Россия
УДК 631.6 Сельскохозяйственная мелиорация
ГРНТИ 68.31 Сельскохозяйственная мелиорация
ОКСО 35.00.00 Сельское, лесное и рыбное хозяйство
ББК 4 СЕЛЬСКОЕ И ЛЕСНОЕ ХОЗЯЙСТВО. СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫЕ И ЛЕСОХОЗЯЙСТВЕННЫЕ НАУКИ
ТБК 5607 Сельскохозяйственная мелиорация
BISAC TEC003000 Agriculture / General
В статье приведено научное обоснование необходимости развития мелиорации в России для продуктивного и устойчивого сельскохозяйственного производства в условиях современных вызовов, среди которых важную роль играют климатические изменения. Показано, что в настоящее время мелиоративной наукой, в частности учеными ФГБНУ ФНЦ «ВНИИГиМ им. А.Н.Костякова», накоплен значительный научный потенциал, который необходимо использовать для эффективного и устойчивого развития сельского хозяйства. Предложены современные мероприятия и технические решения для повышения плодородия почв, рационального использования водных ресурсов, создания современных гидромелиоративных систем, повышения надежности и безопасности гидротехнических сооружений.
мелиорация земель, залежные земли, климатические риски, опустынивание, водные ресурсы, гидромелиоративные системы, цифровизация, автоматизация агропроизводства
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. Мелиоративный комплекс Российской Федерации: информ. издание. – М.:ФГБНУ «Росинформагротех», 2020. – 304 с.
2. Развитие мелиоративного комплекса: строительство, модернизация итехническое перевооружение: справ. изд. – М.: ФГБНУ «Росинформагротех», 2021. – 88 с.
3. Шевченко, В. А. Мелиорация земель, как основа повышения эффективности сельскохозяйственного производства в Нечерноземье [Текст] /В. А. Шевченко // Главный агроном. – 2019. - №12.
4. Научное обоснование и практическая реализация вовлечения в оборот залежных земель нечерноземной зоны Российской Федерации и восстановления их плодородия / В. А. Шевченко, Л. В. Кирейчева, С. А. Новиков [и др.]. – Москва: Федеральный научный центр гидротехники и мелиорации им. А.Н. Костякова, 2024. – 490 с.
5. Научные основы и технологические приемы комплексного регулирования параметров агроэкосистемы. Под ред. Л.В. Кирейчевой. М.: ФГБНУ «ВНИИГиМ им. А.Н. Костякова». 2022.- 234 с.
6. Технологии и технические средства повышения продуктивности сельскохозяйственных земель комплексными мелиорациями. Под ред. Л.В. Кирейчевой. М.: ФГБНУ «ВНИИГиМ им. А.Н. Костякова». 2022.- 217 с.
7. Л.В. Кирейчева, И.Ф. Юрченко Методики эколого-экономического обоснования введения земель в сельскохозяйственный оборот или перевод их в другие категории. Под ред. В.А. Шевченко.- М.: МЭСХ, 2020.- 130 с.
8. Дедова Э.Б., Гольдварг Б.А., Цаган-Манджиев Н.Л. Деградация земель Республики Калмыкия: проблемы и пути их восстановления //Аридные экосистемы. 2020. Т. 26. № 2 (83). С. 63–71.
9. Кирейчева Л.В., Максимов С.А. Оценка возможности использования очищенных сточных вод на орошение в Республике Крым //Экология и промышленность России. 2024. Т. 28. № 2. С. 54-59.
10. Бородычев, В. В. Водные ресурсы республики Калмыкия и мероприятия по совершенствованию водохозяйственного комплекса / В. В. Бородычев, Э. Б. Дедова, М. А. Сазанов // Доклады Российской академии сельскохозяйственных наук. – 2015. – № 4. – С. 41-45.
11. Научно-методическое обоснование перспективы эффективного обеспечения водой орошаемых сельскохозяйственных земель Республики Крым / С. А. Максимов, В. А. Шевченко, Л. В. Кирейчева [и др.]. – Москва: Федеральный научный центр гидротехники и мелиорации им. А.Н. Костякова, 2023. – 520 с.
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.
