--PAGE_BREAK--
Ухудшение качества сельскохозяйственной продукции. Интенсивное сельское хозяйство требует использования большого количества минеральных удобрений и гербицидов. Минеральные удобрения кроме необходимых для растений веществ содержат большое количество побочных веществ: тяжелых металлов, различных органических и неорганических концерогенов, которые накапливаются в культурных растениях. Особенно богаты “ядовитой приправой” фосфорные удобрения, содержание кадмия в двойном суперфосфате доходит до 3,5 мг/кг. Этот аспект обсуждается в работах (Агаев и др, 1989; Жукова, 1989). Проблема накопления нитратов в овощных культурах рассмативается в работе чешских ученых Пругар и Пругарова (1990), в которой приводятся данные о способности к накоплению нитратов у разных культур при разных дозах применения азотных удобрений.
1.2. Задачи агроэкологии. Место оптимизации в задачах агроэкологии
Агроэкология изучает сельскохозяйственные экосистемы (агроэкосистемы), их функциональные элементы и закономерности взаимоотношений между ними.
Л.О. Карпачевский (1987) отмечает, что к агроэкосистемам относят не только агроценозы, но и всю совокупность естественных и социальных явлений, связанных с агроценозами.
В задачи агроэкологии входит анализ состояния с.-х. экосистем, изучение закономерностей их функционирования с целью повышения устойчивости. В основе агроэкологии лежат три положения:
1. Сестайнинг — самоподдержание агроэкосистем.
2. Адаптивный подход — повышение эффективности вложений антропогенной энергии путем максимальной окупаемости фотосинтезом каждой единицы вложенной энергии. Данный подход наиболее полно развит в работах А. А. Жученко (1988,1990).
3. Экологический императив — система запретов на все формы использования агроэкосистем, которые разрушают ресурсы и загрязняют окружающую среду (Миркин, Хазиахметов, 1995).
Оптимизация является итоговой задачей агроэкологии, т. к. она обеспечивает переход от ресурсоразрушающих интенсивных агроэкосистем к их адаптивным, устойчивым вариантам.
На сегодняшний день существуют два сценария экологизации сельского хозяйства:
1. Вторая «Зеленая революция» (Proceeding..., 1988). Её основные положения были приняты на симпозиуме в Риме (1986), которые предполагают резкое повсеместное сворачивание ресурсоразрушающих интенсивных технологий и замена их на экологичные адаптивные варианты.
2. «Зеленая эволюция» (Миркин, Хазиахметов, 1995). Этот подход предполагает эволюционное приближение деградированных интенсивных агроэкосистем к экологически устойчивым вариантам через постепенное внедрение в основу их функционирования трех отмеченных агроэкологических принципов: сестайнинга, адаптивного подхода и экологического императива.
Сторонники эволюционного подхода обосновывают необходимость постепенного перехода к адаптивным вариантам, так как сохраняется высокая плотность народонаселения на земле и ее высокий прирост. Экологическая оптимизация агроэкосистем, которая неизбежно приведет к снижению продуктивности сельского хозяйства, должна проводиться параллельно с претворением в жизнь программ по стабилизации прироста народонаселения с дальнейшим его снижением, иначе неизбежны социальные конфронтации, связанные с падением уровня жизни и голодом (Braun, 1994).
Сущность оптимизации структуры агроэкосистемы — расчет таких ее параметров. которые позволяют с одной стороны прекратить процесс нарушения агроресурсов (почвы, травостоев естественных кормовых угодий, гидрологического режима и всего биоразнообразия агроэкосистемы), с другой получать достаточно высокую отдачу вложенной антропогенной энергии урожаем растениеводства и животноводческой продукцией.
1.3. История развития идей экологической оптимизации и современное состояние разработок
Идея экологической оптимизации развивалась эволюционно. Можно условно выделить три основных этапа:
1) период узкоспециальных природоохранных технологий (Одум,1987);
2) период комплексных систем оптимизации агроландшафтов (Лопырев, Рябов, 1989; Софрони и др., 1990; Котлярова, 1990);
3) период агроэкологических проектов оптимизации (Миркин и др. 1992).
В первой половине нашего столетия в сельском хозяйстве большинства стран повышается интенсивность производства, что повлекло за собой появление экологических проблем в агросфере. С 30-х годов вслед за крупномасштабным освоением целины в США и с 50-х годов после освоения целины в СССР резко усиливаются процессы почвенной эрозии и пыльные бури. С этого времени начинается поиск новых путей производства, позволяющие снизить вред от разрушения почв. Примечательно, что каждая разработка этого периода касается только отдельной области. К примеру, почвозащитная агротехника предусматривает уменьшение антропогенного влияния только на один блок экосистемы — почву, остальные компоненты агроэкосистемы не затрагиваются, поэтому данный этап мы рассматриваем как период развития узкоспециальных природоохранных технологий.
Данная тенденция не ограничивается только агротехникой, начинаются исследования по проблеме борьбы против насекомых-вредителей с использованием биологических и др. альтернативных способов (Оуен, 1980; Кроссли и др., 1987; Небел, 1993), борьбы против сорняков, которая в последнее время получила новую формулировку — регулирование численности сорняков (Харпер, 1960; Кроссли и др., 1987; Николаева и др., 1995).
Одум (1987) пишет: «Все природоохранные агротехнические мероприятия приближают агроэкосистемы к природным системам, уводя их от городских и промышленных систем и превращая в гармоничные составные части общего ландшафта земли. Общим недостатком всех этих разработок является их узкоспециальность и разобщенность. Ни одна из этих дисциплин в одиночку не может решить мировых продовольственных проблем» (с. 18).
Следующим этапом поиска в направлении экологической оптимизации является период развития комплексных систем оптимизации ландшафтов, в основе которых лежит более интегрированный подход к проблеме экологической стабилизации сельского хозяйства. К их числу можно отнести агролесомелиорацию (Дьяченко и др.,1979; Паулюкявичус,1989) контурно-мелиоративную систему (Лопырев, Рябов, 1989; Котлярова, 1990; Софрони и др., 1990). Круг оптимизационных решений работ этого периода намного шире, к примеру, в агролесомелиорации рассматриваются функциональные взаимосвязи между крупными блоками экосистемы как пашня и полезащитные лесополосы, положительное влияние лесополос на уменьшение эрозии почв, на увеличение содержания гумуса. Освещается проблема увеличения биоразнообразия, в том числе видов-энтомофагов и птиц, осуществляющих естественное регулирование численности насекомых-вредителей. В почве повышается численность дождевых червей и другой полезной эдафофауны, что непременно ведет к увеличению урожайности (Дьяченко и др.,1979) и способности почвы к самоподдержанию.
Наиболее конструктивно разработанным методом данного периода является контурно-мелиоративный подход. Суть его заключается в размещении полей севооборотов, лесополос, залужаемых участков и естественных кормовых угодий (ЕКУ) в соответствии с границами экологически однородных территорий (ЭОТ), (Лопырев, Рябов, 1989; Жученко, 1990). Данная система предусматривает отдельный подход к каждому типу ЭОТ по использованию ее ресурсов. Учитываются все угодья — от земель широкого профиля сельскохозяйственного использования до нецелесообразных для пахотного использования. Для каждого из них рекомендуется отдельная система севооборотов, почвозащитных технологий и т. д. Контурно-мелиоративная система тесно связана с агролесомелиорацией (Приходько, Пастернак, 1987).
Несмотря на огромный практический и теоретический вклад работ этого периода в развитие идей экологической оптимизации, они не дают исчерпывающего ответа на все экологические проблемы сельскохозяйственных экосистем. Несмотря на то, что обе комплексные технологии имеют «агроэкосистемный оттенок», они не могут помочь всей экосистеме в целом, поскольку затрагивают, практически только один ее трофический уровень — автотрофный. Другие трофические уровни остаются вне внимания.
На сегодняшний день наиболее перспективным для развития решения задач оптимизации является комплексный агроэкологический подход. При этом подходе — агроэкосистема рассматривается как целостная система с учетом всех трофических уровней, закономернностей функциональных связей между ними и с учетом потока и трансформации энергии. Как важный компонент агроэкосистемы рассматривается ее социально-экономическая природа (Карпачевский, 1987).
Необходимо отметить, что в истории развития идей экологической оптимизации сельского хозяйства, еще задолго до начала развития интенсивного сельского хозяйства ценные положения были высказаны А.Т. Болотовым (1738-1833) и В.Р. Вильямсом (1863-1939) (Миркин и др., 1992). Эти пионеры агроэкологии писали о необходимости рационального использования агроресурсов, были разработаны нормативы нагрузок на пастбища и пашню для поддержания травостоев и плодородия почв, но эти ученые работали в период экстенсивных экосистем в сельском хозяйстве, когда антропогенные воздействия внутри агроэкосистемы не намного превышали ее компенсационные возможности.
Первая современная работа с принципиальной схемой оптимизации агроэкосистемы с учетом трофической структуры была разработана уфимскими агроэкологами (Миркин и др.,1992). Предложенная схема включает три этапа операций:
1.Составление базы исходных данных;
2.Синтетическая оценка сложившейся структуры агроэкосистемы;
3.Собственно оптимизационные процедуры.
Последний этап реализуется как одна или несколько возможных альтернативных вариантов решений. Данная работа по новизне содержания является революционной в плане развития технологий экологической оптимизации сельскохозяйственных экосистем.
Глава 2. Природные условия Баймакского района
2.1. Климат
На климат Баймакского района оказывает влияние его географическое положение. Отдаленность от морей и океанов способствует тому, что атлантические воздушные массы, проникающие в эту зону, преобразуются в более сухие и континентальные, что обусловливает высокую температуру воздуха в летний период. Зимой оказывает влияние господствующее течение азиатского антициклона, что формирует резко континентальный климат с холодной зимой и жарким летом (Богомолов, 1954).
Район исследования относится к зоне рискованного земледелия с частыми засухами. Среднегодовое количество осадков колеблется в пределах 289-325 мм. При этом выпадение их резко уменьшается с севера на юг. По данным метеостанции Баймакского ОПХ ежегодная сумма осадков в среднем за 30 лет (1959-1989 гг.) составила 315,0 мм.
Температурный режим в районе определяется географической широтой, рельефом местности и атмосферной циркуляцией воздуха. Среднесуточная температура и сумма положительных температур (выше 10 0C) повышается с севера на юг и с запада на восток. В такой же последовательности снижается количество осадков и увеличивается длина безморозного периода. Безморозный период колеблется в пределах от 90 до 130 дней. Период со средними температурами выше +10 0С составляет 120-135 дней.
В условиях степи существует прямая зависимость между количеством выпадающих осадков и урожаем. Наиболее важными месяцами являются май и июнь. При выпадении осадков в пределах нормы в течении мая и июня, а также с высокими запасами влаги в почве гарантируется хороший урожай сельскохозяйственных культур, особенно многолетних трав. Поэтому в условиях зоны все агротехнические приемы в первую очередь должны быть направлены на повышение и сохранение почвенной влаги.
Продолжительность периода со снежным покровом в зоне составляет 155-170 дней. Мощность снежного покрова составляет 30-40 см., так как снег выдувается с полей сильными ветрами. Относительно неглубокий снежный покров открывает возможности для эффективного использоваия зимних пастбищ, что открывает большие перспективы для развития в районе адаптивного животноводства с использованием традиционных способов косячного содержания лошадей. Перед снеготаянием запас воды в снегу составляет 45-46 мм., но в отдельные годы не превышает 18 мм.
2.2. Почвенные условия
По А.Х.Мукатанову (1994), район исследования относится к Присакмарскому межгорно-долинному округу выщелоченных и обыкновенных черноземов.
Основной фон почвенного покрова составляют черноземы выщелоченные и обыкновенные, в пахотных почвах их свойства сближены. В условиях мелкосопочника распространены черноземы неполноразвитые и примитивные органогенно-щебнистые почвы. В березовых редколесьях почвы серые и темно-серые лесные, в поймах рек — аллювиальные дерновые и луговые. На склонах встречаются в основном недоразвитые каменисто-щебеночные почвы, на юге зоны — солонцеватые черноземы, солонцы и солончаки (Богомолов, 1948). Для почв Баймакского района характерна небольшая глубина местных базисов эрозии, которые не превышают 50-60 см.
Пахотные почвы (черноземы выщелоченные и обыкновенные) характеризуются близкими к оптимальным агрофизическими и химическими свойствами. Объемная масса пахотного слоя составляет 1,1-1,25 г/см, запасы влаги в метровом слое 3500-4500 т/га, содержание гумуса 7-9%, его запасы — 300-500 т/га, реакция среды близка к нейтральной.
2.3. Растительность
При характеристике растительности использованы материалы синтаксономии, составленной с применением подхода Браун-Бланке (Braun-Blanquеt, 1964; Wеsthoff, Maarel, 1978; Миркин, 1985, 1989; Наумова, 1995).
Классификация степной (Саитов,1986), рудеральной (Ишбирдин и др., 1988; Mirkin еt al., 1989), сегетальной (Миркин и др., 1985) и лесной растительности (Соломещ и др., 1988,1994) разработаны достаточно подробно. Луговая растительность в районе исследований представлена незначительно и носит вторичный характер (Попова и др., 1986).
Степи
В результате исследований степных сообществ построена следующая синтаксономическая схема. Степи объединены в класс Festuco-Brometea Br.-Bl. et R.Tx. ех. Klika et Hadac 1944, который представляет ксеротермную и гемиксеротермную травяную растительность.
В районе класс представлен двумя порядками Festucetalia valesiacae Br.-Bl. et Tx. 1943 ех. Klika et Hadac 1944 и Helictotricho-Stipetalia Toman 1969 (Toman, 1969).
Первый порядок объединяет сообщества настоящих и луговых степей. Для сообществ характерно высокое проективное покрытие и флористически богатый травостой. Видовой состав формируют Stipa pennata, St. pulcherrima, St. dasyphylla, St. tirsa, Helictotrichon schellianum, Koeleria cristata, Bromopsis inermis, Festuca pratensis, Phleum phleoides, Poa аngustifolia, Poa pratensis, Calаmagrostis epigeios, C. arundinacea, Elytrigia repens. Луговостепное разнообразие представлено исключительно большим количеством мезофитов и ксеромезофитов (Filipendula vulgaris, Galium tinctorum, Sanguisorba offiсinalis, Seseli libanotis, Anemone sylvestris и др.).
Второй порядок Helictotricho-Stipetalia объединяет красновато-ковыльно-овсецовые континентальные настоящие и петрофитные степи. В сообществах настоящих степей доминируют Stipa pennata, Stipa zalesskii, Stipa tirsa и содоминируют Helictotrichon desertorum, Koeleria cristata, Poa angustifolia, Bromopsis inermis, Poa stepposa, Festuca valesiaca, F.pseudovina, F.rupicola, Stipa capillata, S.lessingiana и др.
Сообщества петрофитных степей формируются на каменистых субстратах с активными процессами эрозии. Во флористическом составе сообществ широко распространены виды-петрофиты (Artemisia frigida, Centaurea sibirica, Aster alpinus, Scorzonera austriaca Sedum hybridum, Tanacetum millefolium, Onosma simplicissima и др.). Для этих сообществ характерны разреженный и низкий травяной покров, значительное снижение обилия и константности Stipa zalesskii, St.capillata, St.lessingiana и др.
Луга
Луга Баймакского района относятся к союзу Polygonion krasсheninikovii по высокому присутствию Polygonum krasсheninikovii, Achillea vulgaris, Trifolium medium. Эти сообщества представляют остепненные луга порядка Gаlietalia veri Mirkin et Nаumova 1986, класса Molinio-Arrhenatheretea R.Tx. 1937. В луговых сообществах широко представлены виды класса (Festuсa pratensis, Achillea millefolium, Leucanthemum vulgare, Vicia cracca, Lathyrus pratensis, Phleum pratense,Trifolium pratense, Elytrigia repens, Bromopsis inermis, и класса Trifolio-Geranietea sanguinei (порядок Origаnetalia), Betonica officinalis, Origаnum vulgare, Hypericum perforatum.
Леса
Леса сохранились главным образом в горной части Баймакского района. Основные лесообразующие породы: береза повислая (Betula pendula), береза пушистая (B.pubescens), осина (Populus tremula), сосна обыкновенная (Pinus sуlvestris), лиственница сибирская (Larix sibirica), ольха черная (Alnus glutinosa), ольха серая (A. incana), ива белая (Salix alba), тополь черный (Populus nigra). Леса Баймакского района приурочены к горным склонам, долинам рек и ручьев и болотным ландшафтам.
Вершины и склоны водораздельных хребтов, сосредоточенных в центральной и северной части района, покрыты вторичными березовыми и осиновыми лесами, пришедшими на смену богатым травяным сосново-лиственным лесам. Наиболее широко распространены леса ассоциации Calamagrostio arundianaceae-Laricetum sibiricae Schubert et al. 1979 ex. Mirkin et Solomеtch 1990, союза Lathyro-Quercion Solometch et al. 1989, порядка Quercetalia pubescentis Br.-Bl. 1931, класса Querco-Fagetea Br.-Bl. et Vlieger in Vlieger 1937. В травяном ярусе этих лесов преобладают Calamagrostis arundinacea, Brachypodium pinnatum, Rubus saxatilis, Seseli libanotis и др. (Крашенинников, Кучеровская-Рожанец, 1941; Крашенинников 1954; Schubert et al, 1979; Соломещ и др., 1988; 1994).
В долинах рек и ручьев произрастают мезофитные широколиственные леса, в древесном ярусе которых доминируют ольха серая и черемуха. Они относятся к ассоциациям Аlnetum incanae Ludi 1921 и Humulo-Padetum Solometch in Кhaziakhmetov et al. 1989 союза Alno-Padion Knapp 1942 порядка Fagetalia Paul. 1928 класса Quereo-Fagetea.
В поймах рек Сакмара и Урал встречаются заросли ивово-тополевых лесов и кустарников с доминированием Salix alba, Populus nigra, Salix viminalis, Salix triandra. Они относятся к сообществам класса Salicetea purpureae Moor 1958.
Растительность заболоченных лесных болот представлена сообществами класса Alnetea glutinosae Br.-Bl.et Tx.1943. В сообществах заболоченных лесов в древесном ярусе доминирует Betula pubescens и Alnus glutinosa. В травяном ярусе этих сообществ доминируют осоки — Carex cespitosa, C. juncella и др.
Сегетальная растительность.
Исследования сегетальной растительности Зауралья позволили выявить их классификационную принадлежность. Сообщества сегетальной растительности Баймакского района объединены в ассоциацию Lactucetum tataricae Rudakov in Mirkin et al. 1985. союза Lactucion tataricae порядка Secalietalia Br.-Bl. 1931 em J. et R. Tx. 1960 класса Secalietea Br.-Bl. 1951. Наиболее высокую представленность имеют: Sinapis arvensis, Panicum miliaceum, Chenopolium album, Thlasрi arvensis, Sonchus arvensis, Avena fatua, Laсtuca tatarica и др. Для посевов многолетных трав характерны Taraxacum officinale и Berteroa incana.
продолжение
--PAGE_BREAK--