Введение
Существующие законодательные, нормативно-правовые и технологические условия, определяющие направленность и приоритеты развития земледельческой науки на перспективу, трансформировались за последние годы и стали более благоприятными, чем для развития земледелия РФ в период 90-х гг. прошлого века. За последний период было дано несколько прямых поручений Президента Российской Федерации, выпущен ряд директивных актов Правительства Российской Федерации, подготовлены доктрины, концепции, стратегии, сохранено действие Федеральных целевых программ “Плодородие”, “Социальное развитие села”.
Для реализации вышеуказанных документов в РАСХН с участием представителей вузовской и отраслевой науки разработано методическое руководство “Агроэкологическая оценка земель, проектирование адаптивно-ландшафтных систем земледелия и агротехнологий”, в котором использованы новые подходы к проектированию адаптивно-ландшафтных систем земледелия с учетом региональной специфики, преемственности по отношению к ранее освоенным зональным системам земледелия и проектам внутрихозяйственного землеустройства. Подготовлен доклад “О развитии агротехнологий и формировании государственной технологической политики в сельском хозяйстве” и целый ряд других документов для обеспечения необходимой методологии их использования учеными, практиками, специалистами органов управления АПК, агрохимической и землеустроительной службой, преподавателями средних и высших учебных заведений.
Приоритетные направления научного обеспечения земледелия
Существует мощный стрессовый фактор, который существенно скорректировал традиционные схемы ведения земледелия. Это увеличение стока парниковых газов. Его следует рассматривать как следствие глобальных и региональных изменений климата, агротехнологических нарушений, отхода от существующих научно-обоснованных систем ведения земледелия и растениеводства и преимущественно экстенсивного характера агропроизводства. В настоящее время созданы специализированные лаборатории, творческие коллективы по изучению этого вопроса. Внесены коррективы в планы НИР по определению рисков, мер адаптации к агроклиматическим изменениям, на базе Геосети опытов с удобрениями создаются реперные участки по учету стока и эмиссии углерода. Этот вопрос обсуждался на Межведомственном совете по проблемам экологии АПК, Президиуме РАСХН, была подготовлена коллективная монография.
История земледелия всецело связана с его адаптацией к различным природным и климатическим условиям. В России, с ее огромной территорией и северным расположением, климатическая дифференциация земледелия и агротехнологий имеет особое значение. В 1980-е гг. эту дифференциацию учитывали в виде зональных систем земледелия в соответствии с ранее выполненным природно-сельскохозяйственным районированием территории страны.
В проектах ландшафтного земледелия и агротехнологий в настоящее время пространственную дифференциацию корректировали с учетом тепло - и влагообеспеченности культур в зависимости от крутизны и экспозиции склонов, гидрогеологических, гидрологических и других условий, микро- и мезоклимата. Эти и подобные им задачи входят в планы научно-исследовательских работ по земледелию. Их разработка в дальнейшем должна быть соотнесена с новейшими представлениями о глобальных изменениях климата и входить в число научных приоритетов. Мировой финансовый кризис, бесспорно, сказывается и на сельхозпроизводстве, и на аграрной науке. Отметим в первую очередь, что фактор финансового кризиса ничего принципиально не меняет в системе базовых целей, задач социально-экономического свойства и технологического переоснащения. Наоборот, он более резко показал недостатки в инфраструктуре, институциональном, нормативно-правовом поле, формировании инновационных структур в АПК, определил бóльшую необходимость реализации подготовленных с участием ученых долгосрочных стратегий и целевых программ, подчеркнул безальтернативность интеграции.
Позитивное влияние кризисных условий состоит в том, что они некоторым образом расширяют возможности интеграции и интенсификации процесса инновационно-технологического пути развития АПК в соответствии с “Концепцией социально-экономического развития России на период до 2020 года” и другими ранее принятыми документами.
Формирование перечня приоритетных направлений научного обеспечения земледелия, объединенного в единый блок под названием “Теоретические основы технологической модернизации, системы адаптивно-ландшафтного земледелия, проектирования агротехнологий для воспроизводства плодородия, предотвращения деградации почв и увеличения производства сельскохозяйственной продукции” позволило определить ряд важнейших направлений дальнейшего развития:
– теоретические основы агротехнологической модернизации земледелия России; системы информационно-технологического обеспечения региональных адаптивно-ландшафтных систем земледелия и формирования агротехнологий различной степени интенсификации;
– теоретические основы рационального использования почвенных ресурсов России, методологии мониторинга земель, используемых или предназначенных для ведения сельского хозяйства, обоснование мер по сохранению и восстановлению плодородия почв, их возврату в активное агропроизводство и консервации земель сельхозназначения, выбывших из оборота;
– системы комплексного применения минеральных и органических удобрений, мелиорантов, регуляторов роста растений и биопрепаратов; эффективные меры регулирования окупаемости затрат и формирование внутреннего рынка минеральных удобрений в соответствии с задачами социально-экономического развития России на период до 2020 г.;
– методы прогноза агроэкологических рисков и технологии региональной адаптации земледелия к изменениям климата; теория и методы регулирования продукционного процесса;
– эффективные методы создания микробо-растительных сообществ, способы и технологии использования микроорганизмов в ресурсосберегающих технологиях производства сельскохозяйственной продукции;
– научные основы, системы и технологии ведения агропромышленного производства в условиях расширяющегося техногенеза, реабилитации земель сельскохозяйственного назначения для обеспечения производства экологически безопасной продукции.
Эти направления исследований в земледелии, включающие самостоятельные научные дисциплины, такие как почвоведение, агрохимия, агрофизика, микробиология, радиология, экология и общее земледелие, с использованием агрохимических, физико-химических, физических, микробиологических, агроэкологических и радиологических методов исследований почв и растений, позволят получить новые знания и предложить практические и управленческие решения актуальных прикладных проблем дальнейшего развития земледелия России.
Разработка основ формирования агротехнологической политики модернизации земледелия России, системы информационно-технологического обеспечения адаптивно-ландшафтного земледелия предполагает развитие теории формирования экологически сбалансированных агроландшафтов и системы оценки их ресурсного потенциала, определения экологической емкости, устойчивости и нормирования антропогенной нагрузки. Продолжатся также работы по совершенствованию теоретических основ формирования агротехнологической политики, подготовке агротребований к новым машинам с целью создания банка данных и региональных регистров перспективных агротехнологий и машин.
Земледелие определяет хозяйственную деятельность, учитывающую внутренние и внешние взаимодействия: общественные потребности (рынок продуктов, потребности животноводства в кормах, требования переработки); агроэкологические требования культур и их средообразующее влияние; агроэкологическую оценку земель, характеризующую природно-ресурсный потенциал; производственно-ресурсный потенциал, уровни интенсификации; хозяйственные уклады, социальную инфраструктуру; качество продукции и среды обитания, экологические ограничения.
Производство необходимого количества качественной продукции, формирование экологически устойчивых агроландшафтов может быть достигнуто в результате совершенствования адаптивно-ландшафтных систем земледелия и освоения новых агротехнологий различной интенсификации. Современные агротехнологии представляют собой комплексы технологических операций по управлению продукционным процессом сельскохозяйственных культур в агроценозах с целью достижения планируемой урожайности и качества продукции при обеспечении экологической безопасности и определенной экономической эффективности. По принятой методологии агротехнологии связаны в единую систему управления агроландшафтом через севообороты, приемы обработки почвы, удобрения и средства защиты растений, имеют индивидуальное значение, определяемое особенностями сорта с определенной системой управления продукционным процессом и структурной моделью агроценоза. Нормативно утверждена градация агротехнологий по степени интенсификации: экстенсивные, нормальные, интенсивные, высокоинтенсивные (точные) технологии.
Отметим, что из-за неотрегулированных земельных отношений, сокращения поголовья животных, низкой обеспеченности сельхозтоваропроизводителей производственными ресурсами предпринимаются попытки мотивированного отказа от применения удобрений, рекомендуемого комплекса обработки почвы. При этом крайне упрощенно трактуется понятие энергосбережения, экологизации, биологизации, а под девизом “сберегающего земледелия” расширяется компания минимализации обработки почвы. В результате дискуссии в печати российскими учеными-земледелами определены четкие критерии возможностей минимализации и разработаны дифференцированные приемы обработки почвы с учетом почвенно-климатических условий, видов возделываемых культур. Эта работа должна быть продолжена и в предстоящие годы.
Сохранение экологической устойчивости агроландшафтов
Сохранение экологической устойчивости агроландшафтов определяется совершенствованием систем стабилизации и воспроизводства плодородия почв и предотвращения всех видов ее деградации. В России, между тем, процесс снижения плодородия почв, ухудшения состояния земель, используемых или предназначенных для ведения сельского хозяйства, приобретает фатальный характер. Почвенный покров, особенно сельскохозяйственных угодий, подвержен деградации и загрязнению, теряет устойчивость к антропогенезу, способность к восстановлению свойств, воспроизводству плодородия. Продолжаются процессы сокращения пашни, интенсивного развития деградационных процессов почв. Вынос основных элементов питания урожаем сельскохозяйственных культур превышает их поступление в почву с минеральными и органическими удобрениями, биологическим азотом, разрушается каркас почвы за счет использования потенциально доступных форм элементов питания. Около 70 млн. га пахотных земель имеют повышенную кислотность, 56 млн. га – низкое содержание гумуса, более 25 млн. га – низкое содержание подвижного фосфора и около 12 млн. га – низкое содержание подвижного калия. Площади техногенно нарушенных земель за последние годы увеличиваются на ≈ 100 тыс. га в год, загрязнение почв радионуклидами отмечено на территории ≈ 150 тыс. км2. Серьезную тревогу вызывает продолжающийся процесс опустынивания на площади более 50 млн. га.
Повышение континентальности климата, регионального усиления гумидности и аридности определили процессы деградации агроэкосистем и агроландшафтов, среди которых наибольшую тревогу вызывают процессы дефляции почв, гидроморфизма черноземов и опустынивание. Уже сейчас на территории Тамбовской равнины, даже на Докучаевском стационаре в Каменной степи, трудно найти исконные черноземы. Эволюция почвообразования идет в сторону местного гидроморфизма.
В циркумполярном поясе также происходят серьезные изменения. Почвообразовательный процесс в криолитозоне нарушен. Наиболее сложный аспект изменчивости – нарушение соответствия почвенных условий климатическим. Усиление засух в таежно-лесной зоне приводит к ухудшению физических свойств дерново-подзолистых почв. Черноземы более устойчивы к засухам, но вторичный гидроморфизм черноземов развивается на значительных территориях европейской России. На юге типичные, обыкновенные и южные черноземы подвержены заболачиванию, засолению, оглеению, слитизации. Значительные площади гидроморфизированных черноземов (сотни га) исключены из пахотного фонда. В лесостепи переувлажнение выщелоченных и оподзоленных черноземов сопровождается вторичным заболачиванием, оглеением, а при поверхностном переувлажнении – подкис-лением и оподзоливанием. Процессы приобретают опасные деградационные масштабы: например, в Тамбовской обл. выведены из оборота более 50 тыс. га. Образование вторичных мочарных ландшафтов в лесостепи и степи – широкомасштабное бедствие, требующее дорогостоящего комплекса мелиоративных работ. Оно сопровождается оползневыми процессами, подъемом грунтовых вод, подтоплением и разрушением строения почвы, агрессивным действием сульфатов на памятники старины, нарушением транспортных и иных коммуникаций, возникновением заболеваний, изменением численности и видового состава флоры и фауны.
Особое значение в современных условиях имеют научно-исследовательские работы, направленные на усовершенствование теоретических основ анализа, оценки состояния и использования почвенных ресурсов России и развитие методологии мониторинга почв. Требуют совершенствования методология картографирования, инвентаризации, оценки агроэкологического потенциала почвенных ресурсов с использованием современных методов исследований почв и почвенного покрова, новых информационных технологий. Обновления требуют методы проведения мониторинга почв и почвенного покрова с использованием почвенных карт, землеустроительных и других фондовых материалов с применением данных дистанционного зондирования, ГИС-технологий, систем глобального позиционирования. Важно разработать систему оценки современных трендов развития почвенных процессов в ландшафтах на основе изучения направленности процессов в природных и антропогенно преобразованных почвах, совершенствование кадастровой оценки земель России.
Полученные результаты будут использованы для разработки теоретических основ воспроизводства плодородия почв и предотвращения деградации земель сельскохозяйственного назначения. Итогом работы должны быть региональные системы воспроизводства плодородия почв и сохранения земель сельскохозяйственного назначения, программа возврата в оборот и консервирования выбывших из активного сельскохозяйственного производства.
Необходимо провести работу по инвентаризации земель учреждений и предприятий РАСХН и создать единый информационный ресурс для оценки плодородия, земельного контроля и мониторинга.
Роль агрохимии в научном обеспечении земледелия
Концепция долгосрочного социально-экономического развития Российской Федерации на период до 2020 г. предусматривает формирование внутреннего потребления минеральных удобрений порядка 3–5 млн. т и применение их в соответствии с оптимальными потребностями. Внесение промышленных форм удобрений в 2011 г. должно увеличиться до 50 кг д.в./га и до 130–150 кг д.в./га – в 2020 г. В этой связи исследования по агрохимии ориентированы на разработку высокоэффективной и экологически безопасной системы интегрированного применения удобрений, мелиорантов, регуляторов роста растений и биопрепаратов в агротехнологиях различной интенсификации. Предусмотрено совершенствование теории агрохимии и создание приемов регулирования потоков биогенных элементов в агроэкосистемах и управления химическим составом растениеводческой продукции, приемов комплексного использования новых форм удобрений, мелиорантов, физиологически активных веществ и биопрепаратов нового поколения в современных агротехнологиях.
Проведение мониторинга плодородия почв земель сельскохозяйственного назначения на базе материалов агрохимического обследования, стационарных тестовых полигонов Географической сети опытов с удобрениями и реперных участков с использованием новых информационных технологий по-прежнему остается основной задачей Агрохимслужбы.
При предполагаемом росте поголовья скота и птицы к 2020 г. выход навоза и помета увеличится в 1.6 раза и составит 178 млн. т в пересчете на подстилочный навоз. Использование его в земледелии страны позволит вовлечь в хозяйственно-биологический круговорот 36 млн. т органического вещества и 2.7 млн. т NPK. В этой связи необходима разработка высокоэффективных систем использования органических удобрений и возобновляемых биологических ресурсов для получения нормативно чистой растениеводческой продукции, создание экологической устойчивости агроландшафтов и воспроизводства плодородия почв, усовершенствование методов управления плодородием почв и продуктивностью агроценозов, приемов использования органических удобрений и возобновляемых биоресурсов в агротехнологиях различной интенсификации. Необходимы мониторинг почв, грунтовых и поверхностных вод, эмиссии СО2 и других соединений в зоне деятельности животноводческих комплексов; технологии биои фиторемедиации земель, загрязненных органогенными отходами; совершенствование нормативов и регламентов экологически безопасного высокоэффективного использования в качестве удобрений органических отходов агропромышленного производства.
В последнее время получило развитие применение информационных технологий, основанных на дистанционных методах зондирования, в сочетании с контактными методами измерения для автоматизированного управления продукционным процессом растений и проектирования адаптивно-ландшафтных систем земледелия. Для решения этой научной задачи следует сформировать информационно-технологическую базу прецизионного управления продуктивностью посевов в естественных и регулируемых условиях среды с использованием новых приборов, оборудования, программноаппаратных средств, отвечающих современным мировым стандартам. В частности, необходимо разработать автоматизированные ресурсосберегающие технологии производства растительной продукции с использованием культурных растений с улучшенными хозяйственно-ценными признаками; автоматизированную систему управления продукционным процессом посевов на базе новых информационных технологий и технических средств для высокоинтенсивных (точных) агротехнологий.
Оценка наблюдений за изменением климата и его последствий, исходя из данных мониторинга и результатов научных исследований, является важной составляющей информационной базы при разработке климатической политики на национальном и международном уровнях. В целях решения этой проблемы получат развитие исследования по совершенствованию теоретических основ и разработке методов прогноза агроклиматических рисков в земледелии и адаптации агросферы.
Актуальным остается направление по совершенствованию методов и методики планирования и проведения полевых опытов, мониторинга состояния почвенно-растительного комплекса на основе создания принципиально новой физико-технической базы адаптивно-ландшафтного земледелия.
Динамичное развитие агропромышленного комплекса страны невозможно без использования биологических методов обеспечения питания растений и их защиты от вредителей. В этом плане существенная роль принадлежит использованию препаратов, содержащих симбиотические микроорганизмы: азотфиксаторов, арбускулярную микоризу, защитные эндофитные и ризосферные бактерии. В области микробиологии востребованы эффективные методы, способы и технологии использования микроорганизмов в ресурсосберегающих технологиях производства высококачественной сельскохозяйственной продукции. В настоящее время все более широко применяются молекулярные биотехнологические методы, позволяющие изучать закономерности формирования полезных микробных ассоциаций в агрофитоценозах, в том числе и симбиотических микроорганизмов, взаимодействующих с сельскохозяйственными растениями и животными. В частности, планируется создать ассоциации микроорганизмов почвы и методы управления ими в современных агроландшафтах на основе изучения филогенетической и функциональной структуры метагенома; создать растительно-микробные системы на уровне нанопространства и сигналлинга генетической интеграции агрономически полезных микроорганизмов и растений; усовершенствовать теоретические основы и разработать способы получения и применения нового поколения биопрепаратов и биоудобрений на основе монокультур и консорциумов микроорганизмов. Для решения этой задачи уже разработаны молекулярные основы анализа филогенетической и функциональной структуры почвенного сообщества микроорганизмов, основанные на использовании полимеразной цепной реакции (метод ПЦР). Он позволяет идентифицировать широкое разнообразие почвенных микроорганизмов.
В российском земледелии ряд важных экологических проблем связан с воздействием выбросов и сбросов предприятиями промышленных отходов, с транспортом и энергетикой, влияние которых постоянно возрастает. Техногенное воздействие на сферу агропромышленного производства достигло таких масштабов, что его можно рассматривать как угрозу национальной безопасности. Это определяет необходимость продолжения и развития исследований, направленных на разработку методологии, информационно-методического обеспечения и технологических приемов повышения устойчивости агроэкосистем, оптимизации агроландшафтов и производства экологически безопасной сельскохозяйственной продукции в современный период техногенеза.
При реализации планов научных исследований будет разработана методология и усовершенствованы методы оценки состояния агроэкосистем и повышения их устойчивости на основе изученных молекулярно-генетических, физиологических и биохимических механизмов действия физических и химических техногенных факторов на сельскохозяйственные растения и животных; уточнены методы и создано информационное обеспечение агроэкологического мониторинга агроландшафтов в зонах воздействия предприятий энергети ки, промышленности и транспорта. Необходимоусовершенствовать существующие и разработать новые приемы реабилитации земель и инновационные технологии производства экологически безопасной агропромышленной продукции на основе изучения свойств и механизмов действия наноразмерных материалов, неионизирующих излучений и высокомолекулярных соединений на биологические объекты при техногенном воздействии на сельскохозяйственные угодья, а также создать информационно-методические средства оптимизации ведения агропромышленного производства на сельскохозяйственных землях, подвергшихся техногенному загрязнению. Решение этих вопросов обеспечит реабилитацию и возврат в оборот земель сельскохозяйственного назначения, а также производство нормативно-чистой растениеводческой продукции.
Решение кадровых вопросов научного обеспечения земледелия
Переход на инновационный путь развития безусловно и безальтернативно предполагает формирование кадрового потенциала, восприимчивого к инновациям. В этой связи для ученых особую значимость приобретает работа по расширению связей с сельхозтоваропроизводителями, интеграции сельскохозяйственной науки и образования, подготовке образовательных программ с учетом научных достижений. Двухуровневая система высшего профессионального образования, согласно Болонской конвенции (бакалавр и магистр), для целей подготовки агрономов-технологов в современном производстве не вполне пригодна.
В ближайшие годы предстоит довести до 30% долю аспирантов, защитивших кандидатские диссертации в срок (не более 1-го года после окончания аспирантуры) и увеличить до 30% в общем количестве исследователей долю научных сотрудников в возрасте до 39 лет.
Заключение
Таким образом, реализация приоритетных направлений исследований обеспечит совершенствование теоретических основ в области агрохимии, почвоведения, агрофизики, земледелия, сельскохозяйственной микробиологии, сельскохозяйственной радиологии и экологии; создание систем сохранения и воспроизводства плодородия почв и научное обеспечение проведения мониторинга земель сельскохозяйственного назначения. Будут усовершенствованы существующие и разработаны новые адаптивно-ландшафтные системы земледелия и созданы энергосберегающие агротехнологии выращивания сельскохозяйственных культур.
