УДК 504.06:631.6

DOI: 10.24412/cl-37200-2024-1058-1065

АГРОЛЕСОМЕЛИОРАТИВНЫЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ КОМПЛЕКСЫ НА ПРИМЕРЕ ВОЛГОГРАДСКОЙ ОБЛАСТИ

AGROFORESTRY ECOLOGICAL COMPLEXES ON THE EXAMPLE OF THE VOLGOGRAD REGION

Пугачёва А.М., Кулик К.Н.

Pugacheva A.M., Kulik K.N.

Федеральный научный центр агроэкологии, комплексных мелиораций и защитного лесоразведения РАН, Волгоград, Россия

Federal Scientific Center for Agroecology, Integrated Land Reclamation and Protective Afforestation of the Russian Academy of Sciences, Volgograd, Russia

E-mail: nir-1@mail.ru

Аннотация. В статье представлен анализ агролесомелиоративных экологических комплексов по административным районам Волгоградской области. На примере районов, лесистость пашни которых превышает 1,5%, по доли распаханности, определены экологические параметры территорий. Оптимальные показатели в пределах 40% имеют шесть районов – Кумылженский, Городищенский, Камышинский, Николаевский, Палласовский, Светлоярский. Три района – Нехаевский, Новоаннинский и Еланский характеризуются показателями, превышающими предельно допустимые экологические параметры эксплуатации, более 60%. Проведена оценка земель сельскохозяйственного назначения региона на антропогенную нагрузку и на экологическую стабильность. 23 района области имеют сильную антропогенную нагрузку, что составляет 63% территории. 28 районов области являются экологически не стабильными, что соответствует 80% площади субъекта. Достоверные тренды увеличения урожайности озимой пшеницы за 50-ти летний период, определены только в настоящей степи региона. Выявлена высокая корреляционная зависимость r=0,92 между показателями урожайности зерновых культур и существующими площадями защитных лесных насаждений в этой зоне. Представленный новый подход в анализе функционирования территорий на основе агролесомелиоративных экологических комплексов показывает современное состояние земель сельскохозяйственного назначения, антропогенную нагрузку и их экологическое состояние. Полученные данные свидетельствуют о необходимости более детального изучения каждого составляющего элемента комплексов, его роли в общем функционале конкретной территории, с целью определения в перспективе необходимых оптимальных показателей каждого элемента.

Ключевые слова: Агролесомелиоративные экологические комплексы, агролесомелиорация, защитные лесные насаждения, пашня, сельскохозяйственное производство, залежные земли.

Abstract. The article presents an analysis of agroforestry ecological complexes in the administrative districts of the Volgograd region. Using the example of areas with arable land cover exceeding 1.5%, the ecological parameters of the territories are determined by the proportion of ploughing. Six districts have optimal indicators within 40% – Kumylzhensky, Gorodishchensky, Kamyshinsky, Nikolaevsky, Pallasovsky, Svetloyarsky. Three districts – Nekhaevsky, Novoanninsky and Elansky are characterized by indicators exceeding the maximum permissible environmental parameters of operation, more than 60%. The assessment of agricultural lands in the region for anthropogenic load and environmental stability has been carried out. 23 districts of the region have a strong anthropogenic load, which is 63% of the territory. 28 districts of the region are ecologically unstable, which corresponds to 80% of the area of the subject. Reliable trends in increasing the yield of winter wheat over a 50- year period have been determined only in the real steppe of the region. A high correlation r=0.92 was revealed between the indicators of grain yield and the existing areas of protective forest plantations in this zone. The presented new approach in the analysis of the functioning of territories based on agroforestry ecological complexes shows the current state of agricultural lands, anthropogenic load and their ecological condition. The data obtained indicate the need for a more detailed study of each component element of the complexes, its role in the overall functionality of a particular territory, in order to determine in the future the necessary optimal indicators of each element.

Key words: Anthropogenic ecological complexes, agroforestry, protective forest plantations, arable land, agricultural production, fallow lands.

Введение. Современное интенсивное использование земель сельскохозяйственного назначения практически повсеместно послужило переходу природных (естественных) экосистем в разряд агролесомелиоративных экологических комплексов, в большей части управляемых человеком [1]. Антропогенный пресс относится к ведущим факторам преобразования экосистем. Эти изменения являются направленными и сопряжены в основном с частичной, либо полной трансформацией биоты, с заменой естественных комплексов на определенный перечень технологий преобразования почвенного покрова, его структуры, физического и химического состава, вариациями водного режима, культивируемых видов растений [1]. Такие преобразования ландшафтов глубоко изучаются «антропогенным ландшафтоведением» [2, 3].

Для определения степени нарушенности земель сельскохозяйственного назначения, необходима их оценка. Академиком РАН Волковым С.Н. разработаны интегральные показатели, которые позволяют провести расчет экологической стабильности территорий, а также степень антропогенной нагрузки на уровне административных районов [4]. Реймерсом Н.Ф. сформированы экологические параметры сбалансированной территориальной организации в степной зоне в части долевого распределения земель пашни. По его мнению, оптимальные показатели доли пашни в общем объеме площади рассматриваемой территории, находятся в пределах 40-45%, предельно допустимые не должны превышать 60% [5].

Модельные расчеты выполненные Odutn E.P. и Odutn N.T. показали, что максимум полезной продукции территории достигается при 40% ее освоенности при 60% наличия на территориях естественных экосистем [6]. Рядом исследователей проведена оценка антропогенного воздействия на природные экосистемы применением индикационных показателей [7, 8]. Оценка нарушенности ландшафтов представляет сложность, связанную не только с учетом соотношений, подвергшихся деградации площадей и структурных компонентов ландшафтов. Чибилева В.П. провела нормирование оценочных показателей, с учетом коэффициента их значимости, рассчитанного с помощью факторного метода. Этот подход позволил исследователю ранжировать районы Оренбургской области по степени их измененности [7].

Для Волгоградского региона, который являлся объектом нашего исследования, характерна большая антропогенная нагрузка при широком спектре возделываемых сельскохозяйственных культур. Среди них преимущество отдается зерновым (озимая и яровая пшеницы, ячмень), также возделываются кормовые, технические, овощные культуры. Неотъемлемой составной частью антропогенных экологических комплексов в настоящее время являются мелиоративные защитные лесонасаждения (ЗЛН), которые считаются стабилизирующим элементом современных ландшафтов [9, 10]. Ведущими учеными агролесомелиораторами и ландшафтоведами, ЗЛН рассматриваются как один из основных элементов экологического каркаса территорий, выступая экологическими коридорами распространения флоры и фауны, либо буферными зонами различного уровня [11-13]. Ряд авторов видят в агролесомелиорации вариант развития отрасли растениеводства [14, 15].

Максимальный объем создания ЗЛН на государственном уровне был произведен во время реализации в 1948-1952 гг. Плана преобразования природы. За пятилетний период было создано 1286 тыс. га ЗЛН [16]. По итогам реализации Генеральной схемы противоэрозионных мероприятий в период с 1975 по 1994 гг. было создано 622,2 тыс., поэтому их общая фактическая площадь в этот период увеличилась с 2128,4 тыс. га до 2750,6 тыс. га [17, 18]. С 1994 г. по настоящее время произошел резкий спад работ по защитному лесоразведению (особенно полезащитному). В рамках программ «Плодородие почв» и других за прошедшее время создано в 1994-2000 гг. – 22,5 тыс. га, в 2001-2005 гг. – 13,8 тыс. га, в 2006-2020 - 17,7 тыс. га, 2021-2023 – 14 тыс. га. При этом следует отметить происходящий ежегодный распад насаждений от природных и антропогенных факторов на площади от 15 до 20 тыс. га. То есть, происходит превышение распада над посадками. В результате, по экспертной оценке ВНИАЛМИ, на 2015 год в РФ сохранилось около 2500 тыс. га полезащитных и противоэрозионных лесных полос, насаждений на песках и аридных пастбищах. В Волгоградской области на этот год сохранилось 69 471 га ЗЛН [19, 20].

В стране окончательно разрушилась вертикаль управления защитным лесоразведением на землях сельскохозяйственного назначения. Однако именно в этот период повышается научное и общественное внимание к защитному лесоразведению, как высокоэффективному, долго действующему средству оптимизации природопользования и обустройства агроландшафта.

Увеличение площадей ЗЛН является одной из важных экологических задач современности с целью достижения оптимальных показателей лесистости и устранения «разрывов», либо брешей в экологических каркасах территорий [13]. Вопрос оптимальной лесистости земель сельскохозяйственного назначения во все времена был дискуссионным.

Каждый подход в определении оптимальных значений имеет свою индивидуальность и зависит от задач стоящих, в том числе перед аграрным сектором для достижения целей эффективного природопользования и продуктивного аграрного производства [21, 22]. С этим связана разница в единицах представляемых показателей. По мнению Молчанова А.А., в малолесных районах, где в настоящее время 70% площади занято полями и пастбищами, лесистость должна составлять до 25-30% [21, с. 6]. В Стратегии защитного лесоразведения Российской Федерации указан показатель оптимальной лесистости земель сельскохозяйственного назначения, составляющий 1,5% [19]. В одной из исследовательских работ Тубалова А.А., с помощью применения метода картографического моделирования на примере Волгоградского региона данный показатель определен в 3% [23].

Целью представленной работы на примере Волгоградского региона являлась многофакторная оценка существующих агролесомелиоративных экологических комплексов земель сельскохозяйственного назначения на уровне административных районов, с учетом существующих объемов ЗЛН. В задачи исследования входило: определение антропогенной нагрузки на земли сельскохозяйственного назначения, в том числе пашни, с учетом ее существующей лесистости, оценка экологической стабильности территорий, оценка возможной зависимости урожайности озимой пшеницы от реальных площадей ЗЛН.

Материалы и методы. Объектом исследований являлась Волгоградская область с представленным зональным делением по Овчинникову А.С. [24].

Коэффициенты экологической стабильности (Кэс) земель сельскохозяйственного назначения и их антропогенной нагрузки (коэффициент антропогенной нагрузки Кан) по административным районам рассчитаны по Волкову С.Н. [4].

где Ki – коэффициент экологической стабильности угодья i-го вида;

Pi – площадь угодья i-го вида;

Ki – коэффициент морфологической стабильности рельефа (Kp = 1,0 для стабильных территорий и Kp = 0,7 для нестабильных территорий).

В наших расчетах для всех районов Волгоградской области применялся коэффициент Kp = 1.

Приняты следующие значения: Кэс < 0,33, территория экологически не стабильна; при Кэс = 0,34…0,50 – неустойчиво стабильна; Кэс = 0,51…0,66 переходит в градацию средней стабильности; при Кэс > 0,67 – экологически стабильная.

Коэффициент антропогенной нагрузки (КАН) характеризует влияние деятельности человека на состояние антропогенных экологических комплексов. Формула расчета:

где Р – площадь земель с соответствующей антропогенной нагрузкой, га; Б – балл соответствующий площади с определенной антропогенной нагрузкой. Принятые показатели, что КАН менее 3,0 характеризует низкую антропогенную нагрузку на территорию, КАН = 3,1 – 3,5 – умеренную, КАН – 3,6 и более – высокую. В расчетах по оценке существующих агролесомелиоративных экологических комплексов учитывались земельные площади следующих категорий земель сельскохозяйственного назначения: пашня, ЗЛН, пастбища, сенокосы и залежи. Выбор данных показателей объясняется тем, что они наглядно демонстрирует функциональность агроландшафтов.

Данные по площадям защитных лесных насаждений представлены Комитетом природных ресурсов, лесного хозяйства и экологии Волгоградской области (данные инвентаризации 2015 года) [25]. Расчетные данные по лесистости земель сельскохозяйственного назначения и земель пашни использовались из более ранней работы одного из авторов [26]. Показатель лесистости в 1,5% земель сельскохозяйственного назначения и земель пашни в данной работе принят оптимальным [19]. Данные по урожайности озимой пшеницы за 50-ти летний период, предоставлены региональным отделением Росстатистики Волгоградской области. Метеорологические данные взяты из архива свободного доступа [27]. Из более ранней работы одного из авторов применяются некоторые выводы по индивидуальным особенностям климатических изменений на уровне локальных территорий (районов области) [28]. Используемые в работе характеристики почв подтверждаются сведениями, размещенными в почвенном реестре Российской Федерации [29]. Картографический материал выполнен в геоинформационной программе QGIS (Quantum geographic information system).

Результаты исследований и их обсуждение. Волгоградская область, как объект исследований, является аграрным регионом. Площадь земель сельскохозяйственного назначения – 7 237 тыс. га, площадь пашни 4 695 тыс. га, Пашня составляет 65% от площади сельскохозяйственных угодий региона. Площадь ЗЛН 69 471,1 га.

Полученные результаты по проведенным одним из авторов более ранних исследований показали, что только 12 районов области имеют экологическую защиту земель пашни в виде ЗЛН превышающую 1,5%. Не имеет ее 21 район. Анализ изучаемых экологических параметров проведен по районам, имеющим оптимальную лесистость (таблица 1). Проведенный анализ экологических параметров сбалансированной территориальной организации в части земель пашни по Реймерсу Н.Ф. показал, что оптимальные показатели пашни в пределах 40% имеют шесть районов: Кумылженский, Городищенский, Камышинский, Николаевский, Палласовский, Светлоярский. Три района – Нехаевский, Новоаннинский и Еланский характеризуются превышением предельно допустимых экологических параметров эксплуатации, превышающий 60% уровень. Данные районы по зональному делению находятся в настоящей степи с черноземными почвами, которые отличаются высоким плодородием, лучшей обеспеченностью осадками и в связи с этим более интенсивной распашкой территорий.

Таблица 1 Характеристика районов области по долевому присутствию пашни с лесистостью выше 1,5%

Зеленая подсветка в таблице характеризует районы с оптимальными показателями пашни, оранжевая характеризует превышение предельно допустимых значений.

На представленных картах по Кан (рисунок 1) и Кэс (рисунок 2) районы с показателями лесистости в 1,5% отмечены штриховкой.

Проведенный анализ районов области по антропогенной нагрузке (рисунок 1) показывает, что на территории региона отсутствуют районы с относительно низкой антропогенной нагрузкой на земли сельскохозяйственного назначения. 10 районов области имеют умеренную нагрузку, что составляет 37% территории. Остальные 23 района характеризуются высокой антропогенной нагрузкой или 63%.

Экологически средне стабильным является только Палассовский район области. Это связано с тем, что пашня в данном районе составляет лишь 9% территории. Находясь в полупустыне со слабым обеспечением осадками, большая площадь сельскохозяйственных угодий отведена под пастбищные экосистемы. Три района области Серафимовичский, Среднеахтубинский и Ленинский характеризуются неустойчивой стабильностью, остальные районы являются экологически не стабильными, что составляет 80% территории.

Рисунок 2. Экологическая стабильность земель сельскохозяйственного назначения Волгоградской области по административным районам.

Рисунок 3. Корреляционная зависимость урожайности озимой пшеницы (средние значения за 50-ти летний период, ц/га) и площадей под ЗЛН на землях сельскохозяйственного назначения в настоящей степи с черноземными почвами.

Выводы:

1. По результатам проведенного анализа районов области с лесистостью пашни выше 1,5%, по доли распаханности территорий, определены их экологические параметры. Оптимальные показатели пашни в пределах 40% имеют шесть районов области – Кумылженский, Городищенский, Камышинский, Николаевский, Палласовский, Светлоярский. Три района – Нехаевский, Новоаннинский и Еланский имеют показатели, характеризующие превышение предельно допустимых экологических параметров эксплуатации, превышая 60%.
2. Расчет антропогенной нагрузки на земли сельскохозяйственного назначения характеризует отсутствие районов с низкой нагрузкой, 10 районов имеют умеренную нагрузку, что составляет 37% территории, 23 района имеют сильную антропогенную нагрузку или 63% территории.
3. Экологически средне стабильным является только Палассовский район области. Это связано с тем, что пашня в данном районе составляет лишь 9% территории. Находясь в полупустыне со слабым обеспечением осадками, большая площадь сельскохозяйственных угодий отведена под пастбищные экосистемы. Три района области Серафимовичский, Среднеахтубинский и Ленинский характеризуются неустойчивой стабильностью, остальные районы области являются экологически не стабильными, что составляет 80% территории.
4. В тех районах настоящей степи региона, где определены достоверные тренды увеличения урожайности озимой пшеницы за 50-ти летний период, выявлена высокая корреляционная зависимость r=0,92 между показателями урожайности зерновых культур и площадями защитных насаждений.
5. Новый подход в анализе функционирования территорий на основе агролесомелиоративных экологических комплексов показывает современное состояние земель сельскохозяйственного назначения, антропогенную нагрузку и их экологическое состояние. Полученные данные свидетельствуют о необходимости более детального изучения каждого составляющего элемента комплексов, его роли в общем функционале конкретной территории, с целью определения в перспективе необходимых оптимальных показателей каждого элемента.

Благодарности. Авторы благодарят младшего научного сотрудника лаборатории геоинформационного моделирования и картографирования агролесоландшафтов ФНЦ агроэкологии РАН В. Романова за картографический материал, подготовленный к статье.

Финансирование. Работа выполнена в рамках реализации важнейшего инновационного проекта государственного значения «Расширение системы климатического и экологического мониторинга и прогнозирования на территории Российской Федерации в целях обеспечения адаптационных решений в отраслевом и региональном разрезах, включая борьбу с опустыниванием» (соглашение № 169-15-2023-001 от 01.03.2023 г.)

Список литературы

1. Исаков Ю.А., Казанская Н.С., Тишков А.А. Зональные закономерности динамики экосистем. М.: Наука, 1986. 149 с.
2. Мильков Ф.Н. Физическая география: современное состояние, закономерности, проблемы. М.: Наука, 1981. 398 с.
3. Мильков Ф.Н. Учение об антропогенных ландшафтах: вопросы теории, терминологии и преподавания в высшей школе // Вестник Воронежского государственного университета. Серия: География. Геоэкология. 2004. № 1. С. 19-23.
4. Волков С.Н. Землеустройство. Т. 2. Москва: Изд-во «Колос», 2001. 648 с.
5. Реймерс Н.Ф. Экология (теории, законы, правила, принципы и гипотезы). М: Мысль «Россия молодая», 1994. 366 с.
6. Odutn E.P., Odutn H.T Natural areas as necessary components of mans total environment. “Trans. 37th N. Amer. Wildlife and Natur. Resour. Conf., Mexico City, Mex., 1972”. Washington, D. C, 1972. P. 178-179.
7. Чибилева В.П. Ландшафтно-экологические исследования по изучению антропогенной трансформации степных ландшафтов // Вестник Оренбургского государственного университета. 2008. № S (87). С. 153-156.
8. Орлова И.В. Динамика и сбалансированность структуры землепользования приграничных степных районов Западной Сибири // Степной бюллетень. 2006. № 21-22. С. 45-50.
9. Кулик К.Н., Павловский Е.С., Свинцов И.П. Агролесомелиорация в России: история и стратегия развития // Вестник Российской академии сельскохозяйственных наук. 2008. № 4. С. 28-30.
10. Кулик К.Н., Пугачева А.М. Лесомелиорация - основа создания устойчивых агроландшафтов в условиях недостаточного увлажнения // Лесотехнический журнал. 2016. Т. 6. № 3(23). С. 29-40.
11. Кулик К.Н. Защитные лесные насаждения – основа экологического каркаса агротерриторий // Вестник российской сельскохозяйственной науки. 2018. № 1. С. 18-21.
12. Павловский Е.С. Экологические и социальные проблемы агролесомелиорации. М.: Агропромиздат, 1988. 182 с.
13. Рулев А.С., Пугачева А.М. Развитие растениеводства на региональном уровне (на примере Волгоградской области) // Проблемы прогнозирования. 2019. № 5(176). С. 112-119.
14. Пугачева А.М. Агролесомелиоративные системы – основа развития земледелия // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: Наука и высшее профессиональное образование. 2018. № 1(49). С. 227-237. DOI: 10.32786/2071-9485-2018-01-227-237.
15. Чибилев А.А., Петрищев В.П., Павлейчик В.М. [и др.]. Геоэкологические проблемы степного региона. Екатеринбург: Уральское отделение РАН, 2005. 378 с.
16. Рулев А.С., Пугачева А.М. Формирование новой агролесомелиоративной парадигмы // Вестник Российской академии наук. 2019. Т. 89. № 10. С. 1044-1051. DOI: 10.31857/S0869-587389101044-1051.
17. Генеральная схема противоэрозионных мероприятий по РСФСР в 5 томах. Т. I. Пояснительная записка. М.: Росземпроект, 1975. С. 96.
18. Волков С.Н., Краснянская Е.В., Ахметкужина А.Д., Евдокимова И.С. Планирование агролесомелиоративных мероприятий в Российской Федерации при проведении комплекса землеустроительных и мелиоративных работ на землях сельскохозяйственного назначения // Землеустройство, кадастр и мониторинг земель. 2023. № 5. С. 271-282. DOI: 10.33920/sel-04-2305-02.
19. Стратегия развития защитного лесоразведения в Российской Федерации на период до 2025 года [Текст] / Всероссийский научно-исследовательский институт агролесомелиорации. Волгоград: ВНИАЛМИ, 2017. 39 с.
20. Кулик К.Н., Барабанов А.Т., Жданов Ю.М. [и др.]. Стратегия развития защитного лесоразведения в Волгоградской области на период до 2025 года. Волгоград, 2017. 39 с.
21. Молчанов А.А. Оптимальная лесистость (на примере ЦЧР). М.: Наука, 1966. 126 с.
22. Недикова Е.В., Чечин Д.И., Краснянская Е.В. Совершенствование лесомелиоративного устройства пахотных земель // Землеустройство, кадастр и мониторинг земель. 2022. № 10. С. 637-642. DOI: 10.33920/sel-04-2210-02.
23. Tubalov A.A. Spatial Principles of Territories Selection for Priority Development of Agroforestry Complexes // Forests. 2023. 14. 1225. DOI: 10.3390/f14061225.
24. Овчинников А.С., Балашова Н.Н., Иванова Н.В. Стратегия комплексного развития сельских территорий и эффективного функционирования АПК Волгоградской области в условиях ВТО // Экономика сельскохозяйственных и перерабатывающих предприятий. 2014. № 1. С. 16-20.
25. Свидетельство о государственной регистрации базы данных № 2023622960 Российская Федерация. Зональная агролесомелиоративная система сухих степей Волгоградской области: № 2023622402: заявл. 26.07.2023: опубл. 28.08.2023 / А.М. Пугачева, А.И. Беляев, К.Ю. Трубакова; заявитель Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Федеральный научный центр агроэкологии, комплексных мелиораций и защитного лесоразведения Российской академии наук».
26. Pugacheva A.M. Functionality of Zonal Agroforestry Systems on Agricultural Land of Dry Territories // Forests. 2023. Vol. 14, No. 12. P. 2364. DOI: 10.3390/f14122364. URL: http://meteo.ru/it/178-aisori
27. Пугачева А.М. Климатические флуктуации сухих степей и их роль в процессе демутации // Аридные экосистемы. 2020. Т. 26. № 3 (84). С. 14-22. URL: https://egrpr.esoil.ru.