Известия РАН. Серия географическая, 2022, T. 86, № 1, стр. 28-40

Исторические, технологические и климатические предпосылки снижения качества земель и продуктивности сельскохозяйственных угодий

Антропогенные предпосылки. Как свидетельствуют результаты широкомасштабных научных исследований, проведенных различными научными и учебными центрами, основными причинами деградации земельных угодий степных регионов России за истекшее столетие стало их повсеместное истощение вследствие преимущественно экстенсивного земледелия и значительного превышения антропогенной нагрузки на неполнопрофильные, склоновые и малоустойчивые к эрозионным проявлениям почвы (Кирюшин, 2019).

В Оренбургской области наиболее остро проблема эрозии и системных потерь органики обозначилась в послецелинный период как результат вовлечения в пашню около 0.5 млн га (из 1.8 млн га распаханных земель в Предуралье) почв с укороченным профилем, карбонатных, засоленных, быстро перешедших в разряд сильно эродированных. В Зауралье из 1 млн га распаханных за целинную компанию земель более 0.3 млн га представляли собой солонцово-степные комплексы с маломощными, карбонатными, солонцеватыми легкими почвами. В пашню также было вовлечено около 120 тыс. га песчаных и супесчаных почв, 600 тыс. га солонцов и 500 тыс. га наиболее эрозионно-опасных, а в целом свыше 1.2 млн га малопродуктивных почв (Климентьев, 2000).

Распашка малопригодных для земледелия территорий при экстенсивном использовании сопровождалась потерей природного плодородия почв, которое, по разным оценкам, составило от 30 до 50% запасов гумуса, а площадь земель, подверженных дефляции, увеличилась в несколько раз (Русанов, Кононов, 1998).

В результате широкомасштабного освоения степного пространства уже к концу XX в. прирост площадей эродированных земель составил более 1% в год. С 1955 по 1984 г. содержание гумуса в обыкновенных черноземах снизилось в среднем на 3.1 п. п. (процентных пункта) и на 1.0 п. п. – в темно-каштановых почвах (Климентьев, 2000). К концу второго тысячелетия площадь низкопродуктивной пашни в Оренбургской области, подлежащей первоочередной консервации, оценивалась в 0.6 млн га и еще 0.7 млн га были отнесены к условно пахотнопригодным почвам (Русанов, Кононов, 1998).

В современном земледелии Оренбургской области, на фоне высокого насыщения посевных площадей зерновыми культурами (до 65%), при практически полном отказе от внесения органических удобрений и мизерном применении минеральных удобрений, формируются достаточно серьезные риски дальнейшей деградации почвы и снижения полноты реализации биоклиматического потенциала. Вызывает особую тревогу ситуация с кормовыми культурами, площадь которых неуклонно сокращается при одновременном расширении почвоутомительных коммерческих монокультур, в особенности подсолнечника, занимающего в отдельные годы до 1.0 млн га.

Существенное обеднение зональных почв в условиях негативных климатических и технологических тенденций становится одной из главных причин, обостряющих нестабильность земледелия, приводит к существенному варьированию валовых сборов ввиду практически ежегодного списания значительных площадей, особенно зерновых культур. Разница между площадью уборки и площадью посева в отдельные годы может превышать 1.0 млн га (из 2.7–3.0 млн засеянных), а в особенно дефицитные по увлажнению годы – 1.7 млн га (2010 г.). Как итог, средняя сохранность посевов зерновых и зернобобовых культур (2008–2019 гг.) составляет около 80.0%, а площадь не убираемых ввиду отсутствия экономической целесообразности полей – более 550 тыс. га в год.

Климатические предпосылки. Изучение метеорологических показателей по природно-сельскохозяйственным провинциям Оренбургской области за истекший 31-летний период подтвердило их значительную временную и пространственную вариабельность (табл. 1).

При общей напряженности с обеспеченностью территории области атмосферными осадками наибольшим их количеством характеризуется Предуральская провинция лесостепной зоны как по среднегодовым значениям, так и по показателям периода активной вегетации (период со среднесуточной температурой воздуха выше 10°С). Наименьшее их среднегодовое количество (285–305 мм) в анализируемый период отмечалось в Казахстанских провинциях степной и лесостепной зон, с наибольшей нестабильностью в степной зоне. Здесь же, а также в Заволжской провинции сухостепной зоны, отмечено самое низкое количество осадков периода активной вегетации, составившее 163–177 мм. Самое минимальное выпадение осадков в холодный период года (115–142 мм) наблюдалось также в Казахстанских провинциях степной и лесостепной зон, с высоким коэффициентом вариации (CV = 23.1–24.1).

При примерно равном распределении осадков по сезонам года в природно-сельскохозяйственных провинциях области самый выраженный уклон в сторону теплого периода отмечен в Заволжской и Казахстанской провинциях степной зоны (CV = 55.2–59.6%). Наибольший размах вариации осадков периода активной вегетации, составивший 296 мм, наблюдался в Заволжской провинции сухостепной зоны. В Казахстанской и Заволжской провинциях степной зоны он оказался на 41–54 мм ниже, а его наименьшие значения отмечались в Казахстанской провинции сухостепной зоны и Предуральской провинции лесостепной зоны.

Анализ термических условий анализируемого периода (1990–2020 гг.) выявил высокую изменчивость среднегодовой температуры (CV = 22.2–27.2%) в Казахстанских провинциях сухостепной и степной зон. Самая высокая термическая нестабильность наиболее вероятного периода вегетации яровой пшеницы (май–август), с коэффициентом вариации 7.6–7.8%, отмечена в Заволжских провинциях степной и сухостепной зон, самых теплых зонах области. Здесь среднегодовая температура воздуха исследуемого периода составила 5.7°С, а в среднем за май–август – 19.9–20.1°С (табл. 2).

Определение ГТК подтвердило достаточно низкую благоприятность условий увлажнения и температурного режима для полевых культур на всей территории области. Особенно напряженный режим сложился в Заволжской и Казахстанской провинциях сухостепной зоны, где средние значения ГТК исследуемого периода оказались равными 0.54 мм/°С, что свидетельствует о крайней степени засушливости климата. Наибольший размах ГТК в пределах анализируемых лет наблюдался в Заволжской (1.02 мм/°С) провинции сухостепной зоны. Здесь же отмечались наименьшие значения ГТК в разрезе лет (0.11 мм/°С, 2014 г.), в других территориях области его минимальные значения оказались выше на 0.12–0.21 мм/°С.

Анализ направленности современных климатических тенденций, определение их средней величины и размаха вариации позволили выявить в различных природно-сельскохозяйственных провинциях Оренбургской области устойчивый отрицательный тренд в выпадении атмосферных осадков (рис. 3а).

Рис. 3.

Изменение величины атмосферных осадков (а) и ГТК Селянинова (б) за 31-летний период наблюдений (1990–2020 гг.) в природно-сельскохозяйственных провинциях Оренбургской области (1 – Предуральская лесостепной зоны, 2 – Заволжская степной зоны, 3 – Казахстанская степной зоны, 4 – Заволжская сухостепной зоны, 5 – Казахстанская сухостепной зоны).

Наибольшее снижение количества осадков, как в годовом измерении (–75 мм), так и за период активной вегетации (–66 мм), отмечено в Заволжской провинции сухостепной зоны. Значительное сокращение осадков, приходящееся в основном на теплый период года, наблюдается также и в других природно-сельскохозяйственных провинциях. В качестве исключения можно отметить только Предуральскую провинцию лесостепной зоны, где обозначилась тенденция к небольшому росту годовых атмосферных осадков при незначительном их снижении в период активной вегетации.

Ожидаемым следствием отрицательного тренда атмосферных осадков при одновременном нарастании сумм активных температур стало повсеместное снижение ГТК Селянинова (рис. 3б). Наибольшее снижение ГТК, превысившее 0.20 мм/°С, отмечено в Казахстанской провинции степной зоны и Заволжской и Казахстанской провинциях сухостепной зоны, а наименьшее снижение – в Предуральской провинции лесостепной зоны.

На фоне сохраняющихся институциональных проблем (см. ниже), препятствующих освобождению земледелия от бремени малопродуктивной пашни, крайне неблагоприятные гидротермические условия при традиционных почвозатратных технологических подходах значительно усиливают риски неустойчивости полевых агроценозов и сохранения биологического разнообразия прилегающих ландшафтов.

Подходы к адаптации степного землепользования к современным антропогенным и климатическим изменениям

Проблема сокращения и консервации малопродуктивных угодий признается научным сообществом РФ краеугольным камнем оптимизации степного землепользования, сохранения степных экосистем и воспроизводства утраченных почвенных ресурсов.

Пути оптимизации использования земельных ресурсов Оренбургской области как модельного степного региона на протяжении нескольких десятилетий активно изучались учеными НПО “Южный Урал”, Оренбургского СХИ, Института степи УрО РАН, ВНИИ зернового хозяйства, Сельскохозяйственной академии им. К.А. Тимирязева. В институте степи УрО РАН интенсивность подобных научных разработок, имеющих как фундаментально-научный, так и прикладной характер, не снижается с 1990-х годов. Так, установлены территориальные размеры выведения из использования малопродуктивной пашни – от 10% к существующей площади пашни в зоне черноземных почв северо-запада области до 30% в зоне каштановых почв юго-востока, суммарно более 1.0 млн га (Левыкин и др., 2020; Чибилёв, 1997; Чибилёв и др., 2019). Аналогичные заключения, основанные на тщательном полевом обследовании территории области, приведены и в работах других исследователей (Блохин, 1997; Климентьев, 2000; Русанов, Кононов, 1998).

Разработанные Институтом степи подходы к оптимизации степного землепользования пока не находят ожидаемого решения. Процедура официального перевода пашни в сенокосно-пастбищные угодья остается законодательно недоработанной и крайне усложненной. Механизмы сохранения степей вне ООПТ также законодательно не закреплены и хозяйствующими субъектами не реализуются. В дополнение к этому, региональным министерством сельского хозяйства мотивируется вовлечение в пашню старовозрастных залежей, на которых наблюдается восстановление биоразнообразия.

Коренному изменению ситуации в лучшую сторону препятствуют институциональные проблемы степного землепользования, основными из которых, на наш взгляд, являются:

− юридические, закрепляющие государственный принцип регламентации землепользования. Действующие принципы земельного законодательства (в соответствии с ЗК РФ от 25.10.2001 г. № 136-ФЗ с изменениями и дополнениями, вступившими в силу с 01.09.2021 г.), с одной стороны, характеризуются излишней детализацией назначения и порядка использования конкретных земельных участков, с другой – имеют существенное значение для их владельцев, теряющих в ценности при сокращении доли пашни как самого дорогого угодья;

− землеустроительные и технологические, связанные с трудоемкостью выделения на местности множества контуров малопродуктивных земель, особенно криволинейных почвенных выделов, неудобных для обработки, и в особенности при их расположении внутри земельного участка. Это же относится и к округлым пятнам солонцов, выведение которых из пашни трудно реализуемо на практике. К тому же не всегда понятны режимы содержания подобных выделов и технологические подходы, например, при организации сенокошения в случае залужения или при организации выпаса скота на небольших по площади пятнах.

Вполне очевидно, что сжатие низкопродуктивной пашни в регионах степной зоны России без ущерба для продовольственной безопасности страны возможно только при одновременной компенсации недополученных урожаев за счет повышения продуктивности оставшихся в обработке продуктивных земель. Коллективами ученых научных учреждений России (Кочуров, Лобковский, 2021), в том числе и Оренбургской области (Кирюшин, Дубачинская, 2020; Кислов, 2012; Часовских, 2012), проведена значительная работа в данном направлении, включая адаптацию агротехнологий к местным почвенно-климатическим условиям. Обосновывается переход от зональных систем земледелия и кормопроизводства к адаптивно-ландшафтным, почвозащитным, контурно-мелиоративным и др., приуроченным к агроэкологическим группировкам земель (Система …, 1999). Разрабатываемые применительно к зональным провинциям в системе природно-сельскохозяйственного районирования, они рассматриваются в качестве основы формирования адаптивных систем сельскохозяйственного землепользования. Разработанная В.И. Кирюшиным (2019) схема агроэкологической группировки земель Оренбургской области, построенная в иерархии природно-сельскохозяйственного районирования (зона–провинция–агроэкологическая группа–тип–вид земель), предполагает выделение 15 агроэкологических групп земель для формирования оригинальных систем земледелия. В дополнение к этому для 46 видов земель предусматривается разработка агротехнологий различных уровней интенсификации. Применительно к указанным категориям земель сформирован набор культур и севооборотов, обоснована дифференциация систем обработки почвы, применения минеральных и органических удобрений, актуализирована перспективность наукоемких агротехнологий, консолидации и кооперации инновационно-технологических центров при научных и учебных учреждениях, повышения квалификации специалистов (Кирюшин, Дубачинская, 2020).

Следует отметить также, что в конце 1990-х годов при проведении широкомасштабных полевых исследований нами уже наблюдалась тенденция “социально-экономической” (терминология авторов) адаптации структуры сельскохозяйственных угодий к финансовым и трудовым ресурсам, а также попытка теоретического обоснования ее адаптации к географическим условиям и исходному аграрному потенциалу земель. В настоящее время, при сохраняющейся актуальности обозначенных направлений, усиливается значимость климатической и углеродной адаптации. В первом случае воспроизводимое почвенное плодородие не может быть эффективно реализовано в условиях засух, во втором – современное земледелие неизбежно будет ориентироваться на минимизацию выброса углерода в атмосферу.

Опираясь на отечественные разработки в области теории и практики оптимизации степного землепользования и адаптивно-ландшафтных систем земледелия, мы предприняли попытку их развития и актуализации применительно к современным условиям. На наш взгляд, адаптивно-ландшафтные системы земледелия в их классической трактовке наиболее эффективны для староосвоенных земледельческих регионов, прежде всего степных, а также для регионов с хорошо выраженной пластикой рельефа и ландшафтным разнообразием. Главным условием их практической реализации является решение вопроса о собственности на сельскохозяйственные угодья. Только собственник или долговременный пользователь земли сможет вложить существенные финансовые и трудовые ресурсы в действительно адаптивную оптимизацию своих угодий, создав системы точного земледелия со множеством контуров, выделов, мелиорацией и т.д.

Разрабатываемый нами адаптивный стратегический подход (на примере Оренбургской области) предполагает выделение особой категории ландшафтной структуры – ядра зональной типичности степей, выходящего за границы классических плакоров и поддерживающего потенциал развития зональных степных экосистем (бихолдеров). Входящие в ядро зональной типичности земли имеют наивысшую аграрную значимость, включают в себя элитный пахотный фонд и наделяются особым статусом защиты (сохранения). Предусматривается также выделение внутризональных (литогенных) разновидностей степей, в совокупности с ядром зональной типичности составляющих специфические степные ландшафты. Они характеризуются пространственной открытостью (просматриваемостью) и экологическим преобладанием узколистных злаков и иной травянистой растительности. Все остальные элементы ландшафтной структуры рассматриваются как неспецифические включения, малопригодные для земледелия, но наделяютcя особым статусом для сохранения ландшафтно-биологического разнообразия и являются основными объектами ООПТ.

Исходя из этого, в качестве основных путей решения сложившихся проблем степного землепользования представляется перспективной поляризация земельного фонда. Она предполагает формирование природоохранного и земледельческого полюсов. Природоохранный полюс формируется в соответствии с ландшафтной структурой для поддержания оптимального уровня ландшафтного и биологического разнообразия. Он характеризуется наличием массивов вторичных степных экосистем и сетью успешно функционирующих ООПТ. В земледельческий полюс входят наиболее ценные (элитные) пахотные угодья на классических степных плакорах, так называемая перманентная, или заповедная пашня. Отнесенные к элитному фонду земельные участи площадью не менее 100 га должны представлять собой выровненные обширные (и в то же время компактные) массивы в пределах придолинных, водораздельных плакоров надпойменных террас с уклоном не более 3°. К ним следует относить преимущественно однородные контура зональных полнопрофильных почв с долей солонцов не более 10%, содержанием гумуса не менее 3%, мощностью продуктивного почвенного слоя не менее 40 см и валовыми запасами гумуса не менее 100 т/га (Левыкин и др., 2020).

Полюса являются территориями наивысшего технологического напряжения, поддерживаемого особым вниманием, контролем и инвестициями со стороны государства.

Межполюсные же ландшафты и соответствующие им угодья отводятся для динамического землепользования, характеризующегося временной гибкостью (адаптивностью).

На основании вышеизложенного нами выделены следующие ландшафтные категории (на примере Оренбургской области):

· природоохранная – природоохранный полюс площадью 1.2 млн га (10% территории землепользования);

· перманентная пашня на плакорах – земледельческий полюс, 3.6 млн га (29%);

· степной бихолдер за границами плакоров, условно пахотопригодные угодья, 2.3 млн га (19%);

· внутризональные разновидности степей, базовые кормовые угодья, 2.8 млн га (22%);

· интрозональные ландшафты, кормовые угодья, 1.7 млн га (13%);

· азональные и экстразональные ландшафты, элементы экологического каркаса, 0.8 млн га, 6%.

Распорядителями наилучших почв с близкой к биопотенциальной урожайностью должны стать наиболее ответственные землепользователи – опытно-производственные хозяйства вузов и сузов, опытные станции, госсортоучастки.

Общая фундаментальная суть адаптивной поляризации заключается в применении интенсивных новационных земледельческих технологий на перманентной пашне и степесообразных (основанных на природоподобии) технологий гибкого управления степными агроландшафтами между полюсами, включая степной бихолдер, что представляется особенно важным для сохранения степной биологической титульности.

В условиях современных антропогенных и климатических изменений, особенно выраженных в Заволжской и Казахстанской провинциях степной и сухостепной зон, целесообразно внедрение природоподобных земледельческих технологий. Их реализация на перманентной пашне (земледельческий полюс) и особенно на землях степного бихолдера за границами плакоров (условно пахотнопригодные угодья) будет способствовать рациональному использованию лимитированных природных ресурсов и приведению ландшафтов в близкое к естественному состоянию.

Подобный подход предполагает нормализацию допустимых нагрузок на агроландшафты, поддержание их экологического баланса и снижение отрицательного экологического эффекта от техногенных факторов (Трофимов, Косолапов, 2013).

Результаты авторских полевых экспериментов и экспедиционных исследований (Gulyanov et al., 2021) свидетельствуют о целесообразности включения в природоподобные земледельческие технологии следующих технологических приемов:

− основанных на фитоподобии – ландшафтно-экологическое пространственное планирование и организация землепользования путем вписывания полей в естественный природный ландшафт (по примеру контурно-колочного или межозерного земледелия, широко практикуемых в южных регионах Зауралья и Западной Сибири);

− основанных на почвоподобии – создание травяных экосистем и насыщение севооборотов многолетними травами, служащими естественным защитным покровом степных ландшафтов (Гулянов и др., 2019) и создающими благоприятные условия для почвообразования и развития почвенной биоты, поддерживающими запасы гумуса на исходном уровне или обеспечивающими их повышение на 0.3–0.6 т/га (Спиридонов, 2007; Kaipov et al., 2019) в отличие от паровых полей и полей пропашных культур, характеризующихся ежегодными потерями гумуса до 1.5–2.5 т/га (Бельков, Максютов, 2014). В дополнение к этому расширение посевных площадей многолетних трав, выступающих в качестве незаменимого источника кормов для сельскохозяйственных животных, способствует росту их поголовья и оптимизации отраслей растениеводства и животноводства, увеличению выхода ценных органических удобрений (навоз, навозная жижа), внесение которых в полях севооборота является дополнительным гарантом сбережения почвенного плодородия (Еськов и др., 2018);

− основанных на степеподобии – включение в севообороты бинарных (смешанных) посевов, представляющих собой одновременное выращивание на одном и том же поле двух и более культур с разными биологическими и морфологическими признаками, например, сочетание многолетних трав (донника, люцерны, эспарцета или вики) с основными культурами севооборота (пшеница озимая, кукуруза и т.д.) (Дедов и др., 2014). Сюда же следует отнести черезрядные посевы, например, кукурузы и сои, весенний подсев сои в междурядья (при широкорядном посеве) озимой пшеницы, убираемых в разное время и обеспечивающих с одного поля два урожая в год (Коржов и др., 2018), а также включение в севообороты разносортных посевов (смеси сортов) зерновых культур с целью повышения их устойчивости и объединения ценных хозяйственных признаков;

− основанных на использовании скороспелых, засухоустойчивых и жаростойких сортов, способных формировать зерно за короткий период вегетации, противостоять болезням и эффективно конкурировать с сорняками без излишней химической нагрузки;

− основанных на подходе к выбору приемов обработки почвы исходя из природного принципа “природа не пашет” – переход к влагосберегающей минимальной обработке почвы или ее полному исключению с мульчированием поверхности поля – Mini-till, Strip-till, No-till, технологии прямого посева, Twin-Row, технологии нулевой обработки почвы, технологии разбросного поверхностного посева и др.;

− основанных на подходе к уборке зерновых культур исходя из природного принципа “природа не косит” – уборка зерновых культур очесывающими жатками с оставлением на поле практически не поврежденного стеблестоя (с выбранным зерном), выполняющего экологические функции, аналогичные естественным травяным сообществам.

На землях природоохранного полюса целесообразны технологии охраны природы, применяемые для территориальной охраны ландшафтного и биологического разнообразия степей в режимах заповедника, заказника, памятника природы и т.п.

Таким образом, адаптивный стратегический подход и стратегический принцип адаптивной поляризации земельных угодий можно рассматривать как степную соадаптацию или синергические усилия человека и степных экосистем по приспособлению к изменениям климата и динамике углерода. Фундаментальная сущность подобной соадаптации заключается в направленности степных биологических видов (титульных) к одномоментной адаптации к климатическим изменениям и хозяйственной (прежде всего аграрной) деятельности человека, также стремящегося к климатической адаптации и создающего условия поддержания адекватного уровня ресурсов титульных степных и культурных видов.