 |
Управление устойчивыми агроэкосистемами: теория и практика
Главная особенность сельскохозяйственного производства состоит в том, что его эффективность напрямую связана с уровнем почвенного плодородия. Если в результате технологического цикла, например, за ротацию севооборота, не обеспечивается воспроизводство исходных параметров плодородия почвы, то можно утверждать о бесперспективности такого производства. Иными словами, безвозвратное использование почвенных запасов легкодоступных питательных веществ и углерода приводит в дальнейшем к неуклонному снижению продуктивности посевов и обуславливает экономическую нецелесообразность ведения хозяйства даже при минимальных затратах ресурсов химико-техногенного происхождения, например, в технологической цепочке: обработка почвы - посев - уборка урожая. Поэтому высокорентабельные, экологически устойчивые аграрные производственные системы могут строиться только на основе воспроизводства и повышения почвенного плодородия. При этом для наращивания производства продукции необходимо постоянно улучшать качество земельных ресурсов, повышать уровень почвенного плодородия по всем показателям и в первую очередь по содержанию гумуса и основных элементов питания. Именно из соблюдения этого первого условия необходимо исходить при формировании плана развития любого хозяйственного формирования и планировании распределения средств в процессе производственного цикла.
Наши теоретические исследования проводились в длительных стационарных опытах научно-исследовательских учреждений УААН, заложенных в разных почвенно-климатических условиях с целью определения доз традиционных и альтернативных органических и минеральных удобрений, обеспечивающих воспроизводство плодородия почвы и высокую продуктивность посевов. Так, в Полесье на дерново-подзолистой почве коэффициент полезного действия фотосинтетически активной радиации (КПД ФАР) без внесения удобрений не превышает 0,60%, а при внесении удобрений максимально возрастает до 1,14% при средней многолетней продуктивности севооборота соответственно 38,5 и 63,2 ц к.е./га. В условиях неустойчивого увлажнения левобережной Лесостепи на чернозёме типичном без внесения удобрений КПД ФАР и продуктивность находятся на уровне Полесья. Применение удобрений обеспечивает увеличение этих показателей максимально до 0,87% и 51,0 ц к.е./га. В правобережной Лесостепи на чернозёме оподзоленном в условиях достаточного увлажнения без удобрений КПД ФАР не превышает 0,68% и при совместном внесении органических и минеральных удобрений почти удваивается и достигает 1.29% при продуктивности севооборота 43,4 и 76,1 ц к.е./га. В засушливых условиях степной зоны на чернозёмах типичных малогумусных на контроле КПД ФАР составляет 0,56%, а под влиянием удобрений максимально возрастает до 1,09%. Однако по мнению А.А. Ничипоровича (1961) реально достижимый уровень КПД ФАР в условиях достаточного увлажнения составляет 2% и более. Это может свидетельствовать о том, что при закладке опытов дозы удобрений назначались с некоторым приближением произвольно, поскольку исследователю заранее точно предугадать оптимальные дозы азота, фосфора, калия и органического углерода в нужном соотношении практически невозможно. Только после их длительного применения на основе балансовых исследований удалось установить, что практически по всем вариантам стационарных опытов дозы органических и минеральных удобрений несбалансированны, т.е. происходит чрезмерное накопление одних элементов питания, при этом наблюдается острый дефицит других. Во многих случаях в испытуемых системах удобрения нарушается оптимальное соотношение углерода к азоту (С:N»30), что приводит к повышению непродуктивных потерь этих элементов, снижению активности гумификации свежего органического вещества. Такое положение можно считать одной из главных причин относительно невысокой продуктивности посевов и КПД ФАР даже на очень богатых агрофонах. Из этого, вытекает предположение о том, что при соответствующей корректировке систем применения удобрений можно существенно повысить продуктивность севооборотов. В результате оптимизации почвенных режимов в некоторых почвенно-климатических зонах Украины появляется возможность довести КПД ФАР до 1.5-2%, что эквивалентно 80-90 и более ц/га озимой пшеницы. Между тем в США эта проблема в настоящее время успешно решается. К примеру, урожайность кукурузы в среднем по стране составляет 70-80 ц/га и в ближайшее время этот показатель планируется довести до уровня 100-110 ц/га.. Обобщение результатов исследований в стационарных опытах, в конечном счёте, позволило скорректировать системы удобрения применительно к разным почвенно-климатическим условиям с целью дальнейшего повышения продуктивности посевов. В итоге были установлены и формализованы основные закономерности формирования высокопродуктивных агроэкосистем, создан соответствующий алгоритм. Таким образом, даже в длительных стационарных опытах добиться оптимизации всех параметров плодородия почвы чрезвычайно сложно. В производственных условиях полное решение этой проблемы несравнимо усложняется и практически невозможно даже при высокой квалификации персонала.
Переходя к практической стороне проблемы эффективного управления современными аграрными производственными системами, их продуктивностью необходимо отметить, что в процессе реализации земельной реформы большинство землепользователей Украины сталкивается с множеством сложных, порой неразрешимых проблем. Прежде всего это острый дефицит ресурсов и нерациональное использование имеющихся ограниченных средств. В результате образуется замкнутый круг: при завершении производственного цикла вложения либо не окупаются, либо приносят прибыль недостаточную для эффективного развития производства. В этих условиях формирование высокорентабельной производственной системы возможно при наличии у персонала четкого плана развития предприятия и приоритетов вложения капитала в процессе хозяйственной деятельности. На практике, чаще всего, имеет место спонтанное, интуитивное принятие решений, целесообразность которых определяется огромным количеством факторов и зависит, главным образом, от опыта и уровня квалификации имеющихся специалистов. При этом каждый из них принимает решения по своей отрасли без согласования с другими, что приводит к бессистемности и не слаженности в работе. Напротив, при наличии комплексного плана развития производства хозяйство рассматривается как единая с доведенными до совершенства кругооборотами вещества и потоками энергии система, в которой каждый чётко представляет своё место в общем производственном процессе.
На наш взгляд формирование комплексного планов развития конкретного хозяйства целесообразно начинать с его межотраслевой оптимизации. Наличие высокопродуктивного поголовья сельскохозяйственных животных является обязательным условием успешного развития растениеводства. Прежде всего при отсутствии животноводческой отрасли теряется смысл в выращивании бобовых кормовых культур, в первую очередь многолетних бобовых трав, являющихся культурами почвоулучшателями и способных накапливать в почве огромное количество органического углерода и биологического азота. При этом в интенсивных севооборотах без трав обеспечить бездефицитный баланс гумуса за счёт применения всей малоценной части урожая на удобрение невозможно.
С другой стороны сельскохозяйственные животные позволяют более полно утилизировать растительную биомассу, а также за счёт многократного использования биогенных элементов ощутимо сократить расходы на приобретение минеральных удобрений. Например, при реализации 100 т зерна за пределы хозяйства отчуждается около 3,5 т биогенных элементов. При скармливании этого зерна сельскохозяйственным животным с молоком из агроэкосистемы будет теряться 0,7 т элементов питания, с мясом – 0,3-0,4 т. Соответственно вынос азота в зависимости от специализации животноводства сокращается в 4-8 раз, фосфора - в 10-25 раз, калия – до в 60 раз. Важно, что особенно существенно сокращается отчуждение фосфора и калия, поскольку в отличие от азота, до 50% кругооборота которого можно связывать из атмосферы биологическим путём в самой агроэкосистеме, запасы этих элементов в доступной для растений форме в почве ограничены и пополнять их можно только за счёт дорогостоящих минеральных удобрений. При этом следует учитывать, что высокий уровень рециркуляции одних и тех же элементов питания возможен лишь при обеспечении "герметичности" их кругооборота в системе почва - растение - животное - отходы животноводства – почва, что достигается соблюдением технологии накопления, хранения и внесения органических удобрений, в особенности навоза. При нарушении данного требования и применения навоза низкого качества потребность в минеральных удобрениях резко возрастает.
Таким образом, основополагающим условием повышения продуктивности и устойчивости агроэкосистем является адаптация специализации производства к конкретным почвенно-климатическим условиям на основе оптимизации соотношения отраслей растениеводства и животноводства. Результаты наших балансовых исследований в стационарных опытах и сельскохозяйственных предприятиях показали, что этот показатель должен составлять не менее 0,8 условных голов (у.г.) на 1 га сельскохозяйственных угодий с максимальным уровнем до 2 у.г./га. При этом чем выше насыщенность землепользования животными тем больше рециркуляция элементов питания и органического углерода, которая приближается к 100% при плотности поголовья около 2 у.г./га.
После решения проблемы межотраслевой оптимизации в проекте развития хозяйства необходимо отработать большое количество других направлений: системы применения удобрений, севообороты, кормопроизводство, семеноводство, техническое обеспечение и т.д. Комплексно увязать такую многофакторную систему с целью получения намеченного эффекта очень трудно. Однако подобные задачи эффективно решаются при помощи современных информационных технологий. Такие разработки уже существуют и применяются на практике. Примером может служить универсальный информационно-аналитический компьютерный комплекс «Агроресурсы», который позволяет оперативно разрабатывать множество сценариев производственной деятельности любого сельскохозяйственного предприятия, моделировать различные варианты применительно к существующим или запланированным производственным показателям (рис.1).
В процессе создания комплексного технологического проекта развития хозяйства (3-5 летнего плана), его руководитель и специалисты осваивают технологию работы с комплексом. Понятно, что при реализации разработанного проекта будут возникать различные корректировки, уточнения, связанные с непредвиденными обстоятельствами и в т.ч. экстремальными погодными условиями, изменением цен и спроса на определённые виды продукции. Поэтому в процессе повседневной работы специалисты, принимающие управленческие решения, в результате ввода в банк данных возможных или произошедших изменений, например, урожайности культур, структуры посевных площадей, продуктивности животных, их численности и т.д., всегда смогут самостоятельно оперативно провести необходимый анализ и выбрать близкий к оптимальному или несколько перспективных вариантов действий, учитывающие интересы всех производственных секторов предприятия.
Для реализации на практике разработанного проекта составляются переходные таблицы: в растениеводстве от фактического размещения культур по полям к намеченным севооборотам; в животноводстве - от фактического поголовья животных к запланированной структуре, численному и породному составу стада. Согласно этим таблицам по переходным годам необходимо стремиться к жесткому соблюдению плана. В процессе и после освоения севооборотов и системы применения удобрений необходимо обеспечить постоянный рост продуктивности посевов.
В отличие от животноводства, где выход продукции находится в контролируемых условиях, в растениеводстве получить запланированный урожай практически никогда не удаётся. Это связано с тем, что каждый год по погодным условиям, фитосанитарному состоянию посевов и по многим другим показателям уникален и соответственно посевы различных культурных растений по разному реагируют на складывающиеся специфические условия определённого года. Даже при соблюдении оптимальных параметров почвенного плодородия, создании благоприятных агрохимических, агрофизических, физико-химических, микробиологических и других свойств почвы, возможны либо недобор продукции (неблагоприятный год), либо получение большей продуктивности, чем предполагалось (благоприятный год). С помощью блока программы “Балансы”, созданного на основе формализации результатов исследований в стационарных опытах и позволяющего производить балансовые исследования в действующих сельскохозяйственных предприятиях, при вводе в блок «Исходная информация» фактической урожайности предыдущей культуры, пользователь точно устанавливает дозы удобрений под последующую. Таким образом удаётся постоянно поддерживать питательный режим почвы в оптимальном состоянии. В результате возникают предпосылки для целенаправленного подъёма продуктивности севооборотов и при соблюдении закона возврата уровень плодородия почвы будет неуклонно повышаться, что обеспечит стабильный рост продуктивности пашни.
Некоторые возможности совершенствования землепользования с помощью комплекса «Агроресурсы» показаны на примере сельскохозяйственного предприятия “Берёзоволуцкое”, расположенного в северной части Полтавской области. Структура агроландшафта и землепользования типичная для левобережной Лесостепи Украины. Преобладающая почва - чернозем типичный малогумусный со средней обеспеченностью доступными фосфором и калием.
При разработке моделей развития этого хозяйства использовалась информация относительно основных характеристик землепользования и следующих параметров:
1. Ретроспективная модель 1 (первая половина 90-х ) – продуктивность растениеводства на уровне 40 ц к.е./га; поголовье животных – 0,5 у.г.га.
2. Современная модель 2 (2000 г.) – продуктивность растениеводства на уровне 30 ц к.е./га; поголовье – 0,4 у.г./га.
3. Перспективная модель 3 (2005 г.) – продуктивность растениеводства на уровне 50 ц к.е./га; поголовье – 1 у.г./га.
В процессе определения направлений межотраслевой оптимизации и совершенствования структуры землепользования равнинные земли, в отличие от традиционного радиального размещения полей в севооборотах, предложено дифференцировать по их расстоянию от объектов животноводства. Из отдаленных полей сформированы зернотравяные севообороты с долей трав до 40%, система удобрения в которых базируется на использовании всей побочной продукции на удобрение и внесении NPK исходя из запланированного уровня продуктивности. На земельных массивах, прилегающих к животноводческим комплексам, созданы интенсивные зернопропашные севообороты с внесением высоких доз навоза. Такая организация территории дает возможность полностью реализовать систему воспроизводства плодородия почвы при сокращении затрат на 10%.
1. Характеристика производственных моделей
|
Показатель
|
Модель
|
|
1
|
2
|
3
|
|
Поголовье, усл.гол./ 100га
|
49,8
|
38,1
|
100,0
|
|
Потребность в корм., тис. т к.е.
|
11,9
|
8,5
|
24,3
|
|
Протеин, г/кг
|
105,4
|
103,6
|
112,2
|
|
Площадь трав, %
|
17,5
|
11,9
|
23,8
|
|
Продуктивность, ц к.е./га
|
41,1
|
32,3
|
52,9
|
|
Необходимо навоза, т/га
|
7,3
|
10,0
|
5,9
|
|
Производство навоза, т/га
|
6,7
|
5,6
|
13,3
|
|
Потребность в NPK, кг/га
|
65,0
|
58,0
|
63,0
|
|
Азотфиксация, кг/га
|
32,0
|
23,0
|
65,0
|
|
Рециркуляция, %
|
56,0
|
51,0
|
60,0
|
|
Кээ
|
6,1
|
5,2
|
6,4
|
|
Баланс гумуса без учёта компенсирующего действия наличных органических удобрений в современной модели значительно ухудшился (-0,55 т/га) в сравнении с исходным (-0,35 т/га). Это объясняется, как снижением продуктивности растениеводства и накопления растительных остатков, так и сокращением площади многолетних трав. В перспективной модели баланс гумуса приближается к бездефицитному (-0,1 т/га). Таким образом, если при исходных и современных производственных показателях растениеводства и животноводства для воспроизводства гумусного состояния почвы навоза не хватает, то при реализации перспективной модели его накопление будет превышать потребность (табл. 1).
Для определения объемов применения на удобрение излишков соломы устанавливается общий объем ее производства, а также учитывается потребность животноводства. Во всех моделях при целенаправленном использовании имеющихся ресурсов органического вещества в севооборотах можно обеспечить бездефицитный баланс гумуса, однако при снижении урожайности культур и поголовья животных относительно модели 2 будет ощущаться дефицит органического углерода. Для воспроизводства гумусного состояния почвы в близлежащих зернопропашных севооборотах без трав необходимо вносить до 20 т/га навоза, что совпадает с результатами исследований в стационарном опыте Полтавской опытной станции в аналогичных почвенно-климатических условиях.
Вынос биогенных элементов в модели 1 суммарно составляет 251 кг/га, в модели 2 – 192, в модели 3 – 330 кг/га при продуктивности пашни соответственно на уровне 40, 30 и 50 ц к.е./га. За счет рециркуляции и азотфиксации в моделях 1, 2, 3 в почву поступает соответственно: азота 82, 74 и 96%, фосфора – 62, 56 и 83%, и калия – 70, 64 и 71% от выноса. В зернопропашных севооборотах в моделях 1 и 2 потребность в минеральных удобрениях за счет высоких доз навоза незначительная, а в модели 3 поступление элементов питания с навозом преобладает над их выносом.
При повышении общей продуктивности перспективной модели 3 до 52,9 к.е. ц/га, в сравнении с современной моделью 2 (32,3 ц к.е./га) потребность в минеральных удобрениях для достижения бездефицитного баланса питательных веществ возрастет лишь на 8,6%, что объясняется повышением уровня рециркуляции элементов питания с 51 до 60%, а также увеличением использования биологического азота с 23 до 65 кг на 1 га пашни. В результате коэффициент энергетической эффективности (Кээ) возрастёт с 5,2 до 6,4, поступление денежных средств увеличится на 40%, чистая прибыль - в 1,8 раза.
[ info@couple.su ]
|
|
