Развитие системного подхода в изучении агроэкосистем и агроландшафтов

УДК 577.4; 633.2

РАЗВИТИЕ СИСТЕМНОГО ПОДХОДА В ИЗУЧЕНИИ АГРОЭКОСИСТЕМ И АГРОЛАНДШАФТОВ

© И.А. Трофимов, Л.С. Трофимова, Е.П. Яковлева

Ключевые слова: системный подход; агроландшафты; рациональное природопользование.

Разработаны модель и принципы изучения, оценки, районирования, управления и конструирования агроэкосистем и агроландшафтов. Принципы (системного подхода, эмерджентности, экологического каркаса, ландшафтно-экологического баланса, многоуровневой и многофакторной адаптации, биоразнообразия, экологизации, единства экономики и экологии и др.) предназначены для повышения адаптивности, устойчивости, ресурсосберегающей и природоохранной роли агроэкосистем и агроландшафтов.

В решение проблем системного изучения природы большой вклад внесли выдающиеся русские ученые В.В. Докучаев и его ученики В.И. Вернадский и В.Р. Вильямс, которые пришли к убеждению, что в природе человек имеет дело не с отдельными природными телами, а с их сложным комплексом, целостной системой.

В своей книге «Русский чернозем» (1883) В.В. Докучаев показал природные закономерности почвообразования, влияние сельскохозяйственной деятельности на почвообразование, заложил основы системного подхода к изучению почв, управлению сельскохозяйственными землями и агроландшафтами [1].

С развитием докучаевских научных идей, его учения о почве и зонах природы, оказавших значительное влияние на развитие системного подхода в естественных науках в первой половине XX столетия, связана вся деятельность его учеников - В.И. Вернадского, В.Р. Вильямса и их последователей.

В.Р. Вильямс внес особый вклад в развитие системного подхода к изучению объектов и познание биологической сущности почвообразования, особая роль в котором принадлежит живым организмам, прежде всего зеленым растениям и микроорганизмам. Благодаря их воздействию осуществляются важнейшие процессы превращения горной породы в почву и формирование ее плодородия [2].

По мнению академика Б.Б. Полынова, два исключительно выдающихся представителя нашей отечественной науки В.В. Докучаев и В.Р. Вильямс сыграли огромную роль в развитии естествознания и сельского хозяйства [3]. В.И. Вернадский вывел системный подход к изучению объектов на планетарный уровень, заложив основы учения о биосфере и ноосфере [4].

Основы комплексного (ландшафтного) подхода к изучению земель, заложенные В.В. Докучаевым, В.И. Вернадским, В.Р. Вильямсом, Л.С. Бергом, были развиты Л.Г. Раменским (1938), разработавшим основы учения о комплексном почвенно-геоботаническом исследовании земель и природных типах сельскохозяйственных земель [5].

Формирование представлений об экосистемах и геосистемах, агроэкосистемах и агрогеосистемах (Ю. Одум, В.Б. Сочава, В.А. Николаев) существенно

расширяет понятие сельскохозяйственных угодий. С позиций геосистемной концепции они представляют собой не природно-хозяйственный территориальный комплекс, а природно-сельскохозяйственную геоэкосистему [6-8].

В конце ХХ - начале XXI в. в работах А.А. Жучен-ко, А.Н. Каштанова Г.В. Добровольского, В.А. Николаева, Б.И. Кочурова, В.И. Кирюшина и других ученых на новом этапе обосновывается необходимость системного подхода к изучению взаимодействия человека и природы и переориентации сельскохозяйственной деятельности страны с пути покорения природы на путь сотрудничества с ней [9-14]. Только на этом пути обеспечивается создание устойчивой системы природопользования, которая, обеспечивая потребности человека в сельскохозяйственной продукции, одновременно

Блок управления и мониторинга

Абиотические факторы Системообразующие связи:

* вещественно-энергетические

----------- информационные

----------- управления

Рис. 1. Схематическая модель агрогеоэкосистемы

1581

Таблица 1

Принципы агроландшафтно-экологического изучения и оценки, управления и конструирования

агрогеоэкосистем и агроландшафтов

Принципы Содержание принципов

Принцип системности Адекватное отражение агрогеоэкосистемной сущности сельскохозяйственных земель

Принцип эмерджентности Учет появления у системного целого особых свойств, не присущих его подсистемам, блокам и компонентам, не объединенным системообразующими связями; учет особой формы интеграции системы, подчиняющейся иным законам конструирования и управления, функционирования и эволюции

Принцип ландшафтных границ Землепользование и землеустройство необходимо осуществлять с максимальным учетом границ ландшафтов (агроландшафтов) - реально существующих природно-сельскохозяйственных территориальных комплексов

Принцип экологического каркаса Природные кормовые угодья с многолетней растительностью, леса, охраняемые участки, древесно-кустарниковые и водо-болотные экосистемы, многолетние насаждения и посевы многолетних трав на пашне являются важнейшими элементами, составной частью экологического каркаса агроландшафта и определяют его устойчивость

Принцип ландшафтноэкологического баланса При управлении и конструировании агрогеоэкосистем необходимо поддерживать гармоничное равновесие между средостабилизирующими и средонарушающими элементами структуры агроландшафта для обеспечения его устойчивости

Принцип оптимального функционирования Управление и конструирование агрогеоэкосистем должно быть ориентировано на их оптимизацию, т. е. оптимальное соотношение их продукционной, средообразующей и природоохранной функций

Принцип многоуровневой и многофакторной адаптации Адаптивная интенсификация сельского хозяйства должна осуществляться на разных уровнях (молекулярно-генетическом, организменном, популяционном, ценотическом, ландшафтном и биосферном), охватывая все уровни и все стороны (факторы) изучаемых объектов, поскольку игнорирование той или иной информации об агроэкосистемах ведет к нарушению принципа адаптации. Необходима многоуровневая и многофакторная адаптация

Принцип активной и пассивной адаптации Адаптивная интенсификация сельского хозяйства должна осуществляться как активно -путем создания дополнительных элементов экологического каркаса, так и пассивно -путем сохранения уже существующих средостабилизирующих элементов агроландшафта

Принцип агроландшафт-ного управления Конструирование и управление агроэкосистемами - это неотъемлемая часть конструирования и управления агроландшафтами. Воздействуя на отдельные агроэкосистемы, мы воздействуем на агроландшафты

Принцип эволюционноаналоговый Ориентирует управление агроэкосистемами и конструирование агроландшафтов на многократно апробированный опыт природы, на подражание природе, оптимальное использование благоприятных природных особенностей агроэкосистем

Принцип биоразнообразия При создании, управлении и конструировании агрогеосистем необходимо ориентироваться на их максимальное биоразнообразие как реальный механизм обеспечения их надежности, устойчивости и стабильности

Принцип экологизации Ориентирует управление агрогеосистемами на укрепление экологического каркаса агроландшафтов, ключевые экологические проблемы, причины, их вызывающие, и участие в решении этих проблем

Принцип здоровой среды обитания Ориентирует сельскохозяйственное производство на получение экологически чистой продукции, отсутствие загрязнения агроландшафтов и создание здоровой среды обитания человека, животных и растений

Принцип эстетики Ориентирует на сохранение существующих и создание новых гармоничных агроландшафтов с ценными эстетическими свойствами

Принцип единства экономики и экологии Ориентирует на учет экономики и экологии в неразрывном единстве и взаимозависимости

Принцип практической и экономической целесообразности Ориентирует на получение необходимых результатов при минимуме затрат

поддерживает естественные функции агроэкосистем и агроландшафтов.

Системный подход лежит в основе всех работ по изучению, оценке, классификации, картографированию и мониторингу природных кормовых угодий, агроэкосистем и агроландшафтов, осуществляемых в настоя-

щее время школой геоботаники института, основанной Л. Г. Раменским [15-20].

Создание экологически устойчивой структуры и обеспечение нормального функционирования агроландшафтов являются в настоящее время первоочередными вопросами в решении проблем смягчения засух,

1582

уменьшения эрозии почв, оптимизации продуктивности сельскохозяйственных угодий и улучшения окружающей среды [21-25].

В развитии системного подхода к изучению агроэкосистем и агроландшафтов характерна тенденция возрастания наукоемкости, что связано с увеличением числа проблем, требующих для своего решения объединения достижений разных наук - географии, биологии, экологии и сельскохозяйственной науки, геоинформатики и аэрокосмических методов исследований, позволяющих быстро и эффективно отражать состояние агрогеоэкосистем на больших площадях.

В целях повышения адаптивности, устойчивости, ресурсосберегающей, средообразующей и природоохранной роли сельского хозяйства, дальнейшего развития системного подхода к его адаптивной интенсификации, оценки значения сельскохозяйственных земель для рационального природопользования, оптимизации агроландшафтов нами разработаны модель и принципы изучения и оценки, использования, улучшения и конструирования агроэкосистем и агроландшафтов.

Разработанные методологические основы агроланд-шафтно-экологического изучения сельскохозяйственных земель опираются на концепцию сохранения и воспроизводства используемых в сельскохозяйственном производстве земельных и других природных ресурсов, плодородия почв, продуктивного долголетия агроэкосистем и агроландшафтов (ВНИИ кормов), концепции экологического каркаса агроландшафтов и эколого-хозяйствен-ного баланса (МГУ, ИГ РАН).

Методологические основы агроландшафтно-эколо-гического изучения и анализа сельскохозяйственных земель рассматривают их как агрогеоэкосистему и оценивают во взаимосвязи и взаимозависимости с агроландшафтами (рис. 1).

Интеграционное понимание сущности сельскохозяйственных земель позволяет рассматривать их в качестве природно-сельскохозяйственных систем (агрогеоэкосистем), которые имеют определенную структуру, функции, связи и взаимосвязаны с другими геоэкосистемами и агроландшафтами, создающими внешнюю среду. Они поставляют за свои пределы сельскохозяйственную продукцию и другие производные своего функционирования побочного характера, связанные с развитием негативных процессов.

Особенности изучения, конструирования, управления сельскохозяйственными угодьями определяются: двойственной природно-производственной сущностью агрогеоэкосистем; наличием в них трех подсистем (абиотической, биотической и антропогенной); особой ролью блока управления и мониторинга; наличием трех видов связей (вещественно-энергетической, информационной, управления); трех основных функций агрогеоэкосистем (продукционной, средообразующей и природоохранной); способностью ответных реакций агрогеоэкосистем на антропогенные воздействия; способностью к адаптации и восстановлению, а также их характерной открытостью и динамичностью.

Конструирование и управление такой системой нуждаются в более совершенном информационном обеспечении, которое адекватно отражает структуру, функционирование, связи и свойства агрогеоэкосистем.

В основу изучения, управления и конструирования кормовых агрогеоэкосистем положены 16 принципов, разработанных на основе агрогеоэкосистемного подхода и представленной научной модели (табл. 1).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В основу разработанной системы изучения, управления и конструирования агроландшафтов положен главенствующий принцип единства экономики и экологии, гармонизации отношений человека и природы в процессе сельскохозяйственного производства.

Сельское хозяйство должно обеспечивать поддержание экологического равновесия в агроландшафтных системах. Соблюдение требований рационального природопользования, охраны окружающей среды и оптимизации управления агроландшафтами становится одним из основных условий повышения продуктивного долголетия агроэкосистем и эффективности сельскохозяйственного производства.

ЛИТЕРАТУРА

1. Докучаев В.В. Русский чернозем. Москва; Ленинград, 1936.

2. Вильямс В.Р. Основы земледелия. М., 1948.

3. Полынов Б.Б. Роль В.В. Докучаева и В.Р. Вильямса в естествознании и сельском хозяйстве // Академик Б.Б. Полынов. Избранные труды. М., 1956. С. 726-740.

4. Вернадский В.И. Биосфера и ноосфера. М., 2004.

5. Раменский Л.Г. Введение в комплексное почвенно-геоботаниче-ское исследование земель. М., 1938.

6. Одум Ю. Основы экологии / пер. с 3-го англ. изд. М., 1975.

7. Сочава В.Б. Проблемы физической географии и геоботаники. Избранные труды. Новосибирск, 1986.

8. Николаев В.А. Основы учения об агроландшафтах // Агроланд-шафтные исследования: методология, методика, региональные проблемы. М., 1992. С. 4-57.

9. Жученко А.А. Адаптивная стратегия устойчивого развития сельского хозяйства России в XXI столетии. Теория и практика: в 2 т. М., 2009-2011.

10. Каштанов А.Н. Земледелие: избранные труды. М., 2008.

11. Добровольский Г.В. Деградация почв - угроза глобального экологического кризиса // Век глобализации. 2008. № 2. С. 54-65.

12. Кочуров Б.И. География экологических ситуаций (экодиагностика территорий). М., 1997.

13. Кирюшин В.И. Экологические основы земледелия. М., 1996.

14. Эколого-ландшафтное земледелие (земледелие будущего). Программа, опыт, внедрение. Воронежская область. Воронеж, 1997.

15. Трофимов И.А. Методологические основы аэрокосмического картографирования и мониторинга природных кормовых угодий. М., 2001.

16. Кормопроизводство: системообразующая роль и основные направления совершенствования в Центрально-Черноземной полосе России / А.С. Шпаков, И.А. Трофимов и др. Москва; Воронеж, 2001.

17. Косолапов В.М., Трофимов И.А., Трофимова Л.С. Кормопроизводство - стратегическое направление в обеспечении продовольственной безопасности России: теория и практика М., 2009.

18. Агроландшафтно-экологическое районирование и адаптивная интенсификация кормопроизводства Центрального экономического района Российской Федерации / А.С. Шпаков, И.А. Трофимов и др. М., 2005.

19. Агроландшафтно-экологическое районирование и адаптивная интенсификация кормопроизводства Поволжья. Теория и практика / под ред. В.М. Косолапова, И.А. Трофимова. Москва; Киров, 2009.

20. Агроландшафты Поволжья. Районирование и управление / В.М. Косолапов, И.А. Трофимов, Л.С. Трофимова, Е.П. Яковлева. Москва; Киров, 2010.

21. Трофимов И.А., Трофимова Л.С., Яковлева Е.П. Кормопроизводство в развитии сельского хозяйства России // Адаптивное кормопроизводство. 2011. № 1. С. 4-8. иЯЬ: http://www.adaptagro.ru (дата обращения: 10.03.2014).

1583

22. Косолапое В.М., Трофимов И.А., Трофимова Л.С., Яковлева Е.П. Средообразование и кормопроизводство // Адаптивное кормопроизводство. 2012. № 3. С. 16-19. иЯЬ: http://www.adaptagro.ru (дата обращения: 10.03.2014).

23. Трофимова Л.С., Кулаков В.А., Новиков С.А. Продуктивный и средообразующий потенциал луговых агрофитоценозов и пути его повышения // Кормопроизводство. 2008. № 9. С. 17-19.

24. Трофимова Л.С., Кулаков В.А. Управление травяными экосистемами из многолетних трав // Вестник Российской академии сельскохозяйственных наук. 2012. № 4. С. 67-69.

25. Трофимов И.А., Трофимова Л.С., Яковлева Е.П. Повышение продуктивности и устойчивости сельскохозяйственных земель России // Зерновое хозяйство России. 2011. № 4. С. 46-56.

Поступила в редакцию 1 июля 2014 г.

Trofimov I.A., Trofimova L.S., Yakovleva E.P. SYSTEMS APPROACH DEVELOPMENT IN STUDY OF AGROECOSYSTEMS AND AGROLANDSCAPES

A model and principles for the study, assessment, zoning, and construction management of agroecosystems and agrolandscapes are developed. Principles (of systems approach, emergence, environmental frame landscape, ecological balance, multi-level and multi-factor adaptation, biodiversity, ecologiza-tion, unity of economy and ecology and others) are designed to increase of adaptability, sustainability, resource conservation and environmental role of agroecosystems and agrolandscapes.

Key words: systems approach; agrolandscapes; environmental management.

Трофимов Илья Александрович, Всероссийский научно-исследовательский институт кормов им. В.Р. Вильямса Россельхозакадемии, г. Лобня, Московская область, Российская Федерация, доктор географических наук, старший научный сотрудник, зам. директора по научной работе, зав. лабораторией геоботаники, e-mail: viktrofi@mail.ru

Trofimov Ilya Aleksandrovich, All-Russian Research Institute of Feed named after V.R. Williams RAAS, Lobnya, Moscow region, Russian Federation, Doctor of Geography, Senior Research Worker, Deputy Director for Scientific Worker, Head of Laboratory of Geobotany, e-mail: viktrofi@mail.ru

Трофимова Людмила Сергеевна, Всероссийский научно-исследовательский институт кормов им. В.Р. Вильямса Россельхозакадемии, г. Лобня, Московская область, Российская Федерация, кандидат сельскохозяйственных наук, доцент, ведущий научный сотрудник лаборатории геоботаники, e-mail: viktrofi@mail.ru

Trofimova Lyudmila Sergeyevna, All-Russian Research Institute of Feed named after V.R. Williams RAAS, Lobnya, Moscow region, Russian Federation, Candidate of Agriculture, Leading Research Worker of Laboratory of Geobotany, e-mail: viktrofi@mail.ru

Яковлева Елена Петровна, Всероссийский научно-исследовательский институт кормов им. В.Р. Вильямса Рос-сельхозакадемии, г. Лобня, Московская область, Российская Федерация, старший научный сотрудник лаборатории геоботаники, e-mail: viktrofi@mail.ru

Yakovleva Elena Petrovna, All-Russian Research Institute of Feed named after V.R. Williams RAAS, Lobnya, Moscow region, Russian Federation, Senior Research Worker of Laboratory of Geobotany, e-mail: viktrofi@mail.ru

1584