Эффективность землепользования и экологическая безопасность агроландшафтов в различных регионах России

эффективность землепользования и экологическая безопасность агроландшафтов в различных регионах россии

д. г. ольгаренко

московский государственный университет природоустройства

В настоящее время в мире более 30 % всей сельскохозяйственной продукции получается с орошаемых земель, составляющих менее 17 % от площади используемых сельскохозяйственных земель. В регионах с аридным климатом, обладающих высокими теплоэнергетическими ресурсами и недостаточной естественной влагообеспеченнос-тью, продуктивность орошаемого гектара в 3—5 раз выше богарного, а эффективность использования удобрений выше в 2—3 раза. Без орошения практически невозможно обеспечить рентабельное производство овощей, фруктов, кормов, вообще нельзя получить урожай риса и хлопчатника [1].

Однако, как показывает опыт эксплуатации крупных орошаемых массивов, техника орошения должна быть адаптивной, т. е. дифференцированной по территории и во времени с учетом различия природных особенностей регионов, что обеспечивает ресурсосбережение и экологическое равновесие природной среды.

Территория России отличается значительным разнообразием природных условий по регионам,

что осложняет задачу объективного выбора техники полива. Достаточно отметить, что около 80 % агроландшафтов расположено в зонах с недостаточным увлажнением, с часто повторяющимися засухами и суховеями, резко снижающими урожайность и валовые сборы сельскохозяйственной продукции (табл. 1).

Орошение оказывает сложное комплексное воздействие на водно-воздушный, солевой, тепловой, газовый и питательный режимы почвогрунтов, влияет на все факторы жизни растений. Данное воздействие сложно выражается и в стоимостных показателях. Учет отрицательных изменений, вызываемых в природно-биологических ресурсах и различных процессах, протекающих в агроценозах, может значительно снижать расчетную эффективность орошения [2].

Оценка экологических последствий применения оросительной техники необходима как обязательная составная часть методики определения эффективности орошения, что позволит более обоснованно подходить к решению вопроса о це-

Таблица 1

Показатели тепло- и влагообеспеченности по регионам с различными почвенно-климатическими условиями

Зона Осадки, мм Ег > 10° р/Ео Дефицит увлажнения, мм Вероятность очень засушливых лет, %

апрель-сентябрь

Сухая полупустынная зона 90—120 3500 0,22 780—750 45

Очень засушливая степная зона 160—180 3400 0,33—0,22 700—650 25

Засушливая степная зона 200—250 3400 0,5—0,3 500—550 20

Полузасушливая степная зона 250—300 3400 0,7—0,5 400—450 15

Слабозасушливая степная зона 350—380 3200 1,0—1,7 300—350 10

Полувлажная лесостепная зона 400—550 3100 1,3—1,0 200—250 5

Влажная зона, лесная 600—650 2800 1,3 100 —

Примечание: ЕГ — сумма температур за период с температурой выше 10°; Р/Ед — отношение осадков к испаряемости (мм/год).

Эколого-экономическая э< ресурсосберегающе! >фективность применения \ техники орошения

Экономические показатели Технико-эксплуатационные показатели Экологические и социальные показатели

Урожайность сельскохозяйственных культур Уровень управляемости производственным процессом Эргономичность, условия труда, уровень зарплаты

Капитальные вложения Материалоемкость и энергоемкость Потери гумуса и питательных веществ почвы

Эксплуатационные затраты Трудоемкость Недобор урожая вследствие деградации земель

Валовая продукция на орошаемых землях Качество технологического процесса Природоохранные затраты

Прибыль от реализации продукции, выращиваемой на орошаемых землях

КПД, КЗИ, коэффициент надежности и т.д. Уровень загрязнения природной среды

Рентабельность Производительность Новые рабочие места, создание инфраструктуры

Рис. 1. Показатели, формирующие эколого-экономическую эффективность применения ресурсосберегающей техники в орошении

лесообразности осуществления инвестиционных проектов с оросительной техникой (рис. 1).

Существующие методики оценки эффективности с достаточной степенью точности позволяют определить средние агроэкологические и технико-эксплуатационные характеристики дождевальных машин, но они в недостаточной степени дифференцированы по конкретным почвенно-климатичес-ким, организационно-хозяйственным и экологическим условиям региона[3].

Актуальной представляется проблема экологической безопасности агроландшафтов. По нашему мнению, целесообразно применение специальной методики определения экологического ущерба, причиняемого орошаемым почвам основными типами дождевальной техники, имеющей технологические параметры, не соответствующие нормативным требованиям охраны окружающей среды (рис. 2).

Все виды воздействия технологического процесса орошения, сгруппированные в один коэффициент К с учетом пяти коэффициентов Кк, К, Км, Кн, Кф являются осредненными и не учитывают особенности, применения техники в конкретных регионах (табл. 2).

Для почвенно-климатических условий конкретного региона значения критериев примене-

ния техники могут быть различными, что требует рассмотрения тенденций изменения критериев в зависимости от типа техники и региона ее применения, а также дифференциации параметров с учетом биоклиматического потенциала региона в целях полного охвата амплитуды воздействия.

В любой почвенно-климатической зоне страны естественные условия формируют базовый урожай g0 основанный на приемах обработки почвы, применении органических и минеральных удобрений, химических средств защиты растений.

Установлено, что прибавка урожая от орошения Ag увеличивается в направлении повышения аридности регионов, но одновременно возрастает и величина экологических воздействий и ущерба.

В направлении большей аридности возрастает изменчивость и влияние таких климатических факторов, как среднесуточная температура, инсоляция, влажность воздуха, скорость ветра, продолжительность ветровых воздействий. Все это ухудшает качество полива дождеванием большинством технических средств. На величину ущерба влияют механический состав, степень гумусированности, структурный состав, содержание солей и другие агрохимические и агрофизические параметры почвы.

Возрастание оросительной нормы, а следовательно, и числа поливов в сухостепной зоне, соответственно увеличивает долю ущерба от работы

Таблица 2

Коэффициенты оценки дождевальной техники по основным показателям, влияющим на экологическую обстановку в агроценозах

Дождевальная техника

Критерии Характеристики «Фрегат-Н» «Кубань-ЛК-1» «Волжанка» «ШДМ» ЭДМФ «Кубань-М» ДДН ДДА 100 ВХ КИ-5 Сигма Стац. дожд. системы

Воздействие кинети-

Кк ческой энергии дождя и опорных устройств (двигателей) на расстояния и посевы 0,02 0,01 0,08 0,01 0,15 0,10 0,08 0,06

Снижение уровня

К э плодородия почвы из-за эрозионных процессов 0,02 0,01 0,05 0,01 0,05 0,03 0,02 0,02

Км Миграционные явления в почвогрунте 0,01 0,01 0,02 0,01 0,02 0,01 0,01 0,01

Неравномерное рас-

Кн пределение поливных норм и слоя осадков по площади полива 0,15 0,17 0,30 0,07 0,35 0,25 0,28 0,25

Горизонтальное

кф перемещение влаги и фильтрационные явления 0,02 0,01 0,05 0,01 0,03 0,02 0,01 0,01

ИТОГО : (К) • 10—1 0,24 0,20 0,50 0,10 0,60 0,46 0,40 0,35

технических средств с технологическими параметрами, имеющими отклонения от требований экологической безопасности. Оросительная норма дифференцируется по почвенно-климатическим зонам, элементам рельефа и культурам (табл. 3).

Возможная урожайность g / при оптимизации факторов жизни растений и ущерб (потерянная прибавка урожая 8 ) рассчитываются на основе системы уравнений, имеющих вид:

g/= g+Дg +8^ = g 0+Д g,

где: g0 — базовый урожай культуры, формируемый в естественных условиях увлажнения и при минимальной влагообеспеченности; Дg — реальная прибавка урожая от дождевания, зависящая от восполнения дефицита влаги; 8^ — величина недобранной прибавки урожая из-за несоответствия ряда технических и технологических параметров дождевальной машины, зависящая от величины оросительной нормы и урожая орошаемой культуры; g — урожайность орошаемой культуры.

Формула потерь урожая (ущерба) одного вида культуры с единицы площади имеет вид:

8§=g •к• ,

где к — коэффициент оценки дождевальной машины по его влиянию на окружающую среду (коэффициент ущерба).

Значение гм есть произведение, состоящее из коэффициента г, отображающего зональные особенности почв, где, например, более водопрочные структурные черноземные почвы определены баллом 1, остальные орошаемые почвы оценены ниже. Коэффициент ц> связан с числом поливов и показывает затухающее значение воздействия дождя от полива к поливу. Коэффициент ц> аппроксимируется зависимостью:

П 1

* = Е1 ,

7=1 г

где п — число поливов.

Уравнение для расчета ущерба можно представить в следующем виде:

У= с ,

где у — убыток (ущерб), руб.; с — стоимость товарной продукции, руб./ц.

Поскольку определение убытка связано с конкретным экономическим годом или с каким-то временным периодом, например, периодом полной амортизации технического средства, вводятся временные индексы: ^ Т — соответствия определенному году, ряду лет, периоду амортизации.

Убыток определяется на площади одной культуры, размещенной под одной машиной ^ , нескольких культур в пределах площади обслуживания одной машины f на площади орошаемого массива по нескольким машинам ¥, а также в пределах зоны или различных климатических зон ф.

Для получения соразмерности ценовых показателей по разным временным периодам необходимы коэффициенты приведения, которые автономны по зонам, экономическим регионам Ь.

В развернутом виде формулы определения убытков построены по различному сочетанию вводимых условий.

Ниже представлен алгоритм сочетания наиболее вероятных ситуаций, по которым необходимо провести расчет при условии: разная техника, разные зоны, разные культуры:

Уи

Я5

Е ^

в, 'Ц 'в, % 'в,

•

Следующий этап расчетов — это обобщение результатов за промежуток времени — t1) и за период амортизации Т.

Данный алгоритм позволяет рассчитать величину экономического эффекта или ущерба, возникающих в результате повышения или ухудшения агроэкологического качества технологического процесса полива основных видов оросительной техники и их степени соответствия требованиям охраны природной среды конкретного региона, а также может применяться для оценки целесообразности использования технического средства в сравнении с другим видом или определения принципиальной необходимости разработки новой техники.

Таблица 3

Изменение коэффициентов ущерба урожая гм в зависимости от числа поливов дождеванием и почвенных особенностей климатических зон

¡=1

Число Значение Почвенно-климатическая зона г

поливов лесная 0,75 лесостепная 0,9 степная 1,0 сухостепная 0,8

1 1,0 0,75 0,90 1,0 0,80

2 1,5 1,125 1,350 1,50 1,20

3 1,83 1,373 1,647 1,83 1,464

4 2,07 1,553 1,863 2,07 1,656

5 2,28 1,710 2,052 2,28 1,824

Таблица 4

Величины базового урожая g 0, ожидаемой прибавки Ag в среднесухой год от орошения, недобранного урожая из-за несоответствия технологических параметров дождевания природным требованиям 8

Природно-климатическая зона g 0 А g Р g 8 g g/ N № 8 г

Единицы измерения ц/га ц/га — ц/га ц/га ц/га шт. % —

Зерновые

Лесная 15 1 0,07 16 0,6 16,6 1 4 0,75

Лесостепная 18 3 0,17 21 1,4 19,4 2 7 1,35

Степная 23 12 0,52 35 2,9 37,9 2-3 8 1,67

Сухостепная 20 8 0,40 28 2,2 30,2 3-4 8 1,56

Картофель

Лесная 140 15 0,11 155 5,8 160,8 1 4 0,75

Лесостепная 125 40 0,32 165 11,1 176,1 2 7 1,35

Степная 110 65 0,59 175 14,2 189,2 2-3 8 1,62

Сухостепная 100 80 0,80 180 14,0 194,0 3-4 8 1,56

Овощи

Лесная 350 180 0,57 530 36 566 3 7 1,37

Лесостепная 300 250 0,83 550 48 598 4-5 9 1,76

Степная 250 330 1,32 580 69 649 5-6 12 2,37

Сухостепная 200 400 2,00 606 62 662 6-8 10 2,07

Многолетние травы, з/к

Лесная 250 150 0,60 400 27 427 3 7 1,37

Лесостепная 230 180 0,77 410 36 446 4-5 9 1,76

Степная 200 220 1,10 420 52 472 5-7 12 2,45

Сухостепная 180 270 1,50 450 47 497 6-8 10 2,07

Обратимся к фактам: в ближайшие 5 лет в большинстве регионов России потребуется полная замена существующего парка дождевальной техники [4].

При сохранении существующей площади орошения в размере не менее 1,5 млн га может потребоваться: широкозахватных дождевальных машин кругового действия — 8000 шт., широкозахватных дождевальных машин фронтального действия — 3600 шт., мобильных дождевальных агрегатов, работающих от открытой оросительной сети (типа ДДА—100ВХ) — 2500 шт., шланго—барабанных дождевальных машин — 1600 шт., мобильных систем на основе быстросборных трубопроводов (комплекты по 50 га) — 2000 шт., систем микроорошения и капельного орошения (из расчета каждый комплект на 10 га) — 3000 шт. Ориентировочно капиталовложения на приобретение техники могут составить от 15,0 до 20,0 млрд руб.

Предлагаемая методика применена для обоснования наиболее рациональных вариантов реконструкции оросительных систем в различных регионах России при реализации Федеральной целевой программы «Сохранение и восстановление плодородия почв земель сельскохозяйственного назначения и агроландшафтов как национального достояния России на 2006—2010 гг. и на период до 2012 г.», предполагающей освоение 256 тыс. га орошаемых земель.

Повышение биологической продуктивности агроландшафтов, на которых предполагается использование новой техники орошения, связано с высокими показателями качества полива, ресур-со-, энерго- и водосбережения и должно обеспечить прирост урожайности сельскохозяйственных культур на 20—30 %; сокращение расхода воды на 10—15 %; исключение возможности возникновения эрозии и смыва почвы (табл. 4).

Применение современных дождевальных машин позволяет снизить затраты труда на 25—60 %, энергозатраты — на 25—50 %, материалоемкость производства — на 15—20 %. Будет обеспечена экономия ГСМ примерно 20—30 л/га, электроэнергии — на 15—20 %. Срок эксплуатации дождевальной техники составляет 10 лет.

Общественная экономическая эффективность, рассчитанная как интегральный дисконтированный доход за жизненный цикл использования оросительной техники, составит 20—25 млрд руб. Эта сумма будет складываться из прироста прибыли сельхозтоваропроизводителей в размере 15—20 млрд руб. и налогов всех уровней бюджетной системы — 710 млрд руб.

Социальный эффект выразится в увеличении производительности труда на 10—15 % и уровня автоматизации производства на 20—30 %, созда-

нии не менее 5000 новых рабочих мест. Повышение экологической безопасности техники орошения обеспечит сохранение почвенного плодородия и в результате предотвращенный экологический ущерб может составить не менее 5 млрд руб.

Таким образом, оценка и учет региональных особенностей определения экологического ущерба от несоблюдения параметров применяемой техники орошения позволят обосновать рациональные варианты ее размещения и внести реальный вклад в выполнение Федеральной целевой программы как по аридным регионам, так и в целом по России.

ЛИТЕРАТУРА

1. FAO. Production Year Book, 2003.

2. Айдаров И. П. Критерии экологической безопасности агроландшафтов. Наукоемкие технологии в мелиорации. — М., 2005.

3. Методические рекомендации по оценке эффективности инвестиционных проектов мелиорации сельскохозяйственных земель (РД—АПК 3.00.01.003—03). — М., 2002.

4. Программа работ по созданию новой модернизации существующей и освоению серийной поливной техники и ирригационного оборудования Российской Федерации на 2004—2010 годы /Под ред. Г. В. Ольгаренко. — Коломна: ФГНУ ВНИИ «Радуга», 2005.