорняков стало бы возможным стабилизировать продуктивность пашни.
Многочисленные научные работы последнего десятилетия позволяют констатировать, что одним из благоприятствующих этому путей является разработка оптимальной структуры посевных площадей и конструирование на её основе севооборотов, которые позволят использовать фитоценотиче-ские особенности культур и биологические возможности почвы для стабильного функционирования сельскохозяйственных предприятий в условиях переходного периода. Поскольку сельскохозяйственное производство пред-
ставляет собой специфическую агроэкосистему открытого типа с обязательным пополнением энергетических источников извне, то прекращение воспроизводства плодородия почв за счет техногенного фактора сбалансированности энергии в настоящее время нарушило её гомеостатическое функционирование.
Для решения вопросов биологизации земледелия и стабильного её функционирования необходимо применять системный подход, рассматривать сельскохозяйственное производство как полуавтономную саморегулирующую систему. Исходя из всеобщего закона сохранения веществ и энергии, одним из основных факторов стабильности системы земледелия следует признать связывание кинетической энергии солнца в потенциальную энергию органического вещества, дальнейшее поступление её в почву с последующей трансформацией в результате процессов почвообразования. В системе земледелия, которое ведётся на биологической основе, поступление органического вещества в почву в основном осуществляется за счёт пожнивно-корневых или растительных остатков, особенно многолетних бобово-злаковых трав, промежуточных культур на корм или зелёное удобрение, сидеральных паров, соломы злаковых и зернобобовых культур, органических удобрений. С развитием химической промышленности в начале прошлого века и увеличением поголовья скота фитоценотические факторы сохранения и воспроизводства плодородия почв отходят на второй план, и предпочтение отдаётся техногенным химическим приёмам повышения урожайности сельскохозяйственных культур.
В последнее десятилетие биологическому направлению воспроизводства почв уделяется особое внимание по двум причинам. Во-первых, экономический кризис сельскохозяйственного производства привёл к недоступности для многих хозяйств использования химических средств защиты растений и повышения плодородия почв за счёт техногенных факторов. Снижение поголовья скота резко сократило возможность применения органических удобре-
НИИ.
Во-вторых, техногенная, особенно химическая, нагрузка на пашню может привести к экологическому кризису, поскольку регион имеет уникальное географическое положение, являясь водоразделом крупнейших рек. Рядом учёных отмечается тупиковая ситуация при применении химических продуктов в сельскохозяйственном производстве, когда увеличение средств на их применение сопровождается непропорциональным получением дополнительной прибыли.
Эффективность биологических источников воспроизводства плодородия почвы связана с их количественными и качественными показателями. Количество поступающего в почву органического вещества определяется рядом факторов: ботаническим составом фитомассы, свойствами почвы, погодными условиями и т.д. Качественные параметры определяют скорость разложения и доступность элементов питания, количество поступающих элементов, качество обработки почвы. Для устойчивой работы агрофитоценоза как агро-экосистемы особое значение имеют многолетние бобовые и бобово-злаковые травы, которые в земледелии имеют многоплановый характер воздействия.
Многочисленные отечественные и зарубежные исследования свидетельствуют об устойчивом повышении продуктивности, как отдельных культур, так и в целом севооборотов при введении многолетних трав в структуру посевных площадей. При этом установлено, что многолетние бобово-злаковые травы оставляют в почве от 100 до 300 % сухих пожнивных и корневых остатков от массы сена. Однако установившаяся к настоящему времени доля многолетних трав в структуре посевных площадей, продолжительность их использования не отвечают условиям воспроизводства плодородия почв в системе земледелия на биологической основе. Недостаточно исследовано влияние севооборотов с различной насыщенностью многолетними травами на изменение фитоценотических особенностей культур в восстановлении плодородия почвы, фитосанитарного состояния посевов, формирование
10
устойчивости агрофитоценозов. Эти вопросы в настоящее время требуют ответа и остаются открытыми для изучения в современных условиях.
В течение всей истории развития земледелия и по настоящее время сорные растения являются одним из основных факторов потери урожайности сельскохозяйственных культур. Эволюционные природные процессы были направлены на создание многоходовых защитных систем, роль которых выполняли полиморфные растительные сообщества. Появление в сельскохозяйственном производстве одновидовых агрофитоценозов сдвинуло процессы эволюции в сторону изобретения приспособлений для выживания видов сорных растений в природе. В конечном итоге человечество получило устойчивые к неблагоприятным условиям виды растений, способные выживать в экстремальных условиях.
В этой связи, стратегия борьбы с сорняками должна иметь два направления. Первое направление связано с повышением конкурентной способности культурных растений и созданием для них приоритетных экологических условий роста и развития. Наряду с традиционными агротехническими приёмами борьбы с сорняками данное направление наиболее полно может быть реализовано при биологизации земледелия и получит распространение в различных, в том числе альтернативных, органических и т.д., типах земледелия.
Второе направление в своей основе имеет химические средства защиты растений и совместно с традиционными методами агротехнического характера получит распространение в интенсивных системах земледелия. Формулирование названных направлений вызвано интенсивно развивающейся в последнее десятилетие биологизацией земледелия и необходимостью снижения химической нагрузки на почву.
Особенность взаимоотношений культурных и сорных растений в агро-фитоценозе такова, что его нельзя в полной мере считать фактором устойчивости агроэкосистемы, особенно в биологической системе земледелия. С одной стороны, известно отрицательное влияние сорняков на урожайность
11
сельскохозяйственных культур. С другой стороны, устойчивость работы аг-роэкосистемы зависит от разнообразия видов, составляющих данную систему. Исходя из этого, в одновидовых, чистых от сорняков посевах сельскохозяйственных культур должна быть более высокая внутривидовая напряжённость, чем в посевах, структура которых имеет несколько видов. Для разработки эффективной системы борьбы с сорняками необходимо знать фазы наибольшей чувствительности культур по отношению к сорнякам, при которых сорняки не оказывают существенного влияния на урожайность культур, количественные взаимоотношения компонентов агрофитоценоза, влияние структуры посевных площадей, севооборотов, размещения удобрений по пахотному горизонту на формирование устойчивости агрофитоценозов.
Автор выражает глубокую благодарность профессору Александру Михайловичу Туликову за неоценимую помощь в написании данной работы.
#
12
1. ХАРАКТЕРИСТИКА СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО ПРОИЗВОДСТВА ЦЕНТРАЛЬНОГО РАЙОНА НЕЧЕРНОЗЁМНОЙ ЗОНЫ И ПРИЧИНЫ ЕГО БИОЛОГИЗАЦИИ
1.1. Характеристика сельскохозяйственного производства Центрального Нечерноземья в переходный период
Центральный район Нечерноземной зоны представлен Брянской, Владимирской, Ивановской, Калужской, Костромской, Московской, Смоленской, Тверской и Ярославской областями и занимает площадь свыше 50 млн. га сельскохозяйственных угодий, в том числе 31,7 млн. га пашни, 18 млн. га естественных сенокосов и пастбищ. Природно-климатические условия и рельеф почвенного покрова региона чрезвычайно разнообразны. Объединяет их нестабильность ведения сельскохозяйственного производства, районы которого относят к зоне рискованного земледелия (Захаров В.Н., 1978; Система земледелия..., 1987; Система земледелия..., 1993, Ч 1; Система земледелия..., 1993, Ч 2).
Экономический кризис последних лет существенно усугубил положение хозяйств всех форм собственности. В сельскохозяйственном производстве произошло значительное сокращение посевных площадей по всем культурам. По Росси площадь посева зерновых сократилась с 66025 тыс. га в 1988 году до 45632 тыс. га в 2000, картофеля с 3788 тыс. га до 231 тыс. га. Аналогичная ситуация в Московской и Тверской областях. Так площадь посева зерновых в Московской области 1997 году составляла 237 тыс. га, а 2000 - 170,1 тыс. га. В Тверской области площадь посева зерновых составляла 404,8 и 205,1 тыс. га соответственно (Агропромышленный комплекс..., 2001). За последние годы значительно сократилось производство продукции сельскохозяйственного производства. Пример Тверской области показывает, что производство зерна и волокна льна сократилось в два раза, картофеля в 1,4 раза, возросло произ-
13
водство овощей за счёт индивидуальных собственников.
Проведённый нами анализ производственной ситуации позволил выделить ряд причин, по которым сельское хозяйство региона оказалось в столь тяжёлом состоянии.
Прежде всего, это диспропорция цен между сельскохозяйственными продуктами и промышленными товарами, что привело к превышению себестоимости зерна, картофеля и др. продуктов над ценой реализации. Аналогичная ситуация наблюдается и в других областях Центрального Нечерноземья.
Вторая причина падения сельскохозяйственного производства состоит в том, что проводимые в АПК страны реформы негативно сказались на количестве вносимых удобрений в земледелии Нечерноземной зоны. Если в дореформенный период под зерновые культуры поступало минеральных удобрений ПО... 150 кг/га действующего вещества NPK, то в настоящее время -16... 17 кг/га. В России вносилось в 1980 году 389,2 млн. тонн органических удобрений, а в 2000 - 66 млн. тонн, минеральных удобрений 8914 тыс. тонн д. в. и 1318,7 тыс. тонн д.в. соответственно.
Пример Тверской области показывает резкое сокращение применения как минеральных, так и органических удобрений (таб. 1.1.1).
Таблица 1.1.1
Внесение органических и минеральных удобрений в Тверской области
4
годы органические, т/га минеральные, кг/га
1986 7,0 180,0
1990 7,0 127,0
1995 2,0 10,0
2001 1,2 7,0
До 1990 года за счёт государства проводилось известкование кислых
14
почв и заготовка торфа с торфопредприятий. В настоящее время площадь известкования в Московской области сократилась до 7,5 тыс. га, а в Тверской -до 2,1 тыс. га, т.е. более чем в десять раз. Экономическое положение сельскохозяйственных предприятий в настоящее время не позволяет выполнять эти виды работ, что сказывается на уровне плодородия почв Тверской области (1.1.2).
Таблица 1.1.2
Динамика агрохимических свойств почв Тверской области (по Н.Г. Ковалёву, 2004)
Туры обследований рН Р2О5 мг/кг К2О мг/кг Органическое вещество, %
1964-1973 4,9 68 87 1,02
1970-1978 5,0 80 91 1,15
1976-1983 5,3 91 94 1,23
1983-1988 5,45 114 104 1,24
1988-1993 5,5 122 113 1,21
1991-2001 5,65 135 103 1,20
01.05.02 5,6 136 95 1,19
Результатом уменьшения использования удобрений явилась отрицательная динамика некоторых агрохимических свойств дерново-подзолистых почв всего Центрального Нечерноземья. По содержанию гумуса почвы средне- и южно-таежной зон приобрели четкую тенденцию к его снижению, где убыль ежегодно составляет 0,02-0,03%. Менее заметно падение количества подвижных фосфатов в почве, что, вероятно, является временным. Особую тревогу вызывает ежегодное снижение содержания обменного калия (Сычев В.Г., 2000).
Низкое фактическое внесение традиционных видов органических удобрений, как и чрезвычайное сокращение объемов фосфоритования, не
Ф
15
позволяют сделать оптимистический вывод об их положительном влиянии на воспроизводство плодородия почв в ближайшие годы. В 1996 году, когда еще было большее количество скота, внесение органических удобрений составляло лишь 20% от уровня 1986-1990 гг., а вывозка торфа за этот период упала в 10,5 раз, тогда как фосфоритование в отдельных регионах прекратилось полностью (Романенко Г.А., Тютюнников А.И., Сычев В.Г., 1998).
Третья причина кризисного положения сельскохозяйственного производства в том, что структура посевных площадей и севообороты в хозяйствах были ориентированы на воспроизводство плодородия почв за счёт техногенных ресурсов.
При таком подходе к использованию земли слабо учитывался биологический потенциал культур и почвы в воспроизводстве её плодородия. Почва только декларировалась как биологическое тело, а на деле использовалась как физический субстрат выращивания культур. Противоречие теории и практики земледелия в настоящее время также является одной из причин кризисного состояния сельскохозяйственного производства.
Для стабилизации продуктивности пашни, поддержания фитосанитарно-го состояния посевов и сохранения плодородия почвы в современных условиях требуется новый подход к проблеме. Суть его заключается в том, чтобы, изучив закономерности работы естественных биоценозов, разработать структуры посевных площадей и севооборотов, максимально приближенных к работе систем в саморегулирующем режиме, в большей степени задействовать возможности самих растений, способных создавать органическое вещество и обеспечить максимально возможный энергетический коэффициент использования в почве растительных остатков.
Анализ научной литературы позволяет говорить о том, что системы земледелия, созданные на принципах естественных биоценозов, не имеют чётких критериев оценки и в разной литературе их относят к экологическим, органическим, биологическим, адаптивным, альтернативным системам земле-
16
делия (Жученко А.А., 1990; МансфельтЯ., 1991; Хампл-Мати У., 1991; Кант Гюнтер, 1988). Поскольку эти термины не устоявшиеся и каждый автор интерпретирует их по-своему, мы вынуждены пояснить, что мы имеем в виду под биологическим земледелием.
Под биологическим земледелием мы понимаем простое или расширенное воспроизводство плодородия почвы, поддержание фитосанитарного состояния посевов и стабилизацию продуктивности севооборотов за счёт биологических или фитоценотических особенностей культур, утилизации органических отходов растениеводства и животноводства без нарушения экологической обстановки сельскохозяйственных угодий. Под биологизацией, или экологизацией, земледелия мы понимаем применение элементов биологического земледелия в обычно применяемых в данном регионе системах. Например, внедрение многолетних трав, отказ от химических средств защиты растений, сидеральные удобрения и т.д. В сложившейся ситуации необходимо по-новому оценить критерии устойчивости работы системы земледелия, выделить наиболее значимые показатели, от которых в современных условиях зависит продуктивность пашни, разработать рекомендации, которые позволят сгладить несоответствие между материальными ресурсами хозяйств и необходимостью выполнения обязательных агротехнических приёмов.
1.2. Теоретическое обоснование необходимости биологизации системы земледелия Центрального Нечерноземья
Функционирование сельского хозяйства на биологической, или экологической, основе связано с решением ряда вопросов, часто не имеющих отношения к агробиологии, а отражающих агро-социально-экономическую стороны его развития. Успех в разрешении стоящих задач зависит от уровня образования, обучения, фундаментальных исследований и подготовки молодых кадров, что и определяет уровень культуры, в том числе и в земледелии.
17
Сельское хозяйство - первичная производственная система, зависящая от местных природных условий, где земледелец должен выступать как искусный пользователь и создатель правильных предпосылок для земледелия, животноводства, развития лесов с целью полного использования биологического потенциала природы. Средства производства и производственные силы выше обозначенной системы представляют собой готовые, целые, живые аг-росистемы, фундамент которых образует почва (Мансфельт Я., 1991; Сара-нин Е.К., 1996; Сычев В.Г.,2000). Отсюда, вмешательство в работу агроэко-системы должно носить регулирующий характер, согласующийся с законами развития природы. Правильность концепции подтверждается применением минеральных удобрений, которые, с одной стороны, повышают урожайность культур, а, с другой стороны, они снижают природную активность почвенных бактерий и бобовых культур по фиксации азота из атмосферы, нарушающих экологическое равновесие в сторону роста чувствительности растений к вредоносным организмам, что, в свою очередь, приводит к росту потребности в химических средствах защиты растений (Булаткин Г.А. 1991; Емцев ВТ., Мишустин Е.Н., 1993; Мишустин Е.Н., Емцев В.Т., 1987).
Наряду с прямыми экологическими последствиями известны экономические взаимосвязи с масштабными и долговременными экологическими воздействиями человека на природу. Экологическое сельское хозяйство рассматривает сельскохозяйственные предприятия как агроэкосистему, т. е. как относительно независимый, экологически приспособленный организм для развития ландшафта и производства продуктов питания, организм, составные части которого - растениеводство, животноводство, лесное и водное хозяйство - работают как специфические природные органы.
Исходя из учения о системах, работу агроэкосистемы можно отнести к открытому типу, где первичной кинетической энергией является солнечное излучение, а вторичной - энергия органического вещества растений и других автотрофных организмов. В системе происходит ежегодная потеря энергии в |
