Введение. Перспектива развития современного аграрного землепользования в России представлена в Стратегии научно-технологического развития [1], а также в других, долгосрочных документах [2, 3]. Важнейшим аспектом при организации современного аграрного землепользования (агроландшафта) является его устойчивость. Под устойчивостью будем понимать его способность поддерживать заданные производительные и социальные функции при сохранении биосферной. На устойчивость сельскохозяйственного землепользования в Алтайской Кулунде влияют как внешние (сумма осадков, температур, физическое состояние агропочв, гранулометрический состав и пр.), так и внутренние факторы (структура посевных площадей, севооборотов, специализация и пр.), что оказывает влияние на его основной показатель – урожайность. Влияние почвенных и климатических факторов на продуктивность сельскохозяйственных угодий оценено достаточно давно [4–7]. Вот только абсолютное большинство полученных научных закономерностей связано с черноземами Алтайского Приобья, тогда как для зоны каштановых почв их явно недостаточно [8–11].
Цель исследования – изучение временнóй динамики гидротермических условий и их варьирования в условиях Кулундинской степи как агроэкологических маркеров, влияющих на устойчивость аграрного землепользования.
Объекты и методы. В основе лежат данные исследования территории Алтайского края, проведенные Алтайским научно-исследовательским институтом проектирования земель с 1970 по 2000 г. Также использованы материалы, полученные в результате исследований, проведенных авторами статьи.
В качестве объекта исследования выбрано аграрное землепользование Кулундинской степи (Алтайской Кулунды), состоящее из четырех подзон (колочной, умеренно засушливой, засушливой, сухой). Степная зона включает следующие почвенные подзоны: южных черноземов, темно-каштановых и каштановых почв. Они существенно разнятся между собой по количественным и качественным характеристикам [12, 13].
Разделы факториальной экологии явились основой теоретического исследования. Также использовались концептуальные положения и методические разработки по проектированию адаптивно-ландшафтных систем земледелия. Научно-методической базой послужили методологические подходы, разработанные для агроэкологической оценки почв (земель), структурно системный анализ, а также эколого-ландшафтный подход.
Результаты и их обсуждение. В восточной половине исследуемой территории выделяются две подзоны: подзона южной лесостепи (или колочная степь) и подзона умеренно засушливой степи. На западе выделены две подзоны – засушливой степи и сухой степи (рис. 1).
Рис. 1. Природные зоны и подзоны Алтайского края [14]
Земли сельскохозяйственного назначения по подзонам составляют 75–82 % от площади (табл. 1). На пахотные угодья приходится от 50 до 56 % территории подзон. Наибольшие площади эрозионных и эродированных угодий отмечаются в умеренно засушливой и колочной степи. Доля дефляционно опасных и дефлированных земель растет по мере движения от реки Обь на запад. Для умеренно засушливой степи характерна наибольшая площадь эродированной пашни, для сухой степи, напротив, – наименьшая. Дефлированная пашня увеличивается с 50 % в колочной степи до 96 % – в сухой степи [15].
Таблица 1
Характеристика аграрного землепользования в Кулундинской степи
|
Показатель |
Подзона |
|||
|
Колочная степь |
Умеренно засушливая степь |
Засушливая степь |
Сухая степь |
|
|
Земли сельскохозяйственного назначения, % от площади муниципального района |
74,9 |
82,2 |
81,5 |
77,0 |
|
Пашня, % от площади муниципального района |
50,1 |
56,1 |
56,2 |
52,2 |
|
Доля эрозионно опасных угодий, % от площади сельскохозяйственных угодий |
162 |
25,4 |
10,1 |
1,5 |
|
Доля эродированных угодий, % от площади эрозионно опасных земель |
84,4 |
93,7 |
87,9 |
90,3 |
|
Доля дефляционно опасных угодий, % от площади сельскохозяйственных угодий |
69,9 |
75,2 |
81,3 |
93,0 |
|
Доля дефлированных угодий, % от площади дефляционноопасных земель |
49,5 |
68,9 |
67,1 |
98,9 |
|
Доля эродированной пашни, % от площади пашни |
17,2 |
29,3 |
7,3 |
1,7 |
|
Доля дефлированной пашни, % от площади пашни |
50,4 |
59,0 |
66,6 |
96,3 |
|
ГТК по Селянинову |
1,00 |
0,90 |
0,81 |
0,65 |
|
Сумма осадков в год, мм |
350 |
320 |
315 |
270 |
|
Урожайность яровой пшеницы, ц/га |
18,1 |
16,3 |
17,8 |
12,9 |
Наиболее благоприятные гидротермические условия характерны для колочной степи и менее благоприятные для сухой степи. Урожайность яровой пшеницы с востока на запад уменьшается с 18 до 13 ц/га в среднем, как, впрочем, гидротермический коэффициент и количество осадков за вегетационный период.
Нами изучены динамика варьирования температур и осадков более чем за тридцать лет наблюдений, начиная с 1971 г. Взаимосвязь между урожайностью яровой пшеницы и гидротермическими условиями, присущими территории Кулундинской степи, представлены на рисунке 2.
|
|
|
Рис. 2. Влияние гидротермических условий на урожайность яровой пшеницы
Все годы (с 1971 по 2003 г.), в течение которых проводилось наблюдение урожайности, по гидротермическому коэффициенту (ГТК) ранжированы на пять условных групп: сухие (ГТК < 0,6); засушливые (ГТК = 0,6–0,8); средние (ГТК = 0,8–1,0); увлажненные (ГТК = 1,0–1,2); влажные (ГТК > 1,2). Из рисунка 2 следует, что урожайность во влажные годы в 2,6 раза выше, чем в сухие.
Приведенная на рисунке 2 многолетняя динамика урожайности яровой пшеницы напрямую зависит от количества тепла и осадков в изучаемый лаг времени (рис. 3). Колебания урожайности яровой пшеницы составили от 0,52 т/га в 1981 г. до 2,44 т/га девятью годами ранее.
Рис. 3. Изменение за период с 1971 по 1990 г. гидротермических условий (а)
и урожайности яровой пшеницы (б)
Установили, что урожайность пшеницы от первой десятилетки исследований к третьей снижалась вследствие повышения засушливости по годам, вошедшим в каждое десятилетие, начиная с 1971 и до 2000 г. Так, например, первая десятилетка отмечена 3 сухими, 2 засушливыми, увлажненными и влажными годами, а также 1 средним по влажности годом. Вторая годовая декада ознаменована увеличением сухих годов до 4, а средних – до 3, засушливые остались на прежнем уровне, тогда как к увлажненным и влажным был отнесен лишь 1 год. Третья десятилетка, анализируемая в настоящем исследовании, стала еще более экстремальной по гидротермическим условиям. Здесь наблюдались 5 сухих, по 2 засушливых и средних, а также 1 увлажненный год. Судя по гидротермическим условиям первой и третьей десятилеток, можно сказать об их схожести, однако урожайность пшеницы в последней ниже на 200 кг/га. Вероятно, это следует связать с периодом реформирования аграрного сектора экономики и переходом к новым формам хозяйствования на селе.
Посредством информационно-логического анализа мы провели параллель между урожайностью и гидротермическими факторами. Эти факторы являются своеобразными агроэкологическими маркерами аграрного землепользования, влияющими на его устойчивость. Факторы-аргументы расположены слева направо по мере уменьшения степени влияния на изучаемую функцию – урожайность:
Zw > ГТК6-7 > Т5-8 > ТП6-7 > О7 > W,
где Zw – расход полезной для растений влаги из слоя до 100 см за 5–8-й месяцы календарного года; ГТК6-7 – ГТК за 6-й и 7-й месяцы календарного года; Т5-8 – сумма температур выше 10 °С за 5–8-й месяцы календарного года; ТП6-7 – сумма температур выше 10 °С в слое почвы 0–20 см за 6-й и 7-й месяцы календарного года; О7 – сумма осадков в 7-м месяце календарного года; W – запас полезной для растений влаги в слое до 100 см перед заделкой семян в почву.
Количество полезной для растений (продуктивной) влаги можно регулировать посредством агротехнического комплекса работ. Оно напрямую связано с гранулометрическим составом, водоудерживающей способностью агропочв и суммарного количества атмосферных осадков, выпавших в течение периода вегетации сельскохозяйственных растений [16–18]. Количество полезной для растений влаги можно изменить посредством следующих мероприятий, способствующих ее накоплению: введения в севообороты чистых (черных) паров, агрогидрологическая роль которых известна давно; заделки органических веществ (навоза, сидератов и соломы); снегозадержания (оставление стерни, посев кулис шириною 10 м из подсолнечника, горчицы, донника с их последующим запахиванием); мульчирование поверхности поля.
Заключение. Анализ временной динамики гидротермических условий в Алтайской Кулунде показал, что на устойчивость аграрного землепользования влияют такие факторы, как расход полезной для растений влаги из слоя до 100 см за 5–8-й месяцы календарного года, ГТК за 6-й и 7-й месяцы календарного года, сумма температур выше 10 °С за 5–8-й месяцы календарного года и другие. Они пока слабо управляемы посредством антропогенной деятельности, однако есть комплексы мероприятий по организации агроландшафтов, являющиеся основой аграрного землепользования, устроенные по следующим принципам: изменение структуры компонентов агроландшафта (изменение соотношения угодий в ландшафте); структуры посевных площадей; структуры севооборотов; орошение и культуртехника; лесомелиоративные мероприятия.
Представленный выше набор мероприятий особенно эффективен при защите почв от эрозии и дефляции. Эти деградационные процессы вызваны нерациональным использованием земельных ресурсов и напрямую влияют на устойчивость аграрного землепользования в Кулундинской степи.
