Эколого-агрохимические аспекты развития современного земледелия

УДК 631.95

Эколого-агрохимические аспекты

развития современного земледелия

С.И. Новосёлов

Марийский государственный университет, Йошкар-Ола

Для сохранения почвенного плодородия целесообразным является в севообороте возделыва -ние многолетних бобовых трав, использование комбинированной обработки почвы, отказ от чистых паров и переход к сидеральным, обеспечение насыщенности пашни органическими удобрениями не менее 10 т/га.

To preserve soil productivity in crop rotation it is reasonable to grow perennial leguminous plants, to use a combined way of soil processing, with organic fertilizers in the proportion of not less than 10 tons per hectare to make arable land more saturated, and avoid bare fallows.

Основной целью земледелия было и остается обеспечение населения продуктами питания. Как писал еще в XIX веке К. Маркс: «Производство продуктов питания является самым первым условием жизни непосредственных производителей и всякого производства вообще».

В настоящее время на земле проживает около 6 млрд человек. Из них 16 %, или 1 млрд, ежегодно испытывают недостаток в продуктах питания или голодают. 1/3 из них дети. В год от голода умирают 14 млн детей в возрасте до 4 лет, а число голодающих увеличивается на 100 млн человек. Парадокс состоит в том, что основными производителями продуктов питания являются развитые страны, в которых проживает 20 % населения, а увеличение численности происходит за счет развивающихся стран. Положение усугубляется тем, что происходит изменение соотношения численности населения развитых и развивающихся стран. Так, если в 1950 году оно составляло 1:2, то в 2000 - 1:4. Проблема увеличения производства требует незамедлительного решения, иначе неминуем продовольственный кризис.

Прошедшие два века для мирового сельского хозяйства прошли под знаменем всесторонней интенсификации производства, которая, несмотря на огромный положительный эффект, привела и к появлению ряда негативных явлений, таких как снижение биоразнообразия, загрязнение атмосферы и гидросферы, усиление деградационных процессов, ухудшение качества производимой продукции. Быстрое становление экологии как биологической науки привело к ее развитию до уровня глобальной науки, вовлекшей в свою сферу все виды человеческой деятельности. Не является исключением и земледелие, которое из нау-

ки, считавшей ранее основным показателем экономическую эффективность, меняет свои приоритеты и все более приобретает экологическую направленность. Экологизация земледелия является закономерным процессом, вызванным необходимостью защиты окружающей среды от надвигающейся экологической катастрофы.

Сейчас в истории человечества наступил период смены приоритетов, переоценки ценностей, формирования новых алгоритмов развития. Экологизация земледелия разворачивает вектор интенсификации от «достигнутых высот преобразования природы» к сотрудничеству с ней, к приближению антропогенных процессов к природным. В настоящее время слова, сказанные И.В. Мичуриным: «Мы не можем ждать милости от природы, взять их у нее наша задача», кажутся не такими уж однозначными и бесспорными.

Экологические последствия сельскохозяйственной деятельности человека в 60-70 годы привели к появлению различных форм альтернативного земледелия (органического, экологического, биодинамического, биологического), предполагающих полный или частичный отказ от промышленных удобрений и химических препаратов. Существующие формы альтернативного земледелия мало различаются по своей сути. Представляющие их организации объединились в 1972 году в Международную федерацию органического земледелия. Все эти школы не получили поддержки у большинства фермеров и ученых. Доля альтернативного земледелия колеблется на уровне одного процента от числа ферм. Эта категория часто критикуется как ненаучная и не отвечающая решению задач обеспечения населения продовольствием. Переход сельскохозяйственного производства к альтернативным сис-

темам привел бы к резкому снижению качества жизни подавляющего большинства населения, сокращение производства продуктов питания - к голоданию миллионов людей. Немаловажным представляется и другой аргумент. Переход на альтернативные позиции привел бы к необходимости распашки новых территорий, уничтожению среды обитания диких видов фауны и флоры, сокращению площади лесов, что весьма негативно сказалось бы на экологическом благополучии планеты.

Эффективность решения экологических задач в значительной мере определяется уровнем интенсификации агропромышленного производства. В постиндустриальных странах задача экологизации земледелия заключается в преодолении чрезмерной интенсификации, особенно в отношении применения агрохимика-тов. Фактически современные высокоинтенсивные системы земледелия постепенно развиваются в направлении их биологизации путем постепенной замены техногенно-химических средств биологическими: сокращения применения пестицидов по мере создания сортов растений, устойчивых к вредным организмам, усиления роли биологического азота за счет создания новых штаммов азотфиксирующих организмов и регулирования процессов азотфиксации в почвах, создания экологически более безопасных химических и биологических препаратов нового поколения (на основе природных соединений и их аналогов) и т.д. Особую перспективу в данном отношении представляют возможности генной инженерии, в особенности создание трансгенных организмов. С середины 90-х годов начался новый этап технологической революции в земледелии, связанный с освоением трансгенных сортов и гибридов, составляющих альтернативу пестицидам.

Таким образом, экологизация земледелия в этих странах развивается одновременно с интенсификацией, которая приобретает все более наукоемкие формы, следуя за развитием научно-технического прогресса. Подавляющее большинство товаропроизводителей идет по пути совершенствования действующих моделей интенсивного сельскохозяйственного производства, а не альтернативных систем. Анализируя западные модели высокоинтенсивного агропромышленного производства, нетрудно видеть, что они не под силу большинству государств. Они требуют больших затрат энергии, материально-технических средств и соответственно государственных субсидий. В частности, половина бюджета Европейского Союза, то есть более 50 млрд долларов в год, уходит на поддержку сельского хозяйства.

Обращаясь теперь к проблемам экологизации земледелия в странах с менее развитой экономикой -

постсоциалистических и так называемого третьего мира, следует исходить из принципиально иных характеристик их сельскохозяйственного производства, определяемых дефицитом продовольствия и преимущественно экстенсивным ведением земледелия. Основные проявления экологического неблагополучия этих стран связаны именно с преобладанием экстенсивного хозяйствования. Суть экстенсивного земледелия заключается прежде всего в сплошной массовой распашке земель по традиционным шаблонам, что ведет к усилению деградационных процессов и снижению гумуса в них. Развивается на огромных площадях водная и ветровая эрозия. Эти и другие дегра-дационные процессы усиливаются нерациональным размещением угодий и культур. Для преодоления де-градационных процессов требуется применение почвозащитных и мелиоративных систем земледелия, что невозможно или затруднительно без использования удобрений, мелиорантов, пестицидов. Например, замена вспашки плоскорезной обработкой, необходимой на эрозионноопасных почвах, снижает урожайность зерновых культур, если не применяются азотные удобрения и гербициды. Чтобы сократить долю чистого пара в эрозионных ландшафтах, необходимы азотные удобрения и в значительной мере гербициды. Для мульчирования поверхности почвы соломой в целях повышения устойчивости ее к эрозии, уменьшения испарения влаги и улучшения режима органического вещества необходимо применение азотных удобрений и т.д. Все это означает, что экологизация земледелия невозможна без использования средств химизации. Очевидно, в таких условиях развитие земледелия должно осуществляться по пути адаптивной интенсификации, т.е. дифференциации в соответствии с разнообразными природными условиями, более полного использования адаптивного потенциала растений, их устойчивости к неблагоприятным условиям хозяйствования, регулирования продуктивности агро-ценозов современными средствами интенсификации при обеспечении устойчивости агроландшафтов. В развивающихся странах, даже при небольших объемах применения пестицидов, негативные последствия оказываются весьма существенными. Причины их многообразны: отсутствие необходимой законодательной и нормативной базы, слабая оснащенность лабораториями, современными приборами и оборудованием, низкая культура земледелия и квалификация работников, низкая урожайность и т.д. Подавляющее большинство отравлений людей пестицидами фиксируется в развивающихся странах. Здесь же наиболее заметно проявилось включение их в пищевые цепи, загрязнение источников питьевой воды, развитие устойчивости к ним многих видов вредных организмов.

Особую опасность представляет использование в развивающихся странах устаревших более дешевых, но очень опасных препаратов. Тенденция расширения экспорта, а иногда перенос производства пестицидов в страны третьего мира, а также широкий спектр специфических для этих стран факторов риска драматизируют и без того сложную ситуацию. Развивающиеся страны нередко становятся полигоном для испытания новых токсических веществ. По мере того как рынок пестицидов в западных странах насыщается и ужесточается, пестицидная индустрия все больше нацеливается на рынки развивающихся стран. Морально устаревшие пестициды иногда начинают производить сами развивающиеся страны из-за ограниченных финансовых ресурсов.

Перспектива российского земледелия в начале нового века просматривается весьма туманно. В начале ХХ-го века (1908-1912) средний урожай зерна в Западно-Европейских странах (Дания, Бельгия, Германия, Голландия, Англия) составлял от 20 до 28 ц/га, а в России 7 ц/га. В то время в Германии уже применялось минеральных удобрений по 290 кг/га п.в., в Голландии - 500 кг/га, а в России - по 6 кг/га п.в. Спустя 100 лет, на начало 21 века урожайность зерновых культур в странах Европы достигла 60-80 ц/га, а в России - 13 ц/га. Мы производим на душу населения зерна менее 400 кг, а необходимо производить по 1 тонне.

В 90-х годах была предпринята попытка освоения интенсивных агротехнологий. Итоги ее продемонстрировали, с одной стороны, возможности удвоения и утроения урожайности в передовых хозяйствах, и, с другой - многочисленные факты загрязнения продукции и окружающей среды вследствие низкого профессионального уровня товаропроизводителей. Последовавшая негативная реакция общественности переросла в агрохимический нигилизм. Вместо совершенствования агротехнологий и повышения квалификации специалистов стало модным осуждать интенсивные агротехнологии. Тем временем налаженное производство минеральных удобрений было повернуто на экспорт, что весьма способствовало развитию западноевропейской аграрной экономики, а производство средств защиты растений вообще ликвидировано. В настоящее время в России используется только 10-12 % производимых в стране удобрений. Лишенное удобрений земледелие страны не только не стало экологическим или органическим, а оно стало откровенно экстенсивным. Активизировались деградацион-ные процессы. Окультуренные дерново-подзолистые почвы без известкования и внесения органических и минеральных удобрений возвращаются в исходное или близкое к нему состояние. Без внесения извести почва возвращается к своей природной кислотности

через 10-15 лет, без применения удобрений содержание фосфора и калия снижается до природного через 7-8 лет. Без азотных удобрений снижается эффективность безотвальных и минимальных обработок, поскольку они усиливают дефицит азота, особенно при оставлении соломы. Таким образом, под угрозой оказывается применение почвозащитных систем земледелия.

В настоящее время государственными структурами реальная ситуация в АПК не оценивается всесторонне, а сценарий развития его в 21 веке вряд ли реалистичен. Считают, что для России вполне достаточно производить 70-75 млн т зерна в год, что это количество может быть получено за счет местных почвенно-климатических ресурсов с минимальными вложениями. Такая политика, по-видимому, является ошибочной, поскольку не решает продовольственной проблемы страны и не обеспечивает ее безопасность.

В Марий Эл, как и в России, интенсивное применение минеральных удобрений началось в 60-х годах прошлого века, то есть менее 50 лет назад. Результаты химизации земледелия говорят сами за себя (табл. 1). По данным станции химизации, за 30 лет применения удобрений с 1965 по 1995 годы содержание подвижного фосфора в почве возросло с 5,4 до 22,6 мг/100 г, а калия - с 9,5 до 12,7 мг/100 г. Почвенная кислотность снизилась с 5,1 до 5,8 (табл. 2). Это способствовало более полной реализации потенциала продуктивности сортов сельскохозяйственных культур, повышению окупаемости удобрений прибавкой урожая, обеспечивало положительный баланс питательных веществ в севообороте. Начиная с 1994 года, были свернуты работы по фосфоритованию и известкованию почв. Более чем в 10 раз сократилось применение минеральных и в 5 раз органических удобрений. В среднем за 2001-2005 годы насыщенность севооборотов органическими удобрениями составила 1,7 т/га, а минеральными - 11 кг/га. Это незамедлительно сказалось на почвенном плодородии. К 2005 году содержание фосфора снизилось до 16, а калия - до 10,1 мг/100 г. Наметились тенденции к подкислению почвы и снижению содержания гумуса. За последние годы ситуация еще более обострилась.

Таблица 1 - Применение удобрений и урожайность

по пятилеткам в Республике Марий Эл

Показатель 19611965 гг. 19861990 гг. 19911995 гг. 20012005 гг.

Внесено минеральных удобрений в среднем за год кг/га д.в. 27 205 108 11

Внесено органических удобрений в среднем за год т/га 1,8 9,4 6,5 1,7

Урожайность, ц/га 6,8 17,4 19,0 13,7

Исследованиями, проведенными в Марийском государственном университете, установлено, что для увеличения содержания в почве доступного фосфора на 1 мг/100 г необходимо внести сверх выноса культурой 45 кг/га Р2О5, а калия - 30 кг/га д.в. У хозяйств таких возможностей пока нет. На сегодняшний день по Республике вносится менее 10 кг/га п.в. удобрений. А это означает, что процесс деградации почв продолжается и в ближайшее время ситуация вряд ли улучшится. В таких условиях целесообразнее говорить не о повышении, а о сохранении плодородия.

Таблица 2 - Динамика агрохимических показателей почвы

Республики Марий Эл

Год рн Р2О5 мг/100г К2О мг/100г Гумус, %

1965 5,1 5,4 9,5 -

1995 5,8 22,6 12,7 1,85

2005 5,7 16,0 10,1 1,82

По самым скромным подсчетам для обеспечения бездефицитного баланса питательных элементов необходимо в масштабах республики вносить ежегодно около 30 тыс. т д.в. минеральных удобрений (табл. 3). Оптимальные количества удобрений составляют порядка 80 тыс. т д.в. в год.

Таблица 3 - Потребность в удобрениях земледелия Российской

Федерации и Марий Эл

Уровень Российская Марий Эл,

потребности Федерация, млн т тыс. т

Минимальный 7,1 20,0

Поддерживающий 11,8 30,0

Оптимальный 26,0 80,0

Таблица 4 - Влияние обработки почвы и удобрений на содержание гумуса, %

Вариант До закладки опыта, 1990 г. Обработка почвы

вспашка комбинированная

Без удобрений 1,85 1,72 1,75

№К 1,85 1,71 1,75

Навоз 80т/га 1,85 1,96 2,08

Важное значение в обеспечении сохранности почвенного плодородия играют удобрения и система обработки почвы. Исследования, проведенные нами на опытном поле университета в СПК «Нива», показывают, что использование в севообороте (викоовсяная

смесь, озимая рожь, картофель, ячмень) комбинированной обработки почвы по сравнению с ежегод-нойвспашкой обеспечивало снижение темпов минерализации гумуса, а применение навоза увеличивало содержание гумуса в почве (табл. 4). Расчеты показывают, что при традиционной обработке почвы снижение содержания гумуса в почве составляло 0,9 % в год, а при комбинированной - 0,7 %. При этом продуктивность севооборота с комбинированной обработкой почвы была выше.

Важная роль в сохранении почвенного плодородия принадлежит севообороту. В условиях дерново-подзолистой почвы юга таежно-лесной зоны наибольшую продуктивность обеспечивают севообороты с занятым и сидеральным парами. Эти севообороты обеспечивали и большее содержание гумуса в почве (табл. 5).

Таблица 5 - Влияние севооборота и удобрений на содержание гумуса в почве

Вариант Севооборот

чистый пар, озимая рожь, картофель, ячмень, клевер, озимая пшеница чистый пар + укосный сидерат, озимая рожь, картофель, ячмень, клевер, озимая пшеница занятый пар, озимая рожь, картофель, ячмень, клевер, озимая пшеница сидераль-ный пар, озимая рожь, картофель, ячмень, клевер, озимая пшеница

Без удобрений 1,74 1,74 1,82 1,84

№К 1,67 1,75 1,79 1,78

ОТК+ навоз 2,03 2,03 2,12 2,16

навоз 1,98 1,98 2,02 2,06

При закладке опыта в 2002 г. содержание гумуса составляло 1,97 %.

В варианте без удобрений в севообороте с чистым паром за годы исследований содержание гумуса снизилось на 0,23 %, а с сидеральным паром - на 0,13 %. Темпы минерализации гумуса в год соответственно составили 1,9 и 1,1 %.

Таким образом, в целях сохранения почвенного плодородия, целесообразным является в севообороте возделывание многолетних бобовых трав, использование комбинированной обработки почвы, отказ от чистых паров и переход к сидеральным, обеспечение насыщенности пашни органическими удобрениями не менее 10 т/га.