К наиболее негативным процессам, сопровождающим сельскохозяйственную деятельность человека, следует отнести эрозию почв, загрязнение почв и подземных вод токсинами, нарушение сельских ландшафтов, а также аккумуляцию вредных веществ в продуктах питания. Это ставит под угрозу не только здоровье населения, но и дальнейшее поступательное развитие сельского хозяйства [1; 2].
В настоящее время наблюдается качественно новый характер воздействия человека на природу в сельском хозяйстве – это высокоинтенсивные технологии, высокоурожайные сорта культур, высокопродуктивные породы животных и т.д., механизация, электрификация и прочее. Высокий уровень интенсификации сельскохозяйственного производства предполагает и значительный уровень антропогенного воздействия. Так, по данным Б.У. Мисриевой и И.А. Агабалаева, в экосистемы в настоящее время поступает примерно 480–500 тысяч различных химических соединений, оказывающих негативное влияние на биосферу. По данным ФАО, в Индии применяют 0,336 кг пестицидов в перерасчете на 1 гектар, в Мексике – 0,75, Аргентине – 0,96, в США и Германии – 3,0, Японии – 11,8 кг [3]. В России пестицидная нагрузка составила в 2013 г. 0,473 кг на 1 га пашни, снизившись в 2 раза по сравнению с 1990 г. (1,0 кг/га), что связано со снижением объемов внесения пестицидов в период реформирования аграрного сектора, а также с применением новых препаратов с более низкими нормами расходов [4; 5].
Для России анализ и прогнозирование изменения антропогенных нагрузок на природную среду в сельском хозяйстве являются неутешительными, потому что в большинстве регионов отмечается значительное снижение содержания гумуса в пахотном слое почвы – в среднем до 0,64 т/га в год. Кроме того, катастрофически увеличивается площадь сельскохозяйственных земель, подверженных эрозии, загрязнение отходами промышленного производства водных источников, которые используются для питьевых целей и орошения [3].
Динамичное ухудшение экологической обстановки, истощение и деградация природных ресурсов сельскохозяйственной отрасли оказывают самое негативное влияние на организацию сельского хозяйства. Одна из причин этого состояния – в некоторой «исчерпанности» развития сложившихся современных систем земледелия, содержание которых до недавнего времени было обусловлено техногенной регуляцией продукционного процесса с возрастающим усилением его влияния на агросистемы более высокого уровня организации. В этих условиях сложность формирования новой модели сельскохозяйственного природопользования обусловливается несовершенным экономическим механизмом использования природных ресурсов в сельском хозяйстве, отсутствием конкретных задач экологического управления, в первую очередь первичным природопользованием, тем, которое определяет уровень исполнения технологической цепочки ресурсопотребления в сельском хозяйстве в целом.
В связи с вышеизложенным экологические проблемы сельского хозяйства должны рассматриваться не только под углом природоохранных ограничений в реализации конкретных производственных задач и гарантироваться лишь запретительными мерами, но также являться целевыми ориентирами и интересами экономического развития субъектов аграрного производства.
Цель исследования заключается в анализе негативного воздействия и рисков опасности химического загрязнения агроэкосистем агрохимикатами, а также в поиске путей снижения пестицидной нагрузки как одного из средств экономической и экологической устойчивости развития сельских территорий России.
Материалы и методы исследования
В качестве материалов исследования были использованы статистические данные по агропромышленному комплексу и развитию сельских территорий, а также нормативно-правовые акты в сфере функционирования аграрного комплекса. Основой исследований стали наработки российских и зарубежных ученых в области защиты растений. Методологической основой исследований послужили научные методы объективного и всестороннего анализа: логический, системный, экономико-статистический и экономико-математический.
Результаты исследования и их обсуждение
Закон РФ об охране окружающей природной среды [6] закрепляет общий принципиальный приоритет экологических требований в охране окружающей среды и обеспечении экологической безопасности общества. Разработка содержания современных экологических требований к охране сельскохозяйственных земель и предотвращению их деградации, прежде всего, связана с оценкой качественного состояния сельхозугодий, их потенциальной биологической продуктивности, возможных натуральных и денежных потерь от снижения уровня продуктивности почвы.
Можно выделить два вида деградации почв: истощение в результате бесхозяйственного к ним отношения со стороны пользователей земель и загрязнение отходами промышленного производства, энергетики, добывающей промышленности, химизации, мелиорации и др. Подобные нарушения и рыночная конъюнктура производства сельскохозяйственной продукции создают необходимость оценки не только экологических качеств самих продуктов, но и ресурсов, затрачиваемых на их производство агросистемой в целом. Принципиальная возможность сохранения, воспроизводства, охраны среды и получения экологически оптимальной продуктивности для конкретных условий земледелия состоит в экологической оптимизации ресурсопользования.
Поскольку затраты на предотвращение загрязнения являются функцией, убывающей по мере увеличения допущенного уровня загрязнения среды, а ущерб от загрязнения – возрастающей функцией того же аргумента, то кривая суммарных издержек загрязнения носит экстремальный характер с минимумом в некоторой точке, соответствующей оптимальному уровню загрязнения среды. В этом случае эксплуатационные и средозащитные полезности используемых природных ресурсов являются конкурентными (при увеличении использования первой падает вторая, и наоборот), и поэтому выбор стратегии освоения и оценки того или иного источника природных ресурсов требует постановки задач экологической оптимизации.
Основой экологической оптимизации производства сельскохозяйственной продукции является экологический императив – система агротехнологических и эколого-экономических регламентаций с учетом степени воздействия антропогенных факторов:
– недопустимость дисбаланса в циклах питательных элементов и органике сельскохозяйственных почв в конкретных условиях региона, зоны, хозяйства, поля и т.д.;
– стабилизация гидрологии агросистемы;
– сохранение естественных структур био- и агроценозов и недопустимость снижения их биологического разнообразия;
– исключение загрязнения агроэкосистемы токсичными ксенобиотиками на основе дифференциации и минимизации использования средств химической защиты растений;
– обоснование приемов повышения КПД агроэкосистем в условиях интенсивного земледелия.
Экологически безопасное и экономически целесообразное использование сельскохозяйственных земель предопределяет необходимость соблюдения требований адаптивно-ландшафтных систем земледелия, среди которых следует выделить приоритетные: экологическая приспособляемость сельскохозяйственных культур к почвенно-климатическим условиям зоны возделывания и пределы антропогенного воздействия на агроэкосистемы. Второе условие – это обеспечение комплексности в реализации элементов системы адаптивно-ландшафтного земледелия, что особенно важно, поскольку повышение производительности агросистем в этих условиях связано, прежде всего, с высокой интенсивностью процессов трансформации энергии и вещества.
Во многих странах мира начали разрабатывать и осваивать альтернативные методы ведения аграрного производства (экологические, органические), основанные на сокращении применения агрохимикатов (минеральных удобрений и химических средств защиты растений) и максимального использования биологических факторов повышения плодородия почв, не оказывающих отрицательного влияния на окружающую среду, но обеспечивающих улучшение условий формирования урожая [7; 8]. По данным В.А. Захаренко [9], продажи микробиологических биопестицидов выросли в 4,7 раза (с 60 до 280 млн долларов) с 1987 г., но при этом от общего объема продаж пестицидов составили менее 2 %.
Поэтому необходимо в каждом хозяйстве – крупном и мелком – разрабатывать такие технологии возделывания сельскохозяйственных культур, которые при минимальных затратах уменьшили бы падение почвенного плодородия и стабилизировали урожайность культур с хорошими показателями качества, были экологически безопасными для потребления человеком и животными.
Используемые системы земледелия в большинстве случаев не способствуют воспроизводству почвенного плодородия, не обеспечивают использования местных почвенно-климатических ресурсов рациональным образом, не сохраняют чистоту окружающей среды и не обеспечивают биологическую полноценность продукции.
Высокая значимость экономических проблем в АПК в настоящее время требует новых подходов к оценке конкретной экологической ситуации, складывающейся в агроландшафтах. Агрохозяйственная деятельность ведет к структурным и функциональным изменениям природных комплексов: изменяются направления и темпы миграции поллютантов, зоны их выноса и накопления. Одним из последствий промышленной и сельскохозяйственной деятельности человека становится перегруженность биосферы соединениями тяжелых металлов и пестицидов, а это в значительной мере ухудшает экологические условия для возделывания сельскохозяйственных культур и в результате ведет к невосполняемым потерям качества продукции.
Применение химических средств защиты растений как одного из видов интенсификации агропромышленного производства ведет к их аккумуляции в почве, растениях и других объектах биосферы. Как показывают исследования российских и зарубежных ученых, пестициды наиболее устойчивы в почве, период разложения некоторых их них составляет десятки и более лет. Многие пестициды в связи с отсутствием эффективных средств их детоксикации в значительных количествах накапливаются в биосфере. Так, доля загрязнения остаточными количествами пестицидов территории России в 2006 г., по данным В.А. Захаренко, составляла от площадей обследованных территорий 5 %, в 2008 г. – 4 %, с загрязненной почвой соответственно 35,7, 38,3 и 38,0 тыс. га [10].
При существующих методах оценки токсичности пестицидов (их несовершенстве и высокой стоимости) следует исходить из того, что любой пестицид представляет собой потенциальную опасность для человека и теплокровных животных. Также необходимо учитывать способность пестицидов к переносу на значительные расстояния (до 10 км от места их применения) с воздухом, водными стоками, живыми организмами, накапливаться в почве, растениях, животных.
Наши исследования показали, что в отдельные годы к началу таяния в снеговой воде накапливаются выше ПДК цинк и фтор. Из тринадцати определяемых элементов и пестицидов в осадках, как правило, ежегодно присутствует четыре элемента и один пестицид: фтор, медь, цинк, магний и 2,4 Д. Следует отметить, что 2,4 Д появляется в августовских и сентябрьских осадках. В октябрьских и ноябрьских осадках его уже не обнаруживается. Количество нитратов в осадках резко возрастает с конца июня от 0,1 до 3,58 мг/л. Относительно высокое содержание нитратов в осадках наблюдается до конца сентября, затем содержание нитратов снижается.
Получение экологически безопасной растениеводческой продукции основывается, в первую очередь, на соответствии биологических требований культурных растений природным факторам. В экологическом земледелии структура посевных площадей определяется составом культур, адаптированных к особенностям конкретного поля, четким плодосменом, видовым и сортовым разнообразием их, что реализуется в севооборотах.
Многолетние исследования ФГБНУ «ВНИИОЗ» и других научных учреждений показывают, что в крупных хозяйствах должны разрабатываться несколько различных севооборотов – это полевые, овощные, кормовые и другие. Общей для всех севооборотов остается необходимость чередования различных культур по типу плодосмена, что способствует подавлению сорной растительности, болезней, вредителей культурных растений и накоплению для растений азота за счет биологической его фиксации [11; 12]. Если это требование не будет соблюдаться, то в борьбе с сорняками, болезнями и вредителями при превышении экономических порогов вредоносности необходимо применение химических средств защиты растений и повышенных доз минеральных удобрений.
В связи с этим при корректировке принятых в хозяйстве севооборотов необходимо провести качественную оценку всех земель и на этой основе ввести такие севообороты, при которых более эффективно используется пашня.
Основные критерии севооборотов при производстве экологически безопасной растениеводческой продукции:
– для каждого севооборота должны быть подобраны участки равного плодородия;
– севообороты должны быть плодосменные с многолетними бобовыми травами, зернобобовыми культурами, что способствует, особенно при дополнительном внесении органики, стабилизации азотного баланса, усвоению труднодоступных элементов питания из почвы и накоплению в корнеобитаемом слое почвы большей массы растительных остатков и очищению почвы от загрязняющих веществ (пестицидов, тяжелых металлов), получению экологически безопасной растениеводческой продукции [12; 13].
Концепцией экологической интегрированной защиты растений предусматривается не полное уничтожение вредных компонентов в агроэкосистемах, а управление элементами этих систем на биоценотическом уровне. При этом мы выделяем три иерархических уровня, на каждом из которых решаются отдельные задачи, определяющие успешную защиту культур в севообороте (рисунок).
Стратегические задачи, направленные на сохранение естественных факторов, создающих возможности и обеспечивающих потенциал для саморегуляции энтомокомплексов в севооборотах, решаются на уровне целостного агроландшафта. Тактические задачи, обеспечивающие общее оздоровление фитосанитарного состояния обрабатываемых земель, решаются на севооборотном уровне, а оперативные вопросы непосредственного воздействия на популяции отдельных видов – на уровне полей отдельных культур.
Важной проблемой улучшения экологической ситуации в агроэкосистемах является биологическая очистка почв. Под биологической очисткой почв в научной литературе подразумевается очистка с помощью микроорганизмов, а также растений [8]. Результаты исследований Б.У. Мисриевой и И.А. Агабалаева показывают, что тип и скорость метаболизма пестицидов зависят от химической структуры и устойчивости их действующего вещества, а также от механического состава почв. Некоторые растения способны поглощать большое количество токсических веществ, очищая тем самым почву [3].
Принципиальная схема уровней экологической системы защиты растений
Способность культурных растений по-разному детоксицировать пестициды объясняется не только их биологическими особенностями, но и спецификой ризосферы, а также различиями в агротехнике. Вынос пестицидов с урожаем также способствует снижению загрязнения почвы. Во многих исследованиях отмечается корреляция между содержанием пестицида в растении и наличием его в почве.
Потенциальными фитомелиорантами могут служить те растения, которые обладают повышенной устойчивостью к пестицидам (топинамбур) и способны быстро разлагать их, а также культуры – концентраторы (гречишные, корнеплоды), концентрирующие вредные вещества и выносящие их с урожаем.
Культуры, устойчивые к различным загрязняющим веществам, используются для рекультивации загрязненных почв, могут обладать способностью разлагать или накапливать пестициды. Особого внимания заслуживает топинамбур, который часто используется в качестве фитомелиоранта. Топинамбур может утилизировать золы ТЭУ, отходы целлюлозно-бумажного производства, хозяйственно-бытовые стоки городов и ферм. Разработан метод рекультивации загрязненных земель с помощью биогумуса и топинамбура. Сначала верхний слой почвы снимают и вывозят на ферму по производству вермикомпоста, затем полученный биогумус вносят на рекультивируемые земли, после этого высаживают топинамбур и выращивают его в течение 8–9 лет. На сильнозагрязненных землях растения могут быть непригодны для использования в пищу и на корм скоту, поэтому стебли рекомендуется применять в целлюлозной промышленности, а клубни – для переработки на спирт [14].
Вместе с тем следует отметить, что использование растений для очистки почв от пестицидов не нашло широкого применения. Чаще используют обычные агротехнические и агролесомелиоративные приемы: черный пар с частыми культивациями, севообороты с учетом чувствительности и устойчивости выращиваемых культур, внесение цеолитов. Для предотвращения загрязнения почв и поверхностных вод эффективны лесополосы из устойчивых к пестицидам культур. Они поглощают 50–95 % выносимых с полей химических средств.
Заключение
Точное представление о загрязненности почвы вредными веществами, введение соответствующих почвоочистительных севооборотов и культур, ограничение и даже полное исключение химических удобрений и средств защиты растений, то есть перевод земледелия от интенсивных средств химизации к природосберегающему способу производства, максимальному задействованию биологических факторов продуктивности растений, дает основание для производства натуральной растениеводческой биологически полноценной и здоровой продукции.
Исследования выполнены при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований и Администрации Волгоградской области в рамках научного проекта № 19-410-340017 р_а «Зеленые технологии – драйвер стратегического развития малых городов и сельских поселений Юга России: теоретическое и методологическое обоснование».