-ккал. Однако в настоящее время человечество за одни только сутки расходует столько ископаемого органического топлива, сколько его откладывалось когда-то в среднем за 300-350 лет.
Информационные связи в ландшафтах прослеживаются как в пространстве, так и во времени. Суть их состоит в передаче территориального и временного упорядоченного разнообразия одним природным компонентом другому компоненту, и наоборот. Таким образом, компоненты как бы стремятся запечатлеть свою пространственно-временную организацию в других компонентах и геосистеме в целом. В отношении пространственной организации очень сильное информационное давление на другие природные компоненты оказывает литогенная основа. Разнообразие горных пород, а главное, неровности рельефа дневной поверхности находят соответствующее отражение в пространственной смене почвенного и растительного покрова, водного режима и микроклимата. Как территориально дифференцирована литогенная основа, так в главных чертах устроен в плане и ландшафт в целом.
Классическим примером информационного влияния рельефа на ландшафт является известное правило предварения В. В. Алехина (1882-1946), известного геоботаника, профессора МГУ. Согласно правилу предварения, на склонах северной экспозиции развивается растительность более северных зон, подзон, а на склонах южной экспозиции - более южных. В лесостепной зоне, например, склоны долин и балок, обращенные на север, как правило, заняты широколиственными лесами, а склоны южной экспозиции - степными ценозами.
В информационных ландшафтных связях можно видеть аналогию с известным принципом симметрии П. Кюри (1859-1906), согласно которому симметрия причины сохраняется в симметрии следствия. Если в указанной формуле вместо слова "симметрия" поставить слово "организация", то она в полной мере будет характеризовать суть трансляционной информации в ландшафте.
Межкомпонентные связи в ландшафте не являются абсолютно жесткими. Они носят вероятностный характер. Природные компоненты обладают некоторой степенью свободы в своем поведении. Благодаря этому, ландшафт может более или менее пластично реагировать на возмущающие импульсы внешней среды. До определенных пороговых нагрузок он способен оставаться относительно устойчивым. Н. Винер писал, что ".. .любое строение выдерживает нагрузку только потому, что оно не является стопроцентно жестким". Сравнивая ландшафт с другими природными системами, А. И. Перельман говорил: "По степени совершенства связей ландшафт сильно уступает таким системам, как кристаллы, атомы, организмы. Ландшафт - это система не только с другой природой связей, но и с более "расшатанными" связями, более слабой интеграцией".
К тем определениям ландшафтоведения как науки, которые были уже даны, можно добавить еще одно: ландшафтоведение - наука о внутриландшафтных и межландшафтных системных связях. Знание таких связей позволяет обоснованно решать многие проблемы природопользования.
. Вертикальная структура природной геосистемы
Взаимосвязанные природные компоненты образуют вертикальную структуру геосистемы. Она обладает замечательной закономерностью, которую можно назвать ландшафтной стратификацией. Все геосистемы - будь то наземные, подводные или водные - стратифицированы, т. е. распадаются по вертикали на ряд ландшафтных слоев - геогоризонтов. Каждый геогоризонт отличается от других преобладанием в своем составе тех или иных природных тел - геомасс: аэральных, водных, снего-ледовых, биогенных, биокосных, минеральных и др. Иными словами, геогоризонты образованы из той вещественной субстанции, которой располагают природные компоненты. Важнейшим фактором, обусловливающим ландшафтную стратификацию, является гравитационный. Представления о геогоризонтах были разработаны Ю. П. Бялловичем и развиты впоследствии в трудах Н. Л. Беручашвили.
Геогоризонты можно рассматривать как подсистемы вертикального разреза ("слоеного пирога") природной геосистемы. Существует их иерархия. Выделяются геогоризонты нескольких порядков. Геогоризонтами первого порядка в наземных геосистемах являются (снизу вверх): литогидрогенный (горизонт грунтовых вод); литогенный (толща горных пород в пределах зоны гипергенеза); биопедогенный - биокосный (почвенный горизонт с органикой, которая его насыщает, включая корни растений); аэрально-биогенный (наземная часть растительного покрова, животный мир, приземный воздух); аэральный (нижняя часть тропосферы).
Названные геогоризонты разделяются на слои (геогоризонты) более низких порядков. Известно, например, что в лесном фитоценозе выделяются ярусы: древостоя, кустарниковый, травянистый, моховой. Морфологический профиль почв также распадается на горизонты А, В, С. Толща поверхностных отложений может состоять из нескольких слоев покровных и коренных отложений. Грунтовые воды тоже стратифицированы: сверху могут плавать линзы пресной воды, а ниже их будут подстилать более тяжелые минерализованные воды.
Каждая элементарная геосистема обладает своей вертикальной структурой. Закономерно сменяясь в пространстве, они образуют горизонтальную структуру ландшафта, анализу которой посвящен следующий раздел пособия.
. Мелиорация агроландшафтов в системе адаптивного земледелия
Мелиорация как составная часть ландшафтного земледелия является наиболее интенсивным средством увеличения природно-ресурсного потенциала и повышения устойчивости агроландшафтов.
По методам осуществления мелиорации подразделяют на гидротехнические, агротехнические, лесотехнические, культуртехнические; по объектам - мелиорации болотных и заболоченных, пустынных и полупустынных ландшафтов, овражно-балочных систем, оползневых склонов и др.; по изменению функциональных свойств ландшафтов - водные, химические, биологические, климатические, рекультивационные.
Мелиоративную систему можно определить как систему, управляющую режимом функционирования современного ландшафта, преобразованного мелиоративными средствами для выполнения социальных функций, оптимальных по эколого-экономическим критериям.
Общие принципы проектирования мелиоративных систем:
комплексность - проектируемый регион рассматривается как единое целое, проектные решения принимаются исходя из социальных и эколого-экономических критериев, что требует их оптимальности и согласованности; все виды проектирования отражают будущие взаимоотношения подсистем природопользования в единой региональной системе природопользования;
иерархичность - проектирование осуществляется по стадиям, включающим: а) генеральную схему на уровне ландшафтных структур высоких рангов с выделением ландшафтно-мелиоративных зон; б) региональные (бассейновые) схемы, обосновывающие выбор объектов с учетом прогноза изменения ландшафтов под влиянием крупных гидротехнических сооружений и мелиорации в пределах природных провинций, областей; в) технико-экономическое обоснование, куда входит выбор варианта проектного решения с учетом ландшафтной структуры территории на уровне области, которая выделяется по сочетанию территориально и функционально сопряженных видов ландшафтов, различных по интенсивности расчленения поверхности, величинам местного стока, режиму грунтовых вод;
непрерывность - проектирование мелиоративных систем является необходимым звеном в цепи планирование - изыскания - рабочее проектирование - освоение региона - строительство и эксплуатация мелиоративных объектов - управление - мониторинг.
При проектировании мелиоративных систем учет территориальной дифференцированности реализуется путем многоступенчатого анализа их пространственной структуры. Для выделения и типологии природных комплексов в пределах мелиоративной системы и сопряженной территории рекомендуется составление ландшафтной карты, масштаб и ранг картографируемых единиц которой определяется стадией проектирования. Она служит основой составления ряда других карт, необходимых для геоэкологического обоснования проектов (современных физико-географических процессов, динамических связей между геосистемами, устойчивости, ландшафтно-мелиоративной, прогнозной, природоохранной).
При составлении ландшафтной карты для стадии технико-экономического обоснования проекта в качестве исходного признака группировки геосистем рекомендуется принимать тип их геохимического режима (элювиальный, трансэлювиальный, элювиально-гидроморфный, гидроморфный), определяющий важнейшие для мелиорации структурные и динамические особенности геосистем. В легендах мелкомасштабных ландшафтных карт, составляемых на стадии генеральной схемы, ведущими признаками группировки региональных геосистем выступают показатели их естественной дренированности.
Таковы общие принципы ландшафтного подхода к мелиорации земель. Необходимо переосмыслить существующую практику мелиорации с позиции удовлетворения агроэкологических требований растения как системообразующего начала (что в значительной мере ускользало из поля зрения мелиораторов) и с точки зрения оптимизации среды обитания человека. Только при таком подходе можно исправить многочисленные перекосы в мелиорации земель и прийти к комплексным решениям.
Гидротехнические мелиорации. В этой области сложилась наиболее противоречивая обстановка, явившаяся следствием безудержного ведомственного монополизма. Авантюрная ирригационная политика вплоть до покушений на переброску на юг части стока северных и сибирских рек послужила главной причиной негативных экономических и экологических последствий хозяйствования в этой сфере при солидных капитальных вложениях.
В качестве конкретных причин низкой эффективности капитальных вложений в мелиорацию земель (в 2,5 раза ниже нормативной) в первую очередь следует отметить крайне ограниченное проведение работ по повышению плодородия осушаемых и орошаемых земель, большая часть которых требует известкования, гипсования, культуртехнических, противоэрозионных и других мероприятий; неудовлетворительное состояние значительной части мелиоративных систем и небольшие объемы их реконструкции в погоне за строительством новых объектов; низкое качество проектирования и строительства мелиоративных объектов; распыление капитальных вложений по многочисленным стройкам; отсутствие службы эксплуатации орошаемых и осушаемых земель.
Неправильная инвестиционная политика привела к резким перекосам в структуре мелиоративного фонда. Из всего объема вложений на улучшение земель более 90 % использовались на гидротехнические мелиорации, а из небольшой доли средств, предусмотренных на все другие приемы улучшения земель, значительная часть была отвлечена на строительные работы в совхозах и водохозяйственных организациях.
Печальны экологические последствия гидростроительной экспансии. Нерациональное размещение гидроузлов на реках страны, необоснованное завышение энергетическими ведомствами отметок плотин и объемов водохранилищ привело к заведомо излишнему отчуждению земель (как правило, наиболее плодородных), огромным площадям мелководий. В мелководных хранилищах резко ухудшаются санитарные и ирригационные качества воды. Ниже плотин произошло обсыхание и засоление пойм, ухудшилось состояние нерестилищ рыб, гнездовий птиц. Технократический подход в водохозяйственном и мелиоративном строительстве привел к тому, что экологические проблемы трактовались как, чисто местные. Отсюда появление болевых точек, таких как Аральское море, Прикаспий. Наиболее острые эколого-геохимические проблемы орошения связаны с усилением солевого дренажного стока, ростом минерализации речных вод, накоплением в них биоцидов.
Необходим новый экономический механизм, который наряду с эффективным научным обеспечением позволит создать предпосылки для развития мелиорации в системе природопользования как одного из средств формирования экологически сбалансированных агроландшафтов, обеспечивающих устойчивость агропромышленного производства.
При этом оптимальное решение должно приниматься после рассмотрения всех возможных альтернатив. По отношению к ирригации первой альтернативой является более полное использование потенциала неорошаемого земледелия. Чем полнее будет достигнуто использование естественных осадков за счет совершенствования агротехники, тем меньше придется перекачивать воды для орошения.
Противоэрозионные мелиорации
На фоне организационно-хозяйственных мероприятий (противоэрозионная организация территории, рациональное размещение угодий, культур, севооборотов) ту или иную роль играют противоэрозионные мелиоративные мероприятия, которые делятся на агромелиоративные (или агротехнические мелиорации), гидротехнические и лесомелиоративные.
Если для предотвращения эрозии почв недостаточно организационно-хозяйственных и агротехнических мер, применяют гидротехнические. Противоэрозионные гидротехнические сооружения устраивают перед вершинами, в вершинах оврагов, по их дну, по берегам рек, а также непосредственно на водосборной площади. Сооружения, которые устраивают в вершинах оврагов, предназначены для задержания их роста: это быстротоки, перепады, консольные сбросы. Закрепление дна оврагов осуществляется посредством строительства различных запруд. На водозаборной площади и перед вершинами оврагов для задержания или безопасного сброса поверхностного стока устраивают валы-террасы с широким основанием, водозадерживающие валы (нагорные канавы). Противоэрозионные гидротехнические сооружения делают из земли, хвороста, дерева, камня и бетона. Все эти мероприятия, так же как и другие меры по защите почв от эрозии, достаточно полно и разносторонне изложены в учебном пособии М.И.Лопырева и Е.И.Рябова.
Агролесомелиорация
Лесные насаждения, способствующие улучшению микроклимата, снегораспределения, преодолению эрозии, дефляции, улучшению водного режима агроландшафтов, являются неотъемлемой частью земледелия. Защитные лесные насаждения в зависимости от их назначения и размещения на территории хозяйств делят на полезащитные, водорегулирующие, противоовражные и прибавочные, насаждения по днищам и откосам оврагов и балок, по берегам рек, прудов и водоемов, на орошаемых землях, песках. Технологии их создания хорошо известны.
Опыт полезащитного лесоразведения и объемы выполненных в стране работ велики как нигде в мире. Однако кампанейщина, с которой проводились эти работы, начиная с известного Плана преобразования природы (1948 г.), сделала их результаты весьма неоднозначными, значительно снизив экономический и экологический эффект. Эта работа и дальнейшее ее продолжение требуют переосмысления с позиций конструирования агроландшафтов. В течение многих лет лесомелиоративные организации игнорировали этот подход, насаждая в буквальном и переносном смысле полезащитные лесные полосы как прямоугольное обрамление несоразмерных полей. Доведенная до абсурда идея преобразования климата с помощью государственных лесополос абстрагировалась и от растения, и от животного, и от самого человека. Люди остались незащищенными от ветров и снежных заносов во множестве поселков, полевых станов в угоду государственным планам полезащитного лесоразведения. Эффективность полезащитных полос часто была невысокой в связи с плохим уходом, и сейчас на значительной территории неухоженные заросшие лесополосы "обирают" поля, накапливая сугробы снега, благоприятствуя распространению сорняков. Часть их, насаженная вдоль склонов, способствует развитию водной эрозии. Переоценивались возможности преодоления с их помощью дефляции и засухи в степной зоне, особенно в сухой степи, на что обращал внимание А.И.Бараев.
Для борьбы с водной эрозией лесополосы стали применять сравнительно недавно, но надежд на этот прием возлагается много. Противоэрозионное действие обычно объясняется более высокой водопроницаемостью почв под лесом, чем в поле. Между тем, как свидетельствуют исследования Г.А.Ларионова и обобщенные им данные других авторов, интенсивность впитывания воды в почву под лесными полосами редко достигает величин, характерных для леса. Высокая водопроницаемость почв в лесных полосах наблюдается, если в них создается лесная обстановка - многоярусная древесная растительность и слой опада на почве, развивается соответствующая педофауна. Такие условия складываются в лесной полосе, если она создана по древесно-кустарниковому типу и имеет достаточную ширину. Очевидно, требования, предъявляемые к лесным полосам с противоэрозионной, противодефляционной и полезащитной (в традиционном понимании) точек зрения, различны.
С позиций оптимизации агроландшафтов задачи лесоразведения представляются довольно многоплановыми. Это восстановление лесов в эрозионных ландшафтах и водоохранных зонах, лесовосстановление по старым руслам рек, создание оазисного земледелия, залесение малопродуктивных земель, гибкое применение лесополос различного назначения и конструкций в контурно-мелиоративных системах земледелия в сочетании с другими мелиоративными и агротехническими мероприятиями.
Известкование кислых почв
Плодородие значительной части почв таежной и подтаежной зон лимитируется повышенной кислотностью. Искусственное смещение сельскохозяйственного производства в степную зону сдерживало развитие Нечерноземья. Ожидаемое -увеличение инвестиций в северном направлении потребует наращивания объемов известкования. Важно, чтобы известкование почв велось опережающими темпами по отношению к применению удобрений. В противном случае резко снижается эффективность удобрений.
В условиях интенсивного земледелия при высокой нагрузке пашни удобрениями, особенно азотными, значительно подкисляющими почву, и при возросшем выносе кальция известкованию подлежат не только дерново-подзолистые и серые лесные почвы, но и оподзоленные, а также выщелоченные черноземы, т.е. ареал известкования расширяется за счет районов северной лесостепи.
На части кислых почв с низкой обеспеченностью фосфором целесообразно применение фосфоритной муки. Для обеспечения программ известкования и фосфоритования почв следует мобилизовать в первую очередь местные ресурсы, в том числе многочисленные мелкозалежные месторождения фосфоритов, а также отходы промышленности и тепловых электростанций.
Химическая мелиорация солонцов
Эта проблема в последние годы обостряется, поскольку наличие пятен солонцов на значительной части пашни ограничивает возможность освоения современных технологий возделывания сельскохозяйственных культур, снижает эффективность использования преобладающих зональных почв комплексов. Часть солонцовых пятен находится под вечным паром, пополняя грунтовые воды нитратами, которые, не используясь растениями, накапливаются в почвогрунтах вследствие чрезмерной минерализации гумуса.
Для улучшения солонцов созданы необходимые научные предпосылки, разработаны технологии их химической мелиорации и самомелиорации путем вовлечения в пахотный слой внутрипочвенных запасов кальциевых солей. Основное направление мелиорации солонцов в лесостепной зоне - гипсование. Эффективность этого приема доказана в широких производственных масштабах. При средней дозе гипса около 10 т/га прибавка урожайности зерновых культур составляет около 0,5 т/га на протяжении 7-8 лет после однократного внесения гипса. В степной зоне эффективность гипсования степных солонцов намного ниже. Однако на лугово-степных солонцах прибавка урожайности зерновых от гипсования составляет 0,3-0,4 т/га в среднем за 8-10 лет. Вопрос гипсования луговых солонцов разработан пока недостаточно. Тем не менее в районах северной лесостепи получен значительный материал, свидетельствующий о довольно устойчивом мелиоративном эффекте этого мероприятия на солонцовых почвах с залеганием грунтовых вод глубже 1,5-2,0 м. В степной зоне южной лесостепи в условиях более высокого засоления почвенного профиля и минерализации фунтовых вод химическая мелиорация луговых солонцов малоперспективна. Таким образом, первоочередным объектом гипсования являются лесостепные солонцовые комплексы, на которых проводится выборочное гипсование солонцовых пятен.
В степной зоне следует ориентироваться в первую очередь на гипсование пятен солонцов в лугово-степных комплексах с участием их до 30 %. Основное направление мелиорации солонцовых почв в этой зоне - обработка плантажными трехъярусными и другими мелиоративными плугами. Этот прием при однократном применении обеспечивает устойчивое, повышение урожайности зерновых культур на степных и лугово-степных солонцах на 0,4-0,6 т/га и сена на 0,7-0,8 т/га.
На солонцах некоторых категорий требуется применение комплексных мелиорации, сочетающих мелиоративную обработку с использованием стартовых доз гипса при поверхностном внесении с целью устранения почвенной корки и интенсификации процесса самомелиорации за счет внутрипочвенных запасов карбоната кальция.
Работа по химической мелиорации солонцов, несмотря на имеющийся положительный опыт, сдерживается нерешенностью вопросов обеспечения сельского хозяйства средствами мелиорации, хотя для этого имеются необходимые предпосылки.
Следует шире использовать фосфогипс - отход химкомбинатов, находящихся в зоне распространения солонцовых почв. Ежегодный сброс фосфогипса этими комбинатами только в Российской Федерации составляет 3-4 млн т, что достаточно для удовлетворения общей потребности в мелиоранте. Потребность в мелиорантах восточных районов страны (Алтайский край, Новосибирская и Кемеровская области) может быть удовлетворена за счет Кулундинских месторождений самосадочного гипса в Алтайском крае.
Мелиоративная обработка почв с уплотненными переходными горизонтами
Доля таких почв довольно велика, они есть практически во всех почвенных зонах. Помимо иллювиированньгх солонцовых, дерново-подзолистых и других почв, к ним относятся также почвы, развитые на двучленных почвообразующих породах. Значительная их часть требует перестройки почвенного профиля с помощью мелиоративной обработки. Чем сильнее дифференциация почвенного профиля на элювиальный и иллювиальный горизонты и чем хуже свойства последнего, тем важнее роль мелиоративной обработки в улучшении водно-физических параметров и водного режима почв. На солонцах ее значение усиливается мелиоративным эффектом вытеснения обменного натрия кальцием вовлекаемых в пахотный слой гипса и извести.
Многочисленные испытания вариантов плантажной и трехъярусной вспашки показали различные результаты в зависимости от мелиоративного состояния почвы и технологии обработки. В принципе наиболее желательно создание однородного пахотного слоя путем перемешивания элювиального и иллювиального горизонтов, благодаря чему складываются благоприятные условия для агрегации почвы в связи с оптимизацией соотношения илистых и пылеватых частиц. Перемещение части верхнего, наиболее активного в биологическом отношении слоя почвы вниз способствует лучшему использованию его плодородия благодаря лун-шей обеспеченности влагой нижней части пахотного слоя, что особенно важно в засушливых условиях. Однако требования однородности пахотного слоя не всегда выполнимы, особенно если в верхнюю его часть вовлекаются горизонты с очень низким содержанием гумуса, глинистые, с повышенным содержанием солей или обменного натрия и др. Отсюда вытекает необходимость использования различных вариантов мелиоративной обработки и соответствующих машин.
К сожалению, интерес к этой работе в последние годы сильно понизился даже в отношении мелиорации солонцов, не говоря уже о дерново-подзолистых почвах. Между тем одноразовое применение тех или иных технологий и технических средств мелиорации способствовало бы не только повышению плодородия определенных категорий почв, но существенно расширило бы в дальнейшем возможности минимизации системы их основной обработки и обеспечило бы соответствующее сокращение энергетических затрат.
Приспособительные приемы освоения естественных кормовых угодий
Под этой категорией улучшения естественных кормовых угодий понимаются такие мероприятия, которые, не решая задачи коренной мелиорации, позволяют в то же время существенно повысить их продуктивность. К числу таких приемов относится безотвальная обработка почвы рыхлителями PC-1,5, РСН-2,9, стойками СибИМЭ на глубину 30-35 см с предварительной разделкой дернины. Достоинство этого приема усиливается тем, что его применение не сопряжено с риском снижения плодородия почв, имеющих на небольшой глубине солевые, солонцовые, осолоделые, оглеенные горизонты, поскольку они в процессе этой обработки не извлекаются на поверхность.
Безотвальная обработка дает ощутимый эффект в относительно благоприятных по увлажнению условиях на солонцовых почвах лесостепи, на луговых и лугово-степных солонцах степной зоны, испытывающих дополнительное поверхностное и грунтовое увлажнение, при условии залужения их наиболее устойчивыми к солонцеватости и засоленности многолетними травами, на сильноосолоделых почвах, на почтах, развитых на корах выветривания и морских неогеновых глинах. Данный прием не следует унифицировать и переоценивать его мелиоративное значение, что нередко происходит.
Приспособительные приемы не имеют отношения к тем шаблонам, которые применялись в процессе массовых кампаний по так называемому коренному улучшению естественных кормовых угодий, особенно в Сибири, где под таким названием проведена массовая распашка малоплодородных земель. Результаты этих кампаний следует переосмыслить в свете современной концепции интенсификации земледелия. Назрела необходимость инвентаризации сельхозугодий с целью их трансформации и упорядочения использования земель, особенно эродированных и малопродуктивных.
Фитомелиорация, системы использования мелиорируемых земель
Важнейший аспект любых мелиорации - мелиорирующее воздействие на почву самих растений. Однако биологический компонент мелиорации может эффективно проявиться лишь при условии рационального подбора культур и оптимальных технологий их возделывания. В настоящее время разработаны региональные шкалы и группировки культур по соле- и солонцеустойчивости, а также по устойчивости к засухе, переувлажнению и другим неблагоприятным условиям. Тем самым созданы исходные предпосылки для решения этой задачи. На практике важно найти оптимальные сочетания культур и правильно построить севообороты. Например, структура использования пашни на мелиорируемых солонцах должна предусматривать такую долю пара и набор культур, которые будут способствовать интенсивному рассолению и рассолонцеванию на фоне гипсования или мелиоративной обработки и одновременно обеспечивать оптимальный режим органического вещества с целью формирования водопрочной структуры, повышения биологической активности почвы, способствующей интенсификации обменных реакций мелиорантов с почвенным поглощающим комплексом. В данной связи в мелиоративном севообороте следует иметь определенное соотношение однолетних культур, донника и многолетних трав. При этом перекос в сторону многолетних трав будет сдерживать интенсивность процессов рассоления в неорошаемых условиях степной зоны, а перекос в сторону зернопаровых севооборотов будет создавать дефицит органического вещества.
Список литературы
1.Кирюшин В.И. Экологические основы земледелия. - М.: Колос, 1996. - 367 с: ил.
2.Николаев В.А. Ландшафтоведение. Семинарские и практические занятия. - М.: Изд-во Моск. ун-та, 2000. - 94 с.