Агроэкологическое обоснование эффективности ландшафтных систем земледелия в центральном черноземье (стр. 3 )

Продуктивность и биоэнергетическая емкость агроландшафтов при освоении ландшафтных систем земледелия

Урожайность сельскохозяйственных культур. Повышение продуктивности сельскохозяйственных культур в ландшафтных системах земледелия происходит не только за счет сохранения и повышения плодородия почв, но и за счет адаптивного их размещения в соответствии с агроэкологическим районированием сельскохозяйственных угодий. Ключевым моментом агротехники в ЛСЗ является дифференциация севооборотов, которая экономически оправдана, поскольку позволяет при правильном размещении культур снижать затраты на их возделывание при увеличении валового сбора урожая.

Для оценки влияния ландшафтных систем земледелия с 1981 г. – начала их освоения в хозяйствах Красногвардейского района – проведен учет урожайности зерновых (табл. 4) и других культур в трех соседних районах: Валуйском, Вейделевском и Красногвардейском.

Таблица 4 – Динамика урожайности зерновых культур в восточных районах Белгородской области за гг., т/га

Годы	Районы	Отклонения от Красногвардейского района
Красногвардейский	Валуйский	Вейделевский	в Валуйском	в Вейделевском
	1,63	1,67	1,64	+0,04	+0,01
	2,87	2,44	2,55	-0,43	-0,32
	2,42	2,09	2,24	-0,33	-0,18
	1,99	1,37	1,60	-0,62	-0,39
	2,32	2,09	2,55	-0,23	+0,23
	2,64	2,24	2,40	-0,40	-0,24
	2,45	2,05	2,27	-0,40	-0,18

Уже через пять лет и Валуйский, и Вейделевский районы стали отставать по урожайности зерновых на 0,2-0,4 т/га. К гг. эти отличия достигли 0,4-0,6 т/га, что составило 20-30 % в сравнении с урожайностью в Красногвардейском районе. В среднем за последние 25 лет разница в урожайности зерновых культур Красногвардейского района и двух соседних районов составила 0,2-0,4 т/га.

Еще более значительные отличия в урожайности по отдельным культурам, таким как ячмень, горох, сахарная свекла, кукуруза на силос, многолетние травы и другие. Причем в самые неблагоприятные годы ( гг.) снижение урожайности сельскохозяйственных культур в Валуйском и Вейделевском районах в сравнении с Красногвардейским районом было максимальным, что свидетельствует о более высокой устойчивости ландшафтных систем земледелия, особенно в экологически напряженных условиях. Эта же тенденция проявилась в чрезвычайно засушливом 2010 году. Если потери площади посевов зерновых культур из-за засухи в Красногвардейском районе в этом году составили 1,9 %, то в Валуйском и Вейделевском районах – 27,1 и 9,5 %, соответственно. С учетом этого факта разница в урожайности зерновых составляет 0,20-0,59 т/га.

Следует отметить, что в последние годы и в Валуйском и в Вейделевском районе ведутся работы по освоению ландшафтных систем земледелия. Интенсивность эрозионных процессов снижается и это создает предпосылки к росту урожайности, что отражается на некотором снижении отличий между районами.

Влияние ландшафтных систем земледелия на продукционный потенциал агроэкосистем. В результате фотосинтетической ассимиляции помимо основной формируется побочная продукция, а также растительные и корневые остатки, учет массы которых имеет большое значение для создания полной картины реализации продукционного потенциала агроландшафтов. Для возможности корректного сравнения территорий по суммарной продуктивности агроландшафтов исследуемых нами районов вся надземная и подземная фитомасса возделываемых культур пересчитывалась в сухое вещество в соответствии с их долей в структуре посевных площадей.

Объем продуцированной биомассы агроландшафтов отражает не только тенденции изменения урожайности сельскохозяйственных культур, но и степень адаптивности их размещения в зависимости от агроэкологических условий ландшафта. В таблице 5 представлены данные по выходу сухого вещества фитомассы сельскохозяйственных культур с единицы пахотных земель Красногвардейского, Валуйского и Вейделевского районов.

Таблица 5 – Выход сухого вещества надземной и подземной фитомассы возделываемых культур с площади пашни юго-восточных районов Белгородской области, т/га

Районы	Вид продукции	Периоды времени	Среднее за гг.
Красногвардейский	ОП ПП РО КО	3,92 2,37 1,07 3,74	2,94 1,67 0,94 3,08	2,31 1,48 0,76 2,51	2,42 1,96 0,87 2,47	2,52 2,50 0,87 2,45	2,82 2,00 0,90 2,85
Всего	11,10	8,63	7,06	7,72	8,34	8,57
Валуйский	ОП ПП РО КО	3,14 2,03 0,97 3,14	2,01 1,50 0,76 2,38	1,37 1,12 0,58 1,80	2,10 1,97 0,82 2,27	2,08 2,26 0,79 2,08	2,14 1,78 0,78 2,33
Всего	9,28	6,65	4,87	7,16	7,21	7,03
Вейделевский	ОП ПП РО КО	3,14 2,27 0,99 3,19	2,22 1,68 0,82 2,52	1,65 1,36 0,66 2,01	2,52 2,36 0,87 2,50	2,35 2,37 0,82 2,19	2,38 2,01 0,83 2,48
Всего	9,59	7,24	5,68	8,25	7,73	7,70

Примечание: ОП – основная продукция, ПП – побочная продукция, РО – растительные остатки, КО – корневые остатки.

Таким образом, в результате трансформации агроландшафтов Красногвардейского района за период влияния ландшафтных систем земледелия с 1986 по 2010 гг. пахотные угодья ежегодно дополнительно производят в среднем 0,56 т/га сухого вещества урожая сельскохозяйственных культур. Это на 24,8 % выше по сравнению с уровнем продуктивности, который рассматривается как средний между Валуйским и Вейделевским районами.

С учетом природных кормовых угодий, а также фитомассы древостоя и травянистой растительности защитных лесных насаждений продукционный потенциал преобразованных агроландшафтов повышается в 2,2 раза (табл. 6). Это, в свою очередь, положительно сказывается на увеличении круговорота веществ – обменная биологическая емкость возросла на 32 %.

Таким образом, при освоении ландшафтных систем земледелия повышение плодородия почв сопровождается усилением процессов аккумуляции и интенсификацией обмена веществ. Интенсивность и объем биологического круговорота вещества и потоков энергии определяют эффективность производства растениеводческой продукции.

Таблица 6 – Выход сухого вещества фитомассы при освоении ландшафтных систем земледелия в Красногвардейском районе Белгородской области, тысяч тонн

Показатель	Фитомасса
1. Без освоения ЛСЗ (растениеводство и кормопроизводство)	845,2
2. При освоении ЛСЗ, исключая площадь сельскохозяйственных угодий под лесными полосами	980,4
3. Защитные лесные насаждения, в том числе ежегодный прирост	836,1 107,9
4. Травянистая растительность лесополос, в том числе ежегодный прирост	81,8 27,0
Итого при освоении ландшафтных систем земледелия, в том числе обменная биологическая емкость	1898,3 1115,3

Биоэнергетический потенциал агроландшафтов и эффективность использования природных и антропогенных ресурсов. Возрастающие затраты на производство единицы сельскохозяйственной продукции обусловливают задачу ресурсо - и энергосбережения, а также оценку коэффициента полезного действия (КПД) использования природных и антропогенных ресурсов при различных вариантах развития сельскохозяйственного производства. Несмотря на важность экономических показателей результативности производства, наиболее объективный анализ эффективности, характеризующий интенсивность процесса связывания энергии агроэкосистемами – энергетический. Он позволяет измерить в сопоставимых единицах затраты живого и прошлого труда, ресурсов различного происхождения, не зависит от политики цен и т. д.

Количественно оценить уровень использования природных и антропогенных ресурсов, прогнозировать направленность развития агроэкосистем позволяет методика ресурсно-экологической оценки на биоэнергетической основе (Володин и др., 1999). В соответствии с этой методикой нами рассчитаны биоэнергетические и эколого-экономические показатели (табл. 7).

Таблица 7 – Биоэнергетический потенциал и показатели ресурсно-экологической оценки агроландшафтов

Показатель	Агроландшафт
без ЛСЗ	с ЛСЗ
Биоэнергетический потенциал территории, ГДж/га	2544,1	2878,2
Биоэнергетические показатели Коэффициент использования энергии ФАРвп Коэффициент использования органического вещества почвы Коэффициент использования совокупной антропогенной энергии	4,4·10-3 2,9·10-2 6,0	6,3·10-3 3,9·10-2 8,0
Эколого-экономические показатели Показатель производительности агроэкосистемы на единицу денежных затрат, МДж-день / руб. Показатель производительности агроэкосистемы на единицу трудовых затрат, МДж-день / чел.-час.	6,0·10-2 52,3	7,9·10-2 59,6

Из таблицы видно, что все биоэнергетические и эколого-экономические показатели агроландшафтов с освоенной ландшафтной системой земледелия выше, чем без нее. Превышения составляют от 14,0 % (производительность на единицу трудовых затрат) до 43,2 % (коэффициент использования энергии ФАР). Таким образом, преобразование агроэкосистемы на ландшафтной основе повышает эффективность использования природных и антропогенных ресурсов, приводит к значительному энерго - и ресурсосбережению.

Освоение ландшафтных систем земледелия привело к увеличению коэффициента использования ФАР и ассимиляционной способности агроэкосистем. Повышение ассимиляционного потенциала преобразованных на ландшафтной основе агроэкосистем позволяет рассматривать их, в отличие от традиционных, не как источник СО2 в атмосфере, а в качестве резервуара депонированного углерода, емкость которого может достигать 0,71 т/га в год. Поскольку результирующая величина накопления гумуса почвами Красногвардейского района от 0,02 % (абс.) содержания гумуса в год в целом по району до 0,05 % (абс.) и более в отдельных случаях определяет ежегодное депонирование углерода пахотным слоем почвы в объеме 0,26-0,64 т/га. Вклад защитных насаждений агроландшафтов района оценивается в 0,07 т/га в год.

Таким образом, ландшафтные системы земледелия явились своего рода пусковым механизмом цепной реакции, приводящей к положительным результатам в природных и производственных процессах.

4 Взаимоотношения между компонентами энтомоценоза в антропогенно сформированных агроландшафтах

Основные объекты и плотность популяций вредных и полезных видов насекомых в системе ландшафтного земледелия. Ввзаимоотношения полезных и вредных насекомых рассматривались нами в целом в агроландшафте, на территории всего Красногвардейского полигона с анализом сообществ насекомых, как в лесополосах, так и в травостое культур.

Доминирующее положение в энтомоценозе вредных видов по численности особей занимали трипсы, относительное обилие которых достигало 93 % (рис. 1). Причем установлено увеличение доли объекта в энтомокомплексе. На это указывают показатели плотности трипсов в многолетней динамике. Если в 2007 г. численность вида составила 37,3 экз./м2, то в 2008 г. – уже 59,0, а в 2009 г. – 96,7 экз./м2 в целом по территории полигона. Очевидно, это предопределено чрезмерно возросшей долей зерновых колосовых в посевах. Эти объекты чаще других могут создавать необходимость дополнительного антропогенного вмешательства. Остальные виды вредных насекомых (злаковые мухи, тли, галлицы, цикадки, настоящие щитники и клопы-слепняки, пьявицы, пилильщики, долгоносики и другие) практически за время исследований не достигали экономически опасного уровня.

Из условно преобладающих видов злаковые тли имели наибольшее значение в заселенности фитоценозов полигона. Их доля от общей численности фитофагов достигала 8 % (2008 г.). В среднем за гг. плотность тлей в целом по всей исследуемой территории составила 2,7 экз./м2. Что особенно важно, плотность популяции в зерновых ценозах составляла в максимуме – 10 экз./м2 – это низкий показатель для данного вида и он существенно ниже экономического порога вредоносности. Очевидно, на территории полигона сложились экологически не совсем благоприятные условия для тлей.