Оглавление 
Введение	2	
Глава 1. Оптимизация структуры агроэкосистем . . . . . . . . . . . . . . 	4	
  1.1. Предпосылки агроэкологии . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 	4	
  1.2. Задачи  агроэкологии. Место оптимизации в задачах   агроэкологии . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 	
15	
  1.3. История  развития идей  экологической оптимизации и современное состояние разработок . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 	
17	
Глава 2. Природные условия Баймакского района . . . . . . . . . . . . 	21	
  2.1. Климат  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	21	
  2.2. Почвенные условия  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	22	
  2.3. Растительность . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	23	
Глава 3. Содержание программы экологической оптимизации	30	
  3.1. Сбор фактических материалов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 	30	
  3.2. Оптимизационная процедура . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 	31	
Глава 4. Опыт оптимизаци структуры агроэкосистем		
Баймакского района . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	35	
  4.1. Общая оценка состояния агроэкосистем   . . . . . . . . . . . . . . . . .	35	
  4.2. Оптимизационные решения на примере ОПХ “Баймакское”	36	
  4.3.  Результаты оптимизации агроэкосистем колхозов . . . . . . . . .		
Баймакского района . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 	50	
Зкалючение и выводы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 	57	
Список литературы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 	59	
Приложение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	66	

Введение
	Сельское хозяйство районов Зауралья РБ в настоящее время испытывает тяжелейший экологический кризис. Сложившаяся в регионе экологическая ситуация вызвана чрезмерными антропогенными нагрузками на агроэкосистемы. Пастбищные нагрузки превышают норматив в 10-20 раз, во всех хозяйствах имеет место антиэкологичная структура поголовья скота с завышенной долей овец и КРС и низким участием лошадей, площадь пашни в степной зоне доходит до 90% от общей площади равнинной части хозяйства (экологический норматив - не более 75%), доля трав в севооборотах снижена или таковые полностью отсутствуют.  В результате в районе происходит активная деградация агроресурсов: все основные пастбищные массивы деградированы, на пашне развивается эрозия почв и формируется дефицит минеральных элементов. Как итог в последние годы намечается тенденция снижения урожайности зерновых культур и выхода животноводческой продукции. Учеными Башкортостана впервые в России начаты научные исследования по разработке программ оптимизации и нормирования нагрузок на агроэкосистемы. Исследования проводятся на базе лабораторий геоботаники БГУ и ИБУфНЦ РАН. В ходе исследований особое внимание уделяется районам Зауралья с целью сохранения окружающей среды коренного этноса республики. 
	Исследования финансируются Министерством чрезвычайных ситуаций и экологической безопасности Республики Башкортостан.
	Данная дипломная работа является частью этих исследований. Автор ее участвует в выполнении данной программы  начиная с  третьего курса и принимая участие в обследованиях и разработке проектов для Абзелиловского и Баймакского районов РБ.
	Цель работы: разработать проект оптимизации структуры землепользования и поголовья скота для обеспечения устойчивого развития сельского хозяйства на примере колхозов Баймакского района.
	В соответствии с этой целью перед автором были поставлены следующие задачи:
	1) проанализировать литературу и выявить те теоретические работы, которые могут быть полезны для разработки рекомендаций по оптимизации агроэкосистем района;
	2) изучить современное состояние агроэкосистем Баймакского района;
	3) показать возможности оптимизации агроэкосистем с использованием программы, разработанной в лаборатории геоботаники БГУ;
	Работа выполнялась в течении 2-х лет в лаборатории геоботаники БГУ.
	Автор выражает благодарность научному руководителю доктору биологических наук, заслуженному деятелю науки РБ и РФ, профессору Б.М. Миркину, а также кандидатам биологических наук Р.М. Хазиахметову, Л.М. Абрамовой, М.С. Саитову за постоянные консультации и всем сотрудникам лабораторий геоботаники БГУ и ИБ УНЦ.

Глава 1. Оптимизация структуры агроэкосистем
1.1. Предпосылки агроэкологии
	Конец ХХ века ознаменовался глобальным экологическим кризисом в биосфере. Наряду с промышленностью и атомной энергетикой, в чашу экологических проблем внес свой вклад и кризис в сельском хозяйстве (Карпачевский, 1987; Одум, 1987; Реймерс, 1987; Жученко, 1988; Кант, 1988; Букштынов, 1989; Яблоков, 1990; Розанов, Розанов, 1990; Миркин и др., 1991; Небел, 1993; Миркин, Хазиахметов, 1995).
	Экологическая несостоятельность интенсивных технологий явилась предпосылкой для зарождения агроэкологии. Из имеющейся литературы по этой теме можно выделить 4 основных блока экологических проблем:  деградация агроресурсов, экологический дисбаланс функциональных связей в агроэкосистемах, энергетический кризис и ухудшение качества сельскохозяйственной продукции.
	В лексикон экологии недавно вошли еще два термина, обозначающие понятия, которые имеют особую важность для разработки программы выживания человечества на планете. Это понятия "продовольственная безопасность" - (F.S.) food security (Braun, 1994) и “емкость выживания” - (C.C.) carrying capacity, буквально - емкость поддержания (Postel, 1994). Оба понятия входят в число параметров общества устойчивого развития, в котором гармонично сочетаются интересы ныне живущих поколений с интересами тех, кому предстоит жить в будущем на той же территории.
	F.S. - это система, обеспечивающая производство продуктов питания отдельной страны или всего мирового сообщества в целом, количество которых достаточно для того, чтобы не возникало проблемы голода, а C.C. - предельно допустимая численность народонаселения (опять-таки на территории отдельно взятой страны или всей планеты в целом), которая соответствует экологическим нормативам рационального природопользования и охраны природы.
	Деградация агроресурсов. Агросфера сегодня занимает около 1/3 площади суши,  в  том числе около 10% агросферы занято под пашней, остальное - пастбища (Одум, 1986). В сельскохозяйственное использование вовлечена часть лесов, где пасется скот или производится заготовка кормов (Миркин, 1991).
	Общий расклад современного использования суши приведен на таблице 1.

Таблица 1.
Динамика земельных ресурсов мира (в млн. га)
(Розанов, Розанов, 1990)
Категория	Год	
земель	1966	1980	1989	
Пахотные земли	1381	1452	1473	
Пастбища	1122	3117	3110	
Леса и кустарники	4236	4093	4053	
Прочие земли	4340	4417	4443	
	По  этим данным легко прослеживается динамика  соотношения  земельных  ресурсов мира.  Можно  видеть,  что скорость приращения площади пашни за последнее  время  резко   сократилась,   поскольку   дальнейшее   освоение   целины   уже   невозможно.   Резко возросшие площади пастбищ с 80-х годов начинают убывать за счет перевода их в пашню.
	Использование земельных угодий человеком всегда сопровождалось потерей продуктивных земель.  По  данным Б.Г. Розанова и др. (1989), за  последние  десять тысяч  лет  было потеряно 2000 млн. га (в среднем 0.2 млн. га в год). На последние 300 лет приходится потеря 700 млн. га (2.3 млн. га в год). За последние 50 лет выпали из использования 300 млн. га (6 млн. га в год). Таким образом,  за  период  существования  земледелия  скорость потери возросла в 50 раз. Темпы  потерь плодородных  земель представлены на рис 1. 

	Почвы являются   центральным элементом агроэкосистем,    и "отрицательная энергия"   от   антиэкологических  энергетических субсидий действует, в первую очередь, именно  на  этот  компонент. В большом  числе как отечественных,  так и зарубежных работ  эрозия почв рассматривается как самый опасный результат сельскохозяйственного производства (Заславский, 1987; Карпачевский, 1987; Кузнецов, 1989; Котлярова, 1990; Толчельников, 1990). На территории бывшего СССР было эродировано уже 68% пахотных почв (Никонов, 1986), причем ежегодно эрозия уносит сегодня 3.6 млн. га.  По   данным 
В.Г. Минеева (1988), недобор урожая на слабосмытых почвах составляет 10-20%, на среднесмытых - 30-50%, а на сильносмытых - 60-80% от урожая с неэродированных земель. В Республике Башкортостан количество эродированных земель составляет 48% от общей площади сельскохозяйственных угодий. Пахотный фонд республики эродирован на 60% площади (Комплексная программа..., 1990).
	Деградация сельскохозяйственных ресурсов происходит и в результате накопления  тяжелых металлов, пестицидов и других токсических веществ. С каждой тонной вносимого в почву фосфора попадает 160 кг фтора, который содержиться в фосфорных удобрениях, как примесь. Сырье для производства фосфорных удобрений содержит до 2 % стронция и кадмия (Минеев, 1988). 
	Д. К. Коулман и др. (1987) приводит данные о том, как влияют интенсивные системы обработки почвы на баланс минеральных элементов в почве. Интенсивная агротехника и увеличение доли пашни влечет за собой понижение содержания органического углерода и азота в почвах (табл. 2) (Коулман и др., 1987; Кант, 1988). 
Таблица 2.
Сравнительное содержание органического углерода и азота в почвах северной части великих равнин (США) под пастбищем, под пашней со стерневой мульчей и под чистым паром. (Коулман, 1987)
Механический состав почвы	
Пастбище	Севооборот пшеница - пар при минимальной обработке почвы	Севообороты пшеница - пар при интенсивной обработке почвы	
Легкий 	6684/785*	6017/757	4397/594	
Средний	9218/1039	6574/816	6850/802	
Тяжелый	9833/1102	9551/1067	8844/1015	
* В числителе - углерод, в знаменателе - азот, г/см2 в слое почвы 45,7 см

	На рис. 2 можно проследить, как происходит обеднение почв по содержанию азота при длительном сохранении севооборота пшеница-пар.

	Неизбежным результатом интенсивного выращивания монокультуры является обеднение биологического разнообразия, что усугубляет деградацию ресурсов агроэкосистемы (Одум, 1987). Также губительно для  биоразнообразия  и   сведение   лесов,   которое происходит не  только  за  счет  вырубки,  но  и за счет выпаса скота, эрозии, мелиорации и химизации (Букштынов, 1989). 
	Естественные кормовые угодья, используемые под пастбища, на сегодняшний день находятся в катастрофическом положении в результате пастбищной дегрессии. Причина дегрессии пастбищ - чрезмерные нагрузки, превышающие экологический норматив в 10-20 раз (Миркин и др., 1996) .
	Экологический дисбаланс функциональных связей в агроэкосистемах. Увеличивается доля человека  и  домашних   животных   в биосфере. Если в 1886 году она составила 5% всей биомассы животных, то сейчас уже 20%, согласно прогнозам, к 2000 году  этот показатель может возрасти до 40% (Олдак,1990).
	А.В. Яблоков (1990) проанализировал практику использования пестицидов в сельском  хозяйстве.  По  его мнению,  человек уже проиграл битву с насекомыми-вредителями, которые приспосабливаются к инсектицидам быстрее,  чем изобретаются и  выпускаются препараты. Под воздействием пестицидов погибают и “враги наших врагов”. Это приводит к экологическому дисбалансу  в звене насекомое - энтомофаг, что служит причиной возникновения вторичных вспышек уцелевших, устойчивых к пестицидам  популяций вредителей. Дальнейшее наращивание доз ведет к бесконечной гонке по замкнутому кругу (Небел, 1993). 
	Немногим лучше обстоит дело и с сорными растениями,  в популяциях  которых сравнительно недавно обнаружились экотипы, устойчивые к гербицидам. В итоге, видов-засорителей стало меньше,  но экземпляров засорителей больше.  Примерно также обстоит дело с использованием фунгицидов. На рис. 3 можно видеть количественную динамику применения химикатов за последние годы. Примечательно, что применение гербицидов растет быстрее по сравнению с инсектицидами, что отражает большую эффективность их использования и появление целого ряда малотоксичных и быстроразлагающихся в почве гербицидов, заменяющих агротехнические приемы при минимальной обработке почвы. После осознания бессмысленности дальнейшего наращивания применения химических средств борьбы с насекомыми резко упала роль инсектицидов. 

	Несколько иначе обстоят дела с объемами применения пестицидов в нашей республике. Как видно из рис. 4, за последние годы прослеживается резкое падение объемов применения ядохимикатов. Однако это не результат целенаправленной экологизации сельского хозяйства в РБ. Причина падения в настоящее время - отсутствие денег у сельхозпроизводителей  на покупку нужного количества химикатов. 
	Усиливает разбалансированность экосистем превышение экологических нормативов распаханности территории и пастбищных нагрузок (Миркин и др, 1995).

	Дисбаланс минеральных элементов в результате разрыва круговорота органики - общий недостаток всех узкоспециализированных (растениеводческих или животноводческих) агроэкосистем. Причина тому - чрезмерное наращивание одного трофического компонента и снижение участия других или даже их полное отсутствие (как в примере с чисто растениеводческими хозяйствами, где отсутствуют  сельскохозяйственные животные).  Г. Кант (1988) приводит данные о балансе минеральных элементов в почве в зависимости от комплексности (наличия животноводства и растениеводства) агроэкосистемы. В этой же работе приводятся рекомендации по замене навоза сидератами, что позволяет создать “эффект присутствия сельскохозяйственных животных” в чисто растениеводческой агроэкосистеме. На основании полученных данных Кант пишет, что самый благоприятный баланс гумуса в почве получается в комплексных агроэкосистемах, где мелкие животноводческие фермы равномерно распределены по всей площади экосистемы. В хозяйствах с преобладанием растениеводства необходимо использовать завозные корма, что позволит компенсировать потерю минеральных элементов, выносимых зерновыми культурами. 
	Энергетический кризис. Несмотря на  усугубление экологических проблем в биосфере, продолжается рост энергопотребления в сельском хозяйстве, что не сопровождается повышением производства зерна (Braun, 1994). Это говорит о том, что естественные производственные  емкости  агроэкосистем исчерпаны. Впрочем,  как показывает мировой опыт интенсификации сельского хозяйства, и до начала стагнации урожайности, огромные   затраты   энергии  на  агроэкосистемы сопровождались только  небольшим увеличением выхода   продукции. С 1910 года в США затраты на сельскохозяйственное производство возросли в 10 раз, что дало эффект  только  2-хкратного  увеличения  урожая.  В Англии за последние 10 лет количество вносимых удобрений увеличилось в  8 раз, тогда как урожай возрос только на 50% (Ecological..., 1974).
	В целом  на  сегодняшний  день  не  более  40%   пашни   мира используется по  интенсивному типу с большими вложениями энергии (Одум, 1986). Средние мировые урожаи   основных культур   далеко не рекордные  и  весьма  велика разница в урожае,  получаемом в экономически развитых  странах  с  высокой энерговооруженностью сельского хозяйства и при экстенсивном типе хозяйствования. Причем,  как  подчеркивает А. А. Жученко  (1988), если бы все пахотные земли мира были  переведены в  режим  интенсивного   использования   с   высокими антропогенными субсидиями, то   мы  бы  "проели"  95%  добываемой энергии. 
	Как видно из таблицы 3, продолжается рост  потребления минеральных удобрений, производство которых требует огромных затрат энергии. Обнадеживает лишь то, что за последние годы наблюдается стабилизация роста использования удобрений. 
Таблица 3.
Среднее потребление минеральных удобрений на 1 га пашни в разных странах (в пересчете на 100% питательных веществ, кг)
(По данным Госкомстата СССР, 1989)
Страны	Годы	
	1980	1985	1986	1987	1988	
СНГ (СССР)	84	113	118	122	122	
Польша	246	223	233	245	224	
США	113	106	103	106	-	
ФРГ	480	426	427	427	-	
Нидерланды	844	806	772	783	-	
Япония	429	391	382	387	-	
Канада	44	55	54	51	-	

	Г. Кант (1988) приводит данные о энергетических затратах на фермах ФРГ (рис. 5). Основным потребителем энергии являются производство азотных удобрений (43% от общих энергозатрат на сельскохозяйственное производство) и горючее (29 % от общих энергозатрат). Максимальную экономию энергии могли бы обеспечить: 1) биологическое связывание азота вместо химико-технического;

2) минимизация технико-механической обработки почвы; 3) активное биологическое рыхление; 4) сокращение расходов на пестициды и транспорт (Кант, 1988).
	Ухудшение качества сельскохозяйственной продукции. Интенсивное сельское хозяйство требует использования большого    количества минеральных удобрений и гербицидов. Минеральные удобрения кроме необходимых для растений веществ содержат большое количество побочных веществ: тяжелых металлов, различных органических  и неорганических концерогенов, которые накапливаются в культурных растениях. Особенно богаты “ядовитой приправой” фосфорные удобрения, содержание кадмия в двойном суперфосфате доходит до 3,5 мг/кг. Этот аспект обсуждается в работах (Агаев и др, 1989;  Жукова, 1989). Проблема накопления нитратов в овощных культурах рассмативается в работе чешских ученых Пругар и Пругарова (1990), в которой приводятся данные о способности к накоплению нитратов у разных культур при разных дозах применения азотных удобрений.
1.2. Задачи агроэкологии. Место оптимизации в задачах агроэкологии
	Агроэкология изучает сельскохозяйственные экосистемы (агроэкосистемы), их функциональные элементы и закономерности взаимоотношений между ними.
	Л.О. Карпачевский (1987) отмечает, что к агроэкосистемам относят не только агроценозы, но и всю совокупность естественных и социальных явлений, связанных с агроценозами.
	В задачи агроэкологии входит анализ состояния с.-х. экосистем, изучение закономерностей их функционирования с целью повышения устойчивости. В основе агроэкологии лежат три положения:
	1. Сестайнинг - самоподдержание агроэкосистем.
	2. Адаптивный подход - повышение эффективности вложений  антропогенной энергии путем максимальной окупаемости фотосинтезом каждой единицы вложенной энергии. Данный подход наиболее полно развит в работах А. А. Жученко (1988,1990).
	3. Экологический императив - система запретов на все формы использования агроэкосистем, которые разрушают ресурсы и загрязняют окружающую среду (Миркин, Хазиахметов, 1995).
	Оптимизация является итоговой задачей агроэкологии, т. к. она обеспечивает переход от ресурсоразрушающих интенсивных агроэкосистем к их адаптивным, устойчивым вариантам.
	На сегодняшний день существуют два сценария экологизации сельского хозяйства:
	1. Вторая "Зеленая революция" (Proceeding..., 1988). Её основные положения были приняты на симпозиуме в Риме (1986), которые предполагают резкое повсеместное сворачивание ресурсоразрушающих интенсивных технологий и замена их на экологичные адаптивные варианты.
	2. "Зеленая эволюция" (Миркин, Хазиахметов, 1995). Этот подход предполагает эволюционное приближение деградированных интенсивных агроэкосистем к экологически устойчивым вариантам через постепенное внедрение в основу их функционирования трех отмеченных агроэкологических принципов: сестайнинга, адаптивного подхода и экологического императива.
	Сторонники эволюционного подхода обосновывают необходимость постепенного перехода к адаптивным вариантам, так как сохраняется высокая плотность народонаселения на земле и ее высокий прирост. Экологическая оптимизация агроэкосистем, которая неизбежно приведет к снижению продуктивности сельского хозяйства,  должна проводиться параллельно с претворением в жизнь программ по стабилизации прироста народонаселения с дальнейшим его снижением, иначе неизбежны социальные конфронтации, связанные с падением уровня жизни и голодом (Braun, 1994). 
	Сущность оптимизации структуры агроэкосистемы - расчет таких ее параметров. которые позволяют с одной стороны прекратить процесс нарушения агроресурсов (почвы, травостоев естественных кормовых угодий, гидрологического режима и всего биоразнообразия агроэкосистемы), с другой получать достаточно высокую отдачу вложенной антропогенной энергии урожаем растениеводства и животноводческой продукцией.
1.3. История развития идей экологической оптимизации и современное состояние разработок
	Идея экологической оптимизации  развивалась эволюционно. Можно  условно  выделить  три  основных  этапа:
	1)  период узкоспециальных  природоохранных  технологий (Одум,1987);
	2) период   комплексных   систем  оптимизации  агроландшафтов (Лопырев, Рябов, 1989; Софрони и др.,  1990;  Котлярова,  1990);
	3) период агроэкологических проектов  оптимизации (Миркин и др. 1992).
	В первой  половине  нашего столетия в сельском хозяйстве большинства стран повышается интенсивность  производства, что повлекло за собой появление экологических проблем в агросфере. С 30-х годов вслед за крупномасштабным освоением целины  в  США и с 50-х годов после освоения целины в СССР резко усиливаются процессы почвенной эрозии и пыльные бури. С  этого  времени  начинается  поиск новых путей производства, позволяющие снизить вред от разрушения почв. Примечательно, что каждая  разработка этого периода касается только отдельной области. К примеру, почвозащитная агротехника  предусматривает  уменьшение антропогенного  влияния только на один блок экосистемы - почву, остальные компоненты агроэкосистемы не  затрагиваются, поэтому данный этап мы рассматриваем как период развития узкоспециальных природоохранных технологий.
	Данная тенденция  не  ограничивается  только агротехникой, начинаются исследования по  проблеме  борьбы  против  насекомых-вредителей с использованием биологических и др.  альтернативных способов (Оуен,  1980;  Кроссли и др., 1987;  Небел,  1993),  борьбы против сорняков,  которая  в  последнее  время  получила  новую формулировку - регулирование численности сорняков (Харпер, 1960; Кроссли и др., 1987; Николаева и др., 1995).
	Одум (1987) пишет: "Все природоохранные агротехнические мероприятия приближают  агроэкосистемы  к  природным системам,  уводя их от городских и  промышленных  систем  и  превращая  в  гармоничные составные части общего ландшафта земли. Общим недостатком всех этих разработок является их  узкоспециальность и разобщенность.  Ни одна из этих дисциплин в одиночку не может решить мировых продовольственных   проблем"  (с. 18).
	Следующим этапом поиска в направлении экологической оптимизации является период развития комплексных систем оптимизации ландшафтов, в основе которых лежит более интегрированный подход к проблеме экологической стабилизации сельского хозяйства. К их числу  можно  отнести  агролесомелиорацию  (Дьяченко и др.,1979; Паулюкявичус,1989) контурно-мелиоративную систему (Лопырев, Рябов, 1989;  Котлярова, 1990; Софрони и др., 1990).  Круг  оптимизационных  решений работ этого периода намного шире, к примеру, в агролесомелиорации рассматриваются функциональные взаимосвязи между  крупными  блоками  экосистемы как  пашня  и  полезащитные  лесополосы,  положительное влияние лесополос на уменьшение эрозии почв,  на увеличение  содержания гумуса.  Освещается проблема увеличения биоразнообразия, в том числе видов-энтомофагов и птиц,  осуществляющих естественное регулирование численности   насекомых-вредителей.  В  почве повышается численность дождевых  червей  и  другой  полезной эдафофауны, что   непременно  ведет  к  увеличению  урожайности (Дьяченко и др.,1979) и способности  почвы  к  самоподдержанию. 
	Наиболее конструктивно  разработанным методом данного периода является контурно-мелиоративный подход.  Суть его заключается в размещении полей севооборотов,   лесополос,   залужаемых участков и естественных кормовых угодий (ЕКУ) в соответствии  с границами  экологически однородных территорий (ЭОТ),  (Лопырев, Рябов, 1989; Жученко, 1990).  Данная  система  предусматривает  отдельный  подход   к каждому типу ЭОТ по использованию ее ресурсов.  Учитываются все угодья - от земель широкого   профиля   сельскохозяйственного использования  до нецелесообразных для пахотного использования. Для каждого из них рекомендуется отдельная система севооборотов, почвозащитных технологий и т. д. Контурно-мелиоративная система тесно  связана  с  агролесомелиорацией  (Приходько,  Пастернак, 1987).
	Несмотря на огромный практический  и  теоретический  вклад работ этого  периода в развитие идей экологической оптимизации, они не  дают  исчерпывающего ответа на все экологические проблемы сельскохозяйственных экосистем.  Несмотря на то,  что обе комплексные технологии имеют "агроэкосистемный оттенок", они не могут  помочь  всей  экосистеме в целом,  поскольку затрагивают, практически только один ее трофический  уровень - автотрофный. Другие трофические уровни остаются вне внимания. 
	На сегодняшний день наиболее перспективным для развития  решения задач оптимизации является комплексный агроэкологический подход. При этом  подходе - агроэкосистема рассматривается как   целостная система с учетом всех трофических  уровней,  закономернностей  функциональных  связей между  ними и с  учетом потока и трансформации энергии. Как важный компонент агроэкосистемы рассматривается ее социально-экономическая природа (Карпачевский,  1987).
	Необходимо отметить,  что в истории развития идей экологической оптимизации сельского хозяйства, еще задолго до начала развития интенсивного сельского хозяйства ценные положения были высказаны А.Т. Болотовым (1738-1833) и В.Р. Вильямсом (1863-1939) (Миркин и др.,  1992). Эти пионеры агроэкологии писали о необходимости рационального использования  агроресурсов, были разработаны нормативы нагрузок на пастбища и пашню для поддержания травостоев и плодородия почв, но эти ученые работали в период экстенсивных  экосистем в сельском хозяйстве, когда антропогенные воздействия  внутри  агроэкосистемы  не  намного превышали ее компенсационные возможности.
	Первая современная   работа  с принципиальной схемой  оптимизации агроэкосистемы с учетом трофической структуры была разработана уфимскими агроэкологами (Миркин и др.,1992). Предложенная схема включает три этапа операций: 
	1.Составление базы исходных данных;
	2.Синтетическая оценка сложившейся структуры агроэкосистемы;
	3.Собственно оптимизационные процедуры.
 	Последний этап реализуется как одна или несколько возможных альтернативных вариантов решений. Данная работа по новизне содержания является революционной в плане развития технологий экологической оптимизации сельскохозяйственных экосистем.

Глава 2. Природные условия Баймакского района
2.1. Климат
	На климат Баймакского района оказывает влияние его географическое положение. Отдаленность от морей и океанов способствует  тому, что атлантические воздушные массы, проникающие в эту зону,  преобразуются  в  более   сухие   и континентальные,  что обусловливает высокую температуру воздуха в летний период. Зимой оказывает   влияние господствующее течение азиатского антициклона,  что формирует резко континентальный климат с холодной зимой  и  жарким  летом (Богомолов, 1954).
	Район исследования относится к зоне рискованного земледелия с частыми засухами. Среднегодовое  количество  осадков  колеблется в пределах 289-325 мм. При этом выпадение их резко уменьшается с севера на юг. По данным метеостанции Баймакского ОПХ ежегодная сумма осадков в среднем за 30  лет (1959-1989 гг.) составила 315,0 мм. 
	Температурный режим в районе определяется  географической широтой,  рельефом местности и атмосферной циркуляцией воздуха. Среднесуточная температура и  сумма  положительных  температур (выше 10 0C) повышается с севера на юг и с запада на восток.  В такой же  последовательности  снижается  количество  осадков  и увеличивается  длина  безморозного периода.  Безморозный период колеблется в пределах от 90 до 130 дней.  Период  со средними  температурами  выше +10 0С составляет 120-135 дней.
	В условиях  степи  существует  прямая зависимость между количеством выпадающих осадков и урожаем. Наиболее важными месяцами являются май и июнь. При выпадении осадков в пределах нормы в течении  мая  и  июня,  а  также  с  высокими  запасами   влаги в почве гарантируется хороший  урожай сельскохозяйственных  культур,   особенно   многолетних   трав. Поэтому  в  условиях зоны все агротехнические приемы в первую очередь должны быть  направлены  на  повышение  и  сохранение почвенной влаги.
	Продолжительность периода  со  снежным  покровом   в   зоне составляет 155-170 дней. Мощность снежного покрова составляет 30-40  см.,  так  как  снег   выдувается   с   полей   сильными ветрами. Относительно неглубокий снежный покров открывает возможности для эффективного использоваия зимних пастбищ, что открывает большие перспективы для развития в районе адаптивного животноводства с использованием традиционных способов косячного содержания лошадей. Перед снеготаянием запас воды в снегу составляет 45-46 мм., но в отдельные годы не превышает 18 мм.
2.2. Почвенные условия
	По А.Х.Мукатанову (1994), район исследования относится к Присакмарскому межгорно-долинному округу выщелоченных и обыкновенных черноземов.
	Основной фон почвенного покрова составляют черноземы выщелоченные и обыкновенные, в пахотных почвах их свойства сближены. В условиях мелкосопочника распространены черноземы неполноразвитые и примитивные органогенно-щебнистые почвы. В березовых редколесьях почвы серые и темно-серые лесные, в поймах рек - аллювиальные дерновые и луговые. На склонах встречаются в основном недоразвитые каменисто-щебеночные почвы, на юге зоны - солонцеватые черноземы,солонцы и солончаки (Богомолов, 1948). Для почв Баймакского района характерна небольшая глубина местных базисов эрозии, которые не превышают 50-60 см.
	Пахотные почвы (черноземы выщелоченные и обыкновенные) характеризуются близкими к оптимальным агрофизическими и химическими свойствами. Объемная масса пахотного слоя составляет 1,1-1,25 г/см, запасы влаги в метровом слое 3500-4500 т/га, содержание гумуса 7-9%, его запасы - 300-500 т/га, реакция среды близка к нейтральной.
2.3. Растительность
	При характеристике растительности использованы материалы  синтаксономии, составленной с применением подхода Браун-Бланке (Braun-Blanquеt, 1964; Wеsthoff, Maarel, 1978; Миркин, 1985, 1989; Наумова, 1995). 
	Классификация степной (Саитов,1986), рудеральной (Ишбирдин и др., 1988; Mirkin еt al., 1989), сегетальной (Миркин и др., 1985) и лесной растительности (Соломещ и др., 1988,1994) разработаны достаточно подробно. Луговая растительность в районе исследований представлена незначительно и носит вторичный характер (Попова и др., 1986).
Степи
	В результате исследований степных сообществ построена следующая синтаксономическая схема. Степи объединены в класс Festuco-Brometea Br.-Bl. et R.Tx. ех. Klika et Hadac 1944, который представляет ксеротермную и гемиксеротермную травяную растительность.
	В районе класс представлен двумя порядками Festucetalia valesiacae Br.-Bl. et Tx. 1943 ех. Klika et Hadac 1944 и Helictotricho-Stipetalia Toman 1969 (Toman, 1969).
	Первый порядок объединяет сообщества настоящих и луговых степей. Для сообществ характерно высокое проективное покрытие и флористически богатый травостой. Видовой состав формируют Stipa pennata, St. pulcherrima, St. dasyphylla, St. tirsa, Helictotrichon schellianum, Koeleria cristata, Bromopsis inermis, Festuca pratensis, Phleum phleoides, Poa аngustifolia, Poa pratensis, Calаmagrostis epigeios, C. arundinacea, Elytrigia repens. Луговостепное разнообразие представлено исключительно большим количеством мезофитов и ксеромезофитов (Filipendula vulgaris, Galium tinctorum, Sanguisorba offiсinalis, Seseli libanotis, Anemone sylvestris и др.).
	Второй порядок Helictotricho-Stipetalia объединяет красновато-ковыльно-овсецовые континентальные настоящие и петрофитные  степи. В сообществах настоящих степей доминируют Stipa pennata, Stipa zalesskii, Stipa tirsa и содоминируют Helictotrichon desertorum, Koeleria cristata, Poa angustifolia, Bromopsis inermis, Poa stepposa, Festuca valesiaca, F.pseudovina, F.rupicola, Stipa capillata, S.lessingiana и др.
	Сообщества петрофитных степей формируются на каменистых субстратах с активными процессами эрозии. Во флористическом составе сообществ широко распространены виды-петрофиты (Artemisia frigida, Centaurea sibirica, Aster alpinus, Scorzonera austriaca Sedum hybridum, Tanacetum millefolium, Onosma simplicissima и др.). Для этих сообществ характерны разреженный и низкий травяной покров, значительное снижение обилия и константности Stipa zalesskii, St.capillata, St.lessingiana и др.
Луга
	Луга Баймакского района относятся к союзу Polygonion krasсheninikovii по высокому присутствию Polygonum krasсheninikovii, Achillea vulgaris, Trifolium medium. Эти сообщества представляют остепненные луга порядка Gаlietalia veri Mirkin et Nаumova 1986, класса Molinio-Arrhenatheretea R.Tx. 1937. В луговых сообществах широко представлены виды класса (Festuсa pratensis, Achillea millefolium, Leucanthemum vulgare, Vicia cracca, Lathyrus pratensis, Phleum pratense,Trifolium pratense, Elytrigia repens, Bromopsis inermis, и класса Trifolio-Geranietea sanguinei (порядок Origаnetalia), Betonica officinalis, Origаnum vulgare, Hypericum perforatum.
Леса
	Леса сохранились главным образом в горной части Баймакского района. Основные лесообразующие породы: береза повислая (Betula pendula), береза пушистая (B.pubescens), осина (Populus tremula), сосна обыкновенная (Pinus sуlvestris), лиственница сибирская (Larix sibirica), ольха черная (Alnus glutinosa), ольха серая (A. incana), ива белая (Salix alba), тополь черный (Populus nigra). Леса Баймакского района приурочены к горным склонам, долинам рек и ручьев и болотным ландшафтам.
	Вершины и склоны водораздельных хребтов, сосредоточенных в центральной и северной части района, покрыты вторичными березовыми и осиновыми лесами, пришедшими на смену богатым травяным сосново-лиственным лесам. Наиболее широко распространены леса ассоциации Calamagrostio arundianaceae-Laricetum sibiricae Schubert et al. 1979 ex. Mirkin et Solomеtch 1990, союза Lathyro-Quercion Solometch et al. 1989, порядка Quercetalia pubescentis Br.-Bl. 1931, класса Querco-Fagetea Br.-Bl. et Vlieger in Vlieger 1937. В травяном ярусе этих лесов преобладают Calamagrostis arundinacea, Brachypodium pinnatum, Rubus saxatilis, Seseli libanotis и др. (Крашенинников, Кучеровская-Рожанец, 1941; Крашенинников 1954; Schubert et al, 1979; Соломещ и др., 1988; 1994).
	В долинах рек и ручьев произрастают мезофитные широколиственные леса, в древесном ярусе которых доминируют ольха серая и черемуха. Они относятся к ассоциациям Аlnetum incanae Ludi 1921 и Humulo-Padetum Solometch in Кhaziakhmetov et al. 1989 союза Alno-Padion Knapp 1942 порядка Fagetalia Paul. 1928 класса Quereo-Fagetea.
	В поймах рек Сакмара и Урал встречаются заросли ивово-тополевых лесов и кустарников с доминированием Salix alba, Populus nigra, Salix viminalis, Salix triandra. Они относятся к сообществам  класса Salicetea purpureae Moor 1958.
	Растительность заболоченных лесных болот представлена сообществами класса Alnetea glutinosae Br.-Bl.et Tx.1943. В сообществах заболоченных лесов в древесном ярусе доминирует  Betula pubescens и Alnus glutinosa. В травяном ярусе этих сообществ доминируют осоки - Carex cespitosa, C. juncella и др.
Сегетальная растительность.
	Исследования сегетальной растительности Зауралья позволили выявить их классификационную принадлежность. Сообщества сегетальной растительности Баймакского района объединены в ассоциацию Lactucetum tataricae Rudakov in Mirkin et al. 1985. союза Lactucion tataricae порядка Secalietalia Br.-Bl. 1931 em J. et R. Tx. 1960 класса Secalietea Br.-Bl. 1951. Наиболее высокую представленность имеют: Sinapis arvensis, Panicum miliaceum, Chenopolium album, Thlasрi arvensis, Sonchus arvensis, Avena fatua, Laсtuca tatarica и др. Для посевов многолетных трав характерны  Taraxacum officinale и Berteroa incana.
Рудеральная растительность
	Рудеральная растительность района исследования представлена шестью классами: 
	Класс Artemisietea vulgaris Lohm. in R.Tx. 1947 объединяет сообщества с преобладанием  высокорослых  дву-,  многолетних  видов  на богатых от сухих до умеренно влажных субстратах.  Сообщества класса  произрастают на пустырях,  вдоль заборов,  на огородных межах и старых залежах. Они приходят на смену сообществам класса Chenopоdietea  и при отсутствии повторных  повреждений  местообитаний  переходят  в  сообщества класса Agropyretea repentis.   В  сообществах  этого  класса  наиболее  широко представлены: Artemisia absinthium, Achillea  millefolium,  Arctium tomentosum,  Carduus  acanthoides,  Leonurus  quinquelobatus, Urtica dioica и др.
	Сообщества класса Polygono-Artemisietea  austriacae Mirkin,  Sachapov et Solometch in Mirkin et al. 1986 формируются в местах интенсивного вытаптывания  и выпаса в степной зоне низкорослыми видами:  Artemisia austriaca, Atriplex tatarica, Lepidium ruderale, Polygonum aviculare.  Широко распространены на пастбищах,  вдоль троп, на  спортивных, детских площадках и т.п.
	Класс Agropyretea repentis Oberd., Th. Mьller et Gцrs in Oberd. et al. 1967 объединяет сообщества с преобладанием злаков на антропогенных и естественных местообитаниях, не подверженных частым нарушениям. Диагностические виды: Elytrigia repens, Bromopsis inermis, Convolvulus arvensis, Falcaria vulgaris и др.
	Класс Bidentetea tripartiti R. Tx., Lohm. et Prsg. in R. Tx. 1950 включaет сообщества однолетников на периодически затапливаемых, переувлажненных почвах, у воды, по берегам рек и озер. Диагностические виды: Bidens tripartita, Bidens radiata, Polygonum hydropiper, Polygonum lapathifolium.
	Сообщества класса Chenopodietea Br.-Bl. 1951 em. Lohm., J. et R. Tx. ex Matuszkiewicz 1962 распространены на интенсивно нарушаемых местообитаниях, сопровождающихся снятием, смещением или погребением верхнего слоя почвы, на промышленных отвалах, а также на богатой нитратами сильно увлажненной почве вблизи ферм, на огородах, залежах и кучках навоза. Это сообщества одно-, двулетних видов, представляющих собой первые стадии восcтановительных сукцессий. Диагностические виды: Chenopodium alba, Chenopodium glaucum, Chenopodium opulifolium, Atriplex tatarica, Amaranthus retroflexus, Polygonum lapathifolium, Urtica urens.
	Класс Plantaginetea majoris R. Tx. et Prsg. in R. Tx. 1950 объединяет сообщества, формирующиеся под влиянием интенсивного вытаптывания и выпаса в условиях нормального и избыточного увлажнения. Сообщества класса встречаются вдоль дорог, троп, во дворах, на улицах населенных пунктов, на выгонах. Сообщества класса сложены видами, способными расти в экстремальных условиях вытаптывания. Диагностические виды: Polygonum aviculare, Plantago major, Poa annua. Poa pratensis, Potentilla anserina, Taraxacum officinale, Arctium tomentosum и т. п.
	Основные естественные кормовые угодья Баймакского района относятся к степным сообществам класса Festuco-Brometea. На таблице 4 представлен синтаксономический анализ естествен0ных кормовых угодий района исследований.

Таблица 4
Синтаксономический анализ основных типов ЕКУ
Типы пастбищ 	Синтаксономическая принадлежность	
Оносмово-типчаковый	союз Helictotricho-Stipion класса Festuco-Brometea	
Низкотравно-типчаковый	союзы Festucion valesiaceae и Plantagini-Calamagrostion epigeii класса Festuco-Brometea	
Низкотравно-мятликовый суходольный	союз Trifolion montani класса Molinio-Arrhenatheretea	
Низкотравно-мятликовый пойменный	союз Trifolion montani класса Molinio-Arrhenatheretea	
Солончаки	союз Limonion gmelinii класса Festuco-Limonietea	
Узколистно-ковыльный	союз Festucion valesiaceae класса Festuco-Brometea 	

Глав 3. Содержание программы экологической оптимизации структуры агроэкосистемы
	При оптимизации структуры сельскозяйственных угодий хозяйств в основу положен анализ сформировавшихся критических параметров агроэкосистем и расчет тех же параметров для планируемых экосистем, которые приведены в соответствии с требованиями экологического императива. В таких оптимизированных по структуре экосистемах прекращены те негативные процессы, которые сегодня ведут к разрушению агроресурсов. В качестве критических параметров сельскохозяйственных экосистем приняты:
	А. Уровень эрозии пахотных почв;
	Б. Баланс органического вещества (баланс элементов питания важен, но не в той мере, так как его легко восстановить при внедрении обоснованной системы удобрений);
	В. Пастбищные нагрузки на естественные кормовые угодья.
3.1. Сбор фактических данных
	Сбор фактических данных производился по следующим характеристикам агроэкосистем:
	а) Характеристика состояния ЕКУ. Сюда входит типология пастбищ по флористическому составу и их площадь, оценка состояния пастбищ по двухуровневой шкале (среднесбитые и сильносбитые), продуктивность различных типов по разным пастбищным периодам.
	б) Характеристика поголовья скота. Сюда входят данные о структуре и количестве поголовья скота по различным хозяйствам, на какой территории они выпасаются (отмечается на карте).
	в) Структура земельных угодий (экспликация)  хозяйств. Сюда входят данные о площади пашни, в том числе - орошаемой и трех агрогрупп (см. гл. 4); сенокосов, в том числе - естественных, улучшенных; пастбищ, в том числе - естественных, улучшенных.
	Состоянием почв в агроэкосистемах занималась отдельная группа почвоведов под руководством А.Х. Мукатанова.
3.2. Оптимизационная процедура
	Для выполнения оптимизационных работ используется система алгоритмов, связывающих разные параметры. При составлении проекта уточнены многие константы функции агроэкосистем (вынос питательных элементов с урожаем, интенсивность эрозии при разных уклонах и под разными культурами, баланс органического вещества в почве под разными культурами, продуктивность разных типов сенокосов и емкость пастбищ по пастбищным периодам, минимальные потребности скота разных групп в пастбищном корме) и конкретные показатели хозяйств (площади угодий различных видов, поголовье скота и его структура, типы севооборотов) на основе данных литературы или исследований авторов.
	Экономическая компонента в этих расчетах пока отсутствовала, так как сегодня при неустойчивости соотношения цен на горючее, технику, удобрения, пестициды, закупочные цены на продукты растениеводства и животноводства и несуразностей, которые сопровождают производство шерсти и сырья для производства кож и овчин, реализовать ее крайне сложно. Тем более, что пока нет еще и более или менее надежных экономических оценок стоимости разрушаемых ресурсов, т.е. цены смытой тонны мелкозема и гектара выбитого дочерна ковыльного пастбища. Без включения этой платы за разрушенные ресурсы экономическая оценка предлагаемых нами альтернатив может проиграть оценке сложившейся ситуации, т.к. пока еще удается поддерживать мнимую рентабельность предприятий. Однако экономические оценки, которые по-существу уже "стоят за" выполняемой нами процедурой оптимизации, вполне возможны. Данные по характеристике хозяйств в графическом варианте (с привязкой к контурам карты угодий) вводятся в компьютер, который оценивает уровень дисбаланса по   каждому критическому параметру на каждом конкретном контуре угодий. После этого по программе, в которую заложено несколько альтернативных вариантов улучшения агроэкологической ситуации в режиме диалога компьютера и ЛПР (лица, принимающего решения, практически решение принимает группа специалистов), выбирается одна или несколько альтернатив для развития хозяйства.
	Разработан пакет программ на языке Турбо Паскаль для ПЭВМ IBM РС. Пользователю представляется два вида расчетных данных: числовой и графический. Выделение на карте хозяйства входящих в него массивов разным цветом в зависимости от величины уровня эрозии и обеспеченности скота пастбищным кормом позволяет наглядно проиллюстрировать числовую информацию. Расчетные данные вычисляются для четырех вариантов использования пастбищ: существующего и трех перспективных, согласно схеме, представленной на рисунке 6.
	Материал выдается заказчикам в двух вариантах графический материал с пояснительной запиской и дискеты, которые позволяют наглядно видеть ситуацию на любом участке хозяйства в разные сезоны при различных альтернативах. 
	Цель рекомендаций по рациональному использованию  почв прекратить процесс эрозии и обеспечить поступление в почву достаточного количества органики (с навозом, соломой, остатками, на сидеральных парах с донником и т. д.), которое остановит процесс дегумификации почв. Гумус почв - главное богатство агроэкосистемы, ее неприходящий капитал.
	Суть расчетной процедуры оптимизации сводится к следующему. Все почвы делятся на три агрогруппы - I,II,III. Первая включает лучшие черноземы равнин, которые слабо подвержены эрозии , вторая - средне эродированные серые и темносерые лесные и сильно эродированные черноземы склонов, третья - слабо эродированные серые лесные и сильно эродированные горные черноземы, а также все почвы с мелким гумусовым горизонтом, пойменные почвы, использование в пашне которых нецелесообразно ввиду риска развития эрозии.
 	Почвы III агрогруппы выводятся из пашни и залужаются травами, для почв II агрогруппы рекомендуется щадящий режим использования, исключающий эрозию (только культуры сплошного сева и травы), почвы I группы используются для обычных зерновых севооборотов, но при этом в севооборотах доля зерновых снижается до 70% за счет увеличения доли трав и, кроме того, при освоенности в пашню на равнине более 70% почв еще 10% пашни занимается выводными полями, т.е. засевается травами для долговременного восстановления баланса органического вещества. При оптимизации поголовья скота и потенциала пастбищ определяются:
	- современная емкость пастбищ на основе данных о динамике нарастания зеленой массы в течение пастбищного сезона дифференцировано по разным типам пастбищ;
	- возможности повышения этой емкости за счет улучшения естественных     кормовых     угодий   и за счет расширения площади
пастбищ при переводе в естественные улучшенные кормовые угодья

СУЩЕСТВУЮЩЕЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПАСТБИЩ 

						    ê
урегулирование выпаса, коренное улучшение естественных пастбищ, выведение пашни третьей агрогруппы в пастбище
						    ê
 
ПЕРВЫЙ ПЕРСПЕКТИВНЫЙ ВАРИАНТ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ
ПАСТБИЩ

						    ê
минимально допустимое использование пастбищного корма
						    ê

ВТОРОЙ ПЕРСПЕКТИВНЫЙ ВАРИАНТ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ
ПАСТБИЩ

						    ê
сокращение поголовья скота на 30%
						    ê

ТРЕТИЙ ПЕРСПЕКТИВНЫЙ ВАРИАНТ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ
ПАСТБИЩ

	Рисунок 6. Обобщенная блок-схема программы оптимизации структуры землепользования хозяйства (ЛПР может остановиться на любом, удовлетворяющем его варианте)

пашни III агрогруппы;
	- при уменьшении доли пастбищного корма до минимума за счет повышения доли кормов в стойлах для поголовья мясного скота.
	Структура поголовья скота при этом не учитывается, т.к. все расчеты проводятся в условных головах крупного рогатого скота с соответствующими коэффициентами перевода в эти единицы овец, коров, телят, коней и т.д. Однако, в рекомендациях в зависимости от характера пастбищ содержатся пожелания хозяйствам сократить количество овец и увеличить долю коней, как менее опасных для травостоев. При определении потребностей в пастбищном или стойловом корме используются стандартные зоотехнические нормативы, которые рекомендованы в РБ.