Russian Federation
UDK 631.6 Сельскохозяйственная мелиорация
GRNTI 68.31 Сельскохозяйственная мелиорация
OKSO 35.00.00 Сельское, лесное и рыбное хозяйство
BBK 4 СЕЛЬСКОЕ И ЛЕСНОЕ ХОЗЯЙСТВО. СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫЕ И ЛЕСОХОЗЯЙСТВЕННЫЕ НАУКИ
TBK 5607 Сельскохозяйственная мелиорация
BISAC TEC003000 Agriculture / General
Abstract. The article is devoted to scientific justification of the land reclamation development in Russia to provide productive and sustainable agriculture under modern challenges, climate change playing an important role. Undoubtedly significant scientific potential,including scientists of the Federal State Budgetary Scientific Research Center "VNIIGiM named after A.N.Kostyakov", which must be used for efficient and sustainable development of agriculture have been accumulated in reclamation science, Modern measures and technical solutions are proposed to increase soil fertility, to improve water management, to create modern hydraulic reclamation systems, as well as to increase the reliability and safety of hydraulic structures/
land reclamation, fallow lands, climatic risks, desertification, water resources, hydro-reclamation systems, digitalization, automation in agriculture
Введение. Устойчивое развитие сельскохозяйственного производства в России немыслимо без осуществления мелиоративной деятельности. Мелиорация земель в большинстве регионов нашей страны является важным условием эффективного ведения сельского хозяйства. Необходимость широкого развития мелиорации и ее масштабность подтверждаются задачами Доктрины продовольственной безопасности России, Федеральных целевых программ по социально-экономическому развитию Российской Федерации, по развитию сельского хозяйства, эффективному вовлечению в оборот земель сельскохозяйственного назначения.
Значительная роль в научном обосновании комплексных мелиораций в нашей стране принадлежит ФГБНУ «ФНЦ гидротехники и мелиорации им. А.Н. Костякова», который организован в 2023 году на базе ВНИИГиМ в качестве головного научного учреждения в области гидромелиоративных сооружений и мелиорации земель сельскохозяйственного назначения. В 2024 году исполняется 100 лет со дня основания ВНИИГиМ. Здесь были заложены основы мелиоративной науки академиком А.Н. Костяковым и его сподвижниками (А. Д. Брудастов, И. А. Шаров, Е. А. Замарин, А. В. Потапов, Л. П. Розов, С. В. Астапов и др.). Выполненные учеными института в течение многих лет фундаментальные и прикладные исследования внесли значительный вклад в развитие теории мелиоративной науки и практической реализации в сфере гидравлики, гидротехники, механизации, орошения и осушения земель и по многим другим направлениям. Эти исследования активно ведутся и в настоящее время.
Во всех странах мира мелиорированным землям придают особый статус, создают необходимый для устойчивого развития объем мелиоративного фонда. Мелиорированные земли по данным ФАО в развитых странах составляют 30-40% площади пашни и на них получают до 40% растениеводческой продукции.
В период активного развития мелиорации в нашей стране (с 1966 по 1990 год) площадь мелиорированных земель достигала 11,5 млн га (10% площади пашни). Были построены крупные оросительные и оросительно-обводнительные системы, интенсивно развивались осушительные мелиорации в Нечерноземной зоне, Сибири и на Дальнем Востоке, проводились мероприятия по освоению новых территорий и повышению плодородия почв. Выполненный объем мелиоративных работ позволил увеличить к 1990 году среднюю продуктивность орошаемого гектара до 4,2-4,6, осушаемого до 2,7-3 тыс. к. ед., что в засушливые годы в 4-5 раз превышало урожайность на богаре. Мелиоративная отрасль производила до 15% валового производства сельскохозяйственной продукции.
Современный мелиоративный комплекс имеет 9,45 млн га или около 7% пашни, из которых 4,67 млн га – орошаемые, 4,78 млн га – осушаемые земли. Однако не все мелиорируемые земли используются по прямому назначению, часть земель по разным причинам выведена из сельскохозяйственного оборота. По итогам 2014-2017 года на фактически поливаемых землях (чуть более 1 млн га) было собрано: кормовых культур 27,5%, овощей 80%, картофеля 20,5%, риса 100%, плодовых и ягодных культур 70%, кукурузы на зерно 12%, сои 26%, что подтверждает целесообразность и необходимость дальнейшего развития мелиорации [1,2].
В нашей стране мелиорации всегда придавалось большое значение, а в будущем необходимость в проведении мелиоративных работ будет только возрастать, это связано с нарастающей турбулентностью климата, ухудшением природных ресурсов и надвигающимся мировом голодом, также обусловлено рядом внутренних причин, из которых в первую очередь следует назвать: многообразие и сложность климатических, ландшафтных и почвенных условий для ведения сельского хозяйства, неравномерность распределения водных ресурсов, социально-экономические процессы. На современном этапе в сельском хозяйстве наблюдается нарастающая деградация агросистем и водных объектов, что значительно повышает роль мелиорации для устойчивого и высокопродуктивного развития сельского хозяйства. В стране 84,8 млн га пашни подвержены эрозии и дефляции, на значительных территориях наблюдаются процессы опустынивания и засухи, около 3% пашни занимают засоленные и 8-9 % солонцовые почвы. Общая площадь неиспользуемых земель пригодных для аграрного производства в России оценивается в 44 млн га, половина из которых пашня.
В 2021 г. стартовала Госпрограмма эффективного вовлечения в оборот земель сельскохозяйственного назначения и развития мелиоративного комплекса, рассчитанная до 2031 года. Она направлена на предотвращение выбытия из оборота сельскохозяйственных земель, ввод в оборот неиспользуемых земель, сохранение и повышение плодородия почв, а также обновление и развитие мелиоративного комплекса.
В первую очередь это относится к Нечерноземной зоне. Состояние дел в этом регионе имеет крайне важное социально-экономическое значение. Преимущество ведения сельского хозяйства в Нечерноземье определяется наличием значительного количества земель, пригодных для сельскохозяйственного производства, и хорошей влагообеспеченностью, что позволяет получать гарантированные урожаи даже в острозасушливые годы. О необходимости развития Нечерноземья говорил выдающийся агрохимик академик Д.Н. Прянишников. В своих трудах он писал: «Нечерноземье сильных засух не знает, при этом урожайность при правильном подходе дает хорошую. Поэтому его стратегически выгодно превратить в житницу страны. Это как построить дамбу, которая навсегда защитит от неурожаев» [3]. Помимо того, развитие мелиорации в данном регионе приведет к созданию новых рабочих мест, а значит существенно улучшит социальные условия региона и демографические показатели, что является важнейшим условием эффективного развития сельского хозяйства в стране.
Результаты и обсуждение. Для успешной реализации Госпрограммы в Центре разработаны и внедрены в производство перспективные агромелиоративные приемы и способы освоения выбывших из оборота земель. Они включают рациональную систему применения органических, минеральных удобрений и арборицидов; адаптивные приемы борьбы с сорной растительностью и фитопатогенными микроорганизмами, защиту агроценозов от вредных организмов альтернативными способами, производство органически чистой сельскохозяйственной продукции на вновь вводимых в оборот землях. В процессе многолетних исследований определена роль отдельных культур зернопропашного севооборота в обогащении почвы органическим веществом и элементами минерального питания за счет пожнивно-корневых остатков, а также биомассы пожнивного сидерата. Предложенные приемы заделки в почву органических удобрений и растительных остатков в сочетании с внесением компенсационных доз минеральных удобрений под планируемую урожайность стабилизируют содержание гумуса в почве на уровне 3,0% и обеспечивают в первой ротации севооборота урожайность озимой пшеницы более 5,5 т/га, ячменя — 3,5 т/га, картофеля более 25 т/га и однолетних трав на сено более 4,5 т/га. [4]. С использованием современных информационных технологий для оценки потенциальной продуктивности агроэкосистем Нечерноземной зоне РФ составлена база данных и разработана автоматизированная информационно-коммуникационная система, обеспечивающая поддержку сельхозпроизводителя в выборе агротехнических и мелиоративных мероприятий для повышения урожайности сельскохозяйственных культур и плодородия почвы [5].
Для ускоренного ввода неиспользуемых земель в сельскохозяйственный оборот обоснован комплекс культуртехнических работ, обеспечивающий восстановление плодородия выбывших из оборота земель для дальнейшего эффективного использования [6]. С целью оценки целесообразности и эффективности возврата, выбывших из оборота сельскохозяйственных угодий, с учетом проявления разного рода рисков предложена «Методика эколого-экономического обоснования введения земель в сельскохозяйственный оборот или перевод их в другие категории» [7].
Среди современных вызовов сельскому хозяйству выделяются климатические риски, которые в соответствие со Стратегией экологической безопасности Российской Федерации, отнесены к угрозам национальной безопасности, также как опустынивание, засуха, деградация земель и почв и водных объектов и т.д. Статистика показывает, что с изменением климата увеличиваются повторяемость и мощность стихийных бедствий, включая как высокие весенние паводки, так и летне-осенние половодья; это – одно из проявлений глобальных климатических проявлений, снижающих надежность и безопасность работы гидротехнических сооружений. Проводимые в Центре исследования по разработке мониторинга мелиоративных систем направлены на оценку технического состояния ГТС и предупреждение негативных последствий. В ближайшее время намечено организовать работу по осуществлению технико-экологического аудита мелиоративных систем и ГТС, который позволит оценить эффективность их функционирования на текущий момент времени, объемы восстановительных работ для перспективного планирования проведения восстановительных работ и наметить очередность их проведения.
В настоящее время более 100 млн. га сельскохозяйственных угодий, на которых проживает около половины населения страны и производится более 70% сельскохозяйственной продукции, фактически или потенциально подвержены засухам и опустыниванию. Орошение и обводнение территорий, наряду с агромелиоративными приемами и фитомелиорацией, становятся действенными мерами предупреждения и снижения воздействий воздушной и почвенной засухи. Чтобы уменьшить ущербы от климатических изменений необходимо адаптировать модели ведения сельского хозяйства в различных зонах посредством внедрения эффективных агротехнических и мелиоративных мероприятий, направленных на повышение водообеспеченности территории. В них входят: применение комбинированных малообъемных способов орошения; повторное использование сбросных коммунальных и дренажных вод; изменение структуры севооборотов; восстановление и эффективное функционирование гидротехнических сооружений; проведение реконструкции и осуществление строительства оросительных систем; широкое использование фито- и лесомелиорации и пр. Это сократит потери продукции АПК в годы экстремальных погодных аномалий. Разработанная специалистами Центра Концепция экологического обоснования комплексных мелиораций для предотвращения опустынивания территорий, приемы и технологии восстановления пастбищных экосистем и повышение плодородия почв на основе фито- агролесомелиорации, позволяют снизить негативные проявления и сохранить до 50 % урожая. Для восстановления вторично засоленных почв с близким залеганием грунтовых вод предложена технология формирования мелиорированного агрофитоценоза, а также приемы создания лиманных агроэкосистем, способствующие восстановлению продуктивных качеств фитоценозов на разных типах почв. С целью восстановления деградированных пастбищных угодий разработана методика и создана база данных «Геоботанический мониторинг естественных угодий пустынной зоны Республики Калмыкия», что позволяет организовать рациональное использование сельскохозяйственных угодий, провести фитомелиоративные работы на деградированных землях, рассчитать кормовую емкость пастбищ [8].
Стратегическим направлением дальнейшего развития гидромелиорации должно стать создание гидромелиоративных систем нового поколения, в том числе малообъемного орошения, обеспечивающих прецизионное управление поливами в автоматизированном режиме. Сотрудниками Центра реализована возможность совместного использования капельного орошения, как основного элемента регулирования водного режима почвы, и мелкодисперсного дождевания для улучшения микроклимата посевов и защиты посевов от климатических рисков [6]. Такие системы нашли применение в фермерских хозяйствах сухостепной зоны Волгоградской области. Разрабатываются новые конструкции гидромелиоративных систем двухстороннего регулирования водного режима почвы и водооборотные системы, обеспечивающие повторное использование дренажных вод на орошение с технологическими узлами по очистке и водоподготовке дренажных вод.
Научное решение проблемы переувлажнения сельскохозяйственных угодий связано с детальным исследованием текущего состояния осушительных систем и осушенных земель. В сельскохозяйственном обороте в настоящее время используется 3,25 млн га осушенных земель, однако фактическое регулирование водного режима осуществляется на площади около 1 млн. га. Перспективным направлением становится разработка и внедрение инновационных технологий осушения и создание автоматизированных дренажных систем, позволяющих регулировать дренажный сток при помощи специальных устройств со встроенной структурой управления, что стоит в плане исследований Центра.
В зоне неустойчивого земледелия из общей площади 3860 тыс. га, используемых в агропроизводстве орошаемых земель в настоящее время поливается только 32% (1238,69 тыс. га), что связано со многими причинами. Одна из них - значительный износ основных фондов оросительных систем, составляющих более 77%, что требует проведения реконструкции, направленной на водо- и энергосбережение путем применения современных облицовок магистральных и межхозяйственных каналов; создание автоматизированных систем управления водораспределением и систем водоучета, что позволит повысить использование водных ресурсов до 90-95%. Указанные направления решаются Центром при обосновании экосистемного водопользования в водно-мелиоративном комплексе.
Многолетние климатические изменения привели к снижению водности ряда рек России. За последние годы произошло сокращение величины годового стока в Волжско-Камском бассейне, в бассейне реки Дон и Кубань. Произошло сезонное перераспределение стока в сторону увеличения в летне-осеннюю и зимнюю межени. Это существенно влияет на орошаемое земледелие, поскольку в вегетационный период уменьшился объем доступной для орошения воды. Специалистами Центра составлен долгосрочный прогноз изменения водных ресурсов бассейна реки Дон и определены меры по обеспечению населения и объектов экономики водными ресурсами в маловодные периоды. Определены перспективы использования водных ресурсов бассейна р. Кубань, разработаны рекомендации по повышению водообеспечения рисовых оросительных систем [9]. Проведено районирование территории Республики Калмыкия по обеспеченности поверхностными и подземными водами, и установлено, что дефицит водных ресурсов составляет 84 млн. м3. Для эффективного управления водными ресурсами разработана Геоинформационная веб-система поддержки принятия решений по управлению водохозяйственным комплексом Республики Калмыкия. Система разработана и апробирована на примере Сарпинской ООС. Одним из направлений по снижению дефицита водных ресурсов является возможность использования подземных вод на орошение. Районирование юга европейской части России по величине водообеспеченности орошения, выполненное в Центре, показало, что запасы подземных вод, потенциально доступные для временного изъятия в острозасушливые годы, есть практически во всех вододефицитных регионах. Около 65% подземных вод можно использовать без предварительной очистки [10].
С учетом современной ситуации в Республике Крым разрабатываются методы, модели, алгоритмы нормирования водопользования, оперативного планирования водораспределения на оросительных системах в условиях резкого дефицита водных ресурсов. Предложено и обосновано использование нормативно-очищенных сточных вод на орошение с учетом обеспечения экологической безопасности орошаемых агробиоценозов. Это позволит ввести в оборот ещё 7,2 тыс. га дополнительных площадей. Новые подходы по обоснованию дифференцированных режимов орошения сельскохозяйственных культур в условиях изменения климата позволяют обеспечить сокращение оросительных норм на 10-12% без потери урожайности [11].
В филиале Центра проводятся исследования по научному обоснованию адаптивно-ландшафтных систем орошаемого земледелия и возделыванию сельскохозяйственных культур, адаптированных к климатическим изменениям. Созданы и прошли проверку новые гибриды кукурузы и сои, разработаны технологии их возделывания на орошаемых землях, предложены севообороты разной специализации. Внедряются разработанные системы агромелиоративных технологий, включающие способы обработки почв, применение удобрений и средств защиты растений, эффективные режимы орошения, обеспечивающие высокий уровень продуктивности орошаемых земель при сохранении их плодородия. Разработана и апробирована водосберегающая технология возделывания суходольного риса периодическими поливами на оросительных системах общего назначения. Для улучшения качества воды в водоисточниках предложено использовать микроводоросль Chlorella vulgaris. Все это позволяет повысить устойчивость сельскохозяйственного производства в острозасушливой зоне страны.
Цифровизация и автоматизация агропроизводства становится признанной необходимостью для всех сфер, включая мелиоративный комплекс. Предложена структура платформы «Цифровая мелиорация», которая позволяет интегрировать весь объем знаний, информации и сведений в сфере мелиоративной деятельности, необходимой для принятия решений на всех уровнях.
Заключение
Таким образом, средствами комплексной мелиорации обеспечивается возможность компенсация негативных проявлений на сельскохозяйственных землях, снижение рисков, связанных с климатическими, почвенными и хозяйственными изменениями, что обеспечивает повышение устойчивости и продуктивности сельского хозяйства, а также решается ряд экономических и социальных региональных проблем. Научный потенциал ФГБНУ ФНЦ «ВНИИГиМ им. А.Н. Костякова», имеющий вековой опыт проведения и реализации фундаментальных и прикладных исследований, позволяет успешно решать современные проблемы в области гидротехники, комплексной мелиорации, водном хозяйстве и мелиоративном земледелии.
1. The reclamation complex of the Russian Federation: inform. edition. – M.: FSBI "Rosinformagrotech", 2020. – 304 p.
2. Development of the meliorative complex: construction, modernization and technical re–equipment: reference ed. - M.: FSBI "Rosinformagrotech", 2021. – 88 p.
3. Shevchenko, V. A. Land reclamation as a basis for increasing the efficiency of agricultural production in the Non-Chernozem region [Text] / V. A. Shevchenko // Chief agronomist. – 2019. - №12.
4. Scientific justification and practical implementation of the involvement in the turnover of fallow lands of the non–chernozem zone of the Russian Federation and the restoration of their fertility / V. A. Shevchenko, L. V. Kireicheva, S. A. Novikov [et al.]. - Moscow: Federal Scientific Center for Hydraulic Engineering and Melioration named after A.N. Kostyakov, 2024. – 490 p.
5. Scientific foundations and technological techniques for complex regulation of agroecosystem parameters. Edited by L.V. Kireicheva. M.: Federal State Budgetary Budgetary Institution "VNIIGiM named after A.N. Kostyakov". 2022.- 234 p.
6. Tehnologii i tehnicheskie sredstva povysheniya produktivnosti sel'skohozyaystvennyh zemel' kompleksnymi melioraciyami. Pod red. L.V. Kireychevoy. M.: FGBNU «VNIIGiM im. A.N. Kostyakova». 2022.- 217 s.
7. L.V. Kireicheva, I.F. Yurchenko Methods of ecological and economic justification of the introduction of land into agricultural circulation or their transfer to other categories. Edited by V.A. Shevchenko.- M.: MESKH, 2020.- 130 p.
8. Dedova E.B., Goldvarg B.A., Tsagan-Manjiev N.L. Land degradation of the Republic of Kalmykia: problems and ways of their restoration //Arid ecosystems. 2020. Vol. 26. No. 2 (83). pp. 63-71.
9. Kireicheva L.V., Maksimov S.A. Assessment of the possibility of using treated wastewater for irrigation in the Republic of Crimea //Ecology and industry of Russia. 2024. Vol. 28. No. 2. pp. 54-59.
10. Borodychev, V. V. Water resources of the Republic of Kalmykia and measures to improve the water management complex / V. V. Borodychev, E. B. Dedova, M. A. Sazanov // Reports of the Russian Academy of Agricultural Sciences. – 2015. – No. 4. – pp. 41-45.
11. Scientific and methodological substantiation of the prospects for effective water supply of irrigated agricultural lands of the Republic of Crimea / S. A. Maksimov, V. A. Shevchenko, L. V. Kireicheva [et al.]. - Moscow: Federal Scientific Center for Hydraulic Engineering and Melioration named after A.N. Kostyakov, 2023. – 520 p.
12. Technologies and technical means of increasing the productivity of agricultural lands by complex land reclamation. Edited by L.V. Kireicheva. M.: Federal State Budgetary Budgetary Institution "VNIIGiM named after A.N. Kostyakov". 2022.- 217 p.
