МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПРИРОДООБУСТРОЙСТВА

 

 
«РОЛЬ ПРИРОДООБУСТРОЙСТВА СЕЛЬСКИХ ТЕРРИТОРИЙ В ОБЕСПЕЧЕНИИ УСТОЙЧИВОГО РАЗВИТИЯ АПК»
 
(МАТЕРИАЛЫ МЕЖДУНАРОДНОЙ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКОЙ КОНФЕРЕНЦИИ)
 
Москва 2007


УДК: 330.15: 631.67
ОБОСНОВАНИЕ ОПТИМАЛЬНЫХ ОРОСИТЕЛЬНЫХ НОРМ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ КУЛЬТУР С УЧЕТОМ
СОЦИАЛЬНО-ЭКОНОМИЧЕСКИХ И ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ

В.В. Кундиус – к.э.н.; С.В. Марьин
ФГОУ ВПО «Московский государственный университет природообустройства»,
г. Москва, Россия

The method of ground of norms of irrigation of agricultural cultures is offered, in basis of which lies socio-natural approach, allowing substantially to reduce the negative loading on the basic components of landscape, and to raise an ecological and economical effects in industries of national economy.
Существенное влияние на состояние основных компонентов ландшафта (водные ресурсы, атмосферный воздух, почва, растительный и животный мир) оказывает сельское хозяйство, включая мелиорацию земель.
Для оценки степени изменения состояния природных систем (ландшафта) в целом в результате хозяйственной деятельности можно использовать следующую зависимость [1]


,                    (1)


где – интегральный показатель оценки состояния и изменения природных систем (ландшафта) в результате хозяйственной деятельности;  – число компонентов природных систем (почва, водные ресурсы, растительность, атмосферный воздух и животный мир); – норматив состояния  компонента ландшафта; – весовой коэффициент, отражающий относительную роль  компонента в функционировании природных систем (для почвы он равен 1; для водных ресурсов – 0,95; для растительности - 0,50; для атмосферного воздуха – 0,45; для животного мира – 0,32).
Приведенная выше информация (1) свидетельствует о высокой роли водных ресурсов в функционировании природных систем. И от того, на сколько эффективно используются водные ресурсы в отраслях народного хозяйства, включая и сельское хозяйство, зависит экологическая устойчивость природных систем и экономическая эффективность агроландшафтов.
Однако в результате хозяйственной деятельности за последнее столетие потребление водных ресурсов (наряду с другими природными ресурсами) в мире возросло с 580 до 3980 км3. При этом следует отметить, что произошло снижение объема безвозвратного водопотребления, увеличение объемов загрязненных возвратных вод и, как следствие, загрязнение водных объектов [2]. Наблюдается низкая и эффективность использования водных ресурсов в сельском хозяйстве, оцениваемая затратами воды на производство одной тонны зерна (пшеница, рис), во многих странах мира, включая Россию (таблица)            [3-6].

Эффективность использования водных ресурсов в сельском хозяйстве

Страна

Затраты воды на производство единицы продукции, м3/т

Страна

Затраты воды на производство единицы продукции, 
м3/т

США

1000

Китай

-

Франция

660

Египет

2500

Испания

720

Узбекистан

3500

Англия

-

Украина

3000

Дания

-

Россия

-

Греция

-

Индия

4800

Италия

-

Япония

3030

Польша

1300

Израиль

1350

Данные таблицы свидетельствуют об очень низкой эффективности использования водных ресурсов в сельском хозяйстве России по сравнению с другими странами, а это, в свою очередь, сказывается и на эффективности использования других компонентов ландшафта (см. (1)). Причин тому много, но основными являются: применяемая техника и технологии полива; существующая система земледелия, не обеспечивающая рационального использования биоклиматических ресурсов страны и, как следствие, низкие урожаи; отсутствие платности природопользования и др. Не способствует эффективному использованию всех видов ресурсов (включая водные) в сельском хозяйстве (орошаемом земледелии) и действующая нормативно-методическая база. Так, например, режим орошения определяется, исходя из полного удовлетворения требований растений к водному режиму корнеобитаемого слоя почвы и при этом не учитываются требования к регулированию других режимов, процессов и основных свойств природных систем (тепловой, водный, солевой, химический, биологический режимы почв; процессы почвообразования; регулирование биологического и геологического кругооборотов), которые были нарушены в результате хозяйственной деятельности (например, распашки и сельскохозяйственного использования земель). Однако такой подход к обоснованию мелиоративного режима орошаемых земель не является оптимальным, так как природная система состоит из ряда взаимосвязанных и взаимообусловленных компонентов, режимов и процессов, обеспечивающих целостность и функционирование агроландшафта в целом, и изменение одного из них (в данном случае водного режима) ведет к изменению других   [6-9].

При расчете оросительных норм (нетто) сельскохозяйственных культур (), в основу которых положен баланс поверхностных и почвенных вод, учитываются разные элементы баланса. Так, например, в работах [10, 11] оросительная норма нетто определяется следующим образом


.                                              (2)


А в работе [12] при определении учитываются следующие элементы баланса: 
для незасоленных почв


;                                                 (3)


для засоленных почв


,                                            (4)


где   – транспирация растений, включая  испарение с поверхности почвы, мм;  Ос – сумма эффективных осадков, мм;  g – подпитывание со стороны грунтовых вод, мм;  – поверхностный сброс, мм;   – испарение в зоне дождевого облака, мм;   – объем воды, необходимый для создания промывного режима, мм;    – активные запасы влаги в расчетном слое, мм.
Откуда видно, что в одних случаях учитывается поверхностный сток, но не учитываются  активные запасы влаги в расчетном слое (формула (2), а в других (4) – наоборот. Отсутствие учета поверхностного стока при расчете режима орошения сельскохозяйственных культур ведет к нерациональному использованию ресурсов естественного увлажнения, а это, в свою очередь, отрицательно сказывается на эффективности  использования водных, земельных, трудовых, материальных и финансовых ресурсов. Все это указывает на то, что при расчетах режима орошения в лесостепной, степной и сухостепной зонах необходимо стремиться к снижению поверхностного стока за счет осуществления системы агротехнических и  агролесомелиоративных мероприятий.

Имеются и другие недостатки. Так, например, транспирация растений определяется из условий получения потенциально возможного (максимального) урожая сельскохозяйственных культур, а при расчете испарения в зоне дождевого облака  используются температура и относительная влажность воздуха, характерные для естественных условий, хотя известно, что при орошении температура снижается, а относительная влажность увеличивается. Как показывают результаты исследований [6], такой подход к расчету испаряемости приводит к завышению  (2)-(4), примерно, на 25-30 %.
Кроме того, действующими нормативно-методическими документами предусматривается промывной режим, размер которого составляет 10-25% от величины оросительных норм [12, 13]. Хотя в настоящее время общее мнение заключается в том, что промывной режим орошения недопустим, так как ведет к интенсификации гидрохимического круговорота и в конечном итоге к негативным экологическим последствиям. Эта ситуация усугубляется еще и тем, что при расчете режима орошения не учитывается минерализация поливных вод [14]. Все это свидетельствует о необходимости ограничивать интенсивность влагообмена между почвенными и грунтовыми водами за счет регулирования влажности почв.
К существенному завышению проектных оросительных норм нетто ведет их расчет на год 75 %-й обеспеченности по дефициту водного баланса без должного эколого-экономического обоснования [10, 11].

Подводя итог изложенному выше, необходимо отметить, что оросительные нормы определяются, исходя из биологических потребностей растений в воде и при этом мало внимания уделяется регулированию режимов и основных свойств природных систем, нарушенных в процессе распашки и сельскохозяйственного использования земель
Использование биологических оросительных норм при проектировании оросительных систем и в практике хозяйствования, учитывающих только потребности сельскохозяйственных культур в воде и определяемых из условия получения наибольшего урожая, неизбежно приводит к искусственному завышению проектного (планового) объема водозабора на орошение и рост нагрузки на природную среду (загрязнение водных объектов, эрозия, засоление и осолонцевание почв, подъем уровня грунтовых вод, сработка запасов и ухудшение состава гумуса, снижение природного плодородия почв и т.д.). Объясняется это тем, что характер зависимости урожайности сельскохозяйственных культур от водообеспеченности (как показали результаты анализа) имеют нелинейную затухающую тенденцию, то есть происходит снижение приростов урожаев по мере увеличения водоподачи на единицу площади (оросительных норм). В связи с этим возникает возможность существенного  сокращения оросительных норм сельскохозяйственных культур по сравнению с биологическими  при некотором снижении уровня урожайности [15, 16].

Все это свидетельствует о том, что установление лимитов водопотребления в орошаемом земледелии представляет собой не столько технологическую (как в других отраслях народного хозяйства промышленность, жилищно-коммунальное хозяйство), сколько сложную эколого-экономическую проблему обоснования мелиоративных режимов орошаемых земель, включая оросительные нормы сельскохозяйственных культур и в конечном итоге эффективности создания устойчивых агроландшафтов, ориентированных на производство высококачественной продукции в объемах, соответствующих природному потенциалу региона и обеспечивающих сохранение и воспроизводство природных ресурсов.
Результаты анализа существующих на сегодняшний день методик определения экономически обоснованных оросительных норм [17-20] показали, что они различаются в основном принятыми критериями оптимальности, не отвечают принципам устойчивого развития и природообустройства и требуют дальнейшего совершенствования.

Решение данной проблемы не должно ограничиваться только гидротехническими мелиорациями, необходимо рассматривать весь комплекс мероприятий (комплексные мелиорации), включающий агротехнические и  агролесомелиоративные мелиорации, адаптивно-ландшафтные  системы земледелия, и обеспечивающий минимальное антропогенное воздействие на природную среду. При формировании основной цели комплексных мелиораций необходимо учитывать неразрывное единство требований экономической эффективности и экологической безопасности сельскохозяйственного производства на орошаемых землях. Увеличение урожайности сельскохозяйственных культур и снижение нагрузки на природные системы или ресурсосбережение являются равноправными факторами, формирующими экономический эффект от проведения комплексных мелиораций.
Пренебрежение средозащитными затратами и отсутствие платного природопользования в сельском хозяйстве приводит к ориентации водопользователей на биологические, самые высокие оросительные нормы, что сопровождается негативными последствиями.

Выполненные результаты исследований указывают на необходимость обеспечения разумного, экономического и экологически выгодного компромисса между краткосрочной выгодой от чрезмерного прироста объемов производства продукции на основе применения ресурсоемких технологий и стратегией защиты природной среды от деградации. Объясняется это тем, что с увеличением оросительных норм по мере приближения к максимальному (проектному) уровню урожайности, наблюдается прогрессивное увеличение затрат, обусловленное резким возрастанием нагрузки на природную среду и необходимостью осуществления все больших затрат для ее защиты от негативного воздействия хозяйственной деятельности. Экономический эффект, получаемый при сокращении оросительных норм с биологических до оптимальных за счет сокращения затрат на обеспечение рационального природопользования (о них было сказано выше), характеризует природоохранный эффект оптимизации мелиоративных режимов орошаемых земель. Возможность  экономии водных ресурсов позволяет рассматривать оптимальный мелиоративный режим как неотъемлемую составную часть интенсивной технологии сельскохозяйственного производства на орошаемых землях.

В основу определения размера экономического эффекта за счет повышения содержания гумуса в почве или ущерба от деградации сельскохозяйственных угодий вследствие снижения гумуса положена методика расчета компенсационных затрат на поддержание плодородия почв, которые представляют собой сумму расходов на обеспечение оптимального водно-солевого режима мелиорируемых земель, проведение противоэрозионных мероприятий, восстановление запасов и качества гумуса, ухудшение которого обусловлено его вымывом в результате влагообмена между почвенными и грунтовыми водами. При этом учитываются следующие факторы: гидротермический режим, опад (отмирание) растительной массы; отчуждение биомассы с убранным урожаем; дозы внесения минеральных и органических удобрений; эродирующая способность дождя; подверженность почвы эрозии; длина склона; уклон местности; система ведения растениеводства; методы борьбы с эрозией и др.
Количественная оценка влияния агролесотехнических мелиораций на уровень экономического плодородия проводится через рост урожайности сельскохозяйственных культур и опада, уменьшение величины компенсационных затрат на поддержание плодородия почв (увеличение содержания гумуса за счет снижения смыва объема почвы), снижение размера затрат на внесение гипса и подачу водных ресурсов за счет улучшения водного, воздушного, питательного, солевого и теплового режимов почв.

Стоимостная оценка затрат на поддержание бездефицитного баланса гумуса и борьбу с водной эрозией не полностью отражает размер компенсационных затрат, необходимых для поддержания плодородия земель. Это происходит потому, что увеличение влагообмена между почвенными и грунтовыми водами, помимо вымыва гумуса, может привести еще и к ухудшению солевого режима орошаемых земель. Так, например, для условий, где преобладают почвы легкого механического состава с невысокой емкостью поглощения, оно может проявиться в засолении орошаемых земель и необходимости проведения промывок. На черноземных и каштановых почвах с повышенной емкостью поглощения возникает угроза осолонцевания земель, предотвращение которой требует превентивных мер по гипсованию орошаемых земель. Размер затрат на проведение промывок определяется через экономическую оценку воды и объем водных ресурсов, необходимый для предотвращения процесса засоления земель. Для определения дозы внесения гипса и в конечном итоге для расчета дополнительных затрат на внесение гипса в конкретном году рассматриваемого периода может быть использован упрощенный метод прогнозирования солевого режима орошаемых земель [21].

Экологический ущерб водным ресурсам от загрязнения их в результате сельскохозяйственной деятельности определяется в зависимости от размера лимита водопотребления, величины сброса коллекторно-дренажных вод и объема поступления загрязняющих веществ.

При отсутствии достаточной естественной дренированности  территории неизбежен подъем грунтовых вод из-за глубинного просачивания оросительных вод и потерь воды из каналов. Возможная угроза выпадения земель из оборота ликвидируется путем устройства дренажа, что также требует стоимостной оценки. Чем ниже нагрузка на дренаж, тем ниже скорость подъема грунтовых вод, и, соответственно, продолжительнее период времени, в течение которого в дренаже нет необходимости, что приводит к уменьшению влияния затрат по его устройству и эксплуатации на результаты определения почвозащитных затрат и эффективность орошения в целом.
При обосновании лимитов водопользования (оросительных норм) в сельском хозяйстве необходимо учитывать региональный и климатический аспекты, поскольку одинаковые культуры испытывают разные потребности в воде в разных регионах, разные культуры требуют разного количества  воды в пределах одного региона, а потребности одной культуры сильно различаются в зависимости от степени засушливости конкретного года.

Решение этой проблемы сводится, с нашей точки зрения, к максимизации переменной прибыли:


,                                    (5)


где    переменная прибыль от выращивания и реализации сельскохозяйственной продукции -го вида в  t-м году, зависящая от объема потребляемых водных ресурсов , руб.;   выручка от выращивания и реализации сельскохозяйственной продукции -го вида в  t-м  году, руб.;   переменные издержки, связанные с выращиванием, хранением  и  реализацией сельскохозяйственной продукции -го вида в t-м году, руб.
Переменная часть издержек должна включать только те статьи затрат, величина которых зависит от мелиоративного режима орошаемых земель и объемов водопользования (переменные сельскохозяйственные издержки на уборку и транспортировку урожая, затраты на электроэнергию; плату за использование водных объектов, затраты на дополнительное внесение органики с целью компенсации потерь гумуса, затраты на гипсование орошаемых земель с целью обеспечения оптимального солевого режима, затраты на эксплуатацию дренажа, платежи за сброс загрязненных вод в водные объекты и т.д.).
Необходимо отметить, что при определении экономически оптимальной оросительной нормы в конкретном году расчетного периода не учитываются постоянные издержки (амортизационные отчисления, ремонтный фонд, оплата труда эксплуатационного персонала, постоянные сельскохозяйственные издержки и др.), так как их величина не зависит от мелиоративного режима орошаемых земель и объемов водопотребления сельскохозяйственных культур и, следовательно, не оказывает влияния на результат обоснования лимитов водопотребления сельскохозяйственных культур.
Определенную таким образом величину оросительной нормы нетто конкретной сельскохозяйственной культуры в конкретном году рассматриваемого периода обозначим .
Следует отметить, что при осуществлении хозяйственной деятельности происходит изменение гидротермического режима [22]:
в естественных условиях


,                                                             (6)


при осуществлении системы мелиоративных мероприятий (хозяйственной деятельности)


,                                        (7)


где    R  радиационный баланс деятельной поверхности,  в год;  L скрытая теплота парообразования, кДж/см3; * годовая величина атмосферных осадков за вычетом поверхностного стока, см/год;   дополнительное количество влаги, полученное за счет применения гидротехнических мелиораций, см/га;   дополнительное количество влаги, полученное за счет применения агротехнических и агролесотехнических мелиораций, см/га; *  альбедо поверхности в естественных и в измененных хозяйственной деятельностью условиях, %.
Следовательно, при проведении гидротехнических мелиораций величина оросительных норм нетто в конкретном году t расчетного периода должна определяться исходя из условий восстановления нарушенного распашкой земель гидротермического режима с учетом полного использования ресурсов естественного увлажнения за счет применения агротехнических и агролесотехнических мелиораций [6].
Величину оросительной нормы нетто в конкретном году t расчетного периода можно определить из выражения (7)


,                                        (8)


где    радиационный баланс деятельной поверхности, кДж/см2 в год; L скрытая теплота парообразования, кДж/см3;   годовая величина атмосферных осадков за вычетом поверхностного стока, см/год;    дополнительное количество влаги, полученное за счет применения агротехнических и агролесотехнических мелиораций, см/год;    «индекс сухости» в естественных условиях.
Отсюда следует, что оптимальная оросительная норма должна определяться на основе совместного учета почвенных и экономических условий, а также исходя из необходимости регулирования биологического и геологического кругооборотов


,                                                    (9)


Определенная таким образом оптимальная оросительная норма (9) может быть использована при обосновании параметров оросительных систем в проектах нового строительства, реконструкции действующих систем и при обосновании эксплуатационных режимов работы оросительных систем.
В заключение необходимо отметить, что предложенный метод обоснования оросительных норм сельскохозяйственных культур, в основу которого положен социоприродный подход к оптимизации мелиоративных режимов орошаемых  земель и лимитов водозабора из водных объектов направлен на обеспечение мультиплицированного эколого-экономического эффекта в различных отраслях народного хозяйства.

Библиографический список

  1. Пегов С.А., Хомяков П.М.  Моделирование развития экологических систем. Л.: Гидрометеоиздат, 1991.
  2. Shiklomanov I.A., Balonishnikova J.A.  World water use and water availability: trends, scenarios, consequences. Water Resources Sistems – Hydrological Risk, Manegement and Development IAHS Publ., N 281, 2003Agricultural Statistics, Wash. 2001.
  3. Agricultural Statistics, Wash. 2001.
  4. Petersen J-E. Agro-environment schemes in Europe – lessons for future rural policy. Institute for European Environmental Policy, London, 1998.
  5. Норманн Лангер.  Сельское хозяйство США. М., 2003.
  6. Айдаров И.П.  Перспективы развития комплексных мелиораций в России. – М.: МГУП, 2004.
  7. Агроэкология. – М.: Колос, 2001.
  8. Реймерс Н.Ф.  Экология. Теории, законы, правила, принципы и гипотезы. – М.: Россия молодая, 1994.
  9. Орошение. Справочник. – М.: Агропромиздат, 1996.
  10. Данильченко Н.В.  Районирование оросительных норм и режимов орошения в среднем Поволжье. – М., 2005.
  11. СНиП 2.06.03-85.  Мелиоративные системы и сооружения. – М.: МВХ, 1986.
  12. СНиП 2.06.03-85.  Мелиоративные системы и сооружения. М.: МВХ, 1986.
  13. ВСН 33-2.2.03-86.  Дренаж на орошаемых землях. – М.: МВХ, 1986.
  14. Айдаров И.П., Голованов А.И., Никольский Ю.Н. Оптимизация мелиоративных режимов орошаемых и осушаемых сельскохозяйственных земель. М.: Агропромиздат, 1990.
  15. Марголин А.М. Оптимизационные методы обоснования эффективности инвестиций в реконструкцию оросительных систем. М.: РАУ, 1992.
  16. Краснощеков В.Н. Теория и практика эколого-экономического обоснования комплексных мелиораций в системе адаптивно-ландшафтного земледелия (монография). – М.: МГУП, 2001.
  17. Анойкин Н.И. Определение оптимальной оросительной нормы. /В кн.: Проблемы гидроэнергетики и водного хозяйства. Алма-Ата: Наука, 1975. Вып. 12.
  18. Воропаев Г.В. Метод установления экономически целесообразных размеров оросительных норм для полива сельхозкультур.  //Доклады Казахской Академии сельскохозяйственных наук, 1960. Вып. 3.
  19. Железнов М.М. Метод определения экономической оросительной нормы. – Из работ Экономического бюро ГИСХМ. М., 1928.
  20. Марголин А.М. Выбор оптимальных параметров оросительных систем с учетом стохастического характера водообеспеченности орошаемых земель. Автореф. дис. … канд. техн. наук. – М., 1985.
  21. Айдаров И.П., Корольков А.И., Хачатурьян В.Х. Моделирование почвенно-мелиоративных процессов. //Биологические науки. 1987. № 9 (285).
  22. Будыко М.И. Глобальная экология. М.: Мысль, 1977.