Эколого-мелиоративная типизация агроландшафтов и оценка их продуктивности: На примере Тверской области

Актуальность исследований. Современная неудовлетворительная экологическая и социально-экономическая обстановка Нечерноземной зоны страны обусловлена загрязнением, истощением и деградацией природных ресурсов и, как следствие, снижением продуктивности сельскохозяйственных угодий и усилением зависимости сельскохозяйственного производства от состояния природной среды. Вместе с тем, оценка воздействия объектов сельскохозяйственного производства на средообразующие функции агроландшафтов затруднена, как в силу масштабности объектов исследований, так и недостаточности и дискретности информации об отклике геосистемы на техногенное воздействие в масштабах реального времени.

Центральный район Нечерноземной зоны РФ отличается разнообразием природных условий. Климатические особенности и, прежде всего, теплои влагообеспеченность в вегетационный период предопределяют варьирование урожайности сельскохозяйственных культур по годам. Морфогенетические и морфометрические характеристики рельефа и неоднородность литологического строения, связанная с преобладанием ледниковых и водноледниковых отложений, затрудняет проведение схематизации природных условий. Различные типы водного питания и мозаичный характер почвенного покрова требуют индивидуального подхода к выбору и проведению комплексных мелиорации.

В связи с этим одной из основных задач является разработка эколого-мелиоративной типизации природных условий, основанных на изучении природных и антропогенных ландшафтов. Типизация природных условий предполагает обобщение информации о состоянии природной среды и ее дифференциацию в зависимости от иерархического уровня рассмотрения природного объекта. В значительной степени это относится к сельскохозяйственной деятельности, которая напрямую связана с возобновляемыми природными ресурсами (почва, биота, вода). Разработка принципов и методики проведения эколого-мелиоративной типизации агроландшафтов позволяет оценить естественный б ио климатический потенциал рассматриваемой агроэкосистемы, наметить адаптивный комплекс мелиоративных мероприятий, способствующий его повышению без потери экологической устойчивости геосистемы. Разработка моделей урожайности сельскохозяйственных культур дает возможность обосновать потенциальную продуктивность агроландшафтов Центральной части Нечерноземной зоны.

Целью исследования является усовершенствование существующих и разработка новых принципов и методики проведения эколого-мелиоративной типизации агрогеосистем на различных иерархических уровнях для обоснования адаптивных комплексов мелиоративных мероприятий, обеспечивающих устойчивое производство сельскохозяйственной продукции при максимальном использовании природно-ресурсного потенциала территории и эколого-экономических ограничениях.

Для реализации поставленной цели предусматривалось решение следующих задач:

— анализ и обобщение результатов ландшафтных исследований для целей сельскохозяйственных мелиорации и основных способов представления информации в картографическом виде;

— формирование принципов эколого-мелиоративной типизации агроландшафтов для обоснования комплексных мелиорации;

— разработка методики представления информации и составления мелкомасштабных эколого-мелиоративных карт;

— совершенствование методики проведения многофакторного полевого эксперимента для обоснования потенциальной продуктивности агроландшафта;

— установление основньж факторов, оказывающих наибольшее влияние на формирование урожайности сельскохозяйственных культур Центральной части Нечерноземной зоны РФ;

— составление регрессионных моделей урожайности сельскохозяйственных культур;

— оценка эколого-экономической эффективности проведения комплексных мелиорации с учетом предотвращенного ущерба.

Методика исследований. Необходимость решения сформулированных выше задач предопределила методический подход к проблеме количественной оценки экологически безопасного функционирования агроландшафта в условиях интенсификации сельскохозяйственного производства. Суть данного подхода заключается в синтезировании комплекса теоретических разработок, современных технологий и практических методов, полученных в различных научных и прикладных дисциплинах — экологии, географии, геологии, почвоведения, биологии, математики, земледелия, мелиорации и др., в той или иной степени связанных с развитием и совершенствованием адаптивно-ландшафтных систем земледелия. Методологической основой исследований автора стало использование системного анализа, методов математической статистики, теории планирования многофакторных экспериментов и т. п., столь необходимых при анализе и обобщении природных и хозяйственных факторов и процессов, при типизации исследуемых территорий, при постановке полевых опытов и обработке полученных результатов.

Исследования выполнялись автором в период с 1998 по 2001 годы на территории Тверской области.

Научная новизна. Обоснованы принципы и предложена технология проведения эколого-мелиоративной типизации агроландшафтов и учитывающая иерархичес1ото структуру таксонов.

В развитие предложенных способов представления информации о природном объекте разработаны адаптивные комплексы мелиоративных мероприятий, обеспечивающие повышение продуктивности агроландшафтов при сохранении их экологической устойчивости.

Получены регрессионные модели урожайности основных сельскохозяйственных культур, что позволило обосновать потенциальную продуктивность агроландшафтов Тверской области и оценить экономическую эффективность проведения комплексных мелиорации.

Установлены закономерности формирования урожая сельскохозяйственных культур с учетом неоднородности агроландшафтов, вариабельности теплои влагообеспеченности, мозаичного характера почвенного покрова.

Практическая значимость. Предложенная автором методика построения эколого-мелиоративных карт дает возможность более обоснованно подходить к выбору и размещению комплексных мелиорации в пределах агроландшафта.

Регрессионные модели урожайности сельскохозяйственных культур позволят планировать продуктивность агроценозов в зависимости от степени окультуренности почвенного покрова, использования минеральных и органических удобрений и могут быть использованы сельскохозяйственными организациями.

Основные положения, выносимые на защиту:

— принципы эколого-мелиоративной типизации агроландшафтов и методы представления информации для обоснования комплексных мелиорации в Нечерноземной зоне РФ;

— методика проведения многофакторного полевого опыта для получения регрессионных моделей урожайности сельскохозяйственных культур, обосновывающих потенциальную продуктивность агроландшафтов Нечерноземной зоны;

— закономерности формирования продуктивности агроландшафтов в зависимости от природных и хозяйственных факторов.

Личный вклад автора в проведение исследований. На основе обзора и анализа существующих представлений о природно-территориальных комплексах и их информационного описания автором предложены основные принципы и методика эколого-мелиоративной типизации природных условий применительно к Центральной части Нечерноземной зоны РФ. Составлена эколого-мелиоративная карта для Тверской области, включающая легенду, типичные разрезы для характерных агроландшафтов и адаптивные комплексы мелиоративных мероприятий. Проведены полевые исследования на полигоне «Губино», на основании которых получены модели урожайности сельскохозяйственных культур полевого севооборота и обоснована потенциальная продуктивность агроландшафта с учетом экологических ограничений на проведение комплексных мелиорации. Выполнена эколого7 экономическая оценка эффективности проведения комплексных мелиорации с учетом предотвращенного ущерба.

Апробация работы. Результаты исследований автора и основные положения диссертационной работы были доложены на научно-технических конференциях МГУ природообустройства в 1999, 2000, 2001 и 2002 годах, а также на международной конференции «Экологические проблемы мелиорации» (ВНИИГиМ, 27−28 марта 2002 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 работ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы из 147 наименований.

Выводы по главе 4,.

1т~ч и и и и Выполнежый анализ моделей урожайности сельскохозяйственных культур показал, что оценку продуктивности агроландшафтов можно проводить по статистическим моделям, представленным в виде многофакторных уравнений регрессии, связываюпщх урожайность с основными урожаеобразующими факторами.

2. Для получения регрессионных моделей использован математический аппарат классической теории планирования экстремального эксперимента.

3. Для всех культур семипольного севооборота получены регрессионные уравнения, позволяющие оценить потенциальную продуктивность агроландшафтов. Для агроландшафтов моренных равнин Тверской области потенциальная продуктивность составляет 3,5 тыс. кормовых единиц.

Глава 5. Эколого-экономическая оценка эффективности сельскохозяйственного производства в условиях гумидной зоны.

Основой антропогенной деятельности человека является не только эксплуатация природных ресурсов и сохранение окружающей среды в ненарушенном виде, но и ее воспроизводство, способствующее дальнейшему развитию общества. Данное положение представляет собой существо концепции коэволюционного развития природной среды и общества или, другими словами, идеи устойчивого развития. Пути реализации устойчивого развития страны, связанные с такими особыми видами антропогенной деятельности, какими являются природопользование и природообустройство, детально изложены в работе (А.И Голованов и др., 2000 г.) и включает: обеспечение целостности, т. е. рассмотрение природного ландшафта (геосистемы) как единого целого, состоящего из ряда взаимосвязанных и взаимообусловленных компонентовсохранение и воспроизводство природных ресурсов и функционирования отдельных компонентов природных и агроландшафтов при проведении комплексных мелиорации, применении соответствующих систем земледелия и др.- сохранение необходимого биологического разнообразия в границах природного ландшафта, в том числе обоснование структуры использования ландшафтов (соотношение различных биои агроценозов) — повышение социально-экологического потенциала агроландшафта (агрогеосистемы), включающее не только интенсификацию сельскохозяйственного производства, но и увеличение экологической устойчивости и экономической стабильности.

Только в такой постановке представляется возможным согласовать требования социально-экономического развития и требования природной среды исследуемой территории. Поэтому основной целью данного раздела являются оценка возможности использования естественных ландшафтов для производства сельскохозяйственной продукции с целью получения социально-экономического эффекта при сохранении экологической и мелиоративной ситуации в заданных пределах (Милащенко Н.З., Соколов O.A. и др., 2000 г.- Каштанов А. Н., Лисецкий Ф. Н., 1994 г.- Черников В. А., Алексахин P.M. и др., 2000 г.).

If.

Следует отметить, что в настоящее время существует целый ряд подходов по эколого-экономической оценке эффективности использования ресурсов в сельскохозяйственном производстве. В частности, в работах (В.В. Косов, В. Н. Лившиц, А. Г. Шахназаров и др, 2000 г.), а также В. Е. Райнина и Б. И. Кошовца предложен подход, позволяющий учесть ассортимент и объем получаемой сельхозпродукции, объем используемых природных и трудовых ресурсов, а также степень негативного экологического воздействия на окружающую среду. В упомянутых выше работах изложены методические рекомендации, позволяющие оценить эффективность инвестиций в сельскохозяйственное производствов качестве критерия оценки эффективности используется функция F -> max, при teto, Т, ieQ, j g M, где F — накопленное дисконтированное сальдо денежных потоков от операционной и инвестиционной деятельности за расчетный период времени t летi — вариант структуры севооборота, j — вариант агромелиоративных мероприятий, t — расчетный период от начала проекта to = О до его прекращения t = Т.

В структурно-функциональную схему технологии эколого-экономической оценки комплекса мероприятий по повышению эффективности сельскохозяйственного производства входит целый ряд сведений о проекте (объемы производства, размещение сельскохозяйственных культур в севооборотах, наличие ресурсов и т. д.), данные по агротехническим и мелиоративным мероприятиям (севообороты, способы обработки почв, агролесомелиорация, гидротехнические мелиорации и т. п.) (Манукьян В.Д., 2002 г.). Весьма существенным элементом структурно-функциональной схемы является геоинформационная среда, включающая банк данных (агрометеоданные, почвенные характеристики, экологическая и мелиоративное состояние территории) и банк моделей по водному режиму, по питательному режиму, по продуктивности сельскохозяйственных культур и т. д. Макроэкономическое окружение объекта должно включать данные по нормам дисконта, по общим темпам инфляции, системе налогообложения и т. д. и т. п.

Совершенно очевидно, что величина оценки ожидаемой эффективности зависит от неопределенности информации о природных условиях, о климатических условиях, носящих существенно вероятностный характер, от неопределенности макроэкономических характеристик фьючерсного типа. Неопределенность информации о внутренних и внешних условиях сельскохозяйственной деятельности снижает риск неполучения ожидаемого эффекта в изменяющихся условиях рынка, спроса и предложения.

Расчет эколого-экономической эффективности выполнялся в соответствии с «Методическими рекомендациями по оценке эффективности инвестиционных проектов» М.: Экономика, 2000 г.

В качестве критерия эффективности принят чистый дисконтированный доход (ЧДД), который рассчитывается по формуле: Т.

ЧДД = 8(Я1 + и-аХ1+г)-Л (5.1).

1=0 при ЧДД > 1 — проект эффективен, где К1 — величина денежных притоков (стоимость будущего урожая после проведения комплексных мелиорации);

Сх — текущие денежные оттоки (затраты на проведение комплексных мелиорации и природоохранные мероприятия) — г — норма дисконта, выраженная в долях единицы в год. Обычно дисконт принимают 0,03.0,05.

1 — время;

Ь1 — величина денежных притоков за счет предотвращенного экологического ущерба.

Оценка величины предотвращенного в результате природоохранной деятельности ущерба от деградации почв и земель и ухудшения плодородия производится в соответствии с «Временными рекомендациями для расчета предотвращенного ущерба», М., 1999. и ^^^э^п, (5.2) где Ц — предотвращенный экологический ущерб, где Не — норматив стоимости земель, тыс. р/га;

8 — площадь почв и земель, сохраненная от деградации за год в результате проведенных природоохранных мероприятий, гаКэ — коэффициент экологической ситуации и экологической значимости территории, б/р;

Кп — коэффициент для особо охраняемых территорий, б/р. Не • 8 • Кэ • Кп= 105 000 • 50 • 1,6 • 1= 8 400 000 р.

Величина Не принимается равной 105 000 р/га в соответствии с «Временными рекомендациями для расчета предотвращенного ущерба», М., 1999 (табл. 1, прил. З).

Кэ = 1,6 (табл. 2, прил. 3) — Кп = 1 (табл. 3, прил. 3).

Как было показано в 4 главе, потенциальная продуктивность агроландшафта моренной равнины Тверской области составляет 3,5 тыс. кормовых единиц на гектар сельскохозяйственной площади. Рыночная стоимость 1 к.е. 2001 года для рассматриваемого региона составила 2 р. Отсюда стоимость будущего урожая равна 70 тыс. руб.

Инвестиции на проведение комплексных мелиорации определяются по зависимости:

13 = Зи + Зму + Зоу + Зое + Зор- (5.3) где Зи — инвестиции на известкование кислых почв, р/га;

Зму — инвестиции на внесение минеральных удобрений, р/га;

Зоу — инвестиции на внесение органический удобрений, р/га;

Зое — инвестиции на строительство и эксплуатацию осушительной сети;

Зор — инвестиции на орошение.

Для оценки стоимости выполняемых мероприятий на территории опытно-производственного полигона «Губино» необходимо обосновать входящие в уравнение (5.3) параметры.

Инвестиции на известкование, внесение минеральных и органических удобрений берутся по данным федеральной целевой программы «Повышение плодородия почв России на 2002;2005 годы».

Зи = Ки-А-Р, (5.4) где Кн — норма внесения извести, т/гаА — единица стоимости, руб/га, Р — площадь, га. 3″ = 5−1500−50 = 37 500 р.

Зму = К"-А-Р, (5.5) где Кму — норма внесения минеральных удобрений, т/гаА — единица стоимости, руб/гаР — площадь, га. Зму = 4500 • 50 • 0,3 = 67 500 р.

Зоу = Коу-А-Р, (5.6) где Коу — норма внесения органических удобрений, т/гаА — единица стоимости, руб/гаР — площадь, га. Зоу = 0,056^50- 14 = 39 200 р.

Затраты на осушение определяются следующим образом: затраты на осушение 1 га, равные 44 тыс. руб., умножаются на площадь осушаемой территории, равной 50 га, соответственно, общая стоимость осушения полигона «Губино» составит 2200 тыс. р, что в расчете на 1 год составит 73,3 тыс. руб. Аналогичным образом рассчитывается величина затрат на орошение, которая составит 96,3 тыс. руб. Таким образом, общие затраты на сельскохозяйственное производство в пределах рассматриваемого агроценоза составляют 313,8 тыс. руб.

Сумма предотвращенного экологического ущерба определена на основании прогноза изменения плодородия почв и принимается равной 840 тыс. руб. за 30 лет, так как эффект от проведения природоохранных мероприятий будет сказываться в течение трех лет.

Результаты расчета показывают, что величина чистого дисконтированного дохода, определенная по формуле (5.1) составляет 573, 27 тыс. руб. на первый год и 183, 82 тыс. руб. на 30-ый год производства сельскохозяйственной продукции на территории исследуемого агроландшафта.

Чистый дисконтированный доход за весь срок эксплуатации исследуемого агроландшафта составит 10 311,41 тыс. руб.

Результаты расчета приведены в таблице 5.1.

Эколого-экономические показатели эффективности комплексных мелиорации.