Земледелие XXI века

В XX веке перед сельским хозяйством стояла задача резкого увеличения производства продуктов питания.

Повышение урожайности сельскохозяйственных культур основывалось на максимальном использовании техногенных приёмов: химизации и индустриализации. Реализация такой концепции позволила быстро добиться повышения эффективности земледелия, но другой её стороной стало ухудшение состояния окружающей среды. 

Широкое использование минеральных удобрений и ядохимикатов привело к тому, что их остатки обнаруживаются в продуктах питания в количествах, превосходящих установленные санитарно-гигиенические нормы. 

Реки и озёра загрязняются смываемыми с сельскохозяйственных угодий соединениями азота и фосфора. Это стимулирует массовое размножение синезелёных водорослей, в результате чего водные экосистемы изменяют устойчивое состояние и постепенно утрачивают хозяйственное и рекреационное значение. Вода в них становится непригодной для питья, ухудшается видовой состав рыбы, снижается её численность.

Применение высокопроизводительной техники, упрощение технологических процессов подготовки почвы, ухода за растениями и уборки сельскохозяйственных культур требуют укрупнения территорий с однородным составом растительности. Практически это выгодно, однако в результате создаются условия для возникновения водной и ветровой эрозии.

Мощная тяжёлая техника уплотняет почву, ухудшает её свойства. Даже при однократном проходе трактора урожайность по его следу снижается на 25–30%.

Современные сельскохозяйственные ландшафты бедны различными видами организмов, поэтому агроэкосистемы и биогеохимические потоки в них неустойчивы. Даже слабые возмущающие факторы заметно снижают эффективность сельского хозяйства.

Упрощение агроландшафтов создает благоприятные условия для размножения вредных организмов.

Ядохимикаты не уменьшают ущерб, наносимый сорняками, вредителями и возбудителями болезней, поскольку возникают популяции, невосприимчивые к средствам защиты. По последним данным, в мире более чем у 400 видов насекомых сформировалась устойчивость к ядохимикатам.

Применение минеральных удобрений иногда приводит к быстрому разрушению органического вещества почв, ухудшению их физико-химических параметров и биологических свойств. При этом изменяется структура почвенного ценоза: снижается доля отдельных, в том числе очень важных видов, например, микроорганизмов, способных к азотфиксации. В конечном итоге такая система землепользования медленно, но неуклонно снижает качество почв. 

Для получения высоких урожаев на таких почвах надо увеличивать дозы минеральных удобрений, что, в свою очередь, увеличивает отрицательное воздействие на почвы. Возникает замкнутый круг.

В конце XX века в аграрной науке началось формирование новой концепции. Если прежняя концепция ориентировалась на использование технологических приёмов, целесообразность которых оценивалась только по прибавке урожая, то новая концепция рассматривает культурное растение как часть сложной агроэкосистемы.

Появляются эколого-биосферные способы ведения сельского хозяйства, при которых сохранение и повышение плодородия почв и урожайности сельскохозяйственных культур достигается путём создания устойчивых агробиогеоценозов, не нарушающих биогеохимические потоки в агроландшафтах и использующих естественные процессы в биосфере. 

Приоритет в обработке почв получают ресурсосберегающие приёмы, предпочтительные и с агротехнических, и с экономических позиций. 

В повышении плодородия почв основная роль отводится органическим удобрениям: торфу, навозу, компостам, соломе, сидеральным культурам – они благоприятно влияют на физико-химические и, что особенно важно, на биологические свойства почвы. 

Живые организмы в почве – мелкие позвоночные, земляные черви, насекомые, простейшие, водоросли, грибы и бактерии – обладают способностью переводить недоступные для растений химические элементы в усваиваемую форму, что улучшает минеральное питание растений.

Повышение содержания азота в почве достигается за счёт выращивания бобовых культур, то есть использования естественного процесса биологической азотфиксации. При этом в почве остается до 300 кг/га азота, связанного клубеньковыми бактериями. Этого достаточно для получения высоких урожаев последующих культур. 

Биологическое связывание азота осуществляется и свободноживущими почвенными микроорганизмами, заселяющими прикорневую зону многих растений, что составляет в умеренной климатической зоне 15–30 кг/га.

На опытных участках обработка растений огурца, томата и картофеля штаммами азотфиксирующих бактерий увеличивала урожай этих культур на 20–30%.

Кроме этих достаточно традиционных способов повышения плодородия почв и урожайности есть и новые, такие, например, как усиление выделительных свойств корневых систем растений. 

Корневые системы выделяют в почву большое количество органических веществ – до 5 т/га ежегодно, то есть их общий объём сопоставим с урожаем надземной массы и внесением органических удобрений. Таким образом одновременно с обогащением почвы активизируется весь комплекс почвообразовательных процессов. Этот экологически безопасный способ повышения плодородия почв не требует значительных энергетических, финансовых, ресурсных и трудовых затрат. Достаточно лишь получить растения с усиленной выделительной функцией корневой системы, а это при современных методах селекции не представляет особого труда.

Значительное место в эколого-биосферных системах земледелия уделяется агроландшафту. Функционирование агроэкосистем в благоприятных условиях позволяет избежать загрязнения и разрушения природных объектов, находящихся в зоне их влияния, и в то же время целенаправленно регулировать биогеохимические потоки. Для создания таких условий помимо сохранения естественных фитоценозов необходимы структурные компоненты – сенокосы, пастбища, участки леса, лесополосы, водоёмы, обеспечивающие заселение территорий различными видами организмов. При этом повышается устойчивость агроэкосистем.

В агроландшафте важную роль играют леса и лесополосы. Они повышают его экологическую ёмкость, благоприятно воздействуют на климат. 

Урожайность сельскохозяйственных культур на облесенной территории повышается на 15–25%. 

Лес и лесополосы влияют на биогеохимические потоки: они задерживают поверхностный сток твёрдых частиц, значительно уменьшают вынос с водными потоками хорошо растворимых соединений, защищают природные объекты от загрязнения.

Наряду с оптимизацией агроландшафта, в эколого-биосферных системах земледелия большое внимание уделяется организации агрофитоценозов.

Сельскохозяйственные посевы только из одной культуры удобны с хозяйственной стороны (упрощаются посев, уход, уборка), но они очень неустойчивы: быстро снижается плодородие почв, идёт массовое размножение сорняков, вредителей и возбудителей болезней. Усложнение структуры агрофитоценоза позволяет повысить его устойчивость, а заодно оптимизировать условия среды по влиянию на культурные растения и нежелательные компоненты агробиогеоценоза.

В истории земледелия многовидовые посевы используются давно. Наибольшее распространение смешанные культуры получили в Африке и Индокитае, где крестьяне до настоящего времени используют посевы, состоящие из 5–10 культур. 

Главное преимущество смешанных посевов состоит в эффективном использовании факторов окружающей среды, поэтому они, с учётом урожайности всех культур, характеризуются более устойчивой продуктивностью, чем одновидовые посевы. Так, включение бобовых в посев злаковых культур положительно влияет на качество сена, сенажа, силоса – в них повышается содержание сырого протеина, улучшается аминокислотный и минеральный состав. В то же время выращивание гороха совместно с культурами, имеющими прочный стебель, предотвращает его полегание. 

Однако сочетание культур, соотношение их численностей, пространственное распределение и т.д. до последнего времени определялись чисто практическим путём.

При научном подходе к конструированию агрофитоценозов должны учитываться характер пространственного расположения листьев растений, их форма и ориентация, реакция на изменение интенсивности освещения, требовательность к влажности почвы, тип и особенности корневой системы, динамика потребления минеральных элементов, способность усваивать питательные вещества из труднодоступных соединений, особенности развития по фенологическим фазам.

Сельскохозяйственные культуры существенно отличаются по свой требовательности и устойчивости к факторам окружающей среды. Некоторые, например, не выносят малоплодородных или кислых почв. Эта проблема традиционно решалась такими методами, как повышение доз минеральных удобрений, известкование и т.п., которые требуют значительных затрат и вредно влияют на состояние окружающей среды. 

В эколого-биосферных системах должны использоваться такие культуры, адаптивный и генетический потенциал которых позволяет нейтрализовать неблагоприятные условия. Так, многолетние бобовые травы могут давать высокие урожаи и на малоплодородных почвах, а картофель и люпин – на кислых. Подбор культур с максимальным учётом биологических особенностей позволит существенно уменьшить затраты на их выращивание.

Итак, достоинство индустриальной системы земледелия – быстрое повышение продуктивности. Когда же урожайность должна устойчиво повышаться в перспективе, предпочтение следует отдать эколого-биосферной системе. 

Но внедрение эколого-биосферных систем земледелия потребует усилий. Во-первых, разработка теоретических основ новых систем и их практическая проверка не завершены. Во-вторых, освоение эколого-биосферных систем будет сдерживаться общими экономическими проблемами, которые испытывает наше государство. В-третьих, у сельскохозяйственных предприятий нет экономической заинтересованности в переходе на экологически безопасные формы хозяйствования. Наконец, в-четвертых, в России пока ещё не сформировался рынок экологически чистых продуктов питания. Все эти причины будут сдерживать переход земледелия на следующую ступень развития.

Эколого-биосферные системы земледелия представляют собой одно из наиболее перспективных и научно обоснованных решений. От правильности выбора будут во многом зависеть условия жизни людей в XXI веке.